土壤有机质课件

第五章土壤有机质第五章土壤有机质1

土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。是土壤中形成的和外部加入的所有动、植物残体不同分解阶段的各种产物和合成产物的总称。

土壤有机质概念：土壤有机质(soilorganicmatter)土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。是土壤中形成的和2第一节土壤有机质的来源、类型和组成一、土壤有机质的来源1、植物残体（枯枝、落叶、落果、根系等）及分泌物；2、动物、微生物残体及分泌物和排泄物；3、人为施用的有机肥料。4、工农业副产品及生活污水废物等

第一节土壤有机质的来源、类型和组成一、土壤有机质的来源3二、土壤有机质含量1、有机质含量一般含量在0-5%之间。

泥炭土可高达20%或30%以上漠境土和砂质土壤不足0.5%二、土壤有机质含量1、有机质含量4表5－1中国某些自然土壤中有机质含量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26481～21.96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棕色森林土表5－1中国某些自然土壤中有机质含量统计的标本数有机质含5土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%6三、土壤有机质的类型动、植物残体半分解的动、植物残体腐殖物质三、土壤有机质的类型7四、有机质的组成(1)化学元素组成土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N，C/N比大约在10~12之间。四、有机质的组成(1)化学元素组成8(2)化合物组成可分为:腐殖物质（HumicSubstance)非腐殖物质（Non-HumicSubstance)常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。(2)化合物组成常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木9土壤有机质课件10土壤有机质课件11决定土壤有机质含量的因素：

进入土壤的有机物质数量土壤有机质的损失量土壤有机碳的平衡

决定土壤有机质含量的因素：12第二节土壤有机质的分解和转化R—（C，4H，养分）+2O2CO2+2H2O+能量+养分酶氧化一、土壤有机质的矿化过程1、矿化作用(Mineralization)***土壤有机质在土壤微生物及其酶的作用下，分解成二氧化碳和水，并释放出其中的矿质养分的过程。第二节土壤有机质的分解和转化R—（C，4H，养分）+132、矿化过程★水的淋溶过程★动物转化过程★微生物的转化过程***2、矿化过程14★微生物的转化过程***碳水化合物的分解

nC6H12O6＋6O26CO2＋6H20＋热量★微生物的转化过程***15也称氧化作用。其反应如下：nC6H12O6＋6O26CO2＋6H20＋热量单糖好气条件水和二氧化碳★微生物的转化过程***碳水化合物的分解也称氧化作用。其反应如下：单糖好气条件水和二氧化碳★16也称发酵作用。其反应为：C6H12O6CH3CH2CH2COOH＋2H2＋2CO2＋热量4H2＋CO2CH4＋2H2O单糖通气不良的条件下还原性气体、有机酸也称发酵作用。其反应为：单糖通气不良的条件下还原性气体、有机17含氮有机质的分解

水解作用

蛋白质氨基酸

蛋白质水解酶

氨化作用CH2NH2COOH＋O2HCOOH＋CO2＋NH3CH2NH2COOH＋H2CH3COOH＋NH3CH2NH2COOH＋H2OCH2(OH)COOH＋NH3

氧化好气分解还原嫌气分解水解含氮有机质的分解蛋白质水解酶氨化作用氧化好气分解18硝化作用氨态氮被微生物氧化成亚硝酸，并进一步氧化成硝酸的过程，称硝化作用。分为两个阶段：第一阶段，氨被亚硝酸细菌氧化成亚硝酸；第二阶段，亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸。其反应如下：2NH2＋3O22HNO2＋2H2O＋热量2HNO2＋O22HNO3＋热量硝化作用19反硝化作用硝态氮在通气不良的条件下通过反硝化细菌的作用还原成气态氮（N2O和N2）的过程。其反应如下：反硝化细菌C6H12O6＋24KNO324KHCO3＋6CO2＋12N2↑＋18H2O反硝化作用反硝化细菌C6H12O6＋24KNO324KHCO20含硫有机物的分解蛋白质硫氨基酸H2S

还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫酸的过程，称硫化作用。其反应如下：2H2S＋O22H2O＋2S2S＋3O2＋2H2O2H2SO4硫化作用产生的硫酸与土壤中的盐基物质作用，形成硫酸盐，硫酸盐是植物可吸收的养分。含硫有机物的分解还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫21二、土壤有机质的腐殖化过程1、概念：腐殖化过程:(Humification)***各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物，这一过程称为腐殖化过程。腐殖化系数***：单位重量的有机物质碳在土壤中分解一年后的残留碳量。二、土壤有机质的腐殖化过程腐殖化系数***：单位重量的有机物22第一阶段：有机残体在微生物分解作用下，其中一部分彻底矿化，最终生成CO2、H2O、NH3、H2S等无机化合物。另一部分转化为较简单的有机化合物（多元酚）和含氮化合物（氨基酸、肽等），提供了形成腐殖质的材料。2、土壤腐殖质的形成第一阶段：有机残体在微生物分解作用下，其中一部分彻底矿23第二阶段：上述土壤腐殖质的组成部分，在微生物的作用下经缩合形成腐殖质的基本单元。先是多元酚在微生物的作用下氧化为醌，然后醌再与含氮化合物缩合成原始腐殖质。第二阶段：上述土壤腐殖质的组成部分，在微生物的作用下245-1土壤腐殖质形成过程中的转化途径5-1土壤腐殖质形成过程中的转化途径25有机质的分解与合成示意图有机质的分解与合成示意图26

在好氧条件下，微生物活动旺盛，分解作用可进行较快而彻底，有机物质---->CO2和H2O，而N、P、S等则以矿质盐类释放出来。

在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，分解作用进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇等中间产物。

在极端嫌气的情况下，还产生CH4、H2等还原物质，其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。注意注意27（一）土壤生物的组成与活性土壤动物促进植物残体的破碎和运输真菌可促进木质素的分解细菌和放线菌可促进碳水化合物的分解

三、影响有机物质的分解和转化的因素：（一）土壤生物的组成与活性三、影响有机物质的分解和转化的因素28（二）土壤特性

1、质地粘粒含量越高，有机质含量也越高。2、pH值中性、钙质丰富较好，pH6.5-7.5。3.水分最适湿度：土壤持水量的50-80%

低洼、积水有利于有机质的积累4.通气性通气不良易有机质累积5.温度最适宜温度大约为25-35

（二）土壤特性29有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速度影响很大。

以25或30：1较为合适。C/N降至大约25：1以下，微生物不再利用土壤中的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放矿质态氮，2、C/N比***

新鲜程度

破碎程度

紧实程度（三）植物残体的特性

1、物理状态有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速2、C/N比***30第三节土壤腐殖物质的形成和性质

第三节土壤腐殖物质的形成和性质31一、土壤腐殖质的分组及存在形态一、土壤腐殖质的分组及存在形态32二、土壤腐殖质的存在形态游离态很少结合态52%-98%腐殖质二、土壤腐殖质的存在形态游离态很少结合态33土壤有机无机复合体示意图土壤有机无机复合体示意图34三、土壤腐殖酸的性质

（一）物理性质1、颜色

黑褐色，富里酸呈淡黄色，胡敏酸呈褐色2、溶解性富里酸溶于水、酸、碱；胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱；富里酸的一价、二价盐溶于水，三价盐几乎不溶于水；胡敏酸的一价盐溶于水，但二价、三价盐几乎不溶于水。3、吸水性

最大吸水量可以超过500%三、土壤腐殖酸的性质（一）物理性质354、腐殖质的分子结构（1）腐殖酸的分子量有较大的差异。

（2）腐殖酸的分子形状pH2-3纤维、纤维束状4-7网状、海绵状8-9页状>10粒状5.胶体特性

土壤有机胶体的主要组成部分4、腐殖质的分子结构36HA的3D优化结构模型

HA的3D优化结构模型37（二）腐殖酸的化学性质１、腐殖质的组成胡敏素胡敏酸富里酸腐殖质（二）腐殖酸的化学性质胡敏素胡敏酸富里酸腐殖质38２、化学组成

我国主要土壤腐殖酸的元素组成元素（%）CHO+SNHA50-603.1-5.331-413.0-5.6FA45-534.0-4.840-482.5-4.3习惯上以58%为其平均值，故计算有机质的含量时，一般以1.724为折算系数。２、化学组成我国主要土壤腐殖酸的元素组成元素（393、含氧官能团羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。种类羧基酚羟基醇羟基醌基酮基甲氧基总酸度

HA15-5721-572-491-261-53-867FA55-1123-5726-953-2012-273-12103腐殖质的含氧官能团含量（mmolM＋）.kg-13、含氧官能团种类羧基酚羟基醇羟404、腐殖酸的络合性络合物的稳定性随pH值的升高而增大。在Ph4.8时能与Fe、Al、Ca等离子形成可溶性络合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。4、腐殖酸的络合性络合物的稳定性随pH值的升高而增大。415、腐殖酸的电性腐殖酸是一种两性胶体。即可以带负电荷，也可以带正电荷。而通常以带负电荷为主。腐殖质的负电荷数量随pH质的升高而升高。5、腐殖酸的电性腐殖酸是一种两性胶体。即可以带负电荷，也可以42（三）腐殖质的稳定性与变异性1、稳定性在温带条件下，一般植物残体的半分解周期少于3个月，植物残体形成的新的有机质的半分解期为4.7-9年，而胡敏酸的平均停留时间为780-3000年，富里酸的平均停留为200-630年。（三）腐殖质的稳定性与变异性1、稳定性432、腐殖质的变异性

HA/FA值***：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。一般我国北方的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤腐殖质以胡敏酸为主，HA/FA比大于1.0而在温暖潮湿的南方的酸性土壤中，土壤中以富里酸为主，HA/FA比一般小于1.

2、腐殖质的变异性44第四节土壤有机质的作用和调节

一、土壤有机质对提高土壤肥力的作用

★提供植物需要的养分

★促进土壤养分的有效化

★提高土壤的保肥性和对酸、碱的缓冲性

★减轻重金属和农药的危害

★改善土壤结构，增强土壤蓄水通气性。第四节土壤有机质的作用和调节一、土壤有机质对提高土壤肥力45有机质在生态环境上的作用（一）有机质对重金属污染的影响腐殖酸是重金属离子的络合剂。（二）有机物质对农药污染的影响（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响有机质在生态环境上的作用46土壤有机质课件47一个碳原子的旅程据Garrels等（1975)计算：在大气圈中停留4年；在生物圈中停留11年；在海洋上层水域停留385年；在深海中停留10万年；在地壳中停留3.42×108一个碳原子的旅程据Garrels等（1975)计算：48二、土壤有机质的调节（一）增施有机肥料、种植绿肥对苗圃土壤和瘠薄的园林绿化地、果园等增施有机肥料是增加有机质的基本方法，据研究，施入土壤中的有机质，一般能有2／3～3／4被分解，其余的则转化为腐殖质积累在土壤中。二、土壤有机质的调节49

（二）保留树木凋落物树木凋落物是林地（园林绿化）土壤有机质的主要来源之一，如果能采取有效措施，效果是不错的。

（三）调节土壤水、气、热等状况土壤微生物的生活条件得到正常满足时，有机质才能正常转化，矿化和腐殖化才能得以协调。（二）保留树木凋落物50（四）调节C/N有机物本身的成分是影响其分解的重要因素之一。有机物含碳素总量和氮素总量