大学土壤学课件-土壤生物和有机质

第三章土壤生物与土壤有机质,主要内容：1.土壤生物种类2.土壤有机质概念、来源、类型及化学组成3.土壤有机质转化过程及其影响因素4.土壤腐殖质特征5.几种重要的土壤生物学现象6.土壤有机质的作用,第一节土壤生物,栖居在土壤(还包括枯枝落叶层和枯草层)中的生物体的总称。包括土壤动物、土壤微生物和高等植物根系。土壤生物是土壤物质(尤其是有机物质)转化的主要动力和肥力发展的主导因素。,一、林木根系1.根的种类水平根、垂直根、斜生根、下垂根、下斜根2.根系类型水平根型-水平根占优势垂直根型-垂直根发达斜生根型-主要为斜生根(如刺槐)复合根型-各类根的发育程度相近变态根型-外界特殊条件下(人为影响)产生，如柳树-通气根，榕树-气根，红树-支持根，在容器中育苗所形成的根都属变态根型。,3.影响根系生长的因素土壤物理性质、有效养分、有效水分、土壤供氧量和CO24.林木根系对土壤的影响土壤物理、化学和生物学性状,二、土壤动物在土壤中度过全部或部分生活史的动物。1.大动物：1cm，脊椎动物、软体动物、环节动物(蚯蚓类)2.小动物：0.2-1cm，蚂蚁3.原生动物：0.2cm，变形虫、鞭毛虫和纤毛虫,三、土壤微生物土壤中肉眼无法辨认的微小有机体四大类群:细菌、真菌、放线菌、藻类影响土壤的形成和发育、有机质的矿化和腐殖化、养分的转化和循环、氮素的生物固定、植物的根部营养等,1.土壤细菌单细胞微生物按生理作用分：碳水化合物分解细菌氨化细菌硝化细菌反硝化细菌固氮细菌按营养类型分：自养细菌和异养细菌,1)异养细菌只能利用有机质作为碳源和能源新鲜、易分解的生物有机质的含量是决定它们分布和活性的主要因素分厌气细菌和好气细菌最主要的作用：分解有机质，释放CO2和矿质养分最主要的生理类群：碳水化合物分解细菌、氨化细菌、硝酸盐还原细菌、硫酸盐还原细菌和铁还原细菌,固氮细菌进行生物固氮作用的微生物类群之一利用生物有机质(糖类等碳水化合物)作为碳源和能源，属异养细菌，区别在于利用大气中的分子态氮可分自生固氮菌和共生固氮菌,2)自养细菌碳源：二氧化碳。并吸收无机含氮化合物和各种矿物质能源：氧化无机化合物或太阳主要作用：提供有机质，通过生物氧化机制促进养分转化，并消除还原性有毒物质在土壤中的积累重要生理类群：硝化细菌、硫细菌和铁细菌,兼性自养性细菌能营自养生活有机质存在时，又能营异养生活氢细菌及某些硫细菌。,2.土壤真菌大多数为多细胞微生物，少部分为单细胞异养性微生物，基本上是好气性的，主要集中在土壤表层活动具复杂的酶系统，分解植物残体的能力很强对酸度的适应范围较宽。比细菌耐酸(pH4.0能很好地生长)、耐低温生理类群:腐生、共生和寄生,3.土壤放线菌单细胞微生物好气性的异养微生物对营养要求不甚严格，能耐干旱和较高的温度，最适pH值范围6.0-7.5一些放线菌具固氮能力，能与非豆科树木共生形成根瘤代谢过程中产生抗菌素和激素物质，对植物的抗病性和生长有促进作用,4.土壤藻类含叶绿素的低等植物常见的有蓝藻、绿藻和硅藻三类一些藻类(如蓝藻)还具有固氮能力,土壤微生物的作用,微生物是土壤肥力发展的动力氮素的生物固定主要是由土壤中的固氮微生物完成菌根的形成大大增强了植物对矿质养分的吸收能力微生物代谢产物的作用,土壤酶土壤中的生物催化剂具有加速土壤生化反应速率功能的蛋白质土壤中的一切生化过程都是在专一性很强的酶的参与下完成土壤酶主要来自土壤微生物和高等植物，也来自土壤动物和进入土壤中的生物残体据存在部位可分为离体酶和胞内酶两类土壤肥力评价中，酶活性是一项重要指标,第二节土壤有机质概念、来源、类型及化学组成,一、概念处于不同分解阶段死的动、植物残体和活的动物、微生物分泌、排泄的物质及再合成的物质数量1-5%，北高南低二、来源植物残体，各种动物和微生物的残体，植物根系分泌物和动物排泄物耕作土壤，直接的生物性来源及施入的有机肥料/改土物料,三、类型按来源和性质：普通生物有机质和腐殖质按分解程度：新鲜有机质、半分解有机质和腐殖质四、普通生物有机质的化学组成单糖和有机酸多糖类：淀粉、半纤维素、纤维素等蛋白质木质素单宁、脂肪、蜡质、树脂灰分物质植物体经过灼烧后残留的无机物，主要元素有Ca、Mg、K、Na、S、P、Fe等,第三节土壤有机质转化过程,一、有机质的矿化有机质的彻底分解过程复杂的有机质在土壤水分和空气的参与下，经过土壤生物特别是微生物的作用，逐级分解为简单的有机化合物，最终生成简单的无机物质CO2、H2O和无机盐类作用：1)释放养分2)中间产物为进一步合成腐殖质提供原料,矿质化过程化学的(水的淋溶作用及酶的作用)活动物的(机械的、化学的)微生物的(对不含氮物质、含氮物质及磷的转化)1.碳水化合物的分解通气良好，彻底分解为CO2和H2O;通气不良，生成H2、CH4等还原性物质，还可能导致有机酸和醇类的积累,2.含氮有机化合物的分解转化水解作用氨化作用含氮有机物蛋白质在一系列微生物的作用下，经过复杂的分解过程最后形成氨或铵盐。硝化作用一定的土壤条件下，氨或铵盐经过一系列硝化微生物的生物氧化作用，转化成亚硝酸盐和硝酸盐。亚硝化作用：通气不良，含大量新鲜有机物及大量硝酸盐的土壤中，微生物进行嫌气性分解，将硝酸盐还原为亚硝酸盐。,反硝化作用一定的土壤条件下，反硝化细菌将硝酸或硝酸盐还原为亚硝酸，最后形成气态氮而损失的过程。3.含硫有机物的分解在微生物分泌的水解酶的作用下，硫蛋白首先被水解成含硫氨基酸，然后再在特定微生物的作用下将H2S脱离出来。硫化作用：通气良好，H2S在硫细菌的作用下被氧化成硫酸（或硫酸盐）反硫化作用：通气不良，硫酸盐又会在微生物的作用下被还原成硫和H2S,4.含磷有机物的分解含磷有机物(核蛋白，磷脂、核酸等)在微生物的作用下水解产生磷酸(HPO42-、H2PO4-)。通气不良时(淹水土壤)，磷酸可能被微生物还原为亚磷酸和有毒的磷化氢。土壤中磷的转化方式有机态磷的矿质化不溶性磷酸盐转化为溶解度大的磷酸盐,二、有机质的腐殖化土壤生物有机质经过微生物的分解和再合成作用，最终形成另一类新型的含氮高分子有机化合物腐殖质在微生物的细胞外进行土壤有机质腐殖化过程分半分解和缩合两阶段。生物化学过程是腐殖质形成的最主要的过程。,第四节影响土壤有机质转化的因素,矿化影响因素1)有机残体的化学组成残体的C/N25/130/1，易被微生物分解。C/N与植物种类和部位及组织的老嫩程度有关2)外界环境条件土壤的温度(20-35)、湿度(土壤含水量达到其饱和含水量的60左右)、通气状况、酸碱性(pH5-8)等,矿质化和腐殖化的相对强弱及影响因素有机质的矿质化过程促进了养分的释放与供应，也为腐殖化提供了原料。矿质化过于强烈，导致腐殖质本身也发生分解，使土壤肥力下降；矿质化进程缓慢，林内堆积大量的死有机体，林木由于缺乏有效态养分而生长受阻，微生物也因缺乏养料和能源不能积极活动并进行腐殖化过程。,第五节腐殖质,一、定义多官能团、含氮、芳香族结构、酸性的高分子化合物体系二