第二章土壤有機(jī)質(zhì)演示文稿第1頁(yè)，共73頁(yè)。優(yōu)選第二章土壤有機(jī)質(zhì)第2頁(yè)，共73頁(yè)。概念：土壤有機(jī)質(zhì)(soilorganicmatter)

指存在于土壤中的所有含碳的有機(jī)物質(zhì)，包括各種動(dòng)植物殘?bào)w、微生物體及其分解和合成的各種有機(jī)物質(zhì)。第3頁(yè)，共73頁(yè)。第一節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源、含量及其組成

微生物植物來(lái)源動(dòng)物來(lái)源工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品一、土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源第4頁(yè)，共73頁(yè)。二、土壤有機(jī)質(zhì)的含量及組成1、有機(jī)質(zhì)含量

一般含量在0-5%之間。泥炭土可高達(dá)20%或30%以上漠境土和砂質(zhì)土壤不足0.5%耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量>20%的，有機(jī)質(zhì)土壤；耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量<20%的，礦質(zhì)土壤。第5頁(yè)，共73頁(yè)。土壤有機(jī)質(zhì)0.5%5%0.5-2.0%7%第6頁(yè)，共73頁(yè)。第7頁(yè)，共73頁(yè)。2、有機(jī)質(zhì)的組成(1)

化學(xué)元素組成土壤有機(jī)質(zhì)的主要元素組成是C、O、H、N，分別占52％-58％、34％-9％、3.3％-4.8％，3.7%-4.1%。其次是P和S。C/N比大約在10左右。第8頁(yè)，共73頁(yè)。(2)化合物組成土壤有機(jī)質(zhì)中主要的化合物組成是類木質(zhì)素和蛋白質(zhì)，其次是半纖維素、纖維素以及乙醚和乙醇可溶性化合物。第9頁(yè)，共73頁(yè)。1）非腐殖質(zhì)：

新鮮動(dòng)植物殘?bào)w-未分解的生物遺體

半分解有機(jī)殘?bào)w-經(jīng)微生物部分分解作用，已破壞原始形態(tài)和結(jié)構(gòu)?？蓹C(jī)械分離，占10-15%，基本組成部分，作物養(yǎng)分重要來(lái)源，形成腐殖質(zhì)的原料(3)存在形態(tài)：第10頁(yè)，共73頁(yè)。2）腐殖質(zhì)（humus）：除未分解和半分解動(dòng)、植物殘?bào)w及微生物體以外的有機(jī)物質(zhì)的總稱不可機(jī)械分離，占85-90%，主要成分，作物營(yíng)養(yǎng)主要物質(zhì)，改良土壤性質(zhì),肥力水平主要標(biāo)志.第11頁(yè)，共73頁(yè)。腐殖質(zhì)可分為:非腐殖物質(zhì)（Non-HumicSubstance)：有特定物理化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)已知的有機(jī)化合物。占腐殖質(zhì)的20-30%。來(lái)自微生物改變的植物化合物/微生物合成的有機(jī)物質(zhì)。腐殖物質(zhì)（HumicSubstance)：經(jīng)微生物作用后，由多酚和多醌類物質(zhì)聚合而成的含芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的、新形成的黃色至棕黑色的非晶型高分子有機(jī)化合物。占土壤有機(jī)質(zhì)60-80%。第12頁(yè)，共73頁(yè)。第二節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化第13頁(yè)，共73頁(yè)。圖4-1有機(jī)質(zhì)的分解與合成示意圖第14頁(yè)，共73頁(yè)。礦化作用(Mineralization)***

土壤有機(jī)質(zhì)在土壤微生物及其酶的作用下，分解成二氧化碳和水，并釋放出其中的礦質(zhì)養(yǎng)分的過(guò)程。R－(C，4H，養(yǎng)分)+2O2CO2+2H2O+能量+養(yǎng)分酶氧化礦化過(guò)程與腐殖化過(guò)程第15頁(yè)，共73頁(yè)。腐殖化過(guò)程:(Humification)***各種有機(jī)化合物通過(guò)微生物的合成或在原植物組織中的聚合轉(zhuǎn)變?yōu)榻M成和結(jié)構(gòu)比原來(lái)有機(jī)化合物更為復(fù)雜的新的有機(jī)化合物，這一過(guò)程稱為腐殖化過(guò)程。第16頁(yè)，共73頁(yè)。根據(jù)分解的難易程度活性庫(kù)（activepool）：微生物生物量有機(jī)質(zhì)、微粒有機(jī)質(zhì)、部分易分解富啡酸、多糖等非腐殖物質(zhì)；緩效庫(kù)（slowpool）：木質(zhì)素等不易分解化合物含量較高的微粒有機(jī)質(zhì)；惰性庫(kù)（passivepool）：長(zhǎng)期穩(wěn)定存在，粘土礦物-腐殖質(zhì)復(fù)合體中的腐殖質(zhì)、大部分胡敏酸和胡敏素。第17頁(yè)，共73頁(yè)。一、簡(jiǎn)單有機(jī)化合物的分解和轉(zhuǎn)化

在好氧條件下，微生物活動(dòng)旺盛，分解作用可進(jìn)行較快而徹底，有機(jī)物質(zhì)---->CO2和H2O，而N、P、S等則以礦質(zhì)鹽類釋放出來(lái)。

在嫌氣條件下，好氧微生物的活動(dòng)受到抑制，分解作用進(jìn)行得既慢又不徹底，同時(shí)往往還產(chǎn)生有機(jī)酸、乙醇等中間產(chǎn)物。

在極端嫌氣的情況下，還產(chǎn)生CH4、H2等還原物質(zhì)，其中的養(yǎng)料和能量釋放很少，對(duì)植物生長(zhǎng)不利。第18頁(yè)，共73頁(yè)。有機(jī)化合物分解的差異單糖、淀粉和簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)粗蛋白質(zhì)纖維素脂肪、蠟質(zhì)木質(zhì)素、酚類化合物有機(jī)質(zhì)分解由易而難的遞進(jìn)半纖維素第19頁(yè)，共73頁(yè)。二、植物殘?bào)w的分解和轉(zhuǎn)化植物殘?bào)w在土壤中的分解過(guò)程可分為兩個(gè)階段：

第一階段：快速礦化，易分解組分；第二階段：緩慢分解，難分解組分。

據(jù)估計(jì)，有機(jī)殘?bào)w經(jīng)一年降解后，2/3以上的有機(jī)質(zhì)以CO2形式釋放而損失，殘留的有機(jī)質(zhì)不到1/3，其中土壤微生物量占3-8%；多糖、多糖醛酸苷、有機(jī)酸等非腐殖物質(zhì)占3-8%；腐殖物質(zhì)占10-30%。根系年殘留量比地上部分稍高。第20頁(yè)，共73頁(yè)。三、土壤腐殖物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化腐殖物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化經(jīng)歷3個(gè)階段：

第一階段：腐殖物質(zhì)經(jīng)物理、化學(xué)和生物降解，使芳香結(jié)構(gòu)核心與其復(fù)合的簡(jiǎn)單有機(jī)物分離或使整個(gè)復(fù)合體解體；第二階段：釋放的簡(jiǎn)單有機(jī)物質(zhì)被分解轉(zhuǎn)化，酚類聚合物被氧化；第三階段：脂肪酸被分解，被釋放的芳香族化合物參與新腐殖質(zhì)的形成。第21頁(yè)，共73頁(yè)。四、影響土壤有機(jī)質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化的因素（一）溫度（二）土壤的水分和通氣狀況（三）有機(jī)殘?bào)w的特性（四）土壤特性第22頁(yè)，共73頁(yè)。（一）溫度

微生物活動(dòng)響應(yīng)于溫度變化無(wú)分解：≤0℃

；分解隨溫度而加強(qiáng)：0-35℃

；升溫10℃

，分解速率提高2~3倍；最適分解溫度：25~35℃第23頁(yè)，共73頁(yè)。

微生物適宜的含水量

<-0.03Mpa,厭氣分解；

-0.03~-0.1Mpa,適宜分解；

>0.3MPa,分解迅速降低；

>4MPa,onlyfungi

頻繁的干濕交替，強(qiáng)烈促進(jìn)分解。（二）土壤的水分和通氣狀況第24頁(yè)，共73頁(yè)。通氣良好：好氣微生物活躍，好氣分解，速度快，分解完全，礦化率高，中間產(chǎn)物累積少，利于植物吸收利用，不利于土壤有機(jī)質(zhì)的累積和保存。通氣不良：嫌氣微生物活動(dòng)旺盛，分解慢，不完全，礦化率低，中間產(chǎn)物容易積累，產(chǎn)生有毒還原氣體，利于有機(jī)質(zhì)積累和保存。

通氣過(guò)盛和過(guò)差，都對(duì)土壤肥力不利。必須好氣和嫌氣分解配合，既保持適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)質(zhì)水平，又有足夠的有效養(yǎng)分。調(diào)節(jié)土壤通氣狀況，是提高土壤肥力的方法之一。第25頁(yè)，共73頁(yè)。1、有機(jī)殘?bào)w的物理狀態(tài)：

（三）有機(jī)殘?bào)w的特性

新鮮程度

破碎程度

緊實(shí)程度一般情況下，多汁幼嫩新鮮的綠肥易分解。第26頁(yè)，共73頁(yè)。3、有機(jī)殘?bào)w的碳氮比：用C/N表示。微生物吸收1份氮，就要吸收5份碳用于構(gòu)成自身細(xì)胞，同時(shí)要消耗20份碳作為生命活動(dòng)的能量。微生物分解需有機(jī)質(zhì)的C/N為25：1。2、有機(jī)殘?bào)w的化學(xué)成分：一般情況下，闊葉比針葉快；葉片比殘根快，豆科比禾本科快。

C/N降至大約25：1以下，微生物不再利用土壤中的有效氮，相反由于有機(jī)質(zhì)較完全的分解而釋放礦質(zhì)態(tài)氮，第27頁(yè)，共73頁(yè)。第28頁(yè)，共73頁(yè)。（四）土壤特性

土壤質(zhì)地：粘質(zhì)和粉砂質(zhì)土壤通常比砂質(zhì)土壤含有更多的有機(jī)質(zhì)。砂質(zhì)土壤較利于有機(jī)質(zhì)分解，粘粒對(duì)有機(jī)質(zhì)有保護(hù)作用，粘粒-腐殖質(zhì)復(fù)合體可保護(hù)有機(jī)質(zhì)免受分解。

土壤pH值：各種微生物具有其最適宜的pH值范圍，中性土壤有利于有機(jī)質(zhì)礦化，酸性土壤補(bǔ)鈣-施石灰等于施肥。改良過(guò)酸過(guò)堿的土壤，對(duì)促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的礦化有顯著效果。第29頁(yè)，共73頁(yè)。有機(jī)質(zhì)的粘粒保護(hù)作用第30頁(yè)，共73頁(yè)。第三節(jié)土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì)第31頁(yè)，共73頁(yè)。一、土壤腐殖物質(zhì)的形成土壤腐殖物質(zhì)的形成過(guò)程稱為“腐殖化作用”。對(duì)其一般可分為3個(gè)階段：第一階段：植物殘?bào)w分解產(chǎn)生簡(jiǎn)單的有機(jī)碳化合物；第二階段：通過(guò)微生物對(duì)這些有機(jī)化合物的代謝作用和反復(fù)循環(huán)，增殖微生物細(xì)胞；第三階段：通過(guò)微生物合成的多酚和醌或來(lái)自植物的類木質(zhì)素，聚合形成高分子多聚化合物，即腐殖物質(zhì)。第32頁(yè)，共73頁(yè)。4條途徑：途徑1：通過(guò)還原糖形成，糖和氨基酸經(jīng)聚合作用形成棕色的含氮聚合物；途徑2和3：多元酚理論途徑4：Selmanwaksman的經(jīng)典理論，即木質(zhì)素-蛋白質(zhì)理論。第33頁(yè)，共73頁(yè)。（一）土壤腐殖質(zhì)-粘土礦物復(fù)合體游離態(tài)很少結(jié)合態(tài)52%-98%腐殖物質(zhì)二、土壤腐殖物質(zhì)-粘土礦物-微生物的相互作用第34頁(yè)，共73頁(yè)。土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體示意圖第35頁(yè)，共73頁(yè)。（二）微生物與土壤有機(jī)質(zhì)和粘土礦物之間的相互作用

土壤中80-90%的微生物粘附在各種礦物、有機(jī)質(zhì)或礦物-有機(jī)物復(fù)合體表面，形成單個(gè)的微菌落或生物膜。微生物體吸附于礦物、有機(jī)物表面后，其細(xì)胞代謝將會(huì)發(fā)生明顯的變化，從而影響到土壤中與生物相關(guān)的一系列土壤環(huán)境過(guò)程。（a）第36頁(yè)，共73頁(yè)。三、土壤腐殖酸的分組目前常用的提取劑（1）0.1MNaOH溶液（2）0.1MNaOH+0.1M

焦磷酸鈉混合提取液水浮選、挑揀和靜電吸附或重液（相對(duì)密度1.8或2.0）除去未分解和半分解的殘?bào)w，這部分有機(jī)質(zhì)稱為輕組；留下的土壤中的稱為重組。第37頁(yè)，共73頁(yè)。腐殖質(zhì)分組方法吉馬多美朗酸乙醇溶解第38頁(yè)，共73頁(yè)。腐殖物質(zhì)的分組胡敏素胡敏酸富里酸腐殖物質(zhì)第39頁(yè)，共73頁(yè)。四、土壤腐殖酸的性質(zhì)

（一）物理性質(zhì)1、顏色

黑褐色，富里酸呈淡黃色，胡敏酸呈褐色2、溶解性富里酸溶于水、酸、堿；胡敏酸不溶于水和酸，但溶于堿；富里酸的一價(jià)、二價(jià)鹽溶于水，三價(jià)鹽幾乎不溶于水；胡敏酸的一價(jià)鹽溶于水，但二價(jià)、三價(jià)鹽幾乎不溶于水。3、吸水性最大吸水量可以超過(guò)500%4、膠體特性

土壤有機(jī)膠體的主要組成部分第40頁(yè)，共73頁(yè)。（二）腐殖酸的化學(xué)性質(zhì)1、腐殖酸的元素組成由C、H、O、N、S等組成，還有Ca、Mg、Fe、Si等灰分元素；含C55-60%含N3-6%C/N平均為10:1-12:1第41頁(yè)，共73頁(yè)。

我國(guó)主要土壤腐殖酸的元素組成元素（%）CHO+SNHA50-603.1-5.331-413.0-5.6FA45-534.0-4.840-482.5-4.3習(xí)慣上以58%為其平均值，故計(jì)算有機(jī)質(zhì)的含量時(shí)，一般以1.724為折算系數(shù)。第42頁(yè)，共73頁(yè)。2、含氧官能團(tuán)羧基、酚羥基、羰基、醌基、醇羥基、甲氧基等。種類羧基酚羥基醇羥基醌基酮基甲氧基HA275-481221-347224-42690-18132-20632-95FA639-845143-257515-58154-58143-25439表2-4我國(guó)主要土壤表土中腐殖物質(zhì)的含氧功能基[cmol(+).kg-1]第43頁(yè)，共73頁(yè)。3、腐殖酸的絡(luò)合性絡(luò)合物的穩(wěn)定性隨pH值的升高而增大。在pH4.8時(shí)能與Fe、Al、Ca等離子形成可溶性絡(luò)合物，但在中性或堿性條件下會(huì)產(chǎn)生沉淀。第44頁(yè)，共73頁(yè)。4、腐殖酸的電性腐殖酸是一種兩性膠體。即可以帶負(fù)電荷，也可以帶正電荷。而通常以帶負(fù)電荷為主。腐殖質(zhì)的負(fù)電荷數(shù)量隨pH質(zhì)的升高而升高。第45頁(yè)，共73頁(yè)。（1）腐殖酸是高分子聚合物，分子量有較大的差異。（2）腐殖酸的分子形狀

pH2-3纖維、纖維束狀

4-7網(wǎng)狀、海綿狀

8-9頁(yè)狀

>10粒狀（三）腐殖酸的分子結(jié)構(gòu)特征第46頁(yè)，共73頁(yè)。第47頁(yè)，共73頁(yè)。HA的3D優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型

第48頁(yè)，共73頁(yè)。（四）腐殖質(zhì)的穩(wěn)定性與變異性1、穩(wěn)定性在溫帶條件下，一般植物殘?bào)w的半分解周期少于3個(gè)月，植物殘?bào)w形成的新的有機(jī)質(zhì)的半分解期為4.7-9年，而胡敏酸的平均停留時(shí)間為780-3000年，富里酸的平均停留為200-630年。第49頁(yè)，共73頁(yè)。2、腐殖質(zhì)的變異性

HA/FA值***：表示胡敏酸與富里酸含量的比值。是表示土壤腐殖質(zhì)成份變異的指標(biāo)之一。一般我國(guó)北方的土壤，特別干旱區(qū)與半干旱區(qū)的土壤腐殖質(zhì)以胡敏酸為主，HA/FA比大于1.0

而在溫暖潮濕的南方的酸性土壤中，土壤中以富里酸為主，HA/FA比一般小于1.

在同一地區(qū)，水稻土的腐殖質(zhì)的HA/FA比大于旱地。在同一地區(qū)，熟化程度高的土壤的HA/FA比較高。第50頁(yè)，共73頁(yè)。第四節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理第51頁(yè)，共73頁(yè)。（一）提供植物需要的養(yǎng)分

碳素營(yíng)養(yǎng)：碳素循環(huán)是地球生態(tài)平衡的基礎(chǔ)。土壤每年釋放的CO2達(dá)1.35×1011噸，相當(dāng)于陸地植物的需要量；氮素營(yíng)養(yǎng)：土壤有機(jī)質(zhì)中的氮素占全氮的90-98%；磷素營(yíng)養(yǎng)：土壤有機(jī)質(zhì)中的磷素占全磷的20-50%；

其他營(yíng)養(yǎng)：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等營(yíng)養(yǎng)元素。一、有機(jī)質(zhì)在土壤肥力上的作用第52頁(yè)，共73頁(yè)。（二）改善土壤肥力特性1、物理性質(zhì)：①促進(jìn)良好結(jié)構(gòu)體形成；②降低土壤粘性，改善土壤耕性；③降低土壤砂性，提高保蓄性；④促進(jìn)土壤升溫。2、化學(xué)性質(zhì)：①影響土壤的表面性質(zhì)；②影響土壤的電荷性質(zhì)，③影響土壤保肥性；④影響土壤的絡(luò)合性質(zhì)；⑤影響土壤緩沖性。3、生物性質(zhì)：①影響根系的生長(zhǎng)；②影響植物的抗旱性；③影響植物的物質(zhì)合成與運(yùn)輸；④土壤生物的食源。第53頁(yè)，共73頁(yè)。（一）有機(jī)質(zhì)與重金屬離子的作用

腐殖酸是重金屬離子的絡(luò)合劑。以Cr3+為例。（二）有機(jī)物質(zhì)對(duì)農(nóng)藥等有機(jī)污染物的固定作用（三）土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)全球碳平衡的影響二、有機(jī)質(zhì)在生態(tài)環(huán)境上的作用第54頁(yè)，共73頁(yè)。第55頁(yè)，共73頁(yè)。一個(gè)碳原子的旅程據(jù)Garrels等（1975)計(jì)算：在大氣圈中停留4年；在生物圈中停留11年；在海洋上層水域停留385年；在深海中停留10萬(wàn)年；在地殼中停留3.42×108第56頁(yè)，共73頁(yè)。第57頁(yè)，共73頁(yè)。第58頁(yè)，共73頁(yè)。碳素轉(zhuǎn)化模型以CENTURY模型為例第59頁(yè)，共73頁(yè)。土壤有機(jī)質(zhì)（碳）的動(dòng)態(tài)平衡土壤有機(jī)質(zhì)含量并非可以無(wú)限提高，在穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。三、土壤有機(jī)質(zhì)的管理$$如何提高土壤有機(jī)質(zhì)含量？第60頁(yè)，共73頁(yè)。堅(jiān)持兩個(gè)原則

平衡原則經(jīng)濟(jì)原則土壤有機(jī)質(zhì)的含量決定于年生成量和年礦化量的相對(duì)大小。兩者相等：有機(jī)質(zhì)含量保持不變；生成量>礦化量：有機(jī)質(zhì)含量增加；生成量<礦化量：有機(jī)質(zhì)含量降低。第61頁(yè)，共73頁(yè)。（1)合理耕作制度（退化或熟化）合理的耕作制度可促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高并維持較高的水平。提高有機(jī)質(zhì)含量的措施1、堅(jiān)持補(bǔ)充新的有機(jī)質(zhì)第62頁(yè)，共73頁(yè)。第63頁(yè)，共7