土壤生物和土壤有机质性质及作用

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 机质性质和作用
温室效应（CO2、CH4）与陆 地碳汇问题
大气CO2（ppm） 碳汇（Pg/yr）
650
2
550
1.5
1 450
0.5
350
0
250
-0.5
1800 2000 2200 2400 2600 年
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
5%~25% 有机质的含碳量：
源物质（残体）：40%； 胡敏酸：50%；富里酸：40%； 土壤有机土壤质生平物均与：土5壤8%有 SOM=SOC*1.724
机质性质和作用
关于土壤有机质的某些量的关系
• 3 元素组成
CO
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 土壤有机质性质和作用
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
机质性质和作用
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
东北
华中、华南 华北、西北
逐渐降低
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
有机物质的组成：成分复杂
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
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
• 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。
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
三. 土壤中有机质如何转化？
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
微 生 物
动 物
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
1、矿化作用
微生物
有机质
好氧：
CO2 、 SO42-、 NH4+-N 、NO-3—N、
H2PO4-、HPO42-
有机质
兼气： NH4+-N 、—SH、
有机酸
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
How important?
• SOM as a support for biomass production
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)
江苏80年代初土期壤生产物量与与土有壤机有质的关系
机质性质和作用
Soil Fauna biomass (Individual/m2)
Microbial C(mg/kg)
How important?
Fauna & Microbe
650
600
550
500
450
400
350
300
500 Fauna biomass & SOC in A horizon
微生物
土壤厌生氧物与土C壤H有4
机质性质和作用
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。
大气CO2
碳汇
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
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,
1Pg=1015 g)
Terretrialຫໍສະໝຸດ BaiduEcosystem 620
SOM
1500
Air
760
Ocean & Marine
38000
Rock
5000+1000
藻类、光合细菌
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
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 机质性质和作用
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 机质性质和作用
10
20
400
300
200 y = 435.48Ln(x) - 1188.3
100
R2 = 0.9094
0
15 20 25 SOC3(0g/g土) 35壤生40物与45 土壤有 机质性质和作用
y = 334.03Ln(x) - 641.92 R2 = 0.9745
30
40
50
SOC(g/kg)
How important?
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、
B、 Fe、Mn
Mo、
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
关于土壤有机质的某些量的关系
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