第二章土壤有機質

第二章土壤有機質土壤有機質是指：土壤中所有含碳有機物質的總稱，包括所有動、植物殘體，微生物體及其分解合成的各種有機物質（不同分解階段的各種產物和合成產物）。第一節(jié)：土壤有機質第二節(jié)：土壤腐殖質第三節(jié)土壤有機質的作用和調節(jié)第二章土壤有機質第一節(jié)：土壤有機質一、土壤有機質的含量二、土壤有機質的來源三、土壤有機質的組成（類型）四、土壤有機質的轉化第二章土壤有機質一、土壤有機質的含量土壤學中，一般把耕層含有機質20%以上的土壤,稱為有機質土壤，在20%以下的土壤，稱為礦質土壤,但耕作土壤中，表層有機質的含量通常在5%以下。土壤有機質含量與氣候、植被、地形、土壤類型、農耕措施密切相關。不同土壤中含量差異很大。目前，我國土壤有機質含量普遍偏低?？傮w而言,北方土壤有機質含量高于南方土壤。第二章土壤有機質表中國某些自然土壤中有機質含量統(tǒng)計的標本數(shù)有機質含量（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棕色森林土第二章土壤有機質第二章土壤有機質土壤有機質0.5%5%1.0-2.0%1.5-3.0%第二章土壤有機質耕層土壤有機質含量分級指標1級：高于4%；2級：3—4%；3級：2—3%，4級：1—2%5級：0.6—1.0%6級：低于0.6%第二章土壤有機質二、土壤有機質的來源土壤有機質最初來源—微生物。土壤有機質主要來源（基本來源）為高等綠色植物的枯枝、落葉、落果、根系等；其次是土壤中動物、微生物的遺體；自然土壤→農業(yè)土壤人為施用的有機肥料（工農業(yè)廢渣、微生物制品）擴大了土壤有機質的來源。第二章土壤有機質三、土壤有機質的類型（組成）進入土壤中的有機物質呈現(xiàn)三種狀態(tài)：新鮮的有機物質---動、植物殘體，半分解的動、植物殘體，腐殖物質（重新合成的更穩(wěn)定、更復雜的有機質—腐殖質）。土壤有機質的類型包括（1）非腐殖質物質；（2）腐殖質第二章土壤有機質（一）、腐殖質與非腐殖質物質非腐殖質物質（Non-HumicSubstance)

枯枝落葉和半分解的有機殘體等可用機械方法把它們從土壤中分離出，占土壤有機質的10---15%；腐殖物質（HumicSubstance)而腐殖質與土粒緊密結合，不能用機械方法把它們從土壤中分離出，只能用化學方法從土壤中提取，占土壤有機質的8０％以上，是土壤有機質的主體。第二章土壤有機質（二）.土壤有機質的化合物組成1.糖類、有機酸、醛、醇、酮類以及相近的化合物。2.纖維素和半纖維素3.木質素4.脂肪、蠟脂、樹脂和單寧5.含氮化合物化學元素組成：土壤有機質的基本元素組成是C、H、O、N，C/N比大約在10~12之間。第二章土壤有機質四、土壤有機質的轉化過程礦質化過程：

(Mineralization)***就是有機質被分解成簡單的無機化合物，釋放出礦質營養(yǎng)的過程腐殖化過程：(Humification)***使簡單的有機化合物形成新的、較穩(wěn)定的有機化合物（腐殖質），使有機質及其養(yǎng)分保蓄起來的過程第二章土壤有機質土壤有機質（碳）的轉化第二章土壤有機質（一）土壤有機質的礦質化過程1.含碳有機物質的轉化土壤有機質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如果在好氣條件下，有好氣性微生物分解，最終產物為水和二氧化碳，放出的熱量多，稱氧化作用。其反應如下：nC6H12O6＋6O2→

6CO2＋6H20＋熱量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、有機酸，產生的熱量少，稱發(fā)酵作用。第二章土壤有機質糖類的分解多糖（淀粉和纖維素）葡萄糖酒精醋酸CO2+H2O

（好氣分解）丁酸甲烷+CO2

（嫌氣分解）第二章土壤有機質2.含氮有機物質的轉化含氮有機物是土壤中氮素的主要貯藏狀態(tài)，包括蛋白質、氨基酸、腐殖質等。(1)水解作用蛋白質在微生物分泌的蛋白質水解酶作用下，分解成氨基酸的作用稱水解作用。蛋白質→

→氨基酸第二章土壤有機質(2)氨化作用分解含氮有機物產生氨的生物學過程稱氨化作用。CH2NH2COOH＋O2

→→HCOOH＋CO2＋NH3（氧化）CH2NH2COOH＋H2

→→CH3COOH＋NH3

（還原）CH2NH2COOH＋H2O→CH2(OH)COOH＋NH3（水解）第二章土壤有機質3.硝化作用氨態(tài)氮被微生物氧化成亞硝酸，并進一步氧化成硝酸的過程，稱硝化作用。第一階段，氨被亞硝酸細菌氧化成亞硝酸；NH2＋3O2→→2HNO2＋2H2O＋熱量第二階段，亞硝酸被硝化細菌氧化成硝酸。2HNO2

＋O2→→2HNO3＋熱量第二章土壤有機質（4）反硝化作用NO3－在無氧或微氧條件在細菌作用下生成N2O和N2的過程，稱反硝化作用（硝酸鹽還原過程）。其反應如下：C6H12O6＋24KNO324KHCO3＋6CO2＋12N2↑＋18H2O反硝化細菌第二章土壤有機質3.含磷有機物質的轉化土壤中含磷有機物主要有核蛋白、卵磷脂、核酸、核素等，它們在有機磷細菌的作用下進行分解：磷細菌

水解K＋＋Na＋＋Ca2＋核蛋白質磷酸磷酸鹽產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，其反應如下：H3PO4→H3PO3→H3PO2→

PH3第二章土壤有機質4.含硫有機物質的轉化一般能分解含氮有機物的氨化細菌，都能分解有機硫化物，產生硫化氫，其反應如下：蛋白質→硫氨基酸→H2S被硫化細菌氧化成硫酸的過程，稱硫化作用。其反應如下：

2H2S＋O2

→2H2O＋2S

2S＋3O2＋2H2O→2H2SO4第二章土壤有機質主要是含硫蛋白質；含S有機物含S氨基酸

SH2SO4（好氣條件）

H2SH2S累積（嫌氣條件）

第二章土壤有機質(二)土壤有機質的腐殖化過程

Humification)土壤腐殖質的形成是一個復雜的過程，大致可分為兩個階段。第一階段：有機殘體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等無機化合物。另一部分轉化為較簡單的有機化合物（多元酚）和含氮化合物（氨基酸、肽等），提供了形成腐殖質的材料。第二階段：在微生物的作用下經縮合形成腐殖質的基本單元。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。第二章土壤有機質土壤腐殖質形成過程中的轉化途徑第二章土壤有機質進入土壤的有機質在微生物進行的生化過程和一些純化學過程的共同作用下，形成腐殖質的過程。腐殖質是由土壤有機物質分解產物重新合成而成的。其形成是一個復雜的、多途徑的過程。目前關于腐殖質形成的主要學說有四：糖-胺縮合學說、多酚學說、起源于木質素的多酚學說、木質素學說。這幾種途徑在土壤中可能都存在，但在不同條件下的重要性不同。第二章土壤有機質（三）、影響土壤有機質轉化的因素

有機殘體的特性

土壤水分和通氣狀況溫度土壤特性C/N比值

最適水勢－0.1～－0.03Mpa0～35℃OM、pH、Eh值等第二章土壤有機質（一）C/N1.微生物體組織的C/N=5/12.微生物適宜的C/N=25/13.進入土壤中的有機殘體的C/N不同（1）幼嫩組織和豆科植物C/N=10—20/1（2）禾本科老秸稈C/N=60—80/1不同C/N的有機殘體在土壤中分解的速度？禾本科老秸稈直接還田，往往使下茬幼苗生長不良？-----“綠肥”？4.進入土壤中的有機殘體的C/N不同，最終要使土壤C/N穩(wěn)定在10/1左右。第二章土壤有機質有機殘體的C/N比C/N=25：1時，最有利于有機殘體的分解C/N<25：1時，分解過程會釋放部分N供植物吸收；C/N>25:1時，微生物會與植物爭奪有效N,造成植物氮素缺乏---？表現(xiàn)？第二章土壤有機質土壤有機質（碳）的轉化土壤有機質含量并非可以無限提高，在穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中最終達到一個穩(wěn)定值。第二章土壤有機質第二節(jié)土壤腐殖質一、腐殖質的分離與組成二、土壤腐殖質在土壤中存在形態(tài)二、土壤腐殖質的性質四、我國主要土壤腐殖質的特征第二章土壤有機質土壤腐殖質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，占腐殖質的85％～90％，稱為腐殖物質。其余為微生物代謝所產生的較簡單的化合物，因與腐殖酸緊密結合難以分離，故與腐殖酸合稱為腐殖質。第二章土壤有機質

根據腐殖質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種性質不同的腐殖質。NaOH或NH4OH稀溶液處理不溶解的腐殖質胡敏素（黑腐素）溶解的暗褐色溶液

HCl或H2SO4處理褐色沉淀胡敏酸（褐腐酸）黃色溶液富啡酸（黃腐酸）土壤一、腐殖質的分離與組成第二章土壤有機質土壤腐殖質的分離、提取與組分

土壤(去除有機殘體)

用0.1MNaOH提取,過濾

黑色溶液胡敏素黑色殘渣

用HCl調節(jié)到pH2溶液-富里酸沉淀-胡敏酸第二章土壤有機質分子結構和分子量

---腐植酸的核心組成份是芳香族化合物，此外還有氨基酸、多肽及碳水化合物。---富里酸含羧基比胡敏酸多，所以酸性較強。

---富里酸的分子比胡敏酸小，結構較簡單。胡敏酸分子量大，平均可大于2500，富里酸的分子量較胡敏酸?。?80～1450）。第二章土壤有機質Flaig的胡敏酸模型第二章土壤有機質Stevenson的胡敏酸模型第二章土壤有機質Schulten的胡敏酸低(3)聚物分子的優(yōu)化3D結構模型第二章土壤有機質Schulten的胡敏酸低(10)聚物分子的優(yōu)化3D結構模型第二章土壤有機質Schnitzer和Khan的富里酸模型第二章土壤有機質二、土壤腐殖質在土壤中存在形態(tài)（１）游離態(tài)的腐殖質，在一般土壤中占極少部分。（２）與礦物中強鹽基化合成穩(wěn)定的鹽類，主要為腐殖酸鈣鎂等。（３）與含水三氧化物化合成復雜的凝膠體。（４）與粘粒結合成有機無機復合體。第二章土壤有機質粘粒結合成有機無機復合體。用密度為1.8---2.0的重液提取土壤，分為重組（70%---95%）和輕組（5%--30%）。復合體為重組。重組又分為松結合態(tài)（10%）；穩(wěn)結合態(tài)(20—30%)和緊結合態(tài)(60---70%).第二章土壤有機質三、腐殖質的性質1．腐殖質不是一種純的化合物，而是代表一類有著特殊化學和生物性，構造復雜的高分子有機化合物。2．腐殖質的元素成分，主要是C、H、O、N、P、S、Ca等。腐殖質含碳量約為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—12/1，灰分占0.6％。3．腐殖質是一種黑色或棕色的有機膠體。它的化學構造式雖然還沒有確定，但它們有若干共同點是可以肯定的，即分子巨大，以芳香族核為主體，附以各種功能團，并有含氮的環(huán)狀化合物。其中主要的功能團為羥基（一OH）、羧基（一COOH）、甲氧基（一OCH3）等。第二章土壤有機質4.腐殖質帶電性：腐殖質帶有電荷，并且是兩性膠體，在通常情況下，它所帶的電荷是負的。腐殖質的負電荷屬于可變電荷，CEC在200-500cmol/kg之間，比無機膠體大。第二章土壤有機質５、溶解性和凝聚性

---胡敏酸不溶解于水，但其鉀、鈉、銨鹽可以溶于水。---富里酸的水溶性比胡敏酸高的多。腐殖質是帶負電荷的有機膠體，根據電荷同性相斥的原理，所以新形成的腐殖質膠粒在水中呈分散的镕膠液，但增加電解質濃度或高價離子，則電性中和而相互凝聚，形成凝膠。腐殖質在凝聚過程中可使土粒膠結在一起，形成結構體。另外，腐殖質是一種親水膠體，可以通過于燥冰凍脫水變性，形成凝膠。腐殖質這種變性是不可逆的，所以能成水穩(wěn)性團粒結構。第二章土壤有機質6.吸水性：腐殖質是一種親水膠體，有強大的吸水能力，單位質量腐殖質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%。最大吸濕水量可達本身一倍以上。7.穩(wěn)定性：。腐殖質不同于土壤中動植物殘體的有機組分，它的化學穩(wěn)定性強，對微生物分解的抵抗能力大，分解周轉的時間長，在溫帶條件下，一般植物殘體的半分解周期少于三個月，植物殘體新形成的土壤OM半分解周期為4—9年，而胡敏酸的平均停留時間為780—3000年，富里酸為200—630年。年礦化率平均1%～3%之間第二章土壤有機質四、我國主要土壤腐殖質的特征黃土母質在干旱條件下發(fā)育的土壤所含的腐殖酸以褐腐酸為主，且多與Ca2+結合。按C量計算，全部褐腐酸約占腐殖質的38%-56%。淋溶黑土腐殖質中，褐腐酸僅占30%左右，且有相當數(shù)量與P2O5結合，紅壤中褐腐酸的含量僅6%-7%，且多呈游離態(tài)存在。HA/FA是土壤腐殖質的組成和性質的指標之一，可作為土壤肥力與熟化程度的標志。HA/FA比的大小變化規(guī)律？南北變化、森林植被與草原植被、石灰性土壤、、水田與旱地第二章土壤有機質第四節(jié)土壤有機質的作用和調節(jié)

一、土壤有機質的作用（一）植物養(yǎng)分的重要來源;

(二）提高士壤的蓄水保肥和緩沖能力;（三）改善土壤的物理性質;（四）促進微生物的生命活動;

（五）促進植物的生長發(fā)育;

第二章土壤有機質（一）植物養(yǎng)分的重要來源土壤有機質含有大量而全面的植物養(yǎng)分，Ｎ、Ｐ、Ｓ和微量元素等，特別是氮素，土壤中的氮素95％以上是有機態(tài)的，經微生物分解后，轉化為植物可直接吸收利用的速效氮。有機質分解釋放出各種大量或微量元素，各種元素的比例更符合植物的需要。第二章土壤有機質（二）提高士壤的蓄水保肥和緩沖能力

腐殖質本身疏松多孔,具有很強的蓄水能力。土壤中的粘粒吸水力一般為50％～60％，而腐殖質可高達400％～600％?？梢源蟠筇岣咄寥赖谋Ｋ芰Γ?/p>

---腐殖質的CEC是粘粒的2-3倍，可以明顯提高土壤吸附陽離子的能力第二章土壤有機質提高土壤保水、保肥能力

---腐殖質有極強的吸水能力，可以大大提高土壤的保水能力；

---腐殖質的CEC是粘粒的2-3倍，可以明顯提高土壤吸附陽離子的能力。

---通過基團上H+離子的解離或吸附，可以緩沖土壤酸堿性的變化。---有機質分解產生有機酸，有機酸通過絡合作用和溶解作用而提高土壤養(yǎng)分的有效性。第二章土壤有機質（三）改善土壤的物理性質新鮮有機質是土壤團聚體主要的膠結劑，在鈣離子的作用下，能夠形成穩(wěn)定性團聚體，腐殖質顏色深，能吸收大量的太陽輻射熱，同時有機質分解時也能釋放熱，所以有機質在一定條件下能提高土壤溫度。腐殖質的粘結力大于砂粒，小于粘粒，因此可以改善砂土或粘土的粘結性及耕性。

---促進團粒結構的形成，從而改善通透性；

---加深土色，提高土壤吸熱能力，增溫。第二章土壤有機質（四）促進微生物的生命活動

土壤有機質能為微生物生活提供能量和養(yǎng)分，同時又能調節(jié)土壤水、氣熱及酸堿狀況。（五）促進植物的生長發(fā)育

胡敏酸具有芳香族的多元酚官能團，可以加強植物的呼吸過程，提高細胞膜的透性，促進養(yǎng)分進入植物體，還能促進新陳代謝，細胞分裂，加速根系和地上部分的生長。（六）其他方面的作用

腐殖質中含維生素、抗生素和激素，可增強植物抗病免疫能力，胡敏酸還有助于消除土壤中農藥殘毒及重金屬離子的污染。另外，腐殖質還有利于鹽、堿土的改良。

第二章土壤有機質有機質在生態(tài)環(huán)境上的作用1.有機質對重金屬污染的影響：腐殖酸是重金屬離子的絡合劑。2.有機物質對農藥污染的影響3.土壤有機質對全球碳平衡的影響第二章土壤有機質二、土壤有機質的平衡及管理一、土壤有機質的平衡土壤有機質的平衡取決于有機質的添加量和有機質的礦化分解消耗量。

第二章土壤有機質激發(fā)作用**（Primingeffect)：由于加入新鮮有機物質使土壤有機質礦化速率加快（正激發(fā)）或變慢（負激發(fā)）的效應稱之激發(fā)作用，也叫