第二章土壤有机质p说课材料.ppt

第二章 土壤有机质 (Soil Organic Matter)土壤有机质(OM):土壤 中一切含C有机化合物的总称 第一节土壤有机质的来源、含量及组成一、土壤有机质来源 动植物残体,微生物体及其分解、合成的有机物.最原始的是微生物体其中绿色植物的茎叶、根茬和各种有机肥料是耕作土壤有机质的主要来源,植物残体占80%以上绿色植物残体的化学组成和各种成分的含量，因植物种类、器官、年龄等的不同而有很大差异，从而导致土壤有机质的差异植物残体的组成分化学组成和各组分含量因植物种类、器官、年龄等的不同而有很大的差异 有机化合物种类: 碳水化合物，含氮化合物纤维素，半纤维素木质素、此外,还有一些脂溶性物质元素组成:C、H、O、N、P、S，K、Ca、Mg、Si、Fe、Zn、Cu、B、Mo、Mn，Al等动物残体：不含木质素和树脂等物质,而脂肪和含氮化合物等含量则较丰富植物残体：与动物残体相反二、土壤有机质质的含量及组组成1、含量(content) 一般把耕层含有机质20%以上的土壤，称为有机质土壤，在20%以下的土壤，称为矿质土壤(mineral soil) 土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关。

目前，我国土壤有机质含量普遍偏低一般低于5%,但东北地区高于该值的很多.华北1-2%,西北不足1%,华南水田1.5-3.5%(为什么)自然土壤与耕地的区别水田与旱地的区别n4、土壤腐殖质（soil humus） n 土壤腐殖质：是除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机物质的总称n 由非腐殖物质（Non-humic substances）（2030%）和腐殖物质（Humic substances）组成（7080），n土壤腐殖质通常占土壤有机质的90%以上n定义是操作是的概念n 第二节土壤有机质的分解和转化一、普通有机化合物的分解和转化 矿质化过程：指复杂的有机质在微生物的作用下，转化为简单的无机物的过程一)碳水化合物(carbohydrate)的矿质化 好气条件下分解迅速彻底, 最终产物是 CO2H2O,没有中间产物的积累. 在低温、嫌气条件下,有机酸变为CO2和H2O的过程受到阻碍,产生有机酸等中间产物的累积有机酸可能对根系生长不利有机酸对重金属,阴离子的有效性有深刻的影响,除有机酸,还会有CH4等产生糖类n单糖、淀粉、纤维素和半纤维素等多糖类化合物n多糖类首先通过酶的作用,水解成为单糖n好气:n嫌气:n各种糖类中,以单糖分解为最快,淀粉次之,半纤维素再次之,纤维素最慢。

二)含氮化合物(nitrogen compound)的矿质化蛋白质 氨基酸 NH4 NO3- N素同化 N素生物固定与有效化过程与有机物C/N比密切相关 C/N25时，产生N素生物固定 C/N25时，产生N素有效化 豆科绿肥（三叶草等） C/N小，施入土壤后能提供N素（N素有效化）禾本科作物秸秆C/N大，直接还田易造成微生物与作物争夺N素，造成N素的生物固定 秸秆还田应配施化学N肥： 一般亩施秸秆300400kg，需要配施化学纯N 34kg微生物的C/N并不是绝对的 (三)脂肪(fattiness)、树脂(pitch)、蜡质(waxiness)、单宁(tannin)的矿质化 这类有机物的矿质化过程与碳水化合物基本相同，不同之点是在嫌气条件下产生多酚化合物，这是形成腐殖质的基本材料它们很难分解 （四）木质素(xylogen)的矿质化 木质素是芳香环聚合物，含碳量高，在土壤中真菌和放线菌作用下缓慢的转化,而且转化不完全普通化合物分解难易顺序:1单糖,淀粉,简单蛋白质2粗蛋白质3半纤维素4纤维素5脂肪腊质6木质素矿化率：土壤有机质因矿质化作用每年损失的量占土壤有机质总量的百分数称有机质的矿化率。

矿化率一般在1%3% 4.含S、P等有机化合物的分解含P的化合物：含S的化合物：矿化结果不仅为微生物提供了能量和营养物质矿化结果不仅为微生物提供了能量和营养物质, ,而且还释放出而且还释放出有机化合物中含的有机化合物中含的N N、P P、S S等矿质营养元素等矿质营养元素, ,并可能同时改变并可能同时改变了有些有机物的结构特征和组成了有些有机物的结构特征和组成总结有机质的分解与土壤条件关系密切,首先是通气条件,好气条件下,微生物活动旺盛,分解作用快而彻底,不利于有机质的积累.耕地与自然土壤相比嫌气条件下,好气性微生物的活动受到抑制,嫌气微生物为主,分解慢而不彻底,有中间产物的积累.养分释放慢,但有利于有机质的积累.二、植物残体的分解和转化 1、进入土壤的有机化合物开始分解很快 2、剩余难分解有机质缓慢分解一年降解后,三分之二以上被分解,残留中微生物占3-8%非腐殖质3-8%,腐殖物质10-30%三、土壤腐殖物质的分解和转化 1、腐殖质经过物理化学作用和生物降解，使其芳香结构核心与其复合的简单有机物分离，或是整个复合体解体 2、释放的简单有机物质被分解（矿化）和转化，酚类聚合物被氧化 3、脂肪酸(fatty acid)被分解，被释放的芳香族化合物（如酚类）参与新腐殖质的形成。

n腐植酸不同于土壤中动植物残体的有机组分,它的化学稳定性很强,对微生物分解的抵抗力较大,因此分解周转需时较长n 在温带条件下,一般植物残体的半分解期不少于三个月,植物残体新形成的土壤有机质的半分解期为4.7-9年,而胡敏酸的平均年龄为1000-2500年,富啡酸为0-500年,土壤中活性的腐殖质或新形成不久的腐殖质,分解释放养分的能力较强平均年周转率1.1%n一是本身难分解,二是与无机胶体形成复合胶体,甚至有些处于2:1型矿物的层间四、影响土壤有机质分解和转化的因素分解转化主要是在微生物作用下完成的,影响微生物活性的因素都影响有机质的转化1、温度 2535条件下，微生物活动最为旺盛，利于有机质矿质化分解，提供作物所需养分升高10 ,分解速度增加23倍2、土壤湿度和通气状况 好气：水少气多,微生物活动旺盛,有机质矿质化分解,释放养分 嫌气：水多气少,微生物活动受抑制, 有机质腐殖化合成腐殖质好气并不是很干旱3、干湿交替 一方面增加土壤呼吸作用，破坏土壤结构体，利于有机质的矿质化分解，另一方面干燥时引起M死亡，又不利于有机质分解4、有机残体特性 （1）物理状态 多汁、幼嫩绿肥易于分解，磨细粉碎易于分解。

（2）C/N大，不易分解 小，易于分解微生物最适C/N约为25:1.（约8份构成自身，另外供能量） 有机质经微生物的反复作用,C/N最终会稳定到一定数值815:1,平均1012:1,不同地区,不同土壤有区别 （3）硫、磷等元素缺乏也会抑制土壤有机质分解 表：不同有机物的CNn激发效应 ：土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有机质的降解n 激发效应可以是正、也可以是负n5、土壤特性n （1）pH 中性(pH6.5-7.5)条件下利于有机质分解n放线菌偏碱，真菌偏酸pH3-6n （2）质地 质地愈粘重，腐殖化系数愈高，愈难第三节 土壤腐殖质(humus)的形成和性质一、土壤腐殖质形成1、腐殖化作用(humification) 2、腐殖质的形成过程 腐殖质(humus) ：土壤腐殖质是土壤中一类性质稳定，成分、结构极其复杂的高分子化合物 腐殖化作用(humification)：进入土壤中的有机质转化形成腐殖质的过程主导为生物过程（1）植物残体分解产生简单的有机碳化合物 （2）通过微生物对这些有机化合物的代谢作用及反复的循环，增殖微生物细胞 （3）通过微生物合成的多酚和醌或来自植物的类木质素，聚合形成腐殖物质 3、腐殖质的形成途径土壤腐殖质形成途径 二、土壤腐殖质-粘土矿物复合n土壤腐殖质分游离态与结合态，以结合态为主n结合作用力：分子引力，氢键，静电引力n阳离子键桥Ca2 Fe3 Al3 粘土矿物-腐殖质复合体 三、土壤有机三、土壤有机 质的分组质的分组土壤有机质分组HA: humic acidFA: fulvic acidhuminSoil Organic Matersoil humusHumic substancesNon-humic substances）转自Brady et al 1996腐殖物质的分离提取和组分n(一).分离提取n 腐殖物质分为三部分:不溶部分:胡敏素,溶于碱而不溶于酸:胡敏酸溶于碱且溶于酸:富啡酸n腐殖质的分离提取是很困难的:n 1.腐殖酸和土壤矿物质部分结合密切,成为复合体,不易分离;n 2.腐殖酸与非腐殖物质很难用溶剂来进行区分,也不能用通常的物理方法来进行截然的分离;n 3.用一般的提取剂提取不完全,用剧烈的方法分离时有可能引起有机分子某种程度的变化(包括成分、结构和性质的改变)n 由于浸提、分离不可能完全,所以各种组分中都混有许多杂物。

四、土壤腐殖酸(humic acid)性质 （一）物理性质(physical property) 1、分子量、形状、颜色 2、溶解性与吸收性 A、分子量很大分子量大小与单体和聚合度有关；（我国8902550,6751450）B、形状球形结构或短棒状，疏松多孔，似海棉；比面2000m2/gC、颜色分子量愈大，颜色愈深 （HA分子量大， 褐色到黑色；FA 分子量小，呈淡黄色）A、溶解性(dissolution) FA、HA都溶解于碱，HA不溶于酸， 而FA溶解于酸B、吸收性(absorbency) 亲水胶体，吸水能力强，吸水量可达 其重量的500%二）化学性质(chemical property) 1、元素组成(elementary composition) C、H、O、N、P、S为主 含C量为55 60%，平均58%，100/581.724 C：N：P：S100：10：1：1120：10：1：1 实验测定土壤有机质时，测出含C量后1.724即得土壤有机质含量（有机质%C% 1.724） 2、功能团(functional group) 含有COOH、OH及酚羟基等多种功能团总酸度？ 功能团的解离导致腐殖酸带电 如：碱性基团:胺基,酰胺基,发生质子化,带正电.CEC很高-保肥上有重要供献,FA高于HA，FA有更多的羧基,总酸度高于HA （三）分子结构特征 分子结构极其复杂的有机高分子化合物。

认识不清楚 是由芳核结构物质和脂肪族物质聚合而志的，芳核上有多种取代基，不同土壤区别很大Examples of some hypothetical structural formula of HAs第四节土壤有机质的作用及管理 一、在土壤肥力(soil fertility)上的作用 1、养分较完全 植物生长所需养分 N：80 97%，平均95%；P：20 76%； S：38 94% 为有机态，由有机质提供 2、促进养分有效化(effectuation) 有机质矿质化过程中产生的有机酸，腐殖化过程中产生的腐殖酸，一方面促进土壤矿质养分溶解释放养分；另一方面可以络合金属离子，有效性提高，减少金属离子对P的固定，提高P的有效性3、提高土壤保肥性和蓄水能力 土壤腐殖质是一种有机胶体，有巨大的表面积和表面能，吸附能力大于矿质胶体，从而大大提高土壤保肥性 胶体对阳离子吸附能力比较（cmol/kg） 胶体类型 有机胶体高岭石 蒙脱石 吸附力150 450（平均350） 3 5 80 100增加土壤的保水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。

4、提高土壤缓冲性（impact absorption) 腐殖质含有多种功能团，遇OH时，电离出H与之作用生成水对碱緩冲；遇H时则由于带负电荷而吸附H对酸緩冲； 同时，由于腐殖质胶体带负电荷，可吸附土壤溶液中盐基离子，对肥料起緩冲作用 5、促进团粒结构(aggregate structure)的形成，改善土壤物理性质(physical property) 粘结力(binding force)：砂有机胶体粘粒 因此，有机质能改变砂粒的分散无结构状态，又能改善粘粒的。