第二章-土壤有機(jī)質(zhì)

1、,第二章 土壤有機(jī)質(zhì),1.土壤有機(jī)質(zhì)的來源、含量及其組成 2.土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化 （重點(diǎn)） 3.土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì)（重點(diǎn)） 4.土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理 （重點(diǎn)）,要求了解土壤有機(jī)質(zhì)的基本組成，重點(diǎn)掌握土壤腐殖質(zhì)的組成與性質(zhì)，深刻認(rèn)識(shí)土壤有機(jī)質(zhì)在土壤肥力上的作用，掌握土壤有機(jī)質(zhì)管理的原則與提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的方法。,幻燈，動(dòng)畫演示；模型分析；定性實(shí)驗(yàn)。,課時(shí)數(shù)：4課時(shí),概念：土壤有機(jī)質(zhì) (soil organic matter) 土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中的各種動(dòng)植物殘?bào)w，在土壤生 物的作用下形成的一類特殊的高分子化合物。,土壤有機(jī)質(zhì),0.5%,5%,0.5-2.0%,7%,第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)

2、的來源、含量及其組成,微生物 動(dòng)物來源 植物來源 工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品,土壤有機(jī)質(zhì)的來源,第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來源、含量及其組成,含量及組成,1、有機(jī)質(zhì)含量 一般含量在0-5%之間。 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%,2,第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來源、含量及其組成,含量及組成,2,第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來源、含量及其組成,含量及組成,2、有機(jī)質(zhì)的組成,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， C/N比大約在1012之間。,第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來源、含量及其組成,(2) 化合物組成 可分為: 腐殖物質(zhì) （Humic Substance) 非腐殖物質(zhì) （Non-Hum

3、ic Substance),常見的化合物有纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素及脂類。,2,2、有機(jī)質(zhì)的組成,含量及組成,第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來源、含量及其組成,2,含量及組成,(3) 存在形態(tài)： 動(dòng)、植物殘?bào)w 半分解的動(dòng)、植物殘?bào)w 腐植物質(zhì),2、有機(jī)質(zhì)的組成,第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來源、含量及其組成,第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來源、含量及其組成,第一節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的來源、含量及其組成,決定土壤有機(jī)質(zhì)含量的因素： 進(jìn)入土壤的有機(jī)物質(zhì)數(shù)量 土壤有機(jī)質(zhì)的損失量 土壤有機(jī)碳的平衡,含量及組成,2、有機(jī)質(zhì)的組成,第二節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化,礦化過程與腐殖化過程,1、礦化作用(Mineralization)*

4、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)分的過程。,第二節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化,腐殖化過程:(Humification)* 各種有機(jī)化合物通過微生物的合成或在原植物組織中的聚合轉(zhuǎn)變?yōu)榻M成和結(jié)構(gòu)比原來有機(jī)化合物更為復(fù)雜的新的有機(jī)化合物，這一過程稱為腐殖化過程。,腐殖化系數(shù)*： 單位重量的有機(jī)物質(zhì)碳在土壤中分解一年后的殘留碳量。,第二節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化,第二節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化,圖4-1 有機(jī)質(zhì)的分解與合成示意圖,第二節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化,激發(fā)作用*（Priming effect)： 土壤中加入新鮮有機(jī)物質(zhì)會(huì)促進(jìn)土壤原有有機(jī)質(zhì)的降解，這

5、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)。,第二節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化,注 意,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。 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。,第二節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化,影響有機(jī)物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化的因素：,（一）土壤生物的組成與活性 土壤動(dòng)物促進(jìn)植物殘?bào)w的破碎和運(yùn)輸 真菌可促進(jìn)木質(zhì)素的分解 細(xì)菌和放線菌可促進(jìn)碳水化合物

6、的分解,第二節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化,（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 中性、鈣質(zhì)豐富較好，PH6.5-7.5。 3、水分 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、通氣性 通氣不良易有機(jī)質(zhì)累積 5、溫度 最適宜溫度大約為25-35,第二節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化,（三）植物殘?bào)w的特性,1、物理狀態(tài),新鮮程度 破碎程度 緊實(shí)程度,2、C/N比*,有機(jī)物質(zhì)組成的碳氮比（C/N）對(duì)其分解速度影響很大。 以25或30：1較為合適。 C/N降至大約25：1以下，微生物不再利用土壤中的有 效氮，相反由于有機(jī)質(zhì)較完全的分解而釋放礦質(zhì)態(tài)氮，

7、,第二節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),游離態(tài) 很少,結(jié)合態(tài) 52%-98%,腐殖質(zhì),第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),土壤腐殖質(zhì)-粘土礦物復(fù)合體,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合體示意圖,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),土壤腐殖酸的分組,目前常用的提取劑 （1）0.1M NaOH溶液 （2）0.1M NaOH + 0.1M 焦磷酸鈉混合提取液,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),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

8、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500%,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),4、腐殖質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) （1）腐殖酸的分子量有較大的差異。 （2）腐殖酸的分子形狀 pH 2-3 纖維、纖維束狀 4-7 網(wǎng)狀、海綿狀 8-9 頁狀 10 粒狀 5.膠體特性 土壤有機(jī)膠體的主要組成部分,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),HA的3D優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),（二）腐殖酸的化學(xué)性質(zhì) 、腐殖質(zhì)的組成,胡敏酸,

9、富里酸,胡敏素,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),、化學(xué)組成,我國主要土壤腐殖酸的元素組成,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)。,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),3、含氧官能團(tuán),羧基、酚羥基、羰基、醌基、醇羥基、甲氧基等。,腐殖質(zhì)的含氧官能團(tuán)含量（m mol M）.kg-1,種類 羧基 酚羥基 醇羥基 醌基 酮基 甲氧基 總酸度,HA 15-57 21-57 2-49 1-26 1-5 3-8 67,FA 55-112 3-57 26-95 3-20 12-27 3-12 103,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),4、腐殖酸的絡(luò)合性,絡(luò)合物的穩(wěn)定性隨p

10、H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。,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),5、腐殖酸的電性,腐殖酸是一種兩性膠體。即可以帶負(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質(zhì)的升高而升高。,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),（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，而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。,2、腐殖質(zhì)的變異性HA/FA值*：表示胡敏酸與富里酸

11、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。,第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),第三節(jié) 土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì),課堂測(cè)試 1、土壤有機(jī)質(zhì)是化學(xué)中已有的有機(jī)化合物( ） 2、土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化是受微生物控制的一系列生化反應(yīng)() 3、C/N高會(huì)抑制有機(jī)質(zhì)的分解( ) 4、HA的酸性比FA強(qiáng)，分子量比FA高，穩(wěn)定性比F高( )

12、5、一般南方土壤有機(jī)質(zhì)的/，而北方大與 ( ) 6、一般隨著土壤熟化度的提高，/也提高( ) 7、土壤施用的有機(jī)肥越多，土壤有機(jī)質(zhì)含量提高的也越高( ) 8有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化是先礦化后腐殖化，兩個(gè)過程是矛盾對(duì)立的( ) 9、土壤微生物主要分解碳水化合物，不分解腐殖質(zhì)( ) 10、土壤有機(jī)質(zhì)在土壤中是完全獨(dú)立存在的( ),第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,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)1.351011噸，相當(dāng)于陸地植物的需要量。,氮素營養(yǎng)：土壤有機(jī)質(zhì)中的氮素占全氮的90-98% 磷素營養(yǎng)：土壤有機(jī)質(zhì)中的磷素占全磷的2

13、0-50% 其他營養(yǎng)：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等營養(yǎng)元素。,（二）改善土壤肥力特性 1、物理性質(zhì)：促進(jìn)良好結(jié)構(gòu)體形成；降低土壤粘性，改善土壤耕性； 降低土壤砂性，提高保蓄性；促進(jìn)土壤升溫。 2、化學(xué)性質(zhì)：影響土壤的表面性質(zhì)；影響土壤的電荷性質(zhì)， 影響土壤保肥性；影響土壤的絡(luò)合性質(zhì)； 影響土壤緩沖性 3、生理性質(zhì)：影響根系的生長(zhǎng)；影響植物的抗旱性 影響植物的物質(zhì)合成與運(yùn)輸；藥用作用。,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,有機(jī)質(zhì)在生態(tài)環(huán)境上的作用$ （一）有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬污染的影響 腐殖酸是重金屬離子的絡(luò)合劑。以Cr3+為例。 （二）有機(jī)物質(zhì)對(duì)農(nóng)藥污染的影響 （三）土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)全球碳平衡的影

14、響,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,一個(gè)碳原子的旅程 據(jù)Garrels等（1975)計(jì)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3.42108,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,碳素轉(zhuǎn)化模型 以CENTURY模型為例,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,土壤有機(jī)質(zhì)的管理 土壤有機(jī)質(zhì)（碳）的動(dòng)態(tài)平衡,土壤有機(jī)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(gè)穩(wěn)定值。,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,如何提高土壤有機(jī)質(zhì)含量？ 1、

15、堅(jiān)持兩個(gè)原則 平衡原則 經(jīng)濟(jì)原則 2.提高有機(jī)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(jī)質(zhì)含量的提高 并維持較高的水平。,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,2、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)、無機(jī)肥料配合施用 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,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,2、施用有機(jī)肥 主要的有機(jī)肥源包括： 綠肥、糞肥

16、、廄肥、堆肥、漚肥、餅肥、 蠶沙、魚肥、河泥、塘泥、 有機(jī)、無機(jī)肥料配合施用 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,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,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。,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,什么叫有機(jī)農(nóng)業(yè)？ 歐洲把有機(jī)農(nóng)業(yè)描述為，一種通過使用有機(jī)肥料和適當(dāng)?shù)母骱宛B(yǎng)殖措施，以達(dá)到提高土壤的長(zhǎng)效肥力的系統(tǒng)。有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中仍然可以使用有限的礦物物質(zhì)，但不允許使用化學(xué)肥料。通過自然的方法而不是通過化學(xué)物質(zhì)控制雜草和病蟲害。 “有機(jī)農(nóng)業(yè)”是指遵照

17、有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)，在生產(chǎn)中部采用基因工程獲得的生物及其產(chǎn)物，不使用化學(xué)合成的農(nóng)藥、化肥、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、飼料添加劑等物質(zhì)，而是遵循自然規(guī)律和生物學(xué)原理，協(xié)調(diào)種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的平衡 ，采用一系列可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)技術(shù)，維持持續(xù)穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程。,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,第四節(jié) 土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理,【本章小結(jié)】, 土壤有機(jī)質(zhì)概述 1了解不同地帶土壤有機(jī)質(zhì)含量的差異及其影響因素。 2了解自然土壤與耕作土壤有機(jī)質(zhì)來源的異同。 3掌握土壤有機(jī)質(zhì)與土壤腐殖質(zhì)概念，二者有何異同。 4熟悉土壤有機(jī)質(zhì)的基本組成，包括化學(xué)組成、化合物組成和形態(tài)特征。 土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化 1掌握碳水化合物、含N化合物的轉(zhuǎn)化過程

18、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。 2理解影響有機(jī)物質(zhì)在土壤中轉(zhuǎn)化的推動(dòng)力是微生物的含義。 土壤腐殖質(zhì)的形成 1了解腐殖質(zhì)形成過程的兩個(gè)階段的內(nèi)容及相互關(guān)系，組成土壤腐殖質(zhì)最基本的物質(zhì)有哪些？ 2掌握土壤腐殖質(zhì)的組分、所帶功能團(tuán)對(duì)各組分性質(zhì)產(chǎn)生的影響。 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。 了解提高土壤有機(jī)質(zhì)的原則和途徑，以及為什么一再強(qiáng)調(diào)增施有機(jī)肥，以培肥土壤的科學(xué)道理。,【本章小結(jié)】,(一)基本概念,土壤有機(jī)質(zhì) 2.土壤腐殖質(zhì) 3. 礦化作用 4. 腐殖化作用 5. 腐殖化系數(shù) 6. C/N 7. 腐殖酸 8. 褐腐酸 9. 黃腐酸 10. 激發(fā)效應(yīng),(二)問答題,1. 什么叫土壤有機(jī)質(zhì)?包括哪些形態(tài)?其中哪種最重要? 2. 增加土壤有機(jī)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(jī)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(jī)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?,課堂測(cè)驗(yàn)（CHP03),1.土壤生態(tài)系統(tǒng)中，生產(chǎn)者很少而分解者很多（ ） 2.大水漫灌會(huì)造成土壤生物種群結(jié)構(gòu)的變化（ ） 3.霉菌屬于真核生物而