土壤学课件：5第五章 土壤有机质

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1、 土壤有机质土壤有机质概念：概念：土壤有机质土壤有机质(soil organic matter)土壤有机质的定义土壤有机质的定义? ?存在于土壤中的所有含碳的有机化合物。存在于土壤中的所有含碳的有机化合物。它主要包括土壤中各种动物、植物残体，微生它主要包括土壤中各种动物、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机化合物。物体及其分解和合成的各种有机化合物。 二、土壤有机质含量二、土壤有机质含量1 1、有机质含量有机质含量 一般含量在一般含量在0-5%0-5%之间。之间。 泥炭土可高达泥炭土可高达20%20%或或30%30%以上以上 漠境土和砂质土壤不足漠境土和砂质土壤不足0.5%0.5%一般把

2、耕层含有机质一般把耕层含有机质20%以上的土壤，称为有机质土壤，以上的土壤，称为有机质土壤，在在20%以下的土壤，称为矿质土壤以下的土壤，称为矿质土壤(mineral soil)。目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言,北方北方土壤有机质含量高于南方土壤。土壤有机质含量高于南方土壤。土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%三、土壤有机质的类型三、土壤有机质的类型动、植物残体动、植物残体半分解的动、植物残体半分解的动、植物残体 腐殖物质腐殖物质四、有机质的组成四、有机质的组成(1) 化学元素组成土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N，C/N比大约

3、在1012之间。(2) (2) 化合物组成可分为化合物组成可分为: : 决定土壤有机质含量的因素： 进入土壤的有机物质数量 土壤有机质的损失量 土壤有机碳的平衡 土壤有机质在水分、空气、土壤动物和土壤有机质在水分、空气、土壤动物和土壤微生物的作用下，发生极其复杂的转土壤微生物的作用下，发生极其复杂的转化过程，这些过程综合起来可归结为两个化过程，这些过程综合起来可归结为两个对立的过程，即土壤有机质的对立的过程，即土壤有机质的矿质化过程矿质化过程和和腐殖化过程腐殖化过程。土壤有机质的转化第二节第二节 土壤有机质的分解和转化土壤有机质的分解和转化R（C，4H，养分）+ 2O2 CO2 + 2H2O

4、+ 能量+养分 酶氧化一、土壤有机质的矿化过程一、土壤有机质的矿化过程1、矿化作用矿化作用(Mineralization)* 土壤有机质在土壤微生物及其酶的作用下，分解成二氧化碳和水，并释放出其中的矿质养分的过程(指复杂的有机质在微生物的作用下，转化为简单的无机物的过程)。2、矿化过程水的淋溶过程动物转化过程微生物的转化过程*1. 化学的转化过程化学的转化过程水的淋溶作用水的淋溶作用降水可将土壤有机质中可溶性的降水可将土壤有机质中可溶性的物质洗出。这些物质包括简单的物质洗出。这些物质包括简单的糖、有机酸及其盐类、氨基酸、糖、有机酸及其盐类、氨基酸、蛋白质及无机盐等。蛋白质及无机盐等。 酶的作用

5、酶的作用酶在土壤有机质转化过程中起着巨酶在土壤有机质转化过程中起着巨大作用，几乎大部分的生物转化过大作用，几乎大部分的生物转化过程都是在酶的作用下完成的。程都是在酶的作用下完成的。土壤有机质的转化2. 动物的转化过程动物的转化过程从原生动物到脊椎动物，大多数以植物及植物残体为食。在森林从原生动物到脊椎动物，大多数以植物及植物残体为食。在森林土壤中，生活着大量的各类动物，如温带针阔混交林下每公顷蚯土壤中，生活着大量的各类动物，如温带针阔混交林下每公顷蚯蚓可达蚓可达258258万条等，可见活动物对有机质的转化起着极为重要的作万条等，可见活动物对有机质的转化起着极为重要的作用。用。机械的转化机械的转

6、化土壤有机质的转化经过动物吞食的有机物（植物残体）未被动经过动物吞食的有机物（植物残体）未被动物吸收部分，经过肠道，以排泄物或粪便的物吸收部分，经过肠道，以排泄物或粪便的形式排到体外，已经经过动物体内分解或半形式排到体外，已经经过动物体内分解或半分解。分解。 动物将植物或残体碎解，或将植物残体进动物将植物或残体碎解，或将植物残体进行机械的搬进及与土粒混合，均可促进有行机械的搬进及与土粒混合，均可促进有机物被微生物分解。机物被微生物分解。化学的转化化学的转化3. 微生物的转化过程微生物的转化过程是土壤有机质转化最重要的最积极的过程，有多种酶参是土壤有机质转化最重要的最积极的过程，有多种酶参与了催

7、化。与了催化。不含氮的有机物的转化不含氮的有机物的转化含氮有机物的转化含氮有机物的转化含磷有机物的转化含磷有机物的转化含硫有机物的转化含硫有机物的转化土壤有机质的转化4微生物的转化过程*微生物是土壤有机质转化的主要动力微生物是土壤有机质转化的主要动力(1)不含氮的有机物的转化不含氮的有机物的转化主要是碳水化合物，如糖类、纤维类、半纤维类、脂肪和木质素等。主要是碳水化合物，如糖类、纤维类、半纤维类、脂肪和木质素等。在低温、嫌气条件下在低温、嫌气条件下,有机酸变为有机酸变为CO2和和H2O的过程受到阻碍的过程受到阻碍,产产生有机酸的累积生有机酸的累积,从而造成植物根系萎缩、腐烂。从而造成植物根系萎

8、缩、腐烂。 如：如：甲酸甲酸3.210-3 M、乙酸、乙酸4.610-3 M、 正丁酸正丁酸710-4 M，就会对植物根系产生较严重的危害。就会对植物根系产生较严重的危害。 解决办法：解决办法：排水晒田、施草木灰（中和酸、补充排水晒田、施草木灰（中和酸、补充K素）素） 有机肥施用前进行堆沤。有机肥施用前进行堆沤。(1)不含氮的有机物的转化不含氮的有机物的转化主要是碳水化合物，如糖类、纤维类、半纤维类、脂肪和木质素等。主要是碳水化合物，如糖类、纤维类、半纤维类、脂肪和木质素等。好气条件下好气条件下生成简单的有机酸、醇、酮类，最后完生成简单的有机酸、醇、酮类，最后完全分解成全分解成COCO2 2和

9、水和水，同时释放热量。，同时释放热量。通气不良条件下通气不良条件下形成有机酸类中间产物，最后产生甲烷、形成有机酸类中间产物，最后产生甲烷、氢气等氢气等还原性物质还原性物质。土壤有机质的转化（2）含氮有机物的转化）含氮有机物的转化土壤中含氮有机物可分为两种类型：一是土壤中含氮有机物可分为两种类型：一是蛋白质类型蛋白质类型，如各种类，如各种类型的蛋白质；二型的蛋白质；二是非蛋白质型是非蛋白质型，如几丁质、尿素和叶绿素等。土，如几丁质、尿素和叶绿素等。土壤中含氮的有机物在土壤微生物作用下，最终分解为无机态氮壤中含氮的有机物在土壤微生物作用下，最终分解为无机态氮（NHNH4 4+ +NN和和NONO3

10、 3- -NN）。）。水解过程水解过程蛋白质蛋白质多肽多肽氨基酸氨基酸氨化过程氨化过程氨基酸分解产生氨基酸分解产生NH3硝化过程硝化过程反硝化过程反硝化过程NH3氧化生成硝酸。氧化生成硝酸。硝态氮还原成气态氨的过程。硝态氮还原成气态氨的过程。土壤有机质的转化44含氮化合物含氮化合物(nitrogen compound)的矿质化的矿质化蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 NH4 NO3- N素同化素同化 N素生物固定与有效化过程与有机物素生物固定与有效化过程与有机物C/N比密切相关。比密切相关。 C/N25时，产生时，产生N素生物固定素生物固定 C/N25时，产生时，产生N素有效化。素有效化。 豆科绿肥

11、（三叶草等）豆科绿肥（三叶草等） C/N小，施入土壤后能提供小，施入土壤后能提供N素（素（N素素有效化）。禾本科作物秸秆有效化）。禾本科作物秸秆C/N大，直接还田易造成大，直接还田易造成M与作物争夺与作物争夺N素，造成素，造成N素的生物固定。素的生物固定。 秸秆还田应配施化学秸秆还田应配施化学N肥：肥： 一般亩施秸秆一般亩施秸秆300400kg，需要配施化学纯，需要配施化学纯N 34kg。磷细菌 水解 KNaCa2但在嫌气条件下，很多嫌气性土壤微生物能引起磷酸还原但在嫌气条件下，很多嫌气性土壤微生物能引起磷酸还原作用，产生亚磷酸，并进一步还原成作用，产生亚磷酸，并进一步还原成磷化氢磷化氢。 (

12、三三)脂肪脂肪(fattiness)、树脂、树脂(pitch)、蜡质、蜡质(waxiness)、单宁单宁(tannin)的矿质化的矿质化 这类有机物的矿质化过程与碳水化合物基本相同，不同之点是在这类有机物的矿质化过程与碳水化合物基本相同，不同之点是在嫌气条件下产生多酚化合物，这是形成腐殖质的基本材料。嫌气条件下产生多酚化合物，这是形成腐殖质的基本材料。 （四）木质素（四）木质素(xylogen)的矿质化的矿质化 木质素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中真菌和放线菌作用下木质素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中真菌和放线菌作用下缓慢的转化，最终产物是缓慢的转化，最终产物是CO2和和H2O，但往往

13、只有，但往往只有50%可形成最终产物，可形成最终产物，其余仅为降解产物，作为形成腐殖质的原始材料。其余仅为降解产物，作为形成腐殖质的原始材料。 土壤有机质因矿质化作用每年损失的量占土壤有机质总土壤有机质因矿质化作用每年损失的量占土壤有机质总量的百分数称有机质的矿化率量的百分数称有机质的矿化率(percent mineralization)。 矿化率矿化率一般在一般在1%3%。由于土壤有机质的矿化率与有机氮的矿。由于土壤有机质的矿化率与有机氮的矿化率同步，因而可通过测定土壤有机氮的矿化率来代表有机质的矿化率。化率同步，因而可通过测定土壤有机氮的矿化率来代表有机质的矿化率。 土壤中简单有机化合物分

14、解的难易顺序土壤中简单有机化合物分解的难易顺序 单糖、淀粉和简单蛋白质单糖、淀粉和简单蛋白质 粗蛋白质粗蛋白质 半纤维素半纤维素 纤维素纤维素 脂肪、蜡质等脂肪、蜡质等 木质素木质素容易 难二、植物残体二、植物残体(dead plant part)的分解和转化的分解和转化 1、可溶性有机化合物以及部分类似有机物入土壤后的头几个月可溶性有机化合物以及部分类似有机物入土壤后的头几个月很快矿化很快矿化 。 2、残留在土壤中的木质素、蜡质以及第一阶段未被矿化的植物、残留在土壤中的木质素、蜡质以及第一阶段未被矿化的植物残体碳相对缓慢分解。残体碳相对缓慢分解。三、土壤腐殖物质三、土壤腐殖物质(humic

15、substances)的分解和的分解和转化转化 1、腐殖质经过物理化学作用和生物降解，使其芳香结构核心、腐殖质经过物理化学作用和生物降解，使其芳香结构核心与其复合的简单有机物分离，或是整个复合体解体。与其复合的简单有机物分离，或是整个复合体解体。 2、释放的简单有机物质被分解（矿化）和转化，酚类聚合物、释放的简单有机物质被分解（矿化）和转化，酚类聚合物被氧化。被氧化。 3、脂肪酸、脂肪酸(fatty acid)被分解，被释放的芳香族化合物（如酚类）被分解，被释放的芳香族化合物（如酚类）参与新腐殖质的形成。参与新腐殖质的形成。 有机残体有机残体降解降解CO2（2/3以上）以上）残留土壤部分残留土

16、壤部分土壤微生物量土壤微生物量多糖类、有机酸类等非多糖类、有机酸类等非腐殖质物质腐殖质物质腐殖质腐殖质（3%-8%）（10%-30%）（3%-8%）土壤有机质的转化二、土壤有机质的腐殖化过程二、土壤有机质的腐殖化过程1、概念：腐殖化过程、概念：腐殖化过程:(Humification)*各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物，这一过程称为腐殖化过程腐殖化过程。腐殖化系数腐殖化系数*：单位重量的有机物质碳在土壤中分解一年后的残留碳量。41 1 产生构成腐殖质基本组成的原始材料（简单有机物）产生构成腐殖质基本组成的原始材料（简单有

17、机物）2 合成阶段合成阶段 多元酚多元酚土壤腐殖质的形成途径土壤腐殖质的形成途径还原糖形成途径还原糖形成途径多元酚理论多元酚理论Selman Waksman 木质素木质素蛋白质理论蛋白质理论腐植化作用腐植化作用有机质的分解与合成示意图有机质的分解与合成示意图腐殖质形成过程腐殖质形成过程 土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程是即互相对立，土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程是即互相对立，又互相联系，即互相独立，又互相渗透的两个过程。又互相联系，即互相独立，又互相渗透的两个过程。 矿质化过程是有机质释放养分的过程矿质化过程是有机质释放养分的过程，又是为腐殖质合，又是为腐殖质合成提供原料的过程，没有矿质

18、化过程就没有腐殖化过程；成提供原料的过程，没有矿质化过程就没有腐殖化过程；同时腐殖化过程的产物同时腐殖化过程的产物腐殖质并不是一成不变的，它腐殖质并不是一成不变的，它可以再经矿质化过程而释放养分以供植物吸收利用。可以再经矿质化过程而释放养分以供植物吸收利用。 三、矿质化和腐殖化过程的关系三、矿质化和腐殖化过程的关系土壤有机质的转化 在好氧条件下在好氧条件下，微生物活动旺盛，分解作用可进行较快而彻底，有机物质-CO2和H2O，而N、P、S等则以矿质盐类释放出来。 在嫌气条件下在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，分解作用进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇等中间产物中间产物。 在极端

19、嫌气的情况下在极端嫌气的情况下，还产生CHCH4 4、H H2 2等还原物等还原物质质，其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。注 意有机质是土壤中最活跃的物质组成。有机质是土壤中最活跃的物质组成。u一方面一方面，外来有机物质不断地输入土壤，并经微生物，外来有机物质不断地输入土壤，并经微生物的分解和转化形成新的腐殖质；的分解和转化形成新的腐殖质；u另一方面另一方面，土壤原有有机质不断地被分解和矿化，离，土壤原有有机质不断地被分解和矿化，离开土壤。进入土壤的有机物质与有机碳从土壤中损失之开土壤。进入土壤的有机物质与有机碳从土壤中损失之间的平衡决定了土壤有机质的含量。间的平衡决定了土壤有机质的含

20、量。凡是能影响微生物活动及其生理作用的因素凡是能影响微生物活动及其生理作用的因素都会影响有机物质的分解和转化。都会影响有机物质的分解和转化。土壤有机质的转化三、影响有机物质的分解和转化的因素：三、影响有机物质的分解和转化的因素：1. 温度温度微生物活动响应于温度变化：微生物活动响应于温度变化：l0 :无分解。无分解。l 0-35:分解随温度而加强分解随温度而加强,每升温每升温10 ,分解速分解速 率提高率提高2-3倍。倍。l 25-35 ：最适分解温度。：最适分解温度。土壤有机质的转化l土壤水分对有机质分解和转化的影响是复杂的：土壤水分对有机质分解和转化的影响是复杂的：土壤中微生物的活动需要适

21、宜的土壤含水量，但土壤中微生物的活动需要适宜的土壤含水量，但过多的水分导致进入土壤的氧气减少，从而改变过多的水分导致进入土壤的氧气减少，从而改变土壤有机物质的分解过程和产物。土壤有机物质的分解过程和产物。l土壤有机质的分解和转化也受土壤干湿交土壤有机质的分解和转化也受土壤干湿交 替作用的影响替作用的影响2. 土壤水分与通气状况土壤水分与通气状况土壤有机质的转化有机物质组成的碳氮比（有机物质组成的碳氮比（C/NC/N）对其分解速度影响）对其分解速度影响很大。很大。 以以2525或或3030：1 1较为合适。较为合适。 C/N C/N降至大约降至大约2525：1 1以下，微生物不再利用土壤以下，微

22、生物不再利用土壤中的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放中的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放矿质态氮，矿质态氮，2、C/N比*3.植物残体的特性植物残体的特性1 1、物理状态、物理状态激发效应激发效应 (作用作用)(priming effect)：土壤中加入新鲜有机：土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有机质的降解。物质会促进土壤原有有机质的降解。 激发效应可以是正、也可以是负。激发效应可以是正、也可以是负。新鲜多汁的、幼嫩绿肥易于分解，磨细粉碎易于分解。新鲜多汁的、幼嫩绿肥易于分解，磨细粉碎易于分解。3 、硫、磷等元素缺乏也会抑制土壤有机质分解硫、磷等元素缺乏也会抑制土壤有机质分

23、解 对微生物来说，同化对微生物来说，同化1 1份氮到体内，必份氮到体内，必须相应需要约须相应需要约2 25 5份的碳。份的碳。l土壤质地在局部范围内影响土壤有机质的含量土壤质地在局部范围内影响土壤有机质的含量 土壤有机质的含量与其粘粒含量具有极显著的正相关。土壤有机质的含量与其粘粒含量具有极显著的正相关。 腐殖质与粘粒胶体结合形成的粘粒一腐殖质复合体，可防腐殖质与粘粒胶体结合形成的粘粒一腐殖质复合体，可防 止有机质遭受分解，免受微生物的破坏。止有机质遭受分解，免受微生物的破坏。l土壤土壤pH也也通过影响微生物的活性而影响有机质的降解通过影响微生物的活性而影响有机质的降解 各种微生物都有其最适宜

24、于活动的各种微生物都有其最适宜于活动的pH范围，中性、钙质丰富较好，范围，中性、钙质丰富较好，pH6.5-7.5。 pH过低过低(8.5)对一般的微生物都不大适宜对一般的微生物都不大适宜4. 土壤特性土壤特性土壤有机质的转化第三节第三节 土壤腐殖物质的形成和性质土壤腐殖物质的形成和性质 土壤腐殖质是褐色或暗褐色的，芳香族结土壤腐殖质是褐色或暗褐色的，芳香族结构的，具有多官能团的含氮的、复杂的构的，具有多官能团的含氮的、复杂的高高分子有机化合物分子有机化合物。 在土壤中，通常以腐殖酸盐的形态存在，在土壤中，通常以腐殖酸盐的形态存在，并与矿物粘粒结合形成复合物。并与矿物粘粒结合形成复合物。 第三节

25、第三节 土壤腐殖物质的形成和性质土壤腐殖物质的形成和性质 一、土壤腐殖质的分组一、土壤腐殖质的分组 目前常用的提取剂目前常用的提取剂 （1 1）0.1M NaOH0.1M NaOH溶液溶液 （2 2）0.1M NaOH0.1M NaOH + 0.1M + 0.1M 焦磷酸钠混合提取液焦磷酸钠混合提取液土壤腐殖质土壤有机质分组土壤有机质分组HA: humic acidFA: fulvic acidhuminSoil Organic Matersoil humusHumic substancesNon-humic substances）胡敏素胡敏素胡敏酸胡敏酸富里酸富里酸失去水溶性和碱溶性失去水溶

26、性和碱溶性不溶于酸不溶于酸溶于酸溶于酸腐殖酸腐殖酸占腐殖酸总量的占腐殖酸总量的60%60%左右左右土壤腐殖质二、土壤腐殖质的存在状态二、土壤腐殖质的存在状态游离态腐殖质游离态腐殖质结合态腐殖质结合态腐殖质与矿物成分中的强盐基化合成稳与矿物成分中的强盐基化合成稳定的盐类，主要为腐殖酸钙和镁定的盐类，主要为腐殖酸钙和镁与含水三氧化物与含水三氧化物如如Al2O3XH2OFe2O3yH2O化合成凝胶化合成凝胶体体与土壤黏粒结合成有机无机复合体与土壤黏粒结合成有机无机复合体土壤腐殖质游离态 很少结合态 52%-98%土壤有机无机复合体示意图土壤有机无机复合体示意图三、土壤腐殖酸的性质三、土壤腐殖酸的性质

27、 （一）物理性质（一）物理性质1、颜色 黑褐色，富里酸呈淡黄色，胡敏酸呈褐色2、溶解性 富里酸溶于水、酸、碱； 胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱； 富里酸的一价、二价盐溶于水，三价盐几乎不溶于水； 胡敏酸的一价盐溶于水，但二价、三价盐几乎不溶于水。3、吸水性 腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，最大吸水度达500，在湿度饱和的空气中，其湿度为200。强大的吸水性使土壤具有较强的持水供水能力。 4 4、腐殖质的分子结构、腐殖质的分子结构（1 1）腐殖酸的分子量有较大的差异。）腐殖酸的分子量有较大的差异。 （2 2）腐殖酸的分子形状）腐殖酸的分子形状 pH 2-3 pH 2-3 纤维、纤维束状纤维

28、、纤维束状 4-7 4-7 网状、海绵状网状、海绵状 8-9 8-9 页状页状 10 10 粒状粒状5.5.胶体特性胶体特性 土壤有机胶体的主要组成部分土壤有机胶体的主要组成部分HAHA的的3D3D优化结构模型优化结构模型 （二）腐殖酸的化学性质（二）腐殖酸的化学性质、腐殖质的组成胡敏素胡敏酸富里酸腐殖质、化学组成 我国主要土壤腐殖酸的元素组成元素（%）CHO+SNHA50-603.1-5.331-413.0-5.6FA45-534.0-4.840-482.5-4.3习惯上以58%为其平均值，故计算有机质的含量时，一般以1.724为折算系数。3、含氧官能团羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧

29、基等。种类种类 羧基羧基 酚羟基酚羟基 醇羟基醇羟基 醌基醌基 酮基酮基 甲氧基甲氧基 总酸度总酸度 HA 15-57 21-57 2-49 1-26 1-5 3-8 67FA 55-112 3-57 26-95 3-20 12-27 3-12 103腐殖质的含氧官能团含量（m mol M）.kg-14、腐殖酸的络合性络合物的稳定性随络合物的稳定性随pHpH值的升高而增大。值的升高而增大。在在Ph4.8Ph4.8时能与时能与FeFe、AlAl、CaCa等离子形成可溶性络等离子形成可溶性络合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。5、腐殖酸的电性腐殖酸是一种腐殖

30、酸是一种两性胶体两性胶体。即可以带负电荷，。即可以带负电荷，也可以带正电荷。而通常以带负电荷为主。也可以带正电荷。而通常以带负电荷为主。腐殖质的负电荷数量随腐殖质的负电荷数量随pHpH质的升高而升高。质的升高而升高。l负电荷来源于负电荷来源于 COOH =C=O -OCHCOOH =C=O -OCH3 3 OH OHl其中羧基是最重要的功能基团；腐殖质的总酸度通常其中羧基是最重要的功能基团；腐殖质的总酸度通常 是指羧基和酚羟基的总和。是指羧基和酚羟基的总和。l总酸度以胡敏素、胡敏酸和富里酸的次序增加。总酸度以胡敏素、胡敏酸和富里酸的次序增加。 （三）腐殖质的稳定性与变异性在温带条件下，一般植物

31、残体的在温带条件下，一般植物残体的半分解周期半分解周期少于少于3 3个个月，植物残体形成的新的有机质的月，植物残体形成的新的有机质的半分解期半分解期为为4.7-94.7-9年，而胡敏酸的年，而胡敏酸的平均停留平均停留时间为时间为780-3000780-3000年，富里年，富里酸的酸的平均停留平均停留为为200-630200-630年。年。l抵抗微生物分解能力很强，分解周转所需时间短的抵抗微生物分解能力很强，分解周转所需时间短的1010年，年，长的几百年。刚形成的腐殖质半衰期长的几百年。刚形成的腐殖质半衰期4.7-94.7-9年。其稳定性与团年。其稳定性与团粒结构的稳定性有关。粒结构的稳定性有关

32、。l不同土壤的腐殖质其稳定性差异很大不同土壤的腐殖质其稳定性差异很大, ,一般自然土壤大于耕一般自然土壤大于耕地土壤。地土壤。2、腐殖质的变异性、腐殖质的变异性HA/FAHA/FA值：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。是表示土壤腐殖质成份变值：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。异的指标之一。 HA/FA的比值为何可的比值为何可以作为衡量土壤腐殖以作为衡量土壤腐殖质的品质？质的品质？从胡敏酸和富里酸的化学性质上来考虑从胡敏酸和富里酸的化学性质上来考虑胡敏酸及其盐类在环境条件发生变化时，胡敏酸及其盐类在环境条件发生变化时，其化学性质不变，成为不溶于水的，较稳定其化学性质

33、不变，成为不溶于水的，较稳定的黑色物质；富里酸在水中溶解度很大，的黑色物质；富里酸在水中溶解度很大，其水溶液呈酸性反应，它的一切盐类都溶与其水溶液呈酸性反应，它的一切盐类都溶与水，易造成养分流失。水，易造成养分流失。土壤腐殖质l一般我国北方的土壤，特别一般我国北方的土壤，特别干旱区与半干旱区干旱区与半干旱区的的土壤腐殖质以胡敏酸为主：土壤腐殖质以胡敏酸为主： HA/FAHA/FA比大于比大于1.01.0 l而在温暖潮湿的南方的而在温暖潮湿的南方的酸性土壤酸性土壤中，土壤中以富中，土壤中以富 里酸为主：里酸为主： HA/FA比一般小于比一般小于1l在同一地区，在同一地区，水稻土水稻土的腐殖质的的

34、腐殖质的HA/FA HA/FA 比比大于旱地大于旱地。 l在同一地区，在同一地区，熟化程度高熟化程度高的土壤的的土壤的HA/FA比较高比较高。 土壤腐殖质土类名称土类名称有机碳有机碳（）（）占全碳（）占全碳（）胡敏酸胡敏酸/ /富里酸富里酸活性胡敏活性胡敏酸（占胡酸（占胡敏酸总量敏酸总量）胡敏酸胡敏酸富里酸富里酸棕色针叶林土棕色针叶林土5.285.2819.6019.6033.2033.200.590.599.189.18暗暗 棕棕 壤壤5.245.2425.7225.7229.6729.670.810.8171.0571.05白浆化暗棕壤白浆化暗棕壤（森林黑灰土）（森林黑灰土）6.106.1

35、028.328.326.426.41.071.07中国自然植被下森林土壤的腐殖质组成中国自然植被下森林土壤的腐殖质组成土壤腐殖质第四节土壤有机质的作用及管第四节土壤有机质的作用及管理理 一、在土壤肥力一、在土壤肥力(soil fertility)上的作用上的作用 1、提供植物需要的养分、提供植物需要的养分(养分较完全养分较完全) l 碳素营养碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年释放：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年释放 的的CO2达达1.351011吨，相当于陆地植物的需要量。吨，相当于陆地植物的需要量。l 氮素营养氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的：土壤有机质中的氮素占全

36、氮的92-98% l磷素营养磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%l其他营养其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素等营养元素。（2 2）促进植物生长发育）促进植物生长发育l胡敏酸可以加强植物呼吸过程，提高细胞膜的胡敏酸可以加强植物呼吸过程，提高细胞膜的渗透性，促进养分迅速进入植物体渗透性，促进养分迅速进入植物体 。l胡敏酸钠盐对植物根系生长具有促进作用胡敏酸钠盐对植物根系生长具有促进作用 l土壤有机质中还含有维生素土壤有机质中还含有维生素B1B2B1B2、吡醇酸和烟碱酸、吡醇酸和烟碱酸、激素、异生长素（激素、异生长素（吲哚乙酸）、抗生素（

37、链霉素、吲哚乙酸）、抗生素（链霉素、青霉素）等对植物的生长起促进作用，并能增强植物抗青霉素）等对植物的生长起促进作用，并能增强植物抗性。性。 有机质的作用和调节OM矿质化过程中产生的有机酸，腐殖化过程中产生的腐殖酸，矿质化过程中产生的有机酸，腐殖化过程中产生的腐殖酸，一方面促进土壤矿质养分溶解释放养分；一方面促进土壤矿质养分溶解释放养分；另一方面可以络合金另一方面可以络合金属离子，减少金属离子对属离子，减少金属离子对P的固定，提高的固定，提高P的有效性的有效性。（3 3）改善土壤的物理性质）改善土壤的物理性质l腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂，形成团粒状腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂，形成团粒状

38、结构，从而增加土壤的疏松性，改善土壤的通气结构，从而增加土壤的疏松性，改善土壤的通气性和透水性。性和透水性。l改良土壤结构，促进团粒结构的形成，增加土壤的改良土壤结构，促进团粒结构的形成，增加土壤的疏松性，改善土壤的通气性和透水性。疏松性，改善土壤的通气性和透水性。l土壤腐殖质是亲水胶体，具有巨大的比表面积和亲水基土壤腐殖质是亲水胶体，具有巨大的比表面积和亲水基团，能提高土壤的有效持水量。团，能提高土壤的有效持水量。 l腐殖质为棕色至褐色或黑色物质，增加了土壤吸热腐殖质为棕色至褐色或黑色物质，增加了土壤吸热的能力，提高土壤温度。的能力，提高土壤温度。 有机质的作用和调节（4 4）促进微生物和动

39、物的活动）促进微生物和动物的活动l土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和 能量的主要来源。能量的主要来源。 l土壤动物中有的（如蚯蚓等）也以有机质为食物土壤动物中有的（如蚯蚓等）也以有机质为食物 和能量来源和能量来源。 有机质的作用和调节（5 5）提高土壤的保肥性和缓冲性）提高土壤的保肥性和缓冲性l 土壤腐殖质有着巨大的比表面和表面能，具有土壤腐殖质有着巨大的比表面和表面能，具有 较强的吸附较强的吸附能力，腐殖质胶体以带负电荷为主，从而可吸附土壤溶液中能力，腐殖质胶体以带负电荷为主，从而可吸附土壤溶液中的交换性阳离子，因此，土壤有机质具有巨大的保肥能力

40、。的交换性阳离子，因此，土壤有机质具有巨大的保肥能力。 l腐殖酸本身是一种弱酸，腐殖酸和其盐类可构成腐殖酸本身是一种弱酸，腐殖酸和其盐类可构成缓冲体系，因此，使土壤具有较强的缓冲性能缓冲体系，因此，使土壤具有较强的缓冲性能 。有机质的作用和调节胶体对阳离子吸附能力比较（胶体对阳离子吸附能力比较（cmol/kg） 胶体类型胶体类型 有机胶体高岭石有机胶体高岭石 蒙脱石蒙脱石 吸附力吸附力150 450（平均（平均350） 3 5 80 100 腐殖质含有多种功能团，遇腐殖质含有多种功能团，遇OH时，电离出时，电离出H与之作用生与之作用生成水对碱緩冲；遇成水对碱緩冲；遇H时则由于带负电荷而吸附时则

41、由于带负电荷而吸附H对酸緩冲；对酸緩冲； 同时，由于腐殖质胶体带负电荷，可吸附土壤溶液中盐基同时，由于腐殖质胶体带负电荷，可吸附土壤溶液中盐基离子，对肥料起緩冲作用。离子，对肥料起緩冲作用。（6 6）有机质具有活化磷的作用）有机质具有活化磷的作用土壤中的磷一般不以速效态存在，常以迟效态和缓效态土壤中的磷一般不以速效态存在，常以迟效态和缓效态存在，因此土壤中磷的有效性低。存在，因此土壤中磷的有效性低。土壤有机质具有与难溶性的磷反应的特性，可增加磷的土壤有机质具有与难溶性的磷反应的特性，可增加磷的溶解度，从而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率。溶解度，从而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率。 注意

42、注意:有机质在分解时，也能产生一些不利于植物生长或甚至有机质在分解时，也能产生一些不利于植物生长或甚至有害的中间物质，特别是在嫌气条件下，这种情况更易有害的中间物质，特别是在嫌气条件下，这种情况更易发生发生 。有机质的作用和调节二、改善生态环境二、改善生态环境(ecological environment) 1、络合重金属离子、络合重金属离子(heavy-metal ion)，减轻重金属污染；，减轻重金属污染； 腐殖酸是重金属离子的络合剂腐殖酸是重金属离子的络合剂 2、减轻农药残毒、减轻农药残毒(toxicity of pesticide residue) 可以通过静电吸附和络合（螯合）、还原

43、作用来实现。可以通过静电吸附和络合（螯合）、还原作用来实现。 如胡敏酸将如胡敏酸将Cr6+还原为还原为Cr3+，然后形成稳定的复合体。，然后形成稳定的复合体。土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲和力，对有机污染物土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲和力，对有机污染物在土壤中的生物活性、残留、生物降解、迁移和蒸发等过程有重在土壤中的生物活性、残留、生物降解、迁移和蒸发等过程有重要的影响。要的影响。p土壤有机质与重金属离子的络合作用对土壤和水体中重金属离子的固土壤有机质与重金属离子的络合作用对土壤和水体中重金属离子的固定和迁移有重要影响。定和迁移有重要影响。 金属金属富啡酸复合体稳定常数：富啡

44、酸复合体稳定常数： Fe3+ Al3+ Cu2+ Ni2+ Co2+ Pb2+ Ca2+ Zn2+ Mn2+ Mg2+ p腐殖物质腐殖物质金属离子复合体的稳定常数反映了金属离金属离子复合体的稳定常数反映了金属离子与有机配位体之间的亲和力，对重金属环境行为的子与有机配位体之间的亲和力，对重金属环境行为的了解有重要价值。了解有重要价值。 稳定常数常受稳定常数常受pH值得影响，稳定常数在较高值得影响，稳定常数在较高pH时时稍大。主要是因为羧基等功能基在较高稍大。主要是因为羧基等功能基在较高pH条件下有较条件下有较高的解离度。在低高的解离度。在低pH时，由于时，由于H+与金属离子一起竞争与金属离子一起

45、竞争配位体的吸附位，腐殖酸络合的金属离子较少。配位体的吸附位，腐殖酸络合的金属离子较少。p 重金属离子的存在形态受腐殖酸物质的络合作用和重金属离子的存在形态受腐殖酸物质的络合作用和氧化还原作用的影响氧化还原作用的影响p腐殖酸对无机矿物有一定的溶解作用腐殖酸对无机矿物有一定的溶解作用 实际上是其对金属离子的络合、吸附和还原作用的实际上是其对金属离子的络合、吸附和还原作用的综合结果。综合结果。 胡敏酸作为还原剂可将有毒的胡敏酸作为还原剂可将有毒的Cr6+还原为还原为Cr3+ ， Cr3+能与胡敏酸上的羧基形成稳定的复能与胡敏酸上的羧基形成稳定的复合体，从而限制了动植物对它的吸收。合体，从而限制了动

46、植物对它的吸收。 腐殖物质能将腐殖物质能将V5+还原为还原为V4+, Hg2+还原为还原为Hg, Fe3+还原为还原为Fe2+, U6+还原为还原为U4+, 3 3、全球、全球C C平衡的重要平衡的重要C C库（含库（含C C平均为平均为58%58%）。）。 土壤有机质是全球土壤有机质是全球C平衡的重要平衡的重要C库。库。 全球土壤有机质总碳量全球土壤有机质总碳量： 141017151017g 陆地生物总碳量陆地生物总碳量： 5.61017g 全球每年土壤有机质生物分解释放到大气中的总碳量全球每年土壤有机质生物分解释放到大气中的总碳量：681015g 全球每年因焚烧燃料释放到大气中的总碳量全球

47、每年因焚烧燃料释放到大气中的总碳量： 61015g 土壤有机碳水平的不断下降，对全球气候变化的影响不土壤有机碳水平的不断下降，对全球气候变化的影响不亚于人类活动向大气排放的影响。亚于人类活动向大气排放的影响。藻类和其它植物藻类和其它植物 湖泊湖泊 径流径流 三角洲三角洲 海洋海洋 海洋沉积物海洋沉积物 陆生植物陆生植物 土壤土壤 地下水地下水 泥炭泥炭 地衣、 苔藓和地衣、 苔藓和其它植物其它植物 藻类藻类 藻类藻类 河底沉积物河底沉积物 湖泊沉积物湖泊沉积物 三、其它方面作用三、其它方面作用 1、为、为M提供提供C源和源和N源；源； 2、OM含有多种生理活性物质，有利于植物生长；含有多种生理

48、活性物质，有利于植物生长； 3、腐殖酸在一定浓度下能促进、腐殖酸在一定浓度下能促进M和植物的生理活性。和植物的生理活性。四、土壤有机质的调节四、土壤有机质的调节为什么要对土壤有机质含量进行调节？为什么要对土壤有机质含量进行调节？l 有机质的矿化作用过于强烈有机质的矿化作用过于强烈，分解释放大量的无机养分不能，分解释放大量的无机养分不能及时被植物吸收利用，会随水流失。同时也会导致腐殖化形成及时被植物吸收利用，会随水流失。同时也会导致腐殖化形成的腐殖质也发生分解，更多地流失养分，的腐殖质也发生分解，更多地流失养分，土壤肥力下降。土壤肥力下降。l 有机质的矿化作用过于缓慢有机质的矿化作用过于缓慢，而

49、腐殖化过程强烈，而腐殖化过程强烈，则可供植，则可供植物生长的速效性养分不足，使植物营养不足，相反却形成大量物生长的速效性养分不足，使植物营养不足，相反却形成大量的腐殖质，进而造成有机物堆积形成大量的泥炭，的腐殖质，进而造成有机物堆积形成大量的泥炭，虽有大量的虽有大量的养分，但不能释放为植物所吸收利用。养分，但不能释放为植物所吸收利用。有机质的作用和调节土壤有机质含土壤有机质含量并非可以无量并非可以无限提高，在稳限提高，在稳定的生态系统定的生态系统中最终达到一中最终达到一个稳定值。个稳定值。一般在增加有机质的前提下，使土壤既有较强的矿一般在增加有机质的前提下，使土壤既有较强的矿质化过程，又有较强

50、的腐殖化过程。只有这样，才质化过程，又有较强的腐殖化过程。只有这样，才能满足植物在连续生产中对土壤肥力的要求。能满足植物在连续生产中对土壤肥力的要求。有机质的作用和调节（1）合理耕作制度（退化或熟化）合理耕作制度（退化或熟化） 可促进土壤有机质含量的提高并维持较高的水平。可促进土壤有机质含量的提高并维持较高的水平。（2）施用有机肥）施用有机肥l绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼 肥、河泥、塘泥等。肥、河泥、塘泥等。 l有机、无机肥料配合施用。有机、无机肥料配合施用。1. 如何提高土壤有机质含量？如何提高土壤有机质含量？有机质的作用和调节（3

51、）种植绿肥）种植绿肥l田菁田菁 紫云英紫云英 紫花苜蓿等紫花苜蓿等l休闲绿肥、套作绿肥休闲绿肥、套作绿肥 l因地制宜、充分用地、积极养地、养用结合因地制宜、充分用地、积极养地、养用结合 （4 4）秸秆还田）秸秆还田要注意秸秆的要注意秸秆的C/N比、破碎度、埋压深度以及比、破碎度、埋压深度以及土壤墒情、土壤墒情、 播种期远近、化肥施用量等。播种期远近、化肥施用量等。有机质的作用和调节调节土壤的调节土壤的C/N比比l C/N C/N 25 : 125 : 1，分解率适宜，分解率适宜l C/N 25 : 1C/N 25 : 1，分解率降低，分解率降低l C/N 25 : 1C/N 25 : 1，分解

52、率增大，分解率增大施氮肥施氮肥来调节来调节通过耕作和营林通过耕作和营林措施调节措施调节l 水分过多，挖沟排水水分过多，挖沟排水l 气候干冷，轻度火烧气候干冷，轻度火烧l 免耕、少耕技术免耕、少耕技术2. 调节土壤有机质的分解速率调节土壤有机质的分解速率有机质的作用和调节成都彭州市成都彭州市 秸秆直接还田秸秆直接还田 秸秆直接还田时注意配施速效性化学氮肥。秸秆直接还田时注意配施速效性化学氮肥。 过腹还田过腹还田 成都彭州市秸秆直接还田成都彭州市秸秆直接还田第五节第五节 森林土壤有机质森林土壤有机质 一、森林土壤有机质的特点主要体现在森林中绝大部分的有机残余物都累积在土壤表面且含有较多的不易分解的

53、木素、树脂和单宁等物质，极易形成腐殖质，这就是森林植物对土壤的生物自肥作用。森林土壤有机质森林土壤有机质二、改善森林土壤有机质分解营林措施：二、改善森林土壤有机质分解营林措施：1、通过主伐、疏伐等营林手段，降低林分郁闭度，增加林内光照，提高地温，促进分解。2、改变林分的树种组成，改善森林凋落物的组成分，以加速有机质的分解。3、进行适当的土壤改良措施，如挖设排水沟，清除部分凋落物，施用石灰或硫磺以调整土壤反应，耕松土壤等。一个碳原子的旅程一个碳原子的旅程据Garrels等（1975)计算：在大气圈中停留4年；在生物圈中停留11年；在海洋上层水域停留385年；在深海中停留10万年；在地壳中停留3.

54、421081. 1. 土壤有机质土壤有机质 2.2.土壤腐殖质土壤腐殖质 3. 3. 矿化作用矿化作用 4. 4. 腐殖化作腐殖化作用用 7. 7. 腐殖化系数腐殖化系数 8. C/N8. C/N1. 1. 什么叫土壤有机质什么叫土壤有机质? ?包括哪些形态包括哪些形态? ?其中哪种最重要其中哪种最重要? ?2. 2. 增加土壤有机质的方法有哪些增加土壤有机质的方法有哪些? ?你认为最有效是哪种你认为最有效是哪种? ?3. 3. 叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用? ?4. 4. 森林土壤有机质的特点及调节措施。森林土壤有机质的特点及调节措施。 5. 5. 影响土壤有机质转化的条件是什么影响土壤有机质转化的条件是什么? ?其中最主要的条其中最主要的条件是哪一种件是哪一种? ?为什么为什么? ?( (一一) )基本概念基本概念( ( 二）思考题二）思考题本章重点本章重点【教学目标【教学目标】 1. 土壤有机质概述 2 2.土壤有机质的转化 3 3.土壤腐殖质的形成 4 4.土壤有机质对土壤肥力的影响 5 5.提高土壤有机质的原则和途径