土壤生物与土壤有机质
土壤微生物与有机质
1、细菌：土壤细菌占土壤微生物总数的70%90%，数量极其庞大。
（1） 节杆菌属：能利用各种有机物碳 源和能源，并降解土壤中难分解的 物质和多种化学农药； （2）芽孢杆菌属：大多为对动植物无 害的腐生菌，一般具有很强的分解 蛋白质和复杂多糖的能力，对土壤 有机质的分解起着重要作用； （3）假单胞菌属：有益的假单胞菌属 因其具有代谢多种化合物能力，在 降解土壤中的有机农药和除草剂等 发挥重要作用，同时是制造多种产 品的经济微生物； （4）其他各种细菌生理群：有分解糖、 淀粉、纤维素等的碳水化合物分解 细菌，有将有机含氮化合物中的氮 素转化成氨的氨化细菌。
• 土壤有机质(soil organic matter)
• 土壤有机质泛指土壤中来源于生命的物质 。
土壤微生物是土壤肥力 和土壤健康的重要指标，是 土壤有机物的主要分解者， 通过分解动物残体获得自身 所需的营养物质的同时，为 植物生长提供必要的养分元 素，是陆地生态系统生物循 环的重要环节。土壤有机质 是土壤微生物生命活动所需 养分和能量的主要来源。没 有它就不会有土壤中所有的 生物化学过程。土壤微生物 的种群，数量和活性随有机 质含量增加而增加，具有极 显著的正相关。土壤有机质 的矿质化率低，可以持久稳 定地向微生物提供能源。
4、藻类：土壤藻类是土壤生物的先行者，可通过光能自养 的能力，成为土壤上最先有机物质制造者之一，荒地和干燥 的沙漠土壤中的腐殖质多来自土壤藻类。
微生物与有机质的相互作用
1）微生物与土壤有机质和黏土矿物之间的相互作用 • 土壤中80%-90%的微生物是黏附在各种矿物、有机质 或矿物—有机物复合体表面，形成单个的微生物群落 或生物膜。微生物与土壤有机质和黏土矿物之间的相 互作用也是由分子间力、静电力、疏水作用力、氢键 和空间位阻效应等多种作用力或作用因素共同决定或 影响的物理化学过程。微生物吸附于矿物、有机质、 表面后，其细胞代谢将会发生明显的变化，从而影响 到土壤中与生物相关的一系列土壤环境过程，如矿物 风化与形成、土壤结构稳定性土壤养分有效性等。
有机质在土壤中的作用
有机质在土壤中的作用土壤是植物生长的重要基质，其中有机质是土壤中不可或缺的组成部分。
有机质的存在对土壤的物理、化学和生物性质产生了深远的影响，对土壤质量和农作物生长有着重要的作用。
有机质对土壤的物理性质具有显著影响。
有机质能够改善土壤的结构，增加土壤的团聚性和孔隙度。
有机质中的有机胶体能够吸附和固持水分，使土壤保持良好的保水性和通气性。
此外，有机质的分解产物中的胶体颗粒能够形成稳定的团聚体，增加土壤的抗风蚀和抗水蚀能力。
因此，有机质的存在可以改善土壤的结构，提高土壤的保水保肥能力，为植物提供良好的生长环境。
有机质对土壤的化学性质也具有重要作用。
有机质中含有大量的有机酸、腐植酸等有机物质，能够与土壤中的矿物质发生化学反应，形成稳定的有机质-矿物质复合体。
这种复合体能够增加土壤的离子交换能力，提高土壤的肥力和养分供应能力。
此外，有机质中的有机酸还能够溶解土壤中的矿物质，释放出植物所需的养分。
因此，有机质的存在可以增加土壤的养分供应能力，提高植物的养分吸收效率。
除了对土壤的物理和化学性质产生影响外，有机质对土壤的生物性质也具有重要作用。
有机质中富含的有机物质是土壤微生物的重要营养来源，能够促进土壤微生物的生长和繁殖。
土壤微生物在有机质的影响下，能够分解有机质中的复杂有机化合物，释放出植物可直接吸收的养分。
同时，土壤微生物还能够产生各种酶类和生物活性物质，促进土壤中的化学反应和养分转化。
此外，有机质还能够提供土壤微生物的生存环境，增加土壤微生物的多样性和活性。
因此，有机质的存在可以促进土壤微生物的活动，提高土壤的肥力和生态功能。
有机质在土壤中具有重要的作用。
其可以改善土壤的物理性质，提高土壤的保水保肥能力；可以增加土壤的离子交换能力，提高土壤的肥力和养分供应能力；可以促进土壤微生物的生长和繁殖，提高土壤的肥力和生态功能。
因此，在农业生产和土壤保护中，合理利用和管理土壤中的有机质，对于提高土壤质量和农作物产量具有重要意义。
土壤的结构组成
土壤的结构组成1. 引言土壤是地球表面的一种自然资源，是植物生长和生态系统的基础。
土壤的结构组成对于土壤的肥力、水分保持能力、通气性等性质起着重要的影响。
本文将详细介绍土壤的结构组成，包括土壤颗粒组成、土壤孔隙结构、土壤有机质和土壤微生物等方面。
2. 土壤颗粒组成土壤主要由颗粒状物质组成，包括矿物质和有机质。
矿物质是土壤中最主要的组成部分，占土壤总质量的大部分。
常见的土壤矿物质有石英、长石、云母等。
这些矿物质具有不同的化学成分和物理性质，对土壤的肥力和结构起着重要的影响。
土壤有机质是土壤中的另一个重要组成部分，包括植物残体、动物残体和微生物等有机物质。
有机质对土壤的肥力和保水能力起着重要作用，能够提供植物生长所需的养分，并促进土壤结构的稳定性和通气性。
3. 土壤孔隙结构土壤中存在各种不同大小的孔隙，包括微孔、介孔和大孔。
这些孔隙对土壤的水分保持能力、通气性和根系生长都起着重要的影响。
微孔是土壤中最小的孔隙，直径一般在0.001毫米以下。
微孔能够吸附和保持水分，是土壤中水分的主要贮存空间。
介孔是土壤中较大的孔隙，直径在0.001毫米至0.1毫米之间。
介孔能够保持一定量的水分，并提供通气的通道。
大孔是土壤中最大的孔隙，直径在0.1毫米以上。
大孔主要负责排水，防止土壤过度湿润。
土壤孔隙结构的合理分布对土壤的肥力和水分管理至关重要。
合理的孔隙结构能够保持适度的土壤通气性和保水能力，有利于植物的生长和发育。
4. 土壤有机质土壤有机质是土壤中的一种重要组成部分，对土壤的肥力和结构起着重要作用。
土壤有机质主要由植物残体、动物残体和微生物等有机物质组成。
植物残体是土壤中最主要的有机物质来源，包括根系、茎、叶和果实等。
植物残体在土壤中分解，释放出有机质和养分，为植物生长提供养分和能量。
动物残体也是土壤中的重要有机物质来源，包括动物尸体、粪便等。
动物残体在土壤中分解，释放出有机质和养分，为土壤提供养分和改善土壤结构。
土壤有机质的概念
土壤有机质的概念土壤有机质是土壤中的重要组成部分，对于土壤的肥力和可持续性起着重要的作用。
本文将介绍土壤有机质的概念、形成过程以及对土壤质量的影响。
一、土壤有机质的定义土壤有机质是由植物和动物的残体及其分解产物形成的具有碳为主要化学元素的有机物质。
它包括三大部分：生物体的残体和分泌物、土壤微生物的生物量和残体、以及土壤胶体和氧化态有机物。
这些有机物质在土壤中发挥着多种重要功能。
二、土壤有机质的形成过程土壤有机质的形成是一个长期的过程。
它可以分为输入、积累和降解三个阶段。
1. 输入阶段输入阶段是指植物和动物的残体进入土壤的过程。
植物通过死亡和腐殖作用，将部分有机物质输入到土壤中。
动物的粪便和尸体也是有机质输入的重要来源。
2. 积累阶段积累阶段是指有机质在土壤中的逐渐积累过程。
在这个过程中，土壤微生物通过分解植物和动物的残体，将有机物质转化为更稳定的有机质，如腐殖酸和腐殖质。
这些稳定的有机质较难被分解，可以在土壤中长期存在。
3. 降解阶段降解阶段是指土壤有机质逐渐分解和降解的过程。
在土壤中存在着各种微生物和酶，它们能够分解土壤有机质，释放出营养物质供植物吸收利用。
这个过程通常较为缓慢，需要一定的时间。
三、土壤有机质对土壤质量的影响土壤有机质对土壤质量有着重要的影响。
它可以改善土壤的物理、化学和生物学特性，提高土壤的肥力和保水能力。
1. 改善土壤物理性质土壤有机质通过增加土壤的胶粒稳定性和结构稳定性，改善土壤的结构，提高土壤的通气性和保水能力。
有机质与土壤胶粒结合形成胶体团聚体，增加土壤的胶体结构稳定性，有利于土壤的根系渗透和水分的保持。
2. 调节土壤化学性质土壤有机质在土壤中能够吸附和释放无机养分，调节土壤的养分供应。
它能够吸附土壤中的钙、镁、钾等离子，防止这些养分流失；同时，当植物需要这些养分时，有机质也能够释放出来供植物吸收。
3. 提供营养物质土壤有机质经过分解和降解可以释放出丰富的有机氮、有机磷、有机硫等营养物质，供植物吸收利用。
土壤生物在土壤研究中的意义
土壤生物在土壤研究中的意义1、形成土壤结构微生物的区系组成、生物量和它们的生命活动对土壤的形成与发育关系密切。
在土壤中，微生物会通过代谢活动的氧气与二氧化碳的交换，以及分泌有机酸等有助于土壤粒子形成大的团粒结构，并形成真正意义上的土壤。
2、分解有机质这一点是微生物对于土壤作用更显着的一点。
微生物有着分解作用，对于作物的残根、烂根、落叶等微生物都可以使其腐烂并分解，然后转化为营养元素供给于作物。
并在这些过程中形成腐殖质，从而改善土壤的结构。
同时微生物的代谢产物还可以分解矿物质，通过分解作用从而产生磷、钾等元素提供给作物吸收利用。
3、固氮作用有些微生物可以通过转化空气中的氮元素，为作物提供“氮肥”。
这就像是当人处于高原环境出现缺氧反应时，我们用氧气瓶来提供氧气。
如果没有氧气瓶我们很难呼吸到足够的氧气从而缓解缺氧症状；同样的，如果没有微生物，这些空气中的氮元素就会白白浪费掉。
4、整治病害有些病害是由病原菌微生物所导致，这时我们就可以用与它们会产生克制作用的微生物来进行防治。
不光绿色环保，效果也更为出众。
问题出在哪里，就用相对应的办法解决无疑是更好的解决方案。
换句话理解就是：杀鸡焉用宰牛刀？当然用杀鸡刀是更顺手的。
5、防治虫害在自然界，存在着许多对害虫有致病作用的微生物，利用这种致病性来防治害虫是一种有效的生物防治方法。
利用微生物防治害虫的研究始自19世纪，到20世纪上半期逐渐进入开发实用阶段。
发展较快的是真菌和细菌杀虫剂，目前，应用较多的细菌有苏云金杆菌，真菌主要有绿僵菌、白僵菌等。
6、降解有害物质的残留常年耕种的土壤，难免会积累残留农药，甚至是各种垃圾，这对作物的生长百害而无一利。
微生物群可以对这些有害物质进行分解，使它们变的低害、甚至无害。
生物对土壤形成的作用
生物对土壤形成的作用
生物对土壤的影响是非常重要的，它们可以促进土壤发育，改善土壤性质，影响土壤结构，维持土壤有机物的均衡和土壤pH 值，以及影响土壤通量和土壤生物活性。
首先，生物对土壤发育有着重要作用。
许多动物，如兔子，土拨鼠和线虫等，可以通过挖掘地下洞穴，将其粪便分散到土壤中，不仅可以增加土壤的质量，而且还可以增加土壤的有机质含量和氮的供应。
此外，蜘蛛等昆虫还通过吸收其栖息地的有机物质，释放肥料，从而促进土壤的营养和pH反应。
其次，生物还可以改善土壤性质。
根瘤菌是一类植物和土壤之间的关联菌类，它们具有特殊的化学特性，可以自发地吸收土壤中的氮、磷和钾，从而改善土壤肥力，增加土壤有机质含量，使土壤更有益于它们植物生长发育。
此外，生物对土壤结构也具有重要作用。
沃尔夫发现，微生物可以分泌凝胶分子，将土壤中的颗粒结合在一起，而这些粒子比它们没有微生物活性的土壤要多。
这会改善土壤的结构，使其具有良好的吸水性，便于根系的生长发育。
此外，生物还可以维持土壤有机物的均衡和土壤pH值。
研究表明，微生物可以生成大量碳酸盐酶将土壤中多种有机物分解，从而维持有机物的平衡，而细菌分泌会升高土壤的有机碳含量，从而影响土壤的pH值，使其偏酸或偏碱，从而改变其生长条件。
最后，生物还会影响土壤通量和土壤生物活性。
研究表明，微生物活动对土壤气体的流通非常重要，提高了气体的蒸发和扩散，甚至还能够改善土壤的水分分布。
此外，微生物还可以释放大量的活性物质，从而增加土壤生物活性，使植物可以更好地吸收营养，促进植物的生长和发育。
土壤生物和土壤有机质性质及作用
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
2.2.1 土壤生物
1、土壤生物多样性
• A、原生动物：单细胞真核生物，104-105 个/g土。鞭毛虫、变形虫
• B、后生动物：多细胞动物。线虫、蠕虫、 蚯蚓、蚂蚁 疏松土壤，破碎植物残体
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
C、微生物
细菌 （bacteria）
放线菌 （actinomyces ）
真菌 （fungi）
藻类
(algae) 原生动物 （protozoon）
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
2、微生物营养类型
• 1）化能有机营养型：异养型，需要有机化合
物作为碳源，并从氧化有机化合物的过程中获得 能量。大多数细菌、几乎全部真菌和原生动物。
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
不同土壤生态系统的有机质
荒漠，SOM 少,<0.n DT/ha
森林下，SOM丰富
102 DT/ha
土壤生农物业与土土壤壤：有根茬等,n DT/ha 机质性质和作用
农 业
作物根系、残茬 及根系分泌物
土
壤
有
农家肥
机
质
来
源 工业、生活垃圾
三种形态：新鲜土有壤机生质物、与半土分壤有解有机质、腐殖质
• 2）化能无机营养型：自养型，以CO2为碳源，
从氧化无机化合物中取得能量。亚硝酸菌、硝酸 菌等。
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
• 3）光能有机营养型：光能异养型，能量来
自于光，需有机化合物作为氢供体以还原CO2， 并合成细胞物质。
• 4）光能无机营养型：自养型，利用光能进
行光合作用，以无机化合物作为氢供体以还原 CO2，并合成细胞物质。
土壤有机质在土壤肥力和生态环境中的作用
土壤有机质在土壤肥力和生态环境中的作用一、土壤有机质在土壤肥力上的作用:（一）增强土壤的保水保肥能力和缓冲性1）增强土壤保肥能力。
比矿质胶体大20-30倍2）提高土壤中磷和微量元素的有效性，减轻Al3+毒害作用。
3）提高土壤对酸碱缓冲能力。
4）促进岩石矿物风化,养分释放。
微酸性加之微生物活动。
（二）提供植物生长需要的养分，为土壤微生物、土壤动物活动提供养分和能量。
碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。
土壤每年释放的CO2达1.35×1011吨，相当于陆地植物的需要量氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。
（三）改善土壤物理性质1）其粘结力比砂土强，比粘土弱，从而避免砂土松散结构状态，和避免粘土形成坚韧大块。
2）促进团粒结构形成，使土壤透水性、蓄水性、通气性及根系生长环境有良好改善。
3）改善土壤有效持水量。
1份吸5份水4）改善土壤热量状况。
颜色深，吸热多（四）促进植物的生理活性1）植物体内糖代谢，提高渗透压，抗旱性。
2）提高过氧化氢的活性，加速种子发芽和养分吸收。
3）加强作物呼吸作用，增加膜的透性，提高其对养分的吸收，增强根系的发育。
（五）促进微生物的生命活动土壤有机质能为微生物生活提供能量和养分，同时又能调节土壤水、气热及酸碱状况。
（六）减少农药和重金属的污染1、降低土壤中重金属离子的浓度1）螯合作用—NH2—COOH—OH2）吸附作用：带负电荷，暂时3）还原作用：Cr6+——Cr3+具有两面性，有时可增加重金属离子浓度，如H+小分子有机物2、固定农药等有机污染物1）可与有机污染物结合，使之失去作用。
2）作为还原剂改变其结构，使之失去作用。
二、土壤有机质在生态环境中的作用（1）有机质对农药等有机污染物具有固定作用：土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲和力，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。
生物对土壤质量的影响
生物对土壤质量的影响一、引言土壤是地球生态系统中不可或缺的组成部分，生物因素在土壤形成和质量维持中扮演着重要角色。
本文将探讨生物对土壤质量的影响，包括生物促进土壤形成、改善土壤结构、提供养分和水分以及增加土壤抗逆性能等方面的作用。
二、生物促进土壤形成1. 生物活动增加土壤有机质：植物的生长和腐殖质的分解提供了大量的有机质，有机质是土壤中的一个关键组成部分，能够增加土壤保水能力、改善土壤通气性和提供养分。
2. 土壤动物促进土壤通风：土壤中的蚯蚓和昆虫等土壤动物通过钻洞、挖掘和排泄等活动促进土壤通风，有助于土壤氧气的传递和有害气体的排泄，保证土壤微生物的活动。
三、生物改善土壤结构1. 植物根系促进土壤团聚体形成：植物通过根系释放黏土颗粒稳定剂，促进土壤小团聚体的形成，增加土壤的团聚性和抗冲刷性。
2. 土壤微生物产生胞泥提高土壤孔隙度：土壤微生物通过分解有机物和胞泥的粘合作用，增加土壤的孔隙度，提高土壤通水性和空气含量。
四、生物提供养分和水分1. 植物根系分泌溶解性有机物：植物根系分泌的根泌物中含有溶解性有机物，这些有机物可以与土壤颗粒表面的固定态养分相结合，提高养分的有效性和可利用性。
2. 土壤微生物分解有机质转化为养分：土壤微生物通过分解有机质释放出氮、磷、钾等养分，提供给植物吸收利用。
3. 土壤动物排泄物提供养分：土壤动物的排泄物中含有丰富的养分，如蚯蚓粪便中富含有机质和微生物，可以促进养分的循环和提供。
五、生物增加土壤抗逆性能1. 植物根系增加土壤抗腐蚀性：植物的根系能够加固土壤，减少水土流失和侵蚀，提高土壤的抗腐蚀性。
2. 土壤微生物提高土壤抗病性：土壤中的益生菌和真菌能够与植物共生，提高植物的抗病能力，减少病害的发生。
3. 土壤动物增加土壤抗旱能力：一些土壤动物具有抗旱的特性，它们能够耐受干旱条件并进行生存，增加土壤的抗旱能力。
六、总结生物对土壤质量的影响是多方面的，生物通过促进土壤形成、改善土壤结构、提供养分和水分以及增加土壤抗逆性能等方面的作用，对土壤质量起到重要的积极影响。
5第五讲 土壤有机质
三）、土壤有机质的分解和转化
1、简单有机化合物的分解和转化 Mineralization（矿质化)：指复杂的有机质在微生物的作 用下，转化为简单的无机物的过程。
R (C,4H ) 2O2 酶、氧化 CO2 2H 2O 能量
含碳碳和氢的化合
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)。
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。 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。
4、影响土壤有机质分解和转化的因素
SOM 周转：有机物质进入土壤后由其一系列转化和
矿化过程所构成的物质流通。 Humification 腐殖化过程： 简单→复杂 Mineralization 矿质化过程： 复杂→简单
周转时间：当土壤有机质水平处于稳定状态时，土壤
中有机质流通量达到土壤有机质含量所需要的时间。 SOM平衡：进入土壤中的有机质等于从土壤中损失的 有机质的状态。
一）、有机质的数量和来源
原始土壤：最初来源微生物，随后来源动植物 残体和（根系分泌物） 自然土壤经人为影响后，其有机质来源包括：作 物根茬、各种有机 肥料、工农业和生活废水、废 渣、微生物制品、有机农药等有机物。 土壤有机质主要来源于高等绿色植物的枯枝、落叶、 落果、根系等；其次是土壤中动物、微生物的遗 体；及人为施用的有机肥料。
五、土壤有机质与生物
土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。 它在土壤的形成过程中，特别是在土壤肥 力的发展过程中，起着极其重要的作用。 土壤生物和酶推动土壤中物质循环，其存 活取决于土壤有机质的存在。
土壤有机质的组成
土壤有机质的组成
土壤有机质是指土壤中有机物的总量，是土壤的重要组成部分。
它来源于植物、动物、微生物等有机物的分解和转化过程，包括有机质、腐殖质和生物质等。
有机质是土壤中最活性的组分之一，对土壤性质的形成和改善具有重要的作用。
1. 有机质
有机质是指土壤中的有机物质，包括植物、动物和微生物的残体和代谢物等。
它的来源主要是植物残体和根系分泌物，动物粪便和尸体以及微生物的生物量和代谢物等。
有机质的含量是衡量土壤肥力的重要指标之一，对土壤的结构、通气性、保水性、保肥能力等都有重要影响。
2. 腐殖质
腐殖质是指有机质在土壤中分解后形成的一种类似胶体的物质，是土壤中最稳定的有机质组分。
它的形成需要经过微生物的分解和转化，主要包括颗粒腐殖质和胶体腐殖质两种形态。
腐殖质的含量越高，土壤的肥力越好，土壤的保水能力和通气性也会得到提高。
3. 生物质
生物质是指土壤中活体或死体的有机物质，主要包括植物根、茎、
叶、树皮、果壳等，以及动物尸体和微生物的生物体等。
生物质是土壤中一种活跃的组分，可以促进土壤微生物的生长繁殖，对土壤的肥力和生物多样性都有重要作用。
土壤有机质的组成主要包括有机质、腐殖质和生物质三个方面。
它们在土壤中的含量和比例对土壤肥力、结构和生态系统的稳定性都有着重要的影响。
因此，在进行土壤肥力调控和土壤保护与修复工作时，需要注重土壤有机质的管理和维护，以促进土壤质量的提高和可持续利用。
土壤有机质的组成和转化
土壤有机质的组成和转化土壤有机质是指以各种形态存在于土壤中的含碳有机化合物的总称，包括土壤中各种动物、植物、微生物残体、土壤生物的分泌物与排泄物以及这些有机物质分解和转化后的物质。
对于大部分土壤，有机质含量只占到土壤总重量的很小一部分，但在土壤肥力、物质循环、农业可持续发展及土壤环境中发挥重要的作用。
自然土壤中的有机质主要来源于生长在土壤上的高等绿色植物，其次是生活在土壤中的动物和微生物；农业土壤中的有机质主要来源是每年施用的有机肥料、植物残茬、根系、分泌物、人畜粪便、工农业副产品的下脚料、城市垃圾和污水等。
通过各种途径进入土壤的有机质一般呈三种形态：一是新鲜的有机物质，是指刚进入土壤不久，基本未分解的动物和植物残体。
二是半分解的有机物质，指进入土壤中的有机残体被微生物分解，失去了原来的形态特征，多呈分散的暗黑色碎屑和小块，如泥炭等。
三是腐殖物质，是指经微生物改造后的一类特殊的高分子有机化合物，呈褐色或暗褐色，是土壤有机质的最主要的一种形态，占有机质总量的85%～90%。
一、土壤有机质的组成。
土壤有机质的基本组成元素是碳、氧、氢、氮等，分别占52%～58%、34%～39%、3.3%～4.81%和3.7%～4.1%,碳氮比（C/N)在10～12;此外还含有灰分元素：钙、镁、钾、钠、硅、磷、硫、铁、铝、锰及少量的碘、锌、硼、氟等。
从物质组成来看，土壤有机质一般可分为腐殖物质和非腐殖物质两部分，其中腐殖物质占85%～90%。
非腐殖物质主要是一些较简单、易被微生物分解的糖类、有机酸、氨基酸、氨基糖、木质素、蛋白质、纤维素、半纤维素、脂肪等高分子物质。
腐殖物质是一类经过土壤微生物作用后，由酚类和配类物质聚合成的芳环状结构和含氮化合物、糖类组成的复杂多聚体，是性质稳定、新形成的深色高分子化合物。
二、土壤有机质的转化。
土壤有机质在微生物的作用下，向着两个方向转化，即有机质矿质化和有机质腐殖化过程（下图)。
土壤有机质转化示意矿质化过程是指有机质在微生物作用下，分解为简单无机化合物的过程，其最终产物是二氧化碳、水、无机离子等，包括氮、磷、硫及其他元素的离子，同时放出热量。
土壤生物与土壤有机质
②芽孢杆菌属（Bacillus）
具有较强的分解蛋白质和多糖的能力。 土壤中最普遍的是蜡质芽孢杆菌。热带和亚热带 土壤中的绝对嗜热菌能在65～75℃生长，40℃以下停 止生长。对高温环境中的物质转化起重要作用。
（2）土壤有机质矿化作用
①糖类化合物：多糖
单糖
简单化合物
有机质 微生物
通气良好： CO2 、 NH4+-N 、NO-3-N、 半厌气： 有机酸
微生物
有机质
厌气
CH4，H2，
②含氮有机化合物
1）水解作用：
蛋白质 水解蛋白 多肽 氨基酸
2）氨化作用 NH2-N NH3+-N 3）硝化作用 NH3+-N NO2-N、NO3--N
10~12；南方红黄壤： ~20
某些物质的碳氮比(C/N)
C(%)
N(%)
C/N
锯屑
50
0.1
500
麦秸
38
Ocean & Marine Rock
620 1500 760 38000
5000+1000
土壤有机质与水稻产量的关系
80
基础产量/实际产量(%)
70
60
50
40 10
y = 35.622Ln(x) - 43.085 R2 = 0.9506
15
20
25
30
SOM(g/kg)
（二）土壤有机质的来源、含量及其组成
⑤带电性：两性胶体，以带负电为主
土壤生态学的主要研究领域
土壤生态学的主要研究领域土壤生态学是研究土壤生物、土壤微生物和土壤生态系统的科学领域。
它关注土壤与生物之间的相互作用和相互影响，以及土壤在生态系统中的功能和作用。
土壤生态学的主要研究领域包括土壤生物学、土壤微生物学、土壤生态系统功能和土壤生态系统服务。
1.土壤生物学：土壤生物学研究土壤中各种生物的分类、多样性和生态功能。
这些生物包括土壤微生物（如细菌、真菌和放线菌）、土壤动物和土壤植物。
土壤生物对土壤的有机质分解、养分循环和分布等过程起着重要的作用。
土壤生物学研究可用于评估土壤质量和生物多样性，以及土壤生态系统的生态功能。
2.土壤微生物学：土壤微生物学研究土壤中的微生物群落结构、功能和相互关系。
微生物在土壤中起着关键的生态功能，如有机质分解、养分循环、病原体控制和植物生长促进。
土壤微生物学的研究内容包括微生物多样性、微生物生理生态学、微生物遗传学和微生物生态学等。
3.土壤生态系统功能：土壤生态系统功能研究土壤在生态系统中的作用和功能。
土壤是生物圈的重要组成部分，它参与到养分循环、能量转化、水循环和碳平衡等关键生态过程中。
土壤具有保持水源、改善土壤质量、调控气候和保护生物多样性等功能。
土壤生态系统功能的研究可用于评估土壤质量和生态系统健康状况，并提供可持续土壤管理策略。
4.土壤生态系统服务：土壤生态系统服务研究土壤对人类社会的重要价值和效益。
土壤为农业提供了重要的农产品生产基础，为水资源提供了净化和调节功能，为生物多样性提供了栖息地和营养物质循环。
土壤生态系统服务的研究可用于生态系统评估、资源管理和环境政策制定等方面。
土壤生物和土壤有机质
土壤消毒 方法：进行土壤消毒：对于绿地，在播种 或移栽前要对土壤进行消毒，可杀灭有 害的病原微生物、害虫和杂草种子。对 于温室大棚。需年年消毒。 如何消毒：高温消毒和药物消毒。 在土壤中埋设导管，将土壤密封好，通如 热的蒸汽，温度在80—100度时。10分钟 可完成消毒。 药物：福尔马林、溴甲烷、硫酰氟、硫酸 亚铁等。
2、真菌
真菌属异氧型微生物。土壤真菌的多少与 土壤有机质含量密切相关。 根据真菌的营养过程将真菌分为三类： 寄生真菌：引发植物的病害； 腐生真菌：分解有机残体； 共生真菌：与植物体共生，也叫菌根菌。
3、放线菌：
属单细胞微生物，在 土壤中以菌丝体存在. 大部分是腐生菌，少数是 寄生菌。有的能与植 物共生，固定大气氮。 分布：主要分布在土壤中。
2、生物固氮 豆科植物（三叶草、草木樨、紫花苜蓿） 300——600千克/公顷.年。非豆科（赤杨属、 杨梅属、仙人掌属）的固氮为：50——400 千克/公顷.年。 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。 根瘤菌要求土壤环境为中性，磷、镁、钼、 锰含量较高的土壤。
第三节 土壤有机质的矿质化 2、两个过程同时进行 在温度较高、湿度适中、通气良好时， 矿化过程快，养分释放快。如过快，养 分会损失，且腐殖质形成过少，对养地 不利。 温度低、湿度大、通气不良，以嫌气性微 生物活动为主，养分释放少，腐殖质过 程快。
二、土壤有机质的矿质化过程
1、单糖的分解： 在有氧条件下彻底分解，形成二氧化碳 和水，在缺氧条件下，形成有机酸类的 中间产物，并产生还原性的甲烷及氢气 等。 2、纤维素的分解： 首先分解为单糖，然后进一步分解。
第三节 土壤有机质的矿质化
4、有机态P的分解： 含磷的有机物在磷细菌的作用下，经 过水解过程形成磷酸（H3PO4）。 在嫌气条件下，许多微生物引起磷酸还 原，产生亚磷酸或次磷酸。在有机质丰 富时，进一步还原为磷化氢。
土壤有机质的生物分解及其形成机制
土壤有机质的生物分解及其形成机制作为大自然中最重要的资源之一，土壤在人类生活和经济发展中扮演着极为重要的角色。
而在土壤中，有机质则是组成土壤的重要元素之一。
有机质的分解和形成机制是影响土壤环境质量和农业生产的重要因素之一。
本文将详细介绍土壤有机质的生物分解及其形成机制。
一、土壤有机质的生物分解土壤有机质是由植物和动物遗骸，以及微生物等生物体的遗物所组成的，其化学性质与生物组成的原料有关，也在微生物的作用下发生了变化。
在不同的生态系统中，土壤有机质含量和性质不同。
这部分有机质的分解首先由微生物开展。
微生物可以将土壤有机质通过分解、代谢和酸化等方式转变为无机物或新的有机物，并释放出能量。
土壤微生物是完成持续的土地生产的重要因素之一，它不仅可以与植物合作维持土壤生态系统，而且与动物等其他生物体之间还存在着复杂而协同的共生关系。
二、土壤有机质的形成机制土壤有机质的形成是一个很复杂的过程，主要由生物活动、化学与物Physical 过程等若干与因素影响的过程组成。
以下将介绍土壤有机质的主要形成机制。
（一）生物剖解过程土壤有机质主要来源于植物和动物的有机物质，这些有机物质在土壤中发生生物剖解过程后就会变成土壤有机质。
生物剖解主要由细菌、真菌、放线菌、原生动物等微生物参与，具体方式可以是氧化、还原、水解、酸解等在土壤中，生物剖解过程分解的有机物质并不是直接转为土壤有机质，而是在生物生长过程中被代谢或释放出来的废弃物质，在分解完其他无机化合物后转变为土壤有机质。
（二）土壤原位生成过程土壤有机质不仅来源于植物和动物的遗体以及其分解产物，还可能由土壤中的无机物质逐渐转化为有机质。
在土壤中，化学作用和物理作用相互揉合，可能会形成一些复杂的物质结构，这些结构也可能会成为新的有机质来源。
例如，土壤物理性质的变化，可以导致微生物生长难度加大、无机物质分配更加偏向长期稳定的分子结构，并从中形成一些极为复杂的有机质分子。
（三）化学合成过程将一些无机物质通过一些化学和物理方法转化为有机质，叫做化学合成过程。
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7、菌根
真菌的菌丝侵入植物根部 后，和植物根组织生活在一起， 称为菌根。
其真菌称为菌根真菌。
8、原生动物（protozoon） 数量有68000多种。一般在每平米15厘米深
的土壤里有10-100亿个(1-10万个/克土)原生动物， 它们的活重在耕层达150-200磅/每英亩。
原生动物是动物中最低级的。 典型种类有: 变形虫
4、放线菌（actinomycetes） • 放线菌是原核微生物，菌丝比真菌细，菌丝断裂为孢
子每克土壤中的细胞数在104～106变动。
• 链霉菌属，占70%～90%；其次为诺卡氏菌属占10%～ 30%；小单胞菌属占第三位，只有1%～15%。它们的大 部分均属好氧腐生菌。
• 产生抗生素，对其他有害菌能起拮抗作用。
真 菌 菌 落
3、霉菌
• 对土壤通气性非常敏感； • 霉菌在酸性土壤中能生活，在酸性土壤中具有明显的
优势; • 霉菌多数分布在有机质丰富，通气好的表层土壤中; • 较常见的有青霉、毛霉、链霉和曲霉四个属的许种; • 霉菌的数量在正常情况下，每克土壤中有0.1-1百万
个，相当于每平方米100-1000亿个，其生物量可达每英 亩500- 5000磅; • 霉菌是土壤中异养型微生物的重要部分。
腐殖质与矿物质土粒紧密结合，不能用机械方法 分离。
有机质总量的85%-90% 对土壤物理、化学、生物学性质都有良好作用。 土壤肥力水平主要标志。
二、土壤有机质的组成和性质
1、化学元素组成： 土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N; C/N比大约在10-12之间。
2、有机质的组成（腐殖质）
化合物组成可分为: 腐殖物质（Humic Substance) 非腐殖物质（Non-Humic Substance)
残留碳量。 腐殖化系数：水田高于旱地。
土壤腐殖物质形成过程中的转化途径
作物秸杆 作物根 绿肥 厩肥
中国不同表地2-5区中国耕不地同地土区耕壤地土中壤有中有机机物物质质的腐的殖化腐系数殖化系数
东北地区
华北地区
江南地区
华南地区
范围
0.26-0.65
0.17-0.37
0.15-0.28
0.19-0.43
二、土壤动物
搬运、破碎、分解（合成） 土居性的多细胞动物：
线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、 轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫
1、蚯蚓（earthwarm）
数量：大约有200余种。在肥沃的草地土壤中每平方米可达 500条。在一般耕地中，每平方米有30-300条。
蚯蚓对土壤肥力的影响： • 增加土壤的通透性。 • 改善土壤结构 • 活化土壤养分 • 形成大量有机质
4、腐殖质的物理性质
① 颜色：黑褐色，富里酸呈淡黄色，胡敏酸呈褐色 ② 溶解性：
富里酸溶于水、酸、碱； 胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱； 富里酸的一价、二价盐溶于水，三价盐几乎不溶于水； 胡敏酸的一价盐溶于水，但二价、三价盐几乎不溶于水。 ③ 吸水性：最大吸水量可以超过500%
5、腐殖质的电性
腐殖质是一种两性胶体。既可以带负电荷，也可 以带正电荷。而通常以带负电荷为主。腐殖质的负电荷 数量随pH质的升高而升高。
• 高温型的放线菌在堆肥中对其养分转化起着重要作用。
5、藻类（algae）
藻类为单细胞或多细胞的真核原生生物。 土壤藻类主要由硅藻、绿藻和黄藻组成。 肥沃土壤，藻类生长旺盛，土表常出现黄褐色或黄 绿色的薄藻层，硅藻多则是土壤营养丰富的证明。
6、地衣（Lichens） 地衣是真菌和藻类形成的不可分离的共生体。 地衣在土壤发生的早期起重要作用。
种类 羧基 酚羟基 醇羟基 醌基
酮基 甲氧基 总酸度
HA 15-57 21-57 2-49
1-26
1-5
3-8
67
FA 55-112 3-57 26-95 3-20 12-27 3-12 103
45
分子结构
① 腐殖质的分子量有较大的差异。
② 腐殖质的分子形状
pH 2-3 4-7 8-9 >10
纤维、纤维束状 网状、海绵状 页状 粒状
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。
2、腐殖化过程(Humification):
有机质腐殖化过程是形成土壤腐殖质的过程。它是一系 列极其复杂过程的总称。 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
线虫 变形虫、纤毛虫 植物根、根毛、
褐藻、二元体
酵母、霉菌、蘑菇 链霉菌等
好气细菌、厌气细菌 蓝细菌
一、土壤微生物
土壤中微生物：分布广，数 量大，种类多，最活跃。
它们参与土壤有机质分 解，腐殖质合成，养分转化 和推动土壤的发育和形成。
土壤微生物的主要作用： 调节植物生长的养分循环（分解合成）； 产生并消耗各种气体，影响全球气候的变化； 分解有机废弃物，是新物种和基因材料的源和库； 有的是病原微生物。
② 与盐基化合成稳定的盐类，主要为腐殖质钙和镁；
③ 与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体；
④ 与粘粒结合成胶质复合体。 游离态 很少
腐殖质 结合态 52%-98%
44
3、腐殖质分子结构
分子结构复杂，尚未十分清楚。
含有：羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。
腐殖质的含氧官能团含量（mmol M＋）·kg-1
我国主要土壤腐殖酸的元素组成
元素（%）
C
H
O+S
N
HA
50-60 3.1-5.3 31-41 3.0-5.6
FA
45-53 4.0-4.8 40-48 2.5-4.3
C含量习惯上以58%为其平均值，故计算有机质的含 量时，一般以1.724为折算系数。
43
2、腐殖质在土壤中的存在形态
① 游离状态的腐殖质 ，在一般土壤中含量极少；
3.2 土壤有机质
土壤有机质含量：
一般含量：0-5%； 泥炭土可高达20%或 30%以上； 漠境土和砂质土壤不 足0.5%。
土壤有机质
5%
0.5%
0.5% -2.0% 7%
一、土壤有机质的来源及存在形态
（1）土壤有机质的来源 • 植物来源 • 动物来源 • 微生物 • 工农业（副）产品
不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量 表 5-1 不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量
常见化合物糖类、纤维素和半纤维素、蛋白质、木质素及脂类
决定土壤有机质含量的因素： 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
三、土壤有机质的转化过程
1、矿化过程(Mineralization)：土壤有机质的矿质化过程是指有 机质在微生物作用下，分解为简单无机化合物的过程，其最 终产物为CO2、H2O等，而N、P、S等以矿质盐类释放出来，同 时放出热量，为植物和微生物提供养分和能量。
纤毛虫 鞭毛虫 孢子虫 土壤中以鞭毛虫数量最多。
原生动物在土壤中的作用：
1、通过选择性的取食某些微生物(如细菌)， 改变微生 物的群落结构，主要是调节细菌的数量。
2、增进某些微生物的活性(如固N菌、排泄出的细菌等)
3、参与土壤植物残体的分解，如鞭毛虫与白蚁共生， 加速对木质素的分解
4、某些原生动物也侵害植物，造成植物病害，有的 可引起严重的人畜传染病。
平均
0.42 (9)
0.26(33)
0.21(53)
0.34(18)
范围
0.30-0.96
0.19-0.58
0.31-0.51
0.32-0.51
平均
0.60 (5)
0.40(14)
0.40(54)
0.38(14)
范围
0.16-0.43
0.13-0.37
0.16-0.37
0.16-0.33
平均
0.28(14)
第三章 土壤生物与土壤有机质
1
土壤生物(soil organisms)
生活在土壤中的生物包括动物、植物和微生物。
土壤有机质(soil organic matter)
土壤有机质泛指土壤中来源于生命的物质。
土壤生物与土壤有机质
3.1 土壤生物
土壤生物的种类
微生物 土壤生物 动 物
植物
动物 (Fauna) 全部异养 大型动物：主要食草和食腐性 脊椎动物 节肢动物 环节动物 软体动物
• 习性：表皮失水很快，干燥时变为胞囊，湿润时又重 新活动。
• 食性可分为三类∶ a.以腐败的有机质为食的 b.以其他线虫、细菌、原生动物为食的 c.寄生在高等植物根系的
线虫 螨（mite)
土壤生物对土壤肥力的影响：
• 有机物质的分解和合成 • 影响有效养分含量 • 土壤物理结构 • 作物生长发育
1、细菌（bacteria） 土壤细菌占土壤微生物总数的70%～90%。
特性： A、单细胞 B、分裂生殖快 C、个体小(4-5μm)，接近于土壤粘粒的大小。 D、以杆菌占优势 E、数量大，每克有几亿到30亿个
10g肥沃土壤的细菌总数相当于全球人口的总数。
土壤中重要的各种细菌生理群： •纤维分解细菌 •固氮细菌 •硝化细菌 •亚硝化细菌 •硫化细菌 •氨化细菌 在土壤碳、氮、磷、硫循环中担当重要的角色。
酶
R—（C，4H，养分）+ 2O2 氧化 CO2 + 2H2O + 能量+养分
土壤有机质矿化率——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。
有机质的分解
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。