第二章 土壤有机质

一、土壤有机质来源
1、有机体—— 动、植物残体，土壤微生物
森林土壤(forest soil)：枯枝落叶(lither) 草原土壤(steppe soil)：草、根系(grass and root system)
2、人为活动影响下的外源输入—— 有机肥(畜禽粪
便)、工农业的生活废水、废渣、有机农药、微生物制品等 有机物质。 耕作土壤(cultivated soil)：作物残茬(crop residue)(一般 占籽实产量(yield of kernels)的35－40%)、施用的有机肥 、 有机农药等。
（五）土壤腐殖酸(humic acid)性质
1.物理性质
② 溶解性与吸收性
A、溶解性(dissolution) FA、HA都溶解于碱，HA不溶于酸，而FA溶解于酸。 B、吸收性(absorbency) 亲水胶体，吸水能力强，吸水量可达其重量的500%。
（五）土壤腐殖酸(humic acid)性质
2、土壤湿度和通气状况 (soil humidity and aeration status)
好气：水少气多, M活动旺盛,OM矿质化分解,释放养分
嫌气：水多气少, M活动受抑制, OM腐殖化合成腐殖质
3、干湿交替(wetting and drying cycle)
一方面增加土壤呼吸作用，破坏土壤结构体，利于OM的矿质化分 解，另一方面干燥时引起M死亡，又不利于OM分解。
4、有机残体特性(specificity of organic relict) 1、物理状态(physical state)
多汁、幼嫩绿肥易于分解，磨细粉碎易于分解。
2、C/N大，不易分解 ； C/N大小，易于分解。 3、硫、磷等元素缺乏也会抑制土壤有机质分解
激发效应 (作用)(priming effect)：土壤中加入新鲜有 机物质会促进土壤原有有机质的降解。
C/N＜25时，产生N素有效化。
豆科绿肥（三叶草等） C/N小，施入土壤后能提
供N素（N素有效化）。禾本科作物秸秆C/N大，直接
还田易造成M与作物争夺N素，造成N素的生物固定。
禾本科秸秆还田应配施化学N肥：
一般亩施秸秆300~400kg，需要配施化学纯N3~4kg。
3、脂肪(fattiness)、树脂(pitch)、蜡质(waxiness)、单宁 (tannin)的矿质化 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。 4、木质素(xylogen)的矿质化 木质素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中真菌和放 线菌作用下缓慢的转化，最终产物是CO2和H2O，但往往只
2. 化学性质 ① 元素组成 C、H、O、N、P、S为主 C：N：P：S＝100：10：1：1～120：10：1：1
含C量为55 ～60%，平均58%，100/58＝1.724 实验测定土壤有机质时，测出含C量后， C% ×1.724即得土壤有机质含量 OM%＝C% ×1.724
②功能团(functional group)
第三节
土壤有机质(Soil Organic Matter) 什么是有机质?
广义：包括一切生物体极其分解或合成的各种产
物。
狭义：通过微生物转化合成的有机物质即腐殖质。
第三节
土壤有机质(Soil Organic Matter) 什么是有机质?
广义：包括一切生物体极其分解或合成的各种产
物。
狭义：通过微生物转化合成的有机物质即腐殖质。
（2）氨基酸、多肽 这是蛋白质的降解产物

2、合成腐殖质阶段
这一阶段是形成腐殖质的原始材料通过缩合或
聚合作用形成腐殖质的过程。
（四）土壤腐殖质的分离提取和组分
在分离提取腐殖质时，存在以下一些困难：
①腐殖质和土壤矿物质紧密结合在一起，不易分离； ②腐殖物质与各种简单的有机化合物结合，很难用化学方法或 物理方法进行彻底分离； ③用任何溶剂处理时，都可能引起有机分子的某种程度变性。
有机残体
腐殖化过程
（合成过程）
各种有机物质在土壤微生物的 作用下聚合形成为结构和组成 更为复杂的高分子化合物
植物残体(dead plant part)的分解和转化
1、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。
2、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。 植物残体与土壤有机质化学组成比较 （%） 化学组成 纤维素 植物残体 20～50 土壤有机质 2～10
胡敏酸和富里酸成为腐殖酸，通常占腐殖质总量的60％左右。
（五）土壤腐殖酸(humic acid)性质 1.物理性质 ① 分子量、形状、颜色
A、分子量
B、形状 C、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）
含有－COOH、－OH及酚羟基等多种功能团 功能团的解离导致腐殖酸带电 如：R－COOH R － OH R－COO－＋H＋ R －O －＋H＋
腐殖酸功能团的存在，使其表现出多种活性，如带电性、吸 收性、对金属离子的络合能力、氧化—— 还原性等。
⒊ 分子结构特征 分子结构极其复杂的有机高分子化合物。 单体中有芳核结构物质，芳核上有多种取代基。
质土壤，在20%以下的土壤，称为矿质土壤
(mineral soil)。

土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、 农耕措施密切相关。
三、土壤有机质的分解和转化
进入土壤的各种有机残体在土壤微生物的作用下会经
历一系列的生物和化学变化，主要按两个方向进行：
矿质化过程 （分解过程）
复杂的有机质分解成为简 单的物质，最后生成CO2、 H2O、NH3和无机盐类
碳水化合物 好气、嫌气 有机酸 好气 CO2+H2O
碳水化合物 好气、嫌气 有机酸 好气 CO2+H2O
在低温、嫌气条件下,有机酸变为CO2和H2O的过程受到阻碍, 产生有机酸的累积,从而造成植物根系萎缩、腐烂。 如：甲酸3.2×10-3 M、乙酸4.6×10-3 M、 正丁酸7×10-4 M，就会对植物根系产生较严重的危害。
激发效应可以是正、也可以是负。 5、土壤特性(soil specificity) 1、pH
中性条件下利于OM分解
2、质地 质地愈粘重，腐殖化系数愈高，愈难分解
五 土壤有机质的作用及管理
（一）在土壤肥力(soil fertility)上的作用
1、养分较完全
kg/（hm2· 年）
草原土壤(steppe soil)： 地上部草 地下部根系 中性有机质 (neutral organic mater)
草原土壤
耕作土壤(cultivated soil)： 作物残茬(一般占籽实产量的 35~40%)、施用的有机肥。
耕作土壤
有机质来源不同，其累积的数量、性质以
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。
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(percent mineralization)。
矿化率一般在1%～3%。
（三）、土壤腐殖物质(humic substances)的分解和转化
1、腐殖质经过物理化学作用和生物降解，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。 2、释放的简单有机物质被分解（矿化anic Matter)来源
森林土壤(forest soil)： 枯枝落叶 酸性有机质 (acid organic mater)
森林土壤
我国不同自然植被下进入土壤的植物残体量变异很大:

热带雨林——亚热带常绿阔
叶林和落叶阔叶林——暖温
16700 kg/（hm2· 年） 带落叶阔叶林——温带针阔 混交林和寒温带针叶林—— 荒漠植物群落 530
目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而 言,北方土壤有机质含量高于南方土壤。
2、土壤中有机质的存在状态


未分解或半分解的动、植物残体及动物的粪便
高度分解的有机残体、粪便及其分解产物
微生物躯体及其代谢产物和再合成产物
完全失去原来有机残体迹象的土壤腐殖质
腐殖质：有机物质经过
微生物分解和再合成的一 种褐色或者暗褐色的性质 稳定的高分子胶体物质。 是土壤有机质的主要成分 （85％－90％），有抵抗 微生物降解的能力，与矿 物质土粒紧密结合。
外，还与它和矿物质紧密结合，或处于微生物也难于进入的孔 隙中有关，因而土壤开垦耕作以后，腐殖质的矿化率就大为增 加。可从开垦前的矿化率不到1%提高到1%～4%。
四 影响土壤有机质分解和转化的因素
1、温度(temperature)
25－35℃条件下，M活动最为旺盛，利于OM矿质化分解，提供作 物所需养分。
解决办法：排水晒田、施草木灰（中和酸、补充K素） 有 机肥施用前进行堆沤。
2. 含氮化合物(nitrogen compound)的矿质化
蛋白质 氨基酸 NH4＋ NO3微生物体细胞 N素生物固定
N素有效化速效N( NH4＋、NO3-)
N素生物固定与有效化过程与有机物C/N比密切相关。
C/N＞25时，产生N素生物固定
2、有机质的组成
按元素：C、H、O（占元素总量的 90%以上）N、P、K、Ca、Mg、 Fe、Zn、B、Mo、Mn、Si等
按有机化合物的种类：碳水化合物(单糖、 淀粉、纤维素、半纤维素等)木质素、蛋白 质、蜡质、脂肪等。
有机质
3、含量(content) 一般把耕层含有机质20%以上的土壤，称为有机
及对土壤的影响均不相同。作为土壤有机质主
要来源的各种植物残体，其化学组成和各种成
分的含量，因植物种类、器官、年龄等的不同 而有很大差异，从而导致土壤有机质的累积数 量、性质以及对土壤的影响均不相同。