土壤学课件第3章土壤有机质

第三章土壤有机质Soilorganicmatter,内容提要,土壤有机质的来源及其组成土壤有机质的分解和转化土壤腐殖质土壤有机质在肥力上的作用耕地土壤有机质的调节,第一节土壤有机质的来源及其组成,耕地有机质含量：成土年龄，植被及气候影响为主；地形、粘粒含量一般20%称有机质土壤，20%称矿质土壤,作用：集中在表土25cm以内，但在肥力上所起的作用却很大，含各种营养元素，微生物生命活动能源，对土壤物理性质，水、气、热调节，结构，耕性重要影响。,泛指以各种形态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。包括：土壤中各种动、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机物质。,新鲜的有机质已经发生变化的半分解有机残余物腐殖质85%90%,分解程度,10%15%,土壤有机质的来源,灰分物质：Ca、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、Al、Mn,以C、H、O、N为主，含有灰分元素。C、H、O、N占90%以上，其中大多数植物中碳占40%左右。多种灰分元素共占8%,土壤有机质的常见化合物,以化学的观点来看，自然界物质的转化有两种方式：,第二节土壤有机质的分解和转化,复杂的物质简单分解方式矿质化（方式）过程简单的物质复杂合成方式腐殖化（方式）过程,图4-1有机质的分解与合成示意图,一、矿质化过程简称矿化作用,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。,特点：矿化作用是分阶段进行,碳水化合物中，简单的糖类和淀粉容易分解，而纤维素、半纤维素则较难分解，尤其是与黏粒矿物结合的多糖，抗分解力较强。脂肪、蜡质、树脂分解缓慢，最难分解的是木质素，但在其专性细菌作用下，也能缓慢分解。,好气：,厌气：,有机物的矿化过程,蛋白质容易降解，除CO2和H2O以外，还有甘胺酸等氨基酸，这些含氮和硫的化合物最后产生NH4+、NO3、SO42等简单无机离子,条件：亚硝化细菌（专性自养型微生物）通气：良好O20.2%）时微生物活动减弱分解慢6）污染物：重金属污染物、有机污染物毒害微生物可消除污染，但有一定限度,（二）植物残体的特性1、有机残体的物理状态鲜嫩多汁干枯；粉碎后整株。2、有机残体的组成,有机化合物组成不同，分解速度不同。分解从易到难的顺序为：葡萄糖-淀粉-半纤维素，果胶-纤维素-脂肪，蜡质，树脂，木质素，单宁。,新鲜程度破碎程度紧实程度,3、有机残体的C/N比有机物质中碳素总量和N素总量的比值,有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速度影响很大。以25或30：1较为合适。,若加入的有机质残体的C/N比过大，如禾本科秸秆类的C/N比高达80-90，则能源充足，N素缺乏，微生物活动繁殖受限制，有机质分解慢和与“与植物争N”的局面。在这种情况下，如施用少量速效N肥，可以大大促进有机质的分解，如制造堆肥时，适当浇些人粪尿，稻草还田，还应配合施用化学N肥。如果有机残体的C/N较小，如豆科植物(20：1-30：1)则对微生物活动显著有利，有机残体分解快。对作物供N。其它养分缺乏也影响有机残体的分解，如P，K很重要，微生物原生质灰分中含高达25%的P和10%的K。不论施入土壤的有机质的C/N比如何，最终得到的土壤有机质的C/N比相对稳定，平均为10-12：1，这个比值相当稳定。,碳是微生物活动的能源，又是构成微生物细胞的材料，N是构成微生物细胞中蛋白质的主要成分，如果土壤OM中C、N丰富，则微生物活动旺盛，有机质分解快。,细菌本身的C/N比为45：1，即为了组成自身的细胞，需要5份C和1份N，同时，每吸收一份C，还要消耗4份C获得能量，因此，细菌在其生命活动中，总共要求C/N比等于20-25：1。真菌本身C/N比高，要求的C/N比要高一些，一般微生物要求25-30：1。,一、腐殖质的概念和类型,土壤腐殖质是通过微生物的作用，在土壤中新合成的一类含N的、具有芳香核复杂结构的高分子化合物。,（1）按颜色分：黄色腐殖质、棕色腐殖质和黑色腐殖质三大类型，颜色越深，品质越好。（2）按溶解性差异分：胡敏酸（Humicacid）：溶于碱但不溶于酸的那部分腐殖质；富里酸（Fulvicacid）：既溶于碱也溶于酸的那部分腐殖质；胡敏素（Humin):是与矿物质紧密结合的腐殖质。,任何一种土壤中，即有胡敏酸，也有富里酸，所以土壤腐殖质实质上是胡敏酸和富里酸的混合物。,第三节土壤腐殖质,（3）土壤腐殖质的存在状态,目前常用的提取剂0.1MNaOH溶液0.1MNaOH+0.1M焦磷酸钠混合提取液,土壤腐殖质的分离提取和分组,胡敏酸与富里酸二者之间无截然分界线，本质上也无区别，有过渡组分混合物。胡敏素，它与土壤矿物质部分（尤其是蒙脱石）结合非常紧密，难以分离，基本上也是由胡敏酸和富里酸组成（含有碳粒），只是结合非常牢固。,二、腐殖质的理化特征,1、腐殖质的元素组成骨干元素：C、H、O其余元素：N、P、S、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Co.等，含除K外的全部植物生长发育所需的养分（因为K不能形成有机化合物的稳定成分，故腐殖质中也不含K，但它可吸附K离子，所以，它带有全部植物生长发育所需的养分元素）。,中心为C网结构：以醌型芳香核物质为核心所构成的。表面带有许多功能团：带有甲氧基（OCH3）、羧基（COOH）、羟基（OH）、胺基（NH2）、羰基（CO）等功能团。连有多肽或脂肪族侧链，氨基糖及多糖，杂环态N等所以，腐殖质的分子量很大（达几千几万），分子形状呈球形或短柱形，内部为C网的交联构造。,2、分子结构：,胡敏酸分子结构模型,3、腐殖酸的活性功能团和电性,羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等,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，每kg能吸附阳离子150-450cmol，保肥力强。腐殖质的负电荷数量随pH质的升高而升高。,4、溶解度、颜色和吸水性,胡敏酸不溶于水，其一价盐溶于水，多价盐如Ca、Mg、Fe、Al等盐类溶解度低。富里酸溶于水，其一价、二价盐、三价盐均溶于水。腐殖酸整体呈黑色，胡敏酸及盐类棕-黑，富里酸黄-淡棕色。有强大的吸水性，最大吸水量可超过500%，在饱和水气中吸水量可达本身重一倍以上，比表面可达2000m2/g。,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、变异性,第四节土壤有机质在肥力上的作用,（一）提供植物需要的养分,氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。,（二）改善土壤肥力特性1、物理性质：促进良好结构体形成；降低土壤粘性，改善土壤耕性；降低土壤砂性，提高保蓄性；促进土壤升温。2、化学性质：影响土壤的表面性质；影响土壤的电荷性质，影响土壤保肥性；影响土壤的络合性质；影响土壤缓冲性3、生物性质：影响根系的生长；影响植物的抗旱性影响植物的物质合成与运输；药用作用。,减轻和消除土壤中农药残毒及重金属危害。吸附作用和络合作用为微生物提供养分和能源C。,（三）、其它,调节土壤有机质的积累和分解的关系是农业生产管理的一个重要课题。一对矛盾，动态平衡。本省土壤有机质含量一般2%左右，高者可达5%，低者1%也有存在，高产田含量多在3%以上。,第五节耕地土壤有机质的调节,提高有机质含量的措施（1)合理耕作制度（退化或熟化）合理的耕作制度可促进土壤有机质含量的提高,并维持较高的水平。（2）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（3）种植绿肥田菁紫云英紫花苜蓿等休闲绿肥、套作绿肥养用结合：因地制宜、充分用地、积极养地、养用结合（4）秸秆还田要注意秸秆的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。,【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掌握土壤有机质与土壤腐殖质概念，二者有何异同。3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