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1、第四章 土壤有机质 4.1 土壤有机质的含量、来源及其组成 4.2 土壤有机质的转化 4.3 土壤腐殖质的形成和性质 4.4 土壤有机质的作用 4.5 提高土壤有机质的途径 4.1 土壤有机质的含量、来源及其组成4.1.1 土壤有机质的含量 表4-1 不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量地 区有机质含量（%）东北平原 4.45 4.96旱地 水田黄淮海平原 0.99 1.27长江中下游平原 1.74 2.74南方红壤丘陵 1.65 2.52珠江三角洲平原 2.01 2.734.1 土壤有机质的含量、来源及其组成4.1.1 土壤有机质的含量 4.1.2 土壤有机质的来源 原始土壤中：最早出现在母

2、质中的有机体是微生物动、植物残体及其分泌物就成为土壤有机质的基本来源。 在自然土壤中：地面植被残落物和根系是土壤有机质的主要来源 农业土壤中：作物的根茬、还田的秸秆和翻压绿肥；人畜粪尿、工农副产品的下脚料城市生活垃圾、污水；土壤微生物、动物的遗体及分泌物（如蚯蚓、昆虫等）人为施用的各种有机肥料（厩肥、堆沤肥、腐植酸肥料、污泥以及土杂肥等）。 4.1 土壤有机质的含量、来源及其组成4.1.3 土壤有机质的组成4.1.3.1 土壤有机质化学元素组成 4.1.3.2 土壤有机质化合物组成 碳、 氢、 氧、 氮 52%58%、3.3%4.8%、34%39%、3.7%4.1%其次是磷和硫C/N比在101

3、2之间一般可分为腐殖物质和非腐殖物质两大部分 60%80% 20%30%非腐殖物质是一些较简单、易被微生物分解并具有一定物理化学性质的物质。如糖类、有机酸、含氮的氨基酸、氨基糖腐殖物质：它是土壤有机质的主体经土壤微生物作用后，由酚类和醌类物质聚合由芳香环状结构和含氮化合物、碳水化合物组成的复杂的多聚体，是性质稳定的、新形成的暗棕色高分子化合物。4.1 土壤有机质的含量、来源及其组成4.1.3 土壤有机质的组成4.1.3.1 土壤有机质化学元素组成 4.1.3.2 土壤有机质化合物组成 4.1.3.3 土壤有机物质的形态（1）新鲜的有机物质 （2）半腐解的有机物质 （3）腐殖物质 4.2土壤有机

4、质的转化 R（C ，4H）+ 2O2 CO2 + 2H2O + 能量 酶氧化矿质化和腐殖化两个过程 4.2土壤有机质的转化 4.2.1 不含氮的碳水化合物的转化多糖分解C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + W酵母菌O2C2H5OH CH3COOH + H2O + WO2CH3COOH CO2 + H2O + WO2C6H12O6 C2H4O4 + H2O + WO2霉菌O2 C2H4O4 CO2 + H2O + W葡萄糖分解： 通气良好供氧充足通气不良，缺氧条件下C6H12O6 CH3CH2CH2COOH + 2H2 + W丁酸细菌缺氧H2 + CO2 CH4 + 2H2O甲烷细菌

5、缺氧4.2土壤有机质的转化 4.2.1 不含氮的碳水化合物的转化4.2.2 含氮有机物质的转化 土壤中的含氮有机物质主要为蛋白质、腐殖质、生物碱、络合态氨基酸和氨基糖等含氮有机物质的转化主要有水解、氨化、硝化和反硝化4.2.2.1 氨化作用蛋白质 + H2O RCHNH2COOH水解酶RCHNH2COOH + H2O RCHOHCOOH + NH3水解酶RCHNH2COOH + O2 RCOOH + CO2 + NH3氧化酶RCHNH2COOH + H2 RCH2COOH + NH3还原酶水解转化为简单的氨基酸氨基酸脱氨基过程水解、氧化和还原，都可以使氨基酸分解成氨（好气、嫌气性）4.2土壤有

6、机质的转化 4.2.2 含氮有机物质的转化4.2.2.1 氨化作用水解转化为简单的氨基酸氨基酸脱氨基过程4.2.2.2 硝化作用土壤中的氨在亚硝酸细菌的作用下氧化成亚硝酸，再经硝化细菌作用氧化成硝酸：2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + 158卡亚硝酸细菌2HNO2 + O2 2HNO3 + 42卡硝酸细菌的土壤条件是pH69，通气良好 4.2.2.3 反硝化作用 土壤通气条件较差，如淹水或紧实而透气不良，土壤的pH值较高，且C/N比值大时5C6H12O6 + 24KNO3 24KHCO3 + 6NO2 + 18H2O4.2土壤有机质的转化 4.2.2 含氮有机物质的转化4.2.

7、2.1 氨化作用水解转化为简单的氨基酸氨基酸脱氨基过程4.2.2.2 硝化作用4.2.2.3 反硝化作用 土壤通气条件较差，如淹水或紧实而透气不良，土壤的pH值较高，且C/N比值大时5C6H12O6 + 24KNO3 24KHCO3 + 6NO2 + 18H2O2HNO32HNO2H2N2O2-2H204H+-2H204H+N2O+2H2O-4H22NON2+2H+-2H2O+2H+-H2O次亚硝酸反硝化作用的氮素损失，随土壤有机质含量、NO3-N的数量、pH值和温度升高而增强4.2土壤有机质的转化4.2.3 影响土壤有机质转化的因素 4.2.3.1 土壤的水、气、热条件 气：土壤通气良好通气

8、不良好气性微生物数量多氧气充足活性增强有机物质分解较快而且彻底，有利于养分的释放嫌气性微生物占据优势则有机质的矿化缓慢且不彻底累积一些中间产物有机酸和还原性有毒物质有利于有机质合成和累积。（H2S、CH4、H2、CO2）4.2土壤有机质的转化 4.2.3 影响土壤有机质转化的因素 4.2.3.1 土壤的水、气、条件 水：水分也是制约微生物活性的重要因素之一。土壤含水量为田间持水量的60%80%时，微生物活动旺盛有利于有机质矿化作用的进行热：微生物在一定的温度范围内，其活动与温度升高呈正相关（45）时2535抑制或处于休眠状态抑制或处于休眠状态较为适宜研究表明，土壤温度为30左右 ，。微生物抗旱

9、能力较弱，土壤过干，大多数细菌、真菌会脱水处于休眠状态活性显著降低4.2土壤有机质的转化 4.2.3 影响土壤有机质转化的因素 4.2.3.1 土壤的水、气、条件 4.2.3.2 植物残体的特性 植物本身组成的碳氮比（C/N）较大对分解速率产生的影响含纤维素、脂肪、蜡质、木质素等较高的难以分解碳氮（C/N）比是指有机物中的有机碳和有机氮的质量之比细菌自身组织的C/N比为51，而它在每同化一份有机碳时，还需4份碳作能量消耗251时氮素不足被迫从土壤中吸取必需的氮素出现与作物争氮的局面=251合适C/P、C/S比也对有机物质的分解有一定的影响鲜嫩程度、细碎程度以及紧实程度4.2土壤有机质的转化 4

10、.2.3 影响土壤有机质转化的因素 4.2.3.1 土壤的水、气、条件 4.2.3.2 植物残体的特性 4.2.3.3 土壤pH值 （pH8.5）时中性附近过酸过碱一般微生物活动适宜硫细菌、真菌霉菌在酸性、中性及碱性条件下均可生存放线菌一般适宜在中性或碱性4.2.3 影响土壤有机质转化的因素微生物种类微 生 物 生 长 的 pH 范 围 最低 最适 最高 细 菌 腐败细菌 4.5 6.08.0 9.0 根瘤菌 4.3 6.08.0 10.0 自生固氮菌 5.0 6.08.0 9.0 硝化细菌 4.0 7.88.0 10.0 硫细菌 3. 0 10.0真 菌 霉菌 1.5 6.57.5 9.0

11、放线菌 5.0 7.08.5 9.0 原生动物 3.5 7.0 9.0表4-2 土壤微生物活动的pH范围4.2土壤有机质的转化 4.2.3 影响土壤有机质转化的因素 4.2.3.1 土壤的水、气、条件 4.2.3.2 植物残体的特性 4.2.3.3 土壤pH值 4.2.3.4 灰分营养元素微生物还需其他各种灰分营养元素用以合成体内细胞，灰分营养元素：磷、钾、硫、钙、镁灰分元素充足时，活性才较高细菌在交换性钙丰富时活动最旺盛蚯蚓在钙镁丰富的土壤中繁殖率较高图4-2 土壤腐殖质形成示意图图4-2 土壤腐殖质形成示意图三个阶段四个途径4.3 土壤腐殖质的形成和性质 4.3.1 土壤腐殖质的形成 三阶

12、段：第一阶段是植物残体部分分解产生简单的有机化合物；第二阶是通过微生物对这些有机化合物的代谢作用及反复循环，增殖微生物细胞；第三阶段是通过微生物合成的多酚和醌或来自植物的类木质素，聚合形成高分子多聚化合物，即腐殖物质四种途径：长期以来，认为腐殖质是由木质素衍生而成的木质素分解生成酚醛和酸，在微生物酶的作用下转化为醌，醌与氨基化合物聚合，形成类腐植酸的大分子物质。 认为多元酚是由微生物从木质素碳源（如纤维素）合成的，多元酚再经酶的作用氧化为醌并转化为腐植酸类物质。微生物的代谢产生糖和氨基酸，再经非酶性的聚合作用形成棕色的含氮聚合物。植物残体 微生物 酚、氨基酸、多肽微生物 纯化学反应 腐植酸4.

13、3 土壤腐殖质的形成和性质 土壤腐殖质形成的四种途径植物残体 木 质 素 产生糖和氨基酸 微生物的代谢生成类木质素 腐殖物质酚醛和酸 醌+氨基化合物经非酶性的聚合作用形成棕色的含氮聚合物。腐殖物质 合成多元酚由木质素碳源氧化醌腐殖物质4.3 土壤腐殖质的形成和性质（多元酚）（醌） 多元酚与氨基酸结合形成腐殖酸第一步（氨基酸）（腐殖酸）多元酚与氨基酸结合形成腐殖酸第二步2、和两个氨基的氨基酸（赖氨酸、乙二胺） 生成： 或4.3 土壤腐殖质的形成和性质 4.3.2 土壤腐殖质的性质 腐殖物质是一类组成结构极为复杂的高分子聚合物腐殖物质 胡敏素 + 胡敏酸 + 富里酸土壤用稀NaOH分离不溶解部分胡

14、敏素（黑腐素）暗褐色部分酸化PH2淡黄色溶液部分富里酸（黄腐酸）棕褐色沉淀胡敏酸（褐腐酸）4.3.2.1 土壤腐殖质的组分 胡敏素是稀碱不溶的那部分腐殖物质，一般与黏粒矿物结合十分紧密 胡敏酸和富里酸统称为腐殖酸占腐殖物质的60%左右，通常都以腐殖酸作为腐殖物质的代表 胡敏素在腐殖质中所占比例很小 4.3 土壤腐殖质的形成和性质 4.3.2 土壤腐殖质的性质 4.3.2.2 土壤腐殖质的性质4.3.2.1 土壤腐殖质的组分 （1）物理性质分子量大小与形状。腐殖酸分子量的变动范围为几百至几百万之间 腐殖酸在土壤中的作用与分子量的大小和形状有密切关系富里酸，分子量为6701450，结构简单、缩合度

15、低胡敏酸缩合度高，结构极为复杂，分子量为8902270腐殖酸是非晶体物质，分子结构十分松散，形状呈无规则的变化与pH环境有关腐殖酸可以是纤维状类海绵状颗粒状棒状的在中性溶液中是网状的海绵体结构 腐植酸结构松散，含有大量的微细孔隙，具有巨大的内外表面这是腐植酸性质极其活跃和表现出多种功能的一个重要原因4.3 土壤腐殖质的形成和性质 4.3.2 土壤腐殖质的性质 4.3.2.2 土壤腐殖质的性质4.3.2.1 土壤腐殖质的组分 （1）物理性质分子量大小与形状。 吸水性及溶解度。 腐殖酸是一种亲水胶体单位重量腐殖质的持水量是黏粒矿物的45倍腐殖酸又是一种弱酸，可溶于碱性溶液生成腐植酸盐在酸性条件（p

16、H1。我国南方土壤，腐殖酸一般以富里酸占优势，HA/FA值1。暗棕壤的HA/FA一般在12之间，黄棕壤为0.450.75，砖红壤则小于0.45。4.3 土壤腐殖质的形成和性质 4.3.2 土壤腐殖质的性质 4.3.2.2 土壤腐殖质的性质4.3.2.1 土壤腐殖质的组分 （1）物理性质（2）化学性质（3）腐殖物质的变异性 HA/FA比：胡敏酸的含量与富里酸的含量之比。也称胡富比。土壤腐殖质变异的因素：土壤形成的条件（如气候、植被、地形、母质、时间长短及农业技术措施等）母质成分可以影响腐殖质的数量和缩合度在一般钙质丰富的土壤中，HA/FA往往较高，微生物的活动旺盛，而胡敏酸的钙盐溶解度又低，有利

17、于胡敏酸的积累。红壤地带石灰性母质上发育的红壤，腐殖酸中HA/FA高于其他母质的土壤pH较高，干湿交替频繁，在一定程度上有利于胡敏酸缩合度和芳化度高。渍水有利HA的积累，但不利于其芳化度的提高，因此水田的HA/FA一般比同一地区的旱田高。熟化程度高，HA/FA有上升的趋势功能团的数量和代换量也相应增加。4.4 土壤有机质的作用 4.4.1 提供农作物需要的养分 4.4.2 增强土壤的保肥性和缓冲性 4.4.3 促进团粒结构形成，改善土壤物理性状 4.4.3.1 促进良好结构的形成 4.4.3.2 降低土壤黏性和改善土壤耕性 4.4.3.3 降低土壤沙性，增强保水性能 4.4.3.4 对土壤热性

18、质的影响 4.4.4 其他方面的作用4.4.4.1 一定浓度下，能促进微生物和植物的生理活性 4.4.4.2 减少土壤中农药的残留量和重金属的毒害4.4 土壤有机质的作用 4.4.1 提供农作物需要的养分 土壤有机质中含有大量的植物营养元素分解后被释放出来供作物吸收土壤有机质的矿化过程也是物质生物小循环的组成部分它使土壤有限的营养元素得以重复利用，从而保持土壤肥力长盛不衰有机质的矿化分解产生的CO2是作物碳素营养的重要来源每年向大气补给可达1.351011t = 陆地植物的需要量（135亿吨）作物的根系也有吸收并同化CO2的功能土壤有机质还是土壤氮、磷最重要的营养库土壤全氮的92%98%有机酸

19、占土壤全磷的20%50%钾、钠、钙、镁、硫、铁、硅络合或螯合作用，可防止重金属元素如铜、锌等生成沉淀提高其有效性作物吸收氮素有50%70%是来自土壤腐植酸，可以增加矿质磷的溶解度，从而提高磷的活性碳素循环是地球生态平衡的基础4.4 土壤有机质的作用 4.4.2 增强土壤的保肥性和缓冲性腐殖质成为带负电荷的有机胶体可吸附土壤溶液中的交换性阳离子又能被其他阳离子交换下来，供植物吸收利用腐殖质的代换量比黏粒等矿质胶体大几倍至十几倍增加土壤腐殖质含量，将大大增强土壤保蓄养分的能力保肥性缓冲性腐植酸本身是一种弱酸，腐植酸和其腐植酸盐类组成缓冲体系它可以缓冲土壤溶液中H+和其他养分离子浓度的变化土壤缓冲能

20、力的大小还与许多因素有关其中有机质对土壤缓冲性的影响力最大土壤有机质的含量越高，其交换量越大，则土壤缓冲的能力也越强4.4.1 提供农作物需要的养分 4.4 土壤有机质的作用 4.4.3 促进团粒结构形成，改善土壤物理性状4.4.2 增强土壤的保肥性和缓冲性4.4.3.1 促进良好结构的形成4.4.1 提供农作物需要的养分土壤肥力的高低不仅取决于土壤中养分的丰缺程度，更大程度上取决于土壤结构性的好坏形成有机无机复合体单纯由黏粒形成的团聚体比较紧密，小孔隙多，大孔隙少，对水、气、热、养分的协调能力差水稳性遇水分散，品质不良由有机质胶结形成的团聚体大小孔隙分配合理是品质良好的结构体土壤腐殖质是土壤

21、形成良好结构体所必不可少的胶结物质通过增施有机肥，逐渐改善其结构状况。4.4 土壤有机质的作用 4.4.3 促进团粒结构形成，改善土壤物理性状4.4.2 增强土壤的保肥性和缓冲性4.4.3.1 促进良好结构的形成4.4.1 提供农作物需要的养分4.4.3.2 降低土壤黏性和改善土壤耕性腐殖质覆盖在黏粒的表面，可以减弱黏粒间的接触，降低黏粒间的黏结力有机质多次胶结可形成较大的团聚体，进一步降低黏粒间的接触面使土壤的黏性大大降低，土壤耕性及通透性等得以改善。 有机质还能通过改善黏性，降低土壤的胀缩性，减轻土壤干旱时出现大的裂隙 4.4.3.3 降低土壤沙性，增强保水性能土壤腐殖质的黏性低于黏粒，却

22、高于沙粒，土壤有机质可以降低沙粒的分散性 4.4.3.4 对土壤热性质的影响土壤有机质含有大量的潜能2050t无烟煤（耕层/hm2）不施肥的土壤耕层潜能损失在12%左右腐殖质本身是黑色物质，增加了土壤吸收热量的能力腐殖质热容量比空气、矿物质大，比水小，导热性质居中可使土温相对较高，且较稳定，利于保温4.4 土壤有机质的作用 4.4.4其他方面的作用4.4.2 增强土壤的保肥性和缓冲性4.4.1 提供农作物需要的养分4.4.3 促进团粒结构形成，改善土壤物理性状44. 4. 1 一定浓度下，能促进微生物和植物的生理活性提高细胞渗透压，从而增强作物的抗旱能力：促进植物体内的糖类代谢和还原糖的积累腐

23、植酸钠还是某些抗旱剂的主要成分用富里酸钠喷施西瓜，能显著提高西瓜的甜度农民在瓜田施用农家粪可提高西瓜的产量和品质胡敏酸的稀溶液能促进过氧化酶的活性：加速种子发芽和养分的吸收过程增加细胞膜的透性（几百万分之一到几十万分之一的胡敏酸溶液）提高对养分的吸收能力，并加速细胞的分裂，促进根系的发育4.4 土壤有机质的作用 4.4.4其他方面的作用4.4.2 增强土壤的保肥性和缓冲性4.4.1 提供农作物需要的养分4.4.3 促进团粒结构形成，改善土壤物理性状44. 4. 1 一定浓度下，能促进微生物和植物的生理活性44. 4. 2 减少土壤中农药的残留量和重金属的毒害农药溶解度增大：农药如D.D.T、三

24、氮杂苯等的，加速其淋出土体可吸附某些农药腐殖质与重金属络合或螯合，促使排出土体，降低其重金属的毒害作用与重金属络合或螯合不利于作物的毒害物质嫌气性条件下可产生一些有机酸及还原性气体如H2S、CH44.5 提高土壤有机质的途径 4.5.1 提高土壤有机质的迫切性农业投入不足，对土壤进行掠夺式经营，种地而不养地不施用有机肥。致使土壤有机质含量下降，氮、磷等营养的数量减少，土壤肥沃性和生产力降低也使土壤的结构性变坏，如发生板结、沙化牧区的草原土壤，牲畜超载致使草场退化，土壤向沙化方向发展。培肥土壤，维持土壤肥力是相当重要的问题。首先要增加对土壤的投入，包括劳动、技术和物质的投入，如平整土地、灌溉、施肥、耕作、合理栽培、增施有机肥，使用结构剂的平整土地是保证上述各方面措施取得良好效果的前提，是培肥土壤的基本措施，也是提高土壤肥沃性的关键环节。 4.5.2 提高土壤有机质的原则和途径45. 2. 1 提高土壤有机质的原则 4.5 提高土壤有机质的途径 4.5.1 提