第二章土壤有機(jī)質(zhì)

第二章土壤生物與土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)是指存在于土壤中所有含碳的有機(jī)物質(zhì)，包括土壤中各種動(dòng)物、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)，即由生命體和非生命體兩部分有機(jī)物質(zhì)組成。

第一節(jié)土壤生物(soilorganisms)

生活在土壤中的生物包括動(dòng)物、植物和微生物。一、土壤微生物(soilmicroorganisms)（1）細(xì)菌(bacteria):最多（2）放線菌(actinomycetes)：次之（3）真菌(fungi)：次之（4）藻類(algae)：最少（5）原生動(dòng)物(protozoon)：最少二、土壤動(dòng)物

每公頃的土壤中約含有幾百千克的各種動(dòng)物,其中占優(yōu)勢(shì)的類群：（1）蚯蚓(earthworm)

（2）線蟲(nematode)

（3）其它土壤動(dòng)物：螨類、螞蟻、蝸牛、嚙齒類動(dòng)物、其它昆蟲等。三、土壤生物的功能

1、調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的養(yǎng)分循環(huán)（主要是有機(jī)質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)化、合成，推動(dòng)土壤發(fā)育）

2、分解有機(jī)物，產(chǎn)生并消耗CO2、CH4、H2等多種氣體

3、影響全球氣候的變化.SOC&Microbialcommunity

四、影響土壤微生物活性的環(huán)境因素

1、溫度：絕大多數(shù)微生物適于25～40℃的溫度范圍。

2、pH：大多數(shù)細(xì)菌、藻類和原生動(dòng)物最適宜的pH范圍未6.5～7.5，放線菌7.5～8.0，真菌3.0～6.03、氧氣和Eh（氧化還原電位）：好氧微生物最適宜的Eh為：300～400mv,厭氧微生物<100mv。

4、生物因素：有互生、共生、拮抗現(xiàn)象。如：纖維分解菌為真菌提供能源，固氮菌為纖維分解菌提供氮素營(yíng)養(yǎng)。

5、土壤管理措施：如少耕和免耕可增強(qiáng)土壤表層附近微生物活性。濫用殺蟲劑和除草劑會(huì)抑制一些微生物活性。一、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1、高等植物殘?bào)w（地上部和地下部）2、土壤中的動(dòng)物殘?bào)w及排泄物3、土壤中的微生物及分泌物4、施用的有機(jī)肥第二節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源、含量及其組成土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化（重點(diǎn)）土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì)（重點(diǎn)）

土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理（重點(diǎn)）SoildevelopmentIncreaseofSOM死亡的微生物動(dòng)植物殘?bào)w凋落物AccumulationofSOMandSoilformation（二）、含量及組成1、有機(jī)質(zhì)含量

土壤有機(jī)質(zhì)的含量差異很大，泥炭土可高達(dá)20%或30%以上，漠境土和砂質(zhì)土壤不足0.5%。耕作土壤表層的有機(jī)質(zhì)含量通常<5%,一般在1%～3%之間。土壤有機(jī)質(zhì)0.5%5%0.5-2.0%7%地區(qū)有機(jī)質(zhì)含量（%）旱地水田東北平原4.454.96黃淮海平原0.991.27長(zhǎng)江中下游平原1.742.74南方紅壤丘陵1.652.52珠江三角源程序平原2.012.73表5-1不同地區(qū)旱地和水田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量2、有機(jī)質(zhì)的組成(1)

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，分別占５２％～５８％、３４％～３９％、３．３％～４．８％和３．７％～４．１％，

其次是Ｐ、Ｓ

2、有機(jī)質(zhì)的組成(2)化合物組成可分為:

腐殖物質(zhì)（HumicSubstance)

非腐殖物質(zhì)（Non-HumicSubstance)常見的化合物有糖、纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素及脂類。

2、有機(jī)質(zhì)的組成(3)存在形態(tài)：新鮮的動(dòng)、植物殘?bào)w半分解的動(dòng)、植物殘?bào)w腐殖質(zhì)占１０％～１５％，易機(jī)械分開，是土壤有機(jī)質(zhì)的基本組成部分和養(yǎng)分來(lái)源，也是形成腐殖質(zhì)的原料。占85%～９０％，常形成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體，難以用機(jī)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(biāo)志之一。第二節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化

有機(jī)質(zhì)的分解與合成示意圖二、土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化（一）、礦質(zhì)化過(guò)程與腐殖化過(guò)程1、礦質(zhì)化過(guò)程(Mineralization)***

土壤有機(jī)質(zhì)在土壤微生物及其酶的作用下，分解成二氧化碳和水，并釋放出其中的礦質(zhì)養(yǎng)分的過(guò)程。

礦化率：每年因礦質(zhì)化而消耗的有機(jī)質(zhì)量占土壤有機(jī)質(zhì)總量的百分?jǐn)?shù)。我國(guó)有機(jī)質(zhì)年礦化率在1%～4%之間。1、礦質(zhì)化過(guò)程糖類化合物的轉(zhuǎn)化多糖經(jīng)酶的作用水解為單糖，再進(jìn)一步分解為更簡(jiǎn)單的物質(zhì)。含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化水解：蛋白質(zhì)→水解蛋白質(zhì)→消化蛋白質(zhì)→多縮氨基酸→氨基酸氨化：氨基酸→NH3硝化：NH3→HNO3反硝化：HNO3→N20、N21、礦質(zhì)化過(guò)程含磷有機(jī)物的轉(zhuǎn)化核蛋白質(zhì)→核素→核酸→磷酸卵磷脂→甘油磷酸脂→磷酸含硫有機(jī)物的轉(zhuǎn)化含硫有機(jī)物→H2S→H2SO4,當(dāng)通氣不良時(shí)H2SO4→H2S簡(jiǎn)單有機(jī)化合物的分解單糖、淀粉和簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)粗蛋白質(zhì)纖維素、半纖維素脂肪、蠟質(zhì)木質(zhì)素有機(jī)質(zhì)分解由易而難的遞進(jìn)2.腐殖化過(guò)程:(Humification)***

有機(jī)質(zhì)被分解后再合成新的較穩(wěn)定的復(fù)雜的有機(jī)化合物，并使有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分保蓄起來(lái)的過(guò)程。腐殖化系數(shù)***：通常把每克干重的有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)一年分解后轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)（干重）的克數(shù)，稱為腐殖化系數(shù)。腐殖化系數(shù)通常在0.2～0.5之間。礦質(zhì)化和腐殖化兩個(gè)過(guò)程互相聯(lián)系，隨條件改變相互轉(zhuǎn)化，礦化的中間產(chǎn)物是形成腐殖質(zhì)的原料，腐殖化過(guò)程的產(chǎn)物，再經(jīng)礦化分解釋放出養(yǎng)分。

合理調(diào)控兩者的速度，使其能供應(yīng)作物生長(zhǎng)的養(yǎng)分同時(shí)又使有機(jī)質(zhì)保持在一定的水平。

新鮮程度

破碎程度

緊實(shí)程度

（一）、植物殘?bào)w的特性

1、物理狀態(tài)三、影響有機(jī)物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化的因素2、植物殘?bào)w的化學(xué)組成

纖維素、木質(zhì)素和蠟質(zhì)含量高的植物殘?bào)w難分解，含氮有機(jī)物多的植物殘?bào)w分解容易Ｃ／Ｎ不僅影響有機(jī)殘?bào)w分解速度，還影響土壤有效氮的供應(yīng)，通常以２５：１或３０：１較為合適。

3、C/N比***三、影響有機(jī)物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化的因素Ｃ／Ｎ＜２５：１時(shí)，微生物活動(dòng)最旺盛，分解有機(jī)質(zhì)速度較快，釋放出大量Ｎ素Ｃ／Ｎ＞２５：１時(shí)，Ｎ相對(duì)不足，會(huì)出現(xiàn)微生物與植物共同爭(zhēng)奪土壤中的有效Ｎ。

（二）土壤特性

1、質(zhì)地

粘粒含量越高，有機(jī)質(zhì)含量也越高。

2、pH值

通過(guò)影響微生物的活性而影響有機(jī)質(zhì)的分解，各種微生物都有其最適pH范圍，多數(shù)細(xì)菌的最適pH為6.5～7.5，真菌為3～6、，放線菌為略偏向堿性。由于細(xì)菌數(shù)目最多，所以pH6.5～7.5較適宜，

最適濕度：土壤持水量的50%～80%；低洼、積水有利于有機(jī)質(zhì)的積累。

4、溫度

無(wú)分解：≤0℃；分解隨溫度而加強(qiáng)：0-35℃；升溫10℃，分解速率提高2～3倍最適分解溫度：20~35℃3、水分

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H2O，而N、P、S等則以礦質(zhì)鹽類釋放出來(lái)。

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。

在極端嫌氣的情況下，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。5、通氣性

第三節(jié)土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì)腐殖質(zhì)是一類以芳香化合物或其聚合物為核心，復(fù)合其他有機(jī)物的有機(jī)復(fù)合體，是組成和結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜的天然高分子聚合物，非常穩(wěn)定難溶于水。

腐殖質(zhì)非常穩(wěn)定對(duì)維持土壤有機(jī)質(zhì)水平，減少氮素等其他養(yǎng)分移動(dòng)、損失是十分重要的。一土壤腐殖質(zhì)的形成

二、土壤腐殖質(zhì)的存在形態(tài)

游離狀態(tài)的腐殖質(zhì)（土壤中極少）；

與鹽基化合成穩(wěn)定的鹽類(腐殖酸鈣鎂)；

與含水三氧化物化合成復(fù)雜的凝膠體；

與粘粒結(jié)合成膠質(zhì)復(fù)合體（有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體）。52%～98%的有機(jī)質(zhì)集中在粘粒部分。

土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體示意圖三、土壤腐殖酸的分組目前常用的提取劑（1）0.1MNaOH溶液（2）0.1MNaOH+0.1M

焦磷酸鈉混合提取液腐殖質(zhì)分組方法四、土壤腐殖酸的性質(zhì)

（一）物理性質(zhì)1、顏色

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、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

最大吸水量可以超過(guò)500%，粘粒僅為15%～20%。4、腐殖質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和分子量（1）腐殖質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)目前還沒有完全確定，只明確以芳香核為主體，附以各種功能團(tuán)。

（2）腐殖酸的分子量因土壤和組分的不同而不同，胡敏酸平均為2500～2000，富里酸平均為680～1450。5.膠體特性

土壤有機(jī)膠體的主要組成部分（一）物理性質(zhì)（二）腐殖酸的化學(xué)性質(zhì)胡敏素胡敏酸富里酸腐殖質(zhì)１、腐殖質(zhì)的組成２、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習(xí)慣上以58%為其平均值，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)。元素組成為C、H、O、

N和S等3、含氧官能團(tuán)羧基、酚羥基、羰基、醌基、醇羥基、甲氧基等。種類羧基酚羥基醇羥基醌基酮基甲氧基總酸度

HA15-5721-572-491-261-53-867FA55-1123-5726-953-2012-273-12103腐殖質(zhì)的含氧官能團(tuán)含量（mmolM＋）.kg-14、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(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（可變電荷）腐殖酸是一種兩性膠體。既可以帶負(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)的負(fù)電荷數(shù)量隨pH的升高而升高。腐殖質(zhì)具有帶電性（可變電荷）

（三）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?bào)w的半分解周期少于3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；胡敏酸的平均停留時(shí)間為780-3000年；富里酸的平均停留為200-630年。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(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1.0

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。2、腐殖質(zhì)的變異性

氮素營(yíng)養(yǎng)：土壤有機(jī)質(zhì)中的氮素占全氮的90-98%

磷素營(yíng)養(yǎng)：土壤有機(jī)質(zhì)中的磷素占全磷的20-50%

其他營(yíng)養(yǎng)：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等營(yíng)養(yǎng)元素。第四節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理一、有機(jī)質(zhì)在土壤肥力上的作用（一）提供植物需要的養(yǎng)分

碳素營(yíng)養(yǎng)：碳素循環(huán)是地球生態(tài)平衡的基礎(chǔ)。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1、物理性質(zhì)：①促進(jìn)良好結(jié)構(gòu)體形成，使砂土變緊、粘土變松；②促進(jìn)土壤升溫，而且變幅不大。2、化學(xué)性質(zhì)

：

①增強(qiáng)保水性；②增強(qiáng)土壤保肥性；③增強(qiáng)土壤緩沖性（二）改善土壤肥力特性3、生理性質(zhì)對(duì)微生物OM是微生物生命活動(dòng)所需要的養(yǎng)分和能量來(lái)源，土壤中微生物的數(shù)量與OM的含量呈正相關(guān)；

對(duì)植物，腐殖酸（一）有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬污染的影響（絡(luò)合、氧化還原、吸附）（二）有機(jī)物質(zhì)對(duì)農(nóng)藥污染的影響（固定、遷移，降低或消失其農(nóng)藥毒性）

（三）土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)全球碳平衡的影響（有機(jī)質(zhì)是全球碳平衡過(guò)程中非常重要的碳庫(kù)）

二、有機(jī)質(zhì)在生態(tài)環(huán)境上的作用三、土壤有機(jī)質(zhì)的管理

在一定范圍內(nèi)，土壤肥力以及作物產(chǎn)量隨有機(jī)質(zhì)含量提高而增加，但是土壤有機(jī)質(zhì)并不是愈多愈好，當(dāng)超過(guò)一定范圍，對(duì)作物和土壤肥力均不利.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。

土壤有機(jī)質(zhì)含量決定于年生成量（腐殖化系數(shù)）和年礦化量（礦化率）的大小

1、堅(jiān)持兩個(gè)原則

平衡原則經(jīng)濟(jì)原則調(diào)節(jié)有機(jī)質(zhì)的積累和分解，使既能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，又能以適當(dāng)?shù)姆纸馑俣认蜃魑锾峁B(yǎng)分

如何提高土壤有機(jī)質(zhì)含量？2.

提高有機(jī)質(zhì)含量的措施

增加有機(jī)質(zhì)的來(lái)源；調(diào)節(jié)有機(jī)質(zhì)的積累和分解過(guò)程。(1)、施用有機(jī)肥主要的有機(jī)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(jī)、無(wú)機(jī)肥料配合施用(2).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(3)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、化肥施用量等增加有機(jī)質(zhì)的來(lái)源P55例題解釋調(diào)節(jié)有機(jī)質(zhì)的分解速率為了充分發(fā)揮有機(jī)質(zhì)的有益作用，就必須調(diào)節(jié)土壤微生物的活動(dòng)，使有機(jī)質(zhì)能及時(shí)分解，即不能太慢，也不能太快。

分解太慢，釋放出的養(yǎng)分少，不能滿足作物的需要；

分解太快，使土壤有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生無(wú)益消耗，還會(huì)造成養(yǎng)分的流失及作物的猛長(zhǎng)。此外，土壤有機(jī)質(zhì)過(guò)快的消耗會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)的破壞，使土壤的理化性質(zhì)變劣，耕性惡化。

調(diào)節(jié)土壤水、氣、熱狀況，控制有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化；合理的耕作和輪作；調(diào)節(jié)碳氮比和土壤酸堿度。

1．了解不同地帶土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源、含量及其組成。2．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。3.掌握土壤腐殖質(zhì)的性質(zhì)。4.掌握土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)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。5.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