第04章 土壤有机质.ppt

第四章 1 土壤有机质的来源 含量及其组成2 土壤有机质的分解和转化 重点 3 土壤腐殖物质的形成和性质 重点 4 土壤有机质的作用及管理 重点 要求了解土壤有机质的基本组成 重点掌握土壤腐殖质的组成与性质 深刻认识土壤有机质在土壤肥力上的作用 掌握土壤有机质管理的原则与提高土壤有机质含量的方法 第四章土壤有机质 概念 土壤有机质 soilorganicmatter 土壤中所有的含碳的有机物质 包括土壤中各种动 植物残体 微生物体及其分解和合成的有机物质 第四章土壤有机质 第一节土壤有机质的来源 含量及其组成 微生物 最原始 高等植物 地上部分和地下的根系 土壤中的动物 如 蚯蚓 蚂蚁 螨虫 线虫 各种有机肥料和有机废物 第一节土壤有机质的来源 含量及其组成 自然土壤有机质的主要来源死亡的动 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 耕地土壤有机质的来源 1 栽培作物的残留物 2 施用的有机肥 主导作用 第一节土壤有机质的来源 含量及其组成 第一节土壤有机质的来源 含量及其组成 1 有机质含量一般含量在0 5 之间 泥炭土可高达20 以上漠境土和砂质土壤不足0 5 耕层含有机质20 以上的土壤 有机质土壤耕层含有机质20 以下的土壤 矿质土壤 土壤有机质 0 5 5 0 5 2 0 7 1 0 3 0 第一节土壤有机质的来源 含量及其组成 表4 1不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量 2 有机质的组成 元素组成土壤有机质的基本元素组成是C O H N 四者共占有机质的90 95 其次是P S 第一节土壤有机质的来源 含量及其组成 灰分元素 Ca Mg K Na Si Fe Al Mn 土壤有机质的平均含碳为58 实验室测有机质中的含碳量 再乘以100 58 1 724即土壤有机质总量 土壤中的含氮量与土壤有机质含量具有相关性 土壤有机质碳氮比平均12 1因此 土壤有机质 氮 1 724 C N 1 724 12 1 20 1 即土壤中的含氮量为土壤有机质含量的5 土壤有机质还与磷 硫含量具有相关性 土壤有机质中C N P S 100 120 10 1 1 第一节土壤有机质的来源 含量及其组成 第一节土壤有机质的来源 含量及其组成 3 物质组成 新鲜有机质半分解的有机质腐殖质 占土壤有机质的90 第一节土壤有机质的来源 含量及其组成 土壤腐殖质 除了未分解和半分解的动 植物残体及微生物体以外的有机物质的总称 非腐殖物质 在增加土壤团聚体稳定性方面有着重要作用 腐殖物质 土壤有机质的主体 土壤腐殖质含量高低作为衡量土壤肥力水平的主要标志之一 第二节土壤有机质的分解和转化 一 矿化作用 Mineralization 1 定义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 矿化作用的意义 1 为作物生长释放出营养元素 有效化过程 2 为腐殖质形成提供基本材料 腐殖化的前提 3 各种有机质的矿化作用 1 糖类有机质矿化 2 含氮物质的分解 3 含磷和硫化合物的分解 矿化率 mineralizationrate 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 二 腐殖化过程 Humification 各种有机化合物通过微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 第二节土壤有机质的分解和转化 腐殖化系数 通常将每克有机物 干重 施入土壤后 所能分解转化成腐殖质的克数 干重 称之为腐殖化系数 第二节土壤有机质的分解和转化 表4 2中国不同地区耕地土壤中有机物质的腐殖化系数 图4 1有机质的分解与合成示意图 第二节土壤有机质的分解和转化 土壤有机质的矿质化过程和腐殖质化过程 是互相矛盾的 同时又是互相统一的 矿质化作用的结果 既为植物提供了速效养分 同时也为腐殖质化作用提供了原料 腐殖质化作用的结果 使土壤积累了腐殖质 有利于培育地力 并为矿质化作用保储了原料 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 第二节土壤有机质的分解和转化 二 植物残体的特性 1 物理状态 新鲜程度新鲜多汁的有机物质比干枯秸秆易分解破碎程度有机物的粉碎提高了其与外界的接触面易于分解紧实程度质地密实有机物质的他解速率比质地疏松的缓慢 第二节土壤有机质的分解和转化 2 C N比 有机质中有机碳和有机氮的重量比 C N比的意义 具有较高C N的植物残体进入土壤会引起微生物与植物争氮现象 C N比作为秸秆还田的重要技术参数 不同土壤有一个相对稳定的C N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越大 有机残体C N比在25左右最适合微生物的活动 也最有利于有机质的分解 第二节土壤有机质的分解和转化 三 土壤特性1 质地粘粒含量越高 有机质含量也越高 2 pH值中性 钙质丰富较好 PH6 5 7 5 3 水 热 气条件 第二节土壤有机质的分解和转化 一般微生物最适温度为20 30 土壤相对湿度为50 80 当土壤中水分适当 通气性良好时 温度易于上升 好气性微生物活动旺盛 有机质的分解快 分解彻底 但形成的腐殖质分子小 品质差 当渍水多 温度低 通气不良时 由于嫌气性微生物活动的结果 矿质化作用减弱 腐殖质化作用增强 形成的腐殖质分子大 品质好 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 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 一般分为两个阶段 第一阶段 产生了合成腐殖质的原始材料 1 芳香核 主要由木质素降解或酚类氧化成醌所产生 2 支链化合物 一些含氮的有机化合物 如 氨基酸 肽类 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 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构复杂的腐殖质 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 图4 腐殖质形成的生物学过程 根据腐殖质的颜色和在不同溶剂中的溶解性 可分为 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 1 0 1MNaOH溶液 2 0 1MNaOH 0 1M焦磷酸钠混合提取液 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 胡敏酸和富里酸是土壤腐殖质的主要部分 胡敏素是与土壤矿物颗粒紧密结合而不能被稀碱液所提取的腐殖酸 由于与土壤颗粒结合牢固 对土壤性质和土壤肥力影响不大 土壤腐殖质其主体是各种腐殖酸及其与金属离子相结合的盐类 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 土壤有机无机复合体示意图 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 一 物理性质1 颜色胡敏素黑褐色 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 吸水性亲水胶体 最大吸水量可以超过500 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 4 腐殖质的分子形状多数人认为是网状多孔结构 现代用电子显微镜片观察发现 腐殖质为非晶质物质 分子结构非常松散 大致呈无规则线状 其结构受pH 溶液电解质浓度的影响极大 腐殖酸的分子形状pH2 3纤维 纤维束状4 7网状 海绵状8 9页状 10粒状 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 HA的3D优化结构模型 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 二 化学性质 元素组成 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 腐殖质主要由碳 氢 氧 氮 硫等元素组成 我国主要土壤腐殖酸的元素组成 南京土壤研究所 C N 10 1 12 1 HA FA 2 腐殖酸的化学结构 中心为芳香核 疏水性基团 周围有许多支链化合物 功能团 成为网状结构特征 功能基团包含 羧基 酚羟基 醌基 醇羟基 酮基 甲氧基等 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 3 胶体特性 腐殖酸是一种两性胶体 即可以带负电荷 也可以带正电荷 而通常以带负电荷为主 电荷来源主要是腐殖酸分子羧基 酚羟基解离和胺基质子化 腐殖质的负电荷数量随pH值的升高而升高 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 4 腐殖酸的络合性 络合物的稳定性随pH值的升高而增大 在pH4 8时能与Fe Al Ca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 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 5 稳定性在温带条件下 一般植物残体的半分解周期少于3个月 植物残体形成的新的有机质的半分解期为4 7 9年 而胡敏酸的平均停留时间为780 3000年 富里酸的平均停留为200 630年 6 腐殖质的变异性 HA FA值 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 我国土壤有机质变异规律 1 由东向西 由草甸草原向干旱草原 荒漠草原和荒漠化土壤过渡 腐殖质含量不断递减 HA FA逐渐降低 2 我国北方的土壤 特别干旱区与半干旱区的土壤腐殖质以胡敏酸为主 HA FA比大于1 0 温暖潮湿的南方的酸性土壤 土壤中以富里酸为主 HA FA比一般小于1 3 在同一地区 水稻土的腐殖质的HA FA比大于旱地4 在同一地区 熟化程度高的土壤的HA FA比较高 第三节土壤腐殖物质的形成和性质 第四节土壤有机质的作用及管理 一 改善土壤保肥供肥能力 第四节土壤有机质的作用及管理 1 物理性质 促进良好结构体形成 胶结剂 降低土壤粘性 胀缩性和可塑性 改善土壤耕性 降低土壤砂性 提高保蓄性 促进土壤升温 例 进入土壤的植物组织 每千克干物质大约有点7 21KJ的热 含有机质4 的土壤每英亩耕层土壤有机质潜能相当于20 50吨无烟煤热量 二 改善土壤肥力特性 2 化学性质 影响土壤的表面性质 影响土壤的电荷性质 影响土壤的络合性质 影响土壤缓冲性 第四节土壤有机质的作用及管理 3 生物性质 提高土壤生物活性 影响植物的生长 第四节土壤有机质的作用及管理 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 二 有机物质对农药污染的影响褐腐酸可以使残留在土壤吕的某些农药如D D T 三氮杂苯等溶解度增大 加速淋出土体 减少对农作物危害 增加土壤有机质含量 砂掺黏和改良砂性土壤 可以增加或改善土壤胶体的性质 增加土壤对有毒物质的吸附能力和吸附量 从而增加土壤环境容量 提高土壤的净化能力 三 土壤有机质对全球碳平衡的影响 1 碳素转化与温室效应 2 土地利用和土壤碳贮量 3 耕作与田间管理措施对碳循环的影响 第四节土壤有机质的作用及管理 第四节土壤有机质的作用及管理 一 提高土壤有机质含量的原则坚持两个原则1 生态平衡原则在各种环境条件下 土壤有机质矿化和腐殖化处于相对平衡状态 因此土壤有机质含量一般是相对稳定的有机质含量下降要比提高快 东北黑土开垦后退化 2 经济原则 有机无机并重 超量使用有机肥或其它大量的有机物质是不现实的 更是不经济的 必须按照经济原则培肥土壤 土壤有机质 碳 的动态平衡 土壤有机质含量并非可以无限提高 在稳定的生态系统中最终达到一个稳定值 第四节土壤有机质的作用及管理 第四节土壤有机质的作用及管理 二 提高有机质含量的措施 一方面要增加有机质的来源 合理安排耕作制度 实施粮 肥轮作 增施各种有机肥料另一方面则需要了解影响有机质积累和分解的因素 以便对其积累和分解过程起调节作用 使有机质的积累和消耗达到动态平衡 1 施用有机肥主要的有机肥源包括 绿肥 粪肥 厩肥 堆肥 沤肥 饼肥 蚕沙 鱼肥 河泥 塘泥 有机 无机肥料配合施用2 种植绿肥田菁苜蓿绿豆等休闲绿肥 套作绿肥养用结合 因地制宜 充分用地 积极养地 养用结合 第四节土壤有机质的作用及管理 第四节土壤有机质的作用及管理 第四节土壤有机质的作用及管理 第四节土壤有机质的作用及管理 3 秸秆还田注意秸秆的C N比 破碎度 埋压深度以及土壤墒情 播种期远近 化肥施用量等 主要方式有 1 与厩肥混合堆腐沤制后还田 2 秸杆粉碎就地还田 3 高留茬收割 高度20 30cm 4 将秸杆作饲料 过腹还田 第四节土壤有机质的作用及管理 激发作用 Primingeffect 土壤中加入新鲜有机物质会使土壤原有有机质矿化速率加快 正激发 或变慢 负激发 的效应 激发比率 加入新鲜有机物质后土壤有机物质矿化量与加入前的矿化量之比 激发比率 1 正激发 土壤有机质含量减少激发比率 1 负激发 可以增加腐殖质含量 什么叫有机农业 有机农业 是指遵照有机农业生产指标 在生产中部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 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 第四节土壤有机质的作用及管理 第四节土壤有机质的作用及管理 本章小结 土壤有机质概述1 了解不同地带土壤有机质含量的差异及其影响因素 2 了解自然土壤与耕作土壤有机质来源的异同 3 掌握土壤有机质与土壤腐殖质概念 二者有何异同 4 熟悉土壤有机质的基本组成 包括化学组成 化合物组成和形态特征 土壤有机质的转化1 掌握碳水化合物 含N化合物的转化过程及产物 重点掌握影响转化因素中的C N的详细内容和基本原理 2 理解影响有机物质在土壤中转化的推动力是微生物的含义 土壤腐殖质的形成1 了解腐殖质形成过程的两个阶段