第二章土壤有机质

第二章土壤生物与土壤有机质土壤有机质是指存在于土壤中所有含碳的有机物质，包括土壤中各种动物、植物残体、微生物体及其分解和合成的各种有机物质，即由生命体和非生命体两部分有机物质组成。

第一节土壤生物(soilorganisms)

生活在土壤中的生物包括动物、植物和微生物。一、土壤微生物(soilmicroorganisms)（1）细菌(bacteria):最多（2）放线菌(actinomycetes)：次之（3）真菌(fungi)：次之（4）藻类(algae)：最少（5）原生动物(protozoon)：最少二、土壤动物

每公顷的土壤中约含有几百千克的各种动物,其中占优势的类群：（1）蚯蚓(earthworm)

（2）线虫(nematode)

（3）其它土壤动物：螨类、蚂蚁、蜗牛、啮齿类动物、其它昆虫等。三、土壤生物的功能

1、调节植物生长的养分循环（主要是有机质的分解、转化、合成，推动土壤发育）

2、分解有机物，产生并消耗CO2、CH4、H2等多种气体

3、影响全球气候的变化.SOC&Microbialcommunity

四、影响土壤微生物活性的环境因素

1、温度：绝大多数微生物适于25～40℃的温度范围。

2、pH：大多数细菌、藻类和原生动物最适宜的pH范围未6.5～7.5，放线菌7.5～8.0，真菌3.0～6.03、氧气和Eh（氧化还原电位）：好氧微生物最适宜的Eh为：300～400mv,厌氧微生物<100mv。

4、生物因素：有互生、共生、拮抗现象。如：纤维分解菌为真菌提供能源，固氮菌为纤维分解菌提供氮素营养。

5、土壤管理措施：如少耕和免耕可增强土壤表层附近微生物活性。滥用杀虫剂和除草剂会抑制一些微生物活性。一、土壤有机质的来源、含量及其组成（一）、土壤有机质的来源1、高等植物残体（地上部和地下部）2、土壤中的动物残体及排泄物3、土壤中的微生物及分泌物4、施用的有机肥第二节土壤有机质土壤有机质的来源、含量及其组成土壤有机质的分解和转化（重点）土壤腐殖物质的形成和性质（重点）

土壤有机质的作用及管理（重点）SoildevelopmentIncreaseofSOM死亡的微生物动植物残体凋落物AccumulationofSOMandSoilformation（二）、含量及组成1、有机质含量

土壤有机质的含量差异很大，泥炭土可高达20%或30%以上，漠境土和砂质土壤不足0.5%。耕作土壤表层的有机质含量通常<5%,一般在1%～3%之间。土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%地区有机质含量（%）旱地水田东北平原4.454.96黄淮海平原0.991.27长江中下游平原1.742.74南方红壤丘陵1.652.52珠江三角源程序平原2.012.73表5-1不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量2、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，分别占５２％～５８％、３４％～３９％、３．３％～４．８％和３．７％～４．１％，

其次是Ｐ、Ｓ

2、有机质的组成(2)化合物组成可分为:

腐殖物质（HumicSubstance)

非腐殖物质（Non-HumicSubstance)常见的化合物有糖、纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。

2、有机质的组成(3)存在形态：新鲜的动、植物残体半分解的动、植物残体腐殖质占１０％～１５％，易机械分开，是土壤有机质的基本组成部分和养分来源，也是形成腐殖质的原料。占85%～９０％，常形成有机无机复合体，难以用机械方法分开，是改良土壤、供给养分的重要物质，也是土壤肥力水平的重要标志之一。第二节土壤有机质的分解和转化

有机质的分解与合成示意图二、土壤有机质的分解和转化（一）、矿质化过程与腐殖化过程1、矿质化过程(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。

矿化率：每年因矿质化而消耗的有机质量占土壤有机质总量的百分数。我国有机质年矿化率在1%～4%之间。1、矿质化过程糖类化合物的转化多糖经酶的作用水解为单糖，再进一步分解为更简单的物质。含氮物质的转化水解：蛋白质→水解蛋白质→消化蛋白质→多缩氨基酸→氨基酸氨化：氨基酸→NH3硝化：NH3→HNO3反硝化：HNO3→N20、N21、矿质化过程含磷有机物的转化核蛋白质→核素→核酸→磷酸卵磷脂→甘油磷酸脂→磷酸含硫有机物的转化含硫有机物→H2S→H2SO4,当通气不良时H2SO4→H2S简单有机化合物的分解单糖、淀粉和简单蛋白质粗蛋白质纤维素、半纤维素脂肪、蜡质木质素有机质分解由易而难的递进2.腐殖化过程:(Humification)***

有机质被分解后再合成新的较稳定的复杂的有机化合物，并使有机质和养分保蓄起来的过程。腐殖化系数***：通常把每克干重的有机质经过一年分解后转化为腐殖质（干重）的克数，称为腐殖化系数。腐殖化系数通常在0.2～0.5之间。矿质化和腐殖化两个过程互相联系，随条件改变相互转化，矿化的中间产物是形成腐殖质的原料，腐殖化过程的产物，再经矿化分解释放出养分。

合理调控两者的速度，使其能供应作物生长的养分同时又使有机质保持在一定的水平。

新鲜程度

破碎程度

紧实程度

（一）、植物残体的特性

1、物理状态三、影响有机物质的分解和转化的因素2、植物残体的化学组成

纤维素、木质素和蜡质含量高的植物残体难分解，含氮有机物多的植物残体分解容易Ｃ／Ｎ不仅影响有机残体分解速度，还影响土壤有效氮的供应，通常以２５：１或３０：１较为合适。

3、C/N比***三、影响有机物质的分解和转化的因素Ｃ／Ｎ＜２５：１时，微生物活动最旺盛，分解有机质速度较快，释放出大量Ｎ素Ｃ／Ｎ＞２５：１时，Ｎ相对不足，会出现微生物与植物共同争夺土壤中的有效Ｎ。

（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

通过影响微生物的活性而影响有机质的分解，各种微生物都有其最适pH范围，多数细菌的最适pH为6.5～7.5，真菌为3～6、，放线菌为略偏向碱性。由于细菌数目最多，所以pH6.5～7.5较适宜，

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、温度

无分解：≤0℃；分解随温度而加强：0-35℃；升温10℃，分解速率提高2～3倍最适分解温度：20~35℃3、水分

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。5、通气性

第三节土壤腐殖物质的形成和性质腐殖质是一类以芳香化合物或其聚合物为核心，复合其他有机物的有机复合体，是组成和结构都很复杂的天然高分子聚合物，非常稳定难溶于水。

腐殖质非常稳定对维持土壤有机质水平，减少氮素等其他养分移动、损失是十分重要的。一土壤腐殖质的形成

二、土壤腐殖质的存在形态

游离状态的腐殖质（土壤中极少）；

与盐基化合成稳定的盐类(腐殖酸钙镁)；

与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体；

与粘粒结合成胶质复合体（有机无机复合体）。52%～98%的有机质集中在粘粒部分。

土壤有机无机复合体示意图三、土壤腐殖酸的分组目前常用的提取剂（1）0.1MNaOH溶液（2）0.1MNaOH+0.1M

焦磷酸钠混合提取液腐殖质分组方法四、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%，粘粒仅为15%～20%。4、腐殖质的分子结构和分子量（1）腐殖质的分子结构目前还没有完全确定，只明确以芳香核为主体，附以各种功能团。

（2）腐殖酸的分子量因土壤和组分的不同而不同，胡敏酸平均为2500～2000，富里酸平均为680～1450。5.胶体特性

土壤有机胶体的主要组成部分（一）物理性质（二）腐殖酸的化学性质胡敏素胡敏酸富里酸腐殖质１、腐殖质的组成２、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。元素组成为C、H、O、

N和S等3、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-14、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。5、腐殖酸的电性（可变电荷）腐殖酸是一种两性胶体。既可以带负电荷，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的升高而升高。腐殖质具有带电性（可变电荷）

（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；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。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.

在同一地区，水稻土的腐殖质的HA/FA比大于旱地。在同一地区，熟化程度高的土壤的HA/FA比较高。2、腐殖质的变异性

氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%

磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%

其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。第四节土壤有机质的作用及管理一、有机质在土壤肥力上的作用（一）提供植物需要的养分

碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年释放的CO2达1.35×1011吨，相当于陆地植物的需要量1、物理性质：①促进良好结构体形成，使砂土变紧、粘土变松；②促进土壤升温，而且变幅不大。2、化学性质

：

①增强保水性；②增强土壤保肥性；③增强土壤缓冲性（二）改善土壤肥力特性3、生理性质对微生物OM是微生物生命活动所需要的养分和能量来源，土壤中微生物的数量与OM的含量呈正相关；

对植物，腐殖酸（一）有机质对重金属污染的影响（络合、氧化还原、吸附）（二）有机物质对农药污染的影响（固定、迁移，降低或消失其农药毒性）

（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响（有机质是全球碳平衡过程中非常重要的碳库）

二、有机质在生态环境上的作用三、土壤有机质的管理

在一定范围内，土壤肥力以及作物产量随有机质含量提高而增加，但是土壤有机质并不是愈多愈好，当超过一定范围，对作物和土壤肥力均不利.土壤有机质含量并非可以无限提高，在稳定的生态系统中最终达到一个稳定值。

土壤有机质含量决定于年生成量（腐殖化系数）和年矿化量（矿化率）的大小

1、坚持两个原则

平衡原则经济原则调节有机质的积累和分解，使既能提高土壤有机质含量，又能以适当的分解速度向作物提供养分

如何提高土壤有机质含量？2.

提高有机质含量的措施

增加有机质的来源；调节有机质的积累和分解过程。(1)、施用有机肥主要的有机肥源包括：

绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼肥、河泥、塘泥、

有机、无机肥料配合施用(2).种植绿肥田菁紫云英紫花苜蓿等

休闲绿肥、套作绿肥养用结合：因地制宜、充分用地、积极养地、养用结合(3)秸秆还田要注意秸秆的C/N比、破碎度、埋压深度以及土壤墒情、播种期远近、化肥施用量等增加有机质的来源P55例题解释调节有机质的分解速率为了充分发挥有机质的有益作用，就必须调节土壤微生物的活动，使有机质能及时分解，即不能太慢，也不能太快。

分解太慢，释放出的养分少，不能满足作物的需要；

分解太快，使土壤有机质产生无益消耗，还会造成养分的流失及作物的猛长。此外，土壤有机质过快的消耗会导致土壤结构的破坏，使土壤的理化性质变劣，耕性恶化。

调节土壤水、气、热状况，控制有机质的转化；合理的耕作和轮作；调节碳氮比和土壤酸碱度。

1．了解不同地带土壤有机质的来源、含量及其组成。2．掌握碳水化合物、含N化合物的转化过程及产物，重点掌握影响转化因素中的C/N的详细内容和基本原理。3.掌握土壤腐殖质的性质。4.掌握土壤有机质对土壤肥力、农作物产量、品质以及环境保护所产生的影响。5.了解提高土壤有机质的原则和途径，以及为什么一再强调增施有机肥，以