第三章土壤有机质和生物

1、第三章第三章 土壤有机质土壤有机质 和生物和生物 什么是有机质什么是有机质 以各种形态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。以各种形态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。 广义：包括一切生物体及其分解或合成的各种产物。广义：包括一切生物体及其分解或合成的各种产物。 狭义：通过微生物转化合成的有机物质即腐殖质。狭义：通过微生物转化合成的有机物质即腐殖质。 概念：概念：土壤有机质土壤有机质(soil organic matter) 土壤中的各种动植物残体，在土壤生物的作用下形成的一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、复杂的、性质比较稳定的高分子化合物类特殊的、复杂的、性质比较稳

2、定的高分子化合物(腐殖质腐殖质)。 第一节第一节 土壤有机质的来源、组成和类型土壤有机质的来源、组成和类型 一、土壤有机质的来源一、土壤有机质的来源 土壤土壤有机质来源有机质来源特点特点 自自 然然 土土 壤壤 森林土森林土 壤壤 枯枝落叶枯枝落叶 数量少；累积于地表：从上到下数量少；累积于地表：从上到下 锐减；富含木质素，形成的有机锐减；富含木质素，形成的有机 质疏松、有弹性；质疏松、有弹性；形成富含单宁形成富含单宁 的的酸性有机质酸性有机质（适于真菌活动）（适于真菌活动） 草原土草原土 壤壤 地上部地上部和和地地 下部根系下部根系 数量多；分布较深，从上到下逐数量多；分布较深，从上到下逐

3、渐减少；木质素少，纤维素多，渐减少；木质素少，纤维素多， 累积紧实，无弹性；形成累积紧实，无弹性；形成中性有中性有 机质机质（适于细菌活动）（适于细菌活动） 耕作土壤耕作土壤 施有机肥，施有机肥， 作物根茬作物根茬 数量少，累积于耕作层；受人为数量少，累积于耕作层；受人为 培肥措施影响大。培肥措施影响大。 二、二、土壤有机质的存在形态土壤有机质的存在形态 存在形态：存在形态： 动、植物残体动、植物残体 半分解的动、植物残体半分解的动、植物残体 腐殖物质（腐殖物质（85-90%） 三、土壤有机质的含量和组成三、土壤有机质的含量和组成 1.含量含量 一般把耕层含有机质一般把耕层含有机质20%以上的

4、土壤，称为以上的土壤，称为有机质土壤有机质土壤，在，在20%以下的以下的 土壤，称为土壤，称为矿质土壤矿质土壤(mineral soil)。耕作土壤表层有机质通常在。耕作土壤表层有机质通常在5% 以下。以下。 土壤有机质含量与土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关。密切相关。 目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言，北方土壤有机质含量目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言，北方土壤有机质含量 高于南方土壤。高于南方土壤。 土壤有机质 0.5% 5% 0.5-2.0% 7% 四川土壤有机质含量（四川土壤有机质含量（%） om%4.

5、00 3.014.00 2.013.00 1.012.00 0.611.00 0.60 水田水田% 1.296.19 39.9 51.99 0.630.004 旱地旱地% 3.145.52 18.7246.26 24.66 1.10 2.组成组成 动植物残体及微生物体动植物残体及微生物体 土壤有机质土壤有机质 上二类的分泌物、排泄物及中间分解产物上二类的分泌物、排泄物及中间分解产物 腐殖质（稳定的高分子化合物）：主体。腐殖质（稳定的高分子化合物）：主体。 土壤腐殖质（土壤腐殖质（soil humus） 是除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机是除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以

6、外的有机 物质的总称。物质的总称。 由非腐殖物质由非腐殖物质（non-humic substances）和腐殖物质和腐殖物质（humic substances）组成，通常占土壤有机质的组成，通常占土壤有机质的90%以上。以上。 腐殖物质腐殖物质：由多酚和多醌类物质聚合而成；：由多酚和多醌类物质聚合而成； 含芳香环结构，黄色至棕黑色，非晶形高分子含芳香环结构，黄色至棕黑色，非晶形高分子 有机化合物；有机化合物； 最难降解，一般占土壤有机质的最难降解，一般占土壤有机质的60-80%。 非腐殖物质非腐殖物质：有特定理化性质、：有特定理化性质、结构已知结构已知； 约占土壤腐殖质的约占土壤腐殖质的20-

7、30%； 碳水化合物、蛋白质和氨基酸、脂肪、蜡碳水化合物、蛋白质和氨基酸、脂肪、蜡 质、木质素、核酸等；质、木质素、核酸等； 相对容易被降解，存在时间短；相对容易被降解，存在时间短； 氮、磷、硫营养重要。氮、磷、硫营养重要。 (1)元素组成元素组成(elementary composition) 有机质水分占有机质水分占75%，干物质占，干物质占25%。 干物质中元素组成干物质中元素组成(%) : c h o n和灰分元素和灰分元素 44 8 40 8 （c/n为为10左右）左右） (2)化学组成化学组成(chemical composition) 有机物料的化学组成：有机物料的化学组成： 碳

8、水化合物碳水化合物：约占：约占60%，纤维素和半纤维素为主，少，纤维素和半纤维素为主，少 量淀粉和糖类。量淀粉和糖类。 木质素木质素：占：占10%30%，平均，平均25%，木本植物较多，草，木本植物较多，草 本植物较少，难分解，腐殖质的主要来源。本植物较少，难分解，腐殖质的主要来源。 蛋白质等含氮化合物蛋白质等含氮化合物：占：占115%，平均，平均10%。 脂蜡质、单宁等脂蜡质、单宁等：占：占18%，平均，平均5%。 灰分灰分：燃烧后留下的灰，草本多于木本，占：燃烧后留下的灰，草本多于木本，占27% 。 土壤有机质的化学成分土壤有机质的化学成分: 纤维素纤维素 半纤维素半纤维素 木质素木质素

9、蛋白质蛋白质 脂肪、树脂等脂肪、树脂等 % 210 02 3050 283518 第二节第二节 土壤有机质的分解和转化土壤有机质的分解和转化 矿质化过程（矿质化过程（mineralization） 指复杂的有机质在微生物的作用下，转化为简单的无指复杂的有机质在微生物的作用下，转化为简单的无 机物机物(h2o；co2等等)并释放出能量的过程。并释放出能量的过程。 能量 矿质养分 和 无机物有机质 微生物 酶 ohco 22 一、碳水化合物的矿质化一、碳水化合物的矿质化 多糖单糖 co2+h2o+heat(多）多） 好气条件下好气条件下 有机酸有机酸heat（少）（少） 半嫌气条件半嫌气条件 ch

10、4、h2、h2s+heat（极少）嫌气（极少）嫌气 水解酶作用 己糖己糖淀粉淀粉半纤维素半纤维素纤维素；纤维素；糖类物质的分解是土壤中糖类物质的分解是土壤中 生物活动的主要能源（生物热）生物活动的主要能源（生物热）。（。（45千卡热千卡热/g有机物）有机物） 危害：危害：在低温、嫌气条件下在低温、嫌气条件下,有机酸变为有机酸变为co2和和h2o的过程受的过程受 到阻碍到阻碍,产生有机酸的累积产生有机酸的累积,从而造成植物根系萎缩、腐烂。从而造成植物根系萎缩、腐烂。 如：如：甲酸甲酸3.210-3 m、乙酸、乙酸4.610-3 m、 正丁酸正丁酸710-4 m， 就会对植物根系产生较严重的危害。

11、就会对植物根系产生较严重的危害。 解决办法：解决办法：排水晒田、施草木灰（中和酸、补充排水晒田、施草木灰（中和酸、补充k素）素） 有机肥施用前进行堆沤。有机肥施用前进行堆沤。 蛋白质蛋白质多肽多肽 氨基酸氨基酸氨氨nh3硝酸根硝酸根no3- 蛋白酶蛋白酶肽酶肽酶 氨化细菌氨化细菌硝化细菌硝化细菌 水解作用水解作用 （hydrolyzation) 氨化作用（氨化作用（ ammonification) 硝化作用（硝化作用（ nitrification) 任何条件下任何条件下好气好气条件下条件下 二、含氮化合物的矿质化二、含氮化合物的矿质化 同化吸收同化吸收 n素的生物固定或有效化过程与有机物素的生

12、物固定或有效化过程与有机物c/n比密切相关比密切相关: c/n25时，产生时，产生n素生物固定素生物固定 c/n25时，产生时，产生n素有效化。素有效化。 豆科绿肥（三叶草等）豆科绿肥（三叶草等） c/n小，施入土壤后能提供小，施入土壤后能提供n素（素（ n素有效化）。素有效化）。 禾本科作物秸秆禾本科作物秸秆c/n大，直接还田易造成大，直接还田易造成m与作物争夺与作物争夺n 素，造成素，造成n素的生物固定。素的生物固定。 秸秆还田应配施化学秸秆还田应配施化学n肥：一般亩施秸秆肥：一般亩施秸秆300400kg，需，需 要配施化学纯要配施化学纯n 34kg。 含磷和硫含磷和硫 化合物的分解化合物

13、的分解 正磷酸盐正磷酸盐h2po4-、hpo4=、po4+3、 正硫酸盐正硫酸盐 hso4-、so4= 好气条件好气条件 偏磷酸盐和次磷酸盐偏磷酸盐和次磷酸盐h3po3、 h3po2 、h3po4 正硫酸盐、正硫酸盐、 h2s (黑根、毒害）黑根、毒害） 嫌气条件嫌气条件 三、含磷和硫化合物的分解三、含磷和硫化合物的分解 四、四、 植物残体植物残体(dead plant part)的分解和转化的分解和转化 可溶性有机化合物以及部分类似有机物进入土壤后的可溶性有机化合物以及部分类似有机物进入土壤后的 头几个月头几个月很快矿化很快矿化 。残留在土壤中的木质素、蜡质以及。残留在土壤中的木质素、蜡质以

14、及 第一阶段未被矿化的植物残体碳相对缓慢分解。第一阶段未被矿化的植物残体碳相对缓慢分解。 五、五、 土壤腐殖物质土壤腐殖物质(humic substances)的分解和转化的分解和转化 腐殖质经过腐殖质经过物理化学作用物理化学作用和和生物降解生物降解，使其芳香结构核心与其，使其芳香结构核心与其 复合的简单有机物复合的简单有机物分离分离，或是整个复合体，或是整个复合体解体解体。 释放的简单有机物质被分解（矿化）、转化，酚类聚合物被氧释放的简单有机物质被分解（矿化）、转化，酚类聚合物被氧 化。被释放的芳香族化合物（如酚类）参与新腐殖质的形成。化。被释放的芳香族化合物（如酚类）参与新腐殖质的形成。

15、有机质的矿化率：有机质的矿化率：土壤有机质每年矿质化作用损失的量占土壤有机质每年矿质化作用损失的量占 土壤有机质总量的百分数。土壤有机质总量的百分数。 矿化率一般在矿化率一般在1%3%。由于土壤有机质的矿化率与有由于土壤有机质的矿化率与有 机氮的矿化率同步，因而可通过测定土壤有机氮的矿化率来机氮的矿化率同步，因而可通过测定土壤有机氮的矿化率来 代表有机质的矿化率。代表有机质的矿化率。 有机质矿化结果有机质矿化结果：为植物和土壤微生物提供养分为植物和土壤微生物提供养分 及活动能量；及活动能量； 为合成腐殖质提供物质能源。为合成腐殖质提供物质能源。 六、影响土壤有机质转化的因素六、影响土壤有机质转

16、化的因素 1、植物有机残体的特性（内在性质）、植物有机残体的特性（内在性质） (1)物理状态：物理状态：多汁、幼嫩残体，粉碎残体易于分解（秸秆还多汁、幼嫩残体，粉碎残体易于分解（秸秆还 田注意粉碎）。田注意粉碎）。 (2)化学性质（有机组分）化学性质（有机组分） 糖类、淀粉、蛋白质等易分解；木质素、纤维素、脂蜡质糖类、淀粉、蛋白质等易分解；木质素、纤维素、脂蜡质 、单宁等难分解；半纤维素、果胶介于中间。、单宁等难分解；半纤维素、果胶介于中间。 富含蛋白质的残体利于矿化；富含木质素的残体利于生成富含蛋白质的残体利于矿化；富含木质素的残体利于生成 腐殖物质。腐殖物质。 使用富含木质素的有机肥，生成

17、腐殖质较多，改土效果好使用富含木质素的有机肥，生成腐殖质较多，改土效果好 （猪粪与牛粪的改土区别）。（猪粪与牛粪的改土区别）。 猪粪：猪粪：猪粪质地较细密，氨化细菌较多，猪粪质地较细密，氨化细菌较多，易分解，肥效快，利易分解，肥效快，利 于形成腐殖质，改土作用好于形成腐殖质，改土作用好。猪粪肥性柔和，后劲足，属温。猪粪肥性柔和，后劲足，属温 性肥料。适于各种农作物和土壤、腐熟后的猪粪可用于稻田性肥料。适于各种农作物和土壤、腐熟后的猪粪可用于稻田 ，也可用于旱土，也可用于旱土，可作基肥使用，也可作追肥使用可作基肥使用，也可作追肥使用。 牛粪：牛粪：牛粪质地细密，含水量高，牛粪质地细密，含水量高，

18、通气性差，腐熟缓慢，肥效通气性差，腐熟缓慢，肥效 迟缓迟缓，发酵温度低，属冷性肥料。为加速分解，可将鲜牛粪，发酵温度低，属冷性肥料。为加速分解，可将鲜牛粪 稍加晒干，再加马粪或羊粪混合堆沤，可得疏松优质的肥料稍加晒干，再加马粪或羊粪混合堆沤，可得疏松优质的肥料 。如混入钙镁磷肥或磷矿粉，肥料质量更高。牛粪中碳素含。如混入钙镁磷肥或磷矿粉，肥料质量更高。牛粪中碳素含 量高、氮素含量低，量高、氮素含量低，碳氮比大碳氮比大，施用时要注意配合使用速效，施用时要注意配合使用速效 氮肥。氮肥。牛粪一般只作基肥使用牛粪一般只作基肥使用。 (3)植物残体的碳氮比（植物残体的碳氮比（c/n） 土壤微生物的土壤微

19、生物的c/n比值平均为比值平均为8:1，即吸收，即吸收1份份n需要需要8份份c， 但微生物代谢的但微生物代谢的c只有只有1/3进入微生物细胞，其余的以进入微生物细胞，其余的以co2释释 放因此，微生物同化放因此，微生物同化1份份n到体内，须要约到体内，须要约24份的份的c。 当有机残体的当有机残体的c/n25:1时，其时，其n源不足，须从土壤中吸收无源不足，须从土壤中吸收无 机机n来补充（氮的生物固定），造成与植物对来补充（氮的生物固定），造成与植物对n源的暂时性源的暂时性 竞争，有机质分解慢。竞争，有机质分解慢。 当有机质当有机质c/n降至降至25:1以下，分解加快，同时释放出无机以下，分解

20、加快，同时释放出无机n。 植物残体植物残体c/n变化大，禾本科秸杆变化大，禾本科秸杆c/n多大于多大于30:1。施用。施用 水稻、玉米、麦类等高水稻、玉米、麦类等高c/n秸杆，分解初期应避免氮秸杆，分解初期应避免氮 的的“生物固定生物固定”。方法是：。方法是： 1）堆腐一段时期再施用堆腐一段时期再施用； 2）配施适量氮化肥配施适量氮化肥（一般秸杆（一般秸杆300-400kg/mu，配施，配施 n 3-4kg/亩）亩） 。 氮因素值：氮因素值：100克有机质分解时固定无机氮的克数。克有机质分解时固定无机氮的克数。 激发作用激发作用* * *（ priming effect)priming eff

21、ect)：土壤土壤 中加入新鲜有机物质会促进土壤原有中加入新鲜有机物质会促进土壤原有 有机质的降解，这种矿化作用称之有机质的降解，这种矿化作用称之激激 发作用发作用。 激发效应可以是激发效应可以是正正、也可以是也可以是负。负。 2.土壤环境条件（微生物活动条件）土壤环境条件（微生物活动条件） (1)土壤温度土壤温度(temperature) 2535条件下，条件下，m活动最为旺盛，利于活动最为旺盛，利于om矿质化矿质化 分解，提供作物所需养分。分解，提供作物所需养分。 (2)土壤湿度和通气状况土壤湿度和通气状况(soil humidity and aeration status) 要求水分充足

22、而通气良好。要求水分充足而通气良好。 水少气多水少气多:好气好气, m活动旺盛活动旺盛,om矿质化分解矿质化分解,释放养分释放养分 水多气少水多气少:嫌气嫌气, m活动受抑制活动受抑制, om腐殖化合成腐殖质腐殖化合成腐殖质 最适水气状况为：即田间持水量的最适水气状况为：即田间持水量的6080%，按土水势按土水势-300- 1000hpa（百帕）或（百帕）或mbar（毫巴）。（毫巴）。 干湿交替干湿交替(wetting and drying cycle)有利于有机质的分解与转化。有利于有机质的分解与转化。 (3)土壤土壤ph 细菌最适细菌最适ph 6.57.5，放线菌稍高，真菌较低。，放线菌稍

23、高，真菌较低。 ph 低于低于5.5，高于，高于8.5，一般微生物都不太适宜。，一般微生物都不太适宜。 (4)质地质地 ：质地愈粘重，愈难分解，腐殖化系数愈高。：质地愈粘重，愈难分解，腐殖化系数愈高。 (5)其它条件其它条件：土壤盐浓度低于：土壤盐浓度低于0.2%，无重金属污染等。，无重金属污染等。 第三节第三节 土壤腐殖物质的形成和性质土壤腐殖物质的形成和性质 一、土壤腐殖质形成一、土壤腐殖质形成 （一）腐殖化作用（一）腐殖化作用(humification) 腐殖质腐殖质(humus) ：土壤腐殖质是土壤中一类性质稳定，成：土壤腐殖质是土壤中一类性质稳定，成 分、结构极其复杂的高分子化合物。

24、分、结构极其复杂的高分子化合物。 腐殖化作用腐殖化作用(humification)：进入土壤中的有机质：进入土壤中的有机质又重新合又重新合 成成腐殖质的过程。腐殖质的过程。 腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种 有机碳形式，也叫有机碳形式，也叫有机碳的周转有机碳的周转。它是一种极端复杂的。它是一种极端复杂的 生物过程。生物过程。 土壤腐殖质形成途径土壤腐殖质形成途径 （二）土壤腐殖化过程（二）土壤腐殖化过程-腐殖质的形成过程（假说阶段）腐殖质的形成过程（假说阶段） 腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化过程，还有一腐殖化过程是以微

25、生物为主导的生物和生化过程，还有一 些纯化学过程。些纯化学过程。 有机质的形成分为两个阶段：有机质的形成分为两个阶段： 第一阶段：第一阶段：分解阶段分解阶段：有机残体降解产生有机残体降解产生产生了合成腐殖产生了合成腐殖 质质原始材料原始材料： （1）芳香核：主要由）芳香核：主要由木质素降解所产生木质素降解所产生。 酚类氧化成醌所产生。酚类氧化成醌所产生。 （2）支链化合物：一些含氮的有机化合物，如氨基酸、肽）支链化合物：一些含氮的有机化合物，如氨基酸、肽 类等。类等。 第二阶段：第二阶段：合成阶段合成阶段：将分解转化的基本材料在微生物作：将分解转化的基本材料在微生物作 用下经过缩合和聚合合成结

26、构复杂的腐殖质。用下经过缩合和聚合合成结构复杂的腐殖质。 多元酚理论多元酚理论 （较为盛行）（较为盛行） （三）（三）腐殖化系数腐殖化系数（humification coecient）：单位重量的）：单位重量的 有机碳有机碳在土壤中在土壤中分解一年后残留的碳量分解一年后残留的碳量。与有机残体的。与有机残体的 木质素木质素含量呈正相关。含量呈正相关。 土壤腐殖物质分解速率小，周转速度慢（年周转量为土壤腐殖物质分解速率小，周转速度慢（年周转量为 1.1%），从而能较长时间维持土壤有机质水平。），从而能较长时间维持土壤有机质水平。 富里酸（富里酸（fulvic acid）的）的c14年龄年龄0500

27、年；年； 胡敏酸（胡敏酸（humic acid）的）的c14年龄年龄10002500年；年； 胡敏素（胡敏素（humin）平均）平均c14年龄在年龄在1000年以上。年以上。 二、土壤腐殖质二、土壤腐殖质- -粘土矿物复合体粘土矿物复合体 游离态游离态 很少很少 结合态结合态 占绝大多数占绝大多数 腐殖质腐殖质 有机质与粘粒矿物和阳离子结合，形成有机质与粘粒矿物和阳离子结合，形成有机无机复合体有机无机复合体； 52-98%的土壤有机质集中在粘粒部分的土壤有机质集中在粘粒部分。 粘土矿物粘土矿物- -腐殖质复合体腐殖质复合体 土壤土壤 用稀碱用稀碱 （naoh） 去除了动植物去除了动植物 残体细

28、土样残体细土样 溶液溶液 （可溶性腐质物质）（可溶性腐质物质） humic acids 黑色残余物黑色残余物 黑腐素黑腐素 （胡敏素）（胡敏素） humin 酸化酸化 （hcl） 黄色溶液黄色溶液 （黄腐酸、富啡酸（黄腐酸、富啡酸 富里酸）富里酸） fulvic acid，fa 褐色沉淀褐色沉淀 褐腐酸褐腐酸 胡敏酸胡敏酸 humic acid，ha 用乙醇用乙醇 溶解溶解 溶解溶解 吉玛多吉玛多 美朗酸美朗酸 碱溶后加电碱溶后加电 解质解质nacl 沉淀沉淀 灰色腐殖酸灰色腐殖酸 溶液溶液 棕色腐殖酸棕色腐殖酸 水浮选、手挑、静水浮选、手挑、静 电吸附或采用比重电吸附或采用比重 1.8或或2

29、.0重液浮选重液浮选 （轻组）（轻组） 三、土壤腐殖酸的分组三、土壤腐殖酸的分组 四、土壤腐殖酸的性质四、土壤腐殖酸的性质 1. 物理性质物理性质(physical property) (1) 分子量、形状、颜色分子量、形状、颜色 a、分子量分子量：很大，几至几百万。分子量大小与单体和聚合度有关。很大，几至几百万。分子量大小与单体和聚合度有关。 humin ha fa。 b、形状形状：短棒形，短棒形，疏松多孔，似海棉疏松多孔，似海棉；比表面积远比粘土矿物和金；比表面积远比粘土矿物和金 属氧化物的大。属氧化物的大。 c、颜色颜色：分子量愈大，颜色愈深（分子量愈大，颜色愈深（ha分子量大，褐色；分

30、子量大，褐色；fa 分子量分子量 小，呈淡黄色）小，呈淡黄色） a、溶解性溶解性(dissolution) fa:水水（呈强酸性反应）、（呈强酸性反应）、酸、碱都可溶酸、碱都可溶（它的一切盐类（它的一切盐类 都能溶于水）都能溶于水）； ha:水和酸不溶，碱可溶（一价金属离子的盐类易水和酸不溶，碱可溶（一价金属离子的盐类易 溶于水，两价离子的盐类难溶于水，三价离子的盐类不溶于水，两价离子的盐类难溶于水，三价离子的盐类不 溶于水）；溶于水）； humin:水、酸、碱都不溶。水、酸、碱都不溶。 (2) 溶解性与吸水性溶解性与吸水性 b、吸水性吸水性 亲水胶体亲水胶体，吸水能力是硅酸盐粘土矿物的，吸水

31、能力是硅酸盐粘土矿物的4-5倍，最大倍，最大 吸水量可达其重量的吸水量可达其重量的500%。 2. 化学性质化学性质(chemical property) (1) 元素组成元素组成(elementary composition) c、h、o、n、p、s为主，为主，及少量及少量ca、mg、fe、si等等 灰分。灰分。 含含c量为量为55 60%，平均，平均58%，100/581.724（实验测（实验测 定土壤有机质时，测出含定土壤有机质时，测出含c量后量后1.724即得土壤有机质含即得土壤有机质含 量量om%c% 1.724） c:n:p:s100:10:1:1120:10:1:1 (c/n为为

32、10:112:1) (2) 功能团功能团(functional group) 含有含有羧基羧基、醇羟基、羰基、醇基、氨基、醇羟基、羰基、醇基、氨基及酚羟基等多种及酚羟基等多种 功能团功能团 功能团的解离导致腐殖酸带电。如：功能团的解离导致腐殖酸带电。如： rcooh rcoo h roh ro h 腐殖酸总酸度：羧基和酚羟基的总量。总酸度越大，分子活性越强。 一般较高的总酸度意味着有较高的阳离子交换量和络合容量。 (3) 带电性带电性 由于含多种官能团，官能团发生解离，在一般土壤由于含多种官能团，官能团发生解离，在一般土壤ph条条 件下带负电荷，从而可吸附其它阳离子（件下带负电荷，从而可吸附其

33、它阳离子（有机质保肥性的机有机质保肥性的机 制所在制所在）。）。 腐殖酸的阳离子吸附量腐殖酸的阳离子吸附量5001200cmol(+)/kg，远高于硅酸，远高于硅酸 盐粘土矿物。盐粘土矿物。 (4) 腐殖酸具弱酸特征腐殖酸具弱酸特征 能能缓冲酸、碱；缓冲酸、碱； 与与ca2+、fe3+、al3+及铁、铝氧化物及铁、铝氧化物络合（螯合）络合（螯合）形成复形成复 合体。合体。 3. 分子结构特征分子结构特征(character of molecular structure) 由由脂肪族脂肪族和和芳香族芳香族结构组成分聚合而成的，分子结构结构组成分聚合而成的，分子结构 极其复杂的极其复杂的有机高分子

34、化合物有机高分子化合物。 单体中有芳核结构物质，芳核上有多种取代基。单体中有芳核结构物质，芳核上有多种取代基。 4.4.腐殖酸的络合性腐殖酸的络合性 络合物的稳定性随络合物的稳定性随phph值的升高而增大。值的升高而增大。 在在ph4.8ph4.8时能与时能与fefe、alal、caca等离子形成可溶性络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。合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。 5.腐殖质的稳定性与变异性腐殖质的稳定性与变异性 （1）稳定性）稳定性 在温带条件下，一般植物残体的在温带条件下，一般植物残体的半分解周期半分解周期少于少于3个月，个月， 植物残体形成的新的有机质

35、的植物残体形成的新的有机质的半分解期半分解期为为4.7-9年，而胡年，而胡 敏酸的敏酸的平均停留平均停留时间为时间为780-3000年，富里酸的年，富里酸的平均停留平均停留为为 200-630年。年。 （2）腐殖质的变异性）腐殖质的变异性 ha/fa值值*：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。是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表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。 一般我国一般我国北方北方的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤 腐殖质以胡敏酸为主，腐殖质以胡敏酸为主，ha/fa比大于比大于1.0 而在温暖潮湿的而在温暖潮湿的南方南方的酸性土

36、壤中，土壤中以富里酸的酸性土壤中，土壤中以富里酸 为主，为主，ha/fa比一般小于比一般小于1. 在同一地区，在同一地区，水稻土水稻土的腐殖质的的腐殖质的ha/fa 比比大于旱地。大于旱地。 在同一地区，在同一地区，熟化程度高熟化程度高的土壤的的土壤的ha/fa比较高。比较高。 第四节第四节 土壤有机质的作用及管理土壤有机质的作用及管理 （一）（一） 提供植物养分提供植物养分 有机质有机质养分完全，养分完全，是植物吸收是植物吸收c、n、p、s和微量元素的主要来源和微量元素的主要来源 ，且且肥效稳而持久肥效稳而持久。 土壤每年释放的土壤每年释放的co2达达1.351011吨，相当于陆地植物的需要

37、量；吨，相当于陆地植物的需要量； 植物所需养分中植物所需养分中 n 95%以上，以上，p 20-50% ，s 38-94%是由有机质分是由有机质分 解供给的解供给的促进有机物质矿质化。促进有机物质矿质化。 其他营养：其他营养：k、na、ca、mg、s、fe、si等营养元素。等营养元素。 一、一、 土壤有机质在土壤肥力方面的作用土壤有机质在土壤肥力方面的作用 （二）（二） 促进养分有效化促进养分有效化(effectuation) om矿质化和腐殖化过程中产生的矿质化和腐殖化过程中产生的有机酸和腐殖酸，有机酸和腐殖酸， 增加土壤中矿质养分的溶解度；增加土壤中矿质养分的溶解度； 有机酸和富啡酸有机酸

38、和富啡酸络合络合某些金属离子（如某些金属离子（如fe），使其保留），使其保留 于土壤溶液中不致沉淀，而提高其有效度。同时于土壤溶液中不致沉淀，而提高其有效度。同时减少金减少金 属离子对属离子对p的固定，提高的固定，提高p的有效性。的有效性。 通过络合，减轻强酸性土的铁、铝毒害。通过络合，减轻强酸性土的铁、铝毒害。 （三）改善土壤肥力特性（三）改善土壤肥力特性 1、物理性质、物理性质： 促进良好结构体形成促进良好结构体形成 (胶结剂胶结剂-胡敏酸胡敏酸多糖）多糖） 降低土壤粘性、粘着性、胀缩性和可塑性，改善土壤耕性；降低土壤粘性、粘着性、胀缩性和可塑性，改善土壤耕性； 降低土壤砂性，提高保蓄性；

39、降低土壤砂性，提高保蓄性； 促进土壤升温。机理如下促进土壤升温。机理如下 1. 进入土壤的植物组织，每千克干物质大约有进入土壤的植物组织，每千克干物质大约有16.745220.9320kj的的 热。含有机热。含有机4%土壤每英亩耕层土壤有机物质潜能为土壤每英亩耕层土壤有机物质潜能为6.28109 6.9888109kj;相当于相当于2050吨无烟煤热量。（土壤参与了能量的传吨无烟煤热量。（土壤参与了能量的传 递）应用实例：保护地蔬菜育秧和越冬递）应用实例：保护地蔬菜育秧和越冬 2.腐殖质黑色有利于吸热增温腐殖质黑色有利于吸热增温 3.导热性较大导热性较大 （1）影响土壤的表面性质）影响土壤的表

40、面性质 （2）影响土壤的电荷性质）影响土壤的电荷性质 可变电荷可变电荷 （3）影响土壤）影响土壤保肥性保肥性 （4）影响土壤的络合性质）影响土壤的络合性质 （5）影响土壤）影响土壤缓冲性缓冲性（弱酸和弱酸盐）（弱酸和弱酸盐） 3、生物性质、生物性质(腐殖酸被认为是一种生理活性物质腐殖酸被认为是一种生理活性物质) （1）影响根系的生长）影响根系的生长 （2）影响植物的抗旱性）影响植物的抗旱性(增强了细胞渗透性和刺激根系下增强了细胞渗透性和刺激根系下 扎）扎） （3）影响植物的物质合成与运输）影响植物的物质合成与运输 （4）药用作用。）药用作用。 不良作用：有机物质分解的中间产物如各种有机酸的毒害

41、问题不良作用：有机物质分解的中间产物如各种有机酸的毒害问题 应当注意应当注意 二、有机质在生态环境上的作用二、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（一）有机质对重金属污染的影响 (1)络合作用络合作用 形成不溶性的螯合物，阻滞其在土壤中的迁移形成不溶性的螯合物，阻滞其在土壤中的迁移 和向水体转移，减轻重金属和向水体转移，减轻重金属(heavymetal)污染。例如，胡污染。例如，胡 敏酸对金属离子的键合总容量为敏酸对金属离子的键合总容量为200600mol/g。 (2)腐殖酸通过腐殖酸通过络合和还原作用络合和还原作用影响重金属离子的存在形态影响重金属离子的存在形态 。胡敏酸

42、将有毒的。胡敏酸将有毒的cr 6+还原为还原为cr 3+ ，并与之形成稳定的螯，并与之形成稳定的螯 合物而限制动植物对其吸收。合物而限制动植物对其吸收。 (3)腐殖酸对矿物有一定腐殖酸对矿物有一定溶解作用溶解作用。 （二）（二） 有机质对农药等有机污染物的固定作用有机质对农药等有机污染物的固定作用 腐殖质中的腐殖酸可腐殖质中的腐殖酸可溶解、吸附溶解、吸附农药，如农药，如ddt易溶于易溶于 ha；富啡酸能增加农药从土壤向地下水的迁移。从而富啡酸能增加农药从土壤向地下水的迁移。从而 降低或消除农药的残留及毒害降低或消除农药的残留及毒害(toxicity of pesticide residue)

43、（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响 土壤有机质是全球碳平衡的土壤有机质是全球碳平衡的重要碳库重要碳库。全球土壤有机质。全球土壤有机质 的总碳量大约是陆地生物总碳量的的总碳量大约是陆地生物总碳量的2.53倍。倍。 每年土壤有机质生物分解（呼吸作用）向大气释放每年土壤有机质生物分解（呼吸作用）向大气释放co2 的总碳量远远高于焚烧燃料释放的碳量。的总碳量远远高于焚烧燃料释放的碳量。 土壤有机质水平的不断下降，对全球气候变化的影响将土壤有机质水平的不断下降，对全球气候变化的影响将 不亚于人类活动向大气排放不亚于人类活动向大气排放co2的影响。的影响。 （四）对环境不

44、良影响（四）对环境不良影响 还原气体的产生还原气体的产生 ch4、h2s等等 一个碳原子的旅程一个碳原子的旅程 据据garrels等（等（1975)计算：计算： 在大气圈中停留在大气圈中停留4年；年； 在生物圈中停留在生物圈中停留11年；年； 在海洋上层水域停留在海洋上层水域停留385年；年； 在深海中停留在深海中停留10万年；万年； 在地壳中停留在地壳中停留3.42108 三、土壤有机质的管理三、土壤有机质的管理 土壤有机质（碳）的动态平衡土壤有机质（碳）的动态平衡 土壤有机质含土壤有机质含 量并非可以无量并非可以无 限提高，在稳限提高，在稳 定的生态系统定的生态系统 中最终达到一中最终达到

45、一 个稳定值。个稳定值。 $如何提高土壤有机质含量？如何提高土壤有机质含量？ 1 1、坚持两个原则、坚持两个原则 平衡原则平衡原则 经济原则经济原则 2.2.提高有机质含量的措施提高有机质含量的措施 （1) 1)合理耕作制度（退化或熟化）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。的水平。 主要的有机肥源包括：主要的有机肥源包括： 绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼 肥、河泥、塘泥肥、河泥、塘泥、 有机、无机肥料配合施用有机、无机肥料配合施用 （2

46、 2）施用有机肥）施用有机肥 （3 3）种植绿肥）种植绿肥 田菁田菁 紫云英紫云英 紫花苜蓿等紫花苜蓿等 休闲绿肥、套作绿肥休闲绿肥、套作绿肥 养用结合：因地制宜、充分用地、积极养地、养用结合养用结合：因地制宜、充分用地、积极养地、养用结合 （4 4）秸秆还田）秸秆还田 要注意秸秆的要注意秸秆的c/n比、破碎度、埋压深度以及土壤墒情、比、破碎度、埋压深度以及土壤墒情、 播种期远近、化肥施用量等播种期远近、化肥施用量等 什么叫有机农业？什么叫有机农业？ 欧洲把有机农业描述为，一种通过使用欧洲把有机农业描述为，一种通过使用有机肥料和适当的耕作有机肥料和适当的耕作 和养殖措施和养殖措施，以达到提高土

47、壤的长效肥力的系统。有机农业生产中，以达到提高土壤的长效肥力的系统。有机农业生产中 仍然可以使用有限的矿物物质，但仍然可以使用有限的矿物物质，但不允许使用化学肥料不允许使用化学肥料。通过自然。通过自然 的方法而不是通过化学物质控制杂草和病虫害。的方法而不是通过化学物质控制杂草和病虫害。 “ “有机农业有机农业”是指遵照有机农业生产指标，在生产中是指遵照有机农业生产指标，在生产中不采用基不采用基 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，

48、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，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。维持持续稳定的农业生产过程。 ( (一一) )基本概念基本概念 ( ( 二）问答题二）问答题 1. 土壤有机质土壤有机质 2.土壤腐殖质、腐殖酸土壤腐殖质、腐殖酸 3. 矿化作矿化作 用用 4. 腐殖化作用腐殖化作用 1. 1. 什么叫土壤有机质什么叫土壤有机质? ?包括哪些形态包括哪些形态? ?其中哪种最重要其中哪种最重要? ? 2. 2. 增加土壤有机质的方法有哪些增加土壤有机质的方法有哪些? ?你认为最有效是哪种你

49、认为最有效是哪种? ? 3. 3. 叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用? ? 4. 4. 水田的腐殖质含量一般比旱地高水田的腐殖质含量一般比旱地高? ?为什么为什么? ? 5. 5. 影响土壤有机质转化的条件是什么影响土壤有机质转化的条件是什么? ?其中最主要的条件是哪一其中最主要的条件是哪一 种种? ?为什么为什么? ? 6. c/n6. c/n意义意义 重点掌握重点掌握 掌握土壤有机质与土壤腐殖质概念，二者有何异同。掌握土壤有机质与土壤腐殖质概念，二者有何异同。 掌握碳水化合物、含掌握碳水化合物、含nn化合物的转化过程及产物，重点掌握化合物的转化过

50、程及产物，重点掌握 影响转化因素中的影响转化因素中的c/nc/n的详细内容和基本原理。的详细内容和基本原理。 掌握土壤有机质对土壤肥力、农作物产量、品质以及环境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。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，以培肥土壤的科学道理。增施有机肥，以培肥土壤的科学道理。 (soil organism) 微生物微生物 微生物与植物的共生体微生物与植物的共生体 原生动物原生动物 大型动物大型动物 土壤生物的种类土壤生物的种类 一、一、 土壤微生物土壤

51、微生物 土壤微生物土壤微生物(soil microorganisms)是指生活是指生活在土壤中借在土壤中借 用光学显微镜才能看到的微小生物。用光学显微镜才能看到的微小生物。 土壤微生物参与土壤物质转化过程，在土壤形成和发土壤微生物参与土壤物质转化过程，在土壤形成和发 育、土壤肥力演变、养分有效化和有毒物质降解等方面育、土壤肥力演变、养分有效化和有毒物质降解等方面 起着重要作用。起着重要作用。 1 3 2 4 图图1：古细菌（产甲烷菌）：古细菌（产甲烷菌） 图图2：细菌（金黄色葡萄球菌）：细菌（金黄色葡萄球菌） 图图3：真菌（青霉菌）：真菌（青霉菌） 图图4 ：病毒（：病毒（t4噬菌体）噬菌体）

52、 （一）土壤微生物种群的类型（一）土壤微生物种群的类型 节杆菌属（节杆菌属（arthrobacter） 芽孢杆菌属（芽孢杆菌属（bacillus） 假单胞菌属（假单胞菌属（pseudomonas） 土壤杆菌属（土壤杆菌属（agrobacterium） 产碱杆菌属（产碱杆菌属（alcaligenes） 黄杆菌属（黄杆菌属（flavobacterium） 1.1.原核微生物原核微生物( (procaryotes) ) (1)(1)古细菌古细菌( (archaea) ) (2)(2)细菌细菌 ( (bacteria) ) (3)放线菌放线菌(actinomyces) (4)蓝细菌（蓝细菌（cyano

53、bacterium）是光合微生物，行光能）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。称为蓝细菌，与真核藻类区分开来。 (5)粘细菌粘细菌(myxomycota) 土壤细菌土壤细菌 土壤细菌是一类单细胞、无完整细胞核的生物。它占土壤微生物土壤细菌是一类单细胞、无完整细胞核的生物。它占土壤微生物 总数的总数的70%-90%。 细菌的基本形态有：细菌的基本形态有：球状、杆状球状、杆状和和螺旋状。螺旋状。 土壤细菌常见属有：节杆土壤细菌常见属有：节杆 菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、芽孢杆菌属、假单

54、胞 菌属、土壤杆菌属、产碱杆菌属、土壤杆菌属、产碱杆 菌属和黄杆菌属。菌属和黄杆菌属。 土壤中的细菌生理群：土壤中的细菌生理群： 纤维分解细菌纤维分解细菌 好气纤维分解细菌好气纤维分解细菌 主要有生孢噬纤维菌属、噬纤维菌属、多主要有生孢噬纤维菌属、噬纤维菌属、多 囊菌属和镰状纤维菌属（要求最适温度为囊菌属和镰状纤维菌属（要求最适温度为22-30，通气良好），通气良好） 嫌气纤维分解细菌嫌气纤维分解细菌 主要是好热性嫌气纤维分解芽孢细菌，包主要是好热性嫌气纤维分解芽孢细菌，包 括热纤梭菌、溶解梭菌及高温溶解梭菌等。好热性纤维分解菌括热纤梭菌、溶解梭菌及高温溶解梭菌等。好热性纤维分解菌 活动适宜温

55、度达活动适宜温度达60-65，最高活动温度可达，最高活动温度可达80。 生态习性生态习性：纤维分解细菌适宜中性至微碱性环境，在酸性土壤中纤纤维分解细菌适宜中性至微碱性环境，在酸性土壤中纤 维素分解菌活性明显减弱维素分解菌活性明显减弱；纤维分解细菌的活动也受到分解物料纤维分解细菌的活动也受到分解物料 c/n的影响。的影响。 c/n 固氮细菌固氮细菌 自生固氮细菌自生固氮细菌 共生固氮细菌共生固氮细菌 自生固氮细菌自生固氮细菌是指独自生活时能将分子态氮还原成氨，是指独自生活时能将分子态氮还原成氨， 并营养自给的细菌类群。并营养自给的细菌类群。 主要有好气性、嫌气性和兼性三种。主要有好气性、嫌气性和

56、兼性三种。 共生固氮细菌共生固氮细菌是指两种生物相互依存生活在一起时，是指两种生物相互依存生活在一起时， 由固氮微生物进行固氮的作用。由固氮微生物进行固氮的作用。 固氮菌固氮菌 根瘤菌根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用最为重要。与豆科植物的共生固氮作用最为重要。 根瘤菌根瘤菌是指与豆科植物共生，形成根瘤，能固定大气中分子是指与豆科植物共生，形成根瘤，能固定大气中分子 态氮，向植物提供氮营养的一类杆状细菌。态氮，向植物提供氮营养的一类杆状细菌。 根瘤根瘤 根瘤菌根瘤菌 根瘤菌与豆科植物形成根瘤可分根瘤菌与豆科植物形成根瘤可分 为两个阶段：为两个阶段： 侵染土壤阶段侵染土壤阶段根瘤形成阶段根瘤形成阶段

57、 氨化细菌氨化细菌 微生物分解含氮有机化合物释放氨的过程称为微生物分解含氮有机化合物释放氨的过程称为氨化过程氨化过程 含氮有机含氮有机 化合物化合物 多肽、氨基酸等多肽、氨基酸等 简单含氮化合物简单含氮化合物 nh3 生态习性：生态习性：最适土壤含水量最适土壤含水量为田间持水量的为田间持水量的50%75%； 最适温度最适温度为为2535；适宜适宜ph为中性环境。为中性环境。 物料物料c/n比对氨化细菌活动强度和氨化过程的影响比对氨化细菌活动强度和氨化过程的影响 硝化细菌硝化细菌 微生物氧化氨为硝酸并从中获得能量的过程称为微生物氧化氨为硝酸并从中获得能量的过程称为硝化过程硝化过程 生态习性：生态

58、习性：属化能无机营养型，适宜在属化能无机营养型，适宜在ph6.68.8或更高的范围内或更高的范围内 生活；好气性细菌；最适温度为生活；好气性细菌；最适温度为30。 nh3 亚硝酸亚硝酸 亚硝酸细菌亚硝酸细菌 硝酸硝酸 硝酸细菌硝酸细菌 参与硝化过程的土壤参与硝化过程的土壤 微生物为微生物为硝化细菌硝化细菌 反硝化细菌反硝化细菌 微生物将硝酸盐还原为还原态含氮化合物或微生物将硝酸盐还原为还原态含氮化合物或 分子态氮的过程称分子态氮的过程称反硝化过程反硝化过程 生态习性：生态习性：最适最适ph值为值为68；最适温度为；最适温度为25。 由微生物推动由微生物推动 的氮素循环的氮素循环 2.真核微生物

59、真核微生物(eukaryotic microorganisms) 真菌真菌(eumycota) 藻类藻类(alga) 地衣地衣( (lichens) ) 3.非细胞型生物即分子生物非细胞型生物即分子生物病毒病毒(virus) 土壤真菌土壤真菌 土壤真菌：土壤真菌：是指生活在土壤中菌体多呈分枝丝状菌丝体，是指生活在土壤中菌体多呈分枝丝状菌丝体， 少数菌丝不发达或缺乏菌丝的具真正细胞核的一类微生物。少数菌丝不发达或缺乏菌丝的具真正细胞核的一类微生物。 生态习性：生态习性：适宜酸性；好气性微生物；化能有机营养型适宜酸性；好气性微生物；化能有机营养型 。 作用：作用：是土壤中糖类、纤维类、果胶和木质素

60、等含碳物质分解的是土壤中糖类、纤维类、果胶和木质素等含碳物质分解的 积极参与者。积极参与者。 主要的土壤真菌：主要的土壤真菌：分布最广的是青霉属、曲霉属、木霉属、镰刀分布最广的是青霉属、曲霉属、木霉属、镰刀 菌属、毛霉属和根霉属。菌属、毛霉属和根霉属。 土壤藻类土壤藻类 土壤藻类土壤藻类是指土壤中的一类单细胞或多细胞、含有各种色素是指土壤中的一类单细胞或多细胞、含有各种色素 的低等植物。的低等植物。 苏州市河道里的蓝藻苏州市河道里的蓝藻 巢湖里的蓝藻巢湖里的蓝藻 藻类是含叶绿素的低等植物，藻类是含叶绿素的低等植物， 有些能进行光合作用，自身合有些能进行光合作用，自身合 成有机质，它们主要生活在