中国土壤质地分类.ppt

教学目标 掌握主要土壤矿物质和土壤有机质 且对土壤矿物质组成及特性 土壤矿物质组成及特性有一定的了解 本章名词多且内容抽象枯燥 在教学过程中借助多媒体教学和实习实验来完成 教学内容 第一节土壤的形成第二节土壤土壤粒级与土壤质地第三节土壤有机质 第一章土壤固相组成 一 主要成土矿物及性质 一 土壤矿物的概念矿物是存在地壳中具有一定的物理性质 化学成分和内部构造的天然化合物 土壤矿物质是土壤的主要组成部分 构成土壤的骨架 土壤中的矿物按来源可分为原生矿物和次生矿物两种类型 1 原生矿物是指那些在岩浆岩中原来就有 且在风化过程中化学成分未经改变的矿物 原生矿物对土壤肥力的贡献是 1 构成土壤的骨骼 土粒 2 通过风化作用供给矿质养料 2 次生矿物是原生矿物在土壤形成过程中经分解破坏后再次形成的矿物 它是土壤粘粒矿物 或粘土矿物 的主要组成部分 第一节土壤的形成 土壤无机矿物质颗粒的矿物组成 土壤矿物质包括原生矿物和由原生矿物经过风化重新形成的次生矿物 它们的成分和性质对土壤的形成过程和理化性质均有极大影响 1 土壤中的原生矿物土壤原生矿物是指那些在风化过程中末改变化学成分和结构的原始成岩矿物 主要类型有 1 硅酸盐类包括长石类 云母类 闪石类 辉石类 2 氧化物类主要有石英类 其次是赤铁矿类 氧化钛类 3 硫化物类主要有黄铁矿类 4 磷酸盐类主要有氟磷灰石 氯磷灰石 水晶 白云母 黑云母 方解石 2 土壤中的次生矿物 粘土矿物 1 结晶次生层状铝硅酸盐类矿物土壤中粘粒的主体 主要有1 1型的高岭石组和2 1型的蒙脱石 伊利石组 2 二 三氧化物类矿物有针铁矿 Fe2O3 H2O 褐铁矿 2Fe2O3 3H2O 三水铝石 AI2O3 3H2O 水铝石 Al2O3 H2O 水锰矿 MnO H2O 软锰矿 MnO2 等 有结晶态的和非结晶态的 3 简单盐类土壤中最常见盐类有碳酸盐 硫酸盐类 氯化物盐类等 同晶替代同晶替代是指组成矿物的中心离子被电性相同 大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的现象 替代和被替代的离子大小要相近 只有这样才能保证替代后的晶形不发生改变 二 成土的岩石与性质 岩石按其成因可分为三大类 岩浆岩 又称火成岩 沉积岩 又称水成岩 和变质岩 岩石矿物的种类对土壤的化学组成 物理性质关系密切 首先对土壤质地影响很大 物理性质关系密切 首先对土壤质地影响很大 如花岗岩 砾岩 石英岩 片麻岩地区的土壤 因岩石含石英矿物较多 抗风化力强 形成很多砂粒和砾石 质地偏砂 通气透水性好 保水保肥能力差 玄武岩 页岩 板岩地区的土壤 因岩石中含较多的易风化的深色矿物 如辉石 角闪石 橄榄石黑云母 氧化铁等 形成很多粘粒 而且页岩本身也含有许多粘土矿物 所以一般土壤偏粘 通气透水性差 但保水保肥能力强 其次 对土壤酸碱反应的影响也很大 如石灰岩地区 岩石内含碳酸钙多 土壤偏碱性 我国南方温热多雨 土中盐基物质多被淋溶 一般易呈酸性 但石灰岩地区形成的黑色石灰土 因矿物影响 却保持着碱性反应 花岗岩地区的土壤 由于含大量酸性硅酸盐 土壤多呈酸性 还有 不同的岩石矿物对土壤养分含量也有较大的影响 如母质中含长石 云母较多时 土壤中遗留的钾素较多 含有磷灰石矿物 则土壤中磷素含量增高 含辉石 角闪石 橄榄石 褐铁矿则土壤中的钙 镁 铁等养分物质较多 含石英较多时 则土壤中养分含量较为贫乏 岩浆岩 沉积岩 沉积岩 变质岩 二 岩石矿物的风化 母质的形成及类型风化作用是指地壳表层的岩石 矿物 在大气和水的联合作用以及温度变化和生物活动影响下 所发生的一系列崩解和分解作用 风化过程是形成土壤母质的先决条件 分为物理风化 化学风化 和生物风化 一 物理风化指在物理因素作用下 岩石 矿物破碎崩解成大小不同的颗粒而不改变其化学成分的过程 它为进一步风化提供了条件 影响物理风化的因素有如下几种 1 温度 2 结冰 3 风 4 流水 二 化学风化指在化学因素作用下 岩石 矿物等发生的一系列化学分解的过程 化学风化的结果使岩石 矿物的化学成分 性质发生变化 并释放盐基 磷 铁 硫等养分 同时生成新的次生矿物 1 溶解作用滴水穿石 1份滑石可溶于110000份水中2 水解作用由于水是弱电解质 更因为水中总是或多或少溶解空气中的二氧化碳 因此这种由于水的电离作用和溶于水的二氧化碳所产生的碳酸对岩石的分解破坏作用称水解作用 例 钾长石的水解2KAlSi3O8 H2CO3KHAl2Si6O16 KHCO3钾长石酸性铝硅酸盐KHAl2Si6O16 H2CO3H2Al2Si6O16 KHCO3进一步风化 脱硅富铝形成高岭石 H2Al2Si6O16 H2CO3H2Al2Si2O8 H2O 4SiO2 CO2 3 水化作用矿物与水化合成含水矿物造成体积膨大 硬度降低 CaSO4 2H2OCaSO4 2H2O4 氧化作用空气中的氧在湿润的条件下 对矿物的氧化作用促使矿物风化 例 2FeS2 2H2O 7O22FeSO4 2H2SO42FeSO4 2H2SO4 O22Fe2 SO4 3 2H2OFe2 SO4 3 6H2O2Fe OH 3 3H2SO4Fe OH 3脱水可形成褐铁矿 4Fe OH 32Fe2O3 3H2O 3H2O化学风化使矿物岩石得到化学分解产生了盐基养分 同时生成了粘土矿物 三 生物风化指岩石在生物作用下进行的崩解和分解 包括直接引起的风化如地衣苔藓 植物根对岩石的直接破坏 间接引起的风化如生物放出CO2光合作用产生O2在自然界 三种风化同时并存互相影响互相促进各有侧重 三 风化壳与土壤母质 1 土壤母质概念岩石矿物经各种风化作用使之成为疏松的粗细不同的矿物颗粒叫母质 因为母质是形成土壤的物质基础 所以又叫成土母质 土壤母质与岩石矿物相比已发生了质的变化 使土壤母质获得了新的特性 土壤母质的这些性质标志着肥力因素的发生和发展 因而为形成土壤创造了条件 2 土壤母质类型及其特征 母质主要可分以下类型 1 残积母质是指岩石矿物经过风化后残留在原地未经搬运的碎屑 2 坡积母质是指山坡上部的风化碎屑母质 经重力作用 雨水和融雪水的侵蚀冲刷 搬运到山坡的中 下部而成的堆积物 3 洪积母质是指山洪搬运的碎屑物质在山前平原地区沉积而成的山洪沉积体 在干旱与半干旱地带的山区 间歇性的暴雨形成流速较大的洪水 将山区长期累积的风化碎屑搬运到山谷出口处 因地势高平缓 水流由集中分散 所带的物质即沉积下来 形成扇形 称为洪积扇 4 冲积母质 沉积母质 是指风化碎屑经河流 经常性水流 侵蚀 搬运和在河流两岸沉积的沉积物 A 成层性由于不同时期河流流速不一致 其搬运和沉积物质颗粒大小也不一致 这就造成了在一个地方上下层在质地上发生变化 而且有明显的成层性 B 成带性因流速不同 还有区域变化 上游粗 下游细 近河粗 离河远则细 C 成分复杂矿物种类多 营养成分也较丰富 近代河流冲积物上 往往形成很肥沃的土壤 5 湖积母质是指湖泊的静水沉积物 质地较细 主要是粘土 并且夹杂着在湖水中生活的藻类和动物遗体 6 海积母质是指海相的海机沉积物 由于海岸上升露出水面而成 在海滨地区可以见到 7 风积母质是由风力将贯地成因的堆积物搬运沉积而成 8 黄土母质黄土及黄土状物质是属第四记 近一百年以内的地质年代 沉积物 9 红土母质在我国东北 华北 西北的黄土及黄土状母质的地区有零星分布 在其下部 风化作用的结果 只能形成母质 因为风化的产物还不完全具备肥力的条件 土壤的形成 肥力的发展 是风化作用与成土 作用同时同地进行的结果 从母质变成有肥力的土壤的过程就叫成土过程 只有当母质中出现了微生物和植物时 土壤的形成才真正开始 首先 生物有创造养分的能力 一部分微生物吸收空气中的氮素创造有机物质 因而使母质中有了很多氮素 其次 植物有选择吸收的性能 植物在生长过程中 主动地吸收它所需要的矿物质养料 经过新陈代谢作用制成有机成分 再次 植物有集中养分的能力 植物所需要的养料就被植物根吸收 把底层中的养料集中到土壤表层 另外 地上部分 死亡之后也加在土壤表层 这样 通过植物根系的吸收作用 使分散的养料集中在土壤表层 四 成土因素对土壤形成的作用 土壤肥力的发生与发展固然决定于土壤内部大小循环矛盾的斗争和统一 但母质 生物 气候 地形和时间等五种因素是土壤形成的必要条件 它们对于土壤肥力的发生发展有着巨大的影响 一 母质母质是土壤形成的基本材料 首先母质决定土壤的粗细和化学成分 如果母质中矿物颗粒比较粗的 生成之土壤 质地也就比较粗些 否则土壤也就比较粘重 不同的母质 化学成分不同 直接影响土壤养料的多少 其次 母质影响土壤的物理性质 如母质的粗细不同 则母质的孔隙度不同 直接影响土壤的通透性 二 生物生物是形成土壤的主导因素 生物因素包括生长在土壤上的高等绿色植物和与之相适应的微生物和定居在土壤中的动物 它们都对土壤的形成有巨大贡献的影响 特别是高等绿色植物和微生物 通过有机质的合成与分解 实现了植物营养的集中和累积 创造了氮素 发展了土壤肥力 同时 不同的植被条件下 由于有机质合成与分解的特点不同 便形成了不同的土壤 只有当母质中出现了微生物和植物时 土壤的形成才真正开始 首先 生物有创造养分的能力 一部分微生物吸收空气中的氮素创造有机物质 因而使母质中有了很多氮素 其次 植物有选择吸收的性能 植物在生长过程中 主动地吸收它所需要的矿物质养料 经过新陈代谢作用制成有机成分 再次 植物有集中养分的能力 植物所需要的养料就被植物根吸收 把底层中的养料集中到土壤表层 另外 地上部分 死亡之后也加在土壤表层 这样 通过植物根系的吸收作用 使分散的养料集中在土壤表层 三 气候在气候因素中 对土壤形成影响最大的是热量和降水 因为它直接控制着土壤形成过程的水热条件 从而影响岩石的风化 土壤中物质的转化和植物生长状况等 四 地形地形决定着不同地形部位的水热条件 由于地形重新分配气候因素和地下水 就决定了不同地形部位的土壤水分 同时地形通过对水分的重新分配 也重新分配了植物营养元素 不同的地形部位 热量条件是有变化的 高度不同 坡度 坡向不同热量条件就有差异 因此 在不同的地形部位上 常常分布着不同的土壤 五 时间时间因素与其他成土因素不一样 在土壤形成过程中 具有特殊的意义 任何土壤没有时间不可能发生发育 任何成土因素没有时间亦不能有任何作用 时间因素体现了一切土壤及一切成土因素发展变化的过程 上述五种自然因素对土壤形成作用的影响是相互联系综合影响土壤的 它们之间彼此相互影响着的 而生物因素在土壤形成中则是起着主导作用 耕种土壤的形成特点 在五种自然成土因素综合作用下形成的 尚未经人类开垦利用的土壤叫自然土壤 耕种土壤虽受各种自然成土作用的影响 但随着人们对土壤的不断的耕种熟化 它的性质与原来土壤的性质相差越来越远 并且是向着人们需要的方向发展 创造新的土壤类型 耕种土壤是在自然土壤基础上发展起来的 又在耕种条件下获得新的属性 两者既有发生上的联系 又有发育阶段上的区别 事实证明 耕种土壤不只是自然形成物 而且是人类生产劳动的产物 岩石矿物风化形成各种大小不同的矿物颗粒 统称为土壤矿物质 它不仅是土壤的骨架 又是植物矿物质营养的源泉 一 土壤粒级 一 土壤粒级分级土粒大小不同 性质也随之而异 可按照土粒径的大小及其性质分成若干粒级 相同粒级的土粒 其成分和性质基本一致 而不同粒级之间则有明显的差异 通常讲的沙粒 粉沙粒和粘粒就是粒级各称 这种划分称为粒级分级 第二节土壤粒级与土壤质地 根据土粒的有效直径把土粒由粗粒到细粒划分成几组 同组的土粒性质基本相近即为粒组或粒级 土壤颗粒的大小分级简称粒级 常用的划分标准 国际制 卡庆斯基制 美国制和中国暂拟分类制 如下所示 国际制土壤粒级分级标准 表 国际制土壤粒级分级标准粒级名称单粒直径 mm 石砾 2砂粒粗砂粒2 0 2细砂粒0 2 0 02粉砂粒0 02 0 002粘粒 0 002 卡庆斯基制表 卡庆斯基土壤粒组分类表 3 我国粒级分级 二 各粒级理化性质 1 各粒级的主要特性 1 石块主要是残留的母岩碎块 山区的土壤中常见 土壤中含石块多 对耕作和作物生长是不利的 一般可发展林业与果树 如农业利用时要设法除去 2 石砾多为岩石碎块 山区土壤与河漫滩土壤中常见 含量多时 孔隙过大 易漏水漏肥 损坏农具应进行改良 3 砂粒冲积平原的土壤中常见到 砂粒中主要是石英颗粒 因颗粒大 故比表面积小 土粒内接触点少 形成的大孔隙 土壤的透通性强 毛菅水升上高度低 砂粒无可塑性 粘结性与粘着性 湿时不膨胀 平时不收缩 保水保肥力弱 氧化硅含量高达80 以上 营养元素含量低 4 粉粒在黄土中含量较高 因颗粒较小 比表面积较大 形成的孔隙较小 故通透性较砂粒小 毛菅水上升高度大 可塑性 粘结性较小 膨胀收缩性微弱 保水保肥力较强 氧化硅在60 80 之间 营养元素含量较多 5 粘粒胶泥中含量高 含粘粒多的土壤 因颗粒细小 比表面积大 形成的孔隙小 迂水膨胀易堵塞故通透性极差 毛菅水上升高度不如粉粒高 可塑性 粘结性 粘着性强 干时坚硬 保水保肥力强 氧化硅含量40 60 之间 营养元素丰富 2 各粒级的化学及矿物组成 土粒的大小不同 其化学成分与矿物组成也有差异 从表可看出 不同粒径的土粒化学成分和矿物组成 具有一定的规律性 一般说 土粒愈粗 石英含量愈多 其化学成分主要是SiO2 土粒愈细 则石英含量减少 云母含量增加 SiO2显著减少 Fe AI P K Ca Mg等元素的化合物 明显增加 原因是各种矿物风化程度不同 石英抗风化的能力强 故以粗的土粒存在 而黑云母 角闪石易风化 故多存在于较小的土粒中 因此 矿物组成决定了化学成分 土壤愈细 所含养分愈多 反之则少 二 土壤质地 一 土壤质地的概念土壤质地又叫土壤机械组成 粗细不同的土粒在土壤中占有的不同的比例 这种大小不同的土粒比例组合 称为土壤质地 常说的砂土 壤土 粒土 就是根据粗细不同的土粒各占百分比来决定的 土壤质地是土壤的重要物理性质之一 对土壤肥力有重要影响 二 土壤质地的分类根据土壤中各粒组含量的百分率进行的土壤分类 叫做土壤的质地分类 土壤质地分类的三种标准 1 国际制土壤质地分类是一种三级分类法 即按砂粒 粉粒 粘粒三种粒级的所占百分数进行分类 可划分为四大类十二级 2 卡庆斯基土壤质地分类是一种三级分类法 按物理性砂粒和物理性粘粒的百分数 将土壤划分为三大类九级 3 我国土壤质地分类 1 国际制土壤质地分类标准 将土壤质地划分为砂土 壤土 黏壤土和黏土4类12级特点 1 砂土及壤土类以黏粒含量在15 以下为其主要标准 黏壤土类以黏粒含量在15 一25 为其主要标准 黏土类以含黏粒25 以上为主要标准 2 当土壤含粉粒达45 以上时 在上述4类质地名称前加 粉质 字样 3 当砂粒含量在55 一85 时 则在各类名称前加 砂质 字样 如砂粒大于85 则称壤质砂土 其中砂粒达90 以上者称为砂土 国际制土壤质地分类表 2 卡庆斯基土壤质地分类 卡庆斯基土壤质地分类可分为3个部分 1 土壤质地基本分类 见附表1 根据物理性砂粒与物理性粘粒的相对含量将土壤划分为砂土类 壤土类 粘土类等三类九级 2 土壤质地详细分类将六个粒级组按照其含量最多及第二多的以砾质 砂质 粉质 黏质冠于基本质地名称前 3 按石块含量的补充分类土壤中若含有 3mm的石块 则在基本质地名称或详细质地名称前再加石块含量的分类名称 见附表2 卡庆斯基土壤质地分类表 3 我国土壤质地分类我国土壤质地分类制共分3大组11种质地 如附表1 我国的砾质土壤的分类 如附表2 附表1 中国土壤质地分类 1978 附表 中国暂拟土壤石砾含量分类 1978 三 土壤质地的生产特性 土壤质地不同 其特性表现各异 同时对土壤肥力因素 农业生产都有多方面的影响 通过了解土壤质地的特性对肥力和农业生产的关系 就能针对性地调节 改良不良质地 更好的发挥土地的生产潜力 1 砂土类 1 通透性能好 保蓄性能差 由于含砂粒量多 颗粒大 孔隙也大 故通气透水性能良好 土体内水流通畅 排水性能好 作物容易扎根 但保水能力差 容易流失 抗旱能力弱 2 养分含量低 施肥见效快砂粒所含的各种矿质养分少 特别是以石英为主的砂土 养分含量更少 有机质分解快 不利于土壤腐殖质的积累 保肥力弱 养分容易淋失 施肥需少量多次 3 温度变化大 土体中水少气多 土温上升快 降温也快 所以温度变幅大 在春季由于升温快有利于作物生长 有 热性土 之称 在晚秋寒潮来临时 由于土温下降快 作物容易发生冻害 冬季冻土层深厚 4 耕作性能好 砂质土松散 耕作省力 宜耕期长 粘结性弱 无塑性 耕后不起土块 耕作质量好 但砂土泡水后容易闭塞 农民称为 闭砂 水田插秧时要随耕随插 5 发小苗不发老苗 砂质土由于通气好 土温高 疏松 作物出苗早 齐 全 但由于养分含量低 作物生长的中后期养分供应不足 易早衰 6 无有毒物质土壤中对作物有毒害的物质大多是还原性的 砂土由于通透性好 毒害物质产生的可能性小 2 粘土类 粘土类成土母质多为河流静水沉积物 湖相沉积物 红色粘土以及石灰岩 玄武岩等易风化的母岩 其特性与砂土类相反 1 通透性能差 保蓄性能强 粘质土多毛菅孔隙和无效孔隙 所以通气透水性能差 土体内水流不畅 易受涝害 要注意采取排水措施 作物扎根较难 根系范围一般不广 不深 吸水 保水能力较强 但对植物的有效水分含量并不多 2 养分含量高 肥效时间长细土粒含有较多矿质营养 但由于水多气少 矿质养分转化慢 有机质分解也慢 有利于有机质的积累 有效养分的含量有时并不高 施肥后土壤保肥力强 肥效较慢 施肥量小时常表现不出肥效来 但养分可以逐步释放 肥效时间长 3 温度变幅小 粘质土由于水多气少 土温比较稳定 温度变幅小 早春土温不易升高 不利于作物出苗和发苗 为 冷性土 4 耕作性能差由于土粒的表面大 土壤的粘结力和粘着力强 可塑性大 干时坚硬 温时沾犁 耕作阻力大 宜耕期短 耕后形成的土块不易散碎 耕作质量差 缺乏有机质的粘质 土胀缩现象比较严重 失水干燥时 田面易开裂 特别是水田 在排干晒烤时 常板结龟裂 引起作物断根 并加速土壤水分的散失 5 发老苗不发小苗 由于粘质土粘重坚实 通透性差 水多土温低 早春作物播种后易缺苗 并且出苗晚 苗势弱 但到后期由于温上升 养分释放快 有后劲 6 可能有毒害物质存在由于通透性差 还原性物质产生的机会较多 特别是在低洼地区 地下水位较高 更易产生不利于作物生长发育的物质 如硫化氢 有机酸 甲烷等 3 壤土类 这类土广泛分布于黄土地区 华北平原 松辽平原 长江中下游 珠江三角洲河网平原及河流两岸冲积平原上 壤土类主要含粗粉粒多 细砂粒含量亦较多 粘粒含量低于30 如粘粒含量超过30 而砂粒含量超过50 时也属于此壤土范围内 由于砂粒 粉粒 粘粒含量比例较适宜 因此兼有砂土类与粘土类的优点 是农业上较为理想的土壤质地 壤土类由于砂粘适中 大小孔隙比例适当 通透性好 保水保肥性好 养分含量丰富 有机质分解快 保肥性能也强 土性温暖 耕作方便 宜耕期长 耕作质量好 发小苗也发老苗 故适宜种植各种作物 四 土壤质地的利用改良 土壤适宜于作物种植的情况称土宜 质地就是重要的土宜条件之一 不同作物所需的土壤条件不同 因土种植 是合理利用土地 充分发挥土壤肥力的重要措施 如时砂质土 要充分利用土质松 土温高 出苗好 易耕作 但比较贫乏的特点 种植生长期缺的块根 块茎作物及比较耐旱 耐瘠的作物 如花生 豆类 芝麻 薯类 棉花 瓜类 某些蔬菜等 粘性土则因后期养分供应多 可安排种植耐肥或生长期长的作物 如小麦 水稻 玉米 高粱 青稞 油菜等 壤土适种作物范围广 大部分作物对土壤质地的适应范围相当广泛 有的作物在过粘 过砂土壤中出现早衰 可能是水 热 气 肥等因素失调所致 可采用一些土壤管理或栽培措施加以解决 对不同质地的土壤 首先要强调因土制宜地耕作和管理 对过砂或过黏的无法种植的土壤也可以通过以下几种途径进行改良 1 客土法2 放淤改良3 多施有机肥4 翻淤压砂 翻砂压淤5 种绿肥 思考题1 原生矿物 次生矿物 岩石的概念2 矿物的风化方式3 母质的类型及特点4 成土因素对土壤的影响5 粘质土壤的生产特性 第三节土壤有机质 一 土壤生物 一 土壤微生物1 分布特点2 分类3 在土壤中的作用 二 土壤动物 土壤有机质是土壤固相的组成成分之一 它在土壤的形成过程中 特别是在土壤肥力的发展过程中 起着极其重要的作用 我国部分土壤有机质含量如下表 二 土壤有机质概况 表中国某些自然土壤中有机质含量 土壤有机质是指土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 一 土壤有机质的来源及类型土壤有机质主要来源于高等绿色植物的枯枝 落叶 落果 根系等 其次是土壤中动物 微生物的遗体 及人为施用的有机肥料 二 土壤有机质的组成及性质1 糖类 有机酸 醛 醇 酮类以及相近的化合物 2 纤维素和半纤维素3 木质素4 脂肪 蜡脂 树脂和单宁 5 含氮化合物动 植物残体中主要的含氮化合物是蛋白质 少量比较简单的可溶性氨基酸 植物残体中的叶绿素等 6 灰分元素植物经燃烧后 残留在灰分中的元素称灰分元素 构成灰分的主要元素为Ca Mg K Na S P S Fe AL Mn 以及微量元素I Zn Mo B等 其中以Si Ca K Al为最多 三 土壤有机质的转化过程 矿质化过程 就是有机质被微生物分解成简单的无机化合物并释放出能量的过程 矿化率 腐殖化过程 微生物使简单的有机化合物形成新的性质更稳定 结构更复杂的含氮有机化合物 腐殖质的过程 腐殖化系数 1 含氮碳有机物质的转化土壤有机质中的碳水化合物如纤维素 半纤维素 淀粉等糖类 在微生物分泌的糖类水解酶的作用下 首先水解为单糖 C6H10O5 n nH2O nC6H12O6 一 土壤有机质的矿质化过程 生成的单糖由于环境条件和微生物种类不同 又可通过不同的途径分解 其最终产物也不同 如果在好气条件下 有好气性微生物分解 最终产物为水和二氧化碳 放出的热量多 称氧化作用 其反应如下 nC6H12O6 6O26CO2 6H20 热量 如果在通气不良的条件下 则在嫌气性微生物作用下缓慢分解 并形成一些还原性气体 有机酸 产生的热量少 称发酵作用 其反应为 C6H12O6CH3CH2CH2COOH 2H2 2CO2 热量4H2 CO2CH4 2H2O 2 含氮有机物质的转化含氮有机物是土壤中氮素的主要贮藏状态 包括蛋白质 氨基酸 腐殖质等 1 水解作用蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶作用下 分解成氨基酸的作用称水解作用 蛋白质氨基酸 2 氨化作用分解含氮有机物产生氨的生物学过程称氨化作用 CH2NH2COOH O2HCOOH CO2 NH3CH2NH2COOH H2CH3COOH NH3CH2NH2COOH H2OCH2 OH COOH NH3 3 硝化作用氨态氮被微生物氧化成亚硝酸 并进一步氧化成硝酸的过程 称硝化作用 这一作用可分为两个阶段 第一阶段 氨被亚硝酸细菌氧化成亚硝酸 第二阶段 亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸 其反应如下 2NH2 3O22HNO2 2H2O 热量2HNO2 O22HNO3 热量 4 反硝化作用同细菌在无氧或微氧条件下以NO3 或NO2 作为呼吸作用的最终电子受体生成N2O和N2的硝酸盐还原过程 称反硝化作用 其反应如下 反硝化细菌 C6H12O6 24KNO3 24KHCO3 6CO2 12N2 18H2O 3 含磷有机物质的转化土壤中含磷有机物主要有核蛋白 卵磷脂 核酸 核素等 它们在有机磷细菌的作用下进行分解 产生的磷酸盐是植物可吸收的磷素养分 但在酸性或石灰性土壤中易与Fe Al Ca Mg等生成难溶性的磷酸盐 降低其有效性 在缺氧条件下磷酸又被还原为磷化氢 其反应如下 H3PO4H3PO3H3PO2PH3 4 含硫有机物质的转化植物残体中的硫 主要存在于蛋白质中 能分解含硫有机物的土壤微生物很多 一般能分解含氮有机物的氨化细菌 都能分解有机硫化物 产生硫化氢 其反应如下 蛋白质硫氨基酸H2S 还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫酸的过程 称硫化作用 其反应如下 2H2S O22H2O 2S2S 3O2 2H2O2H2SO4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 二 土壤有机质的腐殖化过程 土壤腐殖质的形成是一个复杂的过程 大致可分为两个阶段 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 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 土壤腐殖质形成过程中的转化途径 四 影响土壤有机质转化的因素 有机残体的特性 土壤水分和通气状况 温度 土壤特性 C N比值 最适水势 0 1 0 03Mpa 0 35 OM pH Eh值等 四 腐殖质腐殖质本身不是一种单一的化合物 而是由多种化合物形成的聚缩物 其主体为腐殖酸及其盐 占腐殖质的85 90 称为腐殖物质 其余为微生物代谢所产生的较简单的化合物 因与腐殖酸紧密结合难以分离 故与腐殖酸合称为腐殖质 根据腐殖质在不同溶剂中的溶解度和颜色可分离出胡敏素 胡敏酸和富里酸3种性质不同的腐殖质 NaOH或NH4OH稀溶液处理 不溶解的腐殖质胡敏素 溶解的暗褐色溶液 HCl或H2SO4处理 沉淀物质胡敏酸 黄白色溶液富里酸 土壤 一 腐殖质的分离与组成 腐殖酸是土壤和沉积物等物质中溶于稀碱呈暗褐色 无定型和酸性的非均质天然有机高分子化合物 它的性质不活泼 不能作为独立的腐殖物质存在 所以一般把土壤腐殖质概括为胡敏酸和富里酸两大类 二 腐殖质的存在形态1 游离态的腐殖质 在一般土壤中占极少部分 2 与矿物中强盐基化合成稳定的盐类 主要为腐殖酸钙镁 3 与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体 4 与粘粒结合成有机无机复合体 在上述四种形态中 以第四种最为重要 它常占土壤腐殖质中的大部分 三 腐殖质的性质1 腐殖质不是一种简单的化合物 而是代表一类有着特殊化学和生物活性的 构造复杂的高分子有机化合物 2 腐殖质的元素成分 主要是C H O N P S Ca等 C 为56 60 平均为58 N 为3 6 平均为5 6 其碳氮比例大致为10 1 12 1 灰分占0 6 3 腐殖质是一种黑色或棕色的有机胶体 它的化学构造式虽然还没有确定 但它们有若干共同点是可以肯定的 即分子巨大 以芳香族核为主体 附