第一章 第二节 土壤有机质

第一章第二节土壤有机质第一页，共二十九页，2022年，8月28日土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。它在土壤的形成过程中，特别是在土壤肥力的发展过程中，起着极其重要的作用。第二页，共二十九页，2022年，8月28日概念土壤有机质—泛指土壤中以各种形态存在的一切含碳有机物质的总称。包括：土壤动植物、土壤微生物残体、土壤生物的分泌物与排泄物，以及这些有机物质分解和转化后的物质。土壤有机质在自然土壤中差异很大，高的可超过20%，称为有机质土壤，低于20%以下的土壤称为矿质土壤，矿质土壤占绝大多数，有些低的不足0.5％，主要为一些漠境或沙漠土壤。第三页，共二十九页，2022年，8月28日我国大部分农田土壤有机质含量变动为10~40g/kg。气候条件、植物类型、农业利用方式、土壤质地、母质类型等因素都影响土壤有机质含量。我国土壤除了某些草甸土、东北黑土和某些自然土壤外，有机质含量一般占土壤固相重量的5%以下.水田高于旱田，同种类型的土壤，黏粒含量越高，则有机质含量也越高。我国部分土壤有机质含量如下表：第四页，共二十九页，2022年，8月28日我国部分自然土壤有机质含量如下表。统计的标本数有机质含量（％）土类322.07～7.05黄棕壤、黄褐土101.38～6.66高山草原土、亚高山草原土264.81～21.96高山草甸土、亚高山草甸土242.32～2.98砖红壤、赤红壤292.14～16.4黑土、黑钙土470.52～1.95红壤322.71～20.5黄壤221.03～10.69褐土742.64～19.3棕色森林土第五页，共二十九页，2022年，8月28日（一）土壤有机质的来源1、来源于死亡的动植物、微生物残体。2、施入的农家肥。3、工业及城市垃圾废水废渣。原始土壤有机质的主要来源:

微生物为最早来源。动植物残体是是其基本来源自然土壤有机质的主要来源:

是死亡的动、植物，微生物残体及植物的枯枝落叶，但基本来源是土壤中生长的绿色植物。耕地土壤有机质的来源可概括为两个方面：（1）栽培作物的残留物（2）施用的有机肥。其中后者其主导作用。一、土壤有机质的来源、形态和组成第六页，共二十九页，2022年，8月28日（二）土壤有机质的存在形态

1）新鲜有机质（未分解有机质）

2）半分解有机质

3）腐殖质：

土壤有机质最主要的一种形态，与矿物质颗粒紧密结合，占有机质总量的85~90%。

第七页，共二十九页，2022年，8月28日（三）土壤有机质的组成1.元素组成土壤有机质组成复杂，元素组成为：含C、O、H、N,

还有一些灰分元素，如：Ca、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、Al、Mn及少量的I、Zn、B、F等。土壤中的含氮量与土壤有机质含量具有相关性，即土壤中的含氮量为土壤有机质含量的5%。第八页，共二十九页，2022年，8月28日1、非腐殖物质（非特异性物质）指土壤中动植物微生物残体和它们不同阶段的分解产物。主要有五类有机化合物和灰分物质，包括：

1）糖类化合物：单糖双糖和多糖类好气条件CO2+H2O单糖双糖和多糖类厌气条件有机酸H2、CH42）纤维素、半纤维素3）木质素4）含N化合物（蛋白质、氨基酸）5）脂肪、树脂、蜡质和单宁6）灰分物质：Ca、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、Al、Mn等。2.土壤有机质的化合物组成第九页，共二十九页，2022年，8月28日2、腐殖质（特异性物质）是指有机生物残体经土壤微生物分解和再合成作用重新形成的一类特殊的深色高分子有机化合物。占土壤有机质总量的85~90%，有资料说每公顷土壤每天可以产生500千克的这种物质，它对植物的生长极为重要。第十页，共二十九页，2022年，8月28日二、土壤有机质的分解与转化（一）矿质化作用(矿质化过程）——土壤有机质在微生物的作用下，最终分解为简单化合物，同时释放出矿质养料的过程，称为有机质的矿质化作用。

矿化分两个阶段：

①有机物质在微生物分泌出的体外酶的作用下将较复杂的有机物先分解成构成该物质的基础有机化合物。(高分子小分子有机化合物)②微生物吸收第一阶段的降解产物，一部分作为建造自身的原料，一部分则被彻底转化为最终分解产物，如CO2、H2O并释放出无机盐（如NH4+、SO42－、HPO42－等）。第十一页，共二十九页，2022年，8月28日

（二）腐殖质化作用

土壤微生物将生物残体矿化的过程中产生的中间产物合成更为复杂的腐殖质的过程，称为有机质的腐殖化作用。对于腐殖质形成的研究已有二三百年的历史，但整个作用机制并不清楚，各国土壤学家提出了多种腐殖质形成假说，有植物物质形成说、化学聚合说、细胞自溶说、微生物合成说，以原苏联Kononove的化学聚合说较普遍获得公认，腐殖质的形成过程可分为两个阶段：第十二页，共二十九页，2022年，8月28日第一阶段:

产生构成腐殖质主要成分的原始材料，如多元酚、氨基酸、多肽、氧化物醌和糖类物质。第二阶段:

是合成阶段，微生物将上述原始材料通过某种化合机制（包括缩合等多种酶促反应和可能的纯化学反应），进一步合成为高分子多聚体化合物，即腐殖质。第十三页，共二十九页，2022年，8月28日5-1土壤腐殖质形成过程中的转化途径第十四页，共二十九页，2022年，8月28日三、土壤腐殖质

本身不是一种单一的化合物，而是一类没有固定分子式或固定相对分子质量的物质的总称。其主体为各种腐殖酸及其盐类，与矿物质结合形成的有机无机复合体。

第十五页，共二十九页，2022年，8月28日（一）土壤腐殖质的组成土壤有机质加稀NaOH液处理沉淀物胡敏素（黑腐素）可溶性腐殖物质浅黄色溶液富里酸（黄腐酸）褐色沉淀胡敏酸（褐腐酸）加酸至pH1第十六页，共二十九页，2022年，8月28日

胡敏酸和富里酸是土壤腐殖质的主要部分，一般在60%左右，胡敏素是与土壤矿物颗粒紧密结合而不能被稀碱液所提取的腐殖酸，由于与土壤颗粒结合牢固，对土壤性质和土壤肥力影响不大。第十七页，共二十九页，2022年，8月28日（三）土壤腐殖酸的性质

1、腐殖酸的元素组成

主要是由C、H、O、N、P、S等元素组成。平均含碳为58%,含氮平均5.6%。其中胡敏酸与富里酸比较，前者含碳、氮高而富里酸含氧、硫高，富里酸酸性较强。

2、腐殖酸含有多种含氧功能团并带有电荷

含有多种含氧功能团如羧基、酚羟基、羰基、甲氧基、醌基和醇羟基、胺基、硫醇基等，使腐殖酸具有生理活性，能发生许多生化反应如离子交换、络合、氧化还原等；另外腐殖酸还是两性胶体，在不同酸碱度的介质中电性不同，可以解离使腐殖质分子表面带有电荷。（如—COO－、—NH3＋）3、腐殖酸的分子结构特征与分子量

腐殖酸分子结构复杂，分子结构以芳核为主体，芳核上连接多肽、酚酸、金属离子、糖和许多功能团和杂环氮，分子内部有许多非晶体的交联结构，形状为棒状或球形，分子量巨大，从几十到数百万，胡敏酸分子量一般890-2550，富里酸分子量为675-1450。第十八页，共二十九页，2022年，8月28日胡敏酸的结构模式2第十九页，共二十九页，2022年，8月28日富啡酸的结构模式2第二十页，共二十九页，2022年，8月28日4、腐殖酸的颜色

整体呈黑色，不同腐殖酸颜色有差别，与分子量和发色基团组成比例有关，胡敏酸颜色深，富里酸颜色黄

5、腐殖酸的溶解度

胡敏酸微溶于水，其一价盐溶于水，多价盐不容于水富里酸溶于水，其一、二价盐均溶于水。

6、腐殖酸的络合能力

能与铁、铝、铜锌等高价金属离子形成络合物，其中羧基与酚羟基是主要参与络合金属离子的功能团，络合物的稳定程度随pH升高而增大。第二十一页，共二十九页，2022年，8月28日7、腐殖酸的吸水性

是亲水胶体，吸水能力强，最大吸水量超过本身重量的500%，干腐殖质从饱和大气中吸水可达本身重量的100%。而黏粒仅仅为15~20%。

8、腐殖酸的稳定性

其化学稳定性强，抗微生物分解能力强，因此分解周期长，在温带植物残体的半分解期为3个月，而新形成的土壤有机物质的半分解期为4-9年，胡敏酸在土壤中平均停留时间780-3000年，富里酸为200-630年。第二十二页，共二十九页，2022年，8月28日四.土壤有机质的作用一在土壤肥力上的作用二在生态环境上的作用2第二十三页，共二十九页，2022年，8月28日一、土壤有机质对提高土壤肥力的作用

土壤有机质，特别是腐殖质，对土壤肥力的影响是多方面的，主要可归纳如下几点：

1.植物养分的重要来源土壤有机质含有大量而全面的植物养分，特别是氮素，土壤中的氮素80％以上是有机态的，经微生物分解后，转化为植物可直接吸收利用的速效氮。

2.提高士壤的蓄水保肥和缓冲能力腐殖质本身疏松多孔，具有很强的蓄水能力。土壤中的粘粒吸水力一般为50％～60％，而腐殖质可高达400％～600％。

3.改善土壤的物理性质新鲜有机质是土壤团聚体主要的胶结剂，在钙离子的作用下，能够形成稳定性团聚体，腐殖质颜色深，能吸收大量的太阳辐射热，同时有机质分解时也能释放热，所以有机质在一定条件下能提高土壤温度。

2第二十四页，共二十九页，2022年，8月28日

4.促进微生物的生命活动土壤有机质能为微生物生活提供能量和养分，同时又能调节土壤水、气、热及酸碱状况。

5.促进植物的生长发育胡敏酸具有芳香族的多元酚官能团，可以加强植物的呼吸过程，提高细胞膜的透性，促进养分进入植物体，还能促进新陈代谢，细胞分裂，加速根系和地上部分的生长。6.其他方面的作用腐殖质中含维生素、抗生素和激素，可增强植物抗病免疫能力。另外，腐殖质还有利于盐、碱土的改良。

土壤有机质含量越高，土壤肥力越高吗？第二十五页，共二十九页，2022年，8月28日二、土壤有机质在生态环境上的作用1.对全球碳平衡的影响2.对重金属的影响3.对农药等有机污染物的固定第二十六页，共二十九页，2022年，8月28日

1.

土壤有机质积累的途径（1）增施有机肥我国历来有施有机肥的习惯，肥源广阔，有厩肥、堆肥、沤肥等对提高土壤的肥力作用极大，吨良田有机质含量不少于1.1%。有机肥工厂化生产是未来发展趋势。（2）秸杆还田是增加土壤有机质简单易行的措施五耕地土壤有机质的调节第二十七页，共二十九页，2022年，8月28日主要方式有：1）与厩肥混合堆腐沤制后还田。2）秸杆粉碎就地还田；3）高留茬收割，高度20~30cm；4）将秸杆作饲料，过腹还田。（3