第二章 土壤有机质详解
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第2章 土壤有机质
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 微生物的C/N比：4:1~9:1 微生物自身的细胞需要吸收 1份氮和 5份碳，同时需要20份碳作为生命 活动的能源，即微生物在生命活动过程中需要有机质的C/N约为25:1。 小于此值N素充足，大于此值N素不足。
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0.5-2.0%
7%
College of plant science
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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
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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)
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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
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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
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
土壤学第二章
第二章
第二节
土壤有机质 (soil organic matter)
土壤有机质的分解和转化
2
影响有机物质的分解和转化的因素：
（一）土壤生物的组成与活性 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
第二章
第二节
（二）土壤特性 1、质地 2、PH值 3、水分
分两个阶段 1 产生构成腐殖质基本组成的原始材料（简单有机物）
2 合成阶段 多元酚
氧化
醌
+氨基酸或肽 酶
腐殖质
2、腐殖化过程
第二章
第二节
土壤有机质 (soil organic matter)
土壤有机质的分解和转化
腐殖化过程:(Humification)*** 各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的
氨化过程
氨基酸分解产生NH3
硝化过程
NH3氧化生成硝酸。
反硝化过程
硝态氮还原成气态氨的过程。
第二章
土壤有机质 (soil organic matter)
含磷有机物的转化
土壤中表层有26％—50％是以有机磷状态存在，主要有核蛋白、 核酸、磷脂、核素等、这些物质在多种腐生性微生物作用下， 分解的最终产物为正磷酸及其盐类，可供植物吸收利用。
化作用称之激发作用。
激发效应可以是正、也可以是负。
第二章
第二节
土壤有机质 (soil organic matter)
土壤有机质的分解和转化
注
意
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， 大部分有机物质变成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。
第二章 土壤有机质
6.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。 7.稳定性 ：。腐殖质不同于土壤中动植物残体的有机组分，
土壤有机质含 量并非可以无 限提高，在稳 定的生态系统 中最终达到一 个稳定值。
第二节
土壤腐殖质
一、腐殖质的分离与组成 二、土壤腐殖质在土壤中存在形态 二、土壤腐殖质的性质 四、我国主要土壤腐殖质的特征
土壤腐殖质本身不是一种单一的化合物，
而是由多种化合物形成的聚缩物，其主体 称为腐殖物质。其余为微生物代谢所产生
（4）反硝化作用
NO3－在无氧或微氧条件 在细菌作用下生成N2O 和N2的过程，称反硝化作用（硝酸盐还原过程）。 其反应如下：
反硝化细菌 C6H12O6＋24KNO3 24KHCO3＋6CO2＋12N2↑＋18H2O
3.含磷有机物质的转化
土壤中含磷有机物主要有核蛋白、卵磷脂、核酸、 核素等，它们在有机磷细菌的作用下进行分解：
4.脂肪、蜡脂、树脂和单宁
5.含氮化合物
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。
四、 土壤有机质的转化过程
矿质化过程： (Mineralization)*** 就是有机质被分解成简单的无机化合物，释放出矿质营
养的过程
腐殖化过程： (Humification)***
粘粒结合成有机无机复合体。
用密度为1.8---2.0的重液提取土壤，分为重 组（70%---95%）和轻组（5%--30%）。 复合体为重组。 重组又分为松结合态（10%）；稳结合态 (20—30%)和紧结合态(60---70%).
（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。
第二章_土壤有机质
土壤有机质还与磷、硫含量具有相关性，土壤有机 质中C:N:P:S=100-120:10:1:1
(2) 化合物组成 可分为:
腐殖物质 （Humic Substance)（85%-90%；也有 60%-80%）
非腐殖物质 （Non-Humic Substance)（10%-15%）
常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。
类特殊的高分子有机化合物。占土壤有机质 总量的85-90%（有说70%以上），有资料说 每公顷土壤每天可以产生500千克的这种物 质，它对植物的生长极为重要。
据估计，进入土壤的有机残体经过一年降解 后，2/3以上的有机质以CO2的形式释放而损 失，残留在土壤中的有机质不到1/3，其中土 壤微生物生物量占3%-8%，多糖、多糖醛酸 苷、有机酸等非腐殖物质占3%-8%，腐殖物 质占10%-30%。
但在嫌气条件下，很多嫌气性土壤微生物能 引起磷酸还原作用，产生亚磷酸，并进一步 还原成磷化氢。
含硫有机物的转化:土壤中含硫的有机化合物 如含硫蛋白质、胱氨酸等，经微生物的腐解 作用产生硫化氢。
硫化氢在通气良好的条件下，在硫细菌的作 用下氧化成硫酸，并和土壤中的盐基离子生 成硫酸盐，不仅消除硫化氢的毒害作用，而 且能成为植物易吸收的硫素养分。
把生物合成和分解有机物的过程总称为 土壤有机质的转化。
（一）土壤生物及其主要功能
土壤生物主要包括：生活在土壤中的动物、 植物和微生物，它们有多细胞的后生生物， 单细胞的原生生物，真核细胞的真菌（酵母、 霉菌）和藻类，原核细胞的细菌、放线菌和 蓝细菌及没有细胞结构的分子生物（如病毒 等）。
地球上分布广、数量多、生物多样性最复杂 和生物量最大的是土壤微生物。如一般土壤 中细菌为107-108个/克土,放线菌106-107个/ 克土,藻类104-105个/克土。
(2) 化合物组成 可分为:
腐殖物质 （Humic Substance)（85%-90%；也有 60%-80%）
非腐殖物质 （Non-Humic Substance)（10%-15%）
常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。
类特殊的高分子有机化合物。占土壤有机质 总量的85-90%（有说70%以上），有资料说 每公顷土壤每天可以产生500千克的这种物 质，它对植物的生长极为重要。
据估计，进入土壤的有机残体经过一年降解 后，2/3以上的有机质以CO2的形式释放而损 失，残留在土壤中的有机质不到1/3，其中土 壤微生物生物量占3%-8%，多糖、多糖醛酸 苷、有机酸等非腐殖物质占3%-8%，腐殖物 质占10%-30%。
但在嫌气条件下，很多嫌气性土壤微生物能 引起磷酸还原作用，产生亚磷酸，并进一步 还原成磷化氢。
含硫有机物的转化:土壤中含硫的有机化合物 如含硫蛋白质、胱氨酸等，经微生物的腐解 作用产生硫化氢。
硫化氢在通气良好的条件下，在硫细菌的作 用下氧化成硫酸，并和土壤中的盐基离子生 成硫酸盐，不仅消除硫化氢的毒害作用，而 且能成为植物易吸收的硫素养分。
把生物合成和分解有机物的过程总称为 土壤有机质的转化。
（一）土壤生物及其主要功能
土壤生物主要包括：生活在土壤中的动物、 植物和微生物，它们有多细胞的后生生物， 单细胞的原生生物，真核细胞的真菌（酵母、 霉菌）和藻类，原核细胞的细菌、放线菌和 蓝细菌及没有细胞结构的分子生物（如病毒 等）。
地球上分布广、数量多、生物多样性最复杂 和生物量最大的是土壤微生物。如一般土壤 中细菌为107-108个/克土,放线菌106-107个/ 克土,藻类104-105个/克土。
第二章-1-土壤有机质
白质、多糖类不易分解
4）含N有机化合物 水解作用：蛋白质→多肽→氨基酸 氨化作用：氨基酸→氨 硝化作用：氨→ 硝态氮 反硝化作用：硝态氮→NO2、NO、N2
5）含P有机化合物 核蛋白→核酸→磷酸
二、土壤有机质的分解与转化
2、腐殖化
定义：中间产物→复杂 两阶段 ：
产生原始材料 重新合成 有机物质→相对简单的有机化合物→ 腐殖质
解：
年消耗有机质=150 000 kg× (1-15%)×20×2%=51 kg
紫云英×(1-90%)×0.20 = 51 kg
紫云英 = 2550 kg
四、土壤有机质管理措施 开源： 节流：
1、增加外来有机质数量 2、有机无机肥配合施用 3、少耕或免耕 4、旱地改水田 5、调节有机质转化条件
土壤腐殖质的分离提取和分组
料在微生物作用下形成腐殖质的过程。
阶段 1：有机物料分解产生原材料
OH
O
……
OH
O
土壤有机质腐殖化的两个阶段
阶段 2：重新合成
O
OH
+ 2RCH(NH2)COOH →
－NH－R－COOH －NH－R－COOH
O
OH
含多种功能团：羟基(COOH),
酚羟基(OH),醇羟基(OH),甲氧 基(OCH3),氨基(NH2),酮基 (C=O)……
全球碳循环
The fate of organic residues added to soils
Carbon flow in soil-plant system.
多糖→单糖→CO2 + H2O +热能多 (好气条件)
→有机酸 + CH4 + H2 + CO2 + H2O + 热能少 (厌氧)
4）含N有机化合物 水解作用：蛋白质→多肽→氨基酸 氨化作用：氨基酸→氨 硝化作用：氨→ 硝态氮 反硝化作用：硝态氮→NO2、NO、N2
5）含P有机化合物 核蛋白→核酸→磷酸
二、土壤有机质的分解与转化
2、腐殖化
定义：中间产物→复杂 两阶段 ：
产生原始材料 重新合成 有机物质→相对简单的有机化合物→ 腐殖质
解：
年消耗有机质=150 000 kg× (1-15%)×20×2%=51 kg
紫云英×(1-90%)×0.20 = 51 kg
紫云英 = 2550 kg
四、土壤有机质管理措施 开源： 节流：
1、增加外来有机质数量 2、有机无机肥配合施用 3、少耕或免耕 4、旱地改水田 5、调节有机质转化条件
土壤腐殖质的分离提取和分组
料在微生物作用下形成腐殖质的过程。
阶段 1：有机物料分解产生原材料
OH
O
……
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土壤有机质腐殖化的两个阶段
阶段 2：重新合成
O
OH
+ 2RCH(NH2)COOH →
－NH－R－COOH －NH－R－COOH
O
OH
含多种功能团：羟基(COOH),
酚羟基(OH),醇羟基(OH),甲氧 基(OCH3),氨基(NH2),酮基 (C=O)……
全球碳循环
The fate of organic residues added to soils
Carbon flow in soil-plant system.
多糖→单糖→CO2 + H2O +热能多 (好气条件)
→有机酸 + CH4 + H2 + CO2 + H2O + 热能少 (厌氧)
第二章土壤有机质
第二章土壤有机质第一节土壤生物及其功能一、土壤生物的多样性土壤生物包括土壤动物、土壤植物和土壤微生物。
表2-1 土壤中常见的生物的数量（一）、土壤微生物1.细菌：根据其营养方式的不同分两类。
①异养型细菌②自养型细菌根据细菌对氧气的要求不同分三类。
①好气性细菌②嫌气性细菌③兼嫌气性细菌2、真菌：真菌在数量上仅次于细菌和放线菌，大多属腐生型，是分解纤维素等有机物质的主要力量。
南3、放线菌：放线菌在数量上仅次于细菌，大多属腐生型，是分解新鲜纤维素、淀粉、脂肪、木质素、蛋白质等有机物质的主要力量。
北4、藻类：也可分解有机质。
(二)土壤动物1．原生动物:根足虫类、鞭毛虫类、少数纤毛虫类。
调节细菌数量、增进土壤生物活性、分解植物残体。
2．后生动物：线虫、蠕虫、蚯蚓、蜗牛、蚂蚁、蜘蛛、蛇、昆虫等。
(三)土壤植物主要指高等植物地下部分（根系、地下块茎、块根等)。
二、土壤生物对土壤及其植物的影响1．促进土壤养分的循环和土壤结构的形成2．影响无机物转化3．生物固氮4．对土壤污染有净化作用三、土壤管理对土壤生物的影响1．耕作制度对土壤生物的影响2．施肥措施对土壤生物的影响3．施用化学物质对土壤生物的影响4．其他措施对土壤生物的影响第二节土壤有机质土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。
它的含量在不同的土壤中差异很大，高的可达20%，低的不足0.5% 。
表2－2中国某些自然土壤中有机质含量统计的标本数有机质含量（％）土类322.07～7.05 黄棕壤、黄褐土10 1.38～6.66 高山草原土、亚高山草原土26 4 81～21.96 高山草甸土、亚高山草甸土24 2.32～2.98 砖红壤、赤红壤29 2.14～16.4 黑土、黑钙土47 0.52～1.95 红壤32 2.71～20.5 黄壤22 1.03～10.69 褐土74 2.64～19.3 棕色森林土一、土壤有机质的来源及组成（一）、土壤有机质的来源土壤有机质主要来源有三：①绿色植物的枯枝、落叶（果）、根系等。
第二章 土壤有机质
增加土壤有机质的途径
1.合理耕作制度（退化或熟化） 2. 施用有机肥 3. 发展畜牧业 4. 秸秆还田
施用有机肥
秸秆还田
(一)基本概念
1. 土壤有机质 2.土壤腐殖质 3. 矿化作用 4. 腐殖化作 用 7. 腐殖化系数 8. 矿化率 9. C/N 10. 腐殖酸 11. 激 发效应
( 二）问答题
1.土壤生物的组成与活性 2.土壤特性（土壤的水、气、热、质地、pH等） 3.植物残体的特性
3. 植物残体的特性
新鲜程度
1) 物理状态
破碎程度
紧实程度
2) C/N比
有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速
度影响很大。 以25或30：1较为合适。
表 2-2 有机物质 云杉锯屑 硬木锯屑 小麦秸秆 玉米禾茎 甘蔗渣 黑麦草（开花期） 草坪禾草 黑麦草（营养期） 成熟苜蓿干草 腐烂畜肥 堆肥 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
第二章 土壤有机质
第二节 土壤有机质的转化过程
一、矿化作用
1.不含氮的碳水化合物的转化 2.含氮有机物质的转化
氨化作用 ：有机物质在微生物的作用下，生成氨 （铵）的过程，称为氨化作用。 硝化作用：铵在硝化细菌的作用下氧化为硝酸的 过程，称为硝化作用。
第二章 土壤有机质
第二节 土壤有机质的转化过程
课堂测试
1、土壤有机质是化学中已有的有机化合物( ） )
2、土壤有机质的转化是受微生物控制的一系列生化反应(
3、一般南方土壤有机质的ＨＡ/ＦＡ＜１，而北方大与１ (
4、一般随着土壤熟化度的提高，ＨＡ/ＦＡ也提高( )
)
5、土壤施用的有机肥越多，土壤有机质含量提高的也越高( 6、土壤微生物主要分解碳水化合物，不分解腐殖质( 7、土壤有机质在土壤中是完全独立存在的( ) )
1.合理耕作制度（退化或熟化） 2. 施用有机肥 3. 发展畜牧业 4. 秸秆还田
施用有机肥
秸秆还田
(一)基本概念
1. 土壤有机质 2.土壤腐殖质 3. 矿化作用 4. 腐殖化作 用 7. 腐殖化系数 8. 矿化率 9. C/N 10. 腐殖酸 11. 激 发效应
( 二）问答题
1.土壤生物的组成与活性 2.土壤特性（土壤的水、气、热、质地、pH等） 3.植物残体的特性
3. 植物残体的特性
新鲜程度
1) 物理状态
破碎程度
紧实程度
2) C/N比
有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速
度影响很大。 以25或30：1较为合适。
表 2-2 有机物质 云杉锯屑 硬木锯屑 小麦秸秆 玉米禾茎 甘蔗渣 黑麦草（开花期） 草坪禾草 黑麦草（营养期） 成熟苜蓿干草 腐烂畜肥 堆肥 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
第二章 土壤有机质
第二节 土壤有机质的转化过程
一、矿化作用
1.不含氮的碳水化合物的转化 2.含氮有机物质的转化
氨化作用 ：有机物质在微生物的作用下，生成氨 （铵）的过程，称为氨化作用。 硝化作用：铵在硝化细菌的作用下氧化为硝酸的 过程，称为硝化作用。
第二章 土壤有机质
第二节 土壤有机质的转化过程
课堂测试
1、土壤有机质是化学中已有的有机化合物( ） )
2、土壤有机质的转化是受微生物控制的一系列生化反应(
3、一般南方土壤有机质的ＨＡ/ＦＡ＜１，而北方大与１ (
4、一般随着土壤熟化度的提高，ＨＡ/ＦＡ也提高( )
)
5、土壤施用的有机肥越多，土壤有机质含量提高的也越高( 6、土壤微生物主要分解碳水化合物，不分解腐殖质( 7、土壤有机质在土壤中是完全独立存在的( ) )
第二章土壤有机质
在通气不良的情况下，即发生反硫化 作用，使硫酸转变为H2S散失，并对植物 产生毒害。 因此，由上述可知，在农业生产上只 要采取措施，改善土壤的通气性，就能 消除各种还原有毒物质的产生。
（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
（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
《土壤肥料学》第二章 土壤有机质 思考题解析
《土壤肥料学》第二章土壤有机质课后思考题解析1、什么是矿质土壤和有机质土壤？矿质土壤简称矿质土,主要是由矿物质组成的、其特性主要由矿物质所决定的土壤.通常含有不到20％的有机质,具有30厘米厚的有机质表土层.有机质土壤是指在土壤学中，一般把耕层含有机质20%以上的土壤。
2、不同土壤中的有机质的来源途径有哪些？对于原始土壤来说，微生物是土壤有机质的最早来源；自然植被条件下，土壤有机质主要来源于地面植物残落物、根系残体和根系分泌物，其次来源于生活在土内的动物和微生物。
农业土壤的有机质主要来源于施入土壤的各种有机肥料，植物遗留的根茬、还田的秸秆以及翻压的绿肥等有机物质。
3、什么是土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程？土壤有机质的矿化过程是指在微生物作用下，复杂的有机物质分解成为简单无机化合物的过程。
土壤腐殖化过程是指土壤有机质在微生物作用下，不仅可以分解成为简单的无机物，同时经过生物化学作用，又可以重新合成更为复杂而且比较稳定的特殊的高分子有机物，即腐殖质。
4、含氮有机物的矿质化过程分为哪几个阶段？具体阶段的条件、过程、结果如何？含氮有机物的矿质化过程可分为4个阶段，水解过程、氨化过程、硝化过程和反硝化过程。
水解过程是，蛋白质在微生物所分泌的蛋白质水解酶的作用下，分解成为简单的氨基酸类含氮化合物。
氨化过程是经水解生成的氨基酸在多种微生物的作用下，产生氨气的过程，条件是在好气、厌氧条件下均可进行，只是不同种类微生物的作用不同。
硝化过程是在通气良好的条件下，氨化作用产生的氨气在土壤微生物的作用下，可经过亚硝酸的中间阶段，进一步氧化成硝酸。
反硝化过程是硝态氮在土壤通气条件不良的情况下，受反硝化细菌作用还原成气态氮（N2,N2O)的过程.5、土壤腐殖质的形成经历哪几个阶段?土壤腐殖质的形成经历两个阶段，为动植物残体分解阶段和新高分子有机物合成阶段。
6、土壤腐殖质酸的组分和性质如何？腐殖酸的主要组成是胡敏酸和富里酸，通常占腐殖酸总量的60%左右。
《土壤学》第二章 土壤有机质
• 2、腐殖酸具有较大的比表面积，高达2000平方 米每克，远大于金属氧化物和粘土矿物的表面积。
• 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
• 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
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
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。
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
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
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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：
其特点是，不稳定，不断加入，不断转化， 分解消失。
2、纤维素和半纤维素
( cellulose and hemicellulose )
这是有机残余物中含量最多的一种，其化 学成分相当复杂，分子式可用(C6H10O5)n表示， n的数目大约为5～10,000。
在浓酸、浓碱作用下, 会变成葡萄糖，在微
3、脂肪、蜡质和树脂 ( fat, wax and resin )
不溶于水而溶于酒精及苯等有机溶剂 中，性质比较稳定，不易遭受化学分解和 生物分解。
4、 丹宁 ( tannin )
主要是多元酚的衍生物，易溶于水，氧 化后呈棕色。与蛋白质结合成不溶性的、不 易分解的稳定化合物。
5、木质素 ( lignin ) 是化学构造上更复杂的一类高分子化合
物，抵抗化学作用和微生物分解的能力更强。
腐殖质一词的含义较窄，通常只有专业人员 才用，而有机质是个通俗的名词。
二、土壤有机质的来源
在成土过程中，最早出现在母质中的有机质 是微生物及其残体。
随着成土过程的进行，动植物残体加入到土 壤中去，成为土壤有机质最广泛的来源，尤其是 植物残体起到了决定性的作用。
各种植物的残体对土壤有机质含量的贡献是 不一样的。森林植物主要以枯枝落叶的，每年加入有机质4～6吨/ 公顷。
影响土壤微生物分解有机物料的环境条件 包括很多方面，如土壤的温度、湿度、通气状 况和pH等。
第二节 土壤中有机物 料的分解
进入土壤中的各种有机物料，无论是 动植物残体，还是施入的有机肥料，在土 壤中，都要产生一系列的变化。
这些变化可以归纳为两个方面，即分 解作用和合成作用。
参与有机物料分解的因素有： 1、土壤动物的作用，使有机物料变得更细
碎，与微生物掺混更充分。 2、微生物及其分泌的酶的作用，这是有机
2、气候 潮湿、寒冷有利于积累；干燥炎热有利 于分解。
3、地形 地势低洼处，土壤有机质含量高。
4、母质 母质质地粘重，有利于有机质积累。
四、土壤有机质的组成
1、碳水化合物和有机酸
( carbon hydrate and organic acids ) 葡萄糖、淀粉、酒石酸、柠檬酸、草酸、各
种氨基酸，其中部分是植物根系分泌到土壤中的， 有的是植物残体的分解产物。
第二章 土壤有机质
土壤有机质（soil organic matter，SOM， O.M）是土壤固相的重要组成部分。不同土壤的有 机质含量有很大的差别。
一般来说，土壤有机质的含量与矿质部分相 比都不多，但对土壤的物理性质、化学性质、生
物学性质以及肥力状况都有重要的影响。
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
三、土壤有机质的含量
（一）土壤有机质的含量表示方法
有 机 质 的 含 量 通 常 用 “ %” 来 表 示 ， 近 年 来，有人开始用“g/kg” 表示。
三、土壤有机质的含量
（一）土壤有机质的含量表示方法
国 外 往 往 习 惯 用 土 壤 有 机 C% 表 示 。 有 机 质平均含碳58%，有机C%乘以1.724，即为土 壤有机质% 。
地区
有机质含量（%）
旱地
水田
东北平原
4.45
4.96
黄淮海平原
0.99
1.27
长江中下游平原
1.74
2.74
南方红壤丘陵
1.65
2.52
珠珠江江三三角角源洲程平序原平原
2.01
2.73
（三）决定土壤有机质含量的因素 进入土壤的有机物质数量 土壤有机质损失的数量
（四）影响土壤有机质含量的因素
1、植被 草本 > 木本；草甸 > 草原 阔叶 > 针叶；常绿 > 落叶
3、各种人为活动，耕作、施肥、灌水和其 他栽培管理措施等。
这些因素之间相互配合，相互促进，分 解的最后结果，是把各种复杂的有机化合物 变成简单化合物，最后变成矿质养料。
土壤中的有机质，在微生物及其分泌的 酶的作用下，分解为简单化合物，同时释放出 矿质养料的过程叫作矿质化过程 （mineralization）。
土壤中的各种动植物残体，在土壤微生物的 作用下，形成的一类特殊的高分子化合物。
这两个概念，有时不加区别地混用，有时含 义不尽相同。
当人们说土壤有机质含量时，通常指的是前 一种，即各种有机物的总量，但在分析有机质含 量时，处理土样的过程中，往往要尽可能除去看 得见的植物残体。
当人们提到有机质对土壤肥力的作用时，指 的是其中的腐殖质。