第二章土壤有机质17861学习教案

1、会计学1第二章土壤第二章土壤(trng)有机质有机质17861第一页，共74页。概念：土壤有机质概念：土壤有机质(soil organic matter) 指存在于土壤中的所有含碳的有指存在于土壤中的所有含碳的有机物质，包括各种动植物残体、微生物体机物质，包括各种动植物残体、微生物体及其分解及其分解(fnji)和合成的各种有机物质和合成的各种有机物质。第1页/共74页第二页，共74页。第一节第一节 土壤土壤(trng)有机质的来源、含量及有机质的来源、含量及其组成其组成 微生物微生物 植物植物(zhw)(zhw)来源来源 动物来源动物来源 工农业副产品工农业副产品一、土壤一、土壤(trng)有

2、机质的来源有机质的来源第2页/共74页第三页，共74页。二、土壤有机质的含量二、土壤有机质的含量(hnling)及及组成组成1 1、有机质含量、有机质含量 一般一般(ybn)(ybn)含量在含量在0-5%0-5%之间。之间。 泥炭土可高达泥炭土可高达20%20%或或30%30%以上以上 漠境土和砂质土壤不足漠境土和砂质土壤不足0.5%0.5%耕层土壤耕层土壤(trng)(trng)有机质含量有机质含量20%20%的，有的，有机质土壤机质土壤(trng)(trng)；耕层土壤耕层土壤(trng)(trng)有机质含量有机质含量20%CO2和和H2O，而，而N、P、S等则以矿质盐类释放等则以矿质盐

3、类释放(shfng)出来。出来。 在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，分解作用进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有分解作用进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇等中间产物。机酸、乙醇等中间产物。 在极端嫌气的情况下，还产生在极端嫌气的情况下，还产生CH4、H2等还原等还原物质，其中的养料和能量释放物质，其中的养料和能量释放(shfng)很少，对植很少，对植物生长不利。物生长不利。第16页/共74页第十七页，共74页。有机有机(yuj)化合物分解的差异化合物分解的差异单糖、淀粉单糖、淀粉(dinfn)和简和简单蛋白质单蛋白质粗蛋白质粗蛋白质纤维

4、素纤维素脂肪脂肪(zhfng)、蜡质蜡质木质素、酚类化合物木质素、酚类化合物有机质分解由易而难的递进有机质分解由易而难的递进半纤维素半纤维素第17页/共74页第十八页，共74页。二、植物二、植物(zhw)残体的分解和转化残体的分解和转化植物植物(zhw)残体在土壤中的分解过程残体在土壤中的分解过程可分为两个阶段：可分为两个阶段： 第一阶段：快速矿化，易分解组分；第一阶段：快速矿化，易分解组分；第二阶段：缓慢分解，难分解组分。第二阶段：缓慢分解，难分解组分。 据估计，有机残体经一年降解后，据估计，有机残体经一年降解后，2/3以上的有机质以以上的有机质以CO2形式释放而损失，残留的有机质不到形式释

5、放而损失，残留的有机质不到1/3，其中土壤微生物量占，其中土壤微生物量占3-8%；多糖、多糖醛酸苷、有机酸等非腐殖物质占；多糖、多糖醛酸苷、有机酸等非腐殖物质占3-8%；腐殖物质占；腐殖物质占10-30%。 根系年残留量比地上根系年残留量比地上(d shn)部分稍高。部分稍高。第18页/共74页第十九页，共74页。三、土壤腐殖物质三、土壤腐殖物质(wzh)的分解和的分解和转化转化腐殖物质的分解转化经历腐殖物质的分解转化经历3个阶段：个阶段： 第一阶段：腐殖物质经物理、化学和生物降解，使第一阶段：腐殖物质经物理、化学和生物降解，使芳香芳香(fngxing)结构核心与其复合的简单有机物分结构核心与

6、其复合的简单有机物分离或使整个复合体解体；离或使整个复合体解体；第二阶段：释放的简单有机物质被分解转化，酚类第二阶段：释放的简单有机物质被分解转化，酚类聚合物被氧化；聚合物被氧化；第三阶段：脂肪酸被分解，被释放的芳香第三阶段：脂肪酸被分解，被释放的芳香(fngxing)族化合物参与新腐殖质的形成。族化合物参与新腐殖质的形成。第19页/共74页第二十页，共74页。四、影响土壤有机质分解四、影响土壤有机质分解(fnji)和转化和转化的因素的因素（一）温度（一）温度（二）土壤（二）土壤(trng)的水分和通气的水分和通气状况状况（三）有机残体的特性（三）有机残体的特性（四）土壤（四）土壤(trng)

7、特性特性第20页/共74页第二十一页，共74页。（一）温度（一）温度(wnd)第21页/共74页第二十二页，共74页。 微生物适宜的含水量 0.3MPa, 分解迅速降低(jingd)； 4MPa, only fungi 频繁的干湿交替，强烈促进分解。（二）土壤的水分（二）土壤的水分(shufn)和通气状况和通气状况第22页/共74页第二十三页，共74页。第23页/共74页第二十四页，共74页。1、有机残体的物理(wl)状态： （三）有机（三）有机(yuj)残体的特性残体的特性 新鲜(xn xin)程度 破碎程度 紧实程度一般情况下，多汁幼嫩新鲜的绿肥易分解。一般情况下，多汁幼嫩新鲜的绿肥易分解

8、。第24页/共74页第二十五页，共74页。3、有机残体的碳氮比： 用C/N 表示。 微生物吸收1份氮，就要吸收5份碳用于构成自身(zshn)细胞，同时要消耗20份碳作为生命活动的能量。微生物分解需有机质的C/N为25：1。2、有机残体的化学成分： 一般情况下，阔叶比针叶(zhn y)快；叶片比残根快，豆科比禾本科快。 C/N C/N降至大约降至大约2525：1 1以下以下(yxi)(yxi)，微生物不再利用土壤，微生物不再利用土壤中的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放矿质态中的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放矿质态氮，氮，第25页/共74页第二十六页，共74页。表 2-2 一些有

9、机物质的碳、氮含量及其 C/N 比有机物质C%N%C/N云杉锯屑硬木锯屑小麦秸秆玉米禾茎甘蔗渣黑麦草（开花期）草坪禾草黑麦草（营养期）成熟苜蓿干草腐烂畜肥堆肥嫩苜蓿干草毛叶苕子城市淤泥土壤微生物细菌放线菌真菌土壤有机质软土 Ap 层老成土 A1平均 B 层50463840404040404041404040315050505652460.050.10.50.70.81.11.31.51.82.12.53.03.54.510.08.55.04.92.35.1600/1400/180/157/150/137/131/126/125/120/116/113/111/17/15/16/110/111/

10、123/19/1第26页/共74页第二十七页，共74页。（四）土壤特性（四）土壤特性第27页/共74页第二十八页，共74页。有机质的粘粒保护(boh)作用东海县SOC(g/kg)&0.01mmy = 0.0084x + 2.5683R2 = 0.81330246810120200400600800100010 10 粒状粒状（三）腐殖酸的分子结构（三）腐殖酸的分子结构(fn z ji u)特征特征第44页/共74页第四十五页，共74页。第45页/共74页第四十六页，共74页。HAHA的的3D3D优化结构模型优化结构模型(mxng) (mxng) 第46页/共74页第四十七页，共74页。

11、（四）腐殖质的稳定性与变异性（四）腐殖质的稳定性与变异性1 1、稳定性、稳定性在温带条件下，一般在温带条件下，一般(ybn)(ybn)植物残体的半植物残体的半分解周期少于分解周期少于3 3个月，植物残体形成的新的有个月，植物残体形成的新的有机质的半分解期为机质的半分解期为4.7-94.7-9年，而胡敏酸的平均年，而胡敏酸的平均停留时间为停留时间为780-3000780-3000年，富里酸的平均停留年，富里酸的平均停留为为200-630200-630年。年。第47页/共74页第四十八页，共74页。2 2、腐殖质的变异性、腐殖质的变异性 HA/FA HA/FA值值* * * *：表示：表示(bio

12、sh)(biosh)胡敏酸与富里酸胡敏酸与富里酸含量的比值。是表示含量的比值。是表示(biosh)(biosh)土壤腐殖质成份土壤腐殖质成份变异的指标之一。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，土壤腐殖质以胡敏酸为主，HA/FAHA/FA比大于比大于1.01.0 而在温暖潮湿的南方的酸性土壤中，土壤中以富而在温暖潮湿的南方的酸性土壤中，土壤中以富里酸为主，里酸为主，HA/FAHA/FA比一般小于比一般小于1. 1. 在同一地区，水稻土的腐殖质的在同一地区，水稻土的腐殖质的HA/FA HA/FA 比大于比大于

13、旱地。在同一地区，熟化程度高的土壤的旱地。在同一地区，熟化程度高的土壤的HA/FAHA/FA比较高。比较高。第48页/共74页第四十九页，共74页。第四节第四节 土壤土壤(trng)(trng)有机质的有机质的作用及管理作用及管理第49页/共74页第五十页，共74页。（一）提供植物需要的养分（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。土壤每碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年年(minin)(minin)释放的释放的CO2CO2达达1.351.3510111011吨，相当于陆地吨，相当于陆地植物的需要量；植物的需要量； 氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的氮素

14、营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%90-98%； 磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%20-50%； 其他营养：其他营养：K K、NaNa、CaCa、MgMg、S S、FeFe、Si Si等营养元等营养元素。素。一、有机质在土壤肥力上的作用一、有机质在土壤肥力上的作用(zuyng)第50页/共74页第五十一页，共74页。（二）改善土壤肥力特性（二）改善土壤肥力特性1 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(xngchng)(xngchng)；降低土壤粘性，改；降低土壤粘性，改善土壤耕性；降低土壤砂性，提高保蓄性；

15、促进土壤升温善土壤耕性；降低土壤砂性，提高保蓄性；促进土壤升温。2 2、化学性质：、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。保肥性；影响土壤的络合性质；影响土壤缓冲性。3 3、生物性质：、生物性质：影响根系的生长；影响植物的抗旱性；影响植物的物质影响根系的生长；影响植物的抗旱性；影响植物的物质合成与运输；土壤生物的食源。合成与运输；土壤生物的食源。第51页/共74页第五十二页，共74页。（一）有机质与重金属离子的作用（一）有机质与重金属离子的作用 腐殖酸是重金属离子的络合剂腐殖酸是重金

16、属离子的络合剂(h j)。以。以Cr3+为为例。例。（二）有机物质对农药等有机污染物的固定作用（二）有机物质对农药等有机污染物的固定作用（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二、有机质在生态环境二、有机质在生态环境(shn ti hun jn)上的作用上的作用第52页/共74页第五十三页，共74页。第53页/共74页第五十四页，共74页。一个一个(y )碳原子的旅碳原子的旅程程据Garrels等（1975)计算(j sun)：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54页/共74页第五

17、十五页，共74页。第55页/共74页第五十六页，共74页。第56页/共74页第五十七页，共74页。碳素转化(zhunhu)模型以CENTURY模型为例第57页/共74页第五十八页，共74页。土壤土壤(trng)有机质（碳）的动有机质（碳）的动态平衡态平衡土壤有机质含量并非可以无限提高土壤有机质含量并非可以无限提高(t go)，在稳定的生态系统中最终达到一个稳定值。，在稳定的生态系统中最终达到一个稳定值。三、土壤三、土壤(trng)有机质有机质的管理的管理$如何提高土壤有机质含量？如何提高土壤有机质含量？第58页/共74页第五十九页，共74页。坚持两个原则坚持两个原则(yunz) 平衡原则平衡原

18、则(yunz) 经济原则经济原则(yunz)土壤有机质的含量决定于年生成量和年矿化量的相对大小。两者相等(xingdng)：有机质含量保持不变；生成量矿化量：有机质含量增加；生成量矿化量：有机质含量降低。第59页/共74页第六十页，共74页。（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合理的耕作制度可促进土壤有机质含量的提高并维持维持(wich)(wich)较高的水平。较高的水平。提高有机质含量提高有机质含量(hnling)的措施的措施1、坚持、坚持(jinch)补充新的有机质补充新的有机质第60页/共74页第六十一页，共74页。

19、第61页/共74页第六十二页，共74页。 主要的有机肥源包括：主要的有机肥源包括： 绿肥、粪肥、厩肥绿肥、粪肥、厩肥(jifi)、堆肥、沤肥、饼肥、蚕、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼肥、河泥、塘泥；沙、鱼肥、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 2）施用）施用(shyng)(shyng)有机肥有机肥（3 3）种植绿肥）种植绿肥(lfi) (lfi) 田菁田菁 紫云英紫云英 紫花苜紫花苜蓿等蓿等 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62页/共74页第六十三页，共74页。（4 4）秸秆）秸秆(ji n)(ji n)还田还田 迅速提高土壤有机质

20、的有效措施；促进土壤结构形成，保存氮素，促进难溶性养分溶解，比用腐熟的有机肥有更好的效果。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(yunjn)、化肥施用量等第63页/共74页第六十四页，共74页。2、调节、调节(tioji)土壤有机质的积累和土壤有机质的积累和分解分解 调节土壤水、气、热状况，控制有机质的转化； 合理(hl)的耕作和轮作； 调节碳氮比率和土壤酸碱度。第64页/共74页第六十五页，共74页。第65页/共74页第六十六页，共74页。第66页/共74页第六十七页，共74页。第67页/共74页第六十八页，共74页。表2-5 中国不同地区耕地土壤中有机物质的腐殖化

21、系数东北地区华北地区江南地区华南地区作物秸杆作物根绿肥厩肥范围平均范围平均范围平均范围平均0.26-0.650.42 (9)0.30-0.960.60 (5)0.16-0.430.28(14)0.28-0.720.46(11)0.17-0.370.26(33)0.19-0.580.40(14)0.13-0.370.21(46)0.28-0.530.40(21)0.15-0.280.21(53)0.31-0.510.40(54)0.16-0.370.24(33)0.30-0.630.40(38)0.19-0.430.34(18)0.32-0.510.38(14)0.16-0.330.23(31)

22、0.20-0.520.31(8)第68页/共74页第六十九页，共74页。矿化率：每年因矿质化而消耗的有机质量(zhling)占土壤有机质总量的百分数。 土壤有机质的年矿化量受生物、气候条件、水热状况、耕作措施等因素的影响。冷凉地区低于温湿地区山区低于丘陵平川水田低于旱地粘重土壤低于轻质土壤第69页/共74页第七十页，共74页。激发作用激发作用* * *（ Priming effect) Priming effect)：土壤中加入新鲜有机：土壤中加入新鲜有机(yuj)(yuj)物质会促进土壤原有有机物质会促进土壤原有有机(yuj)(yuj)质的降解质的降解，这种作用称之激发作用。，这种作用称之激

23、发作用。激发效应(xioyng)可以是正、也可以是负。第70页/共74页第七十一页，共74页。 土壤有机质概述土壤有机质概述 1 1了解不同地带土壤有机质含量的差异及其影响因素。了解不同地带土壤有机质含量的差异及其影响因素。 2 2了解自然土壤与耕作土壤有机质来源了解自然土壤与耕作土壤有机质来源(liyun)(liyun)的异同。的异同。 3 3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。 4 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。形态特征。 土壤有机质的转化土壤有机质

24、的转化 1 1了解土壤有机质的分解和转化过程及产物，重点掌握影响转了解土壤有机质的分解和转化过程及产物，重点掌握影响转化因素中的化因素中的C/NC/N的详细内容和基本原理。的详细内容和基本原理。 2 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。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。 土壤腐殖质的形成土壤腐殖质的形成 1 1了解腐殖质形成过程的了解腐殖质形成过程的3 3个阶段的内容及相互关系，组成土壤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？腐殖质最基本的物质有哪些？ 2 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腐殖质的组分、所带功

25、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。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。机肥以培肥土壤的科学道理。【本章【本章(bn zhn)小结】小结】第71页/共74页第七十二页，共74页。1. 1. 土壤有机质土壤有机质 2. 2.土壤腐殖质土壤腐殖质 3. 3. 矿化作用矿化作用(zuyng) 4. (zuyng) 4. 腐殖化作用腐殖化作用(zuyng) 7. (zuyng) 7. 腐殖化系数腐殖化系数 8. C/N 9. 8. C/N 9. 腐殖酸腐殖酸 10. 10. 褐腐酸褐腐酸