土壤学-植物营养学-有机质

第二章土壤有机质,【教学目标】,土壤有机质的来源、含量及其组成,2.土壤有机质的转化过程,3.土壤有机质的作用,4.土壤有机质的调节,第二章土壤有机质(soilorganicmatter),概念：土壤有机质(soilorganicmatter)土壤有机质是土壤中的各种动植物残体，在土壤生物的作用下形成的一类特殊的高分子化合物。,土壤有机质与土壤肥力关系,第一节有机质的来源、含量及组成,一、土壤有机质的来源,1、死亡的动植物、微生物残体。2、施入的农家肥。3、工业及城市垃圾废水、废渣。,原始土壤：微生物体是土壤有机质的最早来源。,自然土壤：是死亡的动、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：可概括为两个方面：（1）栽培作物的残留物（2）施用的有机肥。其中后者其主导作用。作物根茬、还田秸秆、绿肥、人畜粪尿、工农产品下脚料、城市生活垃圾、有机肥料（腐殖酸肥料）,土壤中的微小有机颗粒,第一节有机质的来源、含量及组成,二、土壤有机质含量,草原土壤：56%，砂质土壤：20%矿质土壤：CO2和H2O，而N、P、S等则以矿质盐类释放出来。在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，分解作用进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇等中间产物。在极端嫌气的情况下，还产生CH4、H2等还原物质，其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。,第二节土壤有机质的分解和转化,（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,二、影响有机物质的分解和转化的因素,第二节土壤有机质的分解和转化,（二）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.水分最适湿度：土壤持水量的50-80%低洼、积水有利于有机质的积累4.通气性通气不良易有机质累积5.温度最适宜温度大约为25-35,第二节土壤有机质的分解和转化,2、C/N比*,新鲜程度破碎程度紧实程度,（三）植物残体的特性,1、物理状态,第二节土壤有机质的分解和转化,有机物的C/N比：指有机物中C总量与N总量的比。,C/N比理论,作为植物残体的分解者，土壤微生物组成自身细胞时对C和N的需求具有一定的比例关系，即每形成1份的生物组织形态的有机C，同时需要一定数量的N进入细胞内，用以合成生物组织的化合物。C/N为2025:1的有机残体提供的能量和N最适合。,第二节土壤有机质的分解和转化,第二节土壤有机质的分解和转化,有机物的C/N2530/1：有机物中的N素供应不足，微生物就可能从土壤中吸收有效N用于构成微生物体细胞，从而产生微生物与植物竞争土壤有效N的现象，也有可能抑制微生物的繁殖和生长，从而使有机物的分解受到抑制。,第二节土壤有机质的分解和转化,有机物的C/N2530/1：有机物中的N素供应充足，微生物的繁殖和生长要快得多，有利于矿质化作用的进行。实际上大多数有机残体的C/N远远大于2530/1，比如禾本科作物的秸秆，其C/N80100：1远远大于2530/1，为了促进它的分解，并防止植物缺N，应该补施一定的化学N肥。,有机残体的C/N比,第二节土壤有机质的分解和转化,C/N影响,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。C/N降至大约25：1以下，微生物不再利用土壤中的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放矿质态氮，,动画演示,但是,不论C/N有多高，经过微生物多次作用后，稳定在一定数值，耕作土壤表层8:1-15:1，平均值10:1-12:1,第二节土壤有机质的分解和转化,一.土壤有机质在土壤肥力方面的作用,(一)提供植物需要的养分1.碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年释放的CO2达1.351011吨，相当于陆地植物的需要量.大棚蔬菜生产需要气肥。由于中午往往发生CO2饥饿现象，影响产量。根系土壤CO2浓度超过5%会对作物产生毒害,2.氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%,第三节土壤有机质的作用,一.土壤有机质在土壤肥力方面的作用,3.磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%4.其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。5.腐殖酸的络合和螯合，防止了某些金属如Cu、Zn沉淀，提高了有效性。6.有机酸促进了矿物风化、溶解释放其养分,有机物质是多元素的长效肥,第三节土壤有机质的作用,一、土壤有机质对提高土壤肥力的作用土壤有机质，特别是腐殖质，对土壤肥力的影响是多方面的，主要可归纳如下几点：（一）植物养分的重要来源土壤有机质含有大量而全面的植物养分，特别是氮素，土壤中的氮素95以上是有机态的，经微生物分解后，转化为植物可直接吸收利用的速效氮。（二）提高士壤的蓄水保肥和缓冲能力腐殖质本身疏松多孔，具有很强的蓄水能力。土壤中的粘粒吸水力一般为5060，而腐殖质可高达400600。,第三节土壤有机质的作用,一、土壤有机质对提高土壤肥力的作用（三）改善土壤的物理性质新鲜有机质是土壤团聚体主要的胶结剂，在钙离子的作用下，能够形成稳定性团聚体，腐殖质颜色深，能吸收大量的太阳辐射热，同时有机质分解时也能释放热，所以有机质在一定条件下能提高土壤温度。（四）促进微生物的生命活动土壤有机质能为微生物生活提供能量和养分，同时又能调节土壤水、气热及酸碱状况。,第三节土壤有机质的作用,一、土壤有机质对提高土壤肥力的作用（五）促进植物的生长发育胡敏酸具有芳香族的多元酚官能团，可以加强植物的呼吸过程，提高细胞膜的透性，促进养分进入植物体，还能促进新陈代谢，细胞分裂，加速根系和地上部分的生长。（六）其他方面的作用腐殖质中含维生素、抗生素和激素，可增强植物抗病免疫能力，胡敏酸还有助于消除土壤中农药残毒及重金属离子的污染。另外，腐殖质还有利于盐、碱土的改良。,第三节土壤有机质的作用,（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:褐腐酸可使残留在土壤中的某些农药如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，（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响（四）对环境不良影响还原气体的产生CH4、H2S等,二、有机质在生态环境上的作用,第三节土壤有机质的作用,（一）提高土壤有机质含量的原则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，故土壤有机质含量一般是相对稳定的；在特定的气候带，特定植被条件下，土壤有机质积累到一定数量时，将保持较稳定的数值，不可能上升到惊人的水平；有机质含量下降要比提高快。(东北黑土开垦后退化),第四节土壤有机质的管理,（一）提高土壤有机质含量的原则坚持两个原则2.经济原则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。（有机无机并重）,第四节土壤有机质的管理,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管理,（二）提高有机质含量的措施,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.种植绿肥田菁紫云英紫花苜蓿等,（1）休闲绿肥（2）粮肥间套养用结合：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管理,施用有机肥,田间麦秸堆腐还田,3.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,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2030cm；（4）将秸杆作饲料，过腹还田。,4.土壤调控技术措施1)调解土壤湿度和通气性2)温度：中耕松土(锄头下边有肥)3)土壤pH4)土壤C/N比,第四节土壤有机质的管理,激发作用*（Primingeffect)：由于加入新鲜有机物质使土壤有机质矿化速率加快（正激发）或变慢（负激发）的效应称之激发作用，也叫起爆效应。,激发效应可以是正、也可以是负。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，不仅没有提高土壤有机含量，反而减少了；激发比率1,负激发，可以增腐殖质含量激发比率受一系列因素影响问题：给土壤使入有机肥，就一定能提高反应殖质含量吗？,第四节土壤有机质的管理,(一)基本概念,(二）问答题,土壤有机质2.土壤腐殖质3.矿化作用4.腐殖化作用5.腐殖化系数6.激发效应,土壤生物soilorganisms,第一节土壤生物多样性Soilorganismdiversity,按其大小和形态分类微生物20mm蚯蚓,一、土壤生物类型的多样性,按其形态分类后生动物（多细胞）原生动物（单细胞）微生物真核微生物：真菌和藻类原核微生物：细菌、放线菌和蓝细菌分子生物（无细胞结构，如病毒）,后生动物,小的土居性的多细胞动物。,种类：线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫等作用：植物残体破碎、混合,（一）后生动物,土居性的多细胞动物：线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫,蚯蚓对土壤肥力的影响：增加土壤的通透性。改善土壤结构活化土壤养分形成大量有机质,土壤生物,（一）后生动物,蚯蚓喜欢潮湿、肥沃、钙质丰富的土壤,1、蚯蚓,数量大约有200余种。在肥沃的草地土壤中每平方米可达500条。在以般耕地中，每平方米有30-300条。,土壤中的线虫,所有的线虫都需要取食活的有机物质。习性表皮失水很快，干燥时变为胞囊，湿润时又重新活动。食性可分为三类1、以腐败的有机质为食的2、以其他线虫、细菌、原生动物为食的3、寄生在高等植物根系的,2、线虫,线虫对植物的侵害非常广泛。包括番茄、豌豆、胡萝卜、苜蓿、草皮。如发育为虫瘿、结节、畸形根等,土壤中的节肢动物,原生动物,单细胞真核生物（简称原虫）。结构简单，数量多、分布广。表土多，底土少。,原生动物在土壤中的作用：,调节细菌数量,增进某些土壤的生物活性,参与土壤植物残体的分解,某些原生动物也侵害植物，造成植物病害，有的可引起严重的人畜传染病,纤毛虫细菌和小鞭毛虫为食,变形虫动、植物碎屑为食,鞭毛虫取食细菌,土壤中微生物分布广、数量大、种类多，是土壤生物中最活跃的部分。它们参与土壤有机质分解，腐殖质合成，养分转化和推动土壤的发育和形成。土壤微生物在地球生境中数量最多、生物多样性最复杂和生物量最大。,微生物,1公斤土壤可含5亿个细菌,100亿个放线菌和近10亿个真菌，5亿个微小动物。,土壤微生物主要作用：,调节植物生长的养分循环产消温室气体(CO2CH4NON2OCO等),影响全球气候变化分解有机废物保存物种、基因引发人、畜、植物病害,节杆菌属（Arthrobacter）芽孢杆菌属（Bacillus）假单胞菌属（Pseudomonas）土壤杆菌属（Agrobacterium）产碱杆菌属（Alcaligenes）黄杆菌属（Flavobacterium）,原核微生物,古细菌甲烷产生菌极端嗜酸热菌极端嗜盐菌,细菌,二、土壤微生物种群的多样性,病原微生物对植物的危害：,草原局部溃疡,根部瘿瘤,Bacteria细菌,个体微小，1微米左右,形状多为棒状或杆状,Bacteria细菌,土壤细菌数量很大（占土壤微生物总数的70-90%），但生物量不大。代谢强、繁殖快。,土壤中最活跃的因素,Bacteria细菌,土壤中细菌的作用,分解有机质参与碳循环、氮循环改善土壤结构净化土壤病害,根瘤菌,固氮细菌,苜蓿根毛尖上的根瘤菌,Bacteria细菌,细菌菌落,放线菌(actinomyces),以孢子或菌丝片断存在，细胞数104-106/g土。肥土比廋土多，耕地比林地多，春秋季比夏冬季多。最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好土壤中，转化土壤有机质。,Actinomycetes放线菌,蓝细菌（Cyanobacterium）是光合微生物，行光能无机营养，过去称为蓝（绿）藻，由于原核特征现改称为蓝细菌，与真核藻类区分开来。粘细菌(myxomycota)土壤中数量不多，施有机肥土壤中常见，是已知最高级的原核生物，具备形成自实体和年报字的形态发生过程。,真菌(fungus/eumycota),藻类(alga),地衣(lichen),真核微生物(Eukaryoticmicroorganisms),森林土壤和酸性土壤中占优势,单细胞或多细胞的真核原生生物硅藻、绿藻、黄藻土壤生物的先行者,真菌和藻类形成的不可分离的共生体在土壤发生早期起重要作用,Fungus真菌,酵母菌,蘑菇,霉菌,菌根,真菌在土壤中的作用,是土壤有机质的主要降解者某些真菌和植物的根系产生菌根促进土壤结构的形成