第三章土壤生物与土壤有机质

AA
NH3 ， NH4+ （[H]）
NH3 ， NH4+ （H2O）
氨化作用的结果：产生带电离子态养分，利于在土壤中的保持
（retention）。是养分的有效化过程。 （尿素）
尿酶
尿素 CO(NH2)2
NH3, NH4+
（3）硝化过程(nitrification):在好气条件下，铵态氮在亚硝 化细菌和硝化细菌的作用下，逐渐转化为硝态氮的过程。
临界值，30%耕地严重缺钾； 土壤中微量元素缺乏也很明显； 不少土壤退化，耕层变浅、肥力下降。
从土壤物理学角度看，有机质的减少，使得 土壤发生退化，耕层变浅；土壤结构的水稳性、 力稳性丧失，容易发生破碎、板结，孔隙性发生 劣变，表现在孔隙数量（容积）和质量（孔隙粗 细及其相对比例）不协调，不利于土壤水、肥、 气、热的协调，土壤的蓄墒、抗灾、缓冲能力下 降，从而影响烟株根系发育和水肥吸收。
☆ 链霉菌属，占70%～90%；其次为诺卡氏菌属占10%～30%； 小单胞菌属占第三位，只有1%～15%。它们的大部分均属 好氧腐生菌。
☆ 产生抗生素，对其他有害菌能起拮抗作用。 ☆ 高温型的放线菌在堆肥中对其养分转化起着重要作用。
4、蓝细菌（Cyanobacterium）
☆ 光合微生物，行光能无机营养，过去称为蓝（绿）藻。 ☆ 由于原核特征现改称为蓝细菌，与真核藻类区分开来。
现已探明生物适应特殊环境因子的遗传基因 普遍存在于质粒上。因此，有可能把这类生活在 极端环境的古细菌作为特殊基因库，用以构建有 益的新种。
土壤生物
2、细菌
土壤细菌占土壤微生物总数的70%～90% 特性∶
A、单细胞 B、分裂生殖快 C、个体小(4-5um)，接近于土壤粘粒的大小。 D、以杆菌占优势 E、数量大，每克有几亿到30亿个
春季稻田渍水，温低，有机质分解慢，易产生还 原性有机质的积累，稻苗易受毒害，“中粪毒”， Fe2+ Mn2+积累。
应施腐熟肥料（well-rotted farmyard manure, decomposed dung）, 经常落干晒田，改善通气条件， 绿肥应适时翻压。
2、含氮有机质的矿化
以蛋白质为例
4、脂肪（fat）、蜡质（wax）、单宁 （tannin） 和树脂（resin）等
复杂高分子有机物，主要C、H、O组成，不溶于 水，除脂肪外，其余较难分解，比较稳定（似木质 素）。
5、灰分物质（ash） 不属于有机物，是经有机物灼烧后的残留
物，含各种矿物态的元素，主要有Ca、Si、 Mg、 K、 Na、 P、S、 Fe、 Al、 Mn、 Cl、 Mo、 Zn、 Cu和 B等，以碳酸盐、硅酸盐或氧 化物的形式存在。
三、土壤有机质的物质组成和性质 1、碳水化合物（carbohydrates）及一些 小分子醇、醛、酮、酸等。
包括单糖（single sugar）、多糖(polysaccharide)如淀 粉（ starch）、纤维素（ cellulose）、半纤维素（ semicellulose）等。
在好气条件下，易被土壤微生物分解，最终变成为CO2 和H2O，并放出大量热能，故不易在土壤中积累。
（一）概念
1、矿质化过程：土壤有机质在微生物和酶的作用 下发生分解，逐渐转化为简单矿物质的过程，最终 的产物为CO2和H2O等，而N、P、S等以矿物盐类 释放出来，同时放出热量，为植物和微生物提供养 分和能量。
2、实质：养分和能量的释放过程。
3、矿化率（mineralization rate）：每年因矿化而 消耗的有机质量占土壤有机质总量的百分数。 反映 土壤有机质矿化的速率和强度。
2、土壤有机质的存在状态 （Existing forms of soil organic matter） •新鲜的、未腐解的有机残体(fresh, undacayed OM) •半分解的、处于不同分解阶段的有机质(dacayed OM) •腐殖质（humus, humic substances） 广义的土壤有机质概念包括这上述三种状态。 狭义的土壤有机质概念主要质是指土壤腐殖质 部分。占OM总量的85%-90%以上。
动物 (Fauna) 全部异养 大型动物：主要食草和食腐性 脊椎动物 节肢动物 环节动物 软体动物
主要捕食性 脊椎动物 节肢动物 中型动物：主要食腐性 节肢动物 环节动物
主要捕食性 微型动物：食腐性、捕食性、食真菌、 细线虫菌 原生动物 高等植物：自养 微生物：
主要自养
异养 真菌 放线菌
异养和自养 细菌 蓝细菌
N2↑
Eh 小于250mv 开始发生
小于100mv 时， 完成反应。
pH 中-微碱性。
C/N小的未腐熟有机物料。
3、含S、P有机质的矿化
（1) 含P有机质：
蛋白质
核蛋白
核酸
核苷酸
磷酸
在强还原条件下，有机磷也会发生反磷化作用，甚至生
产PH3， 有毒害作用。 （2）含S有机质
蛋白质、含S氨基酸如蛋胺酸、胱胺酸、半胱胺酸等。
二、 土壤有机质的来源和存在状态
1、土壤有机质的来源 •各种生命有机体的残留物(OM residual) •土壤生物体的分泌物（secretion） •各种有机物料的施入(application of OM manners)
对于自然土壤，取决于自然植被的生态类型和繁 茂程度。
对于耕作土壤，取决于经营方式、集约程度及有 机肥的施用情况。
nitrification inhibitor: 硫脲（sulfourea）、 氢醌（ hydoquinone , HQ）。
(4)反硝化作用（Anti-nitrification）:在嫌气条件下， 硝态氮在反硝化细菌作用下逐渐还原，转化为NO2-， 甚至N2的过程。是生物脱氮过程。
NO3-
NO2-
(1)水解过程（hydrolysis）：蛋白质在酶的作用下，水解成为氨基酸的 过程。
蛋白酶 （proteinase） 肽酶(peptidase)
蛋白质
多肽
氨基酸
水解
水解
(2)氨化过程（ammonification）:在微生物和酶的作用下，氨基酸发生分 解，释放出氮气或转化为铵的过程。
NH3 ， NH4+ （O2）
亚硝化细菌
铵态氮+ O2
HNO2 + H2O + 148cal.
O2
HNO3+ 48cal.
硝化细菌
营养学上意义：N肥电荷的变化 环进境入保水护体学，上导的致意富义营：养N化O3-不易被土壤颗粒吸附，易随水
肥料学上的意义：不同植物对不N形态的有效性不同，如 N高O烟3-草对品烟质草。，可以促进K+吸收，抑制Cl-、SO42+的吸收，提
（二）几种典型的有机质矿化过程 1、不含氮有机质的矿化
以碳水化合物淀粉或纤维素为例：
淀粉（或纤维素）+水
酶水解
一
aerabic 酶
葡萄糖（glucose）
酶 anaerabic
CO2 和H2O+ 热能
中间产物：醇、醛、酸、 CH4、H2、CO 等+热能
嫌气条件下，丁酸发酵，放出大量温室效应气体 （green house effect gases）, 沼气（methane, or marsh gas）。
真 菌 菌 落
土壤生物 2、藻类
藻类为单细胞或多细胞的真核原生生物。 土壤藻类主要由硅藻、绿藻和黄藻组成。
肥沃土壤，藻类生长旺盛，土表常出现黄 褐色或黄绿色的薄藻层，硅藻多则是土壤营 养丰富的证明。
土壤生物 3、地衣（Lichens）
地衣是真菌和藻类形成的不可分离的共生体。 地衣在土壤发生的早期起重要作用
土壤生物
（三）非细胞型生物即分子生物—病毒
病毒是一类超显微的非细胞生物，每一种 病毒只有一种核酸
病毒是一种活细胞内的寄生物，凡有生物 生存之处，都有其相应的病毒存在。
病毒在控制杂草及有害昆虫的生物防治方 面已显示出良好的应用前景。
2、土壤动物（soil animal）：占优势的类 群是蚯蚓、线虫、昆虫、蚂蚁 、蜗牛螨类、 啮齿类动物（鼠类）和其它昆虫等。
第二节 土壤有机质的含量、存在 状态和组成特点
一、含量 1、自然土壤：OM 0.5—20% 2、耕作土壤：耕层0.5—5%
华北地区土壤0.5—1.5%； 东北地区土壤3—5%； 南方地区土壤1—2%； 水田土壤较旱地土壤中高； 菜园土壤较一般大田土壤中高。
目前河南省土壤： 有机质含量平均<1%，而全国平均1.8%； 钾素迅速下降，有50%耕地速效钾含量低于
第三章 土壤生物与土壤有机质 (soil organisms and soil organic matter)
主要内容
第一节 土壤生物 第二节 土壤有机质的含量、存在状态和组成特点 第三节 土壤有机质的转化 第四节 土壤腐殖质 第五节 土壤有机质在肥力上的意义
第一节 土壤生物（soil organisms） 生活在土壤中的生物包括动物、植物和微生物。 1、土壤微生物（soil microorganisms) 微生物的特点：小、大、多、快、强、异 微生物的作用： •转化土壤中各种物质的状态 •改变土壤的理化性质； •构成土壤肥力； 土壤微生物的种类和数量是土壤环境条件的综合反映。
10g肥沃土壤的细菌总数相当于全球人口的总数
土壤中重要的各种细菌生理群：
• 纤维分解细菌 • 固氮细菌 • 硝化细菌 • 亚硝化细菌 • 硫化细菌 • 氨化细菌
在土壤碳、氮、磷、硫循环中担当重要 的角色。
细 菌 菌 落
根瘤
3、放线菌
☆ 放线菌也是原核微生物，菌丝比真菌细，菌丝断裂为孢子 每克土壤中的细胞数在104～106变动。
5、粘细菌
☆在施有机肥料的土壤中常见。 ☆粘细菌是已知的的最高级的原核生物，具备形成子实