之土壤有机质.pptx

第二章之土壤有机质第二章之土壤有机质第一节土壤生物多样性及其功能 一、土壤微生物的多样性及其功能一、土壤微生物的多样性及其功能(一)土壤微生物的多样性及其功能 土壤微生物是土壤中最原始的活有机体。它们的作用是：分解有机质，合成腐殖质，转化土壤中难溶性的矿质养分及固氮。根据土壤微生物的形态构造和生理活动特点，一般可分为：细菌、真菌、放线菌。（1 1）细菌）细菌 细菌是单细胞不含叶绿素和细胞壁无纤维素成分的原核微生物。按个体形状可分为球菌、杆菌、弧菌和螺旋菌等，根据营养方式可分为自养型细菌和异养型细菌。(2)真菌真菌l 为单细胞或多细胞分枝或不分枝的菌丝组成，为单细胞或多细胞分枝或不分枝的菌丝组成，在土壤中其菌丝体发育在有机物残片或土粒表在土壤中其菌丝体发育在有机物残片或土粒表面，向四周扩散并蔓延于土壤孔隙中。面，向四周扩散并蔓延于土壤孔隙中。l特点特点：属好气性有机营养型，好气性，广泛分：属好气性有机营养型，好气性，广泛分布于土壤表层。耐酸、耐低温，不耐干旱。如布于土壤表层。耐酸、耐低温，不耐干旱。如青霉属、曲霉属、根霉属等。青霉属、曲霉属、根霉属等。3、放线菌、放线菌单细胞，在进化系统中介于细菌和真菌单细胞，在进化系统中介于细菌和真菌之间。菌体呈分枝的放射形丝状体，其之间。菌体呈分枝的放射形丝状体，其外形近似真菌。外形近似真菌。l特点：好气性，多腐生，分解能力较强，特点：好气性，多腐生，分解能力较强，常出现在有机物残体分解的后期。常出现在有机物残体分解的后期。多存多存在于有机质含量高的偏碱性土壤中，耐在于有机质含量高的偏碱性土壤中，耐高温，耐干旱，且主要发育在耕层土壤高温，耐干旱，且主要发育在耕层土壤中。中。土壤有机质是土壤固相的组成成分土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。它在土壤的形成过程中，特别是之一。它在土壤的形成过程中，特别是在土壤肥力的发展过程中，起着极其重在土壤肥力的发展过程中，起着极其重要的作用。要的作用。我国部分土壤有机质含量如下表。我国部分土壤有机质含量如下表。第二节第二节 土壤有机质土壤有机质表表 中国某些自然土壤中有机质含量中国某些自然土壤中有机质含量统计的标本数统计的标本数 有机质含量有机质含量（g/kgg/kg）土土 类类 32 32 20.7 20.770.5 70.5 黄棕壤、黄褐土黄棕壤、黄褐土 10 10 13.813.866.6 66.6 高山草原土、亚高山草原土高山草原土、亚高山草原土 26 26 48.148.1219.6 219.6 高山草甸土、亚高山草甸土高山草甸土、亚高山草甸土 24 24 23.223.229.8 29.8 砖红壤、赤红壤砖红壤、赤红壤 29 29 21.421.4164 164 黑土、黑钙土黑土、黑钙土 47 47 5.25.219.5 19.5 红红 壤壤 32 32 27.127.1205 205 黄黄 壤壤 22 22 10.310.3106.9 106.9 褐褐 土土 74 74 26.426.4193 193 棕色森林土棕色森林土 一、土壤有机质的来源及组成 土壤有机质是指土壤中形成的和外部加入的所有动、植物残体不同分解阶段的各种产物和合成产物的总称。（一）土壤有机质的来源及类型（一）土壤有机质的来源及类型 土壤有机质主要来源于高等绿色植物的枯枝、落叶、落果、根系等；其次是土壤中动物、微生物的遗体；及人为施用的有机肥料。（二）土壤有机质的组成及性质）土壤有机质的组成及性质1.1.糖糖类类、有有机机酸酸、醛醛、醇醇、铜铜类类以以及及 相近的化合物。相近的化合物。2.2.纤维素和半纤维素纤维素和半纤维素 3.3.木质素木质素 4.4.脂肪、蜡脂、树脂和单宁脂肪、蜡脂、树脂和单宁 5.5.含氮化合物含氮化合物 动动、植植物物残残体体中中主主要要的的含含氮氮化化合合物物是是蛋蛋白白质质，少少量量比比较较简简单单的的可可溶溶性性氨氨基基酸。植物残体中的叶绿素等。酸。植物残体中的叶绿素等。6.6.灰分元素灰分元素 植物经燃烧后，残留在灰分中的元素称灰分元素。构成灰分的主要元素为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为最多。二 土壤有机质的转化过程 矿质化过程：就是有机质被分解成简单的无机化合物，释放出矿质营养的过程。腐殖化过程：使简单的有机化合物形成新的、较稳定的有机化合物，使有机质及其养分保蓄起来的过程。1.1.含氮碳有机物质的转化含氮碳有机物质的转化 土壤有机质中的碳水化合物如纤维素、半纤维素、淀粉等糖类，在微生物分泌的糖类水解酶的作用下，首先水解为单糖：(C6H10O5)nnH2OnC6H12O6（一）土壤有机质的矿质化过程 生成的单糖由于环境条件和微生物种类不同，又可通过不同的途径分解，其最终产物也不同。如果在好气条件下，有好气性微生物分解，最终产物为水和二氧化碳，放出的热量多，称氧化作用。其反应如下：nC6H12O66O26CO26H20热量 如果在通气不良的条件下，则在嫌气性微生物作用下缓慢分解，并形成一些还原性气体、有机酸，产生的热量少，称发酵作用。其反应为：C6H12O6 CH3CH2CH2COOH 2H2 2CO2热量4H2CO2 CH42H2O2.2.含氮有机物质的转化含氮有机物质的转化 含氮有机物是土壤中氮素的主要贮藏状态，包括蛋白质、氨基酸、腐殖质等。(1)(1)水解作用水解作用蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶作用下，分解成氨基酸的作用称水解作用。蛋白质 氨基酸 蛋白质蛋白质 水解酶水解酶(2)(2)氨化作用氨化作用 分解含氮有机物产生氨的生物学过程称氨化作用。CH2NH2COOHO2 HCOOHCO2NH3CH2NH2COOHH2 CH3COOHNH3CH2NH2COOHH2O CH2(OH)COOHNH3 氧化氧化好气分解好气分解 还原还原嫌气分解嫌气分解 水解水解 3.3.硝化作用硝化作用 氨态氮被微生物氧化成亚硝酸，并进一步氧化成硝酸的过程，称硝化作用。这一作用可分为两个阶段：第一阶段，氨被亚硝酸细菌氧化成亚硝酸；第二阶段，亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸。其反应如下：2NH23O2 2HNO22H2O热量2HNO2O2 2HNO3热量 （4）反硝化作用同细菌在无氧或微氧条件下以NO3或NO2作为呼吸作用的最终电子受体生成N2O和N2的硝酸盐还原过程，称反硝化作用。其反应如下：反硝化细菌反硝化细菌C6H12O624KNO324KHCO36CO212N218H2O3.3.含磷有机物质的转化含磷有机物质的转化 土壤中含磷有机物主要有核蛋白、卵磷脂、核酸、核素等，它们在有机磷细菌的作用下进行分解：磷细菌水解KNaCa2核蛋白质 磷酸 磷酸盐 产生的磷酸盐是植物可吸收的磷素养分，但在酸性或石灰性土壤中易与Fe、Al、Ca、Mg等生成难溶性的磷酸盐，降低其有效性。在缺氧条件下磷酸又被还原为磷化氢，其反应如下：H3PO4 H3PO3 H3PO2 PH3 4.4.含硫有机物质的转化含硫有机物质的转化 植物残体中的硫，主要存在于蛋白质中，能分解含硫有机物的土壤微生物很多，一般能分解含氮有机物的氨化细菌，都能分解有机硫化物，产生硫化氢，其反应如下：蛋白质 硫氨基酸 H2S 还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫酸的过程，称硫化作用。其反应如下：2H2SO2 2H2O2S2S3O22H2O 2H2SO4 硫化作用产生的硫酸与土壤中的盐基物质作用，形成硫酸盐，硫酸盐是植物可吸收的养分。(二)土壤有机质的腐殖化过程 土壤腐殖质的形成是一个复杂的过程，大致可分为两个阶段。第一阶段：有机残体在微生物分解作用下，其中一部分彻底矿化，最终生成CO2、H2O、NH3、H2S等无机化合物。另一部分转化为较简单的有机化合物（多元酚）和含氮化合物（氨基酸、肽等），提供了形成腐殖质的材料。第二阶段：上述土壤腐殖质的组成部分，在微生物的作用下经缩合形成腐殖质的基本单元。先是多元酚在微生物的作用下氧化为醌，然后醌再与含氮化合物缩合成原始腐殖质。土壤腐殖质形成过程中的转化途径土壤腐殖质形成过程中的转化途径土壤腐殖质形成过程中的转化途径土壤腐殖质形成过程中的转化途径三、影响土壤有机质转化的因素 有机残体 的特性 土壤水分和通气状况 温 度土壤特性C/NC/N比值比值 最适水势最适水势0.1 0.03Mpa0 35OM、pH、Eh值等值等第三节腐殖质第三节腐殖质 腐殖质本身不是一种单一的化合物，腐殖质本身不是一种单一的化合物，而是由多种化合物形成的聚缩物，其主体而是由多种化合物形成的聚缩物，其主体为腐殖酸及其盐，占腐殖质的为腐殖酸及其盐，占腐殖质的85859090，称为腐殖物质。其余为微生物代谢所产生称为腐殖物质。其余为微生物代谢所产生的较简单的化合物，因与腐殖酸紧密结合的较简单的化合物，因与腐殖酸紧密结合难以分离，故与腐殖酸合称为腐殖质。难以分离，故与腐殖酸合称为腐殖质。根根根根据据据据腐腐腐腐殖殖殖殖质质质质在在在在不不不不同同同同溶溶溶溶剂剂剂剂中中中中的的的的溶溶溶溶解解解解度度度度和和和和颜颜颜颜色色色色可可可可分分分分离离离离出出出出胡胡胡胡敏敏敏敏素素素素、胡胡胡胡敏敏敏敏酸酸酸酸和和和和富富富富啡啡啡啡酸酸酸酸3 3 3 3种种种种性性性性质质质质不不不不同同同同的的的的腐腐腐腐殖质。殖质。殖质。殖质。NaOHNaOHNaOHNaOH或或或或NHNHNHNH4 4 4 4OH OH OH OH 稀溶液处理稀溶液处理稀溶液处理稀溶液处理 不溶解的腐殖质不溶解的腐殖质不溶解的腐殖质不溶解的腐殖质 胡敏素胡敏素胡敏素胡敏素溶解的暗褐色溶液溶解的暗褐色溶液溶解的暗褐色溶液溶解的暗褐色溶液 HClHCl或或 H H2 2SOSO4 4处理处理 沉淀物质沉淀物质沉淀物质沉淀物质 胡敏酸胡敏酸胡敏酸胡敏酸 黄白色溶液黄白色溶液黄白色溶液黄白色溶液 富啡酸富啡酸富啡酸富啡酸 土壤土壤一、腐殖质的分离与组成一、腐殖质的分离与组成 腐殖酸是土壤和沉积物等物质中溶于稀腐殖酸是土壤和沉积物等物质中溶于稀碱呈暗褐色、无定型和酸性的非均质天然有碱呈暗褐色、无定型和酸性的非均质天然有机高分子化合物。它的性质不活泼，不能作机高分子化合物。它的性质不活泼，不能作为独立的腐殖物质存在，所以一般把土壤腐为独立的腐殖物质存在，所以一般把土壤腐殖质概括为胡敏酸和富里酸两大类。殖质概括为胡敏酸和富里酸两大类。二、土壤腐殖质在土壤中存在形态二、土壤腐殖质在土壤中存在形态（）游离态的腐殖质，在一般土壤中占极少部分。（）游离态的腐殖质，在一般土壤中占极少部分。（）与矿物中强盐基化合成稳定的盐类，主要为腐（）与矿物中强盐基化合成稳定的盐类，主要为腐殖酸钙镁。殖酸钙镁。（）与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体。（）与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体。（）与粘粒结合成有机无机复合体。（）与粘粒结合成有机无机复合体。在上述四种形态中，以第四种最为重要，它常占土壤在上述四种形态中，以第四种最为重要，它常占土壤腐殖质中的大部分。其结合方式可能是：腐殖质中的大部分。其结合方式可能是：第一：通过钙离子结合。农业重要，与团粒结构形成第一：通过钙离子结合。农业重要，与团粒结构形成有关。有关。第二：通过铁、锰、铝离子结合。结合紧密，不具水第二：通过铁、锰、铝离子结合。结合紧密，不具水稳性。稳性。（二）腐殖质的性质（二）腐殖质的性质 1腐殖质不是一种纯的化合物，而是代表一腐殖质不是一种纯的化合物，而是代表一类有着特殊化学和生物本性的，构造复杂的高类有着特殊化学和生物本性的，构造复杂的高分子有机化合物。分子有机化合物。2腐殖质的元素成分，主要是腐殖质的元素成分，主要是C、H、O、N、P、S、Ca等。腐殖质含碳量约为等。腐殖质含碳量约为5660，平均为平均为58。含氮量约为。含氮量约为36(平均为平均为56)，其碳氮比例大致为，其碳氮比例大致为10：112：1，灰分占，灰分占06。3腐殖质是一种黑色或棕色的有机胶体。它的腐殖质是一种黑色或棕色的有机胶体。它的化学构造式虽然还没有确定，但它们有若干共化学构造式虽然还没有确定，但它们有若干共同点是可以肯定的，即分子巨大，以芳香族核同点是可以肯定的，即分子巨大，以芳香族核为主体，附以各种功能团。其中主要的功能团为主体，附以各种功能团。其中主要的功能团为酚羟基（一为酚羟基（一OH）、羧基（一）、羧基（一COOH）、甲氧）、甲氧基（一基（一OCH3），并有含氮的环状化合物等。），并有含氮的环状化合物等。4.腐殖质带有电荷，并且是两性胶体，在通常腐殖质带有电荷，并且是两性胶体，在通常情况下，它所带的电荷是负的情况下，它所带的电荷是负的 5腐殖质的凝聚，腐殖质是带负电荷的有腐殖质的凝聚，腐殖质是带负电荷的有机胶体，根据电荷同性相斥的原理，所以新机胶体，根据电荷同性相斥的原理，所以新形成的腐殖质胶粒在水中呈分散的镕胶液，形成的腐殖质胶粒在水中呈分散的镕胶液，但增加电解质浓度或高价离子，则电性中和但增加电解质浓度或高价离子，则电性中和而相互凝聚，形成凝胶。腐殖质在凝聚过程而相互凝聚，形成凝胶。腐殖质在凝聚过程中可使土粒胶结在一起，形成结构体。另外，中可使土粒胶结在一起，形成结构体。另外，腐殖质是一种亲水胶体，可以通过于燥冰冻腐殖质是一种亲水胶体，可以通过于燥冰冻脱水变性，形成凝胶。腐殖质这种变性是不脱水变性，形成凝胶。腐殖质这种变性是不可逆的，所以能成水稳性团粒结构。可逆的，所以能成水稳性团粒结构。7.吸水性吸水性 腐殖质是一种亲水胶体，有强大的腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，单位质量腐殖质的持水量是硅酸吸水能力，单位质量腐殖质的持水量是硅酸盐粘土矿物的盐粘土矿物的45倍，最大吸水量可以超过倍，最大吸水量可以超过500%。最大吸湿水量可达本身一倍以上。最大吸湿水量可达本身一倍以上。8.稳定性稳定性 稳定性很强，年矿化率平均稳定性很强，年矿化率平均1%2%之间。之间。第四节土壤有机质的作用和调节 一、土壤有机质对提高土壤肥力的作用一、土壤有机质对提高土壤肥力的作用土壤有机质，特别是腐殖质，对土壤肥力的影响是多方面的，主要可归纳如下几点：（一）植物养分的重要来源（一）植物养分的重要来源 土壤有机质含有大量而全面的植物养分，特别是氮素，土壤中的氮素95以上是有机态的，经微生物分解后，转化为植物可直接吸收利用的速效氮。（二）提高士壤的蓄水保肥和缓冲能力（二）提高士壤的蓄水保肥和缓冲能力 腐殖质本身疏松多孔,具有很强的蓄水能力。土壤中的粘粒吸水力一般为5060，而腐殖质可高达400600。（三）改善土壤的物理性质（三）改善土壤的物理性质 新鲜有机质是土壤团聚体主要的胶结剂，在钙离子的作用下，能够形成稳定性团聚体，腐殖质颜色深，能吸收大量的太阳辐射热，同时有机质分解时也能释放热，所以有机质在一定条件下能提高土壤温度。（四）促进微生物的生命活动（四）促进微生物的生命活动 土壤有机质能为微生物生活提供能量和养分，同时又能调节土壤水、气热及酸碱状况。（五）促进植物的生长发育（五）促进植物的生长发育 胡敏酸具有芳香族的多元酚官能团，可以加强植物的呼吸过程，提高细胞膜的透性，促进养分进入植物体，还能促进新陈代谢，细胞分裂，加速根系和地上部分的生长。（六）其他方面的作用（六）其他方面的作用 腐殖质中含维生素、抗生素和激素，可增强植物抗病免疫能力，胡敏酸还有助于消除土壤中农药残毒及重金属离子的污染。另外，腐殖质还有利于盐、碱土的改良。二、土壤有机质的调节二、土壤有机质的调节 （一）增施有机肥料、种植绿肥（一）增施有机肥料、种植绿肥对苗圃土壤和瘠薄的园林绿化地、对苗圃土壤和瘠薄的园林绿化地、果园等增施有机肥料是增加有机质的基果园等增施有机肥料是增加有机质的基本方法，据研究，施入土壤中的有机质，本方法，据研究，施入土壤中的有机质，一般能有一般能有2 23 33 34 4被分解，其余的则被分解，其余的则转化为腐殖质积累在土壤中。转化为腐殖质积累在土壤中。（二）保留树木凋落物（二）保留树木凋落物 树木凋落物是林地（园林绿化）土树木凋落物是林地（园林绿化）土壤有机质的主要来源之一，如果能采取壤有机质的主要来源之一，如果能采取有效措施，效果是不错的。有效措施，效果是不错的。（三）调节土壤水、气、热等状况（三）调节土壤水、气、热等状况土壤微生物的生活条件得到正常满土壤微生物的生活条件得到正常满足时，有机质才能正常转化，矿化和腐足时，有机质才能正常转化，矿化和腐殖化才能得以协调。殖化才能得以协调。（四）调节（四）调节C/NC/N有机物本身的成分是影响其分解的重要因素之一。有机物含碳素总量和氮素总量的比例，叫做C/N。思考题思考题1土壤动物和微生物在有机质转化过程中有哪些作用？2简述土壤微生物种群的多样性及功能。3试述土壤有机质的转化过程。4试述土壤腐殖酸的分离过程。5有机质对土壤肥力有哪些贡献？6.生产实践中采用哪些措施提高土壤的有机质？