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第三章 土壤有机质Chapter 3: soil organic matter 土壤有机质是土壤固相的组成成分之一是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 表层土壤有机质含量一般在1%10%，平均不到5%尽管含量远不及矿物质，但有机质对土壤肥力的形成、维持和发展却起着关键作用What is Soil?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 有机质含量（） 土 类 32 2.077.05 黄棕壤、黄褐土 10 1.386.66 高山草原土、亚高山草原土 26 4 8121.96 高山草甸土、亚高山草甸土 24 2.322.98 砖红壤、赤红壤 29 2.1416.4 黑土、黑钙土 47 0.521.95 红 壤 32 2.7120.5 黄 壤 22 1.0310.69 褐 土 74 2.6419.3 棕色森林土 第一节 有机质的来源、类型及组成（一）主要来源（二）存在形态（三）组成及性质（一）主要来源 Sources of Soil Organic Matter一般土壤：生长在土壤中的高等绿色植物残体；土壤中的动物和微生物。

p其中进入土壤的植物残体是最主要的来源农业土壤：施入的有机肥料；作物的残体及根系分泌物p其中人为对有机肥料的施用是最主要的来源二）存在形态Categories of Soil Organic Matter动、植物残体 半分解的动、植物残体 腐植物质 活的生物体SOMRapidHumus Plants, manure Energy for microbes Stable Cements crumbs Holds waterFresh ResiduesUp to 15% of organic matter is fresh residue Comprised mainly of litter fallMuch can be recognized as plant residueDecomposing Organic MatterPlant material is transformed from one organic compound to another mainly by organisms in the soil Organisms create by-products, wastes, and cell tissueCompounds released as waste by one organisms can often be used as food by anotherSoil Organic Matter =SOMSOM is labile* -it can decline rapidly if the soil environment changes and renewable -it can be replenished by inputs of organic material to the soil. Adequate levels of SOM can be maintained with proper fertilization, crop rotations, and tillage practices if crop residues are returned to the soil.* Labile = Constantly or readily undergoing chemical, physical, or biological change or breakdown; unstable. Stable Organic Matter -HumusThus, soil organic compounds become stabilized and resistant to further changes by microorganismsStabilized organic matter acts like a sponge and can absorb six times its weight in waterHUMUSNewly-formed humus - a) combination of resistant materials from the original plant tissue, b) compounds synthesized as part of the microorganisms tissue which remain as the organisms die. (Fluvic and Humic Acid)humus is resistant to further microbial attack- N and P are protected from ready solubility.Leaf Humus( (三三) ) 土壤有机质的组成土壤有机质的组成1 1、物质组成、物质组成非腐殖物质（生物有机质或非特定物质）非腐殖物质（生物有机质或非特定物质）l l新鲜有机质新鲜有机质 指那些仍保持原来形态，没被指那些仍保持原来形态，没被分解的动物植物及微生物遗体或排泄物分解的动物植物及微生物遗体或排泄物。

l l有机残余物和简单有机化合物有机残余物和简单有机化合物 有机残余物有机残余物指半分解状态的有机物质简单有机物包括糖指半分解状态的有机物质简单有机物包括糖类有机残余类有机残余、氨基酸、脂肪等有机化合物氨基酸、脂肪等有机化合物 土壤腐殖质土壤腐殖质 土壤腐殖质是生物有机质在微生土壤腐殖质是生物有机质在微生物和酶作用下，经分解再合成作用形成的高分子物和酶作用下，经分解再合成作用形成的高分子有机化合物的总称由于较难继续分解而易于积有机化合物的总称由于较难继续分解而易于积累，所以腐殖质往往构成土壤有机质的主体累，所以腐殖质往往构成土壤有机质的主体 2 2、化学组成、化学组成碳水化合物碳水化合物 碳水化合物主要有简单糖类碳水化合物主要有简单糖类、淀淀粉、纤维素、半纤维素等多糖类物质粉、纤维素、半纤维素等多糖类物质 含氮硫磷化合物含氮硫磷化合物 动、植物残体中主要的含氮动、植物残体中主要的含氮化合物是蛋白质，少量比较简单的可溶性氨基酸化合物是蛋白质，少量比较简单的可溶性氨基酸，植物残体中的叶绿素等含硫化合物如硫蛋白，植物残体中的叶绿素等含硫化合物如硫蛋白，含磷化合物有磷脂，含磷化合物有磷脂、核酸等。

核酸等 树脂、脂肪、蜡质树脂、脂肪、蜡质 这是一类复杂的有机化合这是一类复杂的有机化合物，不溶于水而溶于有机溶剂如酒精、苯等物质物，不溶于水而溶于有机溶剂如酒精、苯等物质中，在土壤中一般分解缓慢中，在土壤中一般分解缓慢单宁类单宁类 即缩合的多元酚类，不易分解即缩合的多元酚类，不易分解木质素木质素 植物木质部的主要组成成分，是结构植物木质部的主要组成成分，是结构复杂的有机化合物，不易分解复杂的有机化合物，不易分解木栓质木栓质 树皮中行量很高，不易分解树皮中行量很高，不易分解灰分灰分 残体燃烧后，残留在灰分中的物质构残体燃烧后，残留在灰分中的物质构成灰分的主要元素为成灰分的主要元素为CaCa、MgMg、K K、NaNa、S S、P P、S S、FeFe、ALAL、MnMn，以及微量元素以及微量元素I I、ZnZn、MoMo、B B等其中以中以SiSi、CaCa、K K、AlAl为最多 (据Brady N C)绿色植物组织的成分第二节 土壤有机物质的分解与转化Decomposition of organic Matter （有机物料在土壤中的转化）有机残体矿（质）化作用mineralization腐殖化作用humification1 概念复杂有机质在微生物的作用下，逐渐分解为简单有机物，最终彻底分解为二氧化碳、水和无机盐，并放出能量的过程。

2 意义 所含矿质养分（无机盐）的释放； 为进一步腐殖质合成准备材料； 自然界碳循环必要环节一一 、土壤有机质的矿化作用、土壤有机质的矿化作用有机质的矿化作用mineralization3、矿化过程（1）.糖类有机物质矿化：多糖单糖CO2+H2O+heat(多） 好气条件下有机酸+heat（少） 半嫌气条件CH4、H2、H2S+heat（极少）嫌气水解酶作用 己糖淀粉半纤维素纤维素；糖类物质的分解是土壤中生物物活动的主要能源（生物热）45千卡热/克有机物）有机质的矿化作用mineralization（2）.含氮物质的分解蛋白质多肽氨基酸氨NH3硝酸根NO3-蛋白酶肽酶氨化细菌硝化细菌水解作用（hydrolyzation)氨化作用（ammonification)硝化作用（nitrification)任何条件下好气条件下思考题：旱地和水田含氮化合物的转化结果会有何差异？有机质的矿化作用mineralization（3）.含磷和硫化合物的分解含磷和硫化合物的分解正磷酸盐H2PO4-、HPO4=、PO4+3、正硫酸盐 HSO4-、SO4= 好气条件偏磷酸盐和次磷酸盐H3PO3、 H3PO2 、H3P正硫酸盐 H2S (黑根、毒害） 嫌气条件4、矿化率（mineralization rate)： 每年因矿化而消耗的有机物质量占土壤有机质总量的百分数。

矿化率作为土壤矿化快慢的指标一般土壤年矿化率为1%左右5、影响土壤有机质分解转化的因素 土壤有机物质分解转化是在微生物的作用下进行的，属于生物化学反应1）.温度: 在035范围内，随着温度升高，有机物质分解速率增加每上升10 ，土壤有机质分解速率升高10倍温度高于45 和低于0 微生物的活性都会降低，有机物质分解速率变慢高于50 就是纯氧化反应 （南方土壤有机质含量为什么低于北方土壤？） 冻土效应(effect of soil freezing) 土壤冰冻以后，在其解冻后的最初12周内，二氧化碳和氨释放量增多的现象 有机质的矿化作用mineralization（2）.水分（通气性）： 微生物生命活动一切条件都需要一定的湿度条件和通气条件如果适度湿润且通气良好，土壤中的好气微生物活动旺盛，有机物质进行着好气分解，分解速度快分解完全，矿化率高中间产物少养料释放多不会产生有毒物质如果湿度过大，水分堵塞了土壤孔隙，使通气状况受阻，嫌气微生物活动旺盛，有机物质分解慢，不彻底，有中间产物累积，释放还原性气体，产生环境效应，也影响植物生长 水田不宜提倡秸秆还田不能以牺牲环境为代价，换取增产 干土效应（ effect of soil drying）：土壤经过干燥后，在加水湿润的最初12周内，二氧化碳和氨释放量增加的现象。

有机质的矿化作用mineralization（3）.pH： 各类微生物最适条件：细菌中性；放线菌偏微碱性； 真菌酸性（36）；土壤pH高于8.5和低于5.5，都不适宜微生物活动绝大多数微生最适pH条件为中性4）土地利用及栽培方式： 农田与荒地，水田与旱田，作物种类，地膜覆盖栽培等（5）土壤质地： 不同质地类别的土壤（沙、粘）（6）.有机物自身的物理状态和组成： 新鲜程度、细碎程度，织物组织的C/N比有机质的矿化作用mineralizationC/N比( carbon nitrogen ratio ) C/N比：有机质中有机碳和有机氮的重量比土壤的C/N: 8:115:1 中间值为10:112:1在同一气候条件下，C/N变化较小气温相同时，干旱气候条件下的C/N比湿润地带低；降雨量相同时，暖温地带土壤C/N比寒冷地土壤低底层土壤C/N比表层土壤低植物的C/N比：豆科植物20:130:1作物秸秆为80:1100:1微生物：4:19:1C/N比( carbon nitrogen ratio ) C/N比意义：1.具有较高C/N的植物残体进入土壤会引起。