第一章 第二節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)

第一章第二節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)第一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相的組成成分之一。它在土壤的形成過程中，特別是在土壤肥力的發(fā)展過程中，起著極其重要的作用。第二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四概念土壤有機(jī)質(zhì)—泛指土壤中以各種形態(tài)存在的一切含碳有機(jī)物質(zhì)的總稱。包括：土壤動植物、土壤微生物殘體、土壤生物的分泌物與排泄物，以及這些有機(jī)物質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)。土壤有機(jī)質(zhì)在自然土壤中差異很大，高的可超過20%，稱為有機(jī)質(zhì)土壤，低于20%以下的土壤稱為礦質(zhì)土壤，礦質(zhì)土壤占絕大多數(shù)，有些低的不足0.5％，主要為一些漠境或沙漠土壤。第三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四我國大部分農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量變動為10~40g/kg。氣候條件、植物類型、農(nóng)業(yè)利用方式、土壤質(zhì)地、母質(zhì)類型等因素都影響土壤有機(jī)質(zhì)含量。我國土壤除了某些草甸土、東北黑土和某些自然土壤外，有機(jī)質(zhì)含量一般占土壤固相重量的5%以下.水田高于旱田，同種類型的土壤，黏粒含量越高，則有機(jī)質(zhì)含量也越高。我國部分土壤有機(jī)質(zhì)含量如下表：第四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四我國部分自然土壤有機(jī)質(zhì)含量如下表。統(tǒng)計的標(biāo)本數(shù)有機(jī)質(zhì)含量（％）土類322.07～7.05黃棕壤、黃褐土101.38～6.66高山草原土、亞高山草原土264.81～21.96高山草甸土、亞高山草甸土242.32～2.98磚紅壤、赤紅壤292.14～16.4黑土、黑鈣土470.52～1.95紅壤322.71～20.5黃壤221.03～10.69褐土742.64～19.3棕色森林土第五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四（一）土壤有機(jī)質(zhì)的來源1、來源于死亡的動植物、微生物殘體。2、施入的農(nóng)家肥。3、工業(yè)及城市垃圾廢水廢渣。原始土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源:

微生物為最早來源。動植物殘體是是其基本來源自然土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源:

是死亡的動、植物，微生物殘體及植物的枯枝落葉，但基本來源是土壤中生長的綠色植物。耕地土壤有機(jī)質(zhì)的來源可概括為兩個方面：（1）栽培作物的殘留物（2）施用的有機(jī)肥。其中后者其主導(dǎo)作用。一、土壤有機(jī)質(zhì)的來源、形態(tài)和組成第六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四（二）土壤有機(jī)質(zhì)的存在形態(tài)

1）新鮮有機(jī)質(zhì)（未分解有機(jī)質(zhì)）

2）半分解有機(jī)質(zhì)

3）腐殖質(zhì)：

土壤有機(jī)質(zhì)最主要的一種形態(tài)，與礦物質(zhì)顆粒緊密結(jié)合，占有機(jī)質(zhì)總量的85~90%。

第七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四（三）土壤有機(jī)質(zhì)的組成1.元素組成土壤有機(jī)質(zhì)組成復(fù)雜，元素組成為：含C、O、H、N,

還有一些灰分元素，如：Ca、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、Al、Mn及少量的I、Zn、B、F等。土壤中的含氮量與土壤有機(jī)質(zhì)含量具有相關(guān)性，即土壤中的含氮量為土壤有機(jī)質(zhì)含量的5%。第八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四1、非腐殖物質(zhì)（非特異性物質(zhì)）指土壤中動植物微生物殘體和它們不同階段的分解產(chǎn)物。主要有五類有機(jī)化合物和灰分物質(zhì)，包括：

1）糖類化合物：單糖雙糖和多糖類好氣條件CO2+H2O單糖雙糖和多糖類厭氣條件有機(jī)酸H2、CH42）纖維素、半纖維素3）木質(zhì)素4）含N化合物（蛋白質(zhì)、氨基酸）5）脂肪、樹脂、蠟質(zhì)和單寧6）灰分物質(zhì)：Ca、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、Al、Mn等。2.土壤有機(jī)質(zhì)的化合物組成第九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四2、腐殖質(zhì)（特異性物質(zhì)）是指有機(jī)生物殘體經(jīng)土壤微生物分解和再合成作用重新形成的一類特殊的深色高分子有機(jī)化合物。占土壤有機(jī)質(zhì)總量的85~90%，有資料說每公頃土壤每天可以產(chǎn)生500千克的這種物質(zhì)，它對植物的生長極為重要。第十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四二、土壤有機(jī)質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化（一）礦質(zhì)化作用(礦質(zhì)化過程）——土壤有機(jī)質(zhì)在微生物的作用下，最終分解為簡單化合物，同時釋放出礦質(zhì)養(yǎng)料的過程，稱為有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化作用。

礦化分兩個階段：

①有機(jī)物質(zhì)在微生物分泌出的體外酶的作用下將較復(fù)雜的有機(jī)物先分解成構(gòu)成該物質(zhì)的基礎(chǔ)有機(jī)化合物。(高分子小分子有機(jī)化合物)②微生物吸收第一階段的降解產(chǎn)物，一部分作為建造自身的原料，一部分則被徹底轉(zhuǎn)化為最終分解產(chǎn)物，如CO2、H2O并釋放出無機(jī)鹽（如NH4+、SO42－、HPO42－等）。第十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四

（二）腐殖質(zhì)化作用

土壤微生物將生物殘體礦化的過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物合成更為復(fù)雜的腐殖質(zhì)的過程，稱為有機(jī)質(zhì)的腐殖化作用。對于腐殖質(zhì)形成的研究已有二三百年的歷史，但整個作用機(jī)制并不清楚，各國土壤學(xué)家提出了多種腐殖質(zhì)形成假說，有植物物質(zhì)形成說、化學(xué)聚合說、細(xì)胞自溶說、微生物合成說，以原蘇聯(lián)Kononove的化學(xué)聚合說較普遍獲得公認(rèn)，腐殖質(zhì)的形成過程可分為兩個階段：第十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四第一階段:

產(chǎn)生構(gòu)成腐殖質(zhì)主要成分的原始材料，如多元酚、氨基酸、多肽、氧化物醌和糖類物質(zhì)。第二階段:

是合成階段，微生物將上述原始材料通過某種化合機(jī)制（包括縮合等多種酶促反應(yīng)和可能的純化學(xué)反應(yīng)），進(jìn)一步合成為高分子多聚體化合物，即腐殖質(zhì)。第十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四5-1土壤腐殖質(zhì)形成過程中的轉(zhuǎn)化途徑第十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四三、土壤腐殖質(zhì)

本身不是一種單一的化合物，而是一類沒有固定分子式或固定相對分子質(zhì)量的物質(zhì)的總稱。其主體為各種腐殖酸及其鹽類，與礦物質(zhì)結(jié)合形成的有機(jī)無機(jī)復(fù)合體。

第十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四（一）土壤腐殖質(zhì)的組成土壤有機(jī)質(zhì)加稀NaOH液處理沉淀物胡敏素（黑腐素）可溶性腐殖物質(zhì)淺黃色溶液富里酸（黃腐酸）褐色沉淀胡敏酸（褐腐酸）加酸至pH1第十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四

胡敏酸和富里酸是土壤腐殖質(zhì)的主要部分，一般在60%左右，胡敏素是與土壤礦物顆粒緊密結(jié)合而不能被稀堿液所提取的腐殖酸，由于與土壤顆粒結(jié)合牢固，對土壤性質(zhì)和土壤肥力影響不大。第十七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四（三）土壤腐殖酸的性質(zhì)

1、腐殖酸的元素組成

主要是由C、H、O、N、P、S等元素組成。平均含碳為58%,含氮平均5.6%。其中胡敏酸與富里酸比較，前者含碳、氮高而富里酸含氧、硫高，富里酸酸性較強。

2、腐殖酸含有多種含氧功能團(tuán)并帶有電荷

含有多種含氧功能團(tuán)如羧基、酚羥基、羰基、甲氧基、醌基和醇羥基、胺基、硫醇基等，使腐殖酸具有生理活性，能發(fā)生許多生化反應(yīng)如離子交換、絡(luò)合、氧化還原等；另外腐殖酸還是兩性膠體，在不同酸堿度的介質(zhì)中電性不同，可以解離使腐殖質(zhì)分子表面帶有電荷。（如—COO－、—NH3＋）3、腐殖酸的分子結(jié)構(gòu)特征與分子量

腐殖酸分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分子結(jié)構(gòu)以芳核為主體，芳核上連接多肽、酚酸、金屬離子、糖和許多功能團(tuán)和雜環(huán)氮，分子內(nèi)部有許多非晶體的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，形狀為棒狀或球形，分子量巨大，從幾十到數(shù)百萬，胡敏酸分子量一般890-2550，富里酸分子量為675-1450。第十八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四胡敏酸的結(jié)構(gòu)模式2第十九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四富啡酸的結(jié)構(gòu)模式2第二十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四4、腐殖酸的顏色

整體呈黑色，不同腐殖酸顏色有差別，與分子量和發(fā)色基團(tuán)組成比例有關(guān)，胡敏酸顏色深，富里酸顏色黃

5、腐殖酸的溶解度

胡敏酸微溶于水，其一價鹽溶于水，多價鹽不容于水富里酸溶于水，其一、二價鹽均溶于水。

6、腐殖酸的絡(luò)合能力

能與鐵、鋁、銅鋅等高價金屬離子形成絡(luò)合物，其中羧基與酚羥基是主要參與絡(luò)合金屬離子的功能團(tuán)，絡(luò)合物的穩(wěn)定程度隨pH升高而增大。第二十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四7、腐殖酸的吸水性

是親水膠體，吸水能力強，最大吸水量超過本身重量的500%，干腐殖質(zhì)從飽和大氣中吸水可達(dá)本身重量的100%。而黏粒僅僅為15~20%。

8、腐殖酸的穩(wěn)定性

其化學(xué)穩(wěn)定性強，抗微生物分解能力強，因此分解周期長，在溫帶植物殘體的半分解期為3個月，而新形成的土壤有機(jī)物質(zhì)的半分解期為4-9年，胡敏酸在土壤中平均停留時間780-3000年，富里酸為200-630年。第二十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四四.土壤有機(jī)質(zhì)的作用一在土壤肥力上的作用二在生態(tài)環(huán)境上的作用2第二十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四一、土壤有機(jī)質(zhì)對提高土壤肥力的作用

土壤有機(jī)質(zhì)，特別是腐殖質(zhì)，對土壤肥力的影響是多方面的，主要可歸納如下幾點：

1.植物養(yǎng)分的重要來源土壤有機(jī)質(zhì)含有大量而全面的植物養(yǎng)分，特別是氮素，土壤中的氮素80％以上是有機(jī)態(tài)的，經(jīng)微生物分解后，轉(zhuǎn)化為植物可直接吸收利用的速效氮。

2.提高士壤的蓄水保肥和緩沖能力腐殖質(zhì)本身疏松多孔，具有很強的蓄水能力。土壤中的粘粒吸水力一般為50％～60％，而腐殖質(zhì)可高達(dá)400％～600％。

3.改善土壤的物理性質(zhì)新鮮有機(jī)質(zhì)是土壤團(tuán)聚體主要的膠結(jié)劑，在鈣離子的作用下，能夠形成穩(wěn)定性團(tuán)聚體，腐殖質(zhì)顏色深，能吸收大量的太陽輻射熱，同時有機(jī)質(zhì)分解時也能釋放熱，所以有機(jī)質(zhì)在一定條件下能提高土壤溫度。

2第二十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四

4.促進(jìn)微生物的生命活動土壤有機(jī)質(zhì)能為微生物生活提供能量和養(yǎng)分，同時又能調(diào)節(jié)土壤水、氣、熱及酸堿狀況。

5.促進(jìn)植物的生長發(fā)育胡敏酸具有芳香族的多元酚官能團(tuán)，可以加強植物的呼吸過程，提高細(xì)胞膜的透性，促進(jìn)養(yǎng)分進(jìn)入植物體，還能促進(jìn)新陳代謝，細(xì)胞分裂，加速根系和地上部分的生長。6.其他方面的作用腐殖質(zhì)中含維生素、抗生素和激素，可增強植物抗病免疫能力。另外，腐殖質(zhì)還有利于鹽、堿土的改良。

土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，土壤肥力越高嗎？第二十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四二、土壤有機(jī)質(zhì)在生態(tài)環(huán)境上的作用1.對全球碳平衡的影響2.對重金屬的影響3.對農(nóng)藥等有機(jī)污染物的固定第二十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四

1.

土壤有機(jī)質(zhì)積累的途徑（1）增施有機(jī)肥我國歷來有施有機(jī)肥的習(xí)慣，肥源廣闊，有廄肥、堆肥、漚肥等對提高土壤的肥力作用極大，噸良田有機(jī)質(zhì)含量不少于1.1%。有機(jī)肥工廠化生產(chǎn)是未來發(fā)展趨勢。（2）秸桿還田是增加土壤有機(jī)質(zhì)簡單易行的措施五耕地土壤有機(jī)質(zhì)的調(diào)節(jié)第二十七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期四主要方式有：1）與廄肥混合堆腐漚制后還田。2）秸桿粉碎就地還田；3）高留茬收割，高度20~30cm；4）將秸桿作飼料，過腹還田。（3