第2章 土壤有机质

嫌气： NH4+－N 、—SH、
CH4，有机酸等
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通气状况与有机质矿质化过程

在好氧条件下

微生物活动旺盛，分解作用可进行较快而彻底，有机 物质转化为CO2和H2O，而N、P、S等则以矿质盐类的 形式释放出来。

在嫌气条件下

好氧微生物的活动受到抑制，分解作用进行得既慢又
不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇等中间产物。
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）。（4~5千卡热/克有机物）
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2.含氮物质的分解
蛋白质
多肽
蛋白酶 肽酶
氨基酸
氨NH3
氨化细菌
硝酸根NO3硝化细菌
水解作用 （hydrolyzation)
氨化作用 （ammonification)
硝化作用 （nitrification)
第一阶段：产生了合成腐殖质原始材料：
（1）芳香核：主要由木质素降解所产生。 酚类氧化成醌所产生。 多元酚理论（较为盛行）
（2）支链化合物：一些含氮的有机化合物，如氨基酸、肽类等。
第二阶段：合成阶段： 将分解转化的基本材料在微生物作用下经过缩合和聚合作用合成结果复杂的 腐殖质。
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（三）腐殖化系数（humification coefficient）：加入单位有机 物质土壤后所产生腐殖质的斤数（一般指一年以后）。
二.土壤腐殖化作用（ humification）
（一）腐殖化概念：有机物质在分解转化过程中，又重新合成腐殖质的过程。 腐殖化过程也就是有机碳从一种形式转化为另一种形式，所以也叫有机碳的 周转。它是一种极端复杂的生物过程。 （二）土壤腐殖化过程---腐殖质的形成过程 腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化过程，还有一些纯化学过程。 有机质的形成分为两个阶段：
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一些有机物质的碳、氮含量及其 C/N 比 C% 50 46 38 40 40 40 40 40 40 41 40 40 40 31 50 50 50 56 52 46 N% 0.05 0.1 0.5 0.7 0.8 1.1 1.3 1.5 1.8 2.1 2.5 3.0 3.5 4.5 10.0 8.5 5.0 4.9 2.3 5.1 C/N 600/1 400/1 80/1 57/1 50/1 37/1 31/1 26/1 25/1 20/1 16/1 13/1 11/1 7/1 5/1 6/1 10/1 11/1 23/1 9/1
嫌气条件
（三）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。
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（四）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0~35℃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1~2周内，二氧化碳和氨释放量增多的现象。
两方面都需要考虑。
氮因素（nitrogen factor）：表示有机物质分解过程中氮素的缺乏 程度。加入100份有机物需要加进去的氮素量，既不发生争氮现
象，又不会使土壤有效氮发生生物固定现象。
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表 2-2 有机物质 云杉锯屑 硬木锯屑 小麦秸秆 玉米禾茎 甘蔗渣 黑麦草（开花期） 草坪禾草 黑麦草（营养期） 成熟苜蓿干草 腐烂畜肥 堆肥 嫩苜蓿干草 毛叶苕子 城市淤泥 土壤微生物 细菌 放线菌 真菌 土壤有机质 软土 Ap 层 老成土 A1 平均 B 层

2.生命体：

生活在土壤中的各种活体（植物根系、土壤动物、微生物等）。

可看作是土壤中独立部分，亦可视为土壤有机质的一部分。

3.溶液态（游离态）：

一般<1％。如游离单糖、氨基酸、有机酸等

4.有机－无机复合态：

是土壤中与矿物质部分结合的有机质，腐殖物质属于此类。 是土壤有机质的主体。
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二、含量及组成

1、有机质含量

一般含量在0-5%之间。


泥炭土可高达20%或30%以上
漠境土和砂质土壤不足0.5%
怎么测得的？
土壤有机质含碳量55-60％，平均58％，有机碳×1.724＝有机质含量；
含氮：3-6％，平均5.6％，C/N＝10:1~12:1。
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5%
0.5%
0.5-2.0%
7%
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表 5-1 不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量 地 东北平原 黄淮海平原 长江中下游平原 南方红壤丘陵
珠江三角区冲积平原 珠江三角源程序平原
区 旱地 4.45 0.99 1.74 1.65 2.01
第二章 土壤有机质
(soil organic matter)
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第一节 土壤有机质的来源、含量及其组成

概念：土壤有机质(soil organic matter)

土壤有机质是土壤中的各种动植物残体，在土壤生物的作用 下形成的一类特殊的高分子化合物。

一、土壤有机质的来源



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C/N比意义：
1.具有较高 C/N 的植物残体进入土壤会引起微生物与植物争氮现象。 C/N比作为秸秆还田的重要技术参数需要考虑。 2.不同土壤有一个相对稳定的C/N比。
土壤碳的保持决定于土壤氮的水平。有机体的含氮量越大，
则有机碳累积的可能性也就越大。所以，C/N不仅与土壤氮的有 效性有关，而且也跟土壤有机质的保持有关。在耕作土壤管理中，
有机质含量（%） 水田 4.96 1.27 2.74 2.52 2.73
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2、有机质的组成

(1) 化学元素组成

土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N，

C/N比大约在10~12之间。

(2) 化合物组成

腐殖物质 （Humic Substance) 非腐殖物质 （Non-Humic Substance) 常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。
C/N比：有机质中有机碳和有机氮的重量比 土壤的C/N: 8:1~15:1 中间值为10:1~12:1。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20:1~30:1。作物秸秆为80:1~100:1 微生物的C/N比：4:1~9:1 微生物自身的细胞需要吸收 1份氮和 5份碳，同时需要20份碳作为生命 活动的能源，即微生物在生命活动过程中需要有机质的C/N约为25:1。 小于此值N素充足，大于此值N素不足。
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Components of SOM
植物组织与土壤有机质组成比较
植物组织 成分 （% ）
纤维素 (cellulose) 半纤维素 (hemicellulose)
有机质 （% ） 2~10 0~2
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？
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3.含磷和硫化合物的分解
正磷酸盐H2PO4-、HPO4-2、PO4+3、
含磷和硫化 合物的分解
正硫酸盐 HSO4-、SO4-2
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）
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(3)土壤有机质的存在形态(续)
动、植物残体 半分解的动、植物残体 腐植物质
活的 新鲜 生物 残茬 <5% <10%
稳定的有机 质（腐殖质） 33% - 50%
正在腐解的生 物33% - 50%
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Components of SOM
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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1~2周内，二氧化碳和氨释放量增加的现象。
土壤有机物质
活 体
（植物根、土壤动物、微生物）
非 活 体(SOM)
生物残体
暗色无定形的高分子 化合物（腐殖质）
植物、动物、微生物残体
非腐殖物质
腐殖物质
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第二节 土壤有机物质的分解与转化 Decomposition of organic Matter
矿（质）化作用

在极端嫌气的情况下

还产生 CH4 、 H2 等还原物质，其中的养料和能量释放 很少，对植物生长不利。
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有机化合物分解难易的差异
单糖、淀粉和 简单蛋白质 粗蛋白质
纤维素、半纤维素 脂肪、蜡质
木质素
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分解作用的意义

分解产生：

CO2、CH4等温室气体，前者占绝对优势。

微生物 动物来源 植物来源 工农业副产品
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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。

农业土壤：

施入的有机肥料； 作物的残体及根系分泌物。

其中进入土壤的植物残体是最主要的 来源。
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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（3~6 ）；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.有机物的物理状态和组成：
新鲜程度、细碎程度， 织物组织的C/N比
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C/N比( carbon nitrogen ratio )
有机 残体
mineralization 腐殖化作用
humification
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一.有机质的矿化作用 mineralization
（一）矿化作用的概念（Mineralization ）：
有 机物 质在微生物 的作用下分 解成无机营 养元素的过 程 （The conversion of an element from an organic form to an inorganic state as a result of microbial decomposition）。 （二）矿化作用的意义
1.为作物生长释放出了营养元素---有效化过程
2.为腐殖质形成提供了基本材料，成为腐殖化的前提。
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矿化作用：

复杂有机物通过微生物的分解转化为简单的化合物，同 时释放出矿质养料的过程。
2-、 CO 、 SO 2 4 好氧：
NH4+-N 、NO-3—N、
有机质
微生物
H2PO4-、HPO42-
20~50 10~30
木质素 (lignin)
蛋白质(proteins) 油脂(fat)、腊质(lipids)
10~30
1~15 1~8
30~50
28~35 1~8
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(3)土壤有机质的存在形态

1.机械混合状态：

未分解、半分解状态的有机残体与矿物质部分机械地混合在一起。 占SOM总量的0.6－48.4％。
CO2释放速率：

衡量有机质分解强度与生物活动强度的指标；

有机质补充养分的途径
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一.有机质的矿化作用 mineralization
（三）各种物质矿化作用 1.糖类有机物质矿化：
多糖
Baidu Nhomakorabea
单糖
水解酶作用
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