有机质的原料及其分解
有机质是什么
有机质是什么
有机质是指土壤中来源于生命的物质，包括土壤微生物和土壤动物及其分泌物以及土体中植物残体和植物分泌物。
有机质具有矿化作用、腐殖化作用。
有机质的矿化作用：有机质在生物作用下分解为简单的无机化合物的过程。
有机质的腐殖化作用：有机质在分解的同时，形成腐殖质的过程。
通常把每克干重的有机质经过一年分解后转化为腐殖质（干重）的克数，称为腐殖化系数。
土壤有机质转化的影响因素:1.内部因素：有机质的碳氮比（C/N=25）；2.外部因素：土壤水、热状况。
有机质是土壤养分的主要来源；促进土壤结构形成，改善土壤物理性质，改变土壤孔隙度，提高土壤蓄水能力；增加土壤的肥力和提高土壤缓冲性能；腐殖质具有生理活性，能促进作物生长发育；腐殖质具有络合作用，有助于消除土壤的污染。
土壤有机质的分解转化过程及其影响因素
土壤有机质的分解转化过程及其影响因素土壤有机质的分解转化过程及其影响因素
土壤有机质(SOM)是土壤的一个重要组成部分，其分解转化是土壤有机质和养分循环的一部分，也是控制土壤活性有机物含量变化的关键过程。
对土壤有机质的分解转化过程和影响因素的研究，有助于深入了解土壤有机物的含量和质量及其变化趋势，有助于管理和改良土壤。
1 高保真有机质分解转化过程
高保真有机质是完整而强烈的芳香族有机物，其分解过程可分为三个主要阶段：在第一阶段，高保真有机质被微生物氧化，并生成水溶性的有机酸，如乙酸、丙酸、二乙酸和苯甲酸等;在第二阶段，细菌将有机酸转化为氨基酸类物质；在第三阶段，这些氨基酸被微生物氧化，形成硝酸盐和磷酸盐。
除此之外，高保真有机质还可以直接被微生物分解，产生一系列有机物，包括烃类物质、羧酸类物质和醇类物质等。
2 低保真有机质分解转化过程
低保真有机质主要是植物分泌的、由蛋白质的二聚体、糖蛋白和几种多糖组成的有机物，其分解主要有两种过程：一种是由微生物直接氧化分解，产生有机酸；另一种是通过微生物的多酶系统来催化蛋白质、多糖和糖蛋白的分解，并形成氨基酸类物质，这些氨基酸最终会被氧化形成硝酸盐和磷酸盐。
3 土壤有机质分解转化过程的影响因素
土壤有机质分解的速率受到多种因素的影响，主要有以下几类：（1）土壤物理因素，如温度、湿度和水质；（2）土壤化学因素，如有机质的种类、组分和比例；（3）土壤生物因素，如微生物的数量、分布、种类和活性；和（4）植物因素，如植物的生长特性、植物废弃物的含量、生物碱抑制物质的含量等。
（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。
有机物分解产物
有机物的分解产物取决于有机物的种类和环境条件，因此可能会产生多种不同的分解产物。
以下是一些常见的有机物分解产物的例子：
1. 脂肪：在微生物的作用下，脂肪可以被分解为甘油和脂肪酸。
如果脂肪暴露在氧气充足的环境中，还可能进一步被氧化分解为酮酸和乳酸等产物。
2. 蛋白质：蛋白质在酶的作用下可以被分解为氨基酸。
如果蛋白质暴露在氧气充足的环境中，还可能被氧化分解产生醛、酮等有害物质。
3. 纤维素：纤维素可以被微生物分解为葡萄糖。
4. 葡萄糖：葡萄糖是碳水化合物的一种，可以被分解为乙醇和二氧化碳。
这在酿酒、发酵食品和酒精生产中是很常见的。
5. 石油：石油在微生物的作用下可以被分解为二氧化碳、水和简单有机物，如甲烷、醇、酮和醛等。
6. 聚合物：一些有机高分子材料，如塑料、橡胶等，可以被微生物分解为小分子物质。
这个过程通常需要比较长的时间。
需要注意的是，有机物的分解产物还会受到温度、湿度、pH值、氧气浓度等因素的影响。
在某些特殊条件下，有机物可能不会完全分解，而是形成一些难以降解的物质，如塑料微粒等。
综上所述，有机物的分解产物是非常多样化的，具体取决于有机物的种类、环境条件以及微生物的种类和数量等因素。
这些分解产物可能对人体健康和环境造成影响，因此需要妥善处理和利用。
土壤有机质分类
土壤有机质分类土壤有机质是指土壤中由植物、动物等有机物质的残留物以及它们经过生物降解形成的有机物质。
土壤有机质的分类可以从不同的角度进行，本文将从来源和化学性质两个方面进行分类。
一、从来源上分类1. 植物来源：植物残体是土壤有机质的主要来源之一。
植物在生长过程中，会产生大量的有机物质，如根系、茎、叶片、果实等。
这些植物残体通过分解和降解，最终形成土壤有机质。
2. 动物来源：动物的排泄物、尸体和分泌物也是土壤有机质的重要来源。
例如，动物的粪便中含有丰富的有机物质，经过微生物的作用，可以转化为土壤有机质。
此外，动物的尸体和分泌物中也含有一定的有机物质。
二、从化学性质上分类1. 腐植质：腐植质是土壤中的主要有机质之一，它是由植物和动物的残体经过分解、降解和转化形成的一类复杂的有机物质。
腐植质具有黑色或棕色，有很强的吸附能力和团聚性，对土壤肥力和保水能力有重要影响。
2. 游离态有机物：游离态有机物是指土壤中溶解在水中的有机物质。
它们通常具有较低的分子量和较高的活性，对土壤中的微生物生长和代谢有一定的影响。
游离态有机物包括有机酸、氨基酸、糖类等。
3. 微生物体：微生物体是指土壤中的微生物生物体，包括细菌、真菌、放线菌等。
微生物体是土壤中的活性有机质，它们通过降解有机物质，释放出一些有机酸、酶和其他代谢产物，对土壤的养分供应和转化起着重要作用。
土壤有机质的分类有助于我们更好地理解和研究土壤的性质和功能。
不同来源和化学性质的有机质在土壤中的分布和转化过程也不尽相同。
通过对土壤有机质进行分类，可以更好地指导土壤改良和养分管理，提高土壤的肥力和农作物的产量。
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。
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。
土壤有机质分解和转化
土壤有机质如何分解和转化土壤有机质是土壤的重要组成部分,对土壤肥力、生态环境有重要的作用;土壤有机质是指存在于土壤中所有含碳的有机物质,包括土壤中各种动物、植物残体、微生物体及其分解和合成的各种有机物质,即由生命体和非生命体两部分有机物质组成;原始土壤中微生物是土壤有机质的最早来源;随着生物的进化和成土过程的发展,动物、植物残体称为土壤有机质的基本来源;自然土壤经人为影响后,还包括有机肥料、工农业和生活废水、废渣、微生物制品、有机农药等有机物质; 土壤有机质分为新鲜有机质、半分解有机质和腐殖质三种;新鲜有机质和半分解有机质,约占有机质总量的10％～15％,易机械分开,是土壤有机质的基本组成部分和养分来源,也是形成腐殖质的原料;腐殖质约占85%～90％,常形成有机无机复合体,难以用机械方法分开,是改良土壤、供给养分的重要物质,也是土壤肥力水平的重要标志之一;耕作土壤表层的有机质含量通常<5%,一般在1%～3%之间,一般把耕作层有机质含量>20%——有机质土壤,耕作层有机质含量<20%——矿质土壤; 一、土壤有机质组成土壤有机质由元素和化合物组成; 1、元素组成主要元素组成是c、h、o、n,分别占52％～58％、34％～39％、3.3％～4.8％和3.7％～4.1％,其次是p、s; 2、化合物组成１糖、有机酸、醛、醇、酮类及其相近的化合物,可溶于水,完全分解产生ｃｏ２和ｈ２ｏ,嫌气分解产生ｃｈ４等还原性气体; 2纤维、半纤维素,都可被微生物分解,半纤维素在稀酸碱作用下易水解,纤维素在较强酸碱作用下易水解; 3木质素,比较稳定,不易被细菌和化学物质分解,但可被真菌和放线菌分解; 4肪、蜡质、树脂和单宁等,不溶于水而溶于醇、醚及苯中,抵抗化学分解和细菌的分解能力较强,在土壤中除脂肪分解较快外,一般很难彻底分解; 5含氮化合物,易被微生物分解; 6灰分物质植物残体燃烧后所留下的灰,占植物体重的５％;主要成分有ca、mg、k、na、si、p、s、fe、al、mn等; 二、土壤有机质的分解和转化进入土壤的有机质在微生物作用下,进行着复杂的转化过程,包括矿质化过程与腐殖化过程一矿质化微生物分解有机质,释放co2和无机物的过程称矿化作用;这一过程也是有机质中养分的释放过程;土壤有机质的矿质化过程主要有以下几种; 1、碳水化合物的分解土壤有机质中的碳水化合物如纤维素、半纤维素、淀粉等糖类,在微生物分泌的糖类水解酶的作用下,首先水解为单糖：c6h10o5n＋nh2o--→nc6h12o6;生成的单糖由于环境条件和微生物种类不同,又可通过不同的途径分解,其最终产物也不同;如果在好气条件下,有好气性微生物分解,最终产物为水和二氧化碳,放出的热量多,称氧化作用;其反应如下：nc6h12o6＋6o2—→6co2＋6h20＋热量如果在通气不良的条件下,则在嫌气性微生物作用下缓慢分解,并形成一些还原性气体、有机酸,产生的热量少,称发酵作用;其反应为c6h12o6--→ch3ch2ch2cooh＋2h2＋2co2＋热量4h2＋co2－→ch4＋2h2o 碳水化合物的分解,不仅为微生物的活动提供了碳源和能源,扩散到近地表大气层中的co2,还可供绿色植物光合作用所需要的碳素营养;co2溶于水形成碳酸,有利于土壤矿质养分的溶解和转化,丰富土壤中速效态养分; 2、含氮有机质的分解含氮有机物是土壤中氮素的主要贮藏状态,包括蛋白质、氨基酸、腐殖质等;不经分解多数不能为植物直接利用; 1水解作用蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶作用下,分解成氨基酸的作用称水解作用蛋白质蛋白质-------→氨基酸水解酶氨基酸大多数溶于水,可被植物、微生物吸收利用,也可进一步分解转化; 2氨化作用分解含氮有机物产生氨的生物学过程称氨化作用氧化ch2nh2cooh＋o2-----→hcooh＋co2＋nh3 好气分解还原ch2nh2cooh＋h2-----→ch3cooh＋nh3嫌气分解水解ch2nh2cooh＋h2o-----→ch2ohcooh＋nh3 不论土壤通气状况如何,只要微生物生命活动旺盛,氨化作用就可以在多种条件下进行;氨化作用生成的氨,在土壤溶液中与酸作用生成铰盐,植物也可以直接吸收利用,也可以nh4＋吸附在土壤胶粒上,免遭淋失,也会以nh3逸入大气造成氮素的损失,或进行硝化作用,转化成硝酸; 3硝化作用氨态氮被微生物氧化成亚硝酸,并进一步氧化成硝酸的过程,称硝化作用;这一作用可分为两个阶段：第一阶段,氨被亚硝酸细菌氧化成亚硝酸；第二阶段,亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸;其反应如下：2nh2＋3o2--→2hno2＋2h2o＋热量2hno2＋o2—→2hno3＋热量硝化作用是一种氧化作用,只能在土壤通气良好的条件下进行,因此适当地中耕、松土、排水、经常保持土壤疏松透气,是硝化作用顺利进行的必要条件; 硝化作用产生的硝酸与土壤中的盐基作用生成硝酸盐,no3－也可直接被植物吸收,但no3－不易被土壤胶粒吸附,易随水淋失; 4反硝化作用同细菌在无氧或微氧条件下以no3－或no2－作为呼吸作用的最终电子受体生成n2o和n2的硝酸盐还原过程,称反硝化作用;其反应如下：反硝化细菌c6h12o6＋24kno3------→24khco3＋6co2＋12n2↑＋18h2o 反硝化作用是土壤氮素损失的过程,多发生在通气不良或富含新鲜有机质的土壤中,改善土壤的通气状况,能抑制反硝化作用的进行;3、含磷、硫有机物的分解1含磷有机物的分解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：磷细菌k＋＋na＋＋ca2＋核蛋白质-------→磷酸-----------→磷酸盐水解产生的磷酸盐是植物可吸收的磷素养分,但在酸性或石灰性土壤中易与fe、al、ca、mg等生成难溶性的磷酸盐,降低其有效性;在缺氧条件下磷酸又被还原为磷化氢,其反应如下：h3po4－--→h3po3---→h3po2---→ph3磷化氢有毒,在水淹条件下常会使植物根系发黑甚至死亡; 2含硫有机物的分解植物残体中的硫,主要存在于蛋白质中,能分解含硫有机物的土壤微生物很多,一般能分解含氮有机物的氨化细菌,都能分解有机硫化物,产生硫化氢,其反应如下：蛋白质——硫氨基酸——h2s 还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫酸的过程,称硫化作用;其反应如下：2h2s＋o2---→2h2o＋2s2s＋3o2＋2h2o－→2h2so4硫化作用产生的硫酸与土壤中的盐基物质作用,形成硫酸盐,硫酸盐是植物可吸收的养分;硫酸还可增加土壤中矿质养分的溶解度,提高其有效性; 细菌在无氧条件下,以so42－作呼吸作用的最终电子受体产生s或h2s的硫酸盐还原过程,称反硫化作用;硫化氢对根系有毒害作用,能造成根系腐烂;因此,应排除土壤多余水分,改善土壤通气条件,抑制反硫化作用进行; 二腐殖化腐殖化指有机质被分解后再合成新的较稳定的复杂的有机化合物,并使有机质和养分保蓄起来的过程;一般认为腐殖质的形成要经过两个阶段：第一阶段：微生物将动植物残体转化为腐殖质的组分,如芳香族化合物多元酚和含氮的化合物氨基酸和多肽；第二阶段：在微生物的作用下,各组分通过缩合作用合成腐殖质的过程;在第二阶段中,微生物分泌的酚氧化化酶,将多元酚氧化为醌,醌与其它含氮化合物合成腐殖质;即1多元酚氧化为醌；2醌和氨基酸或肽缩合; 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残留碳量; 激发作用：土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有机质的降解,这种矿化作用称之激发作用;激发效应可正可负; 矿质化和腐殖化两个过程互相联系,随条件改变相互转化,矿化的中间产物是形成腐殖质的原料,腐殖化过程的产物,再经矿化分解释放出养分,通常需调控两者的速度,使其能供应作物生长的养分同时又使有机质保持在一定的水平;。
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解性
机质不溶于水
缓冲作用
土壤有机质在微酸性近中性和碱性范围内 有助于保持土壤内较均一的反应
可起缓冲作用
环境
阳离子 交换作用
腐殖质组分的总酸量可高达 300-400 cmol/kg
提高土壤的阳离子代换量。许多土 壤 CEC 的 20-70%归功于土壤腐殖 质
矿化作用
腐殖质矿化产生 CO2, NH4+, NO3-, PO43- 是植物的养分来源 和 SO42-
土壤腐殖质与土壤保肥性
• 提纯后的腐殖质组分的交换性酸量可达3001400 meq/100g，是大多数粘土矿物的2-30倍。
• 土壤阳离子交换量的20-70%来源于土壤有机 胶体，在表层土壤可占90%。
土壤腐殖质与土壤化学性质
由于具有很大的阳离子交换量和同时具有 酸性和碱性基团,腐殖质在很大的pH值范围内均 具缓冲作用，保证了稳定的土壤化学环境。对 外来的特殊环境具有较好的缓冲作用，对作物 养分的供应与作物的生长起到很重要的作用。
对提高土壤有机质含量作用
•由于价格原因，土壤有机改良剂的推荐用量非常小， 一般小于500 kg/亩； •按单位体积的原状土壤的比重为1.15*103kg.m-3，耕层 20cm 的土壤重量为每亩1.5*106公斤，有机质含量为 1%时，土壤中有机质重量1.5*104公斤 •施用有机改良剂对土壤有机质含量的增加是微乎其微 的。
其他不含氮的有机物的分解
1、脂肪 2、木质素和其他芳香族化合物的分解 3、各种烃类化合物的氧化
木质素（土壤和环境微生物学99-102）
二、有机物分解的特征（矿化作用）
在微生物等土壤生物作用下，有机物质分解，有 机N, P, S 转化为植物有效的无机形态 (NH4+, NO3-, PO43-, SO42-) 的过程机质对土壤微生物分解的抵抗程
度，可将有机质分为以下5个库：
•代谢C库(metabolic C pool) •结构C库 (structural C pool) 有机残体
•活性组分 (active fraction)
•缓性组分(slow fraction)
腐殖质
•惰性组分 (passive fraction)
交换性酸 1400 <------------------------------------------ 500
(cMol/kg)
腐殖质形成过程-木质素理论
木质素构成单元 木
质 素
微 生 继续被微生物分解
物
富里酸
分
解
残余 脱甲基、氧化与 部分 含氮化合物聚合
胡敏酸
木质素与腐殖质的相似性
• 对于大多数细菌和真菌，木质素和腐殖质 均很难分解；
New York, p91)
土壤有机质三组分关系
有机残体是土壤生物的食物来源，是腐殖质合成的原料； 土壤生物是有机残体分解和腐殖质形成的动力；
有机残体
土壤生物
腐殖质
土壤理化及生物学性质
• 土壤养分有效性∶作为植物营养元素的储库； • 土壤物理性质∶促进良好的土壤结构的形成； • 生物活性∶作为土壤微生物的能源物质； • 土壤化学性质：保肥性和缓冲性。 既有直接作用也有间接作用，如有机物质为 土壤生物提供食物，促进其活性，而生物活动 又会影响土壤养分的有效性、团聚结构的形成 及土壤孔隙性
有机残体分解与土壤养分
在微生物分解动植物残体时，矿化过程和微 生物固持作用同时进行；
微生物固持作用 微生物生长过程中，吸收利 用无机N, P, S (NH4+, NO3-, PO43-, SO42-)，将无 机养分贮存在微生物组织中，称为养分的微生 物固持 (immobilization)。
当有机残体的C/N比>30, C/P比>300, C/S比>200时，固 持作用速率大于矿化速率，土壤有效养分含量降低； 如果有机残体的C/N比<20, C/P比<200, C/S比<200，矿 化作用速率大于固持速率，土壤中有效养分增多；
• 木质素和腐殖质均溶于碱，并被酸沉淀； 部分溶于乙醇；
• 二者均含有-OCH3基，随着分解进程的推 进，-OCH3基含量减少；
• 当木质素与碱液一同加热时会转化为含OCH3基的胡敏酸；
• 氧化木质素具有与胡敏酸类似的性质
腐殖质形成过程-多酚（聚合）理论
木质素 酚醛或酚酸
纤维素及其 它非木质素 含C化合物
有机物质分解可以在好气条件下进行，也 可以在厌氧条件下进行。
有机物好气分解
• 在酶的作用下氧化，生成CO2、H2O，产生 微生物所需的能量和热量：-(C, 4H) + 2 O2 CO2 + 2 H2O + 能量（478 KJ mol-1C）
• 蛋白质、核酸等分解除产生CO2 和 H2O外， 还产生NH4+, NO3-, SO42- PO43-等简单无机物;
• 难以被微生物分解的部分以及微生物合成的 最终形成腐殖质
应用：有机废弃物堆肥化处理
有机物厌氧分解特征
• 分解速度较慢；
• 分解产物是有机酸、乙醇、硫醇、醛 、酮、甲烷等半分解物质；
• 产能少； • 半分解产物如H2S等抑制植物生长；
甲烷是温室气体
应用：沼气生产
有机物 质分解 过程
有机物质分解顺序
有机质对土壤养分有效性的间接影响
• 为自生固氮微生物提供能源物质； • 土壤P常因被金属离子固定而有效性低，有
机残体分解过程中产生的腐殖酸络合金属离 子，能提高土壤P的溶解性； • 与腐殖质结合，可提高微量元素Fe 、 Mn 、 Cu、Zn的植物有效性； • 反硝化细菌需要可利用有机含碳化合物，将 硝态氮转化为气态氮。
1 单糖、淀粉和水溶性蛋白质 降解容易、迅速 2 粗蛋白
3 半纤维素
4 纤维素
5 蜡质、丹宁等 6 木质素
降解困难、缓慢
有机物质分解动力—土壤生物和酶
微生物
土壤动物
土壤酶
细菌, 真菌, 放线 分泌各种酶,在有机物质分解 菌，原生动物 中起主导作用 蚯蚓，千足虫等 机械破碎，将有机物质与土壤
混合，扩大微生物作用面积。 蛋白酶,淀粉酶, 纤 有机物质的分解和转化 维素酶、磷酸酶等
土壤养分供应
考虑土壤有机质的养分供应作用时，要区分 土壤有机质的三个组分∶
• 动植物残体 。 通过微生物降解提供植物所 需N, P, S等养分；
• 微生物生物量。可作为植物养分的暂时储 库，其平均存留时间为几个月至几年；
• 难降解的腐殖质组分，其存留时间为250 年至1000年以上，对提供土壤养分贡献不 大，但能影响其有效性。
颜色
浅黄 黄褐 深褐
灰黑
聚合程度 ---------------------------------------------------->
含碳量 45% -------------------------------------------> 62%
含氧量 48% <------------------------------------------- 30%
纤维素分解（土壤和环境微生物学 （90-95）
进入土壤有机物质有一半为纤维素 （40%~60%）
酸性和森林土壤纤维素分解主要真菌 中性和微碱性的土壤中主要以细菌为主，但
也有真菌和放线菌参于纤维素的分解。
果胶物质和半纤维素的分解 （土壤和环境微生物学）（95-98）
1、果胶物质的分解 2、半纤维素的分解
• 土壤有机质可作为土壤微生物和无脊椎 动物的食物
• 土壤微生物的群体数量与土壤腐殖质的 含量密切相关
• 蚯蚓等土壤动物仅在有机质含量高的土 壤中大量繁衍。
有机质与植物生长
具有类似植物生长激素的作用
对植物生长的促进作用 促进种子吸水和萌发 促进根的发生和伸长 促进地上部和根系生长
腐殖质 胡敏酸 胡敏酸、富里酸 胡敏酸、富里酸
与粘土矿物 将土壤粒子粘结成微团聚体 结合
形成稳定土壤结构有利于通气，增 加通透性
保水性
有机质可以保持其自重 20 倍的水分
防止土壤变干和皱缩，显著提高砂 质土的保水能力
螯合作用
与 Cu2+,Mn2+,Zn2+及其它高价离子形成稳 可活化微量元素，提高其植物有效
定的复合体
性
在水中的溶 因为与粘土矿物及高价离子结合，土壤有 土壤有机质极少淋溶
浓度（mg.l-1） 1-100 50-300 50-300
解毒作用
通过络合减轻重金属的毒害；降低土壤腐殖质 通过络合，降低酸性土壤中Al的溶解度，减小 其对植物根系的毒害；
但酚酸等他感物质，对植物有毒害作用
对有机改良剂的炒作
风化褐煤是燃烧值很低的类似煤的物质，腐 殖酸 (主要是胡敏酸) 含量很高，可达60%。 国外曾将其用作土壤改良剂。商家称能： 提高土壤有机质含量； 持久地供应养分； 刺激作物生长； 和改良土壤结构
微生物合成
氨基酸、蛋 白质或它高 分子化合物
多元酚 多酚氧化酶
醌
胡敏酸
富里酸
多酚（聚合）理论依据
•土壤有机质氧化分解后具有相连的芳香环 和酚酸 •多酚物质易与有机物质结合为稳定化合物 •无法解释有机质中很多长脂肪链
腐殖质性质
性质
说明
对土壤的影响
颜色
许多土壤典型的暗色是由于含有腐殖质的 有利于土壤增温 结果
第七节 腐殖质与腐殖化过程
土壤腐殖质是复杂的、不易分解的有机 大分子的混合物 形成过程复杂 使土壤具有肥力
腐殖质
土壤腐殖质是各种有机体的组织本身或 其合成物质，在生物和非生物作用下，经过 转化形成的褐色或深褐色的，呈无定形胶体 状、复杂的、不易分解的高分子混合物。