第二章-1-土壤有機(jī)質(zhì)

1、第二章 土壤有機(jī)質(zhì)與土壤生物第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來源與轉(zhuǎn)化第二節(jié) 土壤腐殖質(zhì)第三節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用與管理第四節(jié) 土壤生物與土壤酶第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來源與轉(zhuǎn)化一、土壤有機(jī)質(zhì)（soil organic matter）的概念1、定義 廣義：指土壤中各種動(dòng)植物殘?bào)w及微生物分解和合成的有機(jī)化合物 狹義：主要指有機(jī)質(zhì)殘?bào)w經(jīng)微生物作用形成的一類特殊的、復(fù)雜的、性質(zhì)比較穩(wěn)定的高分子有機(jī)化合物，即土壤腐殖質(zhì)（humus)2、來源與形態(tài)新鮮的動(dòng)植物殘?bào)w半分解的有機(jī)物質(zhì)腐殖物質(zhì)非常復(fù)雜第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來源與轉(zhuǎn)化3、組成lC、H、O、N為主l部分灰分元素4、土壤中的含量一般耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量不超過 50 gK

2、g-1l華北、西北地區(qū)：10 gKg-1l南方水田：15-35 gKg-1l東北黑土：80-100 gKg-1l菜園土：20-30gKg-1自然土壤的有機(jī)質(zhì)含量可達(dá)：50-200gKg-1l一些森林土壤有機(jī)質(zhì)：300gKg-1有機(jī)質(zhì)土壤：耕層土壤含量高于200gKg-1的土壤礦質(zhì)土壤：耕層土壤含量低于200gKg-1的土壤第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來源與轉(zhuǎn)化二、土壤有機(jī)質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化 1、礦質(zhì)化、礦質(zhì)化定義：有機(jī)無機(jī)；復(fù)雜簡單1）糖類 多糖單糖CO2 + H2O +熱能多 (好氣條件)有機(jī)酸 + CH4 + H2 + CO2 + H2O + 熱能少 (厭氧) 分解速度：己糖淀粉半纖維素纖維素2）脂肪

3、、樹脂等分解緩慢，不徹底 H2O + CO2 + 熱能有機(jī)酸多酚類3）木質(zhì)素最不易分解，分解最慢l含有芳香環(huán)，以多聚體形態(tài)存在l植物殘?bào)w中木質(zhì)素含量高，還會(huì)使蛋白質(zhì)、多糖類不易分解4）含N有機(jī)化合物水解作用：蛋白質(zhì)多肽氨基酸氨化作用：氨基酸氨硝化作用：氨 硝態(tài)氮反硝化作用：硝態(tài)氮NO2、NO、N25）含P有機(jī)化合物核蛋白核酸磷酸2、腐殖化、腐殖化定義：中間產(chǎn)物復(fù)雜兩階段 ：產(chǎn)生原始材料重新合成有機(jī)物質(zhì)相對簡單的有機(jī)化合物腐殖質(zhì)二、土壤有機(jī)質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化1、水、氣、熱條件適宜溫度：2535 含水量：接近最大持水量的60% - 80%通氣狀況 通氣良好：利于養(yǎng)分的釋放 過濕，通氣不良：累積中間產(chǎn)物

4、，利于有機(jī)質(zhì)的合成和積累三、影響土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的條件2、土壤質(zhì)地越粘重越難分解粘粒-腐殖質(zhì)復(fù)合體3、土壤酸堿性適宜pH 6.57.54、植物殘?bào)w特性易分解成分鮮嫩程度緊實(shí)程度粉碎程度5、植物殘?bào)w的C/N比率C/N比：C：能源和軀體材料N：蛋白質(zhì)C/N 25 : 1時(shí)分解快時(shí)分解快生產(chǎn)中：有機(jī)、無機(jī)肥配合施用 第二節(jié) 土壤腐殖質(zhì)的組成與性質(zhì)一、概述特殊的高分子化合物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性質(zhì)穩(wěn)定是混合物，一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合體主體是腐殖酸及其與金屬離子相結(jié)合的鹽類吸附其它簡單化合物二、可分離出不同組分胡敏素：黑色，不溶胡敏酸（HA）：分子量大，改善土壤結(jié)構(gòu)富里酸（FA）：酸性強(qiáng)，促進(jìn)養(yǎng)分有效化第二節(jié) 土壤腐殖

5、質(zhì)的組成與性質(zhì)三、元素組成C、H、O、N、P、SC：5560%（平均58%）N：36%（平均5.6%）C/N=1012 : 1C:N:P:S=100120 : 10 : 1 : 1少量的Ca、Mg、Fe、Si 四、分子結(jié)構(gòu)及化學(xué)特征分子量幾千幾萬 許多取代基，多種官能團(tuán)電性、吸附性第二節(jié) 土壤腐殖質(zhì)的組成與性質(zhì)五、形狀、顏色、吸水性、穩(wěn)定性疏松球形、黑褐色、吸水力強(qiáng)六、隨生物氣候條件而變化在我國，由東向西，土壤腐殖質(zhì)含量逐漸減少l胡敏酸與富里酸的比值(HA/FA)，能說明腐殖質(zhì)的形成條件和分子質(zhì)量的復(fù)雜程度lHA/FA比值越大，腐殖酸的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜；反之，則結(jié)構(gòu)越簡單北方大多數(shù)土壤， HA/FA

6、1，以胡敏酸為主南方土壤， HA/FA1，富里酸占優(yōu)勢一、土壤有機(jī)質(zhì)在土壤肥力上的作用提供和活化植物和微生物所需的養(yǎng)分和能源（持久、平衡；活化礦物中的元素、P等）改善土壤的物理性質(zhì)：粘結(jié)性、塑性適中；持水能力增加；結(jié)構(gòu)性變好；耕性好；通透性適中；增溫改善土壤化學(xué)性質(zhì)：保肥力、供肥性、緩沖性等方面得到提高。生理活性。第三節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用與管理討論：土壤有機(jī)質(zhì)在土壤中的含量是否越高越好？CO2和O2的矛盾發(fā)熱（發(fā)酵）有毒物質(zhì)的積累（脂肪酸、H2S）支撐性降低二、有機(jī)質(zhì)在生態(tài)環(huán)境上的作用對金屬離子的作用：通過絡(luò)合、氧化還原、溶解等作用降低或消除重金屬離子的毒害作用對農(nóng)藥的有機(jī)污染物的固定作用：對

7、全球碳平衡的影響 三、土壤有機(jī)質(zhì)管理的目標(biāo)保持O.M平衡和維持O.M 在適當(dāng)水平平衡 ： 礦化腐殖質(zhì)化 1、礦化率每年因礦化作用而消耗掉的有機(jī)質(zhì)數(shù)量占土壤有機(jī)質(zhì)總量的百分?jǐn)?shù)礦化率 =礦化消耗掉的有機(jī)質(zhì)100%土壤原來有機(jī)質(zhì)總量2、腐殖化系數(shù)在機(jī)物料投入土壤一年后形成的腐殖質(zhì)的量與原來有機(jī)物料總量的比值。腐殖化系數(shù) =新形成的腐殖質(zhì)施入的有機(jī)物總量例：某土壤有機(jī)質(zhì)含量20 g/kg，礦化率為2%，每畝耕層土壤重量為150 000kg，重量含水量為 15。問每年每畝要消耗多少有機(jī)質(zhì)？每年要施多少紫云英（腐殖化系數(shù)為0.20，含水量90%)才能使土壤有機(jī)質(zhì)含量保持平衡（不下降）?解：年消耗有機(jī)質(zhì)=1

8、50 000 kg (1-15%)202%=51 kg紫云英(1-90%)0.20 = 51 kg 紫云英 = 2550 kg四、土壤有機(jī)質(zhì)管理措施開源：節(jié)流：1、增加外來有機(jī)質(zhì)數(shù)量2、有機(jī)無機(jī)肥配合施用3、少耕或免耕4、旱地改水田5、調(diào)節(jié)有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化條件土樣磨碎過篩后的土樣黑色殘余物（胡敏素）溶液褐色沉淀（胡敏酸）黃色溶液（富里酸）除去動(dòng)植物殘?bào)w碎屑用NaOH稀液浸提過濾酸化過濾分子量大、芳化度分子量大、芳化度高、不溶于水、高、不溶于水、C C、N N多、穩(wěn)定性高多、穩(wěn)定性高分子量小、芳化度低、分子量小、芳化度低、可溶于水、可溶于水、O O、S S多、多、活性強(qiáng)活性強(qiáng)所占比所占比例很小例很小土

9、壤腐殖質(zhì)的分離提取和分組土壤有機(jī)質(zhì)腐殖化的兩個(gè)階段腐殖化：土壤中動(dòng)植物殘?bào)w或施入的有機(jī)肥料在微生物作用下形成腐殖質(zhì)的過程。階段 1：有機(jī)物料分解產(chǎn)生原材料OHOHOO土壤有機(jī)質(zhì)腐殖化的兩個(gè)階段階段 2：重新合成OO+ 2RCH(NH2)COOH OHOHNHRCOOHNHRCOOH含多種功能團(tuán)：羥基(COOH),酚羥基(OH),醇羥基(OH),甲氧基(OCH3),氨基(NH2),酮基(C=O)Humic acid structureHumic acid structureGeometrically optimized 3-D structure of humic acid (C308H335O90N5, 738 atoms) Monthly and ann