第二章 土壤有机质总结

886 199 86 113 175
32.3 32.5 26.3 29.0 26.0
1.3 4.9 5.1 3.1 4.0
21.8 24.5 19.0 23.1 19.2
241.0 127.8 115.2 144.3 182.3
22.9bd 25.7cd 20.0ab 23.9bc 18.4a
东北地区
半纤维素
纤维素
脂肪、蜡质等
难
木质素、酚类化合物
注
好氧条件下的分解
意
微生物活动旺盛，分解作用快，分解最终产物位CO2和 H2O，释放出矿质盐类（NH4+、NO3-、HPO42-、H2PO4-、 SO42-等）。 嫌氧条件下的分解 好氧微生物活动受到限制，分解作用慢又不彻底，土壤 中积累有机酸、乙醇等中间产物。 极厌氧条件下 会产生CH4、H2、H2S等还原性气体。
Northeastern China
华东地区
Eastern China
华南地区
Southern China
华北地区
Northern China
西北地区
Northwestern China
216
97
31.8
53.6
1.3
7.4
16.1
39.6
241.0
184.7
19.5a
40.4e
西南地区
Southwestern China
（1）土壤有机质含量的差异较大
泥炭土可高达200g/kg以上 漠境土和砂质土壤不足5g/kg
（2）有机质土壤和矿质土壤
＞20% ＜ 20% 有机质土壤 矿质土壤 0.5%
（3）不同区域不同土壤有机质含量差异很大
暗棕壤 黑土
7%
黑钙土
栗钙土
灰漠土
50-100 g/kg
30-60 g/kg
20g/kg左右
water 25%
mineral 45%
organic 5%
它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。
第一节 土壤有机质的来源、含量及其组成
一、土壤有机质的来源 植物残体
包括各类植物的凋落物、死亡的 植物体及根系。
植物残体性质是否存在差异？
由于各地区的气候条件、植被类型及耕作管理不 同，进入土壤中的植物残体数量和化学组成有很大的 差异。
纤维素、半纤维素（在强酸或强碱下水解）
木质素（难于分解转化，相对稳定存在） 特殊有机化合物： 腐殖物质（胡敏素、胡敏酸、富啡酸）等
3、土壤有机质的存在形态
动、植物残体 半分解的动、植物残体 腐殖物质
（1）动、植物残体
新鲜的有机物，指那些刚进入土壤不久，仍保持原来
生物体解剖学上特征的那些动、植物残体，基本上未受
（二）土壤特性 4、质地
黏粒含量越高，质地愈黏重，SOM愈难分解，有机
质含量也越高。
5、其他影响因素
某些重金属的毒害作用都会限制有机质转化。
（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
新鲜多汁、幼嫩绿肥易于分解，磨细粉碎、疏松的 有机质易于分解！
2、植物残体的化学组成
纤维素、木质素和蜡质含量高的植物残体难分解， 含氮有机物多的植物残体分解容易。
了其他类型有机物质的有机复合体。
它与土壤中黏土矿物紧密结合，以有机—无机复 合体方式存在。 能存在与蒙脱石、蛭石等膨胀型矿物的层间，不 与微生物接触。
土壤腐殖质的年周转量为1.1%。
四、影响土壤有机质分解和转化的因素
（一）土壤生物的组成与活性 （二）土壤特性 （三）植物残体的特性
（一）土壤生物的组成与活性
第二章 土壤有机质 Soil organic matter
主 要 内 容
第一节 土壤有机质的来源、含量及组成 第二节 土壤有机质的分解和转化 第三节 土壤腐殖质的形成和性质 第四节 土壤有机质的作用及管理
土壤有机质(soil organic matter)
air 25%
土壤有机质是指存在于 土壤中的所有含碳的有机 化合物。
使其芳香结构核心与其复合的简单有机物分离，或是整
个复合体解体。 第二阶段：释放的简单有机物质被分解（矿化）和转 化，酚类聚合物被氧化。 第三阶段：脂肪酸(fatty acid)被分解，被释放的芳香
族化合物（Leabharlann Baidu酚类）参与新腐殖质的形成。
腐殖物质在土壤中很稳定，抗微生物分解能力很强，
主要与其本身的化学结构及其与金属离子和黏土矿物之 间的相互作用、团聚体内部的夹杂有关。 它是一类以芳香化合物或其聚合物为核心，复合
水解作用 （hydrolyzation)
氨化作用 （ammonification)
任何条件下
好气条件下
反硝化作用：反硝化细菌在嫌气条件下将硝酸 盐还原过程。
脂肪、树脂、蜡质、单宁等
这类有机物的矿质化过程与碳水化合物基本相同，不
同之点是在嫌气条件下产生多酚化合物，这是形成腐殖质
的基本材料。
木质素
水田不宜提倡秸秆还田，不能以牺牲环境为代 价换取增产。
（二）土壤特性 3、pH值
通过影响微生物的活性而影响有机质的分解，各种 微生物都有其最适 pH 范围：
多数细菌的最适pH为6.5～7.5 真菌为3～6 放线菌为略偏向碱性
由于细菌数目最多，所以pH 6.5～7.5较适宜！
在农业生产中，改良过酸或过碱土壤，对促进有 机质的矿化有显著效果。
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
（二）土壤特性
SOM分解转化主要是在微生物作用下完成的，影响微 生物活性的因素都影响有机质的分解和转化。
1、温度
0℃以下，微生物活性很低， SOM分解速率很小； 0～35℃范围内，每升高10 ℃ ，SOM最大分解速
到微生物的分解作用。
（2）半分解的动、植物残体
经微生物的分解，已使进入土壤中的动、植物残体失
去了原有的形态等特征。有机质已部分分解，并且相互
缠结，多为暗褐色的碎屑和小块。包括有机质分解产物 和新合成的简单有机化合物。
（3）腐殖质
除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的 有机物质的总称。通常占土壤有机质的90%以上。
对土壤有机质的转化起着非常重要的作用。
死亡微生物
动物粪便
人为施入土壤中的各种有机物
人为施入土壤中的各种有机肥料（绿肥、堆肥、 沤肥等），工农业和生活的废水、废渣等，还有各 种微生物制品，有机农药等。
例如：植物种类退化
引发严重生态环境问题
注意：其中进入土壤的植物残体是最主要的来源。
二、土壤有机质的含量及组成 1、土壤有机质的含量
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。
酶
R—（C，4H）+ 2O2
氧化
CO2 + 2H2O + 能量+养分
土壤有机质因矿质化作用每年损失的量占土壤有 机质总量的百分数称有机质的矿化率(mineralization percent)。
我国土壤的年矿化率一般在1%～3%。
森林植被下有机残体主要来自地上部凋落物； 草本植物的有机残体主要来自根系； 耕作土壤，植物残体主要来源根茬。
植物凋落物
作物根茬
动物、微生物残体
包括土壤动物和非土壤动物的残体，及各种微生物的残 体。这部分来源相对较少，但对原始土壤来说，微生物是 土壤有机质的最早来源。
动植物、微生物的排泄物和分泌物
Soil humus
humus
Non-humus
humin
Humic acid
Fulvic acid
腐殖质
第二节 土壤有机质的分解和转化
矿化作用 mineralization
有机残体
腐殖化作用 humification
有机质的分解与合成示意图
一、简单有机化合物的分解和转化 矿化作用（mineralization）
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。
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。
单位土壤每年残留碳量 腐殖化系数 每年进入单位土壤有机碳总量
腐殖质的分解和转化经历三个阶段：
第一阶段：腐殖质经过物理、化学作用和生物降解，
木质素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中被真菌 和放线菌作用下缓慢的转化，最终产物是CO2和H2O，但 往往只有50%可形成最终产物，其余仅为降解产物，作为 形成腐殖质的原始材料。 CO2的释放速率通常是衡量土壤有机质分解率和微生 物活性的重要指标。
土壤中简单有机化合物分解的难易顺序
容易
单糖、淀粉和简单蛋白质 粗蛋白质
二、植物残体的分解和转化
植物残体主要包括植物根、茎、叶的死亡组织。其中 各类有机化合物的含量范围是： 可溶性有机化合物 纤维素 半纤维素 蛋白质 木质素 （糖分、氨基酸等）
5~10% 15~60% 10~30% 2~15% 5~30%
植物残体在土壤中的分解和转化过程： 第一阶段：可溶性有机化合物以及部分类似有机物进 入土壤后的头几个月很快矿化。 第二阶段：残留在土壤中的木质素、蜡质以及第一阶 段未被矿化的植物残体碳相对缓慢分解。
植物残体量：
热带雨林凋落物干物质量: 16700Kg /公顷•年
荒漠植物群落凋落物干物质量: 530Kg /公顷•年
我国森林土壤每年归还土壤的凋落物干物质量按 气候植被带划分，依次为：热带雨林，亚热带常绿 阔叶林和落叶阔叶林，暧温带落叶阔叶林，温带针 阔混交林，寒温带针叶林、荒漠。
不同生态系统间植物残体来源形式：
糖类有机物质矿化
如纤维素、半纤维素、淀粉等糖类。 CO2+H2O+heat(多） 好气条件下
多糖
单糖
有机酸+heat（少）
半嫌气条件
水解酶作用
CH4、H2S+heat（极少） 嫌气
己糖 > 淀粉 > 半纤维素 > 纤维素
含氮物质的矿化
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)
率提高2～3倍；
25～35℃下，微生物活动最旺盛，利于SOM矿化
分解。
南方土壤有机质含量为什么低于北方土壤？
（二）土壤特性 2、水分和通气状况
好气：水少气多，氧气充足，好氧微生物活动旺盛，
SOM矿化分解，释放养分；
嫌气：水多气少，氧气不足，好氧微生物活动受抑
制，氧化分解很慢；SOM腐殖化合成腐殖质。 低洼、积水有利于有机质的积累！
非腐殖物质（non-humic substance) (20~30%)
腐殖物质（humic substance）(60~80%) 经土壤微生物作用后，由多酚和多醌类物质聚合而 成的含芳香环结构的、新形成的黄色至棕黑色的非晶形 高分子有机化合物。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。
2、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， 其次是 P 和 S 。
干物质 % C 52~58 O 34~39 H 3.3~4.8 N 3.7~4.1
其 C/N 比大约在10～12之间。
（2）化合物组成
普通有机化合物： 碳水化合物（糖、醛、酸等） 含氮化合物（氨基酸、蛋白质等）
10g/kg左右
3~5g/kg
中国地带性土壤表层SOM 含量
Regions Num.
算术平均值
Arithmetic mean (g kg-1)
Min. (g kg1)
Median (g kg-1)
Max. (g kg-1)
几何平均值
Geometric mean* (g kg-1)
全国
Whole country
（三）植物残体的特性 3、 C / N
Ｃ／Ｎ不仅影响有机残体分解速度，还影响土壤有效
氮的供应，通常以 25 : 1 或 30 : 1 较为合适。
Ｃ／Ｎ＜ 25 : 1 时，微生物活动最旺盛，分解
有机质速度较快，释放出大量Ｎ素；
Ｃ／Ｎ＞ 25 : 1 时，Ｎ相对不足，会出现微生
物与植物共同争夺土壤中的有效Ｎ。
秸杆直接还田时，常加入适量的速效氮肥，为 什么？
第三节 土壤腐殖物质的形成和性质
土壤腐殖物质的形成 土壤腐殖物质—黏土矿物复合体 土壤腐殖酸的分组
土壤腐殖酸的性质
一、土壤腐殖物质的形成 humus：一类以芳香化合物或其聚合物为核心，是
土壤中一类性质稳定、组成和结构都很复杂的天然高分 子聚合物。
易分解组分 植物残体碳
难分解组分 据统计，有机残体进入土壤经1年降解后，有机质的
2/3以CO2的形式释放而损失，残留在土壤中的不足1/3。
土壤微生物生物量：3～8% 多糖、多糖醛酸苷、有机酸等非腐殖物质：3～8%
腐殖物质：10～30%
三、土壤腐殖物质的分解和转化
腐殖化过程（humification）