土壤有機質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化

1、土壤有機質(zhì)如何分解和轉(zhuǎn)化土壤有機質(zhì)是土壤的重要組成部分，對土壤肥力、生態(tài)環(huán)境有重要的作用。土壤有機質(zhì)是指存在于土壤中所有含碳的有機物質(zhì)， 包括土壤中各種動物、植物 殘體、微生物體及其分解和合成的各種有機物質(zhì)，即由生命體和非生命體兩部分 有機物質(zhì)組成。原始土壤中微生物是土壤有機質(zhì)的最早來源。 隨著生物的進化和 成土過程的發(fā)展，動物、植物殘體稱為土壤有機質(zhì)的基本來源。自然土壤經(jīng)人為 影響后，還包括有機肥料、工農(nóng)業(yè)和生活廢水、廢渣、微生物制品、有機農(nóng)藥等 有機物質(zhì)。土壤有機質(zhì)分為新鮮有機質(zhì)、半分解有機質(zhì)和腐殖質(zhì)三種。新鮮有機質(zhì)和平 分解有機質(zhì)，約占有機質(zhì)總量的 10%15%,易機械分開，是土壤有機質(zhì)

2、的基 本組成部分和養(yǎng)分來源，也是形成腐殖質(zhì)的原料。腐殖質(zhì)約占85%-90%,常形成有機無機復(fù)合體，難以用機械方法分開，是改良土壤、供給養(yǎng)分的重要物質(zhì)， 也是土壤肥力水平的重要標志之一。耕作土壤表層的有機質(zhì)含量通常5%,一般在 1% 3%句，一般把耕作層有機質(zhì)含量20%-有機質(zhì)土壤，耕作層有機質(zhì)含量 20%-礦質(zhì)土壤。一、土壤有機質(zhì)組成土壤有機質(zhì)由元素和化合物組成。1、元素組成主要元素組成是c、h、o、n,分別占52%58%、34%39%、3.3 %4.8 % 和3.7 %4.1 %,其次是p、so2、化合物組成(1)糖、有機酸、醛、醇、酮類及其相近的化合物，可溶于水，完全分解產(chǎn)生c o 2和h

3、 2 o ,嫌氣分解產(chǎn)生c h 4等還原性氣體。(2)纖維、半纖維素，都可被微生物分解，半纖維素在稀酸堿作用下易水解，纖維素在較強酸堿作用下易水解。(3)木質(zhì)素，比較穩(wěn)定，不易被細菌和化學物質(zhì)分解，但可被真菌和放線 菌分解。(4)肪、蠟質(zhì)、樹脂和單寧等，不溶于水而溶于醇、醴及苯中，抵抗化學 分解和細菌的分解能力較強，在土壤中除脂肪分解較快外，一般很難徹底分解。(5)含氮化合物，易被微生物分解。(6)灰分物質(zhì)(植物殘體燃燒后所留下的灰)，占植物體重的5 %。主要成 分有 ca、mg k、na、si、p、s、fe、al、mn等。二、土壤有機質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化進入土壤的有機質(zhì)在微生物作用下，進行著復(fù)雜的

4、轉(zhuǎn)化過程，包括礦質(zhì)化過 程與腐殖化過程(一)礦質(zhì)化微生物分解有機質(zhì)，釋放co2和無機物的過程稱礦化作用。這一過程也是有 機質(zhì)中養(yǎng)分的釋放過程。土壤有機質(zhì)的礦質(zhì)化過程主要有以下幾種。1、碳水化合物的分解土壤有機質(zhì)中的碳水化合物如纖維素、 半纖維素、淀粉等糖類，在微生物分泌的糖類水解酶的作用下，首先水解為單糖:(c6h10o5)n +nh2o-nc6h12o6。生成的單糖由于環(huán)境條件和微生物種類不同， 又可通過不同的途徑分解，其 最終產(chǎn)物也不同。如果在好氣條件下，有好氣性微生物分解，最終產(chǎn)物為水和二 氧化碳，放出的熱量多，稱氧化作用。其反應(yīng)如下：nc6h12o6+ 6o2-> 6co2 +

5、6h20+ 熱量如果在通氣不良的條件下，則在嫌氣性微生物作用下緩慢分解， 并形成一些 還原性氣體、有機酸，產(chǎn)生的熱量少，稱發(fā)酵作用。其反應(yīng)為c6h12o6- -ch3ch2ch2cooh+ 2h2+2co2 +熱量4h2+co2-ch4+ 2h2o碳水化合物的分解，不僅為微生物的活動提供了碳源和能源， 擴散到近地表 大氣層中的co2,還可供綠色植物光合作用所需要的碳素營養(yǎng)。 co2溶于水形成 碳酸，有利于土壤礦質(zhì)養(yǎng)分的溶解和轉(zhuǎn)化，豐富土壤中速效態(tài)養(yǎng)分。2、含氮有機質(zhì)的分解含氮有機物是土壤中氮素的主要貯藏狀態(tài)，包括蛋白質(zhì)、氨基酸、腐殖質(zhì)等。 不經(jīng)分解多數(shù)不能為植物直接利用。(1)水解作用蛋白質(zhì)在

6、微生物分泌的蛋白質(zhì)水解酶作用下， 分解成氨基酸的作用稱水解作蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-氨基酸水解酶氨基酸大多數(shù)溶于水，可被植物、微生物吸收利用，也可進一步分解轉(zhuǎn)化。(2)氨化作用分解含氮有機物產(chǎn)生氨的生物學過程稱氨化作用氧化ch2nh2cooh+o2 f hcooh+co2+nh3好氣分解還原ch2nh2cooh+h2 fch3cooh+nh3嫌氣分解水解ch2nh2cooh+h2o -ch2(oh)cooh + nh3不論土壤通氣狀況如何，只要微生物生命活動旺盛，氨化作用就可以在多種 條件下進行。氨化作用生成的氨，在土壤溶液中與酸作用生成較鹽，植物也可以直接吸收利用，也可以nh4+吸附在土壤膠粒上，免遭

7、淋失，也會以 nh3逸入大 氣造成氮素的損失，或進行硝化作用，轉(zhuǎn)化成硝酸。氨態(tài)氮被微生物氧化成亞硝酸，并進一步氧化成硝酸的過程，稱硝化作用。這一作用可分為兩個階段：第一階段，氨被亞硝酸細菌氧化成亞硝酸；第二階段， 亞硝酸被硝化細菌氧化成硝酸。其反應(yīng)如下：2nh2+3o2- -2hno2+ 2h2o+熱量2hno2+ o2->2hno3+熱量硝化作用是一種氧化作用，只能在土壤通氣良好的條件下進行，因此適當?shù)?中耕、松土、排水、經(jīng)常保持土壤疏松透氣，是硝化作用順利進行的必要條件。硝化作用產(chǎn)生的硝酸與土壤中的鹽基作用生成硝酸鹽，no3-也可直接被植物吸收，但no3不易被土壤膠粒吸附，易隨水淋失

8、。(4)反硝化作用同細菌在無氧或微氧條件下以no3或no2 作為呼吸作用的最終電子受體生成n2o和n2的硝酸鹽還原過程，稱反硝化作用。其反應(yīng)如下：反硝化細菌c6h12o6+24kno3 24khco3+6co2+ 12n2T + 18h2o反硝化作用是土壤氮素損失的過程，多發(fā)生在通氣不良或富含新鮮有機質(zhì)的土壤中，改善土壤的通氣狀況，能抑制反硝化作用的進行。3、含磷、硫有機物的分解土壤中含磷有機物主要有核蛋白、卵磷脂、核酸、核素等，它們在有機磷細 菌的作用下進行分解：磷細困 kHn naHC ca2 +核蛋白質(zhì) -磷酸-磷酸鹽水解產(chǎn)生的磷酸鹽是植物可吸收的磷素養(yǎng)分，但在酸性或石灰性土壤中易與fe

9、、al、ca、mg等生成難溶性的磷酸鹽，降低其有效性。在缺氧條件下磷酸又被還 原為磷化氫，其反應(yīng)如下：h3Po4-h3po3 h3Po2- -ph3磷化氫有毒，在水淹條件下常會使植物根系發(fā)黑甚至死亡。(2)含硫有機物的分解植物殘體中的硫，主要存在于蛋白質(zhì)中，能分解含硫有機物的土壤微生物很 多，一般能分解含氮有機物的氨化細菌，都能分解有機硫化物，產(chǎn)生硫化氫，具 反應(yīng)如下：蛋白質(zhì)硫氨基酸h2s還原型的無機硫化物被硫化細菌氧化成硫酸的過程，稱硫化作用。其反應(yīng)如 下：2h2s+o2- -2h2o+ 2s2s + 3o2+ 2h2o- f 2h2so4硫化作用產(chǎn)生的硫酸與土壤中的鹽基物質(zhì)作用， 形成硫酸

10、鹽，硫酸鹽是植物 可吸收的養(yǎng)分。硫酸還可增加土壤中礦質(zhì)養(yǎng)分的溶解度，提高其有效性。細菌在無氧條件下，以so42-作呼吸作用的最終電子受體產(chǎn)生 s或h2s的 硫酸鹽還原過程，稱反硫化作用。硫化氫對根系有毒害作用，能造成根系腐爛。因此，應(yīng)排除土壤多余水分，改善土壤通氣條件，抑制反硫化作用進行。（二）腐殖化腐殖化指有機質(zhì)被分解后再合成新的較穩(wěn)定的復(fù)雜的有機化合物，并使有機質(zhì)和養(yǎng)分保蓄起來的過程。一般認為腐殖質(zhì)的形成要經(jīng)過兩個階段：第一階段：微生物將動植物殘體轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)的組分，如芳香族化合物（多元酚）和含氮的化合物（氨基酸和多肽）；第二階段：在微生物的作用下，各組分通過縮合作用合成腐殖質(zhì)的過程。 在 第二階段中，微生物分泌的酚氧化化酶，將多元酚氧化為釀，酶與其它含氮化合 物合成腐殖質(zhì)。即1）多元酚氧化為釀；2）酶和氨基酸或肽縮合。腐殖化系數(shù)：單位重量的有機物質(zhì)碳在土壤中分解一年后的殘