土壤学课程土壤有机质

根据耕作层中有机质含量,可将土壤分为:
有机质土壤 >20% 矿 质土 壤 <20%
三 土壤有机质的类型
新鲜的有机物
进入土壤中尚未 被微生物分解的 动、植物残体。 它们仍保留着原 有的形态等特征。
半分解的有机物
经微生物的分解， 失去动、植物残 体了原有的形态 等特征。包括有 机质分解产物和 新合成的简单有 机化合物。
其次Fe、 Ca、 Mg 、Si 。
胡敏酸 富里酸
C％ 50--62 45--48
H％ 2.8--6.6 5--6
O+S％ 31--40 43--48
N％ 2.0--6.0 1.5
一般腐殖质平均含碳为58%，氮5.6%， C/N比为10：1-12：1。
我国主要土壤表土中腐殖物质的元素组成（无灰干基）
四 影响土壤有机质转化的因素
有机质是土壤中最活跃的物质组成。
一方面，外来有机物质不断地输入土壤，并经微生物的分 解和转化形成新的腐殖质；
另一方面，土壤原有有机质不断地被分解和矿化，离开土 壤。进入土壤的有机物质与有机碳从土壤中损失之间的平衡 决定了土壤有机质的含量。 凡是能影响微生物活动及其生理作用的因素都 会影响有机物质的分解和转化。
1. 温度
微生物活动响应于温度变化：
≤0℃ :无分解。
0-35℃:分解随温度而加强,每升温10℃ ,分解速 率提高2-3倍。 25-35 ℃：最适分解温度。
2. 土壤水分与通气状况
土壤水分对有机质分解和转化的影响 土壤中微生物的活动需要适宜的土壤含水量，但过多 的水分导致进入土壤的氧气减少，从而改变土壤有机物 质的分解过程和产物。 土壤有机质的分解和转化也受土壤干湿交替作用的影响
土壤pH也通过影响微生物的活性而影响有机质的降解
各种微生物都有其最适宜于活动的pH范围， pH过低(<5.5)或过高(>8.5)对一般的微生物都不大适宜
5 其他因素
---土壤溶液盐分浓度高于0.2%时，有机质分解受阻； ---有毒重金属和有机污染物也会阻碍有机质的分解。
第三节
土 壤 腐 殖 质
HA/FA的比值可作为 衡量土壤腐殖质品质 的重要指标
胡敏酸及其盐类在环境条件发生变化时，其化学性质不 变，成为不溶于水的，较稳定的黑色物质； 富里酸在水中溶解度很大，其水溶液呈酸性反应，它的 一切盐类都溶与水，易造成养分流失。
一般我国北方的土壤，特别干旱区与半干旱区的 土壤腐殖质以胡敏酸为主： HA/FA比大于1.0 而在温暖潮湿的南方的酸性土壤中，土壤中以富 啡酸为主： HA/FA比一般小于1 在同一地区，水稻土的腐殖质的HA/FA 比大于旱地。 在同一地区，熟化程度高的土壤的HA/FA比较高。
腐 殖质(humus)
有机质经过微生 物分解后并再合 成的一种褐色或 暗褐色的大分子 胶体物质。与土 壤矿物质土粒紧 密结合，是土壤 有机质存在的主 要形态类型，占 土壤有机质总量 的85％—90％。
第二节 土壤有机质的分解与转化
有机质在土壤中经历各种复杂的转化，归纳为两个方 向：
分解过程（矿质化过程）：
与含水三氧化物
结合态腐殖质
如Al2O3· XH2O· Fe2O3· yH2O化合 成凝胶体 与土壤黏粒结合成有机无机复合体
三 土壤腐殖酸的性质
1. 颜色 整体呈黑色或黑褐色，富啡酸呈淡黄色，胡敏酸 为褐色。
2. 溶解性 富啡酸溶于水、酸、碱 胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱
3. 元素组成
C、 H 、N 、O、 P、 S，
原始土壤 自然土壤 耕作土壤
植物残体含水量一般在60-90% 干物质中：C，H，O，N元素占90%-95%以上， （其中C占50%左右）； 其余为营养元素约占8%。
残 体 化 合 物 组 成
碳水化合物 占有机质总量的15-27%,包括糖类、纤维
素、半纤维素、果胶质、甲壳质等。
木质部的主要组成部分，是一种芳香 族的聚合物。 主要是蛋白质。
微生物的转化过程
1. 化学的转化过程
水的淋溶作用
降水可将土壤有机质中可溶性 的物质洗出。这些物质包括简 单的糖、有机酸及其盐类、氨 基酸、蛋白质及无机盐等。
酶在土壤有机质转化过程中起 着巨大作用，几乎大部分的生 物转化过程都是在酶的作用下 完成的。
酶 的 作 用
2. 动物的转化过程
动物将植物或残体碎解，或将植物 残体进行机械的搬进及与土粒混合， 均可促进有机物被微生物分解。 经过动物吞食的有机物（植物残体） 未被动物吸收部分，经过肠道，以排 泄物或粪便的形式排到体外，已经经 过动物体内分解或半分解。
中国自然植被下森林土壤的腐殖质组成
一 土壤腐殖质的分组
胡敏酸 不溶于酸 腐殖酸 腐殖物质 占腐殖酸总量的60% 富啡酸 溶于酸 （85-90%） 胡敏素 失去水溶性和碱溶性 多糖类 简单化合物 氨基酸 （10-15%游离态腐殖质
与矿物成分中的强盐基化合成稳 定的盐类，主要为腐殖酸钙和镁
3. 植物残体的特性
新鲜多汁的有机物质比干枯秸秆易于分解
有机物质的细碎程度
有机物质组成的碳氮比(C/N最佳比为24：1）
糖、淀粉、蛋白质>半纤维素>纤维素、木质素、脂肪、腊质
4. 土壤特性
土壤质地在局部范围内影响土壤有机质的含量
土壤有机质的含量与其粘粒含量具有极显著的正相关。
腐殖质与粘粒胶体结合形成的粘粒一腐殖质复合体，可防止有机 质遭受分解，免受微生物的破坏。
机械的转化
化学的转化
3. 微生物的转化过程
是土壤有机质转化最重要的最积极的过程，有多种 酶参与催化。
碳水化合物的分解 nC6H12O6＋6O2
6CO2＋6H20＋热量
不含氮的有机物的转化
含氮有机物的转化 含磷有机物的转化 含硫有机物的转化
(1)不含氮的有机物的转化
主要是碳水化合物，如糖类、纤维类、半纤维类、脂肪和 木质素等。 好 气 条 件 下
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。
三 矿质化和腐殖化过程的关系
土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程是即互相 对立，又互相联系，即互相独立，又互相渗透的 两个过程。
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。
4. 分子结构特性
是一种高分子聚合物.
分子量 分子外形 H： n×10000 F ： n×100-n×1000
球形或棒状，非晶质,比表面积大
分子结构
腐殖质分子中心是一个稠环或类似稠环的芳 香核，可借共价键、离子键或氢键，与下述 分子中的数种结合：(1)多糖、(2)多肽、(3) 酚类醌 、(4)金属离子、(5)有机酚类
存在于土壤中的所有含碳的有机化合物 主要包括土壤中各种动物、植物残体，微生物 体及其分解和合成的各种有机化合物。
土壤有机质
第一节 土壤有机质的来源、含量及组成
一 有机质的来源
植物残体 动物残体 微生物残体 动物、植物、微生物的排泄物和分泌物 人为施入土壤中的各种有机肥料
其中进入土壤的植物残体是最主要的来源
第二章 土 壤 有 机 质
主要内容
土壤有机质的来源、含量及组成 土壤有机质的分解与转化 土壤腐殖物质的性质 土壤有机质的作用与管理

有机质是土壤的重要组成部分

含有植物生长需要的各种营养元素 对重金属、农药等有机、无机污染物的行为有显 著影响

是影响全球“温室效应”的主要因素
土壤有机质(soil organic matter)

复杂有机物分解为简单的物质，最后形成CO2，H2O和无机 盐； 合成过程（腐殖化过程）： 形成更复杂的有机物质（腐殖质）的过程。
一 矿质化过程(Mineralization）
土壤有机质在微生物作用下，分解为简单的无机化合 物二氧化碳、水、氨和矿质养分（磷、硫、钾、钙、 镁等简单化合物或离子），同时释放出能量的过程。 酶 R—（C，4H，养分）+ 2O2 CO2 + 2H2O + 能量+养分 氧化 化学的转化过程 划分 动物的转化过程
通过土壤微生物的作用，在土壤中新合成的一类分子 量很大的、结构复杂的有机化合物，称为腐殖质。
褐色或暗褐色的，芳香族结构的，具有多官能团的含
氮的、复杂的高分子有机化合物。
腐殖质的主体是腐殖酸，约占腐殖质的85%-90%。
在土壤中，通常以腐殖酸盐的形态存在，并与矿物粘 粒结合形成复合物。
土壤腐殖质组分及其分离过程图式
中，其湿度为200％。强大的吸水性使土壤具有较 强的持水供水能力。
7. 稳定性 抵抗微生物分解能力很强，分解周转所需时间短的 10年，长的几百年。刚形成的腐殖质半衰期4.7--9年。 其稳定性与团粒结构的稳定性有关。 不同土壤的腐殖质其稳定性差异很大,一般自然土壤 大于耕地土壤。
HA/FA
胡敏酸与富里酸含量的比值。是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。
胡敏酸HA（％）
富里酸FA（％） 范围 43.4~52.6 4.0~5.8 40.1~49.8 1.6~4.3 8.0~12.6 平均 46.5 4.8 45.9 2.8 9.8
腐殖物质
范围 C H O N C/H 43.9~59.6 3.1~7.0 31.3~41.8 2.8~5.9 7.2~19.2 平均 54.7 4.8 36.1 4.2 11.6
生成简单的有机酸、醇、酮类， 最后完全分解成CO2和水，同时 释放热量。
形成有机酸类中间产物，最后产 生甲烷、氢气等还原性物质。
通气不良条件下
（2）含氮有机物的转化
土壤中含氮有机物可分为两种类型：一是蛋白质类型，如各种类型 的蛋白质；二是非蛋白质型，如几丁质、尿素和叶绿素等。土壤中 含氮的有机物在多种土壤微生物作用下，最终分解为无机态氮 （NH4+—N和NO3-—N）。
（4）含硫有机物的转化
土壤中含硫的有机化合物如含硫蛋白质、胱氨酸等，
经微生物的腐解作用产生硫化氢,通气良好的条件下,进 一步氧化成硫酸,和土壤中的盐基离子生成硫酸盐。
含S有机物 含S氨基酸
S
H2S
H2SO4（好气条件）
（嫌气条件）
H2S累积
二 腐殖化过程 (Humification)
土壤有机质在微生物作用下，把有机质分解产生的简单有 机化合物及中间产物转化成更复杂的、稳定的、特殊的高 分子有机化合物—腐殖质的过程。 两个阶段 1 产生构成腐殖质基本组成的原始材料（简单有机物） 2 合成阶段 多元酚 氧化 +氨基酸或肽 醌 酶 腐殖质
木 质 素 含氮化合物
树脂、蜡质、脂肪、单宁
二 有机质的含量与组分
有机质的主要元素组成为C，O，H，N，分别占52%-58%， 34%-39%，3.3%-4.8%和3.7%-4.1%，其次为P，S，C/N大 约在10% 左右。 不同类型土壤中有机质含量差异很大，可小于1%或大于20% • 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%
5. 电性 腐殖质是两性胶体，但以负电荷为主 。 负电荷来源于 COOH =C=O -OCH3 OH
其中羧基是最重要的功能基团；腐殖质的总酸度通常
是指羧基和酚羟基的总和。
总酸度以胡敏素、胡敏酸和富里酸的次序增加。
6. 吸水性 腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，最
大吸水度最大吸水度达500％，在湿度饱和的空气
1 产生构成腐殖质基本组成的原始材料（简单有机物）
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。 +氨基酸或肽 氧化 醌 腐殖质 2 合成阶段 多元酚 酶
水解过程 氨化过程 硝化过程 反硝化过程
蛋白质
多肽
氨基酸
氨基酸分解产生NH3
NH3氧化生成硝酸。 硝态氮还原成气态氨的过程。
（3）含磷有机物的转化
土壤中表层有26％—50％是以有机磷状态存在，主 要有核蛋白、核酸、磷脂、核素等、这些物质在多 种腐生性微生物作用下，分解的最终产物为正磷酸 及其盐类，可供植物吸收利用。 在嫌气条件下，很多嫌气性土壤微生物能引起磷酸 还原作用，产生亚磷酸，并进一步还原成磷化氢。