土壤有机质和生物.ppt

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1、第三章第三章 土壤有机质土壤有机质和生物和生物什么是有机质什么是有机质以各种形态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。以各种形态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。广义：包括一切生物体及其分解或合成的各种产物。广义：包括一切生物体及其分解或合成的各种产物。狭义：通过微生物转化合成的有机物质即腐殖质。狭义：通过微生物转化合成的有机物质即腐殖质。概念：概念：土壤有机质土壤有机质(soil organic matter)土壤中的各种动植物残体，在土壤生物的作用下形成的一类土壤中的各种动植物残体，在土壤生物的作用下形成的一类特殊的、复杂的、性质比较稳定的高分子化合物特殊的、复杂的、性质比较稳定的高分子化合物

2、(腐殖质腐殖质)。第一节第一节 土壤有机质土壤有机质的来源、组成和类型的来源、组成和类型一、土壤有机质的来源一、土壤有机质的来源土壤土壤有机质来源有机质来源特点特点自自然然土土壤壤森林土壤森林土壤枯枝落叶枯枝落叶数量少；累积于地表：从上到下数量少；累积于地表：从上到下锐减；富含木质素，形成的有机锐减；富含木质素，形成的有机质疏松、有弹性；质疏松、有弹性；形成富含单宁形成富含单宁的的酸性有机质酸性有机质（适于真菌活动）（适于真菌活动）草原土壤草原土壤地上部地上部和和地地下部根系下部根系 数量多；分布较深，从上到下逐数量多；分布较深，从上到下逐渐减少；木质素少，纤维素多，渐减少；木质素少，纤维素多

3、，累积紧实，无弹性；形成累积紧实，无弹性；形成中性有中性有机质机质（适于细菌活动）（适于细菌活动）耕作土壤耕作土壤施有机肥，施有机肥，作物根茬作物根茬数量少，累积于耕作层；受人为数量少，累积于耕作层；受人为培肥措施影响大。培肥措施影响大。二、二、土壤有机质的存在形态土壤有机质的存在形态存在形态：存在形态：动、植物残体动、植物残体半分解的动、植物残体半分解的动、植物残体腐殖物质（腐殖物质（85-90%）三、土壤有机质的含量和组成三、土壤有机质的含量和组成1.含量含量一般把耕层含有机质一般把耕层含有机质20%以上的土壤，称为以上的土壤，称为有机质土壤有机质土壤，在，在20%以下的以下的土壤，称为土

4、壤，称为矿质土壤矿质土壤(mineralsoil)。耕作土壤表层有机质通常在。耕作土壤表层有机质通常在5%以下。以下。土壤有机质含量与土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关。密切相关。目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言，北方土壤有机质含量目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言，北方土壤有机质含量高于南方土壤。高于南方土壤。土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%四川土壤有机质含量（四川土壤有机质含量（%）OM%4.003.014.002.013.001.012.000.611.000.60水田水田%1.296.1939.9

5、51.990.630.004旱地旱地%3.145.5218.7246.2624.661.102.组成组成动植物残体及微生物体动植物残体及微生物体土壤有机质土壤有机质上二类的分泌物、排泄物及中间分解产物上二类的分泌物、排泄物及中间分解产物腐殖质（稳定的高分子化合物）：主体。腐殖质（稳定的高分子化合物）：主体。土壤腐殖质（土壤腐殖质（soilhumus）是除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机是除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机物质的总称。物质的总称。由非腐殖物质由非腐殖物质（Non-humicsubstances）和腐殖物质和腐殖物质（Humicsubstances）组成

6、，通常占土壤有机质的组成，通常占土壤有机质的90%以上。以上。腐殖物质腐殖物质：由多酚和多醌类物质聚合而成；：由多酚和多醌类物质聚合而成；含芳香环结构，黄色至棕黑色，非晶形高分子含芳香环结构，黄色至棕黑色，非晶形高分子有机化合物；有机化合物；最难降解，一般占土壤有机质的最难降解，一般占土壤有机质的60-80%。非腐殖物质非腐殖物质：有特定理化性质、：有特定理化性质、结构已知结构已知；约占土壤腐殖质的约占土壤腐殖质的20-30%；碳水化合物、蛋白质和氨基酸、脂肪、蜡碳水化合物、蛋白质和氨基酸、脂肪、蜡质、木质素、核酸等；质、木质素、核酸等；相对容易被降解，存在时间短；相对容易被降解，存在时间短；

7、氮、磷、硫营养重要。氮、磷、硫营养重要。(1)元素组成元素组成(elementarycomposition)有机质水分占有机质水分占75%，干物质占，干物质占25%。干物质中元素组成干物质中元素组成(%):CHON和灰分元素和灰分元素448408 （C/N为为10左右）左右）(2)化学组成化学组成(chemicalcomposition)有机物料的化学组成：有机物料的化学组成：碳碳水水化化合合物物：约约占占60%，纤纤维维素素和和半半纤纤维维素素为为主主，少少 量淀粉和糖类。量淀粉和糖类。木木质质素素：占占10%30%，平平均均25%，木木本本植植物物较较多多，草草 本植物较少，难分解，腐殖质

8、的主要来源。本植物较少，难分解，腐殖质的主要来源。蛋白质等含氮化合物蛋白质等含氮化合物：占：占115%，平均，平均10%。脂蜡质、单宁等脂蜡质、单宁等：占：占18%，平均，平均5%。灰分灰分：燃烧后留下的灰，草本多于木本，占：燃烧后留下的灰，草本多于木本，占27%。土壤有机质的化学成分土壤有机质的化学成分:纤维素纤维素 半纤维素半纤维素 木质素木质素 蛋白质蛋白质 脂肪、树脂等脂肪、树脂等%210023050283518第二节第二节 土壤有机质的分解和转化土壤有机质的分解和转化矿质化过程（矿质化过程（Mineralization）指复杂的有机质在微生物的作用下，转化为简单的无指复杂的有机质在微

9、生物的作用下，转化为简单的无机物机物(H2O；CO2等等)并释放出能量的过程。并释放出能量的过程。一、碳水化合物的矿质化一、碳水化合物的矿质化多糖单糖CO2+H2O+heat(多）多）好气条件下好气条件下有机酸有机酸heat（少）（少）半嫌气条件半嫌气条件CH4、H2、H2S+heat（极少）嫌气（极少）嫌气水解酶作用己糖己糖淀粉淀粉半纤维素半纤维素纤维素；纤维素；糖类物质的分解是土壤中糖类物质的分解是土壤中生物物活动的主要能源（生物热）生物物活动的主要能源（生物热）。（。（45千卡热千卡热/g有机物）有机物）危害：危害：在低温、嫌气条件下在低温、嫌气条件下,有机酸变为有机酸变为CO2和和H2

10、O的过程受的过程受到阻碍到阻碍,产生有机酸的累积产生有机酸的累积,从而造成植物根系萎缩、腐烂。从而造成植物根系萎缩、腐烂。如：如：甲酸甲酸3.210-3M、乙酸、乙酸4.610-3M、正丁酸正丁酸710-4M，就就会对植物根系产生较严重的危害。会对植物根系产生较严重的危害。解决办法：解决办法：排水晒田、施草木灰（中和酸、补充排水晒田、施草木灰（中和酸、补充K素）素）有机肥施用前进行堆沤。有机肥施用前进行堆沤。蛋白质蛋白质多肽多肽氨基酸氨基酸氨氨NH3硝酸根硝酸根NO3-蛋白酶蛋白酶肽酶肽酶氨化细菌氨化细菌硝化细菌硝化细菌水解作用水解作用（hydrolyzation)氨化作用氨化作用（ammon

11、ification)硝化作用硝化作用（nitrification)任何条件下任何条件下好气好气条件下条件下二、含氮化合物的矿质化二、含氮化合物的矿质化同化吸收同化吸收N素的生物固定或有效化过程与有机物素的生物固定或有效化过程与有机物C/N比密切相关比密切相关:C/N25时，产生时，产生N素生物固定素生物固定C/N25时，产生时，产生N素有效化。素有效化。豆科绿肥（三叶草等）豆科绿肥（三叶草等）C/N小，施入土壤后能提供小，施入土壤后能提供N素素（N素有效化）。素有效化）。禾本科作物秸秆禾本科作物秸秆C/N大，直接还田易造成大，直接还田易造成M与作物争夺与作物争夺N素，造成素，造成N素的生物固定

12、。素的生物固定。秸秆还田应配施化学秸秆还田应配施化学N肥：一般亩施秸秆肥：一般亩施秸秆300400kg，需，需要配施化学纯要配施化学纯N34kg。含磷和硫含磷和硫化合物的分解化合物的分解正磷酸盐正磷酸盐H2PO4-、HPO4=、PO4+3、正硫酸盐正硫酸盐HSO4-、SO4=好气条件好气条件偏磷酸盐和次磷酸盐偏磷酸盐和次磷酸盐H3PO3、H3PO2、H3PO4正硫酸盐、正硫酸盐、H2S(黑根、毒害）黑根、毒害）嫌气条件嫌气条件三、含磷和硫化合物的分解三、含磷和硫化合物的分解有机质的矿化率：有机质的矿化率：土壤有机质每年矿质化作用损失的量占土壤有机质每年矿质化作用损失的量占土壤有机质总量的百分数

13、。土壤有机质总量的百分数。矿化率一般在矿化率一般在1%3%。由于土壤有机质的矿化率与有由于土壤有机质的矿化率与有机氮的矿化率同步，因而可通过测定土壤有机氮的矿化率来机氮的矿化率同步，因而可通过测定土壤有机氮的矿化率来代表有机质的矿化率。代表有机质的矿化率。有机质矿化结果有机质矿化结果：为植物和土壤微生物提供养分为植物和土壤微生物提供养分及活动能量；及活动能量；为合成腐殖质提供物质能源。为合成腐殖质提供物质能源。六、影响土壤有机质转化的因素六、影响土壤有机质转化的因素1、植物有机残体的特性（内在性质）、植物有机残体的特性（内在性质）(1)物物理理状状态态：多多汁汁、幼幼嫩嫩残残体体，粉粉碎碎残残

14、体体易易于于分分解解（秸秸秆秆还还田注意粉碎）。田注意粉碎）。(2)化学性质（有机组分）化学性质（有机组分）糖糖类类、淀淀粉粉、蛋蛋白白质质等等易易分分解解；木木质质素素、纤纤维维素素、脂脂蜡蜡质质、单宁等难分解；半纤维素、果胶介于中间。单宁等难分解；半纤维素、果胶介于中间。富富含含蛋蛋白白质质的的残残体体利利于于矿矿化化；富富含含木木质质素素的的残残体体利利于于生生成成腐殖物质。腐殖物质。使使用用富富含含木木质质素素的的有有机机肥肥，生生成成腐腐殖殖质质较较多多，改改土土效效果果好好（猪粪与牛粪的改土区别）。（猪粪与牛粪的改土区别）。猪粪：猪粪：猪粪质地较细密，氨化细菌较多，猪粪质地较细密，

15、氨化细菌较多，易分解，肥效快，利易分解，肥效快，利于形成腐殖质，改土作用好于形成腐殖质，改土作用好。猪粪肥性柔和，后劲足，属温。猪粪肥性柔和，后劲足，属温性肥料。适于各种农作物和土壤、腐熟后的猪粪可用于稻田，性肥料。适于各种农作物和土壤、腐熟后的猪粪可用于稻田，也可用于旱土，也可用于旱土，可作基肥使用，也可作追肥使用可作基肥使用，也可作追肥使用。牛粪：牛粪：牛粪质地细密，含水量高，牛粪质地细密，含水量高，通气性差，腐熟缓慢，肥效通气性差，腐熟缓慢，肥效迟缓迟缓，发酵温度低，属冷性肥料。为加速分解，可将鲜牛粪，发酵温度低，属冷性肥料。为加速分解，可将鲜牛粪稍加晒干，再加马粪或羊粪混合堆沤，可得疏

16、松优质的肥料。稍加晒干，再加马粪或羊粪混合堆沤，可得疏松优质的肥料。如混入钙镁磷肥或磷矿粉，肥料质量更高。牛粪中碳素含量如混入钙镁磷肥或磷矿粉，肥料质量更高。牛粪中碳素含量高、氮素含量低，高、氮素含量低，碳氮比大碳氮比大，施用时要注意配合使用速效氮，施用时要注意配合使用速效氮肥。肥。牛粪一般只作基肥使用牛粪一般只作基肥使用。(3)植物残体的碳氮比（植物残体的碳氮比（C/N）土壤微生物的土壤微生物的C/N比值平均为比值平均为8:1，即吸收，即吸收1份份N需要需要8份份C，但微生物代谢的但微生物代谢的C只有只有1/3进入微生物细胞，其余的以进入微生物细胞，其余的以CO2释释放因此，微生物同化放因此

17、，微生物同化1份份N到体内，须要约到体内，须要约24份的份的C。当有机残体的当有机残体的C/N25:1时，其时，其N源不足，须从土壤中吸收无源不足，须从土壤中吸收无机机N来补充（氮的生物固定），造成与植物对来补充（氮的生物固定），造成与植物对N源的暂时性竞源的暂时性竞争，有机质分解慢。争，有机质分解慢。当有机质当有机质C/N降至降至25:1以下，分解加快，同时释放出无机以下，分解加快，同时释放出无机N。植物残体植物残体C/N变化大，禾本科秸杆变化大，禾本科秸杆C/N多大于多大于30:1。施用。施用水稻、玉米、麦类等高水稻、玉米、麦类等高C/N秸杆，分解初期应避免氮秸杆，分解初期应避免氮的的“生

18、物固定生物固定”。方法是：。方法是：1）堆腐一段时期再施用堆腐一段时期再施用；2）配施适量氮化肥配施适量氮化肥（一般秸杆（一般秸杆300-400kg/mu，配施，配施N3-4kg/亩）亩）。氮因素值：氮因素值：100克有机质分解时固定无机氮的克数。克有机质分解时固定无机氮的克数。激发作用激发作用*（Priming effect)Priming effect)：土壤土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有机质的降解，这种矿化作用称之有机质的降解，这种矿化作用称之激激发作用发作用。激发效应可以是激发效应可以是正正、也可以是也可以是负。负。2.土壤环境条件（微生物活动条

19、件）土壤环境条件（微生物活动条件）(1)土壤温度土壤温度(temperature)2535条件下，条件下，M活动最为旺盛，利于活动最为旺盛，利于OM矿质化分矿质化分解，提供作物所需养分。解，提供作物所需养分。(2)土壤湿度和通气状况土壤湿度和通气状况(soilhumidityandaerationstatus)要求水分充足而通气良好。要求水分充足而通气良好。水少气多水少气多:好气好气,M活动旺盛活动旺盛,OM矿质化分解矿质化分解,释放养分释放养分水多气少水多气少:嫌气嫌气,M活动受抑制活动受抑制,OM腐殖化合成腐殖质腐殖化合成腐殖质最适水气状况为：即田间持水量的最适水气状况为：即田间持水量的6

20、080%，按土水势按土水势-300-1000hPa（百帕）或（百帕）或mbar（毫巴）。（毫巴）。干湿交替干湿交替(wettinganddryingcycle)有利于有机质的分解与转化。有利于有机质的分解与转化。(3)土壤土壤pH细菌最适细菌最适pH6.57.5，放线菌稍高，真菌较低。，放线菌稍高，真菌较低。pH低于低于5.5，高于，高于8.5，一般微生物都不太适宜。，一般微生物都不太适宜。(4)质地质地：质地愈粘重，愈难分解，腐殖化系数愈高。：质地愈粘重，愈难分解，腐殖化系数愈高。(5)其它条件其它条件：土壤盐浓度低于：土壤盐浓度低于0.2%，无重金属污染等。，无重金属污染等。第三节第三节

21、土壤腐殖物质的形成和性质土壤腐殖物质的形成和性质一、土壤腐殖质形成一、土壤腐殖质形成（一）腐殖化作用（一）腐殖化作用(humification)腐殖质腐殖质(humus)：土壤腐殖质是土壤中一类性质稳定，成分：土壤腐殖质是土壤中一类性质稳定，成分、结构极其复杂的高分子化合物。、结构极其复杂的高分子化合物。腐殖化作用腐殖化作用(humification)：进入土壤中的有机质：进入土壤中的有机质又重新合又重新合成成腐殖质的过程。腐殖质的过程。腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种有机碳形式，也叫有机碳形式，也叫有机碳的周转有机碳的周转。

22、它是一种极端复杂的。它是一种极端复杂的生物过程。生物过程。土壤腐殖质形成途径土壤腐殖质形成途径（二）土壤腐殖化过程（二）土壤腐殖化过程-腐殖质的形成过程（假说阶段）腐殖质的形成过程（假说阶段）腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化过程，还有一腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化过程，还有一些纯化学过程。些纯化学过程。有机质的形成分为两个阶段：有机质的形成分为两个阶段：第一阶段：第一阶段：分解阶段分解阶段：有机残体降解产生有机残体降解产生产生了合成腐殖产生了合成腐殖质质原始材料原始材料：（1）芳香核：主要由）芳香核：主要由木质素降解所产生木质素降解所产生。酚类氧化成醌所产生。酚类氧化成醌所产生

23、。（2）支链化合物：一些含氮的有机化合物，如氨基酸、肽）支链化合物：一些含氮的有机化合物，如氨基酸、肽类等。类等。第二阶段：第二阶段：合成阶段合成阶段：将分解转化的基本材料在微生物作：将分解转化的基本材料在微生物作用下经过缩合和聚合合成结构复杂的腐殖质。用下经过缩合和聚合合成结构复杂的腐殖质。多元酚理论多元酚理论（较为盛行）（较为盛行）（三）（三）腐殖化系数腐殖化系数（humificationcoecient）：单位重量的）：单位重量的有机碳有机碳在土壤中在土壤中分解一年后残留的碳量分解一年后残留的碳量。与有机残体的。与有机残体的木木质素质素含量呈正相关。含量呈正相关。土壤腐殖物质分解速率小，

24、周转速度慢（年周转量为土壤腐殖物质分解速率小，周转速度慢（年周转量为1.1%），从而能较长时间维持土壤有机质水平。），从而能较长时间维持土壤有机质水平。富里酸（富里酸（Fulvicacid）的）的C14年龄年龄0500年；年；胡敏酸（胡敏酸（Humicacid）的）的C14年龄年龄10002500年；年；胡敏素（胡敏素（Humin）平均）平均C14年龄在年龄在1000年以上。年以上。二、土壤腐殖质二、土壤腐殖质-粘土矿物复合体粘土矿物复合体游离态游离态 很少很少结合态结合态 占绝大多数占绝大多数腐殖质腐殖质有机质与粘粒矿物和阳离子结合，形成有机质与粘粒矿物和阳离子结合，形成有机无机复合体有机无

25、机复合体；52-98%的土壤有机质集中在粘粒部分的土壤有机质集中在粘粒部分。粘土矿物粘土矿物-腐殖质复合体腐殖质复合体用稀碱用稀碱（NaOH）去除了动植物去除了动植物残体细土样残体细土样溶液溶液（腐殖酸）（腐殖酸）Humicacids黑色残余物黑色残余物黑腐素黑腐素（胡敏素）（胡敏素）humin酸化酸化（HCl）黄色溶液黄色溶液（黄腐酸、富啡酸（黄腐酸、富啡酸富里酸）富里酸）Fulvicacid，FA褐色沉淀褐色沉淀褐腐酸褐腐酸胡敏酸胡敏酸humicacid，HA用乙醇用乙醇溶解溶解溶解溶解吉玛多吉玛多美朗酸美朗酸碱溶后加电碱溶后加电解质解质NaCL沉淀沉淀灰色腐殖酸灰色腐殖酸溶液溶液棕色腐殖

26、酸棕色腐殖酸水浮选、手挑、静水浮选、手挑、静电吸附或采用比重电吸附或采用比重1.8或或2.0重液浮选重液浮选（轻组）（轻组）三、土壤腐殖酸的分组三、土壤腐殖酸的分组四、土壤腐殖酸的性质四、土壤腐殖酸的性质1.物理性质物理性质(physicalproperty)(1)分子量、形状、颜色分子量、形状、颜色A、分子量分子量：很大，几至几百万。分子量大小与单体和聚合度有关。很大，几至几百万。分子量大小与单体和聚合度有关。HuminHAFA。B、形状形状：短棒形，短棒形，疏松多孔，似海棉疏松多孔，似海棉；比表面积远比粘土矿物和金；比表面积远比粘土矿物和金属氧化物的大。属氧化物的大。C、颜色颜色：分子量愈

27、大，颜色愈深（分子量愈大，颜色愈深（HA分子量大，褐色；分子量大，褐色；FA分子量分子量小，呈淡黄色）小，呈淡黄色）A、溶解性溶解性(dissolution)FA:水水（呈强酸性反应）、（呈强酸性反应）、酸、碱都可溶酸、碱都可溶（它的一切盐类（它的一切盐类都能溶于水）都能溶于水）；HA:水和酸不溶，碱可溶（一价金属离子的盐类易水和酸不溶，碱可溶（一价金属离子的盐类易溶于水，两价离子的盐类难溶于水，三价离子的盐类不溶于水，两价离子的盐类难溶于水，三价离子的盐类不溶于水）；溶于水）；humin:水、酸、碱都不溶。水、酸、碱都不溶。(2)溶解性与吸水性溶解性与吸水性B、吸水性吸水性亲水胶体亲水胶体，

28、吸水能力是硅酸盐粘土矿物的，吸水能力是硅酸盐粘土矿物的4-5倍，最大倍，最大吸水量可达其重量的吸水量可达其重量的500%。2.化学性质化学性质(chemicalproperty)(1)元素组成元素组成(elementarycomposition)C、H、O、N、P、S为主，为主，及少量及少量Ca、Mg、Fe、Si等等灰分。灰分。含含C量为量为5560%，平均，平均58%，100/581.724（实验测（实验测定土壤有机质时，测出含定土壤有机质时，测出含C量后量后1.724即得土壤有机质含量即得土壤有机质含量OM%C%1.724）C:N:P:S100:10:1:1120:10:1:1(C/N为为

29、10:112:1)(2)功能团功能团(functionalgroup)含有含有羧基羧基、醇羟基、羰基、醇基、氨基、醇羟基、羰基、醇基、氨基及酚羟基等多种及酚羟基等多种功能团功能团功能团的解离导致腐殖酸带电。如：功能团的解离导致腐殖酸带电。如：RCOOHRCOOHROHROH腐殖酸总酸度：羧基和酚羟基的总量。总酸度越大，分子活性越强。一般较高的总酸度意味着有较高的阳离子交换量和络合容量。(3)带电性带电性由由于于含含多多种种官官能能团团，官官能能团团发发生生解解离离，在在一一般般土土壤壤pH条条件件下下带带负负电电荷荷，从从而而可可吸吸附附其其它它阳阳离离子子（有有机机质质保保肥肥性性的的机机制

30、所在制所在）。）。腐腐殖殖酸酸的的阳阳离离子子吸吸附附量量5001200cmol(+)/kg，远远高高于于硅硅酸酸盐粘土矿物。盐粘土矿物。(4)腐殖酸具弱酸特征腐殖酸具弱酸特征能能缓冲酸、碱；缓冲酸、碱；与与Ca2+、Fe3+、Al3+及铁、铝氧化物及铁、铝氧化物络合（螯合）络合（螯合）形成复形成复合体。合体。3.分子结构特征分子结构特征(characterofmolecularstructure)由由脂肪族脂肪族和和芳香族芳香族结构组成分聚合而成的，分子结构结构组成分聚合而成的，分子结构极其复杂的极其复杂的有机高分子化合物有机高分子化合物。单体中有芳核结构物质，芳核上有多种取代基。单体中有芳

31、核结构物质，芳核上有多种取代基。4.4.腐殖酸的络合性腐殖酸的络合性络合物的稳定性随络合物的稳定性随pHpH值的升高而增大。值的升高而增大。在在Ph4.8Ph4.8时能与时能与FeFe、AlAl、CaCa等离子形成可溶性络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。合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。5.腐殖质的稳定性与变异性腐殖质的稳定性与变异性（1）稳定性）稳定性在温带条件下，一般植物残体的在温带条件下，一般植物残体的半分解周期半分解周期少于少于3个月，个月，植物残体形成的新的有机质的植物残体形成的新的有机质的半分解期半分解期为为4.7-9年，而胡敏年，而胡敏酸的酸的平均停留

32、平均停留时间为时间为780-3000年，富里酸的年，富里酸的平均停留平均停留为为200-630年。年。（2）腐殖质的变异性）腐殖质的变异性 HA/FA值值*：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。是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表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。一般我国一般我国北方北方的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤腐殖质以胡敏酸为主，腐殖质以胡敏酸为主，HA/FA比大于比大于1.0而在温暖潮湿的而在温暖潮湿的南方南方的酸性土壤中，土壤中以富里酸的酸性土壤中，土壤中以富里酸为主，为主，HA/FA比一般小于比一般小于1.在同一地区，在

33、同一地区，水稻土水稻土的腐殖质的的腐殖质的HA/FA比比大于旱地。大于旱地。在同一地区，在同一地区，熟化程度高熟化程度高的土壤的的土壤的HA/FA比较高。比较高。第四节第四节 土壤有机质的作用及管理土壤有机质的作用及管理（一）（一）提供植物养分提供植物养分有机质有机质养分完全，养分完全，是植物吸收是植物吸收C、N、P、S和微量元素的主要来源，和微量元素的主要来源，且且肥效稳而持久肥效稳而持久。土壤每年释放的土壤每年释放的CO2达达1.351011吨，相当于陆地植物的需要量；吨，相当于陆地植物的需要量；植物所需养分中植物所需养分中N95%以上，以上，P20-50%，S38-94%是由有机质分是由

34、有机质分解供给的解供给的促进有机物质矿质化。促进有机物质矿质化。其他营养：其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。等营养元素。一、一、土壤有机质在土壤肥力方面的作用土壤有机质在土壤肥力方面的作用（二）（二）促进养分有效化促进养分有效化(effectuation)OM矿质化和腐殖化过程中产生的矿质化和腐殖化过程中产生的有机酸和腐殖酸，有机酸和腐殖酸，增加土壤中矿质养分的溶解度；增加土壤中矿质养分的溶解度；有机酸和富啡酸有机酸和富啡酸络合络合某些金属离子（如某些金属离子（如Fe），使其保留），使其保留于土壤溶液中不致沉淀，而提高其有效度。同时于土壤溶液中不致沉淀，而提高其有效度。

35、同时减少金减少金属离子对属离子对P的固定，提高的固定，提高P的有效性。的有效性。通过络合，减轻强酸性土的铁、铝毒害。通过络合，减轻强酸性土的铁、铝毒害。（三）改善土壤肥力特性（三）改善土壤肥力特性1、物理性质、物理性质：促进良好结构体形成促进良好结构体形成(胶结剂胶结剂-胡敏酸胡敏酸多糖）多糖）降低土壤粘性、粘着性、胀缩性和可塑性，改善土壤耕性；降低土壤粘性、粘着性、胀缩性和可塑性，改善土壤耕性；降低土壤砂性，提高保蓄性；降低土壤砂性，提高保蓄性；促进土壤升温。机理如下促进土壤升温。机理如下1.进入土壤的植物组织，每千克干物质大约有进入土壤的植物组织，每千克干物质大约有16.745220.93

36、20KJ的的热。含有机热。含有机4%土壤每英亩耕层土壤有机物质潜能为土壤每英亩耕层土壤有机物质潜能为6.281096.9888109KJ;相当于相当于2050吨无烟煤热量。（土壤参与了能量的传递）吨无烟煤热量。（土壤参与了能量的传递）应用实例：保护地蔬菜育秧和越冬应用实例：保护地蔬菜育秧和越冬2.腐殖质黑色有利于吸热增温腐殖质黑色有利于吸热增温3.导热性较大导热性较大2 2、化学性质、化学性质、化学性质、化学性质（1）影响土壤的表面性质）影响土壤的表面性质（2）影响土壤的电荷性质）影响土壤的电荷性质可变电荷可变电荷（3）影响土壤）影响土壤保肥性保肥性（4）影响土壤的）影响土壤的络合性质络合性质

37、（5）影响土壤）影响土壤缓冲性缓冲性（弱酸和弱酸盐）（弱酸和弱酸盐）3、生物性质、生物性质（1）影响根系的生长影响根系的生长（2）影响植物的抗旱性）影响植物的抗旱性(增强了细胞渗透性和刺激根系下增强了细胞渗透性和刺激根系下扎）扎）（3）影响植物的物质合成与运输）影响植物的物质合成与运输（4）药用作用。）药用作用。不良作用：有机物质分解的中间产物如各种有机酸的毒害问题不良作用：有机物质分解的中间产物如各种有机酸的毒害问题应当注意应当注意二、有机质在生态环境上的作用二、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（一）有机质对重金属污染的影响(1)络合作用络合作用形成不溶性的螯合物，阻滞

38、其在土壤中的迁移形成不溶性的螯合物，阻滞其在土壤中的迁移和向水体转移，减轻重金属和向水体转移，减轻重金属(heavymetal)污染。例如，胡污染。例如，胡敏酸对金属离子的键合总容量为敏酸对金属离子的键合总容量为200600mol/g。(2)腐殖酸通过腐殖酸通过络合和还原作用络合和还原作用影响重金属离子的存在形态。影响重金属离子的存在形态。胡敏酸将有毒的胡敏酸将有毒的Cr6+还原为还原为Cr3+，并与之形成稳定的螯合，并与之形成稳定的螯合物而限制动植物对其吸收。物而限制动植物对其吸收。(3)腐殖酸对矿物有一定腐殖酸对矿物有一定溶解作用溶解作用。（二）（二）有机质对农药等有机污染物的固定作用有机

39、质对农药等有机污染物的固定作用腐殖质中的腐殖酸可腐殖质中的腐殖酸可溶解、吸附溶解、吸附农药，如农药，如DDT易溶于易溶于HA；富啡酸能增加农药从土壤向地下水的迁移。从而富啡酸能增加农药从土壤向地下水的迁移。从而降低或消除农药的残留及毒害降低或消除农药的残留及毒害(toxicityofpesticideresidue)（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响土壤有机质是全球碳平衡的土壤有机质是全球碳平衡的重要碳库重要碳库。全球土壤有机质。全球土壤有机质的总碳量大约是陆地生物总碳量的的总碳量大约是陆地生物总碳量的2.53倍。倍。每年土壤有机质生物分解（呼吸作用）向大气释

40、放每年土壤有机质生物分解（呼吸作用）向大气释放CO2的总碳量远远高于焚烧燃料释放的碳量。的总碳量远远高于焚烧燃料释放的碳量。土壤有机质水平的不断下降，对全球气候变化的影响将土壤有机质水平的不断下降，对全球气候变化的影响将不亚于人类活动向大气排放不亚于人类活动向大气排放CO2的影响。的影响。（四）对环境不良影响（四）对环境不良影响还原气体的产生还原气体的产生CH4、H2S等等一个碳原子的旅程一个碳原子的旅程据据Garrels等（等（1975)计算：计算：在大气圈中停留在大气圈中停留4年；年；在生物圈中停留在生物圈中停留11年；年；在海洋上层水域停留在海洋上层水域停留385年；年；在深海中停留在深

41、海中停留10万年；万年；在地壳中停留在地壳中停留3.42108三、土壤有机质的管理三、土壤有机质的管理土壤有机质（碳）的动态平衡土壤有机质（碳）的动态平衡土壤有机质含土壤有机质含量并非可以无量并非可以无限提高，在稳限提高，在稳定的生态系统定的生态系统中最终达到一中最终达到一个稳定值。个稳定值。$如何提高土壤有机质含量？如何提高土壤有机质含量？1 1、坚持两个原则、坚持两个原则 平衡原则平衡原则 经济原则经济原则 2.2.提高有机质含量的措施提高有机质含量的措施（1)1)合理耕作制度（退化或熟化）合理耕作制度（退化或熟化）合理的耕作制度可促进土壤有机质含量的提高并维持较高合理的耕作制度可促进土壤

42、有机质含量的提高并维持较高的水平。的水平。主要的有机肥源包括：主要的有机肥源包括：绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼肥、河泥、塘泥肥、河泥、塘泥、有机、无机肥料配合施用有机、无机肥料配合施用（2 2）施用有机肥）施用有机肥（3 3）种植绿肥）种植绿肥 田菁田菁 紫云英紫云英 紫花苜蓿等紫花苜蓿等 休闲绿肥、套作绿肥休闲绿肥、套作绿肥养用结合：因地制宜、充分用地、积极养地、养用结合养用结合：因地制宜、充分用地、积极养地、养用结合（4 4）秸秆还田）秸秆还田要注意秸秆的要注意秸秆的C/N比、破碎度、埋压深度以及土壤墒情、比、破碎度、埋压深度以及

43、土壤墒情、播种期远近、化肥施用量等播种期远近、化肥施用量等什么叫有机农业？什么叫有机农业？欧洲把有机农业描述为，一种通过使用有机肥料和适当的耕作欧洲把有机农业描述为，一种通过使用有机肥料和适当的耕作和养殖措施，以达到提高土壤的长效肥力的系统。有机农业生产中和养殖措施，以达到提高土壤的长效肥力的系统。有机农业生产中仍然可以使用有限的矿物物质，但不允许使用化学肥料。通过自然仍然可以使用有限的矿物物质，但不允许使用化学肥料。通过自然的方法而不是通过化学物质控制杂草和病虫害。的方法而不是通过化学物质控制杂草和病虫害。“有机农业有机农业”是指遵照有机农业生产指标，在生产中不采用基是指遵照有机农业生产指标

44、，在生产中不采用基因工程获得的生物及其产物，不使用化学合成的农药、化肥、生长因工程获得的生物及其产物，不使用化学合成的农药、化肥、生长调节剂、饲料添加剂等物质，而是遵循自然规律和生物学原理，协调节剂、饲料添加剂等物质，而是遵循自然规律和生物学原理，协调种植业和养殖业的平衡调种植业和养殖业的平衡 ，采用一系列可持续发展的农业技术，采用一系列可持续发展的农业技术，维持持续稳定的农业生产过程。维持持续稳定的农业生产过程。(一一)基本概念基本概念(二）问答题二）问答题1.土土壤壤有有机机质质2.土土壤壤腐腐殖殖质质、腐腐殖殖酸酸3.矿矿化化作作用用4.腐殖化作用腐殖化作用7.腐殖化系数腐殖化系数8.C

45、/N1.1.什么叫土壤有机质什么叫土壤有机质?包括哪些形态包括哪些形态?其中哪种最重要其中哪种最重要?2.2.增加土壤有机质的方法有哪些增加土壤有机质的方法有哪些?你认为最有效是哪种你认为最有效是哪种?3.3.叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用?4.4.水田的腐殖质含量一般比旱地高水田的腐殖质含量一般比旱地高?为什么为什么?5.5.影影响响土土壤壤有有机机质质转转化化的的条条件件是是什什么么?其其中中最最主主要要的的条条件件是是哪哪一一种种?为什么为什么?6,C/N6,C/N意义意义重点掌握重点掌握 掌握土壤有机质与土壤腐殖质概念，二者有何异同。掌握土

46、壤有机质与土壤腐殖质概念，二者有何异同。掌掌握握碳碳水水化化合合物物、含含NN化化合合物物的的转转化化过过程程及及产产物物，重重点点掌掌握握影响转化因素中的影响转化因素中的C/NC/N的详细内容和基本原理。的详细内容和基本原理。掌掌握握土土壤壤有有机机质质对对土土壤壤肥肥力力、农农作作物物产产量量、品品质质以以及及环环境境保保护所产生的影响。护所产生的影响。了了解解提提高高土土壤壤有有机机质质的的原原则则和和途途径径，以以及及为为什什么么一一再再强强调调增增施有机肥，以培肥土壤的科学道理。施有机肥，以培肥土壤的科学道理。第五节第五节土壤生物土壤生物(Soil Organism)微生物微生物微生

47、物与植物的共生体微生物与植物的共生体原生动物原生动物大型动物大型动物土壤生物的种类土壤生物的种类一、一、土壤微生物土壤微生物 土壤微生物土壤微生物(soilmicroorganisms)是指生活是指生活在土壤中借在土壤中借用光学显微镜才能看到的微小生物。用光学显微镜才能看到的微小生物。土壤微生物参与土壤物质转化过程，在土壤形成和发育土壤微生物参与土壤物质转化过程，在土壤形成和发育、土壤肥力演变、养分有效化和有毒物质降解等方面起着、土壤肥力演变、养分有效化和有毒物质降解等方面起着重要作用。重要作用。1324图图1：古细菌（产甲烷菌）：古细菌（产甲烷菌）图图2：细菌（金黄色葡萄球菌）：细菌（金黄色

48、葡萄球菌）图图3：真菌（青霉菌）：真菌（青霉菌）图图4：病毒（：病毒（T4噬菌体）噬菌体）（一）土壤微生物种群的类型（一）土壤微生物种群的类型节杆菌属（节杆菌属（Arthrobacter）芽孢杆菌属（芽孢杆菌属（Bacillus）假单胞菌属（假单胞菌属（Pseudomonas）土壤杆菌属（土壤杆菌属（Agrobacterium）产碱杆菌属（产碱杆菌属（Alcaligenes）黄杆菌属（黄杆菌属（Flavobacterium）1.1.原核微生物原核微生物(procaryotes)(1)(1)古细菌古细菌(archaea)(2)(2)细菌细菌(bacteria)(3)放线菌放线菌(actinomy

49、ces)(4)蓝蓝细细菌菌（Cyanobacterium）是是光光合合微微生生物物，行行光光能能无无机机营营养养，过过去去称称为为蓝蓝（绿绿）藻藻，由由于于原原核核特特征征现现改改称称为蓝细菌，与真核藻类区分开来。为蓝细菌，与真核藻类区分开来。(5)粘细菌粘细菌(myxomycota)土壤细菌土壤细菌 土壤细菌是一类单细胞、无完整细胞核的生物。它占土壤微生物土壤细菌是一类单细胞、无完整细胞核的生物。它占土壤微生物总数的总数的70%-90%。细菌的基本形态有：细菌的基本形态有：球状、杆状球状、杆状和和螺旋状。螺旋状。土壤细菌常见属有：节杆土壤细菌常见属有：节杆菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、芽孢杆

50、菌属、假单胞菌属、土壤杆菌属、产碱杆菌属、土壤杆菌属、产碱杆菌属和黄杆菌属。菌属和黄杆菌属。土壤中的细菌生理群：土壤中的细菌生理群：纤维分解细菌纤维分解细菌好气纤维分解细菌好气纤维分解细菌主要有生孢噬纤维菌属、噬纤维菌属、多囊主要有生孢噬纤维菌属、噬纤维菌属、多囊菌属和镰状纤维菌属（要求最适温度为菌属和镰状纤维菌属（要求最适温度为22-30，通气良好），通气良好）嫌气纤维分解细菌嫌气纤维分解细菌主要是好热性嫌气纤维分解芽孢细菌，包括主要是好热性嫌气纤维分解芽孢细菌，包括热纤梭菌、溶解梭菌及高温溶解梭菌等。好热性纤维分解菌活热纤梭菌、溶解梭菌及高温溶解梭菌等。好热性纤维分解菌活动适宜温度达动适宜