土壤有機(jī)質(zhì)土壤肥料學(xué)

土壤有機(jī)質(zhì)土壤肥料學(xué)第1頁(yè)/共42頁(yè)第二章土壤有機(jī)質(zhì)第2頁(yè)/共42頁(yè)第一節(jié)、土壤生物多樣性及其功能

一、土壤微生物的多樣性及其功能

(一)土壤微生物的多樣性及其功能

土壤微生物是土壤中最原始的活有機(jī)體。它們的作用是：分解有機(jī)質(zhì)，合成腐殖質(zhì)，轉(zhuǎn)化土壤中難溶性的礦質(zhì)養(yǎng)分及固氮。根據(jù)土壤微生物的形態(tài)構(gòu)造和生理活動(dòng)特點(diǎn)，一般可分為：細(xì)菌、真菌、放線菌。第3頁(yè)/共42頁(yè)（1）細(xì)菌

細(xì)菌是單細(xì)胞不含葉綠素和細(xì)胞壁無纖維素成分的原核微生物。按個(gè)體形狀可分為球菌、桿菌、弧菌和螺旋菌等，根據(jù)營(yíng)養(yǎng)方式可分為自養(yǎng)型細(xì)菌和異養(yǎng)型細(xì)菌。第4頁(yè)/共42頁(yè)

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。我國(guó)部分土壤有機(jī)質(zhì)含量如下表。

第二章土壤有機(jī)質(zhì)第5頁(yè)/共42頁(yè)表中國(guó)某些自然土壤中有機(jī)質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)的標(biāo)本數(shù)有機(jī)質(zhì)含量（g/kg）土類3220.7～70.5黃棕壤、黃褐土1013.8～66.6高山草原土、亞高山草原土2648.1～219.6高山草甸土、亞高山草甸土2423.2～29.8磚紅壤、赤紅壤2921.4～164黑土、黑鈣土475.2～19.5紅壤3227.1～205黃壤2210.3～106.9褐土7426.4～193棕色森林土第6頁(yè)/共42頁(yè)一、土壤有機(jī)質(zhì)的來源及組成

土壤有機(jī)質(zhì)是指土壤中形成的和外部加入的所有動(dòng)、植物殘?bào)w不同分解階段的各種產(chǎn)物和合成產(chǎn)物的總稱。（一）土壤有機(jī)質(zhì)的來源及類型土壤有機(jī)質(zhì)主要來源于高等綠色植物的枯枝、落葉、落果、根系等；其次是土壤中動(dòng)物、微生物的遺體；及人為施用的有機(jī)肥料。第7頁(yè)/共42頁(yè)

（二）土壤有機(jī)質(zhì)的組成及性質(zhì)

1.糖類、有機(jī)酸、醛、醇、酮類以及相近的化合物。

2.纖維素和半纖維素

3.木質(zhì)素

4.脂肪、蠟脂、樹脂和單寧

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5.含氮化合物

動(dòng)、植物殘?bào)w中主要的含氮化合物是蛋白質(zhì)，少量比較簡(jiǎn)單的可溶性氨基酸。植物殘?bào)w中的葉綠素等。

6.灰分元素植物經(jīng)燃燒后，殘留在灰分中的元素稱灰分元素。構(gòu)成灰分的主要元素為Ca、Mg、K、Na、S、P、S、Fe、AL、Mn，以及微量元素I、Zn、Mo、B等。其中以Si、Ca、K、Al為最多。第9頁(yè)/共42頁(yè)二土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程

礦質(zhì)化過程：就是有機(jī)質(zhì)被分解成簡(jiǎn)單的無機(jī)化合物，釋放出礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的過程。腐殖化過程：使簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物形成新的、較穩(wěn)定的有機(jī)化合物，使有機(jī)質(zhì)及其養(yǎng)分保蓄起來的過程。第10頁(yè)/共42頁(yè)1.含碳有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化土壤有機(jī)質(zhì)中的碳水化合物如纖維素、半纖維素、淀粉等糖類，在微生物分泌的糖類水解酶的作用下，首先水解為單糖：

(C6H10O5)n＋nH2O→nC6H12O6（一）土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化過程第11頁(yè)/共42頁(yè)

生成的單糖由于環(huán)境條件和微生物種類不同，又可通過不同的途徑分解，其最終產(chǎn)物也不同。如果在好氣條件下，有好氣性微生物分解，最終產(chǎn)物為水和二氧化碳，放出的熱量多，稱氧化作用。其反應(yīng)如下：

nC6H12O6＋6O2

6CO2＋6H20＋熱量第12頁(yè)/共42頁(yè)

如果在通氣不良的條件下，則在嫌氣性微生物作用下緩慢分解，并形成一些還原性氣體、有機(jī)酸，產(chǎn)生的熱量少，稱發(fā)酵作用。其反應(yīng)為：

C6H12O6CH3CH2CH2COOH＋2H2＋2CO2

＋熱量

4H2＋CO2CH4＋2H2O第13頁(yè)/共42頁(yè)2.含氮有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

含氮有機(jī)物是土壤中氮素的主要貯藏狀態(tài)，包括蛋白質(zhì)、氨基酸、腐殖質(zhì)等。

(1)水解作用蛋白質(zhì)在微生物分泌的蛋白質(zhì)水解酶作用下，分解成氨基酸的作用稱水解作用。蛋白質(zhì)氨基酸

蛋白質(zhì)

水解酶第14頁(yè)/共42頁(yè)

(2)氨化作用分解含氮有機(jī)物產(chǎn)生氨的生物學(xué)過程稱氨化作用。

CH2NH2COOH＋O2

HCOOH＋CO2＋NH3

CH2NH2COOH＋H2

CH3COOH＋NH3

CH2NH2COOH＋H2O

CH2(OH)COOH＋NH3

氧化好氣分解

還原嫌氣分解

水解第15頁(yè)/共42頁(yè)

3.硝化作用氨態(tài)氮被微生物氧化成亞硝酸，并進(jìn)一步氧化成硝酸的過程，稱硝化作用。這一作用可分為兩個(gè)階段：第一階段，氨被亞硝酸細(xì)菌氧化成亞硝酸；第二階段，亞硝酸被硝化細(xì)菌氧化成硝酸。其反應(yīng)如下：

2NH2＋3O22HNO2＋2H2O＋熱量

2HNO2＋O22HNO3＋熱量第16頁(yè)/共42頁(yè)

（4）反硝化作用同細(xì)菌在無氧或微氧條件下以NO3－或NO2－作為呼吸作用的最終電子受體生成N2O和N2的硝酸鹽還原過程，稱反硝化作用。其反應(yīng)如下：反硝化細(xì)菌C6H12O6＋24KNO324KHCO3＋6CO2＋12N2↑＋18H2O第17頁(yè)/共42頁(yè)3.含磷有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

土壤中含磷有機(jī)物主要有核蛋白、卵磷脂、核酸、核素等，它們?cè)谟袡C(jī)磷細(xì)菌的作用下進(jìn)行分解：

磷細(xì)菌

水解K＋＋Na＋＋Ca2＋核蛋白質(zhì)磷酸

磷酸鹽第18頁(yè)/共42頁(yè)

產(chǎn)生的磷酸鹽是植物可吸收的磷素養(yǎng)分，但在酸性或石灰性土壤中易與Fe、Al、Ca、Mg等生成難溶性的磷酸鹽，降低其有效性。在缺氧條件下磷酸又被還原為磷化氫，其反應(yīng)如下：

H3PO4H3PO3H3PO2PH3

第19頁(yè)/共42頁(yè)4.含硫有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化植物殘?bào)w中的硫，主要存在于蛋白質(zhì)中，能分解含硫有機(jī)物的土壤微生物很多，一般能分解含氮有機(jī)物的氨化細(xì)菌，都能分解有機(jī)硫化物，產(chǎn)生硫化氫，其反應(yīng)如下：蛋白質(zhì)硫氨基酸H2S第20頁(yè)/共42頁(yè)

還原型的無機(jī)硫化物被硫化細(xì)菌氧化成硫酸的過程，稱硫化作用。其反應(yīng)如下：

2H2S＋O22H2O＋2S

2S＋3O2＋2H2O2H2SO4

硫化作用產(chǎn)生的硫酸與土壤中的鹽基物質(zhì)作用，形成硫酸鹽，硫酸鹽是植物可吸收的養(yǎng)分。第21頁(yè)/共42頁(yè)(二)土壤有機(jī)質(zhì)的腐殖化過程

土壤腐殖質(zhì)的形成是一個(gè)復(fù)雜的過程，大致可分為兩個(gè)階段。第一階段：有機(jī)殘?bào)w在微生物分解作用下，其中一部分徹底礦化，最終生成CO2、H2O、NH3、H2S等無機(jī)化合物。另一部分轉(zhuǎn)化為較簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物（多元酚）和含氮化合物（氨基酸、肽等），提供了形成腐殖質(zhì)的材料。第22頁(yè)/共42頁(yè)

第二階段：上述土壤腐殖質(zhì)的組成部分，在微生物的作用下經(jīng)縮合形成腐殖質(zhì)的基本單元。先是多元酚在微生物的作用下氧化為醌，然后醌再與含氮化合物縮合成原始腐殖質(zhì)。第23頁(yè)/共42頁(yè)土壤腐殖質(zhì)形成過程中的轉(zhuǎn)化途徑第24頁(yè)/共42頁(yè)三、影響土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的因素

有機(jī)殘?bào)w的特性

土壤水分和通氣狀況溫度土壤特性C/N比值

最適水勢(shì)－0.1～－0.03Mpa0～35℃OM、pH、Eh值等第25頁(yè)/共42頁(yè)第三節(jié)腐殖質(zhì)

腐殖質(zhì)本身不是一種單一的化合物，而是由多種化合物形成的聚縮物，其主體為腐殖酸及其鹽，占腐殖質(zhì)的85％～90％，稱為腐殖物質(zhì)。其余為微生物代謝所產(chǎn)生的較簡(jiǎn)單的化合物，因與腐殖酸緊密結(jié)合難以分離，故與腐殖酸合稱為腐殖質(zhì)。第26頁(yè)/共42頁(yè)

根據(jù)腐殖質(zhì)在不同溶劑中的溶解度和顏色可分離出胡敏素、胡敏酸和富啡酸3種性質(zhì)不同的腐殖質(zhì)。NaOH或NH4OH稀溶液處理不溶解的腐殖質(zhì)胡敏素溶解的暗褐色溶液

HCl或H2SO4處理沉淀物質(zhì)胡敏酸黃白色溶液富啡酸土壤一、腐殖質(zhì)的分離與組成第27頁(yè)/共42頁(yè)

腐殖酸是土壤和沉積物等物質(zhì)中溶于稀堿呈暗褐色、無定型和酸性的非均質(zhì)天然有機(jī)高分子化合物。它的性質(zhì)不活潑，不能作為獨(dú)立的腐殖物質(zhì)存在，所以一般把土壤腐殖質(zhì)概括為胡敏酸和富里酸兩大類。

第28頁(yè)/共42頁(yè)二、土壤腐殖質(zhì)在土壤中存在形態(tài)（１）游離態(tài)的腐殖質(zhì)，在一般土壤中占極少部分。（２）與礦物中強(qiáng)鹽基化合成穩(wěn)定的鹽類，主要為腐殖酸鈣鎂。（３）與含水三氧化物化合成復(fù)雜的凝膠體。（４）與粘粒結(jié)合成有機(jī)無機(jī)復(fù)合體。在上述四種形態(tài)中，以第四種最為重要，它常占土壤腐殖質(zhì)中的大部分。其結(jié)合方式可能是：第一：通過鈣離子結(jié)合。農(nóng)業(yè)重要，與團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成有關(guān)。第二：通過鐵、錳、鋁離子結(jié)合。結(jié)合緊密，不具水穩(wěn)性。第29頁(yè)/共42頁(yè)（二）腐殖質(zhì)的性質(zhì)

1．腐殖質(zhì)不是一種純的化合物，而是代表一類有著特殊化學(xué)和生物本性的，構(gòu)造復(fù)雜的高分子有機(jī)化合物。

2．腐殖質(zhì)的元素成分，主要是C、H、O、N、P、S、Ca等。腐殖質(zhì)含碳量約為56—60％，平均為58％。含氮量約為3—6％(平均為5．6％)，其碳氮比例大致為10：1—12：1，灰分占0．6％。第30頁(yè)/共42頁(yè)3．腐殖質(zhì)是一種黑色或棕色的有機(jī)膠體。它的化學(xué)構(gòu)造式雖然還沒有確定，但它們有若干共同點(diǎn)是可以肯定的，即分子巨大，以芳香族核為主體，附以各種功能團(tuán)。其中主要的功能團(tuán)為酚羥基（一OH）、羧基（一COOH）、甲氧基（一OCH3），并有含氮的環(huán)狀化合物等。

4.腐殖質(zhì)帶有電荷，并且是兩性膠體，在通常情況下，它所帶的電荷是負(fù)的。

第31頁(yè)/共42頁(yè)5．腐殖質(zhì)的凝聚，腐殖質(zhì)是帶負(fù)電荷的有機(jī)膠體，根據(jù)電荷同性相斥的原理，所以新形成的腐殖質(zhì)膠粒在水中呈分散的镕膠液，但增加電解質(zhì)濃度或高價(jià)離子，則電性中和而相互凝聚，形成凝膠。腐殖質(zhì)在凝聚過程中可使土粒膠結(jié)在一起，形成結(jié)構(gòu)體。另外，腐殖質(zhì)是一種親水膠體，可以通過于燥冰凍脫水變性，形成凝膠。腐殖質(zhì)這種變性是不可逆的，所以能成水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。第32頁(yè)/共42頁(yè)7.吸水性腐殖質(zhì)是一種親水膠體，有強(qiáng)大的吸水能力，單位質(zhì)量腐殖質(zhì)的持水量是硅酸鹽粘土礦物的4～5倍，最大吸水量可以超過500%。最大吸濕水量可達(dá)本身一倍以上。8.穩(wěn)定性穩(wěn)定性很強(qiáng)，年礦化率平均1%～2%之間。第33頁(yè)/共42頁(yè)第四節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的作用和調(diào)節(jié)

一、土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)提高土壤肥力的作用土壤有機(jī)質(zhì)，特別是腐殖質(zhì)，對(duì)土壤肥力的影響是多方面的，主要可歸納如下幾點(diǎn)：第34頁(yè)/共42頁(yè)

（一）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95％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。

（二）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(qiáng)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％。

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（三）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(yáng)輻射熱，同時(shí)有機(jī)質(zhì)分解時(shí)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。第36頁(yè)/共42頁(yè)

（四）促進(jìn)微生物的生命活動(dòng)

土壤有機(jī)質(zhì)能為微生物生活提供能量和養(yǎng)分，同時(shí)又能調(diào)節(jié)土