土壤学第二章土壤有机质

土壤学,第二章土壤有机质,2012-3-1,土壤有机质的定义?,存在于土壤中的所有含碳的有机化合物。它主要包括土壤中各种动物、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机化合物。,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。,第一节土壤有机质的来源、含量及其组成,微生物动物来源植物来源工农业副产品,土壤有机质的来源,最早来源,动物排泄物及残体,植物残体和根系分泌物,人为影响,基本来源,进入土壤的这些物质都属有机体，它们含有大量的C、O、N、P、K、Ca、Mg及各种微量元素Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Mn、B等。故在土壤中这些有机体分解后就会放出大量营养积累在土壤中，进一步被植物利用。,第一节土壤有机质的来源、含量及其组成,含量及组成,1、有机质含量一般含量在0-5%之间。泥炭土可高达20%或30%以上漠境土和砂质土壤不足0.5%,2,土壤有机质的含量,不同类型土壤中含量差异很大，可小于1%或者大于20%。根据耕作层中有机质含量,可将土壤分为:,有机质土壤,20%,矿质土壤,10粒状5、胶体特性土壤有机胶体的主要组成部分,腐殖质分子中心是一个稠环或类似稠环的芳香核，可借共价键、离子键或氢键，与下述分子中的数种结合：(1)多糖、(2)多肽、(3)酚类崐(4)金属离子、(5)有机酚类,高分子聚合物,6、元素组成,CHNOPS，其次FeCaMgSi,CHO+SN胡敏酸50-622.8-6.631-402.0-6.0富里酸45-485-643-481.5,总体来说，一般腐殖质平均含碳为58%，氮5.6%，其C/N比为10：1-12：1。,7、电性,腐殖质是两性胶体，但以负电荷为主。,负电荷来源于COOH=C=O-OCH3OH其中羧基是最重要的功能基团。腐殖质的总酸度通常是指羧基和酚羟基的总和。总酸度以胡敏素、胡敏酸和富里酸的次序增加。,8、稳定性,抵抗微生物分解能力很强，分解周转所需时间短的10年，长的几百年。刚形成的腐殖质半衰期4.7-9年。其稳定性与团粒结构的稳定性有关。但不同土壤的腐殖质其稳定性差异很大,一般自然土壤大于耕地土壤。,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）腐殖酸的化学性质、腐殖质的组成,胡敏酸,富里酸,胡敏素,第三节土壤腐殖物质的形成和性质,、化学组成,我国主要土壤腐殖酸的元素组成,习惯上以58%为其平均值，故计算有机质的含量时，一般以1.724为折算系数。,第三节土壤腐殖物质的形成和性质,3、含氧官能团,羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。,腐殖质的含氧官能团含量（mmolM）.kg-1,种类羧基酚羟基醇羟基醌基酮基甲氧基总酸度,HA15-5721-572-491-261-53-867,FA55-1123-5726-953-2012-273-12103,注意腐殖物质的总酸度P38,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、腐殖酸的电性,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。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,（三）腐殖质的稳定性与变异性,1、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。,2、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。一般我国北方的土壤，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而在温暖潮湿的南方的酸性土壤中，土壤中以富里酸为主，HA/FA比一般小于1.在同一地区，水稻土的腐殖质的HA/FA比大于旱地。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,有机质在土壤肥力上的作用$,（一）提供植物需要的养分碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年释放的CO2达1.351011吨，相当于陆地植物的需要量。,氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。,（二）改善土壤肥力特性1、物理性质：促进良好结构体形成；降低土壤粘性，改善土壤耕性；降低土壤砂性，提高保蓄性；促进土壤升温。2、化学性质：影响土壤的表面性质；影响土壤的电荷性质，影响土壤保肥性；影响土壤的络合性质；影响土壤缓冲性3、生理性质：影响根系的生长；影响植物的抗旱性影响植物的物质合成与运输；药用作用。,第四节土壤有机质的作用及管理,（1）促进植物生长发育,胡敏酸可以加强植物呼吸过程，提高细胞膜的渗透性，促进养分迅速进入植物体。,胡敏酸钠盐对植物根系生长具有促进作用,土壤有机质中还含有维生素B1B2、吡醇酸和烟碱酸、激素、异生长素（吲哚乙酸）、抗生素（链霉素、青霉素）等对植物的生长起促进作用，并能增强植物抗性。,（2）改善土壤的物理性质,腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂，形成团粒状结构，从而增加土壤的疏松性，改善土壤的通气性和透水性。,改良土壤结构，促进团粒结构的形成，增加土壤的疏松性，改善土壤的通气性和透水性。,土壤腐殖质是亲水胶体，具有巨大的比表面积和亲水基团，能提高土壤的有效持水量。,腐殖质为棕色至褐色或黑色物质，增加了土壤吸热的能力，提高土壤温度。,（3）促进微生物和动物的活动,土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源。,土壤动物中有的（如蚯蚓等）也以有机质为食物和能量来源。,（4）提高土壤的保肥性和缓冲性,土壤腐殖质有着巨大的比表面和表面能，具有较强的吸附能力，腐殖质胶体以带负电荷为主，从而可吸附土壤溶液中的交换性阳离子，因此，土壤有机质具有巨大的保肥能力,腐殖酸本身是一种弱酸，腐殖酸和其盐类可构成缓冲体系，因此，使土壤具有较强的缓冲性能。,（5）有机质具有活化磷的作用,土壤中的磷一般不以速效态存在，常以迟效态和缓效态存在。因此土壤中磷的有效性低。土壤有机质具有与难溶性的磷反应的特性，可增加磷的溶解度，从而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率。,有机质在生态环境上的作用$（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。以Cr3+为例。（二）有机物质对农药污染的影响（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响,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,一个碳原子的旅程据Garrels等（1975)计算：在大气圈中停留4年；在生物圈中停留11年；在海洋上层水域停留385年；在深海中停留10万年；在地壳中停留3.42108,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,SoilOrganicCarbon,第四节土壤有机质的作用及管理,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作用及管理,如何提高土壤有机质含量？1、坚持两个原则平衡原则经济原则2.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。,第四节土壤有机质的作用及管理,（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,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,（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。,第四节土壤有机质的作用及管理,调节有机质的分解速率,A调节C/N比,C/N=25：1时，分解率比较适宜。,B通过耕作措施调节,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的内容及相互关系，组成土壤腐殖质最基本的物质有哪些？2掌握土壤腐殖质的组分、所带功能团对各组分性质产生的影响。掌握土壤有机质对土壤肥力、农作物产量、品质以及环境保护所产生的影响。了解提高土壤有机质的原则和途径，以及为什么一再强调增施有机肥，以培肥土壤的