土壤的基本组成.ppt

第二章第二章 土壤的基本组成土壤的基本组成 土土 壤壤固体土壤（约固体土壤（约占土壤总容积占土壤总容积的的50%50%）粒间孔隙（约粒间孔隙（约占土壤总容积占土壤总容积的的50%50%）矿物质矿物质来自岩石的风化，包括原生矿来自岩石的风化，包括原生矿 物和次生矿物，约占固体重量的物和次生矿物，约占固体重量的95%95%以上。以上。有机质有机质动物残体及其转化产物，约动物残体及其转化产物，约占固体重量的占固体重量的5%5%以下。以下。土壤空气土壤空气一部分由地上大气层进入，主一部分由地上大气层进入，主要为要为O O2 2 、N N2 2 等，另一部分由土壤内部等，另一部分由土壤内部产生，主要为产生，主要为COCO2 2、水汽等。水汽等。土壤水分土壤水分主要由地上进入土中，其中含主要由地上进入土中，其中含有溶质，包括离子、分子、胶体颗粒等，有溶质，包括离子、分子、胶体颗粒等，实际上是浓度不同的溶液（土壤溶液）。实际上是浓度不同的溶液（土壤溶液）。第一节第一节 土壤的形成土壤的形成 母质母质土壤土壤岩石岩石风化作用风化作用成土作用成土作用一：地壳的元素组成一：地壳的元素组成 a:主要成分是O（46.40%49.52%）、Si（25.75%29.50%）、Al（7.45%8.80%）、Fe（4.20%5.10%）这四种元素。b：某些植物生长的必需营养元素：比如：Mn、Zn、Cu、B、Mo等不仅含量少，而且都以难溶性的化合物封闭在坚硬的岩石中，处于极分散的状态，植物难于吸收利用。矿物矿物：天然存在于地壳中有一定的化学组成、物理特性、内部构造的化合物或单质元素。二：主要的成土矿物二：主要的成土矿物 绝大多数：化合物、结晶质、固态的。少数：单质、非结晶质、液态的。矿物起源原生矿物：起源于岩浆岩，存在于岩浆岩中的矿物。次生矿物：原生矿物经过风化作用，其组成和性质发生 改变而形成的新矿物。(一一)土壤中的原生矿物土壤中的原生矿物（1）硅酸盐类 包括长石类、云母类、闪石类、辉石类。（2）氧化物类 主要有石英类、其次是赤铁矿类、氧化钛类（3）硫化物类 主要有黄铁矿类。（4）磷酸盐类 主要有氟磷灰石、氯磷灰石。(二二二二)土壤中的次生矿物粘土矿物土壤中的次生矿物粘土矿物土壤中的次生矿物粘土矿物土壤中的次生矿物粘土矿物（1 1）结晶次生层状铝硅酸盐类矿物）结晶次生层状铝硅酸盐类矿物 土壤中粘粒的主体，主要有1：1型的高岭石组和2：1型的蒙脱石、伊利石组。（2 2）二、三氧化物类矿物）二、三氧化物类矿物 有针铁矿（Fe2O3.H2O）、褐铁矿（2Fe2O3.3H2O）、三水铝石（AI2O3.3H2O）、水铝石 （Al2O3.H2O）、水锰矿（MnO(H2O)）、软锰矿（MnO2）等，有结晶态的和非结晶态的。（3 3）简单盐类）简单盐类 土壤中最常见盐类有碳酸盐、硫酸盐类、氯化物盐类等。(三三)主要成土矿物的性质主要成土矿物的性质石英是最主要的造岩矿物，分布最广。石英在岩石中常呈不透明或半透明晶粒状，烟灰色，油脂光泽。石英硬度大，化学性质稳定，不易风化，岩石中其它矿物风化后，石英仍然以粗粒壮保存下来，是土壤中砂粒的主要来源。石石 英英正长石正长石 KalSiKalSi3 3O O8 8 晶晶体体短短柱柱状状，肉肉红红色色、浅浅黄黄色色、浅浅黄黄红红色色等等，玻玻璃璃光泽，硬度光泽，硬度6.06.0。正正长长石石易易风风化化，风风化化后后形形成成粘粘土土矿矿物物比比如如高高岭岭石石等等，可可为为土土壤壤提提供供大大量量K K。正正长长石石类类矿矿物物一一般般含含氧氧化化钾钾16.916.9。是是土土壤壤中中K K和和粘粘粒的主要来源。粒的主要来源。斜长石斜长石 Na（AlSi3O8）Ca（Al2Si2O8）常呈板状和柱状晶体。白色或灰白色。玻璃光泽，硬度6065。在岩石中多呈晶粒，长方形板状，白色或灰白色，玻璃光泽。斜长石比正长石容易风化，风化产物主要是粘土矿物，能为土壤提供K、Na、Ca等矿物养分。是土壤中K和粘粒的主要来源。黑云母深褐色或黑色，其他性质同白云母。黑云母较白云母易于风化，风化物为碎片状。是土壤中K和粘粒的主要来源黑云母黑云母KHKH2 2（MgMg，FeFe）3 3AlSiAlSi3 3O O1212白云母：片状、鳞片状；无色透明或浅色（浅黄、浅绿）透明。薄片具有弹性，珍珠光泽，硬度2030。白云母较难风化，风化产物为细小的鳞片状，强烈风化后能形成高岭石等粘土矿物。是土壤中K和粘粒的主要来源。白云母白云母KHKH2 2AlAl3 3SiSi3 3O O1212角闪石呈细长柱状，深绿至黑色，玻璃光泽，硬度5.06.0。，角闪石易风化，风化产物为含水氧化铁、含水氧化硅和粘土矿物。并释放出少量的Ca和Mg 角闪石角闪石 CaCa（MgMg，FeFe）3 3SiSi4 4O O1212呈短柱状、致密块状，棕至暗黑色，条痕灰色，中等解理，硬度55。较角闪石难风化，风化物基本同角闪石，但富含Fe。辉石辉石 CaCa（MgMg，FeFe）SiSi2 2O O6 6普通辉石普通辉石橄榄石呈粒状集合体出现，橄榄绿色，玻璃光泽或油脂光泽。风化产物有蛇纹石、滑石、褐铁矿、二氧化硅等。橄揽石（橄揽石（MgMg，FeFe）2 2SiOSiO4 4 方解石为次生矿物，呈菱形，半透明，乳白色，含杂质时呈灰色、黄色、红色等，玻璃光泽。与稀盐酸反应生成CO2气泡。方解石的风化主要是受含CO2的水的溶解作用，形成重碳酸盐随水流失，石灰岩地区的溶洞就是这样形成的。方解石方解石 CaCOCaCO3 3 白白云云石石是是由由方方解解石石、菱菱美美矿矿结结合合而而成成，呈呈弯弯曲曲的的马马鞍鞍状状、粒粒状状、致致密密块块状状等等，灰灰白白色色，有有时时带带微微黄黄色色，玻玻璃璃光光泽泽，性性质质与方解石相似。与方解石相似。但但较较稳稳定定，与与冷冷盐盐酸酸反反应应微微弱弱，只只能能与与热热盐盐酸酸反反应应，粉粉末末遇遇稀稀盐盐酸酸起起反反应应，这这是是与与方方解解石石的的主要区别。主要区别。白白云云石石是是组组成成白白云云岩岩的的主主要要矿矿物物，也也存存在在于于石石灰灰岩岩中中。风风化化物物是是土土壤壤CaCa、MgMg养养分分的的主主要要来来源。源。白云石白云石 CaCOCaCO3 3MgCOMgCO3 3磷磷灰灰石石呈呈致致密密块块状状、土土状状等等。灰灰白白、黄黄绿绿、黄褐等色，硬度黄褐等色，硬度5.05.0。在在矿矿物物上上加加钼钼酸酸铵铵，再再加加一一滴滴硝硝酸酸即即有有黄黄色色沉沉淀淀生生成成，这这是是鉴鉴别别磷磷灰灰石石的的主主要要方方法法。磷磷灰灰石石以以次次要要矿矿物物存存在在于于岩岩浆浆岩岩和和变变质质岩岩中。中。较较难难风风化化，风风化化产产物物是是土土壤壤磷磷养养分分的的重重要要来源。来源。磷灰石磷灰石 CaCa5 5（POPO4 4）3 3（F F，ClCl）石膏呈板状、块状、石膏呈板状、块状、无色或白色。玻璃光无色或白色。玻璃光泽或丝绢光泽。硬度泽或丝绢光泽。硬度2 20 0，是干旱炎热气，是干旱炎热气候条件下的盐湖沉积。候条件下的盐湖沉积。常作土壤改良剂。常作土壤改良剂。石膏石膏 CaSOCaSO4 42H2H2 2O O8 8三：主要的成土岩石三：主要的成土岩石 岩石：一种或多种矿物的集合体称为岩石。前者为单质岩后者为复 成岩。不同的岩石具有不同的矿物组成和结构形态。1.1.1.1.岩浆岩岩浆岩岩浆岩岩浆岩 又称火成岩，指地球内部岩浆侵入地壳或喷出地面冷凝结晶而形成的岩石，前者称侵入岩，后者称喷出岩。主要有花岗岩、流纹岩、闪长岩、辉长岩、玄武岩橄榄岩，主要有花岗岩、流纹岩、闪长岩、辉长岩、玄武岩橄榄岩，等等。组成岩浆岩的主要矿物有橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、等等。组成岩浆岩的主要矿物有橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、斜长石、正长石石英等斜长石、正长石石英等7 7种。种。岩浆岩根据二氧化硅含量分为：岩浆岩根据二氧化硅含量分为：岩浆岩根据二氧化硅含量分为：岩浆岩根据二氧化硅含量分为：酸性岩浆岩酸性岩浆岩酸性岩浆岩酸性岩浆岩 65%65%65%65%中性岩浆岩中性岩浆岩中性岩浆岩中性岩浆岩 52%52%52%52%65%65%65%65%基性岩浆岩基性岩浆岩基性岩浆岩基性岩浆岩 45%45%45%45%52%52%52%52%超基性岩浆岩超基性岩浆岩超基性岩浆岩超基性岩浆岩 45%45%45%2 2 砂粒砂粒 粗砂粒粗砂粒 2 20.20.2 细砂粒细砂粒 0.2 0.20.020.02 粉砂粒粉砂粒 0.02 0.020.0020.002 粘粒粘粒 0.002 0.002a：国际制：b b：卡庆斯基制（前苏联制）：卡庆斯基制（前苏联制）：简制简制 1 石砾 10.01 物理性砂粒 0.01 物理性粘粒祥制 表表2 23 3卡庆斯基土壤粒组分类表卡庆斯基土壤粒组分类表 美国制土壤粒级分级标准美国制土壤粒级分级标准附表：美国制土壤粒级分级标准附表：美国制土壤粒级分级标准石砾石砾1.01.0砂粒砂粒粗砂粒粗砂粒1 10.250.25细砂粒细砂粒0.250.250.050.05粉粒粉粒粗粉粒粗粉粒0.050.050.010.01中中粉粒粉粒0.010.0050.010.005细粉粒细粉粒0.0.0050050.0.002002黏粒黏粒粗黏粒粗黏粒0.0.0020020.0010.001黏粒黏粒0.0010.001C C、中国制（暂拟方案）中国制（暂拟方案）198719872、各级土粒的组成和性质 石英，正长石、白云母砂粒和粗粉粒斜长石、辉石、角闪石、黑云母细粉粒次生矿物：层状硅酸盐矿物，Fe、Al、Si等氧化物或氢氧化物粘粒非硅酸盐矿物：磷灰石、黄铁矿、石膏结核、石灰结核以及各种可溶性盐类，属于非稳定性矿物，在各级土粒中都会存在，但在土壤机械分析时，会被破坏而淋洗掉 颗粒由粗到细 SiO2Al2O3、Fe2O3SiO2/R2O3。养分含量：细土粒粗土粒，a：各粒级的矿物组成b：各级土粒的化学组成二、土壤质地二、土壤质地 土壤质地：土壤中各粒级土粒含量（质量）的百分率的组合。质地是土壤的一项非常稳定的自然属性，它可以反映母质的来源和成土过程的某些特征，对土壤肥力有很大的影响，土壤质地的类别一般可分为砂土、壤土、粘土这三类，在此基础上再细分为若干个质地类别 土壤中的矿物质颗粒的大小及含量多少即土壤的颗粒组成不土壤中的矿物质颗粒的大小及含量多少即土壤的颗粒组成不同，对土壤的肥力性质影响很大，在颗粒组成基本相似的土壤中，同，对土壤的肥力性质影响很大，在颗粒组成基本相似的土壤中，常常具有类似的肥力特征。因此土壤学家常常具有类似的肥力特征。因此土壤学家根据肥力特征相近与否，根据肥力特征相近与否，根据肥力特征相近与否，根据肥力特征相近与否，把土壤颗粒组成划分成若干组，每组为一个质地类别，这种分类把土壤颗粒组成划分成若干组，每组为一个质地类别，这种分类把土壤颗粒组成划分成若干组，每组为一个质地类别，这种分类把土壤颗粒组成划分成若干组，每组为一个质地类别，这种分类办法就叫土壤质地分类办法就叫土壤质地分类办法就叫土壤质地分类办法就叫土壤质地分类。三元制：根据砂粒、粉粒、粘粒三粒级的含量来确定土壤质地。比如美国制、国际制及其它大多数质地分类制。二元制：根据物理性砂粒和物理性粘粒的含量来确定土壤质地。比如卡庆斯基质地制。1 1、国际制质地分类标准：、国际制质地分类标准：国际制土壤质地分类标准是根据砂粒（20.02）、粉粒（0.020.002）、粘粒（0.002三粒级的含量来确定土壤质地。划分为十二个质地名称。P17图2-2（按三粒级的含量分别划三角形底边的平行线，划平行线时以该粒级100%含量为三角形的顶点，三条线的交点就是要查的土壤质地名称）。a：以粘粒的含量为主要标准，15%砂土或壤土，15%-25%粘壤土 25%粘土。b：当粉粒含量达到45%以上时，在质地分类名称前要加冠“粉质”字样，当砂粒含量达到5585%时，在质地类别名称前要加冠“砂质”字样。c：当砂粒含量85%时，直接称为壤砂土，90%砂土。要点：要点：(一）土壤质地分类制一）土壤质地分类制 某土壤：砂粒30%、粉粒50%、粘粒20%粉质粘壤土 某土壤：砂粒60%、粉粒20%、粘粒20%砂质粘壤土 某土壤：砂粒10%、粉粒50%、粘粒40%粉质粘土 例如：例如：2 2卡庆斯基土壤质地分类卡庆斯基土壤质地分类卡庆斯基土壤质地分类可分为卡庆斯基土壤质地分类可分为3 3个部分：个部分：(1)(1)土壤质地基本分类土壤质地基本分类 （见附表（见附表1 1）根据物理性砂粒与物理性粘粒的相对含量将土壤划分为砂土类、壤土类、粘土类等三类九级(2)(2)土壤质地详细分类土壤质地详细分类将六个粒级组按照其含量最多及第二多的以砾质、砂质、粉质、黏质冠于基本质地名称前(3)(3)按石块含量的补充分类按石块含量的补充分类 土壤中若含有3mm的石块，则在基本质地名称或详细质地名称前再加石块含量的分类名称（见附表2）卡庆斯基土壤质地分类表 石块石块石块石块(3 3 3 3mm)mm)mm)mm)含量含量含量含量()石质程度石质程度石质程度石质程度 0.50.50.510101010 强石质土强石质土强石质土强石质土中国暂拟土壤石砾含量分类（中国暂拟土壤石砾含量分类（19781978）石砾（石砾（10101 1mmmm）含量（）含量（）分类分类 1 10 10多砾质多砾质3、中国的质地分类制（二）土壤质地与土壤肥力的关系（二）土壤质地与土壤肥力的关系 粘质土粘质土：保水、保肥性好，养分含量丰富，土温比较稳定，但通 气性、透水性差，耕作比较困难。砂质土砂质土：蓄水力弱、养分含量少，保肥能力差、土温变化快，但 通气性、透水性好，易耕作。壤质土壤质土：介于砂质土和粘质土之间的土壤类别，在性质上兼有砂 质土和粘质土的优点，是比较理想的土壤类别，许多肥 力性质都介于砂质土和粘质土之间。总体上讲土壤质地对土壤肥力和性质有着重要的影响，但它不是决定土壤肥力的唯一因素，一种土壤在质地上的缺点，可以通过改良土壤结构和调节土壤颗粒组成而得到改善。（三）土壤质地的改良（三）土壤质地的改良 n n1 1 1 1、客土法、客土法、客土法、客土法 搬运别的土壤（客土）掺在过砂或过粘的土壤搬运别的土壤（客土）掺在过砂或过粘的土壤中（本土），使之相互混合，以改良土壤质地的方法，称为中（本土），使之相互混合，以改良土壤质地的方法，称为客土法。客土法。n n2 2 2 2、放淤改良、放淤改良、放淤改良、放淤改良 在有条件的大河中下游地区，可利用不同河在有条件的大河中下游地区，可利用不同河流不同季节所携带泥沙的粗细不同，分别将河水引入过砂或流不同季节所携带泥沙的粗细不同，分别将河水引入过砂或过粘的土壤上，使之沉积下来，对本土进行改良的方法。过粘的土壤上，使之沉积下来，对本土进行改良的方法。n n3 3 3 3、多施有机肥、多施有机肥、多施有机肥、多施有机肥 过砂过粘的土壤结构不良，有机肥中含过砂过粘的土壤结构不良，有机肥中含有大量的腐殖质，腐殖质的粘结力和粘着力比砂土强而比粘有大量的腐殖质，腐殖质的粘结力和粘着力比砂土强而比粘土弱，可以改良砂土或粘土的不良物理性状，使土壤松紧度、土弱，可以改良砂土或粘土的不良物理性状，使土壤松紧度、孔隙状况、吸收性能得到改善，从而提高土壤肥力。孔隙状况、吸收性能得到改善，从而提高土壤肥力。n n4 4 4 4、翻砂压淤和翻淤压砂、翻砂压淤和翻淤压砂、翻砂压淤和翻淤压砂、翻砂压淤和翻淤压砂 有的土壤耕层质地过砂或过粘，有的土壤耕层质地过砂或过粘，但其底层有淤泥层或砂土层，可以通过深翻，把下层的砂土但其底层有淤泥层或砂土层，可以通过深翻，把下层的砂土或粘土翻上来，与表土掺混，以达到改良土壤质地的目的。或粘土翻上来，与表土掺混，以达到改良土壤质地的目的。n n5 5 5 5、种植绿肥、种植绿肥、种植绿肥、种植绿肥 种植田菁、绿豆、沙打旺、苜蓿、紫云英、草种植田菁、绿豆、沙打旺、苜蓿、紫云英、草木樨等增加有机质，创造良好的土壤结构。木樨等增加有机质，创造良好的土壤结构。第三节第三节 土壤有机质和土壤微生物土壤有机质和土壤微生物 一、土壤有机质一、土壤有机质 广义：存在于土壤中的各种含碳的有机物的总称。它包括各种动 植物残体，微生物体及其分解合成的有机物质。狭义：专指土壤中的腐殖质，但在测定过程中无法把未分解、半 分解的动植物残体剔除掉，所以测定结果实际上还包括未 分解、半分解的动植物残体在内。有机质的定义有机质的定义（一）土壤有机质的来源（一）土壤有机质的来源 1 1、死亡的动植物、微生物残体。、死亡的动植物、微生物残体。2 2、施入的农家肥。、施入的农家肥。3 3、工业及城、工业及城市垃圾废水、废渣。市垃圾废水、废渣。原始土壤原始土壤：微生物体是土壤OM的最早来源。自然土壤：自然土壤：自然土壤：自然土壤：是死亡的动、植物，微生物残体及植物的枯枝落叶，但是死亡的动、植物，微生物残体及植物的枯枝落叶，但基本来源是它上面生长的绿色植物。基本来源是它上面生长的绿色植物。耕地土壤：耕地土壤：耕地土壤：耕地土壤：可概括为两个方面：（可概括为两个方面：（可概括为两个方面：（可概括为两个方面：（1 1 1 1）栽培作物的残留物（）栽培作物的残留物（）栽培作物的残留物（）栽培作物的残留物（2 2 2 2）施用）施用）施用）施用的有机肥。其中后者其主导作用。的有机肥。其中后者其主导作用。的有机肥。其中后者其主导作用。的有机肥。其中后者其主导作用。（二）土壤（二）土壤OMOM的含量、组成及性质的含量、组成及性质 1.1.含量含量：土壤有机质在自然土壤中差异很大，高的可超过20%，称为有机质土壤比如某些泥炭土，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。土壤有机质对土壤肥力和植物生长起到良好的作用，在农业上常把保持土壤有机质平衡和逐步提高有机质含量作为土壤培肥的中心环节。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，由南至北由西至东呈递增趋势，水田高于旱田，我省有机质含量较低，平均在1%左右，土壤培肥任务艰巨。A A：元元素素组组成成：主要是C（52-58%）、H（3.3-4.8%）、O（34-39%）、N（3.7-4.1%）其次是P、S。2.2.组成组成B:B:B:B:化学组成化学组成化学组成化学组成1 1 1 1、非腐殖物质（、非腐殖物质（、非腐殖物质（、非腐殖物质（非特异性物质）非特异性物质）非特异性物质）非特异性物质）指土壤中动植物微生物残体和它指土壤中动植物微生物残体和它们不同阶段的分解产物。包括：们不同阶段的分解产物。包括：a a、碳水化合物碳水化合物 有单糖、多糖（淀粉纤维素木质素果胶质）等有单糖、多糖（淀粉纤维素木质素果胶质）等b b、含氮化合物含氮化合物 蛋白质、多肽、氨基酸等蛋白质、多肽、氨基酸等c c、含磷化合物含磷化合物 植素、核酸、磷脂等植素、核酸、磷脂等d d、含硫化合物含硫化合物e e、脂溶性物质和木质素脂溶性物质和木质素2 2 2 2、腐殖质、腐殖质、腐殖质、腐殖质（特异性物质）（特异性物质）（特异性物质）（特异性物质）是指有机生物残体经土壤微生物分解和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高分子有机化合物。再合成作用重新形成的一类特殊的高分子有机化合物。（三）土壤中有机质的转化（三）土壤中有机质的转化 矿质化：有机质在微生物的作用下分解为简单化合物同时释放出矿质养分的过程。腐殖化：有机质在微生物的作用下合成为复杂稳定的腐殖质的过程。1 1、土壤有机质的矿质化过程、土壤有机质的矿质化过程 矿化分两个阶段：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。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）。土壤有机质的分解程度常用矿化率来表示：土壤有机质的矿化率土壤每年因矿质化作用所消耗的有机质数量占土壤有机质总量的百分数。一般农业土壤有机质矿化率在25%之间，自然土壤1%。可计算土壤有机质的消耗，例：一亩地表土重150000公斤，土壤有机质含量为1%，土壤有机质矿化率为3%，则矿化量为1500001%3%45公斤。（1 1）碳水化合物的分解）碳水化合物的分解 多糖（淀粉、纤维素、半纤维素）首先在微生物分泌的水解酶的作用下水解为单糖。(C6H12O5)n +nH2OnC6H12O6单糖进一步分解为更简单的物质C6H12O6C2H5OH+2OCH3COOH +2O22C2H5OH +2CO2CH3COOH +H2O2CO2 +2H2O通通气气良良好好的的条条件件下下，单糖迅速分解，最终产生CO2 和H2O，同时释放出大量热量。嫌气条件下分解缓慢，并有大量的中间产物有机酸的累积，最终产物除了CO2外，还有大量的还原性物质CH4等产生，同时释放出少量热量。C C6 6H H1212O O6 6CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2COOH+2COCOOH+2CO2 2+H+H2 22CH2CH3 3CHCH2 2CHCH2 2COOH+2HCOOH+2H2 2O O5CH5CH4 4 +2CO+2CO2 2（2 2）含）含N N有机物的分解有机物的分解 土壤中含N的有机物比如蛋白质、核酸、氨基酸、酰胺等也比较容易分解转化，我们以土壤中主要的含N化合物蛋白质为例来介绍含N有机物的分解。a a：水解作用：水解作用：蛋白质水解蛋白质消化蛋白质多缩氨基酸（多肽）氨基酸b b：氨化作用：氨化作用：氨基酸氨化微生物氧化、还原、水解等NH3+有机酸 氧化氧化好气分解好气分解CHCH2 2NHNH2 2COOHCOOHO O2 2 HCOOHHCOOHCOCO2 2NHNH3 3 还原还原嫌气分解嫌气分解CHCH2 2NHNH2 2COOHCOOHH H2 2C CH H3 3COOHCOOHNHNH3 3 水解水解CHCH2 2NHNH2 2COOHCOOHH H2 2O OC CH H2 2(OH)COOH(OH)COOHNHNH3 3c c：硝化作用硝化作用：在通气良好的条件下，通过亚硝化细菌和硝化细菌的作用将NH4+N氧化为NO3-N的过程。2NH3 +3O2亚硝化细菌2HNO2 +2H2O +158大卡2HNO2 +O2硝化细菌2HNO3 +42大卡（3 3）含磷有机物的分解）含磷有机物的分解核蛋白水解酶蛋白质核酸核酸酶核苷酸核苷酸酶核苷 H3PO4卵磷脂 磷酸脂酶磷酸甘油水解甘油 H3PO4卵磷脂 磷酸脂酶磷酸甘油水解甘油 H3PO42 2、土壤中有机质的腐殖化过程、土壤中有机质的腐殖化过程 腐殖化过程是土壤OM在微生物的作用下，合成复杂稳定的腐殖质的过程，在其中主要是微生物主导的生物化学过程，当然也可能有一些纯化学过程。关于腐殖化过程，目前还不是十分清楚，只是了解了它的一般轮廓，对于其中很多过程还有待于进一步研究,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：第一个阶段：产生构成腐殖质分子原始材料第一个阶段：产生构成腐殖质分子原始材料 木质素降解产物中保留了原来的芳核结构单位.有些微生物分解有机质时会产生多元酚类化合物微生物分泌的酚氧化酶氧化多元醌类化合物蛋白质降解 肽类、氨基酸、氨第二阶段：上述原始材料通过缩合等酶促反应和纯化学反应合成腐第二阶段：上述原始材料通过缩合等酶促反应和纯化学反应合成腐殖质单体分子。比如醌能与氨基酸缩合成腐殖质单体分子：殖质单体分子。比如醌能与氨基酸缩合成腐殖质单体分子：进入土壤的有机物究竟有多少能够转化为腐殖质可用进入土壤的有机物究竟有多少能够转化为腐殖质可用腐殖化系数腐殖化系数来表示来表示：单位质量的有机物料在土壤中分解一年单位质量的有机物料在土壤中分解一年后，残留下来的量占施入量的百分数。后，残留下来的量占施入量的百分数。不同有机物料的腐解不同有机物料的腐解残留率是不同的，同一有机物料在不同土壤上的腐解残留率残留率是不同的，同一有机物料在不同土壤上的腐解残留率也不相同，耕地土壤一般为也不相同，耕地土壤一般为0.20.40.20.4之间。之间。3 3、腐殖质的分离、提取、组成和性质、腐殖质的分离、提取、组成和性质 A A：腐殖质的分离、提取腐殖质的分离、提取a：腐殖质与土壤矿物质部分紧密结合在一起，形成复合体，不易分离。c：用一般的溶剂提取不完全，用剧烈的方法，有可能会引起有机分子的变性（包括：成分、性质、结构特征的改变）。b：腐殖质与非腐殖质很难用溶剂来区分，也不可能用通常的物理方法来分离。腐殖质的性质分离提取面临困难：磨细过筛后磨细过筛后的土样的土样水浮选、手挑、静电吸附法水浮选、手挑、静电吸附法或用比重为或用比重为1.8-2.01.8-2.0的比重液的比重液未分解、半分解未分解、半分解的动植物残体的动植物残体含腐殖质含腐殖质的土样的土样稀稀NaOHNaOH浸提过滤浸提过滤黑色残余物（胡敏酸）黑色残余物（胡敏酸）溶液溶液HClHCl或或H H2 2SOSO4 4酸化酸化 过滤过滤褐色沉淀褐色沉淀黄色溶液黄色溶液（褐腐酸）（褐腐酸）富里酸（黄腐酸）富里酸（黄腐酸）腐殖质的性质分离提取一般方法：腐殖质的性质分离提取一般方法：化化学学组组成成：腐殖质的化学组成中主要是C、H、O、N、P、S，还有少量的Ca、Mg、Fe、Si等灰分元素。功功能能团团组组成成：腐殖质组分中有许多的功能团，其中最主要的是含氧功能团，比如：羧基RCOOH、酚式羟基（OH）、醇羟基（ROH）、甲氧基OCH3，醌基，正是由于这些功能团的存在，使腐殖质表现出多种活性，比如离子交换，对金属络合作用，氧化还原性及生理活性等。B B、腐殖质的组成腐殖质的组成C C：腐殖质在土壤中存在形态腐殖质在土壤中存在形态a：游离态的腐殖质，只占极少部分b：有的与盐基化合形成盐类，主要腐殖酸钙、镁盐c：有的与含水三氧化物，比如Al2O3xH2O、Fe2O3yH2O化合形成复杂的凝胶体。d：与粘粒结合形成胶质复合体。腐殖质分子的结构非常复杂，属于高分子聚合物。一般认为含有芳核结构，芳核上有多种取代基，并连接着多肽和脂肪族侧链，此外还可能连接着氨基酸和糖，有时还存在着含N的杂环结构。D D：腐殖质分子的结构特征腐殖质分子的结构特征分子量分子量：腐殖质的分子量在不同的土壤上有很大的差异，不同的组分也有很大差异，即使同一样品因测定方法不同也有很大差异，根据不同方法测定的平均值。胡敏酸的分子量要比富里酸大HAFA。形状形状：有关腐殖质分子的形状，研究结果也不尽一致，过去认为是网状多孔结构，近年来通过电子显微镜拍照和通过粘性特征的推断，有人认为腐殖酸分子是球形的，有人认为是棒状的，也有人认为二者都有。E E：腐殖质分子的性质腐殖质分子的性质 腐殖质是两性胶体，既带负电荷又带正电荷，通常以带负电荷为主，电性来源主要是分子表面羧基、酚羟基的解离以及胺基的质子化。带电性带电性OH腐殖质分子结构核心COOHNH2解离或质子化腐殖质分子结构核心COONH3O由于羧基、酚羟基的解离，胺基的质子化的程度，都会随周围pH值的变化而变化，所以腐殖质所带电荷属可变电荷。颜色颜色颜色颜色：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溶解度溶解度溶解度溶解度 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、二三价盐均溶于水。络合能力络合能力络合能力络合能力 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。吸水性吸水性吸水性吸水性 是亲水胶体，吸水能力强，最大吸水量超过本身重量的5倍，干腐殖质从饱和大气中吸水可达本身重量的1倍。稳定性稳定性稳定性稳定性 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4.7-9年，胡敏酸在土壤中平均停留时间780-3000年，富里酸为200-630年。（四）影响土壤有机质转化的因素（四）影响土壤有机质转化的因素 1 1、土壤的湿度和通气状况：、土壤的湿度和通气状况：适当的湿度而且通气良好的土壤适当的湿度而且通气良好的土壤：好气性微生物活动旺盛，有机质进行好气分解，分解速度快，而且比较完全，矿化率高，释放出矿质养分多，而且呈氧化态，有利于植物对养分的吸收，但是中间产物累积少，不利于土壤OM的累积和保存。土壤湿度大通气不良的土壤：土壤湿度大通气不良的土壤：嫌气性微生物活动旺盛，有机质进行嫌气分解，分解慢，而且不完全，矿化率低，释放出矿质养分少，而且呈还原态，不利于植物对养分的吸收利用，同时在还原条件下会产生一些有机酸（比如乙酸、丙酸、丁酸）和一些还原性气体H2S、H2等对作物生长有毒害作用，但是在嫌气条件下中间产物累积多，有利于土壤OM的累积和保存。2 2、温度、温度 035：增高温度能促进OM分解2535：适宜土壤中大多数微生物活动45：微生物的活动就会受到抑制50：有机物可能会发生纯化学的氧化分解而导致挥发。3 3、土壤酸碱反应、土壤酸碱反应 细菌最适宜酸碱度：PH6.57.5的中性环境放线菌最适宜的酸碱度可能要偏碱一些真菌最适宜酸碱度PH36的酸性条件下活动。pH5.5或pH8：大多数的微生物都不太适宜。4 4、有机物本身的物理状态和组成、有机物本身的物理状态和组成 a：物理状态：新鲜、多汁干枯老化 磨细、粉碎未磨细粉碎b：化学组成：单糖、淀粉、水溶性蛋白质半纤维素、果胶 纤维素、木质素、脂肪、腊质c c：有机物的有机物的C/NC/N比：比：指有机物中C总量与N总量的比。N是组成微生物体细胞的要素，有机质中的C既是微生物生命活动的能源，又是构成体细胞的要素，所以微生物对C和N这两种元素的需要有一定的比例，才能满足微生物的生命活动和构成体细胞的需要。不同的微生物在不同的条件下对C/N的要求不一样，一般认为微生物每分解2530份的C，大约需要1份的N，也就是说微生物对C/N的要求是252530/130/1。有有机机物物的的C/NC/N252530/1：有机物中的N素供应不足，微生物就可能从土壤中吸收有效N用于构成微生物体细胞，从而产生微生物与植物竞争土壤有效N的现象，也有可能抑制微生物的繁殖和生长，从而使有机物的分解受到抑制。有有机机物物的的C/NC/N252530/130/1：有机物中的N素供应充足，微生物的繁殖和生长要快得多，有利于矿质化作用的进行。实际上大多数有机残体的C/N远远大于2530/1，比如禾本科作物的秸秆，其C/N80100：1远远大于2530/1，为了促进它的分解，并防止植物缺N，应该补施一定的化学N肥。（五）有机质在土壤肥力上的作用（五）有机质在土壤肥力上的作用 1 1、能提供给作物需要的养分、能提供给作物需要的养分 a：OM能提供给植物有机态养分：OM在降解过程中能产生一些水溶性的有机分子，比如氨基酸、酰胺、易水解蛋白质、己糖磷酸脂、蔗糖磷酸脂等能够为植物直接吸收利用。b：OM能提供给植物矿质态养分：在OM的元素组成中，含有各种各样的元素，既有大量元素也有微量元素，既有必需元素，又有有益元素。这些养分元素经过矿质化作用，就能分解释放出来供作物吸收利用。c：有机质分解、合成过程中产生的有机酸和腐殖酸，能促进矿物质的溶解，促进矿物风化，从而释放出养分供植物吸收利用。d：有机质分解、合成过程中产生的各种有机酸及腐殖酸能与金属离子形成络合物，从而使这些离子保留在土壤中而不致于沉淀下来。2、有机质能改善土壤的理化、生物、性质，从而改善土壤的肥力、有机质能改善土壤的理化、生物、性质，从而改善土壤的肥力特性特性。物理性质物理性质 a：有机质能促进土壤团粒结构的形成，增加团粒结构的稳定性。OM在土壤中主要以胶膜的形式包被在土壤颗粒上表面。粘结性、粘着性：砂粒 腐殖质 100 100mm/h,mm/h,透水性强的土壤；透水性强的土壤；100-30 100-30mm/hmm/h，透水性适中；透水性适中；30 30mm/h mm/h 透水性不良土壤。透水性不良土壤。2 2、水利工程上很有用的参考数据，、水利工程上很有用的参考数据，如修水库、盐碱地排水渠道如修水库、盐碱地排水渠道（二）（二）（二）（二）土壤中液态水的运动土壤中液态水的运动土壤中液态水的运动土壤中液态水的运动一般认为土壤水运动符合达西定律：一般认为土壤水运动符合达西定律：土壤水通量土壤水通量是是指指在在水水压压梯梯度度方方向向上上单单位位时时间间通通过过单单位位断断面面积积的的水水的的体体积积。dHdH为为两两点点间间的的水水势势能能差差或或压压力力差差，x x为为流流程程，dHdH/dxdx为为水水压压梯梯度度或或水水势势梯梯度度，比比例例常常数数K K是是单单位位水水压压梯梯度度下下的的水水通通量量，称称为为导导水水率率，-表表示示水水流方向与压力势梯度方向相反。流方向与压力势梯度方向相反。液液态态水水运运动动分分两两种种情情况况：一一是是土土壤壤水水的的饱饱和和流流动动，土土壤壤孔孔隙隙全全部部充充满满水水时时土土壤壤水水的的运运动动。二二是是土土壤壤水水的的不不饱饱和和流流动动，只只有有部部分分孔孔隙隙有有水土壤水的运动。水土壤水的运动。1 1 1 1、土土土土壤壤壤壤水水水水的的的的饱饱饱饱和和和和流流流流动动动动 土壤中水已成为连续整体的运动，此种水运动特点：水的流动主要是由重力势和压力势推动，基质势为零，水的流速决定于粗孔的孔径与数量，饱和流的导水率K为常数且砂土壤土粘土。饱和流动又分三种情况：(1)垂直向下的饱和流动；(2)水平方向的饱和流动；(3)垂直向上的饱和流动。2 2 2 2、土壤水的不饱和流动、土壤水的不饱和流动、土壤水的不饱和流动、土壤水的不饱和流动指土壤中的孔隙在未被水全部充满时（不超过田间持水量时），土壤水在土壤中的运动。运动特点：推动力主要是基质势梯度，也有重力的作用，水的流速很慢，非饱和导水率低于饱和导水率，非饱和导水率K是一个变化量，它随土壤水吸力和含水量的变化而变化，是土壤水吸力或土水势的函数。水汽扩散量水汽扩散量 水汽扩散系数水汽扩散系数即单位时间单位水汽压梯度下通过即单位时间单位水汽压梯度下通过单位面积的水汽量。单位面积的水汽量。水汽压梯度主要受水汽压梯度主要受土壤湿度土壤湿度、温度温度及及含盐量含盐量的影响。的影响。在在土土壤壤中中，水水汽汽是是由由暖暖处处向向冷冷处处运运动动，夏夏天天夜夜晚晚下下层层土土温温高高，水水汽汽由由下下层层向向上上层层运运动动，水水汽汽扩扩散散到到表表层层凝凝结结，出出现现夜夜潮潮现现象象。秋秋冬冬土土壤壤表表层层温温度度低低，下下层层土土温温度度高高，水水汽汽也也由由下下层层向向上上层层运运动动，水水汽汽扩扩散散到到表表层层凝凝结结并并结结冰冰，形形成成含含水水量量较较高高的的冻层。一年中由凝结补充水分约冻层。一年中由凝结补充水分约60-60-100100mmmm。（三）土壤中的水汽运动（三）土壤中的水汽运动（三）土壤中的水汽运动（三）土壤中的水汽运动1 1、特点：土壤中的汽态水是土壤空气主要组成成分之一，一般、特点：土壤中的汽态水是土壤空气主要组成成分之一，一般处于饱和状态，当土壤中水汽压产生差别即产生水汽压梯度时，处于饱和状态，当土壤中水汽压产生差别即产生水汽压梯度时，水汽便以扩散的方式进行运动。水汽便以扩散的方式进行运动。2 2 2 2、水汽运动的方式（形式）、水汽运动的方式（形式）、水汽运动的方式（形式）、水汽运动的方式（形式）（1 1 1 1）水水水水汽汽汽汽凝凝凝凝结结结结 指指汽汽态态水水变变为为液液态态水水的的过过程程。秋秋冬冬土土壤壤表表层层温温度度低低，下下层层土土温温度度高高，水水汽汽由由下下层层向向上上层层