土壤组成与性质第1章

第四节土壤有机质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。

我国部分土壤有机质含量如下表。

第1章中国某些自然土壤中有机质含量1.38～6.66统计的标本数有机质含量（％）土类322.07～7.05黄棕壤、黄褐土10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1章一土壤有机质的来源、类型和组成土壤有机质是指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。（一）土壤有机质的来源

土壤有机质主要来源于高等绿色植物的枯枝、落叶、落果、根系等；其次是土壤中动物、微生物的遗体；及人为施用的有机肥料。第1章高等植物残体：森林＞草原＞荒漠；森林植被，热带森林＞亚热带森林＞温带森林＞寒温带针叶林；草原植被，热带稀树草原＞温带草原＞荒漠化草原＞荒漠植被。微生物、动物来源、植物来源：（二）有机质的类型(soilorganicmatter)

土壤中的有机质大致可分为两大类：

1新鲜有机质、有机残余物和简单有机化合物

新鲜有机质指那些仍保持原来形态，没被分解的动物植物及微生物遗体。有机残余物指那些半分解状态的有机物质。简单有机物包括糖类有机残余氨基酸、脂肪等有机化合物。

2土壤腐殖质土壤腐殖质是除未分解的动、植物组织和土壤生命体等以外的土壤中有机化合物的总称。第1章非特异性土壤有机质土壤腐殖质（三）土壤有机质的组成(按化学成分分)1.碳水化合物

碳水化合物主要有淀粉、纤维素、半纤维素等多糖类物质。2.含氮化合物动、植物残体中主要的含氮化合物是蛋白质，少量比较简单的可溶性氨基酸。植物残体中的叶绿素等。3.单宁、树脂、脂肪、蜡质等这是一类复杂的有机化合物，除单宁外，其余都不溶于水而溶于有机溶剂如酒精、苯等物质中，在土壤中分解缓慢而不彻底。4.本质素

木质素是植物木质部的主要组成成分，是复杂的有机化合物。

5.灰分元素

植物经燃烧后，残留在灰分中的元素称灰分元素。构成灰分的主要元素为Ca、Mg、K、Na、S、P、S、Fe、AL、Mn，以及微量元素I、Zn、Mo、B等。其中以Si、Ca、K、Al为最多。第1章二.土壤生物及其在土壤形成中的作用第1章土壤中活的有机体，分为土壤微生物和土壤动物两类。土壤生物参与岩石的风化和原始土壤的生成，对土壤的生长发育、土壤肥力的形成和演变，以及高等植物营养供应状况有重要作用。土壤物理性质、化学性质和农业技术措施，对土壤生物的生命活动有很大影响。特别是微生物，是土壤有机质转化的主要动力土壤生物的主要类型土壤生态系统组分—主要土壤生物图式第1章●土壤微生物

土壤中肉眼无法分辨，只能借助显微镜或电子显微镜才能观察的活有机体。多为单细胞生物。包括细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物5大类群。大部分微生物在土壤中营腐生生活，靠现成的有机物取得能量和营养成分。第1章微生物是土壤有机质转化的主要动力。1.细菌

在土壤微生物中，最大的一个类群。细菌有两类：一类是自养型及兼性自养细菌，另一类是异养型细菌，它又分为好气性、嫌气性和兼气性三种。细菌大多数适于在中性至微碱性的环境中生活。2.真菌

在酸性和好气条件下最为活跃。在酸性森林土，泥炭土和土壤表层较多。3.放线菌原核生物的一个类群。大多数为异养型需氧菌。4.藻类藻类是土壤微植物区系中最高级的类型，但其总量仅占微生物群落的微小部分。第1章真菌细菌土壤微生物的主要功能表现在：参与土壤有机物的矿化和腐殖化，以及各种物质的氧化-还原反应；参与土壤营养元素的循环，促进植物营养元素的有效性；根际微生物以及与植物共生的微生物，能为植物直接提供氮、磷和其他矿质元素及各种有机营养；能为工农业生产和医药卫生提供有效菌种；某些抗生性微生物能防治土传病原菌对作物的危害；降解土壤中残留有机农药、城市污物和工厂废弃物等，降低残毒为害；某些微生物可用于沼气发酵，提供生物能源、发酵液和残渣有机肥料。第1章●土壤动物

土壤中无细胞壁的活有机体，一般能为肉眼所见。主要属无脊椎动物，包括环节动物、节肢动物、软体动物、线形动物和原生动物等。根据个体大小、栖居时间和生活方式可分为若干类型，在土壤中分布极不均匀。

土壤动物在其生命活动过程中，对土壤有机物质进行强烈的破碎和分解，将其转化为易于植物利用或易矿化的化合物，并能释出许多活性钙、镁、钾、钠和磷酸盐类，对土壤理化性质产生显著影响。土壤动物积极参与物质生物小循环。某些环节动物对土壤腐殖质的形成、养分的富集、土壤结构的形成、土壤发育及通气透水性能等均有较好作用。但某些动物对土壤和农、林、牧业生产有一定危害。第1章三土壤有机质的分解和转化分解转化的类型1.简单有机质的分解转化；2.植物残体的分解转化；3.土壤腐殖质的分解转化；影响有机质转化的因素1.温度；2.土壤水分和通气性；3.植物残体的特性，主要是C/N；4.土壤特性。第1章（一）土壤有机质的矿化作用1、碳水化合物的分解土壤有机质中的碳水化合物如纤维素、半纤维素、淀粉等糖类，在微生物分泌的糖类水解酶的作用下，首先水解为单糖：(C6H10O5)n＋nH2O→nC6H12O6

生成的单糖由于环境条件和微生物种类不同，又可通过不同的途径分解，其最终产物也不同。如果在好气条件下，有好气性微生物分解，最终产物为水和二氧化碳，放出的热量多，称氧化作用，其反应如下：nC6H12O6＋6O2→6CO2＋6H20＋热量如果在通气不良的条件下，则在嫌气性微生物作用下缓慢分解，并形成一些还原性气体、有机酸，产生的热量少，称发酵作用，其反应为：

C6H12O6→CH3CH2CH2COOH＋2H2＋2CO2＋热量4H2＋CO2→CH4＋2H2O第1章2、含氮有机质的分解含氮有机物是土壤中氮素的主要贮藏状态，包括蛋白质、氨基酸、腐殖质等。（1）水解作用蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶作用下，分解成氨基酸的作用称水解作用。蛋白质氨基酸（2）氨化作用分解含氮有机物产生氨的生物学过程称氨化作用。CH2NH2COOH＋O2HCOOH＋CO2＋NH3CH2NH2COOH＋H2CH3COOH＋NH3CH2NH2COOH＋H2OCH2(OH)COOH＋NH3（3）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。这一作用可分为两个阶段：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

蛋白质水解酶

氧化好气分解

还原嫌气分解水解第1章（4）反硝化作用同细菌在无氧或微氧条件下以NO3－或NO2－作为呼吸作用的最终电子受体生成N2O和N2的硝酸盐还原过程，称反硝化作用。其反应如下：3.含磷、硫有机物的分解

（1）含磷有机物的分解土壤中含磷有机物主要有核蛋白、卵磷脂、核酸、核素等，它们在有机磷细菌的作用下进行分解：产生的磷酸盐是植物可吸收的磷素养分，但在酸性或石灰性土壤中易与Fe、Al、Ca、Mg等生成难溶性的磷酸盐，降低其有效性。在缺氧条件下磷酸又被还原为磷化氢，其反应如下：H3PO4H3PO3H3PO2PH3

反硝化细菌24KHCO3＋6CO2＋12N2↑＋18H2OC6H12O6＋24KNO3磷细菌水解

K＋＋Na＋＋Ca2＋核蛋白质磷酸磷酸盐第1章（2）含硫有机物的分解植物残体中的硫，主要存在于蛋白质中，能分解含硫有机物的土壤微生物很多，一般能分解含氮有机物的氨化细菌，都能分解有机硫化物，产生硫化氢，其反应如下：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。第1章（二）土壤腐殖化过程三阶段理论第一阶段：植物残体由复杂到简单；第二阶段：微生物增殖；第三阶段：聚合为腐殖质实际包含矿化和腐殖质化这同一过程的两个对立方面。土壤腐殖质的形成机理非常复杂，至今提出了四条途径加以解释：途径1：糖聚合途径2：多酚—醌途径3：木植素—醌途径4：类木植素第1章土壤腐殖质的形成是一个复杂的过程，大致可分为两个阶段。

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。

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。土壤腐殖质的形成第1章土壤腐殖质形成过程中的转化途径植物残体碳水化合物蛋白质单宁类化合物木质素微生物分解微生物分解分解、再合成及代谢产物芳香族化合物（多酚、醌）醌类化合物氨基酸（蛋白质）缩合作用缩合作用形成腐殖质第1章土壤腐殖质形成的机理1植物残体木质素糖类多酚胺类化合物木质素分解产物醌醌腐殖质Stevenson1982微生物的转化作用腐殖质形成的木植素机理1木质素微生物作用木质素构建单元剩余残体甲基氧化和N化合物缩合作用胡敏酸分解成小分子富里酸Waksman1932被微生物进一步利用腐殖质形成的多酚机理1木质素微生物作用酚和酸类物质被微生物进一步利用和氧化出CO2被微生物利用纤维素和其它非木质素物质多酚酚氧化酶醌氨基酸氨基酸胡敏酸富里酸Stevenson1982四腐殖质的性质1.分子量大：890-2550（胡敏酸）和675-1450（富里酸）2.表面积大：2000m2/g3.亲水胶体：保水性强4.含多种功能基团，通过解离，表现离子交换、络合、氧化—还原等多种生理活性5.阳离子代换量大，达到500-1200cmol（+）/kg，对土壤物理和化学性质都有重要影响1土壤腐殖质的性质土壤腐殖质(soilhumus)是土壤特异有机质，也是土壤有机质的主要组分，约占有机质总量的50％~65％。是土壤微生物利用植物残体及其分解产物重新合成的高分子化合物。胡敏素胡敏酸富里酸腐殖质60%1★土壤腐殖质的分组土壤腐殖质加NaOH沉淀物（胡敏素）可溶性腐殖物质加酸至pH1溶液富里酸沉淀胡敏酸1土壤腐殖质组分及其分离过程图式1★腐殖质的元素组成Substances(物质)%dryash—freebasisCHONFulvicacids(富里酸)44-493.5-5.044-492.0-4.0Humicacids(胡敏酸)52-623.0–5.530-333.5–5.0Proteins(蛋白质)50-556.5-7.319-2415.0-19.0Lignin(木质素)62-695.0-6.526-331★腐殖质的种类和性质腐殖质本身不是一种单一的化合物，而是由多种化合物形成的聚缩物，其主体为腐殖酸及其盐，占腐殖质的85％～90％，称为腐殖物质。其余为微生物代谢所产生的较简单的化合物，因与腐殖酸紧密结合难以分离，故与腐殖酸合称为腐殖质。一般把土壤腐殖质概括为胡敏酸和富里酸两大类。（一）胡敏酸和富里酸的共同性质

胡敏酸和富里酸同属于高分子有机化合物，是两性胶体，具胶体特性。主要组成元素有：C、H、O、N，还有P、S等。1（二）胡敏酸的特性胡敏酸是土壤中溶于稀碱的棕褐色的天然有机高分子化合物。胡敏酸分子量大，平均可大于25，000，它的官能团的氢离子可以被解离出来与溶液中的阳离子进行交换。因胡敏酸的官能团多，所以它具有较强的交换能力。

(三)富里酸的特性富里酸是土壤中溶于稀碱也溶于稀酸的黄棕色天然有机高分子化合物。富里酸的分子量较胡敏酸小（3000～6000）。其元素组成和分子结构虽与胡敏酸相似，但含C、H量比胡敏酸少，而H、O的含量比胡敏酸多，这说明富里酸缩合程度较胡敏酸低，酸性较强。1腐