第二章 土壤有机质总结
土壤学第二章总结
土壤有机质、土壤有机质的组成与性质土壤有机质概念：存在于土壤中的所有含碳的有机物质.一、土壤有机质的来源包括：---植物残体；---动物残体；---微生物的残体；---有机肥料；---有机废物；其中进入土壤的植物残体是最主要的来源。
土壤有机质含量有机质土壤：有机质含量超过20%的土壤。
矿质土壤：有机质含量低于20%以下的土壤。
矿质土壤土壤在陆地上占绝大多数土壤有机质成为土壤肥力的重要物质基础，也是评价土壤肥瘦的重要标志之一。
土壤有机质的存在形态新鲜有机质半分解有机质腐殖质土壤有机物质的分解与转化矿质化作用和腐殖化作用有机质的矿化作用1、概念*有机物质在微生物的作用下分解成无机营养元素的过程2、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3、含氮物质的分解1）水解作用2）氨化作用——氨气（好氧合厌氧皆可）3）硝化作用（好气条件下）——硝酸根5）反硝化作用（厌氧）——氮气、N2O旱地和水地含氮化合物的转化结果会有何差异？矿化率：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是土壤矿化快慢的指标4、影响土壤有机质转化的因素：1）有机残体的特性2）土壤水分和通气状况3）温度4）土壤特性5、有机残体的组成与状态1、物理状态多汁、幼嫩的植物残体比干枯、老化的植物残体容易分解；粉碎的植物残体比未粉碎的容易分解。
2、有机残体一般阔叶>针叶，叶片>残根;豆科>禾本科秸秆还田如何做最有利于有机质的分解？6、激发效应：土壤中加入新鲜有机植物会促进土壤原有有机物的降解。
激发效应可以是正的，也可以是负的激发比率：加入新鲜有机物质后，土壤有机物质矿化量与加入前矿化量之比发生植物和土壤争夺N的原因是什么呢？秸秆还田怎么处理就不会造成微生物和植物争夺氮素呢？南方和北方相比，那里的土壤有机质含量相对较高？原因呢？北方。
在适当湿润而通气良好的条件下，好气微生物活动强烈，有机质进行好气分解，分解速度快，矿化率高，中间产物累积少，释放出的矿质养分多，但腐植化系数低，不利于腐植质的累积腐殖质腐殖质：复杂的天然高分子聚合物，其主体为腐殖酸及其盐腐殖化作用：使简单的有机化合物形成新的、较稳定的有机化合物，使有机质及其养分保蓄起来的过程。
第2章 土壤有机质
5 / 59
5%
0.5%
0.5-2.0%
7%
College of plant science
6 / 59
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
有机 残体
mineralization 腐殖化作用
humification
13 / 59
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
第二章 土壤有机质
(soil organic matter)
第二章土壤有机质
10
二.生物固氮
4.
生产应用：在绿地建植中，要适当培植一些共 生固氮植物，适当进行根瘤菌接种。
5.
根瘤菌要求土壤为中性，磷、镁、钼、锰含量 较高的土壤。
蓝细菌（Cyanobacterium）是光合微生物，行光能无机营 养，过去称为蓝（绿 藻，由于原核特征现改称为蓝
细菌，与真核藻类区分开来。
p43
22
3.土壤有机质的矿质分解
（1）含碳有机物质的转化
如纤维素、半纤维素、淀粉等糖类
水解酶 O2
（C6H10O5）n + nH2O－→nC6H12O6 －→ CO2+H2O +Q
嫌气
C6H12O6 4H2＋CO2
CH3CH2CH2COOH＋2H2＋2CO2＋热量 CH4＋2H2O
23
嫌气
p43
1㎏土壤可含5亿个细菌,100亿个放线菌 和近10亿个真菌，5亿个微小动物。
8
一.根际与根际效应
①根际： 植物根与土壤的交界面，一般是 距根面1—4毫米范围的内土壤。
②根际效应：根际土壤的微生物大量繁殖的现象。 微生物比根际外高几倍到几十倍，菜园地比大 田高1.5到2倍。
不同土壤微生物种类、 不同土壤微生物种类、数量差别很大
脂肪、 成分 纤维素 半纤维素 木质素 蛋白质 脂肪、树脂等
%
2－10
0－ 2
30－ 28－ 30－50 28－35
1－ 8
3、土壤腐殖质（soil humus） ） 土壤腐殖质： 土壤腐殖质：棕色含氮高分子有机物质
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★二、土壤有机质的转化
矿化作用的意义? 矿化作用的意义 有机质在土壤中的转化，可以归 纳为两个方向：
第二章 土壤有机质详解
6、含氮化合物 ( nitrogenous substances )
主要是蛋白质及其衍生物，蛋白质含氮 平均为16%，含硫0.3～2.4%，含磷0.8%。
大部分蛋白质不溶于水，在碱液中形成 胶体溶液。各种蛋白质均易被微生物分解成 各种氨基酸。
7、土壤腐殖质 ( humus )
主要包括胡敏酸类和富里酸类。一般土壤有 机质中，腐殖质占85～90%以上，而普通有机化 合物只占10～15%，尽管这一比例有时会更大一 些，但腐殖质总是土壤有机质的主要部分。
草本植物则将根系和茎叶同时留给土壤，地上 部为2—6吨/公顷，而地下部可达3～11吨/公顷。
一般草本植物 > 木本植物。
当人类有意识地干预土壤肥力的过程开始以 后，动物的粪便成为土壤中有机质的重要来源。
随着社会的不断进步、变化，工业废水中的 有机质加入了土壤，城市废弃物进入了土壤，草 炭、风化煤制品也加盟进来。近年来，甚至有 “洋垃圾”进口，其中也含有五花八门的有机成 分。
（二）土壤有机质含量的变化范围
有机质的含量在不同土壤中差异很大， 高的可达30%以上，低的不足0.5%。
表层含有机质20%以上的土壤，称为有 机质土壤，含有机质20%以下的土壤，称为 矿质土壤。
全国土壤有机质含量大致范围
5%
0.5% 7%
0.5-2.0%
表 52-11 不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量
第一节 土壤有机质的来源 含量及组成
一、土壤有机质的概念
土壤有机质的概念有广义和狭义之分。
广义的土壤有机质概念，指的是土壤中除矿 质部分以外所有的有机部分，如各种动植物残体， 各种微生物及其代谢产物，植物根系的分泌物，
狭义的土壤有机质，主要指的是土壤中的腐 殖质。从这个意义上说，有机质的定义是：
第二章土壤有机质2
4、生物因素：有互生、共生、拮抗现象。 如：纤维分解菌为真菌提供能源，固氮菌为 纤维分解菌提供氮素营养。
5、土壤管理措施：如少耕和免耕可增强土 壤表层附近微生物活性。滥用杀虫剂和除草 剂会抑制一些微生物活性。
第二节 土壤有机质
土壤有机质的来源、含量及其组成
土壤有机质的分解和转化 （重点） 土壤腐殖物质的形成和性质（重点）
死亡的微生物
动植物残体
Soil development
（二）、含量及组成
1、有机质含量
土壤有机质的含量差异很大，泥炭土可高达20%或30%以上， 漠境土和砂质土壤不足0.5%。
耕作土壤表层的有机质含量通常<5%,一般在1%～3%之间。
土壤有机质
0.5%
5%
0.5-2.0%
7%
表5-1 不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量
腐殖质的基本性质
胡敏酸
富哩酸
DOC
殖有 质机 的质 颜与 色腐
4、腐殖质的分子结构和分子量
（1）腐殖质的分子结构目前还没有完全确定，只明确以芳香 核为主体，附以各种功能团。 （2）腐殖酸的分子量因土壤和组分的不同而不同，胡敏酸平 均为2500～2000，富里酸平均为680～1450。
5.胶体特性 土壤有机胶体的主要组成部分
4、温度
无分解：≤0℃ ；
分解随温度而加强：0-35℃ ；升温10℃ ，
分解速率提高2～3倍
最适分解温度：20~35 ℃
5、通气性
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，分解作用 进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇
（土壤学讲义）第2章土壤有机质
第二章土壤有机质 (Soil Organic Matter)第一节土壤有机质的来源、含量及其组成第二节土壤有机质的分解和转化第三节土壤腐殖物质的形成和性质第四节土壤有机质的作用及管理第一节土壤有机质的来源、含量及其组成一、定义是指土壤中所有含碳的有机化合物。
二、来源动、植物残体和微生物(落叶、死亡茎杆、根系、动物的排泄物、代谢产物等)人工施入土中的有机肥料三、含量耕层含有机质20%以上的土壤—有机质土壤而含有机质20%以下的土壤—矿质土壤但耕作土壤中表层有机质的含量通常在5%以下，一般在1%——3%之间。
四、组成1、元素组成C——52%-58%O——34%-39%H——3.3%-4.8%N——3.7%-4.1%其次为P、S等，C/N比大约在10左右2、化合物组成类木质素蛋白质纤维素半纤维素乙醚和乙醇可溶性化合物第二节土壤有机质的分解和转化一、分解和转化过程 (Decomposition of Organic)（一）矿质化过程1、定义：指在微生物酶的作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放出二氧化碳、水和能量，所含氮、磷、硫等营养元素在一系列特定反应后，释放成为植物可利用的矿质养料，这一过程称为有机质的矿化过程。
2、各种化合物矿质化过程1）碳水化合物好气条件下分解—速度快，中间产物有机酸不易积累，最终产物是CO2和水，并释放出大量的热量。
嫌气条件下分解—速度很慢，并有大量中间产物——有机酸积累，最终产物中除有CO2外，还有大量还原性物质CH4、H2等出现，同时释放的热能也低些。
2) 脂肪、树脂、蜡质、单宁等在好气条件下—除生成CO2和水，并放出能量外，还常产生有机酸在嫌气条件下—则可产生多酚类化合物,氧化可转化为酮类化合物，也可通过聚合、缩合等作用，形成土壤沥青。
3) 木质素类不同植物的木质素，都含芳香核，是一类成分和结构都极复杂的有机化合物，是最不易分解的有机成分。
在好气条件下—主要通过真菌和放线菌的作用，先进行氧化和脱水，再缓慢分解，其芳香核变为醌型化合物在嫌气条件下—分解极漫，在沼泽泥炭地木质素大量累积。
第2章 土壤有机质
4、溶解性 、 胡敏酸（ ）不溶于H ，但它与K 胡敏酸（HA）不溶于 2O，但它与 +、Na+、NH4+ 形成的一价盐溶于H ， 形成的一价盐溶于 2O，而与 Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等 多价离子形成的盐，溶解度就大大降低。 多价离子形成的盐，溶解度就大大降低。 富里酸（ ）有相当大的水溶性，溶液呈酸性， 富里酸（FA）有相当大的水溶性，溶液呈酸性，它 与一价二价金属离子形成的盐也都溶于H 。 与一价二价金属离子形成的盐也都溶于 2O。 5、吸水性 、 腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力。 腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力。 6、稳定性 、 腐殖质化学稳定性强，对微生物分解的抵抗能力大， 腐殖质化学稳定性强，对微生物分解的抵抗能力大， 分解周转的时间长，在温带条件下， 分解周转的时间长，在温带条件下，周期胡敏酸的平均停 留时间为780-3000年，富里酸为 留时间为 年 富里酸为200-630年。 年
2、矿化率 、 土壤有机质的分解程度常用矿化率 矿化率来表示 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 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。 耗的有机质数量占土壤有机质总量的百分数。 农业土壤有机质矿化率一般为2 5%，自然土壤＜1%。 农业土壤有机质矿化率一般为2-5%，自然土壤＜1%。 一亩地表土重150000公斤，土壤有机质含量为1% 150000公斤 1%， 例：一亩地表土重150000公斤，土壤有机质含量为1%， 土壤有机质矿化率为3% 则矿化量为： 3%， 土壤有机质矿化率为3%，则矿化量为： 150000×1%×3%＝45公斤 × × ＝ 公斤 影响土壤有机质矿化率大小的因素： 影响土壤有机质矿化率大小的因素： 因素
土壤科学知识点总结
土壤科学知识点总结一、土壤的定义土壤是地球表面由岩屑、有机质、水、空气以及生物组成的自然体系，是生物生存和地球生态系统中最重要的组成部分之一。
土壤的形成主要是由于岩石经过风化、破碎和化学作用等过程，形成了细小的颗粒并与有机物和水以及生物一起构成了土壤。
二、土壤的组成1.岩屑：岩屑是土壤中的颗粒物质，主要由石英、长石、粘土矿物、碎屑岩等矿物颗粒组成。
岩屑的大小不一，从砾石、砂、淤泥到粘土都有。
2.有机质：有机质是土壤中的有机物，主要来源于生物残体、生物排泄物、腐殖质等。
有机质对土壤的物理、化学和生物学性质都有很大的影响。
3.水：土壤中的水分对于植物的生长和发育非常重要，也是土壤中的重要组成部分。
4.空气：土壤中的空气对于土壤中微生物的生活和土壤的通气透气有重要作用。
5.生物：土壤中有大量的微生物、植物和动物，它们对于土壤的形成和营养循环有重要的影响。
三、土壤的性质1.物理性质（1）粒径组成：土壤的颗粒大小可以分为砂、粉砂、粘土等，其大小对土壤的通气性、透水性等有很大的影响。
（2）密度和孔隙度：土壤的密度和孔隙度直接影响土壤的保水性和通气透气性。
（3）肥力：土壤的肥力主要取决于土壤中有机质的含量和土壤中的营养元素。
2.化学性质（1）酸碱度：土壤的酸碱度对土壤中微生物的生态环境和植物的养分吸收都有重要影响。
（2）养分含量：土壤中的氮、磷、钾等养分的含量对于植物的生长和发育非常重要。
3.生物学性质土壤中的微生物、植物和动物对于土壤的形成和养分循环有着非常重要的作用，它们构成了土壤生态系统的重要组成部分。
四、土壤的形成土壤的形成主要受到气候、地形、岩石性质、植被和生物活动等因素的影响。
其中，气候是土壤形成的重要因素之一，气候对土壤的风化和矿物质的分解有着直接的影响。
地形的高差和坡度对于水的径流和土壤的堆积也有很大的影响。
岩石性质对土壤的颗粒组成和矿物质的含量有着直接的影响。
植被和植物物质对土壤的有机质含量和土壤的肥力等有着非常重要的作用。
第二章土壤有机质
（二）土壤有机质的腐殖化过程
腐殖化过程：有机质经过微生物的改造后， 形成另一类特殊的、较稳定的高分子的复杂有 机化合物，使有机质及其养分保蓄起来的过程。 土壤有机质的腐殖化过程是一个相当复杂 的过程，早在 150年前就开始了研究，虽然取 得了重大的成就，但至今尚未完全搞清楚，不 少问题尚待进一步研究。
2NH3＋3O2 亚硝酸细菌 2HNO2＋2H20＋热 硝酸细菌 2HNO2＋O2 2HNO3＋热 硝酸与土壤中的盐基结合成硝酸盐，也是植 物和微生物可以直接利用的氮素养料。
（ 4 ）反硝化过程 硝酸盐还原为 N20 和 N2 的过 程称为反硝化过程。 其反应式如下， 2HNO3
-2[O]
2HNO2
近代研究结果表明，有机质的分解主 要靠水解酶，合成腐殖质则主要是氧化酶 的作用。一般认为腐殖质的形成要经过两 个阶段： 第一阶段 是微生物将动植物残体转 化为腐殖质的组成成分（结构单元），如 芳香族化合物（多元酚）和含氮化合物 （氨基酸）等。(矿化过程) 第二阶段 是在微生物的作用下，各 组成成分合成（缩合作用）腐殖质。在这 一阶段中
（2）氨化过程。 蛋白质水解生成的氨基酸，在多种微生物 及其所分泌的酶的作用下，进一步分解成氨 （在土中成为铵盐），这种氨从氨基酸中分离 出来的作用，称为氨化作用。氨化作用在好气 或嫌气条件下均可进行。
↗RCHOHCOOH＋NH3 RCHNH2COOH＋H2O （有机酸） ↘RCH2OH＋CO2＋NH3
第三节
一、 二、
土壤有机质的作用及其调节
《土壤学》第二章 土壤有机质
• 3、腐殖酸是一种亲水胶体，最大吸水量可以超 过其本身重量的五倍。
➢ 4、腐殖物质整体呈黑色，富里酸颜色较淡，黄色至棕红色， 而胡敏酸的颜色较深，棕黑色至黑色。
➢ 5、腐殖酸的元素组成多：有C、H、O、D、S、Ca、Mg、 Fe、Si等灰分元素。
（四）、改善生物性质
（1）提高微生物活性和数量。 （2）增加土壤养分转化。 （3）促进植物和生物生长发育。
（五）、改善土壤生态环境
（1）减少重金属污染：吸附、包被、络合、 螯合、溶解排出等。
（2）加速对农药等有机污染物的降解。 （3）对全球碳平衡产生影响 ：
土壤碳
大气碳
二、提高土壤有机质的措施
►土壤有机质的组成
1.元素组成是C、O、H、N、P、S、K、Na、Ca、Mg等 有机质的含碳量平均为58％，故土壤有机质的含量大致是
有机含碳量的1.724倍。
2.化合物组成
碳水化合物（糖、淀粉、纤维素和半纤维素）、 含氮化合物（主要为蛋白质）、木质素、脂肪、 树脂、蜡质、单宁。
三、土壤有机质的存在状态
31/1 20/1 16/1 13/1 11/1 7/1
• 讨论：秸秆还田或堆肥时为何经常要加 入适量的速效氮肥？
(6)温度 ：土壤微生物活动的最适宜的温度大 约范围为25－35摄氏度
（7）土壤水分和通气状况：土壤相对含水量 为60－100％时，水、气都较合适。
（8）土壤酸碱度： 中性土壤转化快
微量元素等各种养分的主要来源。
（二）改善物理性质
（1）促进团粒结构的形成：通过功能团 以胶膜形式包被在矿质土粒的外表 。
（2）改善土壤通气、透水及持水性。 （3）改善耕性，延长适耕期，提高耕作
土壤有机质
土壤有机质土壤有机质泛指土壤中以各种形式存在的含碳有机化合物，指土壤中来源于生命的物质，是土壤中除土壤矿物质以外的物质，它是土壤中最活跃的部分，是土壤肥力的基础，是衡量土壤肥力的重要指标之一。
可以说没有土壤有机质就没有土壤肥力。
土壤有机质对土壤肥力的七大作用。
一、土壤有机质对土壤肥力的作用1、是土壤养分的主要来源有机质中含有作物生长所需的各种养分，可以直接或简接地为作物生长提供氮、磷、钾、钙、镁、硫和各种微量元素。
特别是土壤中的氮，有95%以上氮素是以有机状态存在于土壤中的。
因为土壤矿物质一般不含氮素，除施入的氮肥外，土壤氮素的主要来源就是有机质分解后提供的。
土壤有机质分解所产生的二氧化碳，可以供给绿色植物进行光合作用的需要。
此外，有机质也是土壤中磷、硫、钙、镁以及微量元素的重要来源。
土壤有机质富含多种有机酸和腐殖酸，对土壤矿物质部分有一定的溶解能力，可以促进矿物风化，有利于某些养料的有效化，一些与有机酸和富里酸络合的金属离子保留于土壤溶液中不致沉淀而增加有效性。
2、促进作物的生长发育有机质中的胡敏酸，可以增强植物呼吸，提高细胞膜的渗透性，增强对营养物质的吸收，同时有机质中的维生素和一些激素能促进植物的生长发育。
有机质的存在，能够增加土壤中磷的有效性和提高磷肥的利用率，增加土壤微量元素的有效性，对于促进磷和微量元素的吸收有很好的作用，全面的营养吸收对作物生长至关重要。
另外有机质的存在还能提高土壤腐殖酸的含量，腐殖酸含量的增加增强了土壤对酸碱度变化的缓冲性能，一定范围内稳定酸碱度对于作物生长也是良好的环境。
3、促进土壤结构形成，改善土壤物理性质，改良土壤结构有机质中的腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂，土壤有机胶体是形成水稳性团粒结构不可缺少的胶结物质，所以有助于黏性土壤形成良好的结构，从而改变了土壤孔隙状况和水、气比例，创造适宜的土壤松紧度。
土壤有机质的黏性远远小于黏粒的黏性，只是黏粒的几分之一。
一方面，它能降低黏性土壤的黏性，减少耕作阻力，提高耕作质量，另一方面它可以提高砂土的团聚性，改善其过分松散的状态，使土壤的透水性、蓄水性、通气性以及根系的生长环境都得到有效的改善。
环境土壤学：第二节 土壤有机质
所用降解方法不同，所得产物也不相同。
2.非降解法结构特征的鉴定 紫外可见分光光谱法（E4/E6）：即腐殖质在波长468nm和
665nm处吸光度的比值，是鉴定HA和FA芳香度的有效手段。
红外光谱法 电子显微镜法 磁共振光谱法（MRS）
3.腐殖酸中功能团的测定
总酸性基：—COOH +
过量Ba(OH)2法
土 壤 中 的 动
微生物分解
简 单 有 机 化 合
物
简单矿物质和CO2、 NO2、N2、NH3、 CH4、 H2O
高分子有机化合 物——腐殖质
腐殖质化过程
四、腐殖物质的鉴定
1.降解法研究结构特征（P27） 氧化降解：碱基硝基苯氧化法、碱性高锰酸钾氧化法、硝酸氧化法 还原降解：Zn蒸馏熔融法、钠汞剂还原法、递增溶剂法 生物降解
细胞自溶学说
死亡细胞释放自溶酶，使细胞成分（糖、氨基酸、酚和其他芳香族 化合物）形成自由基而迅速缩合成腐殖质。
微生物合成学说
微生物利用植物物质作碳源和能源，在细胞内合成各种腐殖质的 高分子化合物，微生物死亡后再释放到土壤中，在细胞外降解为腐殖质。
动植物残体在土壤中的去向
矿质化过程
植 物 残 体
羧基： 醋酸钙法，仅与羧基反应
酚羟基： 酚羟基 =总酸性基 - 羧基 （毫克当量/克）
总羟基：
+—ROH 酯化→水解→皂化→酸化→标准碱液滴定
醇羟基： 醇羟基 = 总羟基 - 酚羟基 （毫克当量/克）
羰基：利用羰基（C=O）与羟基反应生成肟，用盐酸羟胺法测定
醌基： 尚无理想方法。利用醌的氧化性，在碱液中用SnCl2还原腐
殖酸中的醌基。
甲氧基：Zeisel法。其原理：
第二章 土壤有机质
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。
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。
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）
Northeastern China
华东地区
第二章 土壤有机质
第三节 土壤腐殖物质的形成和性质
一、形成
3、形成途径 4个假说 途径1： 糖和氨基酸经非酶性聚合作用 途径2、3： 盛行多元酚理论 途径4： Selman Waksman的经典理论，木质素--蛋白质理论 木质素 脱甲氧基和氧化 类木质素 +氨基酸 缩合 胡敏酸 裂解 富里酸
*途径4可能淹水条件下起作用， 途径2、3可能森林下起作用。
第二章 土壤有机质
1、土壤有机质：土壤中所有含碳的有机物质。 包括：动植物残体，微生物体及共分解合成的各种有 机物质。 2、有机质含量通常<5%，矿物质比为“骨骼”，有机质 为“肌肉”，附着在骨骼上，虽然数量少，但对土壤肥力作 用非常大。 3、对环境保护，全球碳平衡起重要作用。 4、土壤有机物质包括：生命体（活微生物） 非生命体 我们这里主要介绍非生命体有机质及与之相关的生物 过程。
腐殖物质占10-30%
第二节 土壤有机质的矿化
四、土壤腐殖物质的分解转化
稳定，分解极难
1、分解转化分三个阶段 1）物理化学作用或生物降解，芳核与其复合简单有机化合物分离， 或整个复合体解体。 2）简单化合物被矿化分解，酚类聚合物被氧化 3）脂肪酸被分解，芳核重新参与腐殖物质形成 2、难分解原因 1）芳核为中心，复合其它有机物质（脂肪酸、蛋白质等），本身 抵抗微生物分解能力很强。 2）与粘土矿物形成有机无机复合体，增强其稳定性。 3、年龄 C14 测定 富里酸 0~500年、 胡敏酸 1000~2500年、 胡敏素 >1000年
第三节 土壤腐殖物质的形成和性质
二、土壤腐殖物质——粘土矿物复合体
（土壤中形态：游离态、碱土金属盐、有机-无机复合体）
1）52-98%与粘粒形成复合体。 2）范德华力、氢键、静电吸附、阳离子键桥作用 A）范德华力；分子引力，作用弱 B）阳离子键桥作用：Al3+ Fe3+ Ca2+等多价阳离子作用 C）带相反电荷，可直接产生静电吸附 D）氢键：H+与N、O之间的作用。
(土壤学教学课件)第二章-土壤有机质
（一）土壤腐殖质的分组
腐殖酸
溶 富里酸
稀HCl 液 Fulvic acids
溶
除去动植 稀NaOH 液
沉
淀 胡敏酸
腐
Humic acids
殖 质
物残体的
细土样
沉淀
胡敏素
Humin
Flaig的胡敏酸(HA)分子结构模型
阳离 子交 换量 大
小
HA/FA比值越大，说明胡敏酸的含量越高， 腐殖酸的结构愈复杂。
我国北方大多数土壤，以胡敏酸为主， HA/FA > 1
南方土壤中，富里酸占优势， HA/FA < 1
四、影响土壤有机质转化的因素
–微生物是土壤有机质分解和周转的驱动力，凡是影 响微生物活动及其生理作用的因素均会影响有机质 的分解和转化。
-提高土壤温度的作用 有机质为暗色物质，一般是棕色到黑褐色，
吸热能力强，可改善土壤热状况。
• 有机质在生态环境上的作用
– 与重金属离子的作用
各种功能团对金属离子的亲和力：
烯醇基 > 胺基 > 偶氮化合物 > 环氮 > 羧基 > 酰基> 羰基
螯合物：两个以上的功能团与金属离子形成 的环状络合物。
腐殖质与金属离子络合的稳定常数：
对农药等有机污染物有很强的亲和力，对有 机污染物在土壤中的生物活性、残留、生物 降解、迁移和蒸发等过程有重要的影响。
– 全球碳平衡 土壤有机质是地球上非常重要的碳库：
全球土壤有机质总C量： 陆地生物总C量：
1415×1017g 5.6×1017g
土壤有机质分解释放到大气的总C量: 68×1015g/年 燃料焚烧释放到大气的总C量： 6×1015g/年
土壤有机质
一、土壤有机质概念：广义上，土壤有机质是指各种形态存在于土壤中的所有含碳的有机物质，包括土壤中的各种动、植物残体，微生物及其分解和合成的各种有机物质。
狭义上，土壤有机质一般是指有机残体经微生物作用形成的一类特殊、复杂、性质比较稳定的高分子有机化合物（腐殖酸）。
土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分，土壤有机质在土壤肥力和植物营养中具有多方面的重要作用，在农业生产上一定要适量增加有机质的投入，减少化肥的投入量，以微生物菌肥——奥农乐、有机肥为主，增加土壤中有机质的含量，改良土壤团粒结构，为作物生长提供一个良好的土壤环境条件，形成良性循环。
土壤有机质是植物营养的主要来源之一，能促进植物的生长发育，改善土壤的物理性质，促进微生物和土壤生物的活动，促进土壤中营养元素的分解，提高土壤的保肥性和缓冲性的作用。
它与土壤的结构性、通气性、渗透性和吸附性、缓冲性有密切的关系，通常在其他条件相同或相近的情况下，在一定含量范围内，有机质的含量与土壤肥力水平呈正相关。
二、来源和组成土壤有机质主要来源于植物、动物及微生物残体，其中高等植物为主要来源。
原始土壤中最早出现在母质中的有机体是微生物。
随着生物的进化和成土过程的发展，动、植物残体及其分泌物就成为土壤有机质的基本来源。
在自然土壤中，地面植被残落物和根系是土壤有机质的主要来源，如树木、灌丛、草类及其残落物，每年都向土壤提供大量有机残体。
在农业土壤中，土壤有机质的来源较广，主要有作物的根茬、还田的秸秆和翻压绿肥；人畜粪尿、工农副产品的下脚料(如酒糟、亚铵造纸废液等)；城市生活垃圾、污水；土壤微生物、动物(如蚯蚓、昆虫等)的遗体及分泌物；人为施用的各种有机肥料(厩肥、腐殖酸肥料、污泥以及土杂肥等)。
其中，耕地土壤中自然植被已不存在，主要来自作物根的分泌物、根茬、枯枝落叶以及人们每年施入的有机肥料(绿肥、堆肥、沤肥和厩肥等)。
进入土壤的有机残体，尽管来源不同，但是从化学角度来看，主要有碳水化合物(包括一些简单的糖类及淀粉、纤维素和半纤维素等多糖类)、含氮化合物(主要为蛋白质)、木质素等物质。
第二章土壤有机质
(2) 化合物组成(zǔ chénɡ)
土壤有机质中主要的化合物组成是类木质 素和蛋白质，其次(qícì)是半纤维素、纤维 素以及乙醚和乙醇可溶性化合物。
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(3) 存在形态：
1）非腐殖质： 新鲜(xīn xiān)动植物残体未分解的生物遗体
半分解有机残体-经微生物 部分分解作用，已破坏原 始形态和结构。
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
C%
N%
50
0 .0 5
46
0 .1
38
0 .5
40
0 .7
40
0 .8
40
1 .1
40
1 .3
40
1 .5
40
1 .8
41
2 .1
40
2 .5
40
3 .0
40
3 .5
31
4 .5
50
1 0 .0
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第一节 土壤有机质的来源、含量(hánliàng)及 其组成
一、土壤有机质的来源
➢ 微生物 ➢ 植物来源 (láiyuán) ➢ 动物来源 (láiyuán) ➢ 工农业副产品
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二、土壤(tǔrǎng)有机质的含量及组成
1、有机质含量(hánliàng) 一般含量(hánliàng)在0-5%之间。 泥炭土可高达20%或30%以上 漠境土径 (tújìng)：
途径1：通过还原糖形成 (xíngchéng)，糖和氨基酸 经聚合作用形成 (xíngchéng)棕色的含氮聚 合物； 途径2和3：多元酚理论 途径4：Selman waksman 的经典理论，即木质素蛋白质理论。
第二章之土壤有机质
7.吸水性 腐殖质是一种亲水胶体，有强大的 吸水能力，单位质量腐殖质的持水量是硅酸 盐粘土矿物的4～5倍，最大吸水量可以超过 500%。最大吸湿水量可达本身一倍以上。 8.稳定性 稳定性很强，年矿化率平均1% ～ 2%之间。
第二章之土壤有机质
第四节 土壤有机质的作用和调节
一、土壤有机质对提高土壤肥力的作用 土壤有机质，特别是腐殖质，对土
第二章之土壤有机质
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。
第二章之土壤有机质
土壤腐殖质形第二成章之过土程壤有中机质的转化途径
三、影响土壤有机质转化的因素
有机残 体 的特性
土壤水分 和通气状况
H3PO4 H3PO3 H3PO2 PH3
第二章之土壤有机质
4.含硫有机物质的转化 植物残体中的硫，主要存在于蛋白质
中，能分解含硫有机物的土壤微生物很 多，一般能分解含氮有机物的氨化细菌， 都能分解有机硫化物，产生硫化氢，其 反应如下：
蛋白质 硫氨基酸 H2S
第二章之土壤有机质
还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化 成硫酸的过程，称硫化作用。其反应如 下：
壤肥力的影响是多方面的，主要可归纳 如下几点：
第二章之土壤有机质
（一）植物养分的重要来源
土壤有机质含有大量而全面的植物养分， 特别是氮素，土壤中的氮素95％以上是有 机态的，经微生物分解后，转化为植物可 直接吸收利用的速效氮。
（二）提高士壤的蓄水保肥和缓冲能力
腐殖质本身疏松多孔,具有很强的蓄水能 力。土壤中的粘粒吸水力一般为50％～60 ％，而腐殖质可高达400％～600％。
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
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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。
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。
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，
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)
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。
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
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。
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
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
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
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
（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。
（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。
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）
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（如酚类）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
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。
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
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%。
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！
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
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。