土壤有机质

Sources of Soil Organic Matter 土壤有机质来源

Live microbes 活微生物 Decomposed microbes 已经分解的微生物 Decomposed plant materia 腐烂的植物残体 Other organic amendments 其他有机改良剂
方面都需要考虑。
（一）腐殖化概念：有机物质在分解转化过程中，又重新合成腐殖质的过程。 腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种有机碳形式，也叫 有机碳的周转。它是一种极端复杂的生物过程。 （二）土壤腐殖化过程---腐殖质的形成过程 腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化过程，还有一些纯化学过程。 有机质的形成分为两个阶段： 第一阶段（分解过程）产生了合成腐殖质原始材料： （1）芳香核：主要由木质素降解所产生。 酚类氧化成醌所产生。 （2）支链化合物：一些含氮的有机化合物，如氨基酸、肽类等。 多元酚理论（较为盛行）
嫌气条件
（三）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。
一.有机质的矿化作用 mineralization
（四）影响土壤有机质分解转化的因素
土壤有机物质分解转化是在微生物的作用下进行的，属于生物化学反应。 1.温度: 在0~35℃范围内，随着温度升高，有机物质分解速率增加。每上升10 ℃，土壤有机质分解速率升高10倍。温度高于45 ℃和低于0 ℃微生物的活
己糖>淀粉>半纤维素>纤维素；糖类物质的分解是土壤中 生物物活动的主要能源（生物热）。（4~5千卡热/克有机物）
一.有机质的矿化作用 mineralization
2.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)
6.腐殖质的稳定性
土壤有机质平均停留期（mean residence time of soil organic matter ，MRT ） 土壤有机质各组分年龄的加权平均值。 MRT变异：(1)不同土壤表土层中有机质的MRT值变异很大。 (2) 同一土壤MRT随土壤剖面层次增加而增大。 MRT决定于：输入土壤有机残体的数量和性质；腐殖物质的化学本性和存在状态； 环境条件等
1.为作物生长释放出了营养元素---有效化过程(硝化力测定）
2.为腐殖质形成提供了基本材料，成为腐殖化的前提。
一.有机质的矿化作用 mineralization
（三）各种物质矿化作用 1.糖类有机物质矿化：
多糖
单糖
水解酶作用
CO2+H2O+heat(多） 好气条件下 有机酸+heat（少） 半嫌气条件 CH4、H2、H2S+热量（极少）嫌气
性都会降低，有机物质分解速率变慢。高于50 ℃就是纯氧化反应。
（南方土壤有机质含量为什么低于北方土壤？） 冻土效应(effect of soil freezing) 土壤冰冻以后，在其解冻后的最初1~2 周内，二氧化碳和氨释放量增多的现象。
一.有机质的矿化作用 mineralization
（四）影响土壤有机质分解转化的因素
三.土壤腐殖质性质
4.带电性 属于两性胶体。在酸性情况下带负电荷，碱性情况下带正电荷。电荷来 源主要是分殖酸分子羟基解离和胺基质子化。带电量为200~500coml/kg，随 pH升高而升高。
三.土壤腐殖质性质
5、腐殖酸的络合性
络合物的稳定性随pH值的升高而增大。在Ph4.8时能与Fe、Al、Ca等离子 形成可溶性络合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。
三.土壤腐殖质性质
(二）腐殖酸的理化性质 1、颜色：腐殖酸不分组时，整体呈现黑色，但不同组分其颜色不同，胡敏酸颜色 较深，呈棕褐色，富里酸颜色较浅，称淡黄色。 腐殖质颜色主要由缩合度的大小和发色团的比例不同而引起。 A4/A6比值（ A4/A6 ratio of humic acids) (E4/E6): 腐殖质在波长为465nm和665nm（或400nm和600nm)处的吸光值的比。是腐 殖化程度的指标。 2、溶解性：腐殖质是一种弱酸，可溶于碱溶液而生成腐殖酸盐。 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：是一种亲水胶体， 最大吸水量可以超过500%
第二阶段：合成阶段：
将分解转化的基本材料在微生物作用下经过缩合和聚合作用合成结果复杂的 腐殖质。
第三节 土壤腐殖质 soil humus
一.土壤腐殖质组成
土壤腐殖质 Soil humus 非腐殖物质 腐殖物质（humic substances)
（一）非腐殖物质：微生物的代谢产物
1.碳水化合物：多糖、糖醛酸、和氨基糖组成。主要来源于植物残体和 根系分泌物。含量占有机质总量15~27%。其中多糖是主体。含量约为 有机质总量的9~22%。多糖多土壤结果影响研究被受到关注。 2. 含氮化合物：主要来源于生物残体中含氮化合物，其中主要形式为蛋 白质、缩氨酸。易于分解成氨基酸。占的量不高。


对土壤肥力具有极其重要的意义。
第一节 有机质的来源、类型及组成

（一）主要来源

（二）存在形态

（三）组成及性质
（一）主要来源



一般土壤：
生长在土壤中的高等绿色植百度文库残体；
土壤中的动物和微生物。


农业土壤：
施入的有机肥料； 作物的残体及根系分泌物。

其中进入土壤的植物残体是最主要的来源。
原性气体，产生环境效应，也影响植物生长。
水田不宜提倡秸秆还田。不能以牺牲环境为代价，换取增产。
一.有机质的矿化作用 mineralization
（四）影响土壤有机质分解转化的因素
3.pH： 各类微生物最适条件：细菌—中性；放线菌—偏微碱性； 真菌— 酸性（3~6）；土壤pH高于8.5和低于5.5，都不适宜微生物活动。绝大多 数微生最适pH条件为中性。 4.有机物的物理状态和组成： 新鲜程度、细碎程度，织物组织的C/N比
（二）存在形态 Categories of Soil Organic Matter

Residue（残体） of life



Living Roots 根系 Earthworms and insects 蠕虫和昆虫 Microorganisms 微生物 Dead Fresh plant residues 新鲜的植物残体 Recently deceased（死亡的） soil organisms 土壤生 物 Active organic matter Very Dead Well decomposed（腐解的） organic materials Humus（腐殖质）
In 1 teaspoon of soil there are…
Bacteria Fungi

100 million to 1 billion （十亿） 6-9 ft fungal strands put end to end Several thousand flagellates （几千个鞭毛虫） & amoeba变形虫 One to several hundred ciliates（纤毛虫） 10 to 20 bacterial feeders and a few fungal feeders
C/N比( carbon nitrogen ratio ) C/N比：有机质中有机碳和有机氮的重量比
土壤的C/N:
8:1~15:1 中间值为10:1~12:1。在同
一气候条件下，C/N变化较小。气温相同时，干 旱气候条件下的C/N比湿润地带低；降雨量相同 时，暖温地带土壤C/N比寒冷地土壤低。底层土
氨化作用 （ammonification)
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？
一.有机质的矿化作用 mineralization
3.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
含磷和硫化合物的分解
偏磷酸盐和次磷酸盐H3PO3、 H3PO2 、H3P 正硫酸盐 H2S (黑根、毒害）
Protozoa 原生动物

Nematodes 线虫
Arthropods
Up to 100
节肢动物

5 or more
Travis & Gugino - PSU
Earthworms 蠕虫
HUMUS 腐殖土
Leaf Humus
（三）组成及性质

SOM consists of a broad spectrum of chemical
classes,
碳水化合物 单宁，树脂，脂肪，蜡纸 木质素
有机氮，磷，硫化合物
灰分元素：植物可吸收的N,P,K…..
黑色素
土壤有机质来源物的组成成分

植物残体含水量一般在60-90%；

干物质中，90%以上为C，H，O三元素，N和灰分元 素约占8%；
植物残体的有机化合物包括：

---碳水化合物，约占干物质的60%； ---脂肪、腊质、鞣酸等，1-8%； ---木质素：10-30%； ---蛋白质：1-15%；
壤C/N比表层土壤低。
植物的C/N比：豆科植物20:1~30:1。作物秸秆为 80:1~100:1
C/N比( carbon nitrogen ratio )
C/N比意义：
1.具有较高C/N的植物残体进入土壤会引起微生物与植物争
氮现象。C/N比作为秸秆还田的重要技术参数需要考虑。
2.不同土壤有一个相对稳定的C/N比。土壤碳的保持决定于 土壤氮的水平。有机体的含氮量越大，则有机碳累积的可 能性也就越大。所以，C/N不仅与土壤氮的有效性有关， 而且也跟土壤有机质的保持有关。在耕作土壤管理中，两
2.水分（通气性）：
微生物生命活动一切条件都需要一定的湿度条件和通气条件。如果适 度湿润且通气良好，土壤中的好气微生物活动旺盛，有机物质进行着好气分 解，分解速度快。分解完全，矿化率高。中间产物少。养料释放多。不会产 生有毒物质。如果湿度过大，水分堵塞了土壤孔隙，使通气状况受阻，嫌 气微生物活动旺盛，有机物质分解慢，不彻底，有中间产物累积，释放还
一.土壤腐殖质组成
（二）腐殖物质
概念：有机物质在微生物作用下分解转化成一种特殊的、高分子、暗色的有 机物质。 腐殖物质是在土壤中形成的一类特殊的化合物，远不同于动植物体内的其它 有机化合物，结构复杂，性质稳定、存留时间长、和无机矿物颗粒密切结合在一 起。是土壤有机质质体成分，占有机质总量的50~90%。基本上与盐基离子形成 各种腐殖酸盐。 中心为芳香核、连接了许多支链化合物的复杂结构：
在温带条件下，一般植物残体的半分解周期少于3个月，植物残体形成 的新的有机质的半分解期为4.7-9年，而胡敏酸的平均停留时间为780-3000 年，富里酸的平均停留为200-630年。
第四节 土壤有机质与肥力关系
第二节 土壤有机物质的分解与转化 Decomposition of organic Matter
矿（质）化作用
mineralization
有机残体
腐殖化作用
humification
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
Chapter 2: soil organic matter
第一节 第二节 第三节 有机质的来源、类型及组成（了解） 土壤有机质的转化（掌握） 有机质的作用及调节（掌握）
What is Soil?
Organic Air
Mineral
Water

土壤有机质是土壤固相的重要组成部分； 在一般土壤中，有机质含量在5%以下；