第二章 土壤有机质

第二章土壤有机质主要内容（重点）：1.土壤有机质的定义、来源和组成2.土壤有机质的分解和转化（重点）3.土壤腐殖物质的形成和性质（重点）4.土壤有机质的作用及管理（重点）

土壤有机质：存在于土壤中的所有含碳的有机化合物。

主要包括土壤中各种动物、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机化合物。第一节土壤有机质的来源、含量及其组成植物残体动物、微生物残体动物、植物、微生物的排泄物和分泌物人为施入土壤中的各种有机肥料一、土壤有机质的来源森林土壤：枯枝落叶草原土壤：草、根系耕作土壤：作物残茬、施用的有机肥二、土壤有机质含量及组成（一）有机质含量

不同类型土壤中含量差异很大，可小于1%或者大于20%。一般含量在0-5%之间。泥炭土可高达20%或30%以上漠境土和砂质土壤不足0.5%

根据耕作层中有机质含量，可将土壤分为：

有机质土壤>20%

矿质土壤<20%

土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关。影晌土壤有机质含量的因素①植被

草本>木本

草甸>草原

阔叶>针针

常绿>落叶②气候

潮湿、寒冷有利于积累

干燥、炎热有利于分解③地形

低洼处高

海拔高处，有机质含量高④母质

质地粘,有利于有机质积累⑤生产措施土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%存在形态：动、植物残体半分解的动、植物残体腐殖质（二）组成1.有机质的类型2.土壤有机质的主要元素组成干物质COHN％52~5834~393.3~4.83.7~4.1C/N大约为10~15左右3.土壤有机质的化学组成

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：木质部的主要组成部分，是一种芳香族的聚合物。

③含氮化合物：主要是蛋白质。

④树脂、蜡质、脂肪、单宁、灰分物质。土壤中简单有机化合物分解的难易顺序单糖、淀粉和简单蛋白质粗蛋白质半纤维素纤维素脂肪、蜡质等木质素容易难第二节土壤有机质的分解和转化

土壤有机质在水分、空气、土壤动物和土壤微生物的作用下，发生极其复杂的转化过程，这些过程综合起来可归结为两个对立的过程，即土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程。一、矿化过程与腐殖化过程（一）矿质化过程

R—（C，4H，养分）+2O2CO2+2H2O+能量+养分酶氧化化学的转化过程动物的转化过程微生物的转化过程分为

土壤有机质在微生物作用下，分解为简单的无机化合物二氧化碳、水、氨和矿质养分(磷、硫、钾、钙、镁等简单化合物或离子)，同时释放出能量的过程。1.化学的转化过程水的淋溶作用酶的作用降水可将土壤有机质中可溶性的物质洗出。这些物质包括简单的糖、有机酸及其盐类、氨基酸、蛋白质及无机盐等。酶在土壤有机质转化过程中起着巨大作用，几乎大部分的生物转化过程都是在酶的作用下完成的。2.动物的转化过程机械的转化化学的转化动物将植物或残体碎解，或将植物残体进行机械的搬进及与土粒混合，均可促进有机物被微生物分解。经过动物吞食的有机物（植物残体）未被动物吸收部分，经过肠道，以排泄物或粪便的形式排到体外，已经经过动物体内分解或半分解。3.微生物的转化过程不含氮的有机物的转化含氮有机物的转化

是土壤有机质转化最重要的最积极的过程，有多种酶参与了催化。含磷有机物的转化含硫有机物的转化（1）不含氮的有机物的转化好气条件下

主要是碳水化合物，如糖类、纤维类、半纤维类、脂肪和木质素等。通气不良条件下生成简单的有机酸、醇、酮类，最后完全分解成CO2和水，同时释放热量。形成有机酸类中间产物，最后产生甲烷、氢气等还原性物质。（2）含氮有机物的转化水解过程氨化过程土壤中含氮有机物可分为两种类型：一是蛋白质类型，如各种类型的蛋白质；二是非蛋白质型，如几丁质、尿素和叶绿素等。土壤中含氮的有机物在土壤微生物作用下，最终分解为无机态氮（NH4+—N和NO3-—N）。硝化过程反硝化过程蛋白质多肽氨基酸氨基酸分解产生NH3NH3氧化生成硝酸硝态氮还原成气态氮的过程。（3）含磷有机物的转化

土壤中表层有26%-50%是以有机磷状态存在，主要有核蛋白、核酸、磷脂、核素等，这些物质在多种腐生性微生物作用下，分解的最终产物为正磷酸及其盐类，可供植物吸收利用。但在嫌气条件下，很多嫌气性土壤微生物能引起磷酸还原作用，产生亚磷酸，并进一步还原成磷化氢。（4）含硫有机物的转化土壤中含硫的有机化合物如含硫蛋白质、胱氨酸等，经微生物的腐解作用产生硫化氢，通气良好的条件下，进一步氧化成硫酸，和土壤中的盐基离子生成硫酸盐。土壤有机质的转化CO2残留土壤部分降解(3%-8%)(3%-8%)(10%-30%)多糖类、有机酸类等非腐殖质物质腐殖质有机残体土壤微生物量(2/3以上)

土壤有机质因矿质化作用每年损失的量占土壤有机质总量的百分数称有机质的矿化率。矿化率一般在1%～3%。矿化率（二）腐殖化过程

腐殖化过程：土壤有机质在微生物作用下，把有机质分解产生的简单有机化合物及中间产物转化成更复杂的、稳定的、特殊的高分子有机化合物的过程。土壤腐殖物质形成过程第1阶段：植物残体分解产生简单的有机碳水化合物。有机残体有机物微生物水解酶(水解

合成）H20,CO2,H2S,NH3(矿化、氧化、分解)芳香物

含氮物

糖类(合成、代谢)第2阶段：通过微生物对这些有机化合物的代谢作用及反复的循环，增殖微生物细胞。第3阶段：通过微生物合成的多酚和醌或来自植物的类木质素,聚合形成腐殖物质。多元酚微生物多酚氧化酶，pH4.5-6.5(氧化缩合)02缩合腐殖质分子肽糖带侧链（胡敏酸)醌腐殖化作用

腐殖化系数：进入土壤的有机物经过一年的腐殖化过程后所残留的碳占原总碳量的比率，或单位重量的有机物质碳在土壤中分解一年后的残留碳量。腐殖化系数

1.矿质化过程是有机质释放养分的过程，又是为腐殖质合成提供原料的过程，没有矿质化过程就没有腐殖化过程；

2.同时腐殖化过程的产物--腐殖质并不是一成不变的，它可以再经矿质化过程而释放养分以供植物吸收利用。

土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程是即互相对立，又互相联系，即互相独立，又互相渗透的两个过程。（三）矿质化和腐殖化过程的关系二、影响有机物质转化的因素（一）温度

影响植物生长和微生物的分解。

0℃以下，SOM分解速率很小；

0~35℃范围内，每升高10℃，SOM最大分解速率提高2~3倍；

其中，25~35℃下，微生物活动最旺盛，利于SOM矿化分解。（二）土壤水分和通气状况

好气：水少气多，氧气充足，微生物活动旺盛，SOM矿化分解，释放养分；

嫌气：水多气少，氧气不足，微生物活动受抑制，氧化分解很慢，SOM腐殖化合成腐殖质。

微生物活动最适湿度：田间持水量的60-80%。

干湿交替

一方面增加土壤呼吸作用，破坏土壤结构体，利于SOM的矿质化分解；

另一方面干燥时引起微生物死亡，又不利于SOM分解。（三）植物残体的特性1.物理状态

新鲜程度：多汁幼嫩绿肥易于分解

破碎程度：磨细粉碎易于分解

紧实程度2.C/N比：大，不易分解；小，易于分解

有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速度影响很大。以25：1较为合适。3.硫、磷等元素缺乏也会抑制土壤有机质分解。

激发效应：土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有机质的降解。

激发效应可以是正、也可以是负。（四）土壤特性1.土壤质地在局部范围内影响土壤有机质的含量

土壤有机质的含量与其粘粒含量具有极显著的正相关。

腐殖质与粘粒胶体结合形成的粘粒--腐殖质复合体，可防止有机质遭受分解，免受微生物的破坏。2.土壤pH也通过影响微生物的活性而影响有机质的降解

各种微生物都有其最适宜于活动的pH范围，

pH过低(≤5.5)或过高(＞8.5)对一般的微生物都不大适宜。

土壤腐殖质是褐色或暗褐色的,芳香族结构的，具有多官能团的含氮的、复杂的高分子有机化合物。

第三节土壤腐殖质游离态很少结合态52%-98%腐殖质一、土壤腐殖质的存在状态土壤有机无机复合体示意图

在土壤中，通常以腐殖酸盐的形态存在，并与矿物粘粒结合形成复合物。二、土壤腐殖质的分组

目前常用的提取剂（1）0.1MNaOH溶液（2）0.1MNaOH+0.1M焦磷酸钠混合提取液重

组腐殖质的提取与分组腐殖质胡敏酸富里酸胡敏素腐殖酸（占腐殖质总量的60%左右）失去水溶性和碱溶性不溶于酸溶于酸三、土壤腐殖酸的性质（一）物理性质1.颜色

黑褐色，富里酸呈淡黄色，胡敏酸呈褐色。2.分子结构特性（1）腐殖酸的分子量有较大的差异。

胡敏酸：n×10000

富里酸：n×100-n×1000（2）腐殖酸的分子外形

球形或棒状，非晶质，比表面积大。

富啡酸分子量500~5000胡敏酸分子量3000~1000000胡敏素3.吸水性腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，最大吸水度最大吸水度达500%，在湿度饱和的空气中，其湿度为200%。强大的吸水性使土壤具有较强的持水供水能力。（二）化学性质1.溶解性富里酸溶于水、酸、碱；胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱。2.化学组成

我国主要土壤腐殖酸的元素组成元素（%）CHO+SNHA（胡敏酸）50-603.1-5.331-413.0-5.6FA（富里酸）45-534.0-4.840-482.5-4.3总体来说，一般腐殖质平均含碳为58%，氮5.6%，其C/N比为10:1-12:1。3.电性

腐殖酸是两性胶体。通常以带负电荷为主。

负电荷来源于

COOH

=C=O

-OCH3

OH

腐殖质的负电荷数量随pH质的升高而升高。4.含氧官能团羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。腐殖质的含氧官能团含量（mmol•kg-1）种类羧基酚羟基醇羟基醌基酮基甲氧基总酸度胡敏酸15-5721-572-491-261-53-867

富里酸55-1123-5726-953-2012-273-121035.络合性络合物的稳定性随pH值的升高而增大。在pH4.8时能与Fe、Al、Ca等离子形成可溶性络合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。6.胶体特性

土壤有机胶体的主要组成部分。（三）腐殖质的稳定性与变异性1.稳定性

抵抗微生物分解能力很强，分解周转所需时间短的10年，长的几百年。不同土壤的腐殖质其稳定性差异很大，一般自然土壤大于耕地土壤。2.腐殖质的变异性

HA/FA值：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。

一般我国北方的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤腐殖质以胡敏酸为主：HA/FA比大于1.0。

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1。

在同一地区，水稻土的腐殖质的HA/FA比大于旱地。

在同一地区，熟化程度高的土壤的HA/FA比较高。第四节土壤有机质的作用及管理（一）有机质在土壤肥力上的作用1.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。土壤每年释放的CO2达1.35×1011吨，相当于陆地植物的需要量。

氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%。

磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%。

其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。一、土壤有机质的作用2.促进植物生长发育

●胡敏酸可以加强植物呼吸过程，提高细胞膜的渗透性，促进养分迅速进入植物体

●胡敏酸钠盐对植物根系生长具有促进作用。

●土壤有机质中还含有维生素B1-B2、吡醇酸和烟碱酸、激素、异生长素(β-吲哚乙酸)、抗生素(链霉素、青霉素)等对植物的生长起促进作用，并能增强植物抗性。3.改善土壤的物理性质

●改良土壤结构，促进团粒结构的形成，增加土壤的疏松性，改善土壤的通气性和透水性。

●土壤腐殖质是亲水胶体，具有巨大的比表面积和亲水基团，能提高土壤的有效持水量。

●腐殖质为棕色至褐色或黑色物质，增加了土壤吸热的能力，提高土壤温度。4.促进微生物和动物的活动●土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源。●土壤动物中有的(如蚯蚓等)也以有机质为食物和能量来源。5.提高土壤的保肥性和缓冲性●土壤腐殖质有着巨大的比表面和表面能，具有较强的吸附能力，腐殖质胶体以带负电荷为主，从而可吸附土壤溶液中的交换性阳离子，因此，土壤有机质具有巨大的保肥能力。●腐殖酸本身是一种弱酸，腐殖酸和其盐类可构成缓冲体系，因此，使土壤具有较强的缓冲性能。6.有机质具有活化磷的作用土壤中的磷一般不以速效态存在，常以迟效态和缓效态存在，因此土壤中磷的有效性低。土壤有机质具有与难溶性的磷反应的特性，可增加磷的溶解度，从而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率。

注意：有机质在分解时，也能产生一些不利于植物生长或甚至有害的中间物质，特别是在嫌气条件下，这种情况更易发生。（二）有机质在生态环境上的作用1.有机质可降低或延缓重金属污染

如胡敏酸将Cr6+还原为Cr3+，然后形成稳定的复合体。

可以通过静电吸附和络合(螯合)、还原作用来实现。2.有机质对农药等有机污染物具有固定作用

土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲和力，对有机污染物在土壤中的生物活性、残留、生物降解、迁移和蒸发等过程有重要的影响。3.有机质对全球碳平衡的影响

土壤有机质是全球碳平衡过程中非常重要的碳库。

●有机质的矿化作用过于强烈，分解释放大量的无机养分不能及时被植物吸收利用，会随水流失。同时也会导致腐殖化形成的腐殖质也发生分解，更多地流失养分，土壤肥力下降。

●有机质的矿化作用过于缓慢，而腐殖化过程强烈，则可供植物生长的速效性养分不足，使植物营养不足，相反却形成大量的腐殖质，进而造成有机物堆积形成大量的泥炭，虽有大量的养分，但不能释放为植物所吸收利用。二、土壤有机质的调节为什么要对土壤有机质含量进行调节？土壤有机质（碳）的