土壤生物与土壤有机质
第2章 土壤有机质
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5%
0.5%
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)
土壤生物与土壤有机质
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)
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。
土壤有机质
从广义上讲，土壤有机物是指土壤中各种含碳有机物，包括各种动植物残留物，微生物及其分解和合成的各种有机物质。
从狭义上讲，土壤有机质（SOM）通常是指由有机残留物通过微生物作用而形成的一种特殊，复杂和稳定的大分子有机化合物（腐殖酸）。
土壤有机质是土壤固相的重要组成部分，也是植物营养的主要来源之一。
它可以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性，促进土壤中营养元素的分解，并提高土壤肥力和缓冲作用。
它与土壤的结构，通气，渗透性，吸附和缓冲密切相关。
通常，当其他条件相同或相似时，有机物的含量在一定范围内与土壤肥力成正相关。
土壤有机质主要来自植物，动物和微生物残留，其中高等植物是主要来源。
微生物是最早出现在原始土壤母体材料中的生物。
随着生物的进化和土壤形成过程的发展，动植物残留物及其分泌物已成为土壤有机质的基本来源。
在天然土壤中，土壤有机质的主要来源是地面植被残留物和根，例如树木，灌木，草及其残留物，它们每年为土壤提供大量有机残留物。
在农业土壤中，土壤有机质的来源广泛，主要包括作物残茬，秸秆还田和绿肥。
人畜粪便，工农业副产品的废料（如酒糟，亚硫酸铵造纸废液等）；城市生活垃圾和污水；土壤微生物，动物（例如earth，昆虫等）的残留物和分泌物；人工施用各种有机肥料（肥料，腐殖酸，肥料，污泥，土壤和杂肥等）。
其中，耕种土壤中的自然植被已不存在，主要是人们每年使用的作物根系分泌物，残茬，垃圾和有机肥料（绿肥，堆肥，堆肥和肥料等）。
尽管进入土壤的有机残留物来源不同，但从化学角度来看，它们主要是碳水化合物（包括一些简单的糖和多糖，例如淀粉，纤维素和半纤维素），含氮化合物（主要是蛋白质），木质素和其他物质。
此外，还有一些脂溶性物质（例如树脂，蜡等）。
土壤有机质的基本元素是C，O，h和N，其中C占52％-58％，O占34％-39％，H占3.3％-4.8％，N占3.7。
％-4.1％。
第二个是p和s，其次是K，CA，Mg，Si，Fe，Zn，Cu，B，Mo，Mn和其他灰分元素，C / N通常为10-12。
土壤有机质
第二章土壤有机质一、土壤有机质的来源、含量及其组成1土壤有机质的概念指存在于土壤中所有含碳的有机质。
由生命体和非生命体两大部分组成。
2来源（1）土壤微生物是土壤有机质的最早来源（2）动、植物残体是自然土壤有机质的主要来源（3）作物根茬、有机肥料、工农业和生活废水、废渣、微生物制品、有机农药等有机质3土壤有机质的含量不同土壤有机质含量差异很大，其含量与气候、植被、地形、土壤类型、耕作措施等因素密切相关。
耕层含有机质20%以上的土壤称为有机土壤；20%以下的称为矿质土壤。
4有机质的组成元素组成：主要为C、H、O、N，其次是P和S。
化合物组成：主要是类木质素和蛋白质，其次是半纤维素以及乙醚和乙醇可溶性化合物。
5土壤腐殖质：除未分解和半分解、植物残体及微生物残体以外的有机物质总称。
由非腐殖质物质和腐殖物质组成，占土壤有机质的90%。
（1）非腐殖物质：有特定的物理化学性质、结构已知的有机化合物，包括一些经微生物改变的植物有机化合物，和微生物合成的有机化合物。
如碳水化合物、氨基酸、蛋白质、氨基酸、脂肪、蜡质、木质素、树脂、核酸、有机酸等。
在土壤中存在时间短、易被降解和作为基质被微生物利用，占土壤腐殖质的60%~80%。
（2）腐殖物质：是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。
是土壤有机质的主体，也是土壤有机质中最难降解的组分，占土壤有机质的60%~80%二、土壤有机质的分解和转化（一）矿质化过程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和能量的过程。
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。
2纤维素的分解：首先分解为单糖，然后进一步分解。
3含氮有机质的分解主要是蛋白质的分解，是土壤氮素循环的主要过程。
包括4个过程：（1）水解过程：蛋白质在水解酶作用下分解成简单的氨基酸（2）氨化作用：在氨化细菌作用下，有机态氮变成无机态氮（即氨或铵）的过程。
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。
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
土壤有机质广义上，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，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。
土壤有机质含量的高低，代表者土壤肥力的高低。
是衡量土壤肥力高低的重要指标之一，它能促使土壤形成团粒结构，改善土壤物理、化学及生物学过程的条件，提高土壤的吸收性能和缓冲性能。
土壤有机质过低的土壤免疫力就低，容易板结，酸化，作物容易得病。
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。
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藻类
C、微生物
(algae) 原生动物 （protozoon）
土壤生物与土壤有机质
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。
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。
2 有机质的构成量和含碳量
土壤腐殖质：占有机质~90%； 非腐殖物质中：碳水化合物占有机质 5%~25% 有机质的含碳量：
源物质（残体）：40%； 胡敏酸：50%；富里酸：40%； 土壤有机质平均：58% SOM=SOC*1.724
土壤生物与土壤有机质
关于土壤有机质的某些量的关系
3 元素组成
CO
大气CO2（ppm） 碳汇（Pg/yr）
650 550 450 350 250
1800 2000 2200 大气CO2
2 1.5 1 0.5 0 -0.5 2400 2600 年 碳汇
土壤生物与土壤有机质
认识碳汇的可 能变化
探索缓解途径， 寻找新的碳汇
不同系统的碳库容量比较
Carbon pool (Pg,
70
60
50
40 10
y = 35.622Ln(x) - 43.085 R2 = 0.9506
15
20
25
30
SOM(g/kg)
江苏80年代初期产量与有机质的关系 土壤生物与土壤有机质
How important?
Soil Fauna biomass (Individual/m2)
Microbial C(mg/kg)
2.2 土壤生物与
土壤有机质
土壤生物与土壤有机质
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，104105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
细菌 （bacteria）
放线菌 （actinomyces ）
100
R2 = 0.9094
0
15 20 25 30 35 40 45 SOC(g/g) 土壤生物与土壤有机质
How important?
土壤污染物浓度（mg/kg DM）
PAEs PAHs 硝基苯 胺类 卤代烃类
CK 16.926 9.436 0.181 0.046 0.109
化肥 7.667 6.221 0.465
1Pg=1015 g)
Terretrial Ecosystem 620
SOM
1500
Air
760
Ocean & Marine
000
Rock
5000+1000
土壤生物与土壤有机质
How important?
SOM as a support for biomass production
80
基础产量/实际产量(%)
东北
华中、华南 华北、西北
逐渐降低
土壤生物与土壤有机质
有机物质的组成：成分复杂
1 植物残体：
主要成分： C、H、O、N、P、S、K
烧失量：90%~95% 以上，C、H、O、N
灰分：P、S、Ca、 Mg、 K、 Si、 Zn、 Mo、
B、 Fe、Mn
土壤生物与土壤有机质
关于土壤有机质的某些量的关系
农
作物根系、残茬 及根系分泌物
业
土
壤
农家肥
有
机
质
工业、生活垃圾
来 三种形态：新鲜有机土壤质生物、与土半壤有分机质解有机质、腐殖质
二、土壤有机质的某些量的特点
1，土壤中有机质含量：0~300g/kg， 有机质土壤：>200g/kg； 矿质土壤：<200g/kg； 耕作土壤：5~50 g/kg；平均：10~20g/kg
0 0.081
佛山污泥 40.025 10.585 0.198 0.001 0.257
广州污泥 38.081 8.527 9.528 0.034 0.624
土壤生物与土壤有机质
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
土壤农生物业与土土壤壤有机：质 根茬等,n DT/ha
和H2等； ➢ 促进团聚体的形成； ➢ 分解有机废弃物； ➢ 是新物种基因材料的源和库
土壤生物与土壤有机质
2.2.2 土壤有机质
土壤中来源于生命的物质
土壤生物与土壤有机质
一、为什么研究有机质
土壤有机质
土壤碳固定 与碳循环
土壤肥力
土壤污染
全球变化
土壤环境 质量
土壤生物与土壤有机质
温室效应（CO2、CH4）与 陆地碳汇问题
Fauna & Microbe
650
600
550
500
450
400
350
300
500 Fauna biomass & SOC in A horizon
10
20
400
y = 334.03Ln(x) - 641.92 R2 = 0.9745
30
40
50
SOC(g/kg)
300
200 y = 435.48Ln(x) - 1188.3
土壤生物与土壤有机质
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。 藻类、光合细菌
土壤生物与土壤有机质
微生物作用：
调节植物生长的养分循环； ➢ 产生并消耗CO2，CH4，NO，N2O，CO
粗蛋白质 纤维素、半纤维素 脂肪、蜡质 木质素
土壤生物与土壤有机质
土壤有机质的矿化作用
A、糖类化合物 B、含氮有机化合物
水解作用：
蛋白质
氨基酸
氨化作用
硝化作用
NH2-N----NH3-N------NO2-N、NO3-N
有机质
兼气： NH4+-N 、—SH、
有机酸
微生物
CH4
厌氧
土壤生物与土壤有机质
土壤呼吸：微生物分解土壤有机质，释放
CO2于空气中；
矿化作用(mineralization)：复杂有机物通过微生
物的分解转化为简单的化合物，同时释放出矿质 养料的过程。
土壤生物与土壤有机质
有机化合物分解的差异
单糖、淀粉和 简单蛋白质
H
N
% 52~58 34~39 3.3~4.8 3.7~4.1
C/N:~12, C/P ~100;
土壤生物与土壤有机质
三. 土壤中有机质如何转化？
土壤生物与土壤有机质
物微 生
动 物
土壤生物与土壤有机质
1、矿化作用
微生物
有机质
好氧：
CO2 、 SO42-、 NH4+-N 、NO-3—N、
H2PO4-、HPO42-