土壤肥料学通论

1、土壤肥料学通论 土壤肥料学通论 1、土壤生物多样性、土壤生物多样性 lA、原生动物：单细胞真核生物，、原生动物：单细胞真核生物，104- 105个个/g土。鞭毛虫、变形虫土。鞭毛虫、变形虫 lB、后生动物：多细胞动物。线虫、蠕、后生动物：多细胞动物。线虫、蠕 虫、蚯蚓、蚂蚁虫、蚯蚓、蚂蚁 疏松土壤，破碎植物残体疏松土壤，破碎植物残体 土壤肥料学通论 细菌细菌 （bacteria） 放线菌放线菌 （actinomyces ） 真菌真菌 （fungi） 藻类藻类 (algae) 原生动物原生动物 （protozoon） 土壤肥料学通论 l1）化能有机营养型：）化能有机营养型：异养型，需要有机化合异

2、养型，需要有机化合 物作为碳源，并从氧化有机化合物的过程中获得物作为碳源，并从氧化有机化合物的过程中获得 能量。大多数细菌、几乎全部真菌和原生动物。能量。大多数细菌、几乎全部真菌和原生动物。 l2）化能无机营养型：）化能无机营养型：自养型，以自养型，以CO2为碳源，为碳源， 从氧化无机化合物中取得能量。亚硝酸菌、硝酸从氧化无机化合物中取得能量。亚硝酸菌、硝酸 菌等。菌等。 土壤肥料学通论 l3）光能有机营养型：）光能有机营养型：光能异养型，能量来光能异养型，能量来 自于光，需有机化合物作为氢供体以还原自于光，需有机化合物作为氢供体以还原CO2， 并合成细胞物质。并合成细胞物质。 l4）光能无机

3、营养型：）光能无机营养型：自养型，利用光能进自养型，利用光能进 行光合作用，以无机化合物作为氢供体以还原行光合作用，以无机化合物作为氢供体以还原 CO2，并合成细胞物质。，并合成细胞物质。 藻类、光合细菌藻类、光合细菌 土壤肥料学通论 l调节植物生长的养分循环；调节植物生长的养分循环； 产生并消耗产生并消耗CO2，CH4，NO，N2O，CO 和和H2等；等； 促进团聚体的形成；促进团聚体的形成； 分解有机废弃物；分解有机废弃物； 是新物种基因材料的源和库是新物种基因材料的源和库 土壤肥料学通论 土壤中来源于生命的物质 土壤肥料学通论 土壤有机质土壤有机质 土壤碳固定土壤碳固定 与碳循环与碳循环

4、 土壤肥力土壤肥力土壤污染土壤污染 全球变化全球变化 土壤环境土壤环境 质量质量 土壤肥料学通论 250 350 450 550 650 18002000220024002600 年 大气CO 2（ppm） -0.5 0 0.5 1 1.5 2 碳汇（Pg/yr） 大气CO2碳汇 认识碳汇的可认识碳汇的可 能变化能变化 探索缓解途径，探索缓解途径， 寻找新的碳汇寻找新的碳汇 土壤肥料学通论 Carbon pool (Pg, 1Pg=1015 g) Terretrial Ecosystem620620 SOM15001500 Air760760 Ocean 土壤肥料学通论 土壤肥料学通论 有机质

5、分解转化过程 动物 微生物微生物 土壤肥料学通论 有机质有机质 微生物微生物 CO2 、 SO42-、 NH4+-N 、NO-3N、 H2PO4-、HPO42- 1、矿化作用、矿化作用 兼气：兼气： NH4+-N 、SH、 有机酸有机酸 好氧好氧： CH4 有机质有机质 微生物微生物 厌氧厌氧 土壤肥料学通论 土壤呼吸土壤呼吸：微生物分解土壤有机质，释放 CO2于空气中； 矿化作用矿化作用(mineralization)：复杂有机物通过微生 物的分解转化为简单的化合物，同时释放出矿质 养料的过程。 土壤肥料学通论 单糖、淀粉和单糖、淀粉和 简单蛋白质简单蛋白质 粗蛋白质粗蛋白质 纤维素、半纤维

6、素纤维素、半纤维素 脂肪、蜡质脂肪、蜡质 木质素木质素 有有 机机 质质 分分 解解 由由 易易 而而 难难 的的 递递 进进 土壤肥料学通论 lA、糖类化合物 lB、含氮有机化合物 l水解作用： l蛋白质 氨基酸 氨化作用 硝化作用 lNH2-N-NH3-N-NO2-N、NO3-N 土壤肥料学通论 分解产生：CO2、CH4温室气体，前 者占绝对优势。 CO2释放速率：衡量有机质分解强度与 生物活动强度的指标； 有机质补充养分的途径 土壤肥料学通论 腐殖质化过程：腐殖质化过程：进入土壤的有机物质在微生物进入土壤的有机物质在微生物 的作用下转变为比原物质组成更为复的作用下转变为比原物质组成更为复

7、 杂、结构更为稳定的腐殖质的过程。杂、结构更为稳定的腐殖质的过程。 腐殖物质：腐殖物质：土壤中特有的、分子结构复土壤中特有的、分子结构复 杂的一类杂的一类 有机大分子。有机大分子。 2, 腐殖质化过程腐殖质化过程 土壤肥料学通论 腐殖物质腐殖物质(humus)：土壤中特有的、分子结构复土壤中特有的、分子结构复 杂的一类有机大分子。杂的一类有机大分子。 特点：颜色：特点：颜色：暗色分子量：分子量：很大；形状：形状：伸曲性， 短棒形，比表面积很大（2000m2/g); l 亲水性：亲水性：吸水容量大 ， 土壤肥料学通论 分两个阶段：分两个阶段： （1）产生原材料）产生原材料-含有芳核结构的物质（木

8、质素、酚） （2）合成阶段：）合成阶段： 多酚氧化酶多酚氧化酶 微生物微生物 腐质酸腐质酸 缩合缩合 土壤肥料学通论 土土 壤壤 NaOH (不溶解) 溶液 酸化 过滤 过滤 褐色沉淀 胡敏酸（褐腐酸） 浅黄色溶液 富里酸（黄腐酸） 胡敏素胡敏素 富里酸富里酸 胡敏酸胡敏酸 腐殖酸的人为分离方法腐殖酸的人为分离方法 土壤肥料学通论 微生物微生物 矿化作用矿化作用 腐殖化作用腐殖化作用 好氧分解好氧分解 土壤有机质的转化过程土壤有机质的转化过程 兼气、厌氧分解兼气、厌氧分解 CO2、H2O 矿质养分 CH4、H2S 有机酸等 多元酚，氨基酸、多元酚，氨基酸、 醌醌 胡敏酸胡敏酸 土壤有机质土壤有

9、机质 分解作用分解作用 缩合 土壤肥料学通论 源物质源物质(bio-origin): 碳水化合物、木质素、蛋白质、树脂、 蜡质等； 新物质（腐殖物质，新物质（腐殖物质，humus)： 腐殖物质：胡敏酸、富哩酸、胡敏素 土壤肥料学通论 SOC(g/kg) 11 12 13 14 19801985199019952000 Calender Year Mean SOC(g/kg) 空间和时间上，土壤有机质水平存在变化或波动空间和时间上，土壤有机质水平存在变化或波动 土壤肥料学通论 SOC increase 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 01000200030004000 Rice Stra

10、w input (kg DM/ha) SOC rise(g/kg) 土壤肥料学通论 土壤肥料学通论 l微生物活动响应于温度变化 无分解：0 ； 分解随温度而加强：0-35 ；升温10 ， 分解速率提高23倍 最适分解温度：2035 土壤肥料学通论 微生物适宜的含水量 0.3MPa, 分解迅速降低； -4MPa, only fungi 但是，频繁的干湿交替， 强烈促进分解 土壤肥料学通论 （1）物理性质：含汁性、致密性、破碎性； （2）化学性质：C/N, 材料间差异巨大 (微生物平均C/N: 8, 同化25份C相当于分解1 份氮施秸秆时补氮) 土壤C/N: 耕作土壤815（平均1012）； 湿润

11、温带土壤：1012 南方红黄壤： 20 土壤肥料学通论 C(%)N(%)C/N 锯屑500.1500 麦秸380.580 玉米茎400.757 黑麦草401.137 苜蓿草40313 土壤肥料学通论 激发效应激发效应：因为新鲜可分解的有机物的一定量加入， 促进了土壤原有有机质的分解，从而释放更多的养 分。 正效应：养分矿化、植物吸收；微生物活动促进； 负效应：加速土壤有机质库的消解，释放某些不利元 素。 土壤肥料学通论 土壤质地：砂质土壤较利于有机质分解: 有机质的黏粒保护作用 中性土壤有利于有机质矿化：酸性土壤 补钙-施石灰等于施肥 土壤肥料学通论 东海县SOC(g/kg) l 亲水性：亲水性：吸水容量大，单位重量下是黏土的45倍， 可以达到本身质量的500%； l 颜色：颜色：暗色，棕色到黑色