第三章 土壤 生物和有机质

第三章土壤生物和土壤有机质

主要教学目标：本章属于土壤生物化学性质的范畴。通过学习了解土壤有机质的实质，掌握土壤有机质在园林生产中的作用。

第一节土壤生物

一、林木根系

1、根的种类水平根、垂直根、斜生根、下垂根、下斜根。

2、根系类型

水平根型：水平根占优势；

垂直根型：垂直根发达；

斜生根型：主要为斜生根，如刺槐。

复合根型：各类根的发育程度相近

变态根型：由外界特殊条件如人为的影响产生的。在容器中育苗所形成的根属变态根型。

二、土壤动物

三、土壤微生物

在土壤中数量最高，如一般土壤中细菌为107～108个/g土真菌105～106个/g土，放线菌106～107个/g土，藻类104～105个/g土。他们和蚯蚓一起在土壤总的代谢活性中起重要的作用。

1、细菌

（1）根据生理作用分类：可分为

碳水化合物分解细菌——分解糖、淀粉、纤维素等；

氨化细菌——有机含N化合物中的N素，通过氨化细菌的作用转化形成氨；

硝化细菌——氨经硝化细菌作用转化为亚硝酸，然后转化为硝酸。

反硝化细菌——硝态氮在反硝化细菌作用下，使硝酸还原成还原态氮。

固N细菌——从大气中固定N素合成含N化合物。

（2）根据营养方式分类

分为自养和异氧细菌。在异养方式中分好氧和厌氧型。

2、真菌：对酸度的适应范围较宽，在pH<4时也能生长。在森林土壤和酸性环境中，是分解土壤有机质的主要微生物类群。有些真菌能在一些根上发育，共同发育成菌根。现已查明有2000种植物与真菌共生形成菌根。根据菌根的形态结构，可分为外生菌根和内生菌根。松柏科、桦木科、壳斗科、杨柳科、胡桃科等许多森林乔木的根上都生有外生菌根，大豆、玉米、棉花、马铃薯、胡萝卜等生有内生菌根。

3、放线菌：属单细胞微生物，在土壤中以菌丝体存在，大量出现在分解的有机物上。有些嗜热性的放线菌属能耐高温（50～65℃），普遍存在于土壤、肥料及发热的干草和堆肥中。在已知的放线菌中，约有50%能产生抗菌素，具有抑制其它细菌的能力。“5406”抗生菌肥料，属于放线菌肥料。在生态学应用方面观察到，在有几丁质存在时，有利于放线菌的发育，而且能显著地抑制引起高等植物病害的真菌。

4、藻类：是含叶绿素的低等植物，有些能进行光合作用，自身合成有机质，它们主要生活在土壤表层。地表藻类能够和土壤颗粒粘结在一起，增加土壤表面的强度，可使土壤侵蚀明显减轻。另外蓝绿藻可固定N素。

第二节土壤有机质的来源、组成和类型

一、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。

二、来源

最重要的是高等植物的枯枝落叶、茎、根系、花果等残体。

三、有机质的类型

广义的有机质包括2大类：

一是非特殊性有机质——生物遗体及其分解的中间产物。

二是特殊性有机质——腐殖质

四、非特殊性有机质的化学成分

1、单糖和有机酸；

2、多糖类：淀粉、半纤维素、纤维素等。

3、蛋白质；

4、木质素；

5、单宁、脂肪、蜡质、树脂

6、灰分物质——植物体经过灼烧后残留的无机物，主要元素有Ca、Mg、K、Na、S、P、Fe等。

第三节土壤有机质的转化

是本章的重点。有机质的转化过程包括：矿质化过程和腐殖化过程

一、矿质化过程——复杂的有机质经过微生物的分解作用，最终形成简单的无机物质如水、二氧化碳、硫酸盐、硝酸盐等。

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。

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。

（3）硝化作用：氨在微生物作用下，经过亚硝酸的中间阶段，进一步氧化为硝酸。需在有氧条件下进行。

（4）反硝化作用：在厌气条件如水淹、有机质含量过高情况下。硝态氮在反硝化细菌作用

下，转化为还原态氮如氨、NO、N

2O、N

2

、HNO等

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（H

3PO

4

）。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。5、含S有机物的转化

与有机含氮化合物的转化过程相似。含S有机物在腐解作用下产生的硫化氢，在通气良好时，在硫细菌作用下氧化形成硫酸。硫酸在不良通气条件下发生反硫化作用，形成硫化氢，对植物产生毒害。

二、腐殖化过程——有机质分解过程中的中间产物经过微生物的作用合成暗色的含N高分子化合物（腐殖质），是一种自然的形成物。

1、定义：土壤腐殖质是土壤有机质经过强烈转化而形成的含N高分子化合物。

2、形成过程还不十分清楚，但大体包括2个阶段

第一阶段：产生腐殖质分子的各个组成成分。如多元酚、氨基酸、多肽等有机物质。

第二阶段：由多元酚和含氮化合物缩合成腐殖质单体分子。此缩合过程包括两步：首先是多元酚在多酚氧化酶作用下氧化为醌：

然后醌和含氮化合物（氨基酸）缩合，最后腐殖质单体分子继续缩合成高级腐殖质分子。用图表示为：

3、土壤腐殖质的物质组成

用酸、碱和酒精处理，得到胡敏酸、吉马多美朗酸、富里酸和胡敏素。

胡敏素是与矿物结合的胡敏酸或是变质的胡敏酸；吉马多美朗酸是胡敏酸的衍生物。