3 土壤有机质

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
C/N比( carbon nitrogen ratio )
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。
（二）腐殖物质
一.土壤腐殖质组成
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。
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：4:1~9:1 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，两方面都需 要考虑。 氮因素（nitrogen factor）；表示有机物质分解过程中氮素的缺乏 程度。加入100份有机物需要加进去的氮素量，既不发生争氮现象，又不会使土 壤有效氮发生生物固定现象。
（一）矿化作用的概念：有机物质在微生物的作用下分解成无机 营养元素的过程 Mineralization: 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 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。 （三）各种物质矿化作用 1.糖类有机物质矿化： CO2+H2O+heat(多） 好气条件下 多糖 单糖 有机酸——heat（少） 半嫌气条件 CH4、H2、H2S+heat（极少）嫌气 水解酶作用
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）
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。不用以牺牲环境为代价，换取增产。 干土效应（ effect of soil drying）土壤经过干燥后，在加水湿润的最初1~2周内，二氧化 碳和氨释放量增加的现象。
有机肥施用很重要
第一节 土壤有机质来源及其组成特点
二.土壤有机物质基本组成特点
（一）土壤有机质的物质 组成 依据有机物质的分解阶段 和存在物理形态分为： 1.未分解的动植物残体 （原材料） 2.半分解的有机质：成为 暗褐色小片 3.腐殖质：特殊性有机物 质。
（二）土壤有机质化学组成 1.碳水化合物：单糖、多糖、 淀粉、纤维素、果胶物质等 2.木质素：比较稳定。是形成 腐殖质中心核的原始材料 3.含氮化合物：蛋白质、多肽、 氨基酸 4.脂溶性物质：如树脂、腊质、 单宁等
黄腐酸（富啡酸、富里酸）既能溶解 于碱，又能有解于酸。曾经成为可连 酸、阿波可连酸。分子量相对较小
+
=60%
褐腐酸（胡敏酸）：指能溶解于碱 而不溶解于酸。分子量相对较大
三.土壤腐殖质性质
（一）腐殖酸的组成
1.腐殖酸的元素组成 腐殖酸主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。一般以腐殖质 分子的平均含碳量为58%为有机碳和腐殖质的换算系数 （1.724=100/58）。C/N=10:1~12:1,褐腐酸大于黄腐酸 我国土壤腐殖酸的元素组成（南京土壤研究所） 腐殖酸 胡敏酸 富里酸 C （%） 50~60 45~53 H （%） 3.1~5.3 4.0~4.8 N （O+S） 分子量 （%） （%） 31~40 2.8~5.9 890~2550 40~50 1.6~4.3 675~1450
尽管如此，土壤有机质对土壤性质影响却很大。 是土壤肥力主要指标
目前土壤有机质含量标准计量单位为g/kg
土壤有机质与土壤肥力关系
肥力水平
OM（%）
低
<0.5%
较低
0.5~1.0
中等
1.0~1.2
较高
1.2~1.5
高
>1.5
第一节 土壤有机质来源及其组成特点
一.土壤有机质来源
（一）来源于数目众多微生物 1.微生物是最早出现在母质中的有机体。成为最早的土壤有机物 质来源 2.微生物数目繁多，生活代谢周期短。1g肥沃的表土含有细菌可 在10亿以上。最多细菌为杆菌，每英亩细菌活质可超过2000磅， 每公顷2000公斤。 3.微生物的代谢产物是土壤有机质来源之一 （二）来源于各种动植物残体及其它们的代谢物 树木、灌丛、草类、和其它植物残体。植物生长量成为土壤有 机质含量的主要依据 土壤动物：蚯蚓、蚂蚁、鼠类、昆虫等的残体及分泌物 （三）来源于施入的各种有机肥。
第一节 土壤有机质来源及其组成特点
（三）元素组成
C(52~58%)、O(34~39%)、 H(3.3~4.8%)、N(3.7~4.1)、 P、K、Ca、Mg、Fe、Si、 Zn、Cu、B、Mo、Mn等. 其中： C、H、O、N的和占有 机质90~95%
（四）土壤有机质组成 基本特点： 1.土壤有机质中木质素和 蛋白质含量比植物组 织中含量增加 2.纤维素和半纤维素含量 减少 3.土壤中形成了腐殖质
二.土壤腐殖化作用（ humification）
（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（假说阶段）
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：
第三章 土壤有机质 soil organic
土壤有机质
概述 土壤有机质是土壤固相的组成部分，一般占到土 壤总重量的5%左右.土壤学中把耕层土壤有机质含量 在20%（200g/kg）以上土壤叫有机质土，20%以下 土壤叫矿质土壤。我国土壤耕层有机质大多数在5%以 下，东北土壤较多，华北、西北大多在1%左右。各别 漠境土壤不足0.5%。华中、华南水田土壤在 1.5~3.5%,旱地土壤也较少。
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
有机质 （%） 2~10 0~2 30~50 28~35 1~8
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
中心为芳香核、连接了许多支链化合物的复杂结构
二.土壤腐殖质分离与提取
黄色溶液
用乙醇 溶解 酸化 （HCl） 去除了动植物 残体细土样 用稀碱 （NaOH） 溶液 （腐殖酸） Humic acids （黄腐酸、富啡酸 富里酸） Fulvic acid，FA
土壤
黑色残余物 黑腐素 （胡敏素） humin
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）温度增加10 ℃，有机质增加2~3倍。 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。 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
褐色沉淀 褐腐酸 胡敏酸 humic acid，HA
碱溶后加电 解质NaCL
溶解 吉玛多 美朗酸
水浮选、手挑、静 电吸附或采用比重 1.8或2.0重液浮选 （轻组）
沉淀 灰色腐殖酸
溶液 棕色腐殖酸
以上是依据腐殖酸类物质溶解性进行分类与提取 请注意三大类腐殖组分，尤其是褐腐酸（HA）和黄腐酸（FA）
聚合度
第一节 土壤有机质来源及其组成特点
植物组织与土壤有机质组成比较
成分
纤维素 (cellulose) 半纤维素 (hemicellulose) 木质素 (lignin) 蛋白质(proteins) 油脂(fat)、腊质(lipids)
植物组织 （%） 20~50 10~30 10~30 1~15 1~8
一.有机质的矿化作用 mineralization
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/g有机物）
2.含氮物质的分解 蛋白质 多肽
蛋白酶 肽酶
氨基酸
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氨NH3
氨化细菌
硝酸根NO3硝化细菌 硝化作用 （nitrification)
水解作用 （hydrolyzation)
（三）腐殖化系数（humification coefficient）：加入单位有机物质 土壤后所产生腐殖质的斤数（一般指一年以后）。 腐殖化系数大小不仅取决于有机物质品种本身，也取决于各种 环境条件：旱地土壤腐殖化系数一般在0.20~0.30，而水田则为 0.25~0.40之间。
第三节 土壤腐殖质 soil humus
第一阶段：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。
多元酚理论（较为盛行）
（2）支链化合物：一些含氮的有机化合物，如氨基酸、肽类等。
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 合成结果复杂的腐殖质。
二.土壤腐殖化作用（ humification）
三.土壤腐殖质性质
2.腐殖酸的化学结构
分子结构非常复杂。有许多模式，但相对统一的认识是中心为芳 香核（疏水性基团），周围有许多支链化合物（有许多功能团）成 为网状结构特征。功能基团包含有：羧基、酚羟基、羰基、醌基、 醇羟基、甲氧基等。这些基团成为腐殖质分子活性最强的部分、如 带电性、吸附性、亲水性等。 腐殖质的含氧官能团含量（m mol M＋）.kg-1