第二章 土壤有机质

三、影响土壤有机质转化的因素 土壤有机质转化过程中，无论是矿质化过 程还是腐殖化过程，都是在微生物直接参与下 进行的。因此，有机质的分解和周转都必须受 微生物的制约。凡能影响微生物生命活动及其 生理作用的一切因素都会影响有机质的分解和 周转。这些因素可概括为以下几个方面：
1. 温度
微生物活动响应于温度变化：
第二章 土壤有机质
了解土壤有机质的来源和组成，掌握土壤 有机质的作用，理解土壤有机质的转化。 掌握有机质的调控和有机肥料的量化施用。
第一节 土壤有机质的来源、类型和组成
土壤有机质（OM）：是指存在于土壤中的 各种含碳的有机化合物。
% g/kg
土壤OM的含量差异很大，高的可达20-30%（比 如泥炭土、一些森林土壤），低的不足0.5% （比如一些漠境土和砂质土），在土壤学上一般 把OM＞20%称为有机质土壤，OM＜20%称为 矿质土壤，在耕作土壤中表层OM的含量一般都 在5%以下，很少有超过5%的。
不同的微生物在不同的条件下对C/N的要求不一样。 一般认为微生物每分解25-30份的C，大约需要1份的N， 也就是说微生物对C/N的要求是25-30/1。 C/N＞25-30/1时，有机物中的N素供应不足，微生物就可 能从土壤中吸收有效N用于构成微生物体细胞，从而产生 微生物与植物竞争土壤有效N的现象，抑制微生物的繁殖 和生长，从而使有机物的分解受到抑制。 C/N＜25-30/1时，有机物中的N素供应充足，微生物的繁 殖和生长也要快得多，有利于矿质化作用的进行。 实际上大多数有机残体的C/N远远大于25-30/1，比如禾 本科作物的秸秆，其C/N80-100：1远远大于25-30/1，为了 促进它的分解，并防止植物缺N，应该补施一定的化学N肥。
2、含N有机物的分解 土壤中含氮有机化合物，主要是蛋白质等化合物， 这类化合物较易分解，其分解转化过程如下： （1）水解过程 蛋白质在微生物分泌的蛋白水解 酶的作用下，逐步分解成各种氨基酸。其过程是： 蛋白质→水解蛋白质→消化蛋白质→多氨酸→氨 基酸。这类物质一般不能被作物吸收利用，只为 进一步转化提供原料。 （2）氨化过程 氨基酸在微生物分泌的酶的作用 下，进一步分解产生氨。氨化过程只要温度、湿 度适宜，不论是在好气或者是在嫌气条件下均能 进行。氨化过程可以通过以下几个途径进行。
二、腐殖化过程
腐殖质的过程：是有机物质在微生物的作用下，合成复杂 稳定的腐殖质的过程。 关于腐殖化过程，目前还不是十分清楚，只是了解了它的 一般轮廓，对于其中很多过程还有待于进一步研究，一般 认为腐殖化作用可分为两个阶段： 第一阶段，微生物将动植物残体转化为组成腐殖质分子的 原始材料，如多元酚、含氮有机物(如氨基酸、肽等)； 第二阶段，在微生物的作用下，各组成分合成（缩合作用） 腐殖质。在这一阶段中微生物分泌的多酚氧化酶将多元酚 氧化成醌，醌易和其他组分（氨基酸、肽）缩合成腐殖质 的基本结构单元，然后在微生物及其分泌酶作用下，与其 它结构单元进一步缩合形成复杂而稳定的腐殖质。
（3）硝化过程:在通气良好的条件下，通过微生物 (亚硝化细菌和硝化细菌)的作用将NH4+-N氧化为 NO3--N的过程。
亚硝化细菌
2NH
3
+ 3O 2
2
2HNO O2
硝化细菌
2
+ 2HNO
2H 2 O
3
+ 热
热
2HNO
+
+
（4）反硝化过程 在反硝化菌作用下还原为N2O和N2。
3、含磷、硫有机物的分解 土壤中含P的有机物主要是核酸、核蛋白、磷脂、 植素等。 在好气条件下通过微生物的作用，含磷和硫的化 合物可分别氧化为磷酸盐（H2PO4-、HPO42-）和 硫酸盐（HSO4-，SO42-）。 在嫌气条件下，含硫蛋白质分解为硫醇类（含SH基的化合物）和硫化氢（H2S）等有毒物质。
氨化过程可以通过以下几个途径进行：
水解：RCHNH2COOH + H2O
→RCHOHCOOH+NH3
或 RCHNH2COOH + H2O→RCH2OH+CO2+NH3
氧化：RCHNH2COOH + O2 → RCOOH + CO2 +
NH3 还原：RCHNH2COOH + H2 → RCH2COOH十 NH3 或 RCHNH2COOH +H2→RCH3+CO2+NH3
3. 植物残体的特性 1） 有机残体本身的物理状态直接影响转化的速 率。多汁、幼嫩比干枯老化的植物残体易分解， 而且还能活化已衰弱的微生物。粉碎或切细比大 块的植物残体易分解。
2） 有机残体组成中的C/N比 ： 指有机质中碳素 总量和氮素总量的比值，是影响转化速率的根本 原因。同一类植物的C/N比亦随植物的组织老嫩 而不同。
4、脂肪、树脂、蜡质、单宁等的分解 这类物质的分解除脂防族稍快些外，其它均很缓慢，不易 彻底分解，在好气条件下除生成CO2和H2O并放出能量外， 还常常产生有机酸。在嫌气条件下，则可产生多元酚类化 合物（形成腐殖物质的材料）。 5、木质素的分解 植物种类不同，木质素的化学组成和结构亦不相同，但其 共同点都含有芳香核，并以多聚体的形式存在于组织中， 是最不易分解的植物有机成分。在好气条件下，受真菌和 放线菌的作用，先进行氧化脱水，再缓慢降解，使其原来 分子中的甲氧基显著减少，酚羟基增加，出现烃基，并有 酸化的趋势。木质素降解的中间产物可参加腐殖物质的形 成。在嫌气条件下木质素分解极慢，所以沼泽泥炭土中木 质素含量特别高。
土壤有机质的组成与性质ห้องสมุดไป่ตู้
2.元素组成： 主要是C（52 % -58%）、H（3.3 % -4.8%）、 O（34 % -39%）、N（3.7 % -4.1%），其次 是P、S。此外还有K、Ca、Mg、Si、Fe、Zn、 Cu、B、Mo、Mn等灰分元素。
第二节
土壤有机质的转化
土壤有机质在水分、空气、土壤动物 和土壤微生物的作用下，发生极其复杂的 转化过程，这些过程综合起来可归结为两 个对立的过程，即土壤有机质的矿质化过 程和腐殖化过程。
土壤中有机残体的矿化作用与腐殖化作用是同时发生的 两个过程。生物残体的矿化过程是进行腐殖化过程的前 提；而腐殖化过程是生物残体矿化过程的部分结果。 矿质化过程是有机质释放养分的过程，又是为腐殖质合 成提供原料的过程，没有矿质化过程就没有腐殖化过程；
同时腐殖化过程的产物—腐殖质并不是一成不变的，它 可以再经矿质化过程而释放养分以供植物吸收利用。
简单有机化合物分解难易顺序 1）单糖、淀粉和简单蛋白质 2）粗蛋白 3）半纤维素 4）纤维素 5）脂肪、蜡质 6）木质素 复杂有机化合物首先分解成简单有机化合物， 再接上述过程分解。 综上，有机物质矿化的结果，不仅对植物提供了 营养物质，也对微生物提供了营养物质和能量， 而且在矿化过程中同时也改变了一些有机物的结 构特征和组成，为腐殖物质的形成提供原料。
②微生物吸收第一阶段的降解产物，一部分作为 建造自身的原料，一部分则被彻底转化为最终分 解产物，如CO2、H2O并释放出无机盐（如NH4+、 SO42－、HPO42－等）。
下面以植物残体为例，将各有机成分的一般分解速率和分解 产物简介如下： 1、碳水化合物的分解 多糖（淀粉、纤维素、半纤维素）首先在微生物分泌的 水解酶的作用下水解为单糖。 (C6H12O5)n（纤维素）+ nH2O 单糖分解：
一、矿质化过程
定义
土壤有机质在微生物作用下，分解为简单的无机化合 物（CO2、H2O、NH3等），同时释放出矿质营养和能 量的过程。
土壤有机质的分解程度常用矿化率来表示：土壤
有机质的矿化率——土壤每年因矿质化作用所消 耗的有机质数量占土壤有机质总量的百分数。
一般农业土壤有机质矿化率在2-5%之间，自然
土壤有机质对土壤肥力和植物生长起到良好的作 用，在农业上常把保持土壤有机质平衡和逐步提 高有机质含量作为土壤培肥的中心环节。河北省 有机质含量较低，平均含量在1.5%左右，土壤 培肥任务艰巨。
第一节 土壤有机质的来源、类型和组成
一、土壤有机质(organic matter）的来源和类型
（一）土壤有机质的来源
（二）土壤有机质类型
进入土壤的有机质一般呈现三种状态：
(1) 新鲜的有机质
(2) 半分解的有机残余物
(3)腐殖质：是有机质经微生物分解再合成的褐色 或暗褐色的大分子胶体物质。
二、土壤有机质的组成与性质 1.化学组成
（1）糖类、有机酸、醛、醇、酮类以及相近的化合物： 糖类:单糖、双糖、多糖；酸类：葡萄糖酸、柠檬酸、酒 石酸、草酸等；还有一些乙醛、乙醇、丙酮等。可溶于水， 易流失，可被微生物分解； （2）纤维素和半纤维素：半纤维素在酸和碱的稀液处理 下，易于水解；纤维素在较强的酸和碱的处理下，才可水 解。均可被微生物分解； （3）木质素：木质部的主要组成部分，是一种芳香族的 聚合物。有机化合物中最难分解的一种物质，但可被真菌、 放线菌分解。
1.对于原始土壤：微生物体是土壤OM的最早来源，因为在 风化和成土过程中，在母质中最早出现的是微生物。 2.对于自然土壤：动植物残体是土壤OM的基本来源，当然 还包括微生物及其代谢产物等有机物质。 3.对于耕种条件下的农业土壤来说，在用地与养地的过程中 进行轮作换茬、施用各种有机肥料，使有机质的来源不断扩 大，它不仅包括动植物残体和各种排泄物，还包括各种有机 肥料、微生物制品、有机农药、工农业生活废水、废渣等有 机物质。
进入土壤的有机物究竟有多少能够转化为腐殖质 可用腐殖化系数来表示：单位质量的有机物料在 土壤中分解一年后，残留下来的量占施入量的百 分数。
不同有机物料的腐解残留率是不同的，同一有机 物料在不同土壤上的腐解残留率也不相同，耕地 土壤一般为0.2~0.4之间。
矿质化和腐殖化过程的关系