土壤学林学张阿凤土壤有机质

第三章

土壤有机质当前第1页\共有110页\编于星期三\21点第三章：土壤有机质------土壤的“肌肉”12345土壤有机质的来源及组成土壤有机质的分解转化土壤腐殖物质的形成和性质土壤有机质的作用及调节土壤生物当前第2页\共有110页\编于星期三\21点（1）重点掌握土壤微生物、自养型细菌、异养型细菌、腐生真菌、寄生真菌、共生真菌、菌根及菌根菌、硝化作用、反硝化作用、有机质周转过程、矿化作用、腐殖化作用的基本概念；（2）了解土壤有机质的来源、组成、类型及转化（矿质化和腐殖化）过程；（3）理解影响土壤有机质转化的因素、腐殖质的形成、分组以及它们的理化性状（H.AF.A）。我国土壤腐殖质的地理分布；土壤有机质的作用及调节。（4）有机质周转过程及其影响因素当前第3页\共有110页\编于星期三\21点土壤有机质：是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质，它包括土壤中的各种动、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机物质。由生命体和非生命体两大部分有机物质组成。当前第4页\共有110页\编于星期三\21点一、为什么研究有机质土壤有机质土壤碳固定与碳循环土壤肥力土壤污染全球变化土壤环境质量当前第5页\共有110页\编于星期三\21点Carbonpool(Pg,1Pg=1015g)不同系统的碳库容量比较TerretrialEcosystem620

SOM1500Air760Ocean&Marine38000Rock5000+1000当前第6页\共有110页\编于星期三\21点

SOMasasupportforbiomassproductionHowimportant?江苏80年代初期产量与有机质的关系当前第7页\共有110页\编于星期三\21点Howimportant?Fauna&Microbe当前第8页\共有110页\编于星期三\21点不同生态系统的土壤有机质当前第9页\共有110页\编于星期三\21点第一节:土壤有机质的来源、含量及其组成土壤有机质的含量、来源及其组成土壤有机质的来源

原始土壤中:最早出现在母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。当前第10页\共有110页\编于星期三\21点作物根系、残茬及根系分泌物农家肥

农业土壤有机质来源工业、生活垃圾三种形态：新鲜有机质、半分解有机质、腐殖质当前第11页\共有110页\编于星期三\21点二、土壤有机质的某些量的特点土壤中有机质含量：0～300g/kg有机质土壤：>200g/kg；矿质土壤：<200g/kg；耕作土壤：5～50g/kg；平均：10～20g/kg东北华中、华南华北、西北逐渐降低当前第12页\共有110页\编于星期三\21点0.5%0.5-2.0%7%土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%1.0-3.0%当前第13页\共有110页\编于星期三\21点第一节土壤有机质的来源、含量及其组成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（%）旱地水田东北平原4.454.96黄淮海平原0.991.27长江中下游平原1.742.74南方红壤丘陵1.652.52珠江三角洲平原2.012.73当前第14页\共有110页\编于星期三\21点有机物质的组成：成分复杂1植物残体：主要成分：C、H、O、N、P、S、K烧失量：90%~95%以上，C、H、O、N

灰分：P、S、Ca、Mg、K、Si、Zn、Mo、B、Fe、Mn当前第15页\共有110页\编于星期三\21点2土壤腐殖质：占有机质~90%；3非腐殖物质中：碳水化合物占有机质5%~25%有机质的含碳量：源物质（残体）：40%；胡敏酸：50%；富里酸：40%；土壤有机质平均：58%SOM=SOC*1.724

当前第16页\共有110页\编于星期三\21点(1)碳水化合物:占有机质总量的15%~27%。包括糖类、纤维素、半纤维素、果胶质、甲壳质等。(2)木质素：是木质部的主要组成部分，是一种芳香性的聚合物。较纤维素含有更多的碳。(3)含氮化合物：动植物残体中主要含氮物质是蛋白质，它是构成原生质和细胞核的主要成分，在各植物器官中的含量变化很大。(4)树脂、蜡质、脂肪、单宁、灰分物质。

2有机质的组成当前第17页\共有110页\编于星期三\21点水稻土有机质构成组分占有机质比例%半分解植物残体6-15碳水化合物13-18蛋白质、多肽18-20腐殖物质50-65当前第18页\共有110页\编于星期三\21点有机质分解转化过程动物微生物当前第19页\共有110页\编于星期三\21点土壤有机质的转化

R—（C，4H）+2O2CO2+2H2O+能量

酶氧化矿质化和腐殖化两个过程当前第20页\共有110页\编于星期三\21点矿化过程：有机化合物进入土壤之后，一方面在微生物酶的作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放出CO2

、H2O和能量，所含氮磷硫等营养元素在系列待定反应后，释放成为植物可利用的矿质养料，这一过程成为有机质的矿化过程。腐殖化过程：各种有机化合物通过微生物的和合成或在原植物组织中的聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物。当前第21页\共有110页\编于星期三\21点土壤有机质的转化多糖分解C6H12O62C2H5OH+2CO2+W酵母菌O2C2H5OHCH3COOH+H2O+WO2CH3COOHCO2+H2O+WO2C6H12O6C2H4O4+H2O+WO2霉菌O2

C2H4O4CO2+H2O+W葡萄糖分解：通气良好供氧充足通气不良，缺氧条件下C6H12O6CH3CH2CH2COOH+2H2+W丁酸细菌缺氧H2+CO2CH4+2H2O甲烷细菌缺氧不含氮的碳水化合物的转化当前第22页\共有110页\编于星期三\21点土壤有机质的转化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、硝化和反硝化氨化作用蛋白质+H2ORCHNH2COOH水解酶RCHNH2COOH+H2ORCHOHCOOH+NH3水解酶RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3氧化酶RCHNH2COOH+H2RCH2COOH+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）当前第23页\共有110页\编于星期三\21点土壤有机质的转化氨化作用水解转化为简单的氨基酸氨基酸脱氨基过程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+3O22HNO2+2H2O+158卡亚硝酸细菌2HNO2+O22HNO3+42卡硝酸细菌的土壤条件是pH6～9，通气良好反硝化作用

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+24KNO324KHCO3+6NO2+18H2O当前第24页\共有110页\编于星期三\21点土壤有机质的转化氨化作用水解转化为简单的氨基酸氨基酸脱氨基过程硝化作用反硝化作用

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+24KNO324KHCO3+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当前第25页\共有110页\编于星期三\21点含磷有机物的转化核蛋白核素核酸H3PO4卵磷脂甘油磷酸脂H3PO4在通气不良的条件下，产生亚磷酸和次磷酸当前第26页\共有110页\编于星期三\21点对含硫有机物的转化含硫的蛋白质经过水解作用转化为含硫氨基酸，在微生物作用下，转化为H2SO4或H2SCH2SSCH2CHNH2CHNH2+H2OCH3COOH+HCOOH+CO2+NH3+H2SCOOHCOOHH2S+O2H2O+S

S+O2H2SO4当前第27页\共有110页\编于星期三\21点有机化合物分解的差异单糖、淀粉和简单蛋白质粗蛋白质纤维素、半纤维素脂肪、蜡质木质素有机质分解由易而难的递进当前第28页\共有110页\编于星期三\21点分解作用的意义分解产生：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当前第29页\共有110页\编于星期三\21点土壤有机质的转化影响土壤有机质转化的因素土壤的水、气、热条件气：土壤通气良好通气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）当前第30页\共有110页\编于星期三\21点土壤有机质的转化影响土壤有机质转化的因素土壤的水、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（<0℃）时（>45℃）时25～35℃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当前第31页\共有110页\编于星期三\21点土壤有机质的转化影响土壤有机质转化的因素土壤的水、气、条件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5∶1，而它在每同化一份有机碳时，还需4份碳作能量消耗<25∶1时有充足的氮素分解速率较快也能提供农作物所需的氮素>25∶1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=25∶1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当前第32页\共有110页\编于星期三\21点土壤有机质的转化影响土壤有机质转化的因素土壤的水、气、条件植物残体的特性土壤pH值（pH<4.5）时（pH6.5～7.5）时（pH>8.5）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当前第33页\共有110页\编于星期三\21点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4.56.0～8.09.0根瘤菌4.36.0～8.010.0自生固氮菌5.06.0～8.09.0

硝化细菌4.07.8～8.010.0

硫细菌3.010.0真菌霉菌1.56.5～7.59.0放线菌5.07.0～8.59.0原生动物3.57.09.0土壤微生物活动的pH范围影响土壤有机质转化的因素当前第34页\共有110页\编于星期三\21点土壤有机质的转化影响土壤有机质转化的因素土壤的水、气、条件植物残体的特性土壤pH值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当前第35页\共有110页\编于星期三\21点“激发效应”当前第36页\共有110页\编于星期三\21点腐殖化Definition:TheprocessofSOMtransformingintohumicsubstancebymicroorganism1.Process1)结构单元的形成阶段(buildingblocksforhumussynthesis)

有机物料分解过程形成多元酚、多元醌、氨基酸、脂肪酸等结构单元2）缩合阶段(condensation)：结构单体相互聚合形成腐植物质。当前第37页\共有110页\编于星期三\21点多元醌与氨基酸缩合形成腐殖物质当前第38页\共有110页\编于星期三\21点同一结构单体的侧链之间或不同结构单体之间相互连接形成复杂的腐殖物质当前第39页\共有110页\编于星期三\21点胡敏酸当前第40页\共有110页\编于星期三\21点第三节

土壤腐殖物质的形成和性质土壤腐殖质形成示意图三个阶段四个途径当前第41页\共有110页\编于星期三\21点三阶段：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：①长期以来，认为腐殖质是由木质素衍生而成的②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。③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。④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当前第42页\共有110页\编于星期三\21点腐殖物质形成的生物学示意图

植物残体

在微生物作用下转化糖多酚

氨基化合物木质素分解产物类木质素醌醌腐殖物质1234当前第43页\共有110页\编于星期三\21点植物残体

木质素产生糖和氨基酸

微生物的代谢①生成类木质素腐殖物质②酚醛和酸醌+氨基化合物④经非酶性的聚合作用形成棕色的含氮聚合物。腐殖物质③

合成多元酚由木质素碳源氧化醌腐殖物质当前第44页\共有110页\编于星期三\21点（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当前第45页\共有110页\编于星期三\21点

生成：

或2、和两个氨基的氨基酸（赖氨酸、乙二胺）

当前第46页\共有110页\编于星期三\21点主要结合态的土壤Humus-CaHumus-FeHumus-Fe,Al当前第47页\共有110页\编于星期三\21点

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）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腐殖物质组分当前第48页\共有110页\编于星期三\21点胡敏酸富哩酸DOC有机质与腐殖质的颜色当前第49页\共有110页\编于星期三\21点如何提取？1对腐质酸的性质没有影响或影响极小2获得均匀的组分3具有较高的提取力，能将腐质酸几乎完全分离出来当前第50页\共有110页\编于星期三\21点有机碳分组有机质DOC颗粒态有机碳微生物量碳腐殖质腐殖物质非腐殖物质熏蒸粒径与比重分组水提（1）（2）当前第51页\共有110页\编于星期三\21点土壤有机质微生物生物量未分解或部分分解的动植物残体土壤腐殖质用比重液(比重1.8～2.0)分离非腐殖物质腐殖物质用碱液提取不溶性腐殖物质，胡敏素(Humin)可溶性腐殖物质用酸酸化至pH1富啡酸(Fulvicacids)胡敏酸(Humicacids)用乙醇溶解溶解物即吉马多美郎酸当前第52页\共有110页\编于星期三\21点有机质分组（2）非腐殖物质分组碳水化合物蛋白质结构木质素沥青结构糖类氨基酸酚醌类单聚体脂肪酸结构体硫酸水解盐酸水解CuO氧化,热力化学裂解有机溶剂浸提当前第53页\共有110页\编于星期三\21点传统提取与分组方法的局限性不能原位研究；碱提取性与所提取的有机碳的生物功能间并没有一定的关系；提取的有机分子与存在于吸附相的有机分子在化学性质（分子构型、阳离子结合性及疏水性）上存在很大差别；环境毒理新问题浸提过程导致人为的破坏当前第54页\共有110页\编于星期三\21点研究有机质化学结构的现代方法固态核磁共振（13C(15N)NMR(nuclearMagneticResonanceSpectroscopy):非破坏性原位基团分析；热裂解分析（AnalyticalPyrolysis)：分析裂解产物；傅立叶转换红外光谱分析(FourierInfraredSpectroscopy):碳原子的类型与键合类型。当前第55页\共有110页\编于星期三\21点腐殖质研究新方法A,核磁共振光谱;B,热解场离子质谱;C,发散反射傅立叶红外光谱。当前第56页\共有110页\编于星期三\21点（1）物理性质①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670～1450，结构简单、缩合度低胡敏酸缩合度高，结构极为复杂，分子量为890～2270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土壤腐殖质的性质当前第57页\共有110页\编于星期三\21点（1）物理性质①分子量大小与形状。②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4～5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（pH<3）时，胡敏酸有沉淀析出胡敏酸与一价的盐基离子形成的盐均溶于水与二价离子形成的盐，其溶解度很低富里酸一价、二价的盐类均溶于水与三价离子形成的盐类，在中性以上的碱性环境中溶解度较低。当前第58页\共有110页\编于星期三\21点（1）物理性质①分子量大小与形状。②吸水性及溶解度。③颜色与光学性质腐殖质不分组时，整体溶液呈黑色胡敏酸色深呈棕褐色富里酸色较浅呈淡黄色不同的腐殖酸都有各自的红外光谱腐殖酸的颜色主要决定缩合度的大小和发色基团的比例光谱上可以看出腐植酸结构上的变化，尤其是官能团的差异多数腐殖酸都具有荧光效应不同组分的荧光效应不同不同波长的光测定各组分的光密度光密度与腐植酸分子量大小和芳化度有呈正相关的趋势当前第59页\共有110页\编于星期三\21点土壤腐殖质的性质（1）物理性质（2）化学性质①腐殖酸的元素及化合物组成。腐殖酸分子主要由碳（58%）、氢、氧、氮（5%）、硫等元素组成还有一些灰分元素，如磷、钾、钙、镁、铁、硅等我国土壤腐殖酸主要元素组成(%)腐殖酸CHO+SN

胡敏酸50～603.1～5.531～402.8～5.9富里酸45～534.0～4.840～501.6～4.3元素组成C/N比为10∶1～12∶1当前第60页\共有110页\编于星期三\21点土壤腐殖质的性质（1）物理性质（2）化学性质①腐殖酸的元素及化合物组成。化合物组成芳香族的酚、醌化合物含氮化合物组成：碳水化合物、脂肪酸氨基酸氮、氨基糖氮、铵态氮和残渣氮20%～50%1%～8%50%通过氢键或配位键与腐殖酸结合的氨基酸、多肽、蛋白质有一定的碳水化合物当前第61页\共有110页\编于星期三\21点当前第62页\共有110页\编于星期三\21点土壤腐殖质的性质（1）物理性质（2）化学性质①腐植酸的元素及化合物组成。②腐植酸的功能团、带电性及交换量③腐植酸的稳定性

腐植酸的化学稳定性高，抗微生物分解的能力较强，因此分解速率非常缓慢。一般腐植酸的年矿化速率平均在1%～2%。但新旧程度不同的腐植酸分解的速度有很大的差异。而新形成的腐殖质的半分解期为4.7～9年。在温带条件下，一般植物残体的半分解期小于3个月胡敏酸的平均停留时间可达780～3000年富里酸为200～630年。当前第63页\共有110页\编于星期三\21点腐殖物质分解转化的动力学土壤中腐殖物质抗分解转化：化学、复合；年周转速率：1%左右，平均更新周期100年水平；年龄：富啡酸：500年内；胡敏酸：1000~2500年；胡敏素：>1000年.

土壤腐殖质最老：8000年当前第64页\共有110页\编于星期三\21点土壤腐殖质的性质（1）物理性质（2）化学性质①腐植酸的元素及化合物组成。②腐植酸的功能团、带电性及交换量③腐植酸的稳定性④腐殖化系数是指土壤中单位有机物质经过一年后形成的腐殖质的数量，称为该物质的腐殖化系数腐殖化系数一般在0.2～0.5之间旱地多为0.2～0.25水田较高，为0.25～0.4影响腐殖化系数的因素：有机物的化学组成气候条件土壤的pH、质地、含水量和温度种类

华南江苏

红壤黄棕壤红壤黄棕壤

紫云英70.25稻草0.260.200.290.25绿萍0.470.430.470.52

几种有机物在不同气候、土壤条件下的腐殖化系数当前第65页\共有110页\编于星期三\21点土壤腐殖质的性质（1）物理性质（2）化学性质（3）腐殖物质的变异性随着时间、条件的变化，胡敏酸和富里酸还可以相互转化有的土壤以胡敏酸为主，有的土壤以富里酸为主HA/FA比：胡敏酸的含量与富啡酸的含量之比。也称胡富比。HA/FA比值越大，胡敏酸的含量越多。相反，富里酸则越少土壤腐殖物质的HA/FA比值，往往说明它的形成条件和分子量的复杂程度HA/FA比值越大，且结构越复杂。东西草甸草原向干旱草原、荒漠草原和荒漠土壤过度HA/FA比值逐渐降低

黑土黑钙土灰钙土灰漠土HA/FA1.5～2.5，1.0左右，0.6～0.8我国北方大多数土壤，腐植酸以胡敏酸占优势，HA/FA>1。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1～2之间，黄棕壤为0.45～0.75，砖红壤则小于0.45。当前第66页\共有110页\编于星期三\21点土壤腐殖质的性质（1）物理性质（2）化学性质（3）腐殖物质的变异性HA/FA比：胡敏酸的含量与富啡酸的含量之比。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。当前第67页\共有110页\编于星期三\21点我国土壤有机质变异规律：

1.由东向西，由草甸草原向干旱草原、荒漠草原和荒漠化土壤过渡，腐殖质含量不断递减，HA/FA也逐渐降低。黑土（1.5~2.5）-黑钙土（1左右）-灰钙土和荒漠土（0.6~0.8）

2.一般我国北方的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤腐殖质以胡敏酸为主，HA/FA比大于1；而在温暖潮湿的南方的酸性土壤中，土壤中以富里酸为主，HA/FA比一般小于

黑土-暗棕壤（1~2）-黄棕壤（0.45~0.75）-红壤、砖红壤（<0.45)

3.在同一地区，水稻土的腐殖质的HA/FA比大于旱地。4.在同一地区，熟化程度高的土壤的HA/FA比较高。造成土壤腐殖变异的原因：主要是气候、植被、土壤反应、母质等环境因素综合作用结果当前第68页\共有110页\编于星期三\21点中心为芳香核（疏水性基团），周围有许多支链化合物（功能团）构成网状结构特征。功能基团包含有：羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。这些基团成为腐殖质分子活性最强的部分、如带电性、吸附性、亲水性等。腐殖物质结构特征FA55-1123-5726-953-2012-273-12103HA15-5721-572-491-261-53-867种类羧基酚羟基醇羟基醌基酮基甲氧基总酸度腐殖质的含氧官能团含量(mmolM＋).kg-1芳构化程度：表示腐殖酸分子中芳香环结构所占的比例。表示腐殖质的缩合度当前第69页\共有110页\编于星期三\21点多数人认为是网状多孔结构.非晶质物质，分子结构非常松散。大致呈无规则线状。其结构受pH、溶液电解质浓度的影响极大。

pH2-3纤维、纤维束状

4-7网状、海绵状

8-9页状

>10粒状分子结构无定型腐殖物质分子形状当前第70页\共有110页\编于星期三\21点当前第71页\共有110页\编于星期三\21点提供农作物需要的养分增强土壤的保肥性和缓冲性促进团粒结构形成，改善土壤物理性状促进良好结构的形成降低土壤黏性和改善土壤耕性降低土壤沙性，增强保水性能对土壤热性质的影响其他方面的作用一定浓度下，能促进微生物和植物的生理活性减少土壤中农药的残留量和重金属的毒害对全球碳平衡重要作用第四节：土壤有机质的作用及管理当前第72页\共有110页\编于星期三\21点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1.35×1011t=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提供作物需要的养分当前第73页\共有110页\编于星期三\21点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殖酸本身是一种弱酸，腐殖酸和其腐殖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当前第74页\共有110页\编于星期三\21点促进良好结构的形成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。当前第75页\共有110页\编于星期三\21点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，却高于沙粒，土壤有机质可以降低沙粒的分散性对土壤热性质的影响土壤有机质含有大量的潜能20～50t无烟煤（耕层/hm2）不施肥的土壤耕层潜能损失在1—2%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，利于保温当前第76页\共有110页\编于星期三\21点一定浓度下，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，促进根系的发育其它方面的作用：当前第77页\共有110页\编于星期三\21点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、CH4当前第78页\共有110页\编于星期三\21点有机质对污染物的吸持和促进降解作用当前第79页\共有110页\编于星期三\21点提高土壤有机质的途径农业投入不足，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。提高土壤有机质的原则和途径提高土壤有机质的原则提高土壤有机质的迫切性当前第80页\共有110页\编于星期三\21点提高土壤有机质的途径提高土壤有机质的原则和途径提高土壤有机质的原则在各种条件和环境状态相对稳定时，土壤有机质的矿质化和腐殖化处于相对平衡状态相对平衡状态在短时间内都不会看出有明显的变化。（1）生态平衡原则在特定的气候带，特定的植被和土壤条件下，土壤有机质积累到一定数量后，将保持较稳定的数值。几千万年的形成过程，但腐殖质的含量并没有积累高到惊人的水平使土壤有机含量下降则要比提高有机质含量相对快速得多。草原原始土壤开垦变为农田，数年内有机质含量能下降1%～2%或更多。英国沃伯恩试验站给一块沙质土壤连续50年每公顷施用16t厩肥，结果有机质含量几乎没有什么变化。

（2）经济原则超量施用有机肥或其他大量的有机物质都是不现实，更是不经济的。当前第81页\共有110页\编于星期三\21点增加土壤有机质的途径（1）施用有机肥鼓励农民大力发展畜牧业，积极发展有机肥。扩大肥源。关键是肥源种类和数量很多，如粪肥、厩肥、堆肥、青草、幼嫩枝叶、饼肥、蚕沙、鱼肥等等发展农（副）产品的深加工工业，工业上的废弃物刻成为农业有机肥或饲料（2）种植绿肥绿肥是指把还在生长着的豆科绿色植物体翻入土壤的肥料。种植绿肥必须按各地的生产条件和栽培特点而定。①休闲绿肥。夏季休闲和秋茬冬季休闲时种植绿肥②粮肥间套。绿肥还可能引起激发效应（3）秸秆还田调节C/N，适当添加速效氮肥提高土壤有机质的途径当前第82页\共有110页\编于星期三\21点（1）施用有机肥关键是肥源（2）种植绿肥（3）秸秆还田（4）其他途径河泥、塘泥含有大量的有机质城市生活污水和生活垃圾堆制的垃圾肥农产品加工的废渣当前第83页\共有110页\编于星期三\21点第五节：土壤生物了解土壤生物的多样性；土壤微生物活性及其影响因素当前第84页\共有110页\编于星期三\21点1、营养：土壤中有丰富的有机物、无机元素、微量元素，

能满足微生物生长发育的需要。2、渗透压：0.3-0.6MPa（G-0.5-0.6MPa，G+2.0-2.5MPa），

土壤是等渗或低渗环境，利于微生物摄取营养。

3、pH：pH范围3.5-8.5，多数5.5-8.5，适合大多数微生物。4、氧气和水：土壤有团粒结构，通气良好且具有持水性，利

于微生物生长。5、温度：土壤具有保温性，一年四季变化不大。6、保护层：表层土壤的覆盖，避免太阳紫外线的杀伤。土壤是微生物良好的天然培养基当前第85页\共有110页\编于星期三\21点①分解有机物质，直接参与碳、氮、硫、磷等元素的生物循环，使植物需要的营养元素从有机质中释放出来，重新供植物利用；②参与腐殖质的合成和分解作用；③某些微生物具有固定空气中氮，溶解土壤中难溶性磷和分解含钾矿物等的能力，从而改善植物的氮、磷、钾的营养状况；④土壤生物的生命活动产物如生长刺激素和维生素等能促进植物的生长；⑤参与土壤中的氧化还原过程所有这些作用和过程的发生均借助于土壤生物体内酶的化学行为，并通过矿化作用、腐殖化作用和作用等改变土壤的理化性状。此外，菌根还能提高某些对营养物质的吸收能力。土壤生物的功能当前第86页\共有110页\编于星期三\21点土壤生物土壤动物土壤微生物当前第87页\共有110页\编于星期三\21点

生态系统是自然界的基本功能单元，其功能表现在生物生产、能量流动、物质循环、信息传递。——通过生物群落实现。生产者（绿色植物）初级消费者（草食动物）次级消费者（肉食动物）分解转化者（生物）空气水土壤太阳热热热有机物流通无机物流通、能量流动生态系统中的物质循环和能量流动当前第88页\共有110页\编于星期三\21点主要的土壤动物1后生动物：由小的土居性的多细胞动物，主要包括线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫等混合而成；2原生动物：为单细胞真核生物，简称原虫，其细胞结构简单，数量多、分布广，海洋、各种淡水水体和潮湿土壤都是它们的主要生境。一般为１０４～１０５个／ｇ土，多时可达１０６～１０７个／ｇ土。如鞭毛虫、变形虫和纤毛虫体长在０.２ｍｍ以下体长在２～２０ｍｍ以下体长大于２０ｍｍ，巨型土壤动物当前第89页\共有110页\编于星期三\21点生态环境对土壤动物的影响：土壤性质（土壤湿度、温度、pH值、有机质、土壤密度、枯落物数量和质量，土壤矿质元素以及污染物质的含量），地上植被，地形和气候等。水平变异：土壤的动物群落多样性指数Ｈ：菜地＞次生林＞灌丛＞人工杉林＞旱地＞菜园＞稻田＞果园垂直变异：主要表现在土壤动物的表聚性特征，土壤动物的种类、个体数量、密度和多样性随着土壤深度而逐渐减少。当前第90页\共有110页\编于星期三\21点微生物在土壤中的种类、数量和分布（一）种类和数量1、细菌：生物量最大，约占70-90%，2.5×109个/g土。2、放线菌：生物量次之，7.0×105个/g土。3、真菌：生物量再次之，4.0×105个/g土。4、藻类：5.0×104个/g土。5、原生动物：3.0×104个/g土。中性、偏碱性土壤——细菌、放线菌多；酸性土壤——真菌多肥土——几亿至几十亿个/g土；贫瘠土壤——几百万至几千万个/g土当前第91页\共有110页\编于星期三\21点当前第92页\共有110页\编于星期三\21点土壤微生物种群的多样性（１）原核微生物：古细菌：甲烷产生菌、极端嗜酸热菌和极端嗜盐菌。生活在特殊的极端环境（水稻土、沼泽地、盐碱地、盐水湖和矿井）；细菌：土壤细菌占土壤微生物总数的７０％～９０％，主要是能分解各种有机质的种类。其数量很大，但是生物量并不很高。１０ｇ肥沃土壤的细菌总数相当于全球人口的总数。因为细菌个体小、代谢强、繁殖快与土壤接触表面积大，是土壤中最活跃的因素。土壤中存在着各种细菌生理群，其中，纤维分解细菌、固氮菌、硝化细菌、亚硝化细菌、硫化细菌、氨化细菌等在土壤碳、氮、磷和硫循环中起到重要的作用。放线菌：适宜生长在中性、偏碱性、通气良好的土壤中，能转化有机质，产生抗生素，对其它有害菌能起拮抗作用。蓝细菌：是光合微生物，能进行光能无机营养，过去称为蓝（绿）藻粘细菌：在施用有机肥料的土壤中常见，具有很强的抗旱性、耐温性，对超声波、紫外线辐射也有一定抗性。当前第93页\共有110页\编于星期三\21点（２）真核微生物：真菌：在森林土壤和酸性土壤中，占优势或起主要作用；藻类：为单细胞或多细胞的真核原生生物，是土壤生物的先行者，对土壤的形成和熟化起重要作用，是光能自养性，是土壤有机质的最先制造者。主要由硅藻、绿藻和黄藻组成；地衣：是真菌和藻类形成的不可分离的共生体。（３）病毒：是一类超显微的非细胞生物。当前第94页\共有110页\编于星期三\21点当前第95页\共有110页\编于星期三\21点（二）微生物在土壤中的分布水平分布：取决于碳源。如：油田地区——存在以碳氢化合物为碳源的微生物

森林——存在分解纤维素的微生物

植物残体多的土壤——氨化细菌、硝化细菌多垂直分布：取决于紫外辐射、营养、水、温度等

表层土——微生物少

耕作层5-20cm——微生物数量最多

耕作层20cm以下——微生物数量随土层深度增加而减少当前第96页\共有110页\编于星期三\21点微生物的营养类型分类分类标准

营养类型1。以能源分

光能营养型

化能营养型2。以氢供体分

无机营养型

有机营养型3。以碳源分

自养型

异养型4。以合成氨基酸能力分

氨基酸自养型

氨基酸异养型5。以生长因子分

原养型或野生型

营养缺陷型6。以取食方式分

渗透营养型

吞噬营养型7。以取得死或活有机物分

腐生

寄生当前第97页\共有110页\编于星期三\21点二、微生物的营养类型微生物的营养类型营养类型能源氢供体基本碳源实例光能无机营养型(光能自养型)光无机物ΔCO2蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类光能有机营养型(光能异养型)光有机物CO2及简单有机物红螺菌科的细菌即紫色非硫细菌化能无机营养型(化能自养型)无机物*无机物CO2硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、梳黄细菌等化能有机营养型(化能异养型)有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部真核微生物Δ

：H2O、H2S、NaS2O3等*：NH4+、NO2-、S、H2S、Fe2+等生长时大多需要外源的生长因子如淀粉、纤维素、单糖、双糖、有机酸和氨基酸等

当前第98页\共有110页\编于星期三\21点土壤微生物呼吸类型的多样性（1）好氧性微生物的有氧呼吸：以氧气为呼吸基质氧化时的最终受氢体，能使基质彻底氧化，释放出全部能量。如：亚硝酸细菌以NH4+为呼吸基质氧化成NO2-（亚硝化作用），硝酸盐细菌以NO2-为基质氧化成NO3-（硝化作用）当