第二章 有机质ppt课件

第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成
土壤中糖类物质的重要性
• 络合多糖可将土壤颗粒结合为稳定的团聚体。
• 多糖也可和金属离子形成络合物，并成为腐殖质合成的 建造单元；
• 氨基糖的矿化，可向植物供应N素； • 有些糖类可以刺激种子发芽和根的延伸； • 多糖还会影响土壤的阳离子代换量和微生物活性
有机物质的半分解期为4.7-9年，胡敏酸在土壤中平均停留时
间780-3000年，富里酸为200-630年。
第二节 土壤有机质的分解和转化
土壤中有机物质的转化分为矿质化和腐殖化两个过程

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
矿质化是复杂的有机物质分解为简单无机化合物(CO2和H2O)
腐殖化是分解中间产物后又合成更复杂、稳定、胶状的高
的过程，并释放出矿质养分和热量。

分子聚合物的过程，它使有机质和养分得以保存起来。
第二节
土壤有机质的分解和转化
一、矿化过程与腐殖化过程
1、矿化作用(Mineralization)***
土壤有机质在土壤微生物及其酶的作用下，分解成 二氧化碳和水，并释放出其中的矿质养分的过程。 2. 矿化作用的意义 为作物生长释放出了营养元素---有效化过程 为腐殖质形成提供了基本材料，成为腐殖化的前提。 a 酶


进入土壤的有机物质数量 土壤有机质的损失量 土壤有机碳的平衡
第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成
非腐殖质
• 结构简单、易被微生物分解、具有明确的物理化学性质的
物质，这些物质统称为非腐殖质。
• 包括土壤中的糖类物质、有机酸和一些化学结构已知的含 N化合物，如氨基酸、氨基糖等。 • 占土壤有机质的20～30%
土壤腐殖酸的性质
（一）物理性质
分子量 形状 颜色
很大。分子量大小与单体和聚合度有关；
球形结构，疏松多孔，似海棉；
分子量愈大，颜色愈深
HA分子量大， 褐色；FA 分子量小，呈淡黄色 溶解性： FA、HA都溶解于碱，HA不溶于酸，而FA溶 解于酸。 吸收性：亲水胶体，吸水能力强，吸水量可达其重量 的500%。
•新鲜的动、植物残体
• 半分解的动、植物残体 • 腐植物质
第一节有机质的来源、含量及组成
植物组织与土壤有机质组成比较
成分
纤维素 (cellulose) 半纤维素 (hemicellulose) 木质素 (lignin) 蛋白质(proteins) 油脂(fat)、腊质(lipids)
植物组织（%）
3，
第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成
腐殖质 Humus
腐殖质在土壤中存在形态
a：游离态的腐殖质，只占极少部分
b：有的与盐基化合形成盐类，主要腐殖酸钙、镁盐
c：有的与含水三氧化物化合形成复杂的凝胶体。
d：与粘粒结合形成胶质复合体
第一节有机质的来源、含量及组成
去除了动植物 残体细土样 酸化 （HCl）
• 在微生物作用下，形成的一类结构复杂、性质稳定 的特殊性质的高分子化合物。
• 这类化合物都具有三种基本成份,即芳核结构、含N
有机化合物及复环形式碳水化合物，其特殊性在于 其主体不同于生物体中已知的高分子有机化合物。
第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成
腐殖质 Humus
化学组成：腐殖质的化学组成中主要是C、H、O、N、 P、S，还有少量的Ca、Mg、Fe、Si等灰分元素。 功能团组成 ： 腐殖质组分中有许多的功能团，其中最主 要的是含氧功能团，比如：羧基R—COOH、酚式羟基（ —OH）、醇羟基（R—OH）、甲氧基—OCH 醌基
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。
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。
第二节 土壤有机质的分解和转化
二、影响有机物质的分解和转化的因素 （一）土壤生物的组成与活性
土壤动物促进植物残体的破碎和运输 真菌可促进木质素的分解 细菌和放线菌可促进碳水化合物的分解
20~50 10~30 10~30 1~15 1~8
有机质（%）
2~10 0~2 30~50 28~35 1~8
土壤有机质组成基本特点：
1.土壤有机质中木质素和蛋白质含量比植物组织中含量增加 2.纤维素和半纤维素含量减少 3.土壤中形成了腐殖质
第一节有机质的来源、含量及组成
决定土壤有机质含量的因素：
腐殖质 Humus
络合能力 能与铁、铝、铜锌等高价金属离子形成络合物，其 中羧基与酚羟基是主要参与络合金属离子的功能团，络合物的 稳定程度随pH升高而增大。
第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成
腐殖质 Humus
稳定性 其化学稳定性强，抗微生物分解能力强，因此分解周 期长，在温带植物残体的半分解期为3个月，而新形成的土壤
第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成
(2) 化合物组成，可分为: 腐殖物质
（Humic Substance) 60%-80%
非腐殖物质 （Non-Humic Substance) 20%-30%
常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。
第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成 (3) 存在形态：
任何条件下
好气条件下
思考题：旱地和水地含氮化合物的转化结果会有何差异？
第二节
土壤有机质的分解和转化
一、矿化过程与腐殖化过程
c.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
第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成
脂类 lipids
• 土壤中的脂类，大部分是植物和微生物组织的残余物，约 占土壤有机质总量的2-6%。 • 主要包括蜡类、有机酸、碳氢化合物、多环烃、甘油酯和 磷脂、类固醇和类萜、类胡萝卜素等
第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成
土壤脂类的重要性
第二章 土壤有机质
(soil organic matter)
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。 土壤有机质与土壤肥力关系 肥力水平
OM（%）
低
<0.5%
较低
0.5~1.0
中等
1.0~1.2
第一节有机质的来源、含量及组成
腐殖质 Humus
带电性 腐殖质是两性胶体，既带负电荷又带正电荷，通常 以带负电荷为主，电性来源主要是分子表面羧基、酚 羟基的解离以及胺基的质子化。
腐殖质 分子结 构核心
COOH
OH NH2
解离或质子化
腐殖质 分子结 构核心
COO－
O－ NH3＋
第一节有机质的来源、含量及组成
一土壤有机质对提高土壤肥力的作用一土壤有机质对提高土壤肥力的作用三改善土壤的物理性质三改善土壤的物理性质新鲜有机质是土壤团聚体主要的新鲜有机质是土壤团聚体主要的胶结剂胶结剂在钙离子在钙离子的作用的作用下能够形成稳定性团聚体腐殖质下能够形成稳定性团聚体腐殖质颜色深颜色深能吸收大量的能吸收大量的太阳辐射热同时有机质分解时也能释放热所以有机质在太阳辐射热同时有机质分解时也能释放热所以有机质在一定条件下能一定条件下能提高土壤温度提高土壤温度
黄色溶液
（富里酸） Fulvic acid，FA
用稀碱 （NaOH）
溶液 （腐殖酸） Humic acids
土壤
黑色残余物 黑腐素 （胡敏素） humin
褐色沉淀 胡敏酸 humic acid，HA
水浮选、手挑、静 电吸附或采用比重 1.8或2.0重液浮选 （轻组）
以上是依据腐殖酸类物质溶解性进行分类与提取 请注意三大类腐殖组分，胡敏素、胡敏酸（HA）和富里酸（FA）
• 具有生理活性 抑制或促进作用 。某些土壤溶液中高浓度的酚酸不利于植 物的生长。脂类还可能是世界上半干旱地区残茬覆盖耕种 制度下小麦产量低的原因。

改变土壤物理性质 脂类是疏水的，因而影响团聚体稳定性和湿润程度。蜡类 物质使砂土具有排斥水分的性质。
第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成 有机氮化合物 organic N
R-（C，4H，养分）+ 2O2
氧化
CO2 + 2H2O + 能量+养分
第二节
土壤有机质的分解和转化
一、矿化过程与腐殖化过程
b.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 硝化作用 （nitrification)
水解作用 （hydrolyzation)
氨化作用 （ammonification)
主要形态：氨基酸、氨基糖和核苷酸。 主要来源：生物残体中的含氮化合物，即蛋白质和缩氨酸。 未知N：土壤中还有30%以上的有机N化合物，它们很稳定， 抗酸、抗碱水解，对于这一部分N在土壤中的状况和性质， 目前了解的还很不够。
第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成
腐殖质 Humus
第二章 有机质 教学
ÓÓ ú × é · Ó 6%
ÓÓÓ Ó 0.08% Ó× ÓÓ Ó 0.03%
ÓÓ ú × é · Ó 94%
·ÓÓ Ó ÓÓ ÓÓ ú Ó 0.10% 3.59% ÓÓÓ ù 8.32%
ÓÓÓ ú Ó Ó 87.88%
藻类 0.2% 放线菌 5% 真菌 46%
原生动 物 2% 细菌 47%
3. 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
第二节 土壤有机质的分解和转化
腐殖化过程:(Humification)***
各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的聚
合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化 合物，这一过程称为腐殖化过程。
作物根茬、还田秸秆、绿肥、人畜粪尿、工农产品下脚料、城市生活 垃圾、有机肥料（腐殖酸肥料）
第一节有机质的来源、含量及组成
土壤中的微小有机颗粒
第一节有机质的来源、含量及组成
二、土壤有机质含量
一般含量在0-5%之间。
泥炭土可高达20%或30%以上 • 草原土壤：5~6%， 漠境土和砂质土壤不足0.5%
第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成
糖类物质 saccharides
在一般有机体代谢过程中，糖类物质中所含的结合能是最 好的能量来源，在土壤代谢过程中，糖类同样可作为能量 物质,是土壤微生物的主要能源物质。 土壤中糖类物质中的C约占土壤有机C总量的5-25%，已 发现的土壤糖类物质的种类很多，主要可分为单糖、多糖、 糖醛酸和氨基糖等。
• • • • • •
砂质土壤：< 1.0%， 我国耕地表层：2%， 华北地区：1%， 东北地区：8~10%。 有机土壤：> 20% 矿质土壤：<20%
第一节有机质的来源、含量及组成
三、土壤有机质的组成
(1) 化学元素组成
土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N，
碳占52%-58%、氧占34%-39%、氢占3.3%-4.8%、 氮占3.7%-4.1%，其次是硫、磷 C/N比大约在10~12之间。 有机质的含碳量平均为58%，有机质含量=1.724*有机碳
第二节 土壤有机质的分解和转化
（二）土壤特性
1、质地 粘粒含量越高，有机质含量也越高。
2、pH值 中性、钙质丰富较好，pH6.5-7.5。
3. 水分 最适湿度：土壤持水量的50-80%
低洼、积水有利于有机质的积累
4. 通气性 通气不良易有机质累积
5. 温度
最适宜温度大约为25-35 ℃
第二节 土壤有机质的分解和转化
腐殖化系数***：单位重量的有机物质碳在土
壤中分解一年后的残留碳量。
腐殖质形成
图4-1 有机质的分解与合成示意图
第二节 土壤有机质的分解和转化
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---->CO2和H2O，而N、P、S等则
以矿质盐类释放出来。
在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，分解
（三）植物残体的特性
1、物理状态
新鲜程度 破碎程度
紧实程度
2、C/N比***
有机物的C/N比：指有机物中C总量与N总量的比。
土壤有机质
微生物 生物量
未分解或部分 分解的动植物残体
Non-humic substance
土壤腐殖质
humus
非腐殖物质
腐殖物质
Humic substance
(用稀氢氧化钠分离)
可溶性腐殖物质
(酸化pH2) 沉 淀 物 沉 淀 物
富里酸
Fulvic acids
胡敏酸
Humic acids
胡敏素
humin
较高
1.2~1.5
高
>1.5
第一节有机质的来源、含量及组成
一、土壤有机质的来源
1、死亡的动植物、微生物残体。2、施入的农家肥。 3、工业及城市垃圾废水、废渣。 原始土壤：微生物体是土壤有机质的最早来源。 自然土壤：是死亡的动、植物，微生物残体及植物的枯 枝落叶，但基本来源是它上面生长的绿色植物。
耕地土壤：可概括为两个方面：（1）栽培作物的残留物 （2）施用的有机肥。其中后者其主导作用。