第2章 土壤的基本物质组成

1、第二节第二节 土壤生物与土壤有机质土壤生物与土壤有机质 2014年9月6日 一、土壤生物（一、土壤生物（soil organisms)soil organisms) 土壤生物：土壤生物：包括包括动物、植物和微生动物、植物和微生 物物，是土壤生命的本质所在。，是土壤生命的本质所在。 土壤生物的类群、数量一般常随它土壤生物的类群、数量一般常随它 们相适应的植物而发生变化，土壤的温们相适应的植物而发生变化，土壤的温 度、湿度、通气状况和酸度等环境因子度、湿度、通气状况和酸度等环境因子 对它们的分布也有明显影响。对它们的分布也有明显影响。 （一）土壤微生物（一）土壤微生物（soil soil micr

2、oorganismsmicroorganisms） 土壤微生物土壤微生物是土壤中最原始的是土壤中最原始的 活有机体。活有机体。 。特点特点是个体小、数量大。是个体小、数量大。 。（影响因素）（影响因素）其其 种类、数量、区系组成、生物种类、数量、区系组成、生物 量、活动强度等因气候变化、量、活动强度等因气候变化、 土壤性质、植被和农业利用等土壤性质、植被和农业利用等 而有很大差异。而有很大差异。 1 1、微生物的种类、微生物的种类 （1 1）细菌（细菌（bacteriabacteria）： 细菌是单细胞不含叶绿素和细胞壁细菌是单细胞不含叶绿素和细胞壁, ,无纤维素成无纤维素成 分的原核微生物。

3、占土壤微生物总量的分的原核微生物。占土壤微生物总量的70%-90%70%-90%，主，主 要是腐生性种类（要是腐生性种类（ ），少数是自氧性的（），少数是自氧性的（ ）。个体小，数量大，与土壤接触的表面积极）。个体小，数量大，与土壤接触的表面积极 大，大部分吸附于土壤团粒表面，形成菌落或菌团。大，大部分吸附于土壤团粒表面，形成菌落或菌团。 按个体形状可分为球菌、杆菌、弧菌和螺旋菌等，按个体形状可分为球菌、杆菌、弧菌和螺旋菌等， 根据营养方式可分为自养型细菌和异养型细菌。根据营养方式可分为自养型细菌和异养型细菌。 自养型细菌自养型细菌能利用氧化无机物产生的化学能（化能能利用氧化无机物产生的化学能

4、（化能 自养细菌）或太阳能（光能自养细菌）由空气中摄自养细菌）或太阳能（光能自养细菌）由空气中摄 取取COCO2 2合成碳水化合物，作为自身的营养物质。合成碳水化合物，作为自身的营养物质。 异养型细菌异养型细菌靠分解有机质获得能量和养分，土壤中靠分解有机质获得能量和养分，土壤中 绝大多数细菌为异养型细菌。根据它们对空气条件绝大多数细菌为异养型细菌。根据它们对空气条件 的要求，又可分为好气性和嫌气性细菌两类。的要求，又可分为好气性和嫌气性细菌两类。好气好气 性细菌可利用空气中的氧去氧化有机质。嫌气性细性细菌可利用空气中的氧去氧化有机质。嫌气性细 菌不需要游离态氧，分解有机质缓慢而不彻底，它菌不需

5、要游离态氧，分解有机质缓慢而不彻底，它 的作用是分解有机质，合成腐殖质，有些能固氮，的作用是分解有机质，合成腐殖质，有些能固氮， 如豆科根瘤菌。如豆科根瘤菌。 （2 2） 放线菌（放线菌（actinomycetesactinomycetes）：放线菌是一种单：放线菌是一种单 细胞、放射状的微生物。介于细菌和真菌之间，占土细胞、放射状的微生物。介于细菌和真菌之间，占土 壤微生物的壤微生物的20203030，放线菌好气，多数是腐生性，放线菌好气，多数是腐生性， 。占土壤微生物总量的。占土壤微生物总量的5%-30%5%-30%。 （3 3）真菌（真菌（fungifungi）：真菌是单细胞或多细胞异养

6、：真菌是单细胞或多细胞异养 真核微生物，无光合色素，细胞壁含几丁质和纤维素真核微生物，无光合色素，细胞壁含几丁质和纤维素 （）。真菌比）。真菌比 细菌复杂，为多细胞菌丝体，有性或无性繁殖。真菌细菌复杂，为多细胞菌丝体，有性或无性繁殖。真菌 好气，多发育在有机物残片及土壤表面，有的真菌发好气，多发育在有机物残片及土壤表面，有的真菌发 育到一定阶段形成子实体。真菌属有机营养型，耐酸、育到一定阶段形成子实体。真菌属有机营养型，耐酸、 耐低温，不耐干旱。在耐低温，不耐干旱。在pHpH值值5.05.0时真菌仍能正常生长。时真菌仍能正常生长。 （4 4）藻类（藻类（algaealgae）：土壤中的藻类大多

7、数为单：土壤中的藻类大多数为单 细胞的硅藻、丝状绿藻、裸藻。多发育于土面或细胞的硅藻、丝状绿藻、裸藻。多发育于土面或 近土面的表土层中，细胞内含有叶绿素，近土面的表土层中，细胞内含有叶绿素，能利用能利用 光能将光能将COCO2 2合成有机物合成有机物，主要受光照和水分的影响。，主要受光照和水分的影响。 （5 5）原生动物（原生动物（protozoonprotozoon）：包括纤毛虫、：包括纤毛虫、 鞭毛虫和根足虫等类，单细胞、能运动，常以分鞭毛虫和根足虫等类，单细胞、能运动，常以分 裂方式进行无性繁殖，裂方式进行无性繁殖，以有机物为食料以有机物为食料。 （二）土壤动物（二）土壤动物（soil

8、animalssoil animals） 1、土壤动物的特点：、土壤动物的特点：以其他动物的以其他动物的 排泄物、植物以及无生命的物质作为排泄物、植物以及无生命的物质作为 原料。原料。 2、土壤动物的作用：、土壤动物的作用：在土壤中打洞在土壤中打洞 挖槽搬运大量的土壤物质，改善了土挖槽搬运大量的土壤物质，改善了土 壤的通气、排水和土壤结构状况；将壤的通气、排水和土壤结构状况；将 作物残茬和森林枝叶浸软嚼碎，并以作物残茬和森林枝叶浸软嚼碎，并以 一种较易为微生物利用的形态排出体一种较易为微生物利用的形态排出体 外；将有机物搬运到土体的各个角落。外；将有机物搬运到土体的各个角落。 3、土壤动物的生

9、活条件：、土壤动物的生活条件：良好的通良好的通 气条件、适宜的湿度和温度、充足的气条件、适宜的湿度和温度、充足的 养分。养分。 4、土壤动物的种类、土壤动物的种类 （1）蚯蚓蚯蚓（earthworm）:分解或转化有机无机养分，分解或转化有机无机养分， 改善土壤结构；喜好潮湿和通气良好的环境，需要丰改善土壤结构；喜好潮湿和通气良好的环境，需要丰 富的有机质作为食料，大多数适于中性或微碱性的石富的有机质作为食料，大多数适于中性或微碱性的石 灰性土壤，需要依靠钙质促进腺体分解。灰性土壤，需要依靠钙质促进腺体分解。 （2）线虫线虫（nematode）：多细胞生物，适应性广，是）：多细胞生物，适应性广，

10、是 严格的好气性动物，生活在土壤团块或土粒间隙的水严格的好气性动物，生活在土壤团块或土粒间隙的水 膜中。线虫体呈扁薄纺锤状、透明、尾部稍尖，体长膜中。线虫体呈扁薄纺锤状、透明、尾部稍尖，体长 0.5-1.0 mm。分为三种类群：。分为三种类群：a、以腐败的有机物为食、以腐败的有机物为食 料；料；b、捕食其他线虫、细菌、藻类、原生动物；、捕食其他线虫、细菌、藻类、原生动物；c、 依赖植物根中的细胞内含物和汁液为生（害虫）。依赖植物根中的细胞内含物和汁液为生（害虫）。 （3) 螨类螨类：体积：体积0.1-1.0 mm，数目庞大，以分解土壤，数目庞大，以分解土壤 中的植物残体和真菌为食，也蚕食小动物

11、，对残落物中的植物残体和真菌为食，也蚕食小动物，对残落物 起到软化作用。起到软化作用。 （4）蚂蚁蚂蚁：挖孔打洞活动课改善土壤通气性和促进排：挖孔打洞活动课改善土壤通气性和促进排 水流畅。水流畅。 （5）蜗牛蜗牛：出没于潮湿土壤表面，腐生动物，体内含：出没于潮湿土壤表面，腐生动物，体内含 有高浓度的纤维分解酶，以植物残落物和真菌为食料，有高浓度的纤维分解酶，以植物残落物和真菌为食料， 能使一些老植物组织以浸软和部分消化状态排出体外。能使一些老植物组织以浸软和部分消化状态排出体外。 （6）啮齿类动物啮齿类动物（鼠类）：疏松表层土壤。（鼠类）：疏松表层土壤。 （7）地下害虫地下害虫：蛴螬、叩头虫、

12、幼虫、金针虫、地老：蛴螬、叩头虫、幼虫、金针虫、地老 虎、蝼蛄等。虎、蝼蛄等。 （三）土壤植物（三）土壤植物（soil plantssoil plants） 1 1、植物根系、植物根系指单株植物全部根的总指单株植物全部根的总 数称为根系。数称为根系。 2 2、植物与土壤的关系、植物与土壤的关系 土壤有机质的重要来源；土壤有机质的重要来源； 根系分泌物有机酸、碳酸等物质；根系分泌物有机酸、碳酸等物质； 为土壤为生物提供营养物质；为土壤为生物提供营养物质； 溶解土壤的某些养分；溶解土壤的某些养分； 一、土壤有机质（一、土壤有机质（soil organic soil organic matter)m

13、atter) 土壤有机质土壤有机质是指土壤中形成的和外部加是指土壤中形成的和外部加 入的所有动、植物残体不同分解阶段的入的所有动、植物残体不同分解阶段的 各种产物和合成产物的总称。各种产物和合成产物的总称。 一、土壤有机质（一、土壤有机质（soil organic soil organic matter)matter) 土壤有机质在自然土壤中差异很大，高的土壤有机质在自然土壤中差异很大，高的 可超过可超过20%，称为，称为有机质土壤有机质土壤； 低于低于20%以下的土壤称为以下的土壤称为矿质土壤矿质土壤，矿质，矿质 土壤占绝大多数；土壤占绝大多数； 有些低的不足有些低的不足0.5，主要为一些，

14、主要为一些漠境或沙漠境或沙 漠土壤漠土壤。 （一）有机质的来源（一）有机质的来源 高等绿色植物的枯高等绿色植物的枯 枝、落叶、落果、根枝、落叶、落果、根 系、分泌物等；系、分泌物等； 土壤动物和微生物土壤动物和微生物 的分泌物、遗体；的分泌物、遗体； 人为施用的有机物人为施用的有机物 料；料； 工业及城市垃圾、工业及城市垃圾、 废水、废渣。废水、废渣。 （二）土壤有机质的状态（二）土壤有机质的状态 新鲜有机质新鲜有机质：新鲜有机质指那些仍保持原来形态，：新鲜有机质指那些仍保持原来形态， 没被分解的动物植物及微生物遗体。没被分解的动物植物及微生物遗体。 半分解的有机质半分解的有机质，已被微生物部

15、分分解，多呈分散，已被微生物部分分解，多呈分散 的暗色小块（轻质有机质，活性有机质）；的暗色小块（轻质有机质，活性有机质）； 腐殖质腐殖质：有机残体在腐殖化过程中形成的一类褐色：有机残体在腐殖化过程中形成的一类褐色 或暗褐色的高分子有机化合物，与矿质土粒紧密结合，或暗褐色的高分子有机化合物，与矿质土粒紧密结合， 不能用机械方法分离，占有机质总量的不能用机械方法分离，占有机质总量的85%-90%。 （三）土壤有机质的组成和性质（三）土壤有机质的组成和性质 碳水化合物碳水化合物：主要有淀粉、纤维素、半纤维素等多糖类：主要有淀粉、纤维素、半纤维素等多糖类 物质，易被微生物分解。物质，易被微生物分解。

16、 含氮化合物含氮化合物：动、植物残体中主要的含氮化合物是蛋白：动、植物残体中主要的含氮化合物是蛋白 质，少量比较简单的可溶性氨基酸。植物残体中的叶绿素质，少量比较简单的可溶性氨基酸。植物残体中的叶绿素 等；等； 单宁、树脂、脂肪、蜡质等单宁、树脂、脂肪、蜡质等：这是一类复杂的有机化合：这是一类复杂的有机化合 物，除单宁外，其余都不溶于水而溶于有机溶剂如酒精、物，除单宁外，其余都不溶于水而溶于有机溶剂如酒精、 苯等物质中，在土壤中分解缓慢而不彻底。苯等物质中，在土壤中分解缓慢而不彻底。 本质素：本质素：是植物木质部的主要组成成分，是复杂的有机是植物木质部的主要组成成分，是复杂的有机 化合物，不易

17、被细菌和化学物质分解，可被真菌、放线菌化合物，不易被细菌和化学物质分解，可被真菌、放线菌 分解。分解。 灰分元素灰分元素 ： 植物经燃烧后，残留在灰分中的元素称灰分植物经燃烧后，残留在灰分中的元素称灰分 元素。构成灰分的元素由元素。构成灰分的元素由70多种，主要元素有多种，主要元素有Ca、Mg、K、 Na、S、P、Fe、Al、Mn，以及微量元素，以及微量元素I、Zn、Mo、B等。等。 其中以其中以Si、Ca、K、Al为最多。为最多。 （四）土壤有机质的转化过程（四）土壤有机质的转化过程 1、有机质的矿化过程（、有机质的矿化过程（mineralization process）:土壤有机质在微生物

18、的作用下，分土壤有机质在微生物的作用下，分 解为简单无机化合物（解为简单无机化合物（CO2、H2O），并释放），并释放 出氮、磷、硫等矿质养分的过程，同时释放出氮、磷、硫等矿质养分的过程，同时释放 热量，为植物和微生物提供养分和能量。热量，为植物和微生物提供养分和能量。 （1 1）糖类化合物）糖类化合物 酶酶 水水 解解 单糖单糖 好气好气 半厌气半厌气 厌气厌气 CO2+ + H2O+能量能量 有机酸有机酸 还原性物质，还原性物质，H2、CH4 （2）含氮有机化合物的转化）含氮有机化合物的转化 蛋白质蛋白质 蛋白水解酶蛋白水解酶 氨基酸氨基酸 水解作用水解作用 氨化作用氨化作用 好气或厌气好

19、气或厌气 NH3-N 硝硝 化化 细细 菌菌 好气好气 NO2-N 亚硝化细菌亚硝化细菌 NO3-N 好好 气气 反硝化细菌，厌反硝化细菌，厌 气，气，PH7.0-8.2， 大量碳水化合物大量碳水化合物 反硝化作用反硝化作用 NO2、NO、N2 逸逸 散散 到到 大大 气气 （2）含磷、含硫有机化合物的转化）含磷、含硫有机化合物的转化 核蛋白、核酸、核蛋白、核酸、 磷脂、植素等含磷脂、植素等含 磷有机化合物磷有机化合物 土壤酶土壤酶 磷酸磷酸 厌气厌气 亚磷酸亚磷酸 次磷酸次磷酸 磷化氢磷化氢 植物吸收植物吸收 含硫蛋白质含硫蛋白质 土壤酶土壤酶 含硫氨基酸含硫氨基酸H2S H2SO4 硫硫

20、细细 菌菌 厌厌 气气 盐盐 硫酸盐类硫酸盐类 植物吸收植物吸收 2、有机质的腐殖化过程（、有机质的腐殖化过程（humification process） 两个阶段：两个阶段： 第一阶段：第一阶段：在有机残体分解中形成腐殖质分子的在有机残体分解中形成腐殖质分子的 基本成分，如多元酚、含氮有机化合物；基本成分，如多元酚、含氮有机化合物； 第二阶段：第二阶段：在各种微生物群分泌的酚氧化酶作用在各种微生物群分泌的酚氧化酶作用 下，把多元酚氧化成醌。下，把多元酚氧化成醌。 再合成物质再合成物质 （氨基酸）（氨基酸） 生物有机体生物有机体 糖、蛋白质被微生物利用糖、蛋白质被微生物利用木质素、单宁物质被微

21、生物利用木质素、单宁物质被微生物利用 代谢物质（醌、代谢物质（醌、 氨基酸）氨基酸） 缩合（胡敏酸）缩合（胡敏酸） 多元酚、醌多元酚、醌 缩合（胡敏酸）缩合（胡敏酸） （五）腐殖质的组成和性质（五）腐殖质的组成和性质 1、有机质的碳氮比和物质状态、有机质的碳氮比和物质状态 有机物含碳素总量和氮素总量的比例，叫做有机物含碳素总量和氮素总量的比例，叫做C/N。 细菌每分解细菌每分解25份碳需要份碳需要1份氮以获取分解时所需要份氮以获取分解时所需要 的能量和组成本身细胞的物质。的能量和组成本身细胞的物质。 当土壤有机质中的碳氮比小于当土壤有机质中的碳氮比小于25:1时，才有细菌时，才有细菌 利用之外

22、多余的利用之外多余的NH3供硝化作用的进行或供植物直接供硝化作用的进行或供植物直接 利用。利用。 如果有机残体的碳氮比大于如果有机残体的碳氮比大于25:1，施入土壤后不，施入土壤后不 易被微生物分解，且会出现微生物与植物争氮现象，易被微生物分解，且会出现微生物与植物争氮现象， 导致作物生长不良。应该经过沤制后再施入土壤或与导致作物生长不良。应该经过沤制后再施入土壤或与 适量氮肥一起施入土壤。适量氮肥一起施入土壤。 2、土壤水、热状况、土壤水、热状况直接影响生物学过程的强弱直接影响生物学过程的强弱 （1）温度在温度在30，土壤水分含量接近于最大持水，土壤水分含量接近于最大持水 量的量的60%-8

23、0%，有机质分解强度最大；，有机质分解强度最大； （2）温度和含水量低于或高于最适点时，都会减弱）温度和含水量低于或高于最适点时，都会减弱 有机质分解程度；有机质分解程度； （3）温度和含水量适中，一个数值增大，另一个数）温度和含水量适中，一个数值增大，另一个数 值同时减小时，有机质的分解强度则受限制因素的值同时减小时，有机质的分解强度则受限制因素的 制约。制约。 3、土壤通气状况、土壤通气状况直接影响分解速度和最终产物直接影响分解速度和最终产物 （1）在通气良好条件下，好气性细菌和真菌活跃，）在通气良好条件下，好气性细菌和真菌活跃， 有机质分解迅速，可完全矿质化，产物可直接被植有机质分解迅速

24、，可完全矿质化，产物可直接被植 物吸收利用；物吸收利用； （2）在少氧和无氧的不良通气条件下，有机质分解）在少氧和无氧的不良通气条件下，有机质分解 缓慢。常积累有机酸，甚至形成还原性物质，如甲缓慢。常积累有机酸，甚至形成还原性物质，如甲 烷、氢气、硫化氢等物质；烷、氢气、硫化氢等物质； （3）在好气和嫌气交替进行时，有利于土壤腐殖质）在好气和嫌气交替进行时，有利于土壤腐殖质 的形成。的形成。 4、土壤酸碱性、土壤酸碱性 （1）酸性环境适宜真菌活动，易产生酸性的富里）酸性环境适宜真菌活动，易产生酸性的富里 酸型的腐殖质；酸型的腐殖质； （2）中性环境适宜细菌繁殖，在适宜水分和钙的作）中性环境适宜细菌繁殖，在适宜水分和钙的作 用下，易形成胡敏酸型的腐殖质；用下，易形成胡敏酸型的腐殖质； （3）在微碱性环境中，空气流通适宜于硝化细菌活）在微碱性环境中，空气流通适宜于硝化细菌活 动，有利于硝化作用。动，有利于硝化作用。 1、土壤