1.2土壤有机质.ppt
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1、第二节第二节 土壤有机质土壤有机质土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%一、土壤生物一、土壤生物二、土壤有机质来源及其组成和存在形态二、土壤有机质来源及其组成和存在形态三、土壤有机质的转化及其影响因素三、土壤有机质的转化及其影响因素四、土壤腐殖质的组成和性质四、土壤腐殖质的组成和性质五、土壤有机质的作用五、土壤有机质的作用六、土壤有机质的调节六、土壤有机质的调节第二节第二节 土壤有机质土壤有机质一、土壤生物一、土壤生物土壤生物包括生活在土壤中的动物、植物和微生物。动物微生物原核微生物真核微生物非细胞型生物细菌、放线菌真菌、藻类、原生动物蚯蚓线虫其他土壤中的各种生物是土壤中多种生物过程的驱动
2、力。病毒二、土壤有机质来源及其组成和存在形态二、土壤有机质来源及其组成和存在形态(一)土壤有机质(一)土壤有机质土壤中存在的各种含碳的有机化合物,土壤中存在的各种含碳的有机化合物,包括各种动、植物残体、微生物体及其分解合包括各种动、植物残体、微生物体及其分解合成的有机物质。成的有机物质。1.1.来源于数目众多微生物来源于数目众多微生物2.2.来源于各种动植物残体及其它们的代谢物来源于各种动植物残体及其它们的代谢物3.3.来源于施入的各种有机肥来源于施入的各种有机肥(二)土壤有机质的来源(二)土壤有机质的来源(三)土壤有机质的类型(三)土壤有机质的类型 依据有机物质的分解阶段和存在物理形态分为:
3、依据有机物质的分解阶段和存在物理形态分为:(1 1)未分解的动植物残体(原材料)未分解的动植物残体(原材料)(2 2)半分解的有机质:成为暗褐色小片)半分解的有机质:成为暗褐色小片 (3 3)腐殖质:腐殖质:有机质经过微生物分解和再合有机质经过微生物分解和再合成所形成的一类性质稳定,成分、结构其复杂的成所形成的一类性质稳定,成分、结构其复杂的高分子化合物。高分子化合物。(占土壤有机质的90%)(四)土壤有机质化学组成(四)土壤有机质化学组成(1 1)碳水化合物:单糖、多糖、淀粉、纤维素、)碳水化合物:单糖、多糖、淀粉、纤维素、果胶物质等果胶物质等(2 2)木质素:比较稳定,是形成腐殖质中心核)
4、木质素:比较稳定,是形成腐殖质中心核的原始材料的原始材料(3 3)含氮化合物:蛋白质、多肽、氨基酸)含氮化合物:蛋白质、多肽、氨基酸(4 4)脂溶性物质:如树脂、单宁、腊质等)脂溶性物质:如树脂、单宁、腊质等三、土壤有机质的转化及其影响因素三、土壤有机质的转化及其影响因素有机残体有机残体 矿化作用矿化作用mineralization腐殖化作用腐殖化作用humification 各种动、植物有机残体进入土壤后,在水分、温度、各种动、植物有机残体进入土壤后,在水分、温度、土壤微生物等因素的作用下,发生极其复杂的变化过程土壤微生物等因素的作用下,发生极其复杂的变化过程(土壤有机质的转化过程),(土壤
5、有机质的转化过程),这些过程总的来说是向着这些过程总的来说是向着两个方向进行:两个方向进行:(一)土壤有机质的矿化作用(一)土壤有机质的矿化作用1.矿化作用的概念:矿化作用的概念:有机物质在微生物的作用下分解成简有机物质在微生物的作用下分解成简单的无机化合物,并释放出矿质营养的过程单的无机化合物,并释放出矿质营养的过程2.矿化作用的意义矿化作用的意义(1)为作物生长释放出了营养元素)为作物生长释放出了营养元素-有效化过程有效化过程(2)为腐殖质形成提供了基本材料,成为腐殖化的前提。)为腐殖质形成提供了基本材料,成为腐殖化的前提。3.各种物质矿化作用各种物质矿化作用(1)糖类有机物质矿化:)糖类
6、有机物质矿化:多糖多糖单糖单糖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活动的主要能源(生物热)。(生物活动的主要能源(生物热)。(45千卡热千卡热/g有机物)有机物)(2)含氮物质的分解)含氮物质的分解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)
7、氨化作用氨化作用(ammonification)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(3)含磷和硫化合物的分解)含磷和硫化合物的分解含磷和硫化合物含磷和硫化合物的分解的分解正磷酸盐正磷酸盐H2PO4-、HPO4=、PO43、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、H3P气体气体 H2S (黑根、毒害)黑根、毒害)嫌气条件嫌气条件(二)土壤有机质的腐殖化作用(二)土壤有机质的腐殖化作用1.腐殖化概念腐殖化概念 腐殖化:腐殖化:有机物质在分解转化过程中,又重有机物质在分解转化
8、过程中,又重新合成腐殖质的过程。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转化为另一种有机碳形式,也叫有机碳的周转。它是一种极端复杂的生物过程。2.2.土壤腐殖化过程土壤腐殖化过程-腐殖质的形成过程腐殖质的形成过程(假说阶段)(假说阶段)腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化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。过程,还有一些纯化学过程。土壤腐殖质的形成阶段:土壤腐殖质的形成阶段:第一阶段:第一阶段:微生物将动植物残体转化为腐殖微生物将动植物残体转化为腐殖质的组成成分;质的组成成分;第二阶段:第二阶段:在微生物的作用下,各组成成分在微生物的作用下,各组
9、成成分合成(缩合作用)腐殖质。合成(缩合作用)腐殖质。土壤有机物质分解转化是在微生物的作用下进行的,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。属于生物化学反应。1.1.温度温度:在在0 03535范围内,随着温度升高,有机物质分解速范围内,随着温度升高,有机物质分解速率增加。每上升率增加。每上升1010,土壤有机质分解速率升高,土壤有机质分解速率升高2 23 3倍。温倍。温度高于度高于4545和低于和低于00微生物的活性都会降低,有机物质分微生物的活性都会降低,有机物质分解速率变慢。高于解速率变慢。高于5050就是纯氧化反应。就是纯氧化反应。南方土壤有机质含量低于北方土壤
10、原因:温度增加南方土壤有机质含量低于北方土壤原因:温度增加1010,有机质分解速率增加,有机质分解速率增加2 23 3倍。倍。(三)影响土壤有机质分解和转化的因素(三)影响土壤有机质分解和转化的因素2.土壤水分(通气性):土壤水分(通气性):微生物生命活动需要一定的湿度条微生物生命活动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、养料释放多、不会产生有解完全、矿化率高、中间产物少、养料释放
11、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,嫌气微生物活动旺盛,有机物质分解慢、不彻底、有受阻,嫌气微生物活动旺盛,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。物生长。水田不宜提倡秸秆还田,不用以牺牲环境为代价,换取水田不宜提倡秸秆还田,不用以牺牲环境为代价,换取增产增产.3.土壤特性:土壤特性:主要是指土壤的主要是指土壤的 pH条件。各类微生物最适活条件。各类微生物最适活动的动的pH条件:细菌条件:细菌中性;中性;放线菌
12、放线菌偏微碱性;偏微碱性;真菌真菌酸性酸性pH 36;土壤土壤pH高于高于8.5和低于和低于5.5,都不适宜微生物活动。绝大,都不适宜微生物活动。绝大多数微生物最适多数微生物最适pH条件为中性。条件为中性。4.植物残体的特性:植物残体的特性:主要是有机物的物理状态和组成,包括:主要是有机物的物理状态和组成,包括:新鲜程度、细碎程度、植物组织的新鲜程度、细碎程度、植物组织的C/N以上是依据腐殖酸类物质溶解性进行分类与提取请注意三大类腐殖组分,尤其是胡敏酸(HA)和富啡酸(FA)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)Humic acids黑
13、色残余物黑色残余物(黑腐素、胡敏素)黑腐素、胡敏素)humin酸化酸化(HCl)黄色溶液黄色溶液(黄腐酸、富里酸、富啡酸)(黄腐酸、富里酸、富啡酸)Fulvic acid,FA褐色沉淀褐色沉淀(褐腐酸、胡敏酸褐腐酸、胡敏酸)humic acid,HA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)(一)土壤腐殖质分离与组成(一)土壤腐殖质分离与组成四、土壤腐殖质四、土壤腐殖质(二)土壤腐殖质的性质(二)土壤腐殖质的性质1、腐殖质的元素组成、腐殖质的元素组成 腐殖质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。腐殖质主要由碳、氢、氧、氮、硫等
14、元素组成。腐殖质含碳约腐殖质含碳约5560,所以,所以,一般以腐殖质分子的平均一般以腐殖质分子的平均含碳量含碳量58%作为有机碳和腐殖质的换算系数(作为有机碳和腐殖质的换算系数(1.724=100/58)。)。腐殖质含氮约腐殖质含氮约36,平均为,平均为5.6,其,其C/N=10:112:1,且,且在不同的腐殖质中均为:胡敏素在不同的腐殖质中均为:胡敏素胡敏酸胡敏酸富啡酸。富啡酸。腐殖酸腐殖酸C(%)H(%)(O+S)(%)N(%)分子量分子量胡敏酸胡敏酸富啡酸富啡酸506045533.15.34.04.8314040502.85.91.64.389025506751450我国土壤腐殖质的元素
15、组成(南京土壤研究所)我国土壤腐殖质的元素组成(南京土壤研究所)2、腐殖质的化学结构、腐殖质的化学结构 分子结构非常复杂,有许多模式,但相对统一的认识分子结构非常复杂,有许多模式,但相对统一的认识是中心为芳香核(是中心为芳香核(疏水性基团疏水性基团),周围有许多支链化合物),周围有许多支链化合物(有许多功能团)成为网状结构特征。功能基团包含有:(有许多功能团)成为网状结构特征。功能基团包含有:羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等等。这些基。这些基团成为腐殖质分子活性最强的部分,如带电性、吸附性、团成为腐殖质分子活性最强的部分,如带电性、吸附性、亲水
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