土壤有机质课件.ppt

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1、第五章第五章 土壤有机质土壤有机质 土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。是土是土是土是土壤中形成的和外部加入的所有动、植物残体不同分解壤中形成的和外部加入的所有动、植物残体不同分解壤中形成的和外部加入的所有动、植物残体不同分解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。阶段的各种产物和合成产物的总称。阶段的各种产物和合成产物的总称。阶段的各种产物和合成产物的总称。土壤有机质土壤有机质概念：概念：土壤有机质土壤有机质(soil organic matter

2、)第一节 土壤有机质的来源、类型和组成一、土壤有机质的来源一、土壤有机质的来源1 1 1 1、植物残体（枯枝、落叶、落果、根系等）及分、植物残体（枯枝、落叶、落果、根系等）及分、植物残体（枯枝、落叶、落果、根系等）及分、植物残体（枯枝、落叶、落果、根系等）及分泌物；泌物；泌物；泌物；2 2 2 2、动物、微生物残体及分泌物和排泄物；、动物、微生物残体及分泌物和排泄物；、动物、微生物残体及分泌物和排泄物；、动物、微生物残体及分泌物和排泄物；3 3 3 3、人为施用的有机肥料。、人为施用的有机肥料。、人为施用的有机肥料。、人为施用的有机肥料。4 4 4 4、工农业副产品及生活污水废物等、工农业副产

3、品及生活污水废物等、工农业副产品及生活污水废物等、工农业副产品及生活污水废物等 二、土壤有机质含量二、土壤有机质含量1 1、有机质含量有机质含量 一般含量在一般含量在0-5%0-5%之间。之间。泥炭土可高达泥炭土可高达20%20%或或30%30%以上以上 漠境土和砂质土壤不足漠境土和砂质土壤不足0.5%0.5%表表5 51 1 中国某些自然土壤中有机质含量中国某些自然土壤中有机质含量统计的标本数统计的标本数 有机质含量（）有机质含量（）土土 类类 32 32 2.072.077.05 7.05 黄棕壤、黄褐土黄棕壤、黄褐土 10 10 1.381.386.66 6.66 高山草原土、亚高山草原

4、土高山草原土、亚高山草原土 26 26 4 814 8121.96 21.96 高山草甸土、亚高山草甸土高山草甸土、亚高山草甸土 24 24 2.322.322.98 2.98 砖红壤、赤红壤砖红壤、赤红壤 29 29 2.142.1416.4 16.4 黑土、黑钙土黑土、黑钙土 47 47 0.520.521.95 1.95 红红 壤壤 32 32 2.712.7120.5 20.5 黄黄 壤壤 22 22 1.031.0310.69 10.69 褐褐 土土 74 74 2.642.6419.3 19.3 棕色森林土棕色森林土 土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%三、土壤有机质的类型三

5、、土壤有机质的类型动、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 四、有机质的组成四、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，C/N比大约在1012之间。(2)(2)化合物组成化合物组成 可分为可分为:腐殖物质腐殖物质 （HumicHumic Substance)Substance)非腐殖物质非腐殖物质 （Non-Non-HumicHumic Substance)Substance)常见的化合物有常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。决定土壤有机质含量的因素：进入土壤的有

6、机物质数量 土壤有机质的损失量 土壤有机碳的平衡 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R（C，4H，养分）+2O2 CO2+2H2O+能量+养分 酶氧化一、土壤有机质的矿化过程一、土壤有机质的矿化过程1、矿化作用矿化作用(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。2、矿化过程水的淋溶过程动物转化过程微生物的转化过程*微生物的转化过程*碳水化合物的分解碳水化合物的分解碳水化合物的分解碳水化合物的分解 nC6H12O6nC6H12O66O26O26CO26CO26H206H20热量热量 也称氧化作用

7、。其反应如下：nC6H12O66O26CO26H20热量 单糖单糖好气条件好气条件水和二氧化碳水和二氧化碳微生物的转化过程*碳水化合物的分解碳水化合物的分解也称发酵作用。其反应为：C6H12O6 CH3CH2CH2COOH 2H2 2CO2热量4H2CO2 CH42H2O单糖单糖通气不良的条件下通气不良的条件下还原性气体、有机酸还原性气体、有机酸还原性气体、有机酸还原性气体、有机酸含氮有机质的分解含氮有机质的分解 水解作用水解作用水解作用水解作用 蛋白质 氨基酸 蛋白质蛋白质 水解酶水解酶氨化作用氨化作用氨化作用氨化作用 CHCH2 2NHNH2 2COOHCOOHO O2 2 HCOOHHC

8、OOHCOCO2 2NHNH3 3CHCH2 2NHNH2 2COOHCOOHH H2 2 C CH H3 3COOHCOOHNHNH3 3CHCH2 2NHNH2 2COOHCOOHH H2 2O O C CH H2 2(OH)COOH(OH)COOHNHNH3 3 氧化氧化好气分解好气分解 还原还原嫌气分解嫌气分解 水解水解硝化作用硝化作用硝化作用硝化作用 氨氨态态氮氮被被微微生生物物氧氧化化成成亚亚硝硝酸酸，并并进进一一步步氧氧化化成成硝硝酸酸的的过过程程，称称硝硝化化作作用用。分分为为两两个个阶阶段段：第第一一阶阶段段，氨氨被被亚亚硝硝酸酸细细菌菌氧氧化化成成亚亚硝硝酸酸；第第二二阶阶

9、段段，亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸。其反应如下：亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸。其反应如下：2NH2NH2 23O3O2 2 2HNO2HNO2 22H2H2 2O O热量热量2HNO2HNO2 2O O2 2 2HNO2HNO3 3热量热量 反硝化作用反硝化作用硝硝态态氮氮在在通通气气不不良良的的条条件件下下通通过过反反硝硝化化细细菌菌的的作作用用还还原原成成气气态态氮氮（N N2 2O O和和N N2 2）的的过过程程。其其反反应应如下：如下：反硝化细菌反硝化细菌C6H12O624KNO324KHCO36CO212N218H2O含硫有机物的分解含硫有机物的分解 蛋白质蛋白质 硫氨基酸硫氨基酸 H

10、 H2 2S S 还还原原型型的的无无机机硫硫化化物物被被硫硫化化细细菌菌氧氧化化成成硫硫酸酸的的过程，称硫化作用。其反应如下：过程，称硫化作用。其反应如下：2H2H2 2S SO O2 2 2H2H2 2O O2S2S2S2S3O3O2 22H2H2 2O O 2 2H H2 2SOSO4 4 硫化作用产生的硫酸与土壤中的盐基物质作用，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。形成硫酸盐，硫酸盐是植物可吸收的养分。二、土壤有机质的腐殖化过程二、土壤有机质的腐殖化过程1、概念：腐殖化过程、概念：腐殖化过程:(Humification)*各种有机化合物通过微

11、生物的合成或在原植物组织中的聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物，这一过程称为腐殖化过程腐殖化过程。腐殖化系数腐殖化系数*：单位重量的有机物质碳在土壤中分解一年后的残留碳量。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。2 2、土壤腐殖质的形成、土壤腐殖质的形成 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

12、。5-1 5-1 5-1 5-1 土壤腐殖质形成过程中的转化途径土壤腐殖质形成过程中的转化途径土壤腐殖质形成过程中的转化途径土壤腐殖质形成过程中的转化途径有机质的分解与合成示意图有机质的分解与合成示意图 在在好好氧氧条条件件下下，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。在在嫌嫌气气条条件件下下，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、乙醇等中间产物中间产物。在在极极端端嫌嫌气气的的情情况况下下，还产生CHCH4 4、H H2 2等等还还原原物物质质，其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。注

13、意（一）土壤生物的组成与活性 土壤动物促进植物残体的破碎和运输 真菌可促进木质素的分解 细菌和放线菌可促进碳水化合物的分解 三、影响有机物质的分解和转化的因素：三、影响有机物质的分解和转化的因素：（二）土壤特性（二）土壤特性 1 1、质地、质地 粘粒含量越高，有机质含量也越高。粘粒含量越高，有机质含量也越高。2 2、pHpH值值 中性、钙质丰富较好，中性、钙质丰富较好，pH6.5-7.5pH6.5-7.5。3.3.水分水分 最适湿度：土壤持水量的最适湿度：土壤持水量的50-80%低洼、积水有利于有机质的积累低洼、积水有利于有机质的积累 4.4.通气性通气性 通气不良易有机质累积通气不良易有机质

14、累积 5.5.温度温度 最适宜温度大约为最适宜温度大约为25-3525-35 有机物质组成的碳氮比（有机物质组成的碳氮比（C/NC/N）对其分解速对其分解速度影响很大。度影响很大。以以2525或或3030：1 1较为合适。较为合适。C/NC/N降至大约降至大约2525：1 1以下，微生物不再利用土壤以下，微生物不再利用土壤中中 的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放矿质态氮，矿质态氮，2、C/N比*新鲜程度 破碎程度 紧实程度（三）植物残体的特性（三）植物残体的特性 1 1、物理状态、物理状态第三节第三节 土壤腐殖物质的形成和性质土壤腐殖物质的形成

15、和性质 一、土壤腐殖质的分组及存在形态二、土壤腐殖质的存在形态二、土壤腐殖质的存在形态游离态 很少结合态 52%-98%腐殖质土壤有机无机复合体示意图土壤有机无机复合体示意图三、土壤腐殖酸的性质三、土壤腐殖酸的性质（一）物理性质（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%4 4、腐殖质的分子结构、腐殖质的分子结构（1 1）腐殖酸的分子量有较大的差异。）腐殖酸的分子量有较大的差异。（

16、2 2）腐殖酸的分子形状）腐殖酸的分子形状 pH 2-3 pH 2-3 纤维、纤维束状纤维、纤维束状 4-7 4-7 网状、海绵状网状、海绵状 8-9 8-9 页状页状 10 10 粒状粒状5.5.胶体特性胶体特性 土壤有机胶体的主要组成部分土壤有机胶体的主要组成部分HAHA的的3D3D优化结构模型优化结构模型（二）腐殖酸的化学性质（二）腐殖酸的化学性质、腐殖质的组成胡敏素胡敏酸富里酸腐殖质、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

17、含量时，一般以1.724为折算系数。3、含氧官能团羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。种类种类 羧基羧基 酚羟基酚羟基 醇羟基醇羟基 醌基醌基 酮基酮基 甲氧基甲氧基 总酸度总酸度 HA 15-57 21-57 2-49 1-26 1-5 3-8 67FA 55-112 3-57 26-95 3-20 12-27 3-12 103腐殖质的含氧官能团含量（m mol M）.kg-14、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

18、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、腐殖酸的电性腐殖酸是一种腐殖酸是一种两性胶体两性胶体。即可以带负电荷，。即可以带负电荷，也可以带正电荷。而通常以带负电荷为主。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腐殖质的负电荷数量随pHpH质的升高而升高。质的升高而升高。（三）腐殖质的稳定性与变异性1 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 3个个月，植物残体形成的新的有机质的月，植物残体形成的新的有机质的半分解期半分解期为为4.7-94.7-9年，而胡敏酸的年，而胡敏酸的平均停留平均停留时间为时

19、间为780-3000780-3000年，富里年，富里酸的酸的平均停留平均停留为为200-630200-630年。年。2 2、腐殖质的变异性、腐殖质的变异性 HA/FAHA/FA值值*：表示胡敏酸与富里酸含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量的比值。是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一指标之一。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，半干旱区的土壤腐殖质以胡敏酸为主，HA/FAHA/FA比大于比大于1.01.0 而在温暖潮湿的而在温暖潮湿的南方南方的酸性土壤中，的酸性土壤中，土壤中以富里酸为主，土壤中以富里酸为主，HA

20、/FAHA/FA比一般小于比一般小于1 1.第四节 土壤有机质的作用和调节 一、土壤有机质对提高土壤肥力的作用一、土壤有机质对提高土壤肥力的作用 提供植物需要的养分 促进土壤养分的有效化 提高土壤的保肥性和对酸、碱的缓冲性 减轻重金属和农药的危害 改善土壤结构，增强土壤蓄水通气性。有机质在生态环境上的作用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 腐殖酸是重金属离子的络合剂。腐殖酸是重金属离子的络合剂。（二）有机物质对农药污染的影响（二）有机物质对农药污染的影响（三（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响土壤有机质对全球碳平衡的影响一个碳原子的旅程一个碳原子

21、的旅程据Garrels等（1975)计算：在大气圈中停留4年；在生物圈中停留11年；在海洋上层水域停留385年；在深海中停留10万年；在地壳中停留3.42108二、土壤有机质的调节二、土壤有机质的调节 （一）增施有机肥料、种植绿肥（一）增施有机肥料、种植绿肥对苗圃土壤和瘠薄的园林绿化地、果园等增施有机肥料是增加有机质的基本方法，据研究，施入土壤中的有机质，一般能有2334被分解，其余的则转化为腐殖质积累在土壤中。（二）保留树木凋落物（二）保留树木凋落物 树木凋落物是林地（园林绿化）土壤有机质的主要来源之一，如果能采取有效措施，效果是不错的。（三）调节土壤水、气、热等状况（三）调节土壤水、气、热

22、等状况土壤微生物的生活条件得到正常满足时，有机质才能正常转化，矿化和腐殖化才能得以协调。（四）调节（四）调节C/NC/N有机物本身的成分是影响其分解的重要因素之一。有机物含碳素总量和氮素总量的比例，叫做C/N。第五节第五节 森林土壤有机质森林土壤有机质 一、森林土壤有机质的特点主要体现在森林中绝大部分的有机残余物都累积在土壤表面且含有较多的不易分解的木素、树脂和单宁等物质，极易形成腐殖质，这就是森林植物对土壤的生物自肥作用。森林土壤有机质森林土壤有机质二、改善森林土壤有机质分解营林措施：二、改善森林土壤有机质分解营林措施：1、通过主伐、疏伐等营林手段，降低林分郁闭度，增加林内光照，提高地温，促

23、进分解。2、改变林分的树种组成，改善森林凋落物的组成分，以加速有机质的分解。3、进行适当的土壤改良措施，如挖设排水沟，清除部分凋落物，施用石灰或硫磺以调整土壤反应，耕松土壤等。1.1.土土壤壤有有机机质质 2.2.土土壤壤腐腐殖殖质质 3.3.矿矿化化作作用用 4.4.腐腐殖殖化化作作用用 7.7.腐殖化系数腐殖化系数 8.C/N8.C/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.森林土壤有机质的特点及调节措施。森林土壤有机质的特点及调节措施。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是哪一种件是哪一种?为什么为什么?(一一)基本概念基本概念(二）思考题二）思考题本章重点本章重点【教学目标教学目标】1.土壤有机质概述 2 2.土壤有机质的转化 3 3.土壤腐殖质的形成 4 4.土壤有机质对土壤肥力的影响 5 5.提高土壤有机质的原则和途径