土壤有機質(zhì)和生物

土壤有機質(zhì)和生物第1頁/共115頁什么是有機質(zhì)以各種形態(tài)存在于土壤中的各種含碳有機化合物。廣義：包括一切生物體及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)。概念：土壤有機質(zhì)(soilorganicmatter)

土壤中的各種動植物殘體，在土壤生物的作用下形成的一類特殊的、復(fù)雜的、性質(zhì)比較穩(wěn)定的高分子化合物(腐殖質(zhì))。第一節(jié)土壤有機質(zhì)的來源、組成和類型第2頁/共115頁一、土壤有機質(zhì)的來源土壤有機質(zhì)來源特點自然土壤森林土壤枯枝落葉數(shù)量少；累積于地表：從上到下銳減；富含木質(zhì)素，形成的有機質(zhì)疏松、有彈性；形成富含單寧的酸性有機質(zhì)（適于真菌活動）草原土壤地上部和地下部根系

數(shù)量多；分布較深，從上到下逐漸減少；木質(zhì)素少，纖維素多，累積緊實，無彈性；形成中性有機質(zhì)（適于細(xì)菌活動）

耕作土壤施有機肥，作物根茬數(shù)量少，累積于耕作層；受人為培肥措施影響大。第3頁/共115頁二、土壤有機質(zhì)的存在形態(tài)存在形態(tài)：動、植物殘體半分解的動、植物殘體腐殖物質(zhì)（85-90%）

第4頁/共115頁三、土壤有機質(zhì)的含量和組成1.含量一般把耕層含有機質(zhì)20%以上的土壤，稱為有機質(zhì)土壤，在20%以下的土壤，稱為礦質(zhì)土壤(mineralsoil)。耕作土壤表層有機質(zhì)通常在5%以下。土壤有機質(zhì)含量與氣候、植被、地形、土壤類型、農(nóng)耕措施密切相關(guān)。目前，我國土壤有機質(zhì)含量普遍偏低?？傮w而言，北方土壤有機質(zhì)含量高于南方土壤。第5頁/共115頁第6頁/共115頁土壤有機質(zhì)0.5%5%0.5-2.0%7%第7頁/共115頁四川土壤有機質(zhì)含量（%）OM%＞4.00

3.01－4.00

2.01－3.00

1.01－2.00

0.61－1.00＜0.60水田%

1.29

6.19

39.9

51.99

0.63

0.004旱地%

3.14

5.52

18.72

46.26

24.66

1.10第8頁/共115頁

2.組成動植物殘體及微生物體土壤有機質(zhì)上二類的分泌物、排泄物及中間分解產(chǎn)物腐殖質(zhì)（穩(wěn)定的高分子化合物）：主體。第9頁/共115頁土壤腐殖質(zhì)（soilhumus）是除未分解和半分解動、植物殘體及微生物體以外的有機物質(zhì)的總稱。由非腐殖物質(zhì)（Non-humicsubstances）和腐殖物質(zhì)（Humicsubstances）組成，通常占土壤有機質(zhì)的90%以上。腐殖物質(zhì)：由多酚和多醌類物質(zhì)聚合而成；含芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，黃色至棕黑色，非晶形高分子有機化合物；最難降解，一般占土壤有機質(zhì)的60-80%。第10頁/共115頁非腐殖物質(zhì)：有特定理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)已知；約占土壤腐殖質(zhì)的20-30%；碳水化合物、蛋白質(zhì)和氨基酸、脂肪、蠟質(zhì)、木質(zhì)素、核酸等；相對容易被降解，存在時間短；氮、磷、硫營養(yǎng)重要。第11頁/共115頁

(1)元素組成(elementarycomposition)

有機質(zhì)水分占75%，干物質(zhì)占25%。干物質(zhì)中元素組成(%):CHON和灰分元素

448408

（C/N為10左右）

第12頁/共115頁(2)化學(xué)組成(chemicalcomposition)

有機物料的化學(xué)組成：碳水化合物：約占60%，纖維素和半纖維素為主，少量淀粉和糖類。木質(zhì)素：占10%～30%，平均25%，木本植物較多，草本植物較少，難分解，腐殖質(zhì)的主要來源。蛋白質(zhì)等含氮化合物：占1～15%，平均10%。脂蠟質(zhì)、單寧等：占1～8%，平均5%。灰分：燃燒后留下的灰，草本多于木本，占2～7%

。第13頁/共115頁土壤有機質(zhì)的化學(xué)成分:

纖維素半纖維素木質(zhì)素蛋白質(zhì)脂肪、樹脂等

%

2－10

0－2

30－50

28－35

1－8第14頁/共115頁第二節(jié)土壤有機質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化礦質(zhì)化過程（Mineralization）

指復(fù)雜的有機質(zhì)在微生物的作用下，轉(zhuǎn)化為簡單的無機物(H2O；CO2等)并釋放出能量的過程。第15頁/共115頁一、碳水化合物的礦質(zhì)化多糖單糖CO2+H2O+heat(多）好氣條件下有機酸——heat（少）半嫌氣條件CH4、H2、H2S+heat（極少）嫌氣水解酶作用己糖>淀粉>半纖維素>纖維素；糖類物質(zhì)的分解是土壤中生物物活動的主要能源（生物熱）。（4~5千卡熱/g有機物）第16頁/共115頁危害：在低溫、嫌氣條件下,有機酸變?yōu)镃O2和H2O的過程受到阻礙,產(chǎn)生有機酸的累積,從而造成植物根系萎縮、腐爛。如：甲酸3.2×10-3M、乙酸4.6×10-3M、正丁酸7×10-4M，就會對植物根系產(chǎn)生較嚴(yán)重的危害。解決辦法：排水曬田、施草木灰（中和酸、補充K素）有機肥施用前進(jìn)行堆漚。第17頁/共115頁蛋白質(zhì)多肽氨基酸氨NH3硝酸根NO3-蛋白酶肽酶氨化細(xì)菌硝化細(xì)菌水解作用（hydrolyzation)氨化作用（ammonification)硝化作用（nitrification)任何條件下好氣條件下二、含氮化合物的礦質(zhì)化同化吸收第18頁/共115頁

N素的生物固定或有效化過程與有機物C/N比密切相關(guān):

C/N＞25時，產(chǎn)生N素生物固定

C/N＜25時，產(chǎn)生N素有效化。豆科綠肥（三葉草等）C/N小，施入土壤后能提供N素（N素有效化）。禾本科作物秸稈C/N大，直接還田易造成M與作物爭奪N素，造成N素的生物固定。

秸稈還田應(yīng)配施化學(xué)N肥：一般畝施秸稈300－400kg，需要配施化學(xué)純N3－4kg。第19頁/共115頁含磷和硫化合物的分解正磷酸鹽H2PO4-、HPO4=、PO4+3、正硫酸鹽HSO4-、SO4=好氣條件偏磷酸鹽和次磷酸鹽H3PO3、H3PO2

、H3PO4正硫酸鹽、H2S

(黑根、毒害）

嫌氣條件三、含磷和硫化合物的分解第20頁/共115頁

四、植物殘體(deadplantpart)的分解和轉(zhuǎn)化可溶性有機化合物以及部分類似有機物進(jìn)入土壤后的頭幾個月很快礦化。殘留在土壤中的木質(zhì)素、蠟質(zhì)以及第一階段未被礦化的植物殘體碳相對緩慢分解。五、土壤腐殖物質(zhì)(humicsubstances)的分解和轉(zhuǎn)化

腐殖質(zhì)經(jīng)過物理化學(xué)作用和生物降解，使其芳香結(jié)構(gòu)核心與其復(fù)合的簡單有機物分離，或是整個復(fù)合體解體。釋放的簡單有機物質(zhì)被分解（礦化）、轉(zhuǎn)化，酚類聚合物被氧化。被釋放的芳香族化合物（如酚類）參與新腐殖質(zhì)的形成。

第21頁/共115頁有機質(zhì)的礦化率：土壤有機質(zhì)每年礦質(zhì)化作用損失的量占土壤有機質(zhì)總量的百分?jǐn)?shù)。

礦化率一般在1%～3%。由于土壤有機質(zhì)的礦化率與有機氮的礦化率同步，因而可通過測定土壤有機氮的礦化率來代表有機質(zhì)的礦化率。

有機質(zhì)礦化結(jié)果：①為植物和土壤微生物提供養(yǎng)分及活動能量；②為合成腐殖質(zhì)提供物質(zhì)能源。第22頁/共115頁六、影響土壤有機質(zhì)轉(zhuǎn)化的因素1、植物有機殘體的特性（內(nèi)在性質(zhì)）

(1)物理狀態(tài)：多汁、幼嫩殘體，粉碎殘體易于分解（秸稈還田注意粉碎）。

(2)化學(xué)性質(zhì)（有機組分）糖類、淀粉、蛋白質(zhì)等易分解；木質(zhì)素、纖維素、脂蠟質(zhì)、單寧等難分解；半纖維素、果膠介于中間。富含蛋白質(zhì)的殘體利于礦化；富含木質(zhì)素的殘體利于生成腐殖物質(zhì)。使用富含木質(zhì)素的有機肥，生成腐殖質(zhì)較多，改土效果好（豬糞與牛糞的改土區(qū)別）。第23頁/共115頁豬糞：豬糞質(zhì)地較細(xì)密，氨化細(xì)菌較多，易分解，肥效快，利于形成腐殖質(zhì)，改土作用好。豬糞肥性柔和，后勁足，屬溫性肥料。適于各種農(nóng)作物和土壤、腐熟后的豬糞可用于稻田，也可用于旱土，可作基肥使用，也可作追肥使用。牛糞：牛糞質(zhì)地細(xì)密，含水量高，通氣性差，腐熟緩慢，肥效遲緩，發(fā)酵溫度低，屬冷性肥料。為加速分解，可將鮮牛糞稍加曬干，再加馬糞或羊糞混合堆漚，可得疏松優(yōu)質(zhì)的肥料。如混入鈣鎂磷肥或磷礦粉，肥料質(zhì)量更高。牛糞中碳素含量高、氮素含量低，碳氮比大，施用時要注意配合使用速效氮肥。牛糞一般只作基肥使用。第24頁/共115頁(3)植物殘體的碳氮比（C/N）土壤微生物的C/N比值平均為8:1，即吸收1份N需要8份C，但微生物代謝的C只有1/3進(jìn)入微生物細(xì)胞，其余的以CO2釋放．因此，微生物同化1份N到體內(nèi)，須要約24份的C。

當(dāng)有機殘體的C/N＞25:1時，其N源不足，須從土壤中吸收無機N來補充（氮的生物固定），造成與植物對N源的暫時性競爭，有機質(zhì)分解慢。

當(dāng)有機質(zhì)C/N降至25:1以下，分解加快，同時釋放出無機N。第25頁/共115頁植物殘體C/N變化大，禾本科秸桿C/N多大于30:1。施用水稻、玉米、麥類等高C/N秸桿，分解初期應(yīng)避免氮的“生物固定”。方法是：

1）堆腐一段時期再施用；

2）配施適量氮化肥（一般秸桿300-400kg/mu，配施N3-4kg/畝）。氮因素值：100克有機質(zhì)分解時固定無機氮的克數(shù)。第26頁/共115頁激發(fā)作用**（Primingeffect)：土壤中加入新鮮有機物質(zhì)會促進(jìn)土壤原有有機質(zhì)的降解，這種礦化作用稱之激發(fā)作用。激發(fā)效應(yīng)可以是正、也可以是負(fù)。第27頁/共115頁2.土壤環(huán)境條件（微生物活動條件）

(1)土壤溫度(temperature)

25－35℃條件下，M活動最為旺盛，利于OM礦質(zhì)化分解，提供作物所需養(yǎng)分。(2)土壤濕度和通氣狀況(soilhumidityandaerationstatus)

要求水分充足而通氣良好。水少氣多:好氣,M活動旺盛,OM礦質(zhì)化分解,釋放養(yǎng)分水多氣少:嫌氣,M活動受抑制,OM腐殖化合成腐殖質(zhì)第28頁/共115頁最適水氣狀況為：即田間持水量的60～80%，按土水勢-300～-1000hPa（百帕）或mbar（毫巴）。干濕交替(wettinganddryingcycle)有利于有機質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化。(3)土壤pH

細(xì)菌最適pH6.5～7.5，放線菌稍高，真菌較低。pH低于5.5，高于8.5，一般微生物都不太適宜。(4)質(zhì)地：質(zhì)地愈粘重，愈難分解，腐殖化系數(shù)愈高。(5)其它條件：土壤鹽濃度低于0.2%，無重金屬污染等。第29頁/共115頁第三節(jié)土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì)第30頁/共115頁一、土壤腐殖質(zhì)形成（一）腐殖化作用(humification)腐殖質(zhì)(humus)：土壤腐殖質(zhì)是土壤中一類性質(zhì)穩(wěn)定，成分、結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的高分子化合物。腐殖化作用(humification)：進(jìn)入土壤中的有機質(zhì)又重新合成腐殖質(zhì)的過程。腐殖化過程也就是有機碳從一種有機碳形式轉(zhuǎn)化為另一種有機碳形式，也叫有機碳的周轉(zhuǎn)。它是一種極端復(fù)雜的生物過程。第31頁/共115頁土壤腐殖質(zhì)形成途徑第32頁/共115頁（二）土壤腐殖化過程---腐殖質(zhì)的形成過程（假說階段）腐殖化過程是以微生物為主導(dǎo)的生物和生化過程，還有一些純化學(xué)過程。有機質(zhì)的形成分為兩個階段：第33頁/共115頁第一階段：分解階段：有機殘體降解產(chǎn)生產(chǎn)生了合成腐殖質(zhì)原始材料：（1）芳香核：主要由木質(zhì)素降解所產(chǎn)生。酚類氧化成醌所產(chǎn)生。（2）支鏈化合物：一些含氮的有機化合物，如氨基酸、肽類等。第二階段：合成階段：將分解轉(zhuǎn)化的基本材料在微生物作用下經(jīng)過縮合和聚合合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的腐殖質(zhì)。多元酚理論（較為盛行）第34頁/共115頁第35頁/共115頁（三）腐殖化系數(shù)（humificationcoecient）：單位重量的有機碳在土壤中分解一年后殘留的碳量。與有機殘體的木質(zhì)素含量呈正相關(guān)。土壤腐殖物質(zhì)分解速率小，周轉(zhuǎn)速度慢（年周轉(zhuǎn)量為1.1%），從而能較長時間維持土壤有機質(zhì)水平。富里酸（Fulvicacid）的C14年齡0～500年；胡敏酸（Humicacid）的C14年齡1000～2500年；胡敏素（Humin）平均C14年齡在1000年以上。第36頁/共115頁二、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)占絕大多數(shù)腐殖質(zhì)有機質(zhì)與粘粒礦物和陽離子結(jié)合，形成有機無機復(fù)合體；

52-98%的土壤有機質(zhì)集中在粘粒部分。第37頁/共115頁粘土礦物-腐殖質(zhì)復(fù)合體第38頁/共115頁土壤用稀堿（NaOH）去除了動植物殘體細(xì)土樣溶液（腐殖酸）Humicacids黑色殘余物黑腐素（胡敏素）humin酸化（HCl）黃色溶液（黃腐酸、富啡酸富里酸）Fulvicacid，F(xiàn)A褐色沉淀褐腐酸胡敏酸

humicacid，HA用乙醇溶解溶解吉瑪多美朗酸堿溶后加電解質(zhì)NaCL沉淀灰色腐殖酸溶液棕色腐殖酸水浮選、手挑、靜電吸附或采用比重1.8或2.0重液浮選（輕組）三、土壤腐殖酸的分組第39頁/共115頁四、土壤腐殖酸的性質(zhì)1.物理性質(zhì)(physicalproperty)

(1)分子量、形狀、顏色A、分子量：很大，幾至幾百萬。分子量大小與單體和聚合度有關(guān)。Humin>HA>FA。B、形狀：短棒形，疏松多孔，似海棉；比表面積遠(yuǎn)比粘土礦物和金屬氧化物的大。C、顏色：分子量愈大，顏色愈深（HA分子量大，褐色；FA分子量小，呈淡黃色）第40頁/共115頁A、溶解性(dissolution)FA:水（呈強酸性反應(yīng)）、酸、堿都可溶（它的一切鹽類都能溶于水）；

HA:水和酸不溶，堿可溶（一價金屬離子的鹽類易溶于水，兩價離子的鹽類難溶于水，三價離子的鹽類不溶于水）；

humin:水、酸、堿都不溶。(2)溶解性與吸水性B、吸水性

親水膠體，吸水能力是硅酸鹽粘土礦物的4-5倍，最大吸水量可達(dá)其重量的500%。第41頁/共115頁2.化學(xué)性質(zhì)(chemicalproperty)(1)元素組成(elementarycomposition)C、H、O、N、P、S為主，及少量Ca、Mg、Fe、Si等灰分。含C量為55～60%，平均58%，100/58＝1.724（實驗測定土壤有機質(zhì)時，測出含C量后×1.724即得土壤有機質(zhì)含量．OM%＝C%×1.724）

C:N:P:S＝100:10:1:1～120:10:1:1(C/N為10:1～12:1)第42頁/共115頁(2)功能團(tuán)(functionalgroup)

含有羧基、醇羥基、羰基、醇基、氨基及酚羥基等多種功能團(tuán)功能團(tuán)的解離導(dǎo)致腐殖酸帶電。如：

R－COOH

R－COO－＋H＋

R－OHR－O－＋H＋腐殖酸總酸度：羧基和酚羥基的總量?？偹岫仍酱?，分子活性越強。一般較高的總酸度意味著有較高的陽離子交換量和絡(luò)合容量。第43頁/共115頁

(3)帶電性由于含多種官能團(tuán)，官能團(tuán)發(fā)生解離，在一般土壤pH條件下帶負(fù)電荷，從而可吸附其它陽離子（有機質(zhì)保肥性的機制所在）。腐殖酸的陽離子吸附量500～1200cmol(+)/kg，遠(yuǎn)高于硅酸鹽粘土礦物。

(4)腐殖酸具弱酸特征能緩沖酸、堿；與Ca2+、Fe3+、Al3+及鐵、鋁氧化物絡(luò)合（螯合）形成復(fù)合體。第44頁/共115頁3.分子結(jié)構(gòu)特征(characterofmolecularstructure)

由脂肪族和芳香族結(jié)構(gòu)組成分聚合而成的，分子結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的有機高分子化合物。單體中有芳核結(jié)構(gòu)物質(zhì)，芳核上有多種取代基。4.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產(chǎn)生沉淀。第45頁/共115頁5.腐殖質(zhì)的穩(wěn)定性與變異性（1）穩(wěn)定性在溫帶條件下，一般植物殘體的半分解周期少于3個月，植物殘體形成的新的有機質(zhì)的半分解期為4.7-9年，而胡敏酸的平均停留時間為780-3000年，富里酸的平均停留為200-630年。第46頁/共115頁（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47頁/共115頁第四節(jié)土壤有機質(zhì)的作用及管理（一）提供植物養(yǎng)分有機質(zhì)養(yǎng)分完全，是植物吸收C、N、P、S和微量元素的主要來源，且肥效穩(wěn)而持久。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；植物所需養(yǎng)分中N95%以上，P20-50%，S38-94%是由有機質(zhì)分解供給的——促進(jìn)有機物質(zhì)礦質(zhì)化。其他營養(yǎng)：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等營養(yǎng)元素。一、土壤有機質(zhì)在土壤肥力方面的作用第48頁/共115頁（二）促進(jìn)養(yǎng)分有效化(effectuation)

OM礦質(zhì)化和腐殖化過程中產(chǎn)生的有機酸和腐殖酸，增加土壤中礦質(zhì)養(yǎng)分的溶解度；有機酸和富啡酸絡(luò)合某些金屬離子（如Fe），使其保留于土壤溶液中不致沉淀，而提高其有效度。同時減少金屬離子對P的固定，提高P的有效性。通過絡(luò)合，減輕強酸性土的鐵、鋁毒害。第49頁/共115頁（三）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(膠結(jié)劑---胡敏酸—多糖）②降低土壤粘性、粘著性、脹縮性和可塑性，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。機理如下

1.進(jìn)入土壤的植物組織，每千克干物質(zhì)大約有16.7452~20.9320KJ的熱。含有機4%土壤每英畝耕層土壤有機物質(zhì)潛能為6.28×109~6.9888×109KJ;相當(dāng)于20~50噸無煙煤熱量。（土壤參與了能量的傳遞）應(yīng)用實例：保護(hù)地蔬菜育秧和越冬2.腐殖質(zhì)黑色有利于吸熱增溫3.導(dǎo)熱性較大第50頁/共115頁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)–可變電荷（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（弱酸和弱酸鹽）第51頁/共115頁3、生物性質(zhì)（1）影響根系的生長（2）影響植物的抗旱性(增強了細(xì)胞滲透性和刺激根系下扎）（3）影響植物的物質(zhì)合成與運輸（4）藥用作用。不良作用：有機物質(zhì)分解的中間產(chǎn)物如各種有機酸的毒害問題應(yīng)當(dāng)注意第52頁/共115頁二、有機質(zhì)在生態(tài)環(huán)境上的作用（一）有機質(zhì)對重金屬污染的影響

(1)絡(luò)合作用形成不溶性的螯合物，阻滯其在土壤中的遷移和向水體轉(zhuǎn)移，減輕重金屬(heavy

metal)污染。例如，胡敏酸對金屬離子的鍵合總?cè)萘繛?00～600μmol/g。

(2)腐殖酸通過絡(luò)合和還原作用影響重金屬離子的存在形態(tài)。胡敏酸將有毒的Cr6+還原為Cr3+

，并與之形成穩(wěn)定的螯合物而限制動植物對其吸收。

(3)腐殖酸對礦物有一定溶解作用。第53頁/共115頁（二）有機質(zhì)對農(nóng)藥等有機污染物的固定作用腐殖質(zhì)中的腐殖酸可溶解、吸附農(nóng)藥，如DDT易溶于HA；富啡酸能增加農(nóng)藥從土壤向地下水的遷移。從而降低或消除農(nóng)藥的殘留及毒害(toxicityofpesticideresidue)第54頁/共115頁（三）土壤有機質(zhì)對全球碳平衡的影響土壤有機質(zhì)是全球碳平衡的重要碳庫。全球土壤有機質(zhì)的總碳量大約是陸地生物總碳量的2.5～3倍。每年土壤有機質(zhì)生物分解（呼吸作用）向大氣釋放CO2的總碳量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于焚燒燃料釋放的碳量。土壤有機質(zhì)水平的不斷下降，對全球氣候變化的影響將不亞于人類活動向大氣排放CO2的影響。

（四）對環(huán)境不良影響還原氣體的產(chǎn)生CH4、H2S等第55頁/共115頁第56頁/共115頁一個碳原子的旅程據(jù)Garrels等（1975)計算：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10萬年；在地殼中停留3.42×108第57頁/共115頁三、土壤有機質(zhì)的管理土壤有機質(zhì)（碳）的動態(tài)平衡土壤有機質(zhì)含量并非可以無限提高，在穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中最終達(dá)到一個穩(wěn)定值。第58頁/共115頁$$如何提高土壤有機質(zhì)含量？

1、堅持兩個原則平衡原則經(jīng)濟(jì)原則

2.提高有機質(zhì)含量的措施（1)合理耕作制度（退化或熟化）

合理的耕作制度可促進(jìn)土壤有機質(zhì)含量的提高并維持較高的水平。第59頁/共115頁主要的有機肥源包括：

綠肥、糞肥、廄肥、堆肥、漚肥、餅肥、蠶沙、魚肥、河泥、塘泥、

有機、無機肥料配合施用（2）施用有機肥（3）種植綠肥田菁紫云英紫花苜蓿等

休閑綠肥、套作綠肥養(yǎng)用結(jié)合：因地制宜、充分用地、積極養(yǎng)地、養(yǎng)用結(jié)合第60頁/共115頁（4）秸稈還田要注意秸稈的C/N比、破碎度、埋壓深度以及土壤墑情、播種期遠(yuǎn)近、化肥施用量等第61頁/共115頁第62頁/共115頁第63頁/共115頁第64頁/共115頁(一)基本概念(二）問答題1.土壤有機質(zhì)2.土壤腐殖質(zhì)、腐殖酸3.礦化作用4.腐殖化作用7.腐殖化系數(shù)8.C/N1.什么叫土壤有機質(zhì)?包括哪些形態(tài)?其中哪種最重要?2.增加土壤有機質(zhì)的方法有哪些?你認(rèn)為最有效是哪種?3.敘述土壤有機質(zhì)在土壤肥力上的意義和作用?4.水田的腐殖質(zhì)含量一般比旱地高?為什么?5.影響土壤有機質(zhì)轉(zhuǎn)化的條件是什么?其中最主要的條件是哪一種?為什么?6,C/N意義第65頁/共115頁重點掌握

掌握土壤有機質(zhì)與土壤腐殖質(zhì)概念，二者有何異同。

掌握碳水化合物、含N化合物的轉(zhuǎn)化過程及產(chǎn)物，重點掌握影響轉(zhuǎn)化因素中的C/N的詳細(xì)內(nèi)容和基本原理。

掌握土壤有機質(zhì)對土壤肥力、農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)以及環(huán)境保護(hù)所產(chǎn)生的影響。了解提高土壤有機質(zhì)的原則和途徑，以及為什么一再強調(diào)增施有機肥，以培肥土壤的科學(xué)道理。第66頁/共115頁第五節(jié)土壤生物(SoilOrganism)微生物微生物與植物的共生體原生動物大型動物土壤生物的種類第67頁/共115頁一、土壤微生物

土壤微生物(soilmicroorganisms)是指生活在土壤中借用光學(xué)顯微鏡才能看到的微小生物。

土壤微生物參與土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，在土壤形成和發(fā)育、土壤肥力演變、養(yǎng)分有效化和有毒物質(zhì)降解等方面起著重要作用。1324圖1：古細(xì)菌（產(chǎn)甲烷菌）

圖2：細(xì)菌（金黃色葡萄球菌）

圖3：真菌（青霉菌）

圖4：病毒（T4噬菌體）第68頁/共115頁（一）土壤微生物種群的類型節(jié)桿菌屬（Arthrobacter）芽孢桿菌屬（Bacillus）假單胞菌屬（Pseudomonas）土壤桿菌屬（Agrobacterium）產(chǎn)堿桿菌屬（Alcaligenes）黃桿菌屬（Flavobacterium）1.原核微生物(procaryotes)(1)古細(xì)菌(archaea)(2)細(xì)菌(bacteria)第69頁/共115頁(3)放線菌(actinomyces)(4)藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacterium）是光合微生物，行光能無機營養(yǎng)，過去稱為藍(lán)（綠）藻，由于原核特征現(xiàn)改稱為藍(lán)細(xì)菌，與真核藻類區(qū)分開來。(5)粘細(xì)菌(myxomycota)第70頁/共115頁土壤細(xì)菌

土壤細(xì)菌是一類單細(xì)胞、無完整細(xì)胞核的生物。它占土壤微生物總數(shù)的70%-90%。

細(xì)菌的基本形態(tài)有：球狀、桿狀和螺旋狀。

土壤細(xì)菌常見屬有：節(jié)桿菌屬、芽孢桿菌屬、假單胞菌屬、土壤桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬和黃桿菌屬。第71頁/共115頁土壤中的細(xì)菌生理群：纖維分解細(xì)菌好氣纖維分解細(xì)菌

主要有生孢噬纖維菌屬、噬纖維菌屬、多囊菌屬和鐮狀纖維菌屬（要求最適溫度為22-30℃，通氣良好）

嫌氣纖維分解細(xì)菌

主要是好熱性嫌氣纖維分解芽孢細(xì)菌，包括熱纖梭菌、溶解梭菌及高溫溶解梭菌等。好熱性纖維分解菌活動適宜溫度達(dá)60-65℃，最高活動溫度可達(dá)80℃。

生態(tài)習(xí)性：纖維分解細(xì)菌適宜中性至微堿性環(huán)境，在酸性土壤中纖維素分解菌活性明顯減弱；纖維分解細(xì)菌的活動也受到分解物料C/N的影響。C/N第72頁/共115頁固氮細(xì)菌自生固氮細(xì)菌共生固氮細(xì)菌

自生固氮細(xì)菌是指獨自生活時能將分子態(tài)氮還原成氨，并營養(yǎng)自給的細(xì)菌類群。

主要有好氣性、嫌氣性和兼性三種。

共生固氮細(xì)菌是指兩種生物相互依存生活在一起時，由固氮微生物進(jìn)行固氮的作用。

固氮菌根瘤菌與豆科植物的共生固氮作用最為重要。

第73頁/共115頁

根瘤菌是指與豆科植物共生，形成根瘤，能固定大氣中分子態(tài)氮，向植物提供氮營養(yǎng)的一類桿狀細(xì)菌。根瘤根瘤菌

根瘤菌與豆科植物形成根瘤可分為兩個階段：侵染土壤階段根瘤形成階段第74頁/共115頁氨化細(xì)菌微生物分解含氮有機化合物釋放氨的過程稱為氨化過程含氮有機化合物多肽、氨基酸等簡單含氮化合物NH3生態(tài)習(xí)性：最適土壤含水量為田間持水量的50%~75%；最適溫度為25~35℃；適宜pH為中性環(huán)境。

物料C/N比對氨化細(xì)菌活動強度和氨化過程的影響第75頁/共115頁硝化細(xì)菌微生物氧化氨為硝酸并從中獲得能量的過程稱為硝化過程生態(tài)習(xí)性：屬化能無機營養(yǎng)型，適宜在pH6.6~8.8或更高的范圍內(nèi)生活；好氣性細(xì)菌；最適溫度為30℃。NH3亞硝酸亞硝酸細(xì)菌硝酸硝酸細(xì)菌參與硝化過程的土壤微生物為硝化細(xì)菌第76頁/共115頁反硝化細(xì)菌微生物將硝酸鹽還原為還原態(tài)含氮化合物或分子態(tài)氮的過程稱反硝化過程

生態(tài)習(xí)性：最適pH值為6~8；最適溫度為25℃。由微生物推動的氮素循環(huán)第77頁/共115頁2.真核微生物(eukaryoticmicroorganisms)真菌(eumycota)藻類(alga)地衣(lichens)3.非細(xì)胞型生物即分子生物—病毒(virus)第78頁/共115頁土壤真菌土壤真菌：是指生活在土壤中菌體多呈分枝絲狀菌絲體，少數(shù)菌絲不發(fā)達(dá)或缺乏菌絲的具真正細(xì)胞核的一類微生物。

生態(tài)習(xí)性：適宜酸性；好氣性微生物；化能有機營養(yǎng)型。作用：是土壤中糖類、纖維類、果膠和木質(zhì)素等含碳物質(zhì)分解的積極參與者。主要的土壤真菌：分布最廣的是青霉屬、曲霉屬、木霉屬、鐮刀菌屬、毛霉屬和根霉屬。第79頁/共115頁土壤藻類土壤藻類是指土壤中的一類單細(xì)胞或多細(xì)胞、含有各種色素的低等植物。蘇州市河道里的藍(lán)藻巢湖里的藍(lán)藻第80頁/共115頁藻類是含葉綠素的低等植物，有些能進(jìn)行光合作用，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81頁/共115頁土壤中的藻類主要是綠藻和硅藻。土壤藻類是土壤生物的先行者，可通過光能自養(yǎng)的能力。成為土壤上最先有機物質(zhì)制造者之一?；牡睾透稍锏纳衬寥乐械母迟|(zhì)多來自土壤藻類。根據(jù)藻類的生長狀況，可判斷出土壤的肥力狀況和性質(zhì)。第82頁/共115頁

地衣(lichen)是真菌和藻類形成的不可分離的共生體。地衣廣泛分布在荒涼的巖石、土壤和其他物體表面，地衣通常是裸露巖石和土壤母質(zhì)的最早定居者。地衣第83頁/共115頁（二）土壤微生物的營養(yǎng)類型根據(jù)微生物對營養(yǎng)和能源的要求，一般可將其分為四大類型：化能有機營養(yǎng)型(chemoorganotrophy)化能無機營養(yǎng)型(chemolithotrophy)光能有機營養(yǎng)型(photoorganotrophy)光能無機營養(yǎng)型(photolithotrophy)化能異養(yǎng)型，所需能量和碳源直接來自土壤有機物質(zhì)?；茏责B(yǎng)型，無需現(xiàn)成的有機物質(zhì)，能直接利用空氣中的二氧化碳或無機鹽類生存的細(xì)菌。光能異養(yǎng)型，其能源來自光，但需要有機化合物作為供氫體以還原二氧化碳，并合成細(xì)胞物質(zhì)。光能自養(yǎng)型，利用光能進(jìn)行光合作用，以無機物作氫供體以還原二氧化碳合成細(xì)胞物質(zhì)。第84頁/共115頁(三)土壤微生物呼吸類型根據(jù)土壤微生物對氧氣要求的不同，可分為：好氧微生物有氧呼吸

在有氧環(huán)境中生長，以氧分子為呼吸基質(zhì)氧化時的最終電子受體

兼性微生物兼氧呼吸在有氧和無氧環(huán)境中均能進(jìn)行呼吸的土壤微生物（酵母菌、大腸桿菌）厭氧微生物無氧呼吸

在嫌氣條件下進(jìn)行無氧呼吸，以無機氧化物（NO3-、SO42-、CO2）作為最終電子受體，通過脫氧酶將氫傳遞給其它的有機或無機化合物，并使之還原第85頁/共115頁（四）影響土壤微生物活性的環(huán)境因素溫度是影響微生物生長和代謝最重要的環(huán)境因素。微生物生長需要一定的溫度，溫度超出最低和最高限度時，即停止生長或死亡。最適溫度、最高限、最低限中溫型、高溫型、低溫型1.溫度第86頁/共115頁水是微生物細(xì)胞生命活動的基本條件之一。水分對微生物的影響不僅決定它的含量，更重要決定水的有效性。水分的微生物有效性，用水的活度（a）表示。2.水分及其有效性第87頁/共115頁酸堿度（pH值）對微生物生命活動有很大影響。每種微生物都有其最適宜的pH值和一定的pH值適應(yīng)范圍。大多數(shù)細(xì)菌、藻類和原生動物的最適宜的pH值為6.5-7.5，在pH4.0-10.0也可以生長。嗜酸菌、嗜堿菌3.pH第88頁/共115頁通氣狀況或氧化還原電位（Eh值）的高低對微生物生長有一定影響。因此，結(jié)構(gòu)良好、通氣的旱作土壤中有較豐富的好氧性微生物生長發(fā)育。4.氧氣和Eh值第89頁/共115頁土壤中微生物按照來源不同可分為：土居性(土生土長的)和客居性(外來的)兩種類型。土居性微生物(edaphon)由于長期生活在土壤中，對土壤環(huán)境有較強的適應(yīng)性，當(dāng)土壤環(huán)境變惡劣時，能存活下來，環(huán)境好轉(zhuǎn)時又重新繁殖。5.生物因素第90頁/共115頁6.土壤管理措施

常規(guī)耕作、覆蓋減耕和免耕(zerotillage)等耕作措施對土壤微生物的影響程度是不同的。a土壤耕作(soiltillage)

大田施用的除草劑(herbicide)和葉面殺蟲劑(insecticide)的劑量很少會使土壤達(dá)到足以直接傷害土壤微生物。b殺生劑和其他化學(xué)制劑(chemicals)第91頁/共115頁二、植物根系及其與微生物的聯(lián)合植物根系通過根表細(xì)胞或組織脫落物、根系分泌物向土壤輸送有機物質(zhì)，這些有機物質(zhì)：

一方面對土壤養(yǎng)分循環(huán)、土壤腐殖質(zhì)的積累和土壤結(jié)構(gòu)的改良起著重要作用；

另一方面作為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，大大刺激了根系周圍土壤微生物的生長，使根周圍土壤微生物數(shù)量明顯增加。第92頁/共115頁植物根系的形態(tài)高等植物的根是生長在地下的營養(yǎng)器官，單株植物全部根的總稱為根系。林木根系有不同形態(tài)，概括起來可將其分成五種類型：

垂直狀根系輻射狀根系扁平狀根系串聯(lián)狀根系須狀根系第93頁/共115頁根際與根際效應(yīng)根際(rhizosphere)是指植物根系直接影響的土壤范圍。通常把根際范圍分成根際與根面二個區(qū)，受根系影響最為顯著的區(qū)域是距活性根1-4毫米的土壤和根表面及共其粘附的土壤（也稱根面）。采集根際土壤常用的方法：將植物連根帶土挖掘出來，抖掉根上的大土塊，將緊貼于根上的薄層土壤剝或洗下來。重點掌握第94頁/共115頁根際效應(yīng)(rhizosphereeffect)：由于植物根系的細(xì)胞組織脫落物和根系分泌物為根際微生物提供了豐富的營養(yǎng)和能量，因此，在植物根際的微生物數(shù)量和活性常高于根外土壤，這種現(xiàn)象稱為根際效應(yīng)。

根際微生物(rhizospheremicroorganisms)：根際微生物是指植物根系直接影響范圍內(nèi)的土壤微生物。

數(shù)量：總的來說，根際微生物數(shù)量多于根外類群：由于受到根系的選擇性影響，根際微生物種類通常要比根外少什么是根際效應(yīng)？根系生命活動產(chǎn)生根與根之間相互作用根與微生物間相互作用第95頁/共115頁左：供NH4+使根際pH降低，供NO3-使根際pH升高右：三葉草固N時根際pH發(fā)生變化第96頁/共115頁缺鐵第97頁/共115頁根的還原作用使根際Mn變?yōu)榈蛢r（白色）水稻根際Eh升高，F(xiàn)e被氧化為紅色(銹紋銹斑)第98頁/共115頁根系分隔根系交叉0.5mmolNO3-/L第99頁/共115頁根系交叉根系分隔第100頁/共115頁Cortr.+VAM+Rhiz+VAM+Rhiz根/冠

1.671.751.721.07根瘤量固氮酶活性第101頁/共115頁

對照VAM固氮細(xì)菌

VAM真菌＋固氮細(xì)菌

5628276851217引自：S.MohamdesPlant80:198,295-297,1987單獨和雙接種VAM真菌和固氮細(xì)菌對番茄生長的影響（田間試驗）處理葉面積(cm2)莖葉干重(g/株)莖葉含氮量

(%)莖葉含磷量

(%)產(chǎn)量(g/小區(qū))6.49.1410.512.22.82.983.563.560.310.350.310.37

9894115381091111775VAM:Glomasfasiculatum固氮菌：Azobactervinelandij第102頁/共115頁菌根菌根(mycorrhiz