第三章土壤生物和有機質(zhì)

1、第三章 土壤生物和土壤有機質(zhì)主要教學(xué)目標(biāo)：本章屬于土壤生物化學(xué)性質(zhì)的范疇。通過學(xué)習(xí)了解土壤有機質(zhì)的實質(zhì)，掌握土壤有機質(zhì)在園林生產(chǎn)中的作用。第一節(jié) 土壤生物一、林木根系1、根的種類 水平根、垂直根、斜生根、下垂根、下斜根。2、根系類型水平根型：水平根占優(yōu)勢；垂直根型：垂直根發(fā)達(dá)； 斜生根型：主要為斜生根，如刺槐。復(fù)合根型：各類根的發(fā)育程度相近變態(tài)根型：由外界特殊條件如人為的影響產(chǎn)生的。在容器中育苗所形成的根屬變態(tài)根型。 二、土壤動物三、土壤微生物 在土壤中數(shù)量最高，如一般土壤中細(xì)菌為10710 8個/g土真菌10510 6個/g土，放線菌10610 7個/g土，藻類10410 5個/g土。他們和

2、蚯蚓一起在土壤總的代謝活性中起重要的作用。1、細(xì)菌（1）根據(jù)生理作用分類：可分為 碳水化合物分解細(xì)菌分解糖、淀粉、纖維素等； 氨化細(xì)菌有機含N化合物中的N素，通過氨化細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化形成氨； 硝化細(xì)菌氨經(jīng)硝化細(xì)菌作用轉(zhuǎn)化為亞硝酸，然后轉(zhuǎn)化為硝酸。 反硝化細(xì)菌硝態(tài)氮在反硝化細(xì)菌作用下，使硝酸還原成還原態(tài)氮。 固N細(xì)菌從大氣中固定N素合成含N化合物。（2）根據(jù)營養(yǎng)方式分類 分為自養(yǎng)和異氧細(xì)菌。在異養(yǎng)方式中分好氧和厭氧型。2、真菌：對酸度的適應(yīng)范圍較寬，在pH4時也能生長。在森林土壤和酸性環(huán)境中，是分解土壤有機質(zhì)的主要微生物類群。有些真菌能在一些根上發(fā)育，共同發(fā)育成菌根?，F(xiàn)已查明有2000種植物與真菌

3、共生形成菌根。根據(jù)菌根的形態(tài)結(jié)構(gòu)，可分為外生菌根和內(nèi)生菌根。松柏科、樺木科、殼斗科、楊柳科、胡桃科等許多森林喬木的根上都生有外生菌根，大豆、玉米、棉花、馬鈴薯、胡蘿卜等生有內(nèi)生菌根。 3、放線菌：屬單細(xì)胞微生物，在土壤中以菌絲體存在，大量出現(xiàn)在分解的有機物上。有些嗜熱性的放線菌屬能耐高溫（5065），普遍存在于土壤、肥料及發(fā)熱的干草和堆肥中。在已知的放線菌中，約有50%能產(chǎn)生抗菌素，具有抑制其它細(xì)菌的能力?！?406”抗生菌肥料，屬于放線菌肥料。在生態(tài)學(xué)應(yīng)用方面觀察到，在有幾丁質(zhì)存在時，有利于放線菌的發(fā)育，而且能顯著地抑制引起高等植物病害的真菌。4、藻類：是含葉綠素的低等植物，有些能進(jìn)行光合作

4、用，自身合成有機質(zhì)，它們主要生活在土壤表層。地表藻類能夠和土壤顆粒粘結(jié)在一起，增加土壤表面的強度，可使土壤侵蝕明顯減輕。另外藍(lán)綠藻可固定N素。第二節(jié) 土壤有機質(zhì)的來源、組成和類型一、 什么是有機質(zhì)廣義：包括一切生物體極其分解或合成的各種產(chǎn)物。狹義：通過微生物轉(zhuǎn)化合成的有機物質(zhì)即腐殖質(zhì)。二、 來源 最重要的是高等植物的枯枝落葉、莖、根系、花果等殘體。三、 有機質(zhì)的類型 廣義的有機質(zhì)包括2大類：一是非特殊性有機質(zhì)生物遺體及其分解的中間產(chǎn)物。二是特殊性有機質(zhì)腐殖質(zhì)四、非特殊性有機質(zhì)的化學(xué)成分 1、單糖和有機酸；2、多糖類：淀粉、半纖維素、纖維素等。3、蛋白質(zhì)；4、木質(zhì)素；5、單寧、脂肪、蠟質(zhì)、樹脂

5、6、灰分物質(zhì)植物體經(jīng)過灼燒后殘留的無機物，主要元素有Ca、Mg、K、Na、S、P、Fe等。第三節(jié) 土壤有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化是本章的重點。有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程包括：礦質(zhì)化過程和腐殖化過程一、礦質(zhì)化過程復(fù)雜的有機質(zhì)經(jīng)過微生物的分解作用，最終形成簡單的無機物質(zhì)如水、二氧化碳、硫酸鹽、硝酸鹽等。1、單糖的分解：在有氧條件下徹底分解，形成二氧化碳和水，在缺氧條件下，形成有機酸類的中間產(chǎn)物，并產(chǎn)生還原性的甲烷及氫氣等。2、纖維素的分解：首先分解為單糖，然后進(jìn)一步分解。3、含氮有機質(zhì)的分解： 主要是蛋白質(zhì)的分解，是土壤氮素循環(huán)的主要過程。包括4個過程：（1）水解過程：蛋白質(zhì)在水解酶作用下分解成簡單的氨基酸；（2）氨化作

6、用：在氨化細(xì)菌作用下，有機態(tài)氮變成無機態(tài)氮即氨或銨的過程。（3）硝化作用：氨在微生物作用下，經(jīng)過亞硝酸的中間階段，進(jìn)一步氧化為硝酸。需在有氧條件下進(jìn)行。（4）反硝化作用：在厭氣條件如水淹、有機質(zhì)含量過高情況下。硝態(tài)氮在反硝化細(xì)菌作用下，轉(zhuǎn)化為還原態(tài)氮如氨、NO、N2O、N2、HNO等4、有機態(tài)P的分解： 含磷的有機物在磷細(xì)菌的作用下，經(jīng)過水解過程形成磷酸（H3PO4）。在嫌氣條件下，許多微生物引起磷酸還原，產(chǎn)生亞磷酸或次磷酸。在有機質(zhì)豐富時，進(jìn)一步還原為磷化氫。5、含S有機物的轉(zhuǎn)化 與有機含氮化合物的轉(zhuǎn)化過程相似。含S有機物在腐解作用下產(chǎn)生的硫化氫，在通氣良好時，在硫細(xì)菌作用下氧化形成硫酸。硫

7、酸在不良通氣條件下發(fā)生反硫化作用，形成硫化氫，對植物產(chǎn)生毒害。二、腐殖化過程有機質(zhì)分解過程中的中間產(chǎn)物經(jīng)過微生物的作用合成暗色的含N高分子化合物（腐殖質(zhì)），是一種自然的形成物。1、 定義：土壤腐殖質(zhì)是土壤有機質(zhì)經(jīng)過強烈轉(zhuǎn)化而形成的含N高分子化合物。2、形成過程還不十分清楚，但大體包括2個階段第一階段：產(chǎn)生腐殖質(zhì)分子的各個組成成分。如多元酚、氨基酸、多肽等有機物質(zhì)。第二階段：由多元酚和含氮化合物縮合成腐殖質(zhì)單體分子。此縮合過程包括兩步： 首先是多元酚在多酚氧化酶作用下氧化為醌： 然后醌和含氮化合物（氨基酸）縮合，最后腐殖質(zhì)單體分子繼續(xù)縮合成高級腐殖質(zhì)分子。用圖表示為：3、土壤腐殖質(zhì)的物質(zhì)組成 用

8、酸、堿和酒精處理，得到胡敏酸、吉馬多美朗酸、富里酸和胡敏素。 胡敏素是與礦物結(jié)合的胡敏酸或是變質(zhì)的胡敏酸；吉馬多美朗酸是胡敏酸的衍生物。4、胡敏酸和富里酸的特征 從顏色看胡敏酸棕色到黑色，富里酸黃色。 從分子量看，胡敏酸大，富里酸小，在1萬以下。 胡敏酸的C，N，S含量高于富里酸 對水溶解度，胡敏酸不溶或難溶，富里酸溶于水 胡敏酸羧基和酚基低于富里酸胡敏酸一價鹽溶于水，二價或三價鹽不溶于水，富里酸都溶。 礦質(zhì)化過程和腐質(zhì)化過程是有機質(zhì)轉(zhuǎn)化的兩個方向，同時進(jìn)行的。在溫度較高、濕度適中、通氣良好時，礦化過程快，養(yǎng)分釋放快。如過快，養(yǎng)分會損失，且腐殖質(zhì)形成過少，對養(yǎng)地不利。 溫度低、濕度大、通氣不良

9、，以嫌氣性微生物活動為主，養(yǎng)分釋放少，腐殖質(zhì)過程快。園林土壤有機質(zhì)少、結(jié)構(gòu)性差、養(yǎng)分低，如何促進(jìn)施用有機肥料的分解，是目前面臨的新課題。 第四節(jié) 影響有機質(zhì)分解的因素一、有機殘體的組成狀況1、有機殘體的物理狀態(tài)： 一般情況下，多枝幼嫩新鮮的綠肥易分解。2、有機殘體的化學(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。3、有機殘體的碳氮比 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，同時要消耗20份碳作為生命活動的能量。微生物分解需有機質(zhì)的C/N為25：1。 二、外界條件外界條件通過制約微生物的活動，而影響有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化。1、最適溫度：2030度。2、濕度和

10、通氣狀況：在田間持水量的60%最好。3、土壤pH：細(xì)菌最適Ph6.57.5，放線菌中性到為堿性，真菌酸性到中性條件。4、土壤中的粘粒：由于粘粒的吸附可減弱土壤酶、土壤微生物的活性，對于粘重土壤，有機質(zhì)不易分解。 第五節(jié) 重要的土壤生物學(xué)現(xiàn)象一、根際與根際效應(yīng) 根際就是植物根與土壤的交界面，一般是距根面14毫米的土壤范圍內(nèi)。 在根際土壤中，根系除直接吸收養(yǎng)分外，還將各種有機和無機物釋放到這部分土壤中。 根的分泌物包括碳水化合物、氨基酸等，使根際土壤的微生物大量繁殖，這種現(xiàn)象稱為根際效應(yīng)。常用R/S來表示。 有時根系會分泌植物毒素，強烈擬制同種植物或他種植物的生長。連作減產(chǎn)現(xiàn)象，可能與根分泌毒素有

11、關(guān)。二、 生物固氮1、概念：生物固氮是在常溫、常壓下，通過固氮生物體內(nèi)固氮酶的作用，將游離氮素轉(zhuǎn)變成氨的過程。2、 固氮的微生物：70多個屬。主要為細(xì)菌、放線菌和藍(lán)、綠藻類。3、 生物固氮的形式：自生固氮和共生固氮。其中共生固氮的效率高。豆科植物（三葉草、草木樨、紫花苜蓿）300600千克/公頃.年。非豆科（赤楊屬、楊梅屬、仙人掌屬）的固氮為：50400千克/公頃.年。4、 生產(chǎn)應(yīng)用：在綠地建植中，要適當(dāng)培植一些共生固氮植物，適當(dāng)進(jìn)行根瘤菌接種。5、 根瘤菌要求土壤為中性，磷、鎂、鉬、錳含量較高的土壤。三、 菌根 內(nèi)生菌根中最重要的是泡囊分枝狀菌根（VA菌根），屬真菌類，是目前微生物肥料中研究

12、的熱點。菌根現(xiàn)象十分普遍，且沒有嚴(yán)格的專一性，同種植物可被多種菌根菌感染，同一種菌根菌也可以感染多種植物，對植物的生長環(huán)境有利，同時使用菌劑方便。在園林生產(chǎn)中，對不良的土壤，使幼苗感染或接種菌根菌是非常必要的。方法：客土或施用微生物肥料四、 園林土壤生物學(xué)性質(zhì)的改良 對于園林土壤來講，不良的生物學(xué)性質(zhì)，包括生物活性(微生物所進(jìn)行的各種生理活動能力）低下，和有害生物過高兩種情況。 生物活性低的原因，主要是有機質(zhì)和礦質(zhì)營養(yǎng)缺乏，另外還與土壤物理性質(zhì)不良有關(guān)。 改良的關(guān)鍵：增加有機質(zhì)含量，另外使土壤疏松、良好的水氣熱狀況也是必要的。另外，接種有益的微生物或施用微生物肥料。 土壤有害生物多，可引起嚴(yán)重

13、的病蟲害。 方法：進(jìn)行土壤消毒：對于綠地，在播種或移栽前要對土壤進(jìn)行消毒，可殺滅有害的病原微生物、害蟲和雜草種子。對于溫室大棚。需年年消毒。 如何消毒：高溫消毒和藥物消毒。 在土壤中埋設(shè)導(dǎo)管，將土壤密封好，通如熱的蒸汽，溫度在80100度時。10分鐘可完成消毒。 藥物：福爾馬林、溴甲烷、硫酰氟、硫酸亞鐵等 第六節(jié) 土壤有機質(zhì)的作用一、是植物營養(yǎng)的主要來源 有機質(zhì)含有極為豐富的氮、磷、鉀和微量元素。分解后產(chǎn)生的二氧化碳是供給植物的碳素營養(yǎng)。 二、刺激根系的生長 腐殖質(zhì)物質(zhì)以很稀的濃度（10-610-3）、以分子態(tài)進(jìn)入到植物體，可刺激根系的發(fā)育，促進(jìn)植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。三、腐殖質(zhì)可改善土壤的物理

14、狀況 促進(jìn)土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，是良好的土壤膠結(jié)劑。四、腐殖質(zhì)具有高度保水、保肥能力 腐殖質(zhì)是一種土壤膠體，有巨大的比表面積，有巨大的吸收代換能力。粘土顆粒的吸水率為50%60%。而腐殖質(zhì)的吸水率為500%600%。 五、腐殖質(zhì)具有絡(luò)合作用 腐殖質(zhì)能和磷、鐵、鋁離子形成絡(luò)合物或螯合物，避免難溶性磷酸鹽的沉淀，提高有效養(yǎng)分的數(shù)量。六、促進(jìn)微生物的活動為微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)。七、提高土壤溫度的作用 有機質(zhì)為暗色物質(zhì)，一般是棕色到黑褐色，吸熱能力強，可改善土壤熱狀況。 第七節(jié) 土壤有機質(zhì)的調(diào)節(jié)對于園林土壤有機質(zhì)含量一般低于1%，且土壤的結(jié)構(gòu)性差，應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。 增施有機肥。施用草炭土、腐葉土以及經(jīng)

15、過合理處理的生活垃圾。應(yīng)注意長期施用有機肥。 歸還園林植物的凋落物。將有機殘體就地填埋或集中堆漚，使之成為理想的有機肥料。 種可觀賞的綠肥。在公園、街道、廣場的橋灌木下。種草坪或觀賞價值較高的綠肥植物，通過翻耕入土，可提高土壤有機質(zhì)含量。 通過澆水、翻土措施。調(diào)節(jié)土壤的溫度、濕度、通氣等，調(diào)節(jié)有機質(zhì)的積累和分解。本章重點：土壤有機態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過程；土壤腐殖質(zhì)的形成過程及其主要物質(zhì)組成；土壤有機質(zhì)的作用。本章難點：一是土壤腐殖質(zhì)合成的兩個階段。土壤腐殖質(zhì)是在土壤中，由有機物質(zhì)在微生物作用下轉(zhuǎn)化來的，是一種自然的合成物，可以用化學(xué)方法從土壤中分離出來。此種物質(zhì)在土壤中非常穩(wěn)定，但在當(dāng)形成條件改變時，腐殖質(zhì)也會分解。二是土壤有機質(zhì)的作用。有些內(nèi)容如土壤膠體