chap05土壤有機(jī)質(zhì)++復(fù)件.ppt課件

1、第五章 土壤有機(jī)質(zhì)(soil organic matter)教學(xué)目標(biāo) 土壤有機(jī)質(zhì)概述 1一般了解不同地帶土壤有機(jī)質(zhì)含量的差異及其影響因素。 2了解自然土壤與耕作土壤有機(jī)質(zhì)來(lái)源的異同。 3掌握土壤有機(jī)質(zhì)與土壤腐殖質(zhì)概念，二者有何異同。 4熟悉土壤有機(jī)質(zhì)的基本組成，包括化學(xué)組成、化合物組成和形態(tài)特征。 土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化 1掌握碳水化合物、含N化合物的轉(zhuǎn)化過(guò)程及產(chǎn)物，重點(diǎn)掌握影響轉(zhuǎn)化因素中的C/N的詳細(xì)內(nèi)容和基本原理。 2理解影響有機(jī)物質(zhì)在土壤中轉(zhuǎn)化的推動(dòng)力是微生物的含義。 土壤腐殖質(zhì)的形成 1了解腐殖質(zhì)形成過(guò)程的兩個(gè)階段的內(nèi)容及相互關(guān)系，組成土壤腐殖質(zhì)最基本的物質(zhì)有哪些？ 2掌握土壤腐殖質(zhì)的組分、

2、所帶功能團(tuán)對(duì)各組分性質(zhì)產(chǎn)生的影響。掌握土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤肥力以及環(huán)境保護(hù)所產(chǎn)生的影響。了解提高土壤有機(jī)質(zhì)的原則和途徑，以及為什么一再?gòu)?qiáng)調(diào)增施有機(jī)肥，以培肥土壤的科學(xué)道理。教學(xué)目標(biāo)土壤有機(jī)質(zhì)(soil organic matter) 是指存在于土壤中的所有含碳的有機(jī)物質(zhì)，它包括土壤中各種動(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)（廣義概念）。 狹義的土壤有機(jī)質(zhì)是指土壤腐殖質(zhì)，即土壤中的各種動(dòng)植物殘?bào)w，在微生物的作用下形成的一類(lèi)特殊的高分子化合物。土壤有機(jī)質(zhì)？土壤有機(jī)碳？第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源、含量及其組成一、土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源微生物是土壤有機(jī)質(zhì)的最早來(lái)源。動(dòng)物來(lái)源 植物來(lái)源工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品土壤

3、有機(jī)質(zhì)的基本來(lái)源。地面植被殘落物和根系是土壤有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源，如樹(shù)木、灌叢、草類(lèi)及其殘落物，每年都向土壤提供大量有機(jī)殘?bào)w。自然土壤森林植被下的枯枝落葉 荒漠景觀熱帶雨林下僅凋落物干物質(zhì)量即達(dá)16700千克/公頃年荒漠植物群落的凋落物干物質(zhì)量?jī)H為530千克/公頃年不同自然植被下進(jìn)入土壤的植物殘?bào)w量變異很大（1）作物的根茬、還田的秸桿和翻壓綠肥；（2）人畜糞尿；（3）城市生活垃圾、污水；（4）土壤微生物、動(dòng)物的遺體及分泌物(如蚯蚓、昆蟲(chóng)等)（5）施用的各種有機(jī)肥料（廄肥、堆漚肥、腐殖酸 肥料、污泥以及土雜肥等） 耕作土壤二、有機(jī)質(zhì)的含量及組成 一般含量在0-5%之間。 泥炭土可高達(dá)20%或30%以

4、上，壤土和砂質(zhì)土壤不足0.5%據(jù)有機(jī)質(zhì)含量，把土壤分為：有機(jī)土壤 有機(jī)質(zhì)含量% 20%礦質(zhì)土壤： 有機(jī)質(zhì)含量% 20% 有機(jī)質(zhì)含量（%）肥力水平 1.5 高1、有機(jī)質(zhì)含量土壤有機(jī)質(zhì)0.5%5%0.5-2.0%7%1.5-3.5%2、土壤有機(jī)質(zhì)的組成(1)土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)元素組成土壤有機(jī)質(zhì)的基本元素組成是C、H、O、N，碳占52%58%、氧占34%39%、氫占3.3%4.8%、氮占3.7%4.1%，其次是P和S，C/N比大約在1012之間。(2)土壤有機(jī)質(zhì)化合物組成可分為 腐殖物質(zhì) 60%80%（Humic Substance) 非腐殖物質(zhì) 20%40%（Non-Humic Substance)常

5、見(jiàn)的化合物有：糖類(lèi)物質(zhì)，有機(jī)酸含氮化合物(氨基糖，氨基酸)脂類(lèi)（脂肪、蠟脂、單寧、樹(shù)脂），鏈烷芳香化合物（酚類(lèi)和醌類(lèi)聚合而成）腐殖物質(zhì)非腐殖物質(zhì)成份植物組分（%）土壤有機(jī)質(zhì)（%）纖維素半纖維素木質(zhì)素粗蛋白油脂、蠟質(zhì)20-5010-3010-301-151-82-100-235-5028-351-8植物組織與土壤有機(jī)質(zhì)的部分組成比較粗蛋白？蛋白質(zhì)？綠色植物殘?bào)w中化合物及元素組成 (3) 存在形態(tài)： 動(dòng)、植物殘?bào)w（新鮮） 半分解的動(dòng)、植物殘?bào)w 腐植物質(zhì)三、影響土壤有機(jī)質(zhì)含量的因素決定土壤有機(jī)質(zhì)含量的因素：輸入輸出碳平衡有機(jī)質(zhì)土壤層1m輸入輸出CO2碳平衡碳平衡0 碳源大氣層(輸出-輸入)生態(tài)系統(tǒng)第

6、二節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化一、簡(jiǎn)單有機(jī)化合物的分解和轉(zhuǎn)化1、有機(jī)質(zhì)的礦化作用 (礦化過(guò)程) 有機(jī)化合物進(jìn)入土壤后，一方面在微生物、酶的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，徹底分解而最終釋放出CO2 、H2O和能量，所含N、P、S等營(yíng)養(yǎng)元素在一系列特定反應(yīng)后，釋放成為植物可利用的礦質(zhì)養(yǎng)料。 酶 R （C, 4H） + 2O2 CO2 + 2H2O + 能量 含碳和氫的化合物 氧化這些簡(jiǎn)單有機(jī)化合物的分解從易到難的排列次序?yàn)椋海?）單糖、淀粉和簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)；（2）粗蛋白質(zhì)；（3）半纖維素；（4）纖維素；（5）脂肪、蠟質(zhì)等；（6）木質(zhì)素。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H2

7、O，而N、P、S等則以礦質(zhì)鹽類(lèi)釋放出來(lái)。在極嫌氣的情況下，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。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。 嫌氧分解： 細(xì)菌 4C2H5COOH + 2H2O 4CH3COOH + CO2 + CH4 細(xì)菌 CH3COOH CO2 + CH4 細(xì)菌 CO2 + 4H2 2H2O + CH4 提供植物、微生物生命活動(dòng)所需的碳源和能源 提供中間產(chǎn)物，為合成腐殖質(zhì)準(zhǔn)備原料 二氧化碳大量產(chǎn)生可進(jìn)一步風(fēng)化土壤，促進(jìn)養(yǎng)分釋放礦化分解意義？ 各種有機(jī)化合物通過(guò)微生物的合成或在原植

8、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(chēng)為腐殖化作用。 礦化與腐殖化的關(guān)系？2、腐殖化作用（腐殖化過(guò)程）二、植物殘?bào)w的分解和轉(zhuǎn)化表現(xiàn)為一個(gè)整體的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)。植物殘?bào)w中各類(lèi)有機(jī)化合物的大致含量范圍是：可溶性有機(jī)化合物（糖分、氨基酸等）5-10%， 纖維素 15-60%， 半纖維素 10-30%， 蛋白質(zhì) 2-15%， 木質(zhì)素 5-30%。有機(jī)殘?bào)w進(jìn)入土壤后的分解轉(zhuǎn)化階段：第一階段：（易分解部分） 可溶性有機(jī)化合物以及部分類(lèi)似的有機(jī)物 土壤微生物生物量及其代謝產(chǎn)物第二階段：（難分解部分） 殘留在土壤中的植物殘?bào)w碳相對(duì)緩慢分解 木質(zhì)素、蠟質(zhì)及第一階段未被礦化

9、的植物殘?bào)w碳。據(jù)估計(jì)：進(jìn)入土壤的有機(jī)殘?bào)w經(jīng)過(guò)一年降解以二氧化碳的形式損失掉的有機(jī)質(zhì)占 2/3殘留在土壤中的有機(jī)質(zhì)不到 1/3， 其中土壤微生物生物量占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%。 植物根系在土壤中的年殘留量比其地上部分稍高一些。三、土壤腐殖物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化第一過(guò)程: 腐殖質(zhì)經(jīng)過(guò)物理化學(xué)作用和生物降解，使其芳香結(jié)構(gòu)核心與其復(fù)合的簡(jiǎn)單有機(jī)物分離，或是整個(gè)復(fù)合體解體。第二過(guò)程:有機(jī)物質(zhì)被分解（礦化）和轉(zhuǎn)化，酚類(lèi)聚合物被氧化。第三個(gè)過(guò)程： 脂肪酸被分解與被釋放的芳香族化合物（如酚類(lèi)）參與新腐殖質(zhì)的形成。第四個(gè)過(guò)程：有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合過(guò)程。腐殖質(zhì)在土壤

10、中與粘土礦物緊密結(jié)合以有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體的方式存在。土壤有機(jī)質(zhì)的周轉(zhuǎn)（turnover） ： 有機(jī)物質(zhì)進(jìn)入土壤后由其一系列轉(zhuǎn)化和礦化過(guò)程所構(gòu)成的物質(zhì)流通。有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)時(shí)間： 當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)水平處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，土壤中有機(jī)質(zhì)流通量達(dá)到土壤有機(jī)質(zhì)含量所需的時(shí)間. 土壤腐殖質(zhì)的年周轉(zhuǎn)量為1 .1%。富啡酸的年齡一般在0-500年，胡敏酸的年齡一般為1000-2500年，胡敏素的年齡一般大于1000年。（一）溫度溫度每升高10oC，土壤有機(jī)質(zhì)的最大分解速率提高2-3倍。一般土壤微生物活動(dòng)的最適宜溫度大約為25-35 oC（二）土壤水分和通氣狀況植物殘?bào)w分解的最適水勢(shì)在-0.03 -0.1 MPa之間，水勢(shì)降到

11、-0.3MPa以下，細(xì)菌呼吸作用迅速降低，而真菌一直到-4 -5MPa時(shí)可能還有活性。土壤干濕交替，增加了土壤有機(jī)質(zhì)的礦化作用。當(dāng)土壤為嫌氣時(shí)，大多數(shù)分解有機(jī)質(zhì)的好氧微生物停止活動(dòng)，從而導(dǎo)致未分解有機(jī)質(zhì)的積累。四、影響土壤有機(jī)質(zhì)分解和周轉(zhuǎn)（turnover）的因素（三）植物殘?bào)w的特性1、物理狀態(tài)新鮮多汁的有機(jī)物質(zhì)比干枯桔稈易于分解有機(jī)物質(zhì)的細(xì)碎程度影響其礦化速率。密實(shí)有機(jī)物質(zhì)比疏松有機(jī)物質(zhì)的分解速率緩慢。2、C/N比 有機(jī)物質(zhì)組成的碳氮比（C/N）對(duì)其分解速度影響很大。以25或30：1較為合適。當(dāng)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

12、，有機(jī)物質(zhì)組成的碳氮比（C/N）對(duì)其分解速度影響微生物體C/N：5：1植物殘?bào)w20 C作為能源消耗分解有機(jī)質(zhì)時(shí)滿足合適的C/N比值一般為25: 1自身細(xì)胞需1N、5C小麥秸 90.38 豌豆秸 38.53 蠶豆秸 36.17激發(fā)作用：（ Priming effect)土壤中加入新鮮有機(jī)物質(zhì)會(huì)促進(jìn)土壤原有有機(jī)質(zhì)的降解，這種礦化作用稱(chēng)之。激發(fā)效應(yīng)可以是正、也可以是負(fù)正激發(fā)效應(yīng)存在有兩大作用：一是加速土壤微生物碳的周轉(zhuǎn)，二是由于新鮮有機(jī)物質(zhì)引起土壤微生物活性增強(qiáng)，從而加速土壤原有有機(jī)質(zhì)的分解。但是通常情況下，微生物生物量的增加超過(guò)了分解的腐殖質(zhì)量，因此凈效應(yīng)是土壤有機(jī)質(zhì)增加。（四）土壤特性1、質(zhì)地

13、土壤有機(jī)質(zhì)的含量與其粘粒含量具有極顯著的正相關(guān)2、pH值 土壤pH也通過(guò)影響微生物的活性而影響有機(jī)質(zhì)的降解。大多數(shù)細(xì)菌活動(dòng)的最適pH，在中性附近（pH6.5-7.5），放線菌的最適pH略偏向堿性，而真菌則最適于酸性條件下（pH3-6）活動(dòng)。pH過(guò)底（8.5）都不大適宜。土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì)腐殖化作用： （Humifcation） 土壤腐殖物質(zhì)的形成過(guò)程稱(chēng)為腐殖化作用。 腐殖化作用是一系列極端復(fù)雜過(guò)程的總稱(chēng)，其中主要的是由微生物為主導(dǎo)的生物和生物化學(xué)過(guò)程，還有一些純化學(xué)的反應(yīng)。第一階段是植物殘?bào)w分解產(chǎn)生簡(jiǎn)單的有機(jī)碳化合物；第二階段是通過(guò)微生物對(duì)這些有機(jī)化合物的代謝作用

14、及反復(fù)的循環(huán)，增殖微生物細(xì)胞；第三階段是通過(guò)微生物合成的多酚和醌或來(lái)自植物的類(lèi)木質(zhì)素，聚合形成高分子多聚化合物，即腐殖物質(zhì)腐殖物質(zhì)的形成途徑途徑1： 假定腐殖物質(zhì)通過(guò)還原糖形成的，糖和氨基酸經(jīng)非酶性的聚合作用形成棕色的含氮聚合物，即腐殖物質(zhì)。途徑2和3：構(gòu)成了現(xiàn)在比較盛行的多元酚理論 即在腐殖物質(zhì)形成過(guò)程中有多元酚和醌有機(jī)化合物的參與，它們可直接來(lái)自木質(zhì)素（途徑3），也可以是微生物的合成產(chǎn)物（途徑2）。途徑4：是Selman Waksman的經(jīng)典理論，即木質(zhì)素-蛋白質(zhì)理論多元酚理論：酚醌醌氨基酸腐殖質(zhì)單體分子木質(zhì)素微生物降解酚醛和酸二、土壤腐殖質(zhì)-粘土礦物復(fù)合體腐殖質(zhì)游離態(tài) 很少結(jié)合態(tài) 52%

15、-98% 與礦物的強(qiáng)鹽基化合成穩(wěn)定的鹽類(lèi) 含水三氧化物化合成復(fù)雜的凝膠體 與粘粒結(jié)合成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體示意圖Al3+,Fe3+,Ca2+三、土壤腐殖酸的分組理想的提取劑應(yīng)滿足：（1）對(duì)腐殖酸的性質(zhì)沒(méi)有影響或影響極??；（2）獲得均勻的組分；（3）具有較高的提取能力，能將腐殖酸幾乎完全分離出來(lái)。目前常用的提取分組方法（1）0.1mol/l NaOH溶液（2）0.1mol/l NaOH + 0.1mol/l 焦磷酸鈉混合提取液腐殖質(zhì)分組方法土壤腐殖酸的分組四、土壤腐殖酸的性質(zhì) （一）腐殖酸的物理性質(zhì)1、顏色 腐殖酸整體呈黑褐色，富里酸呈淡黃色，胡敏酸呈褐色2、溶解性 富里酸溶于水，酸

16、、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 腐殖質(zhì)是一種親水膠體，有強(qiáng)大的吸水能力，最大吸水量可以超過(guò)500%，從大氣中的吸水量也可達(dá)自重的200%。4、腐殖質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)（1）腐殖酸的分子量不僅因土壤和組分而異，而且即使同一樣品用不同的方法提取和測(cè)定的結(jié)果，也有較大的差異。我國(guó)胡敏酸的分子量一般為890-2550,富里酸的分子量為675-1450之間。（2）腐殖酸的分子形狀研究表明腐殖酸的分子結(jié)構(gòu)是非晶質(zhì)的，分子結(jié)構(gòu)十分松散，其表層在不同的pH值下變化較大。 pH 2-3 纖維、纖維束狀 4-

17、7 網(wǎng)狀、海綿狀 8-9 頁(yè)狀 10 粒狀（二）腐殖酸的化學(xué)性質(zhì)、腐殖質(zhì)的組成腐殖質(zhì)胡敏素胡敏酸富里酸、腐殖質(zhì)的化學(xué)組成 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就腐殖質(zhì)整體來(lái)看，含碳量在55-60%之間，習(xí)慣上以58%為其平均值，測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)就是有機(jī)碳的氧化量來(lái)計(jì)算，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)。3、腐殖酸的含氧官能團(tuán)重要的含氧官能團(tuán)有：羧基、酚羥基、羰基、醌基、醇羥基、甲氧基等。正是由于這些含氧官能團(tuán)，腐殖酸表現(xiàn)出多種活性。種類(lèi) 羧基 酚羥基 醇羥基 醌基

18、 酮基 甲氧基 總酸度 HA 150-570 210-570 20-490 10-260 10-50 30-80 670FA 550-1120 30-570 260-95 30-200 120-270 30-120 1030腐殖質(zhì)的含氧官能團(tuán)含量（cmol M）.kg-1總酸度：通常指羧基和酚羥基的總和。4、腐殖酸的絡(luò)合性腐殖酸具有一定的絡(luò)合性?？膳c鐵、鋁、銅、鋅等金屬離子形成絡(luò)合物，酚羥基是參與絡(luò)合的主要官能團(tuán)。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。5、腐殖酸的電性腐殖酸含有可電離的含氧官能團(tuán)及可質(zhì)子化的

19、氨基，故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)的電荷數(shù)量隨pH值的變化而變化。COOH OHNH2COOHCOO- O- +2H+NH3+COO-腐殖酸分子結(jié)構(gòu)的核心腐殖酸分子結(jié)構(gòu)的核心腐殖酸的電荷來(lái)源（三）腐殖質(zhì)的穩(wěn)定性與變異性1、腐殖質(zhì)的穩(wěn)定性腐殖質(zhì)的穩(wěn)定性很強(qiáng)，對(duì)微生物的分解的抵抗能力很強(qiáng)，因此分解周期長(zhǎng)。在溫帶條件下，一般植物殘?bào)w的半分解周期少于三個(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，富里酸為200-630年。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

20、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.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。第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理一 、有機(jī)質(zhì)的作用（一）有機(jī)質(zhì)在土壤肥力上的作用東北的黑土土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體示意圖Al3+,Fe3+,Ca2+1、提供植物需要的養(yǎng)分直接提供：土壤有機(jī)質(zhì)是作物所需的氮、磷、硫、微量元素等各種養(yǎng)分的主要來(lái)源。間接作用：多種有機(jī)酸和腐殖酸對(duì)土壤礦質(zhì)部分有一定的溶解能力，可以促進(jìn)礦物風(fēng)化

21、，有利于某些養(yǎng)料的有效化。一些與有機(jī)酸和富里酸絡(luò)合的金屬離子可以保留于土壤溶液中不致沉淀而增加有效性。物理性質(zhì)土壤團(tuán)聚體的形成過(guò)程和穩(wěn)定性方面起著重要作用。改善土壤結(jié)構(gòu)，使土壤的透水性、蓄水性、通氣性以及根系的生長(zhǎng)環(huán)境有所改善。腐殖物質(zhì)具有巨大的比表面積和親水基團(tuán)，吸水量是粘土礦物的5倍，能改善土壤有效持水量，使得更多的水能為作物所利用。顏色與熱性質(zhì)：由于腐殖質(zhì)是一種深色的物質(zhì)，深色土壤吸熱快，在同樣日照條件下，其土溫相對(duì)較高。2、 改善土壤性質(zhì)土壤中養(yǎng)料含量與保肥能力在酸性土壤中，有機(jī)質(zhì)通過(guò)與單體鋁的復(fù)合，降低土壤交換性鋁的含量，從而減輕鋁的毒害。養(yǎng)分的有效性：如增加土壤中磷的有效性和提高磷

22、肥的利用率、增加土壤微量元素的有效性。提高土壤腐殖物質(zhì)含量，就增強(qiáng)土壤對(duì)酸堿度變化的緩沖性能。化學(xué)性質(zhì)3、生物性質(zhì)土壤微生物生命活動(dòng)所需養(yǎng)分和能量的主要來(lái)源，沒(méi)有土壤有機(jī)質(zhì)則不會(huì)有土壤中的所有生物化學(xué)過(guò)程。蚯蚓通過(guò)掘洞、消化有機(jī)質(zhì)、排泄糞便等直接改變土壤微生物和植物的生存環(huán)境。通過(guò)刺激微生物和動(dòng)物的活動(dòng)還能增加土壤酶的活性，從而直接影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過(guò)程。腐殖酸被證明是一類(lèi)生理活性物質(zhì)，它能加速種子發(fā)芽，增強(qiáng)根系活力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。對(duì)土壤微生物而言，腐殖酸也是一種促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育的生理活性物質(zhì)。1、有機(jī)質(zhì)與重金屬離子的作用土壤腐殖物質(zhì)含有多種功能基，這些功能基對(duì)重金屬離子有較強(qiáng)絡(luò)合和富集

23、能力。（二）、有機(jī)質(zhì)在生態(tài)環(huán)境上的作用2、有機(jī)物質(zhì)對(duì)農(nóng)藥等有機(jī)污染物的固定作用土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)農(nóng)藥等有機(jī)污染物有強(qiáng)烈的親和力 對(duì)有機(jī)污染物在土壤中的生物活性、殘留、生物降 解、遷移和蒸發(fā)等過(guò)程有重要的影響。 可溶性腐殖物質(zhì)能增加農(nóng)藥從土壤向地下水的遷移 能更有效地遷移農(nóng)藥和其它有機(jī)物質(zhì) 腐殖物質(zhì)還能作為還原劑而 改變農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)、活性 降低毒性二、土壤有機(jī)質(zhì)的管理土壤有機(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。如何提高土壤有機(jī)質(zhì)含量？1、堅(jiān)持兩個(gè)原則 動(dòng)態(tài)平衡原則 經(jīng)濟(jì)合理原則 1、耕作對(duì)有機(jī)質(zhì)的影響 對(duì)于原有機(jī)質(zhì)含量高的土壤，隨著耕種年數(shù)的遞增，土

24、壤有機(jī)質(zhì)含量降低，土壤有機(jī)質(zhì)含量可以損失20-30% 我國(guó)黑龍江省的土壤調(diào)查資料表明： 開(kāi)墾后20年土壤有機(jī)質(zhì)含量減少1/4-1/3， 開(kāi)墾后20-40年土壤有機(jī)質(zhì)含量又減少1/4-1/3， 在開(kāi)墾60年后土壤有機(jī)質(zhì)減少到原來(lái)含量的1/2以上。免耕可以顯著增加土壤微生物生物量和微生物碳與有機(jī)碳的比率，并使土壤有機(jī)質(zhì)水平表現(xiàn)出提高的趨勢(shì)。全國(guó)土壤有機(jī)質(zhì)分布圖（農(nóng)業(yè)部土壤處）農(nóng)業(yè)部2004年近萬(wàn)農(nóng)戶監(jiān)測(cè)結(jié)果監(jiān)測(cè)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量從高到低的順序?yàn)椋喝A南東北西南華東華北西北1998-2004年全國(guó)監(jiān)測(cè)區(qū)變化趨勢(shì)：土壤有機(jī)質(zhì)含量穩(wěn)中有升。2000年土壤有機(jī)質(zhì)含量比1998年上升0.9g/kg2004又比2

25、000年上升0.35g/kg2、施肥有機(jī)質(zhì)含量的影響施肥 化肥:尿素，碳酸氫銨，過(guò)磷酸鈣 有機(jī)肥:作物秸桿、綠肥、糞肥、廄肥、堆肥、漚肥、餅肥、蠶沙、魚(yú)肥、河泥、塘泥、秸桿施用有機(jī)肥以提高土壤有機(jī)質(zhì)水平是我國(guó)勞動(dòng)人民在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的寶貴經(jīng)驗(yàn)。適當(dāng)施用一些氮肥也是將土壤有機(jī)質(zhì)保持在合適水平的一項(xiàng)措施有機(jī)、無(wú)機(jī)肥料配合施用不僅能增產(chǎn)，提高肥料利用率，還能提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量?！案郴禂?shù)”：?jiǎn)挝恢亓康挠袡C(jī)物質(zhì)碳在土壤中分解一年后的殘留碳量。同類(lèi)物質(zhì)不同地區(qū)： 東北地區(qū)華北、江南地區(qū)華南地區(qū)同一地區(qū)不同類(lèi)物質(zhì)： 作物根廄肥作物秸桿綠肥。 實(shí)行綠肥或牧草與作物輪作可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量

26、* 括號(hào)內(nèi)數(shù)值測(cè)定樣本數(shù)種植綠肥 綠肥是指把還在生長(zhǎng)著的豆科綠色植物體翻入土壤的肥料。種植綠肥是一個(gè)培肥土壤、提高產(chǎn)量的有效措施。 種植綠肥應(yīng)依據(jù)“因地制宜、充分用地、積極養(yǎng)地、養(yǎng)用結(jié)合”的原則，同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)效益。秸稈還田 一般是指將作物收獲后將秸稈切碎，不經(jīng)堆腐直接翻入土壤。秸稈還田不僅節(jié)省勞力和運(yùn)輸，對(duì)促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的形成、固定和保存氮素以及促使土壤難溶性養(yǎng)分的釋放比施用腐熟的有機(jī)肥效果更好。3、調(diào)節(jié)土壤的水、氣、熱狀況 調(diào)節(jié)土壤溫度、濕度、通氣狀況，達(dá)到調(diào)節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)分解速率的目的。（通過(guò)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(jī)質(zhì)的積累和分解） 第五節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)與全球氣

27、候變化全球氣候變化?全球氣候變化CO2濃度增加 280ppm-380ppm-580ppm全球氣候變暖（溫室氣體） 全球平均溫度將在今后的50100年間增加1.0-3.5 降水格局的變化氮沉降“脈沖式”降水在過(guò)去10,000年(大圖)及自1750年(小圖)的二氧化碳、甲烷大氣濃度。圖中顯示由冰蕊量度(不同顏色表示不同的研究)及大氣樣本量度(紅線)的結(jié)果。大圖的右軸顯示對(duì)應(yīng)的輻射強(qiáng)迫力。(來(lái)源：政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)IPCC 2007)年降水趨勢(shì)：190020001998長(zhǎng)江大水溫度增加，海水的蒸發(fā)加快 地球平均溫度每上升一度，空氣所含水分是平常的兩倍厄爾尼諾現(xiàn)象，拉尼娜現(xiàn)象 更豐富的雨量降落在

28、太平洋的西岸長(zhǎng)江、嫩江和松花江均發(fā)生了全流域性特大洪水 大氣中CO2 濃度的不斷增加化石燃料的大量消耗和土地利用變化 大氣溫度升高和降水格局的變化生態(tài)系統(tǒng)功能過(guò)程的變化人類(lèi)賴(lài)以生存的地球系統(tǒng)造成的后果植物的碳利用和干物質(zhì)生產(chǎn)植物的光和作用地球一年中通過(guò)光合作用約吸收2.01011t碳素(6400t/s)，同時(shí)將3.21021J的日光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并釋放出5.351011t O2 2030年以前,對(duì)碳循環(huán)的研究缺乏應(yīng)有的重視。 碳素來(lái)源充足, 不是生產(chǎn)力的限制因子。 碳素循環(huán)主要過(guò)程的光合固碳作用形成生產(chǎn)力,一直是傳統(tǒng)的生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容，人們一般將碳循環(huán)與生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，如生物量、生

29、產(chǎn)力等相結(jié)合。人們很少把生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)物質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程和土壤呼吸過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，形成碳循環(huán)的概念。植物固定CO2土壤，生物呼吸釋放CO2碳的輸入碳的輸出生物分解釋放CO2生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)碳循環(huán)人為措施植物土壤分解輸入植物固定CO2 據(jù)估計(jì)全球土壤有機(jī)質(zhì)的總碳量在14-15 X 1017g，大約是陸地生物總碳量（5.6 X 1017 g）的2.5-3倍。碳素的輸入、生物量中的碳貯量(包括活體與凋落物)和土壤中有機(jī)碳的貯量及碳庫(kù)間流量大小及變化是碳循環(huán)研究的核心土壤碳庫(kù)碳貯量及其變化和調(diào)控機(jī)制的研究，是碳循環(huán)研究的重要內(nèi)容 土壤有機(jī)質(zhì)的分解 (礦化過(guò)程)： R （C, 4H） + 2O2 CO2 + 2H2

30、O + 養(yǎng)分 含碳和氫的化合物 氧化酶植物向土壤的輸入（腐殖化過(guò)程）：植物凋落物腐殖質(zhì)嫌氣性微生物分解又合成土壤歸還影響有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化的因素：溫度，土壤水分和通氣狀況，植物殘?bào)w的特性，土壤特性每年因土壤有機(jī)物質(zhì)生物分解釋放到大氣的總碳量為68 X 1015g 。 “土壤呼吸”土壤呼吸（soil respiration）是指未擾動(dòng)土壤中產(chǎn)生二氧化碳的所有代謝作用，包括三個(gè)生物學(xué)過(guò)程（即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤動(dòng)物呼吸）和一個(gè)非生物學(xué)過(guò)程。即含碳礦物質(zhì)的化學(xué)氧化作用等幾個(gè)生物學(xué)和非生物學(xué)過(guò)程。 全球每年因焚燒燃料釋放到大氣的碳為6 X 1015g，是土壤呼吸作用釋放碳的8-9%。通過(guò)調(diào)節(jié)

31、土壤溫度、濕度、通氣狀況、土壤反應(yīng)、施肥等因素能調(diào)節(jié)土壤微生物的活性，這也同樣能達(dá)到調(diào)節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)分解速率的目的。 固碳土壤學(xué)科爾沁沙質(zhì)草地被開(kāi)墾內(nèi)蒙古草甸草原被開(kāi)墾 為什么人類(lèi)開(kāi)墾草地？政策因素，人口原因，環(huán)境因素舉例：草地開(kāi)墾對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響 草地開(kāi)墾為農(nóng)田后土壤中碳素?fù)p失30-50。 損失發(fā)生在開(kāi)墾后的最初幾年，20a后趨于穩(wěn)定例： 在美國(guó)大平原，36a耕作后碳素?fù)p失了42。損失量以施有機(jī)肥最小，休閑輪作稍大，連作最 大。2種草地開(kāi)墾為農(nóng)田后土壤有機(jī)質(zhì)的變化(Schlesinger，1986 ） 土壤有機(jī)質(zhì)含量降低可能的機(jī)制:耕作的物理效應(yīng)耕作的微生物效應(yīng)作物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳素分配比例的影響收割對(duì)地上生物量的影響耕作對(duì)土壤易蝕性(風(fēng)和水蝕)的影響退耕還林還草工程昔日的陜北黃土高原 陜北志丹縣水土保持流域治理區(qū)一 退耕還草 黑河中游邊緣綠洲農(nóng)田退耕種植苜蓿5年后，風(fēng)沙土和灰棕漠土020c