土壤学第二章.pptx
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1、土壤学课件第二章土壤学课件第二章第一页,共65页。土壤土壤(trng)(trng)有机质与土壤有机质与土壤(trng)(trng)肥力肥力关系关系肥力水平低较低中等较高高OM(%)1.5第1页/共65页第二页,共65页。第一节 土壤(trng)有机质来源及其组成特点一.土壤有机质来源(一)来源于数目众多微生物1.微生物是最早出现在母质中的有机体。成为最早的土壤有机物质来源2.微生物数目繁多,生活代谢周期短。1g肥沃的表土含有细菌可在10亿以上。最多细菌为杆菌,每英亩细菌活质可超过2000磅,每公顷(n qn)2000公斤。3.微生物的代谢产物是土壤有机质来源之一(二)来源于各种动植物残体及其它
2、们的代谢物 树木、灌丛、草类、和其它植物残体。植物生长量成为土壤有机质含量的主要依据土壤动物:蚯蚓、蚂蚁、鼠类、昆虫等的残体及分泌物(三)来源于施入的各种有机肥。第2页/共65页第三页,共65页。第3页/共65页第四页,共65页。有机肥施用(shyng)很重要第4页/共65页第五页,共65页。第5页/共65页第六页,共65页。第6页/共65页第七页,共65页。第一节 土壤(trng)有机质来源及其组成特点二.土壤有机物质基本组成(z chn)特点(一)土壤有机质的物质组成 依据有机物质的分解阶段和存在物理形态分为(fn wi):1.未分解的动植物残体(原材料)2.半分解的有机质:成为暗褐色小片
3、3.腐殖质:特殊性有机物质。(二)土壤有机质化学组成(二)土壤有机质化学组成1.1.碳水化合物:单糖、多糖、碳水化合物:单糖、多糖、淀粉、纤维素、果胶物质等淀粉、纤维素、果胶物质等2.2.木质素:比较稳定。是形成腐殖木质素:比较稳定。是形成腐殖质中心核的原始材料质中心核的原始材料3.3.含氮化合物:蛋白质、多肽、含氮化合物:蛋白质、多肽、氨基酸氨基酸4.4.脂溶性物质:如树脂、腊质、脂溶性物质:如树脂、腊质、单宁等单宁等第7页/共65页第八页,共65页。(三)元素组成(z chn)C(5258%)、O(3439%)、H(3.34.8%)、N(3.74.1)、P、K、Ca、Mg、Fe、Si、Zn
4、、Cu、B、Mo、Mn等.其中:C、H、O、N的和占有机质9095%(四)土壤有机质组成基本特点:1.土壤有机质中木质素和蛋白质含量比植物组织中含量增加2.纤维素和半纤维素含量减少(jinsho)3.土壤中形成了腐殖质第一节 土壤(trng)有机质来源及其组成特点第8页/共65页第九页,共65页。成分植物组织(%)有机质(%)纤维素(cellulose)半纤维素(hemicellulose)木质素(lignin)蛋白质(proteins)油脂(fat)、腊质(lipids)20501030103011518210023050283518植物组织(zzh)与土壤有机质组成比较第一节 土壤有机质来
5、源(liyun)及其组成特点第9页/共65页第十页,共65页。第10页/共65页第十一页,共65页。第二节第二节 土壤有机物质的分解土壤有机物质的分解(fnji)(fnji)与转化与转化decomposition of organic Matter decomposition of organic Matter 有机(yuj)残体矿(质)化作用(zuyng)mineralization腐殖化作用humification第11页/共65页第十二页,共65页。一.有机质的矿化作用(zuyng)mineralization(一)矿化作用的概念:有机物质在微生物的作用下分解成无机营养元素的过程Mine
6、ralization:the conversion of an element from an organic form to an inorganic state as a result of microbial decomposition(二)矿化作用的意义1.为作物生长释放出了营养元素-有效化过程(硝化力测定)2.为腐殖质形成提供了基本材料,成为腐殖化的前提。(三)各种物质矿化作用1.糖类有机物质矿化:多糖单糖CO2+H2O+heat(多)好气条件下有机酸heat(少)半嫌气条件CH4、H2、H2S+heat(极少)嫌气水解酶作用(zuyng)第12页/共65页第十三页,共65页。一.有
7、机质的矿化作用(zuyng)mineralization 己糖淀粉半纤维素纤维素;糖类物质的分解(fnji)是土壤中生物物活动的主要能源(生物热)。(45千卡热/g有机物)2.含氮物质(wzh)的分解蛋白质多肽氨基酸氨NH3硝酸根NO3-蛋白酶肽酶氨化细菌硝化细菌水解作用(hydrolyzation)氨化作用(ammonification)硝化作用(nitrification)任何条件下好气条件下思考题:旱地和水地含氮化合物的转化结果会有何差异?第13页/共65页第十四页,共65页。一.有机质的矿化作用(zuyng)mineralization3.含磷和硫化合物的分解(fnji)含磷和硫化合物
8、的分解(fnji)正磷酸盐H2PO4-、HPO4=、PO4+3、正硫酸盐 HSO4-、SO4=好气条件偏磷酸盐和次磷酸盐H3PO3、H3PO2、H3P正硫酸盐 H2S (黑根、毒害)嫌气条件(三)矿化率(mineralization rate):每年因矿化而消耗的有机物质量占土壤有机质总量的百分数。矿化率作为土壤矿化快慢的指标。一般土壤年矿化率为1%左右。第14页/共65页第十五页,共65页。(四)影响土壤有机质分解转化的因素 土壤有机物质分解转化是在微生物的作用下进行的,属于生物化学反应。1.温度:在035范围内,随着温度升高,有机物质分解速率增加。每上升10,土壤有机质分解速率升高10倍。
9、温度高于45 和低于0 微生物的活性都会降低,有机物质分解速率变慢。高于50 就是纯氧化反应。(南方土壤有机质含量为什么低于北方土壤)温度增加10,有机质增加23倍。冻土效应(effect of soil freezing)土壤冰冻以后,在其解冻后的最初12周内,二氧化碳和氨释放量增多的现象。2.水分(通气性):微生物生命活动一切条件都需要一定的湿度条件和通气条件。如果适度湿润且通气良好,土壤中的好气微生物活动旺盛,有机物质进行着好气分解,分解速度快。分解完全,矿化率高。中间产物少。养料(ynglio)释放多。不会产生有毒物质。如果湿度过大,水分堵塞了土壤孔隙,使通气状况受阻,嫌气微生物活动旺
10、盛,有机物质分解慢,不彻底,有中间产物累积,释放还原性气体,产生环境效应,也影响植物生长。水田不宜提倡秸秆还田。不用以牺牲环境为代价,换取增产。干土效应(effect of soil drying)土壤经过干燥后,在加水湿润的最初12周内,二氧化碳和氨释放量增加的现象。3.pH:各类微生物最适条件:细菌中性;放线菌偏微碱性;真菌酸性(36);土壤pH高于8.5和低于5.5,都不适宜微生物活动。绝大多数微生最适pH条件为中性。4.有机物的物理状态和组成:新鲜程度、细碎程度,织物组织的C/N比一.有机质的矿化作用(zuyng)mineralization第15页/共65页第十六页,共65页。C/N
11、比(carbon nitrogen ratio)C/NC/N比:有机质中有机碳和有机氮的重量比比:有机质中有机碳和有机氮的重量比 土壤的土壤的C/N:8:115:1 C/N:8:115:1 中间值为中间值为10:112:110:112:1。在同一气候条件下,。在同一气候条件下,C/NC/N变化较变化较小。气温相同时,干旱气候条件下的小。气温相同时,干旱气候条件下的C/NC/N比湿润地带低;降雨量相同时,暖温比湿润地带低;降雨量相同时,暖温地带土壤地带土壤C/NC/N比寒冷地土壤低。底层土壤比寒冷地土壤低。底层土壤C/NC/N比表层土壤低。比表层土壤低。植物的植物的C/NC/N比:豆科植物比:豆
12、科植物20:130:120:130:1。作物秸秆为。作物秸秆为80:1100:180:1100:1微生物:微生物:4:19:14:19:1C/NC/N比意义:比意义:1.1.具有较高具有较高C/NC/N的植物残体进入土壤会引起微生物与植物争氮现象。的植物残体进入土壤会引起微生物与植物争氮现象。C/NC/N比作为比作为秸秆还田的重要技术参数需要考虑。秸秆还田的重要技术参数需要考虑。2.2.不同土壤有一个相对稳定的不同土壤有一个相对稳定的C/NC/N比。土壤碳的保持决定于土壤氮的水平。有机比。土壤碳的保持决定于土壤氮的水平。有机体的含氮量越大,则有机碳累积的可能性也就越大。所以,体的含氮量越大,则
13、有机碳累积的可能性也就越大。所以,C/NC/N不仅与土壤氮的不仅与土壤氮的有效性有关,而且也跟土壤有机质的保持有关。在耕作土壤管理中,两方面都需有效性有关,而且也跟土壤有机质的保持有关。在耕作土壤管理中,两方面都需要考虑。要考虑。氮因素(氮因素(nitrogen factornitrogen factor);表示有机物质);表示有机物质(wzh)(wzh)分解过程中氮素的缺乏分解过程中氮素的缺乏程度。加入程度。加入100100份有机物需要加进去的氮素量,既不发生争氮现象,又不会使土份有机物需要加进去的氮素量,既不发生争氮现象,又不会使土壤有效氮发生生物固定现象。壤有效氮发生生物固定现象。第16
14、页/共65页第十七页,共65页。第17页/共65页第十八页,共65页。二.土壤(trng)腐殖化作用(humification)(一)腐殖化概念:有机物质在分解转化过程中,又重新合成腐殖质的过程。腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式(xngsh)转化为另一种有机碳形式(xngsh),也叫有机碳的周转。它是一种极端复杂的生物过程。(二)土壤腐殖化过程-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,还有一些纯化学过程。有机质的形成分为两个阶段:第一阶段:产生了合成腐殖质原始材料:(1)芳香核:主要由木质素降解所产生。酚类氧化成醌所产生。(2)支链化合物:一些含氮的有机化
15、合物,如氨基酸、肽类等。第二阶段:合成阶段: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果复杂的腐殖质。多元酚理论(lln)(较为盛行)第18页/共65页第十九页,共65页。第19页/共65页第二十页,共65页。第20页/共65页第二十一页,共65页。第21页/共65页第二十二页,共65页。第22页/共65页第二十三页,共65页。第23页/共65页第二十四页,共65页。第24页/共65页第二十五页,共65页。第25页/共65页第二十六页,共65页。第26页/共65页第二十七页,共65页。二.土壤(trng)腐殖化作用(humification)(三)腐殖化系数(humificatio
16、n coefficient):加入单位有机物质土壤(trng)后所产生腐殖质的斤数(一般指一年以后)。腐殖化系数大小不仅取决于有机物质品种本身,也取决于各种环境条件:旱地土壤(trng)腐殖化系数一般在0.200.30,而水田则为0.250.40之间。第27页/共65页第二十八页,共65页。第三节 土壤(trng)腐殖质soil humus第28页/共65页第二十九页,共65页。一.土壤(trng)腐殖质组成土壤(trng)腐殖质Soil humus非腐殖物质(wzh)腐殖物质(humic substances)(一)非腐殖物质:微生物的代谢产物1.碳水化合物:多糖、糖醛酸、和氨基糖组成。主要
17、来源于植物残体和根系分泌物。含量占有机质总量1527%。其中多糖是主体。含量约为有机质总量的922%。多糖多土壤结果影响研究被受到关注2.含氮化合物:主要来源于生物残体中含氮化合物,其中主要形式为蛋白质、缩氨酸。易于分解成氨基酸。占的量不高。(二)腐殖物质第29页/共65页第三十页,共65页。一.土壤(trng)腐殖质组成 腐殖物质概念:有机物质在微生物作用下分解转化成一种特殊的、高分子、暗色的有机物质。腐殖物质是在土壤中形成的一类特殊的化合物,远不同于动植物体内的其它有机化合物,结构复杂,性质稳定、存留时间长、和无机矿物颗粒密切结合在一起(yq)。是土壤有机质质体成分,占有机质总量的5090
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