第四章 土壤有机质

第四章土壤有机质

这一章是我们要讲的重点章节之一。

土壤有机质是土壤的一个重要的组成部分。但是不同的土壤中，有机质含量差异是很大的。有的土壤可以高达20%以上，比如，东北的黑土，和一些没有破坏的森林土壤，而有的却低于0.5%。

尽管有机质在土壤中的含量较少，但是它们在土壤中的作用，特别是在肥力上的作用却很大，这是因为他们不仅含有各种营养元素，同时还是土壤微生物的能量来源，这一点，我们在前一章中已经讲过了。

第一节土壤有机质的组成和转化

1．土壤有机质的组成

1．1．有机质的物质组成：土壤有机质一般由以下几个部分组成：

1）动植物以及微生物的遗体；

2）动植物以及微生物的分泌物和排泄物；

3）上述两项物质的分解产物。比如，我们讲过碳水化合物在厌气条件下，被微生物分解，形成有机酸，这种有机酸也是土壤有机质的组成之一。

4）土壤腐殖质：这部分我们将在后面详细讲述。

1．2．土壤有机质的化学组成

1）碳水化合物：这类化合物主要是多糖混合物，还有纤维素、半纤维素等物质。有人曾研究得出，在我国主要土壤的表土中，这类物质的含量约占有机质总量的15-27%。

2）木素：它是林木木质部的主要组成，这类物质很难被分解。

3）含氮化合物：主要是指蛋白质。这类物质可以溶于水，而且很容易被分解。

4）脂肪、蜡质、树脂和单宁：这类物质很复杂。他们分解较慢而且不彻底。

5）灰分物质：植物残体燃烧后，留下的无机物，也就是灰，我们称为灰分物质。灰分物质中不仅含有一些大量元素，而且也含有一些微量

元素。

从有机质的化学组成可以看到，含氮化合物和灰分物质的多少，是影响土壤肥力的重要因素。

2．土壤有机质的转化

土壤中的有机质在各种因素，主要是微生物的作用下，要发生一系列极为复杂的变化过程。这些变化过程可以概括地分为两类，一是矿化过程，即有机质在微生物的分解作用下，形成简单的无机物的过程。另一是腐殖质化过程：有机质在微生物的作用下合成为另一类特殊的高分子有机氮化物的过程。

2．1．土壤有机质的矿质化过程：

1）不含氮的有机物质的转化：主要是指纤维素、半纤维素、多糖类以及其他的碳水化合物的转化。这类物质在空气充足的条件下，会完全分解为CO2和H2O，并释放出能量。

2）含氮有机物物质的转化：比如，蛋白质。这类物质在空气条件充足的条件下，这类物质首先要在氨化细菌的作用下，形成氨，这些氨，一部分被吸收，一部分已气体形式跑出土体，更多的要被硝化细菌的作用下，进一步形成硝态氮。而在厌气条件下，有机氮要在反硝化细菌的作用下，形成分子态氮和还原态氮。造成氮素的损失。

氨化作用硝化作用

有机氮氨硝态氮植物吸收

好气条件

跑出土体

植物吸收

因此，矿化过程是一个释放能量和释放养分的过程。在环境良好的条件下，微生物活动旺盛，分解作用进行的比较快，如果环境不良，微生物活动受到抑制，分解作用既慢又不彻底。在这种情况下，有机质中的养分和能量的释放，当然也就很少。

2．2．土壤有机质的腐殖质化过程

腐殖质就是土壤有机质在微生物的作用下，形成的一类新的高分子的有机物质。

腐殖质化过程：形成腐殖质的过程。它是一系列极端复杂过程的总称，其中主要是由微生物为主导的生化过程，它的整个过程到现在为止还不清楚，近年的研究虽然提供了一些新的论据，但都不是定论。所以，对于腐殖质的形成，目前还有很多问题没有搞清楚，也还有很多的分歧。

目前的一般看法是，腐殖质化过程可以分为两个阶段：

第一阶段：这一阶段是产生构成腐殖质的原始材料。刚才我们讲到，进入土壤的有机残体组织，通过微生物的作用，一部分被矿化了。而有些成分，由于其结构稳定，往往只能部分分解，因而保留其原来结构单元中的某些特征。比如说，木素，他们在分解过程中，往往保留它原来的芳核结构。另一方面有些微生物在分解有机质的时候会产生多元酚类，这些多元酚类通过微生物所分泌的酚氧化酶的作用下，又可以被氧化为醌型化合物。

多数人认为，多元酚和醌型化合物以及由木素分解所产生的芳核结构单位，都是构成腐殖质的原始材料。

在这一阶段里，还产生了由蛋白质分解而成的各种肽类、氨基酸等含氮化合物。它们也被认为是构成腐殖质的原始材料。

第二阶段：合成阶段。在这一阶段里，上面的原始材料通过某种化和机制，具体是什么？不知道，合成为腐殖质的单体分子。同一种土壤中所形成的原始腐殖质单体分子并不完全相同，他们在通过聚合作用，形成不同分子量的复杂的环状化合物，也就是最终形成了土壤腐殖质。

有关腐殖质化过程，目前只是了解它的一般轮廓，对于其中的许多具体内容还不是很清楚。在腐殖质形成的近代学说中，对于木质素和蛋白质所起的作用，争论最多。从30年代开始，一直有人认为，他们是构成腐殖质核心的两大组成成分。可是60年代以后，大量的研究表明，在一般土壤中的腐殖质都不是直接从木质素和蛋白质形成的。现在比较一致的看法是，木质素的可能作用是提供醌型化合物，蛋白质的作用在于提供氨基酸，他们只是通过各自的分解产物参与了腐殖质的合成。

第二节土壤腐殖质的组成和性质

1．土壤腐殖质的组成：

要研究腐殖质的性质，就必须首先把各个组成成分从土壤中分离出来。但这是一项非常困难的工作。一方面是因为腐殖质和土壤矿物质结合紧密，不易分离；另一方面，土壤中的腐殖质和非腐殖质有机物很难用溶剂区分，而且也不可能用一般的物理方法把两者截然分开。

目前，一般的方法是p18。从表中我们可以看到，土壤腐殖质主要由富里酸、胡敏酸、胡敏素和吉马多美郎酸组成。但由于富里酸和胡敏酸所占比例较大，所以，人们把这两种酸看作是土壤腐殖质的主要部分，我们在讲性质的时候，也主要讲这两种酸。

2．土壤腐殖质的化学性质：

2．1．腐殖质的化学组成：

主要由C、H、O、N、S等元素组成，另外，还有少量的Ca、Fe、Mg、Si 等灰分元素。

2．2．腐殖质的溶解度：

胡敏酸为黑色的腐殖酸，不溶水，但是它可以和各种盐基结合成盐类，他的一价金属盐类易溶水，二价难溶，三价不溶。

富里酸是无色的，能溶于水，它的各价盐类也均溶于水。

2．3．带电性：

因为腐殖质上带有很多的基团，比如说-OH和-COOH，这些基团在一定条件下可以解离出H+，而使腐殖质带负电。另外，它还有氨基（-NH2），他们在一定条件下可以截获一个氢离子，形成带正电的-NH3+。

所以，腐殖质不仅具有带电性，而且，他同时带有正电和负电。

2．4．吸水性：

因为腐殖质具有亲水性，而且它的内部非常疏松，所以，它具有强大的吸水性。有人曾测定，腐殖质最大吸水量可以达到500%。所以，含腐殖质多的土壤，保水性要远远强于含量少的土壤。