第三章土壤有机质.ppt

第一节 土壤有机质的组成与性质 土壤有机质的来源包括 植物残体 动物残体 微生物的残体 有机肥料 有机废物 其中进入土壤的植物残体是最主要的来源 一 土壤有机质来源物的组成分 植物残体含水量一般在60 90 干物质中 90 以上为C H O三元素 N和灰分元素约占8 植物残体的有机化合物包括 碳水化合物 约占干物质的60 脂肪 腊质 鞣酸等 1 8 木质素 10 30 蛋白质 1 15 二 土壤有机质的存在形态 土壤有机质可以分为两大类 未分解或半分解的植物残体组织 严格地说 这些只能算土壤有机质的原料 土壤腐植质 第二节 有机物质在土壤中的转化 有机质在土壤中经历各种复杂的转化 可以归纳为两个方向 分解过程 矿质化过程 复杂有机物分解为简单的物质 最后形成CO2 H2O和无机盐 合成过程 腐植化过程 形成更复杂的有机物质 腐植质 的过程 一 土壤有机质的矿质化过程 有机质的矿化过程是在各种微生物的作用下进行的 不同的有机组分 由不同的微生物起主要分解作用 在不同的条件下 分解的速度和产物不同 一 糖类的分解 多糖 淀粉和纤维素 葡萄糖酒精醋酸CO2 H2O 好气分解 丁酸甲烷 CO2 嫌气分解 二 单宁 脂肪 木质素的分解 甘油脂肪脂肪酸按碳水化合物分解单宁和木质素的分解比脂肪更慢 三 含N有机化合物的分解 包括蛋白质 氨基酸 核酸 酰胺 有机碱 尿素 腐植质等 含N有机物在多种微生物的作用下 进行水解 氨化 硝化等过程 最后转化成无机N素 四 含硫有机物的分解 主要是含硫蛋白质 含S有机物含S氨基酸SH2SO4 好气条件 H2SH2S累积 嫌气条件 五 含磷有机物的分解 包括蛋白质 核酸 磷脂 植素 腐植质等 分解后可以释放出无机磷 二 土壤有机质的腐植质化过程 进入土壤的有机质在微生物进行的生化过程和一些纯化学过程的共同作用下 形成腐植质的过程 腐植质是由土壤有机物质 或原有的腐植质 的有机分解产物重新合成而成的 其形成是一个复杂的 多途径的过程 目前关于腐植质形成的主要学说有四 糖 胺缩合学说 多酚学说 起源于木质素的多酚学说 木质素学说 这几种途径在土壤中可能都存在 但在不同条件下的重要性不同 一般以腐植化系数衡量植物残体对土壤有机质形成量贡献的大小 单位重量有机碳在土壤中分解一年后残留碳的分数 称为腐植化系数 农田土壤中有机物料的腐植化系数 三 影响有机物转化的条件 有机残体的组成与状态土壤环境条件 一 有机残体的组成与状态1 物理状态多汁 幼嫩的植物残体比干枯 老化的植物残体容易分解 粉碎的植物残体比未粉碎的容易分解 2 有机物组成糖 淀粉 蛋白质 半纤维素 纤维素 木质素 脂肪 腊质 不同有机成分在土壤中的分解速率 3 有机残体的C N比C N 25 1时 最有利于有机残体的分解C N25 1时 微生物会与植物争夺有效N 二 土壤环境条件 土壤条件通过影响土壤微生物活动而影响有机质的转化 1 土壤湿度和通气状况 在适当湿润而通气良好的条件下 好气微生物活动强烈 有机质进行好气分解 分解速度快 矿化率高 中间产物累积少 释放出的矿质养分多 但腐植化系数低 不利于腐植质的累积 当湿度过大 通气条件不良 有机质以嫌气分解为主 分解速度慢 矿化率低 有机质分解不完全 容易累积中间产物 对作物有毒害作用 腐植化系数高 有利于腐植质的累积 2 温度状况 有机质在0 C时就开始有微弱分解 从0 C到35 C 有机质分解作用逐渐增强 温度进一步升高 微生物活动受到抑制 有机质分解也减慢 当温度高于35 C 有机质可能发生纯化学的氧化分解作用 3 酸碱度大多数细菌最适合的pH范围是6 5 7 5 放线菌略高 真菌略低 过酸或过碱 8 5 5 5 都不利于有机质的分解 4 土壤质地质地通过影响土壤的通气状况而影响有机质的分解 砂质土中有机质好气分解旺盛 分解迅速 粘质土中有机质分解速度较砂质土慢 5 其他因素 土壤溶液盐分浓度高于0 2 时 有机质分解受阻 有毒重金属和有机污染物也会阻碍有机质的分解 土壤分解速率随时间的变化 第三节 土壤腐植质 通过土壤微生物的作用 在土壤中新合成的一类分子量很大的 结构复杂的有机化合物 称为腐植质 腐植质是由多种有机化合物混合而成的混合物 而不时单一的化合物 腐植质的主体是腐植酸 约占腐植质的85 90 胡敏酸腐植物质富里酸 85 90 胡敏素腐植质简单化合物多糖类10 15 氨基酸多糖醛酸苷 一 土壤腐植质的分离 提取与组分 土壤 去除有机残体 用0 1MNaOH提取 过滤黑色溶液胡敏素残渣用HCl调节到pH2溶液 富里酸沉淀 胡敏酸 二 土壤腐植质的组成与性质 一 元素组成 腐植质主要由C H O N S P等元素组成 最多的是C和C 还含有少量Ca Mg Fe Si等灰分元素 腐植质的C N P S大致为100 120 10 1 1 C N比大约为10 12 1 二 分子结构和分子量 腐植酸的核心组成份是芳香族化合物 此外还有氨基酸 多肽及碳水化合物 富里酸含羧基比胡敏酸多 所以酸性较强 富里酸的分子比胡敏酸小 结构较简单 Flaig的胡敏酸模型 Stevenson的胡敏酸模型 Schnitzer和Khan的富里酸模型 Schulten的胡敏酸低 3 聚物分子的优化3D结构模型 Schulten的胡敏酸低 10 聚物分子的优化3D结构模型 三 电性及阳离子吸附能力 腐植酸分子上有许多功能团 主要的有羟基 酚羟基 醇羟基等 这些基团的解离 是负 正 电荷的主要来源 腐植质的负电荷属于可变电荷 CEC在200 500cmol kg之间 比无机胶体大 四 溶解性 胡敏酸不溶解于水 但其钾 钠 铵盐可以溶于水 富里酸的水溶性比胡敏酸高的多 五 稳定性 稳定性高 不易被分解 胡敏酸的稳定性高于富里酸 耕作会大大降低腐植酸的稳定性 加速其分解 六 颜色 腐植酸整体呈黑色 胡敏酸呈褐色 胡敏素为黑色 富里酸为黄色 第四节有机质对土壤肥力的贡献 一 提供植物营养 一 提供碳素营养有机质分解释放CO2 释放到大气 根系可以直接吸收少量CO2 二 提供矿质营养 植物吸收的N 2 3来自土壤 其中80 97 存在于有机质中 有机质分解释放出各种大量或微量元素 各种元素的比例更符合植物的需要 二 提高土壤保水 保肥能力 腐植质有极强的吸水能力 可以大大提高土壤的保水能力 腐植质的CEC是粘粒的2 3倍 可以明显提高土壤吸附阳离子的能力 通过基团上H 离子的解离或吸附 可以缓冲土壤酸碱性的变化 三 改善土壤物理性质 腐植质的粘结力大于砂粒 小于粘粒 因此可以改善砂土或粘土的粘结性及耕性 促进团粒结构的形成 从而改善通透性 加深土色 提高土壤吸热能力 增温 四 促进土壤养分有效化 有机质分解产生有机酸 有机酸通过络合作用和溶解作用而提高土壤养分的有效性 第五节 土壤有机质的平衡及管理 一 土壤有机质的平衡土壤有机质的平衡取决于有机质的添加量和有机质的矿化量 1 有机质的年矿化量 Y 表土有机质总量 矿化率有机质的矿化率 每年因矿化作用而消耗的土壤有机质占土壤有机质总量的百分率 2 进入土壤的有机物形成的腐植质量 X 有机物添加量 腐植化系数进入土壤的有机质包括从土壤外所有来源进入土壤的有机质的量 若 Y X平衡YX亏损 二 福建土壤有机质状况 1 林地土壤 水田土壤 农地土壤林地土壤平均有机质含量 4 28 1 57 水田土壤平均有机质含量 2 76 0 38 农地土壤平均有机质含量 1 59 0 57 2 山区土壤高于平原土壤建阳 龙岩 三明三市土壤有机质平均含量为3 94 1 40 莆田 厦门 泉州三市土壤有机质平均含量为2 11 0 48 3 高海拔土壤高于低海拔土壤山地草甸土 黄壤 红壤 紫色土 石灰土 赤红壤 潮土 盐土 风沙土 4 粘质土壤高于砂质土壤红壤性水稻土的统计结果表明 不同质地土壤的有机质含量有明显差异 粘土 粘壤土 壤质粘土 砂质粘壤土