第三章土壤有機(jī)質(zhì)

第三章土壤有機(jī)質(zhì)第1頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)、土壤有機(jī)質(zhì)的組成與性質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源包括：

---植物殘?bào)w；

---動(dòng)物殘?bào)w；

---微生物的殘?bào)w；

---有機(jī)肥料；

---有機(jī)廢物；其中進(jìn)入土壤的植物殘?bào)w是最主要的來(lái)源。第2頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、土壤有機(jī)質(zhì)來(lái)源物的組成分植物殘?bào)w含水量一般在60-90%；干物質(zhì)中，90%以上為C，H，O三元素，N和灰分元素約占8%；植物殘?bào)w的有機(jī)化合物包括：

---碳水化合物，約占干物質(zhì)的60%；

---脂肪、臘質(zhì)、鞣酸等，1-8%；

---木質(zhì)素：10-30%；

---蛋白質(zhì)：1-15%；第3頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、土壤有機(jī)質(zhì)的存在形態(tài)土壤有機(jī)質(zhì)可以分為兩大類(lèi)：

---未分解或半分解的植物殘?bào)w組織，嚴(yán)格地說(shuō)，這些只能算土壤有機(jī)質(zhì)的原料；

---土壤腐植質(zhì)第4頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)、有機(jī)物質(zhì)在土壤中的轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)在土壤中經(jīng)歷各種復(fù)雜的轉(zhuǎn)化，可以歸納為兩個(gè)方向：

---分解過(guò)程（礦質(zhì)化過(guò)程）：復(fù)雜有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單的物質(zhì)，最后形成CO2，H2O和無(wú)機(jī)鹽；

---合成過(guò)程（腐植化過(guò)程）：形成更復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)（腐植質(zhì)）的過(guò)程。第5頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化過(guò)程有機(jī)質(zhì)的礦化過(guò)程是在各種微生物的作用下進(jìn)行的，不同的有機(jī)組分，由不同的微生物起主要分解作用。在不同的條件下，分解的速度和產(chǎn)物不同。第6頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（一）糖類(lèi)的分解多糖（淀粉和纖維素）葡萄糖酒精醋酸CO2+H2O

（好氣分解）丁酸甲烷+CO2

（嫌氣分解）第7頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）單寧、脂肪、木質(zhì)素的分解甘油脂肪脂肪酸按碳水化合物分解單寧和木質(zhì)素的分解比脂肪更慢。第8頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（三）含N有機(jī)化合物的分解包括蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、酰胺、有機(jī)堿、尿素、腐植質(zhì)等；含N有機(jī)物在多種微生物的作用下，進(jìn)行水解、氨化、硝化等過(guò)程，最后轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)N素。第9頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（四）含硫有機(jī)物的分解主要是含硫蛋白質(zhì)；含S有機(jī)物含S氨基酸

SH2SO4（好氣條件）

H2SH2S累積（嫌氣條件）第10頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（五）含磷有機(jī)物的分解包括蛋白質(zhì)、核酸、磷脂、植素、腐植質(zhì)等；分解后可以釋放出無(wú)機(jī)磷。第11頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、土壤有機(jī)質(zhì)的腐植質(zhì)化過(guò)程進(jìn)入土壤的有機(jī)質(zhì)在微生物進(jìn)行的生化過(guò)程和一些純化學(xué)過(guò)程的共同作用下，形成腐植質(zhì)的過(guò)程。腐植質(zhì)是由土壤有機(jī)物質(zhì)（或原有的腐植質(zhì)）的有機(jī)分解產(chǎn)物重新合成而成的。其形成是一個(gè)復(fù)雜的、多途徑的過(guò)程。目前關(guān)于腐植質(zhì)形成的主要學(xué)說(shuō)有四：糖-胺縮合學(xué)說(shuō)、多酚學(xué)說(shuō)、起源于木質(zhì)素的多酚學(xué)說(shuō)、木質(zhì)素學(xué)說(shuō)。這幾種途徑在土壤中可能都存在，但在不同條件下的重要性不同。第12頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一般以腐植化系數(shù)衡量植物殘?bào)w對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)形成量貢獻(xiàn)的大小。單位重量有機(jī)碳在土壤中分解一年后殘留碳的分?jǐn)?shù)，稱為腐植化系數(shù)。第13頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三農(nóng)田土壤中有機(jī)物料的腐植化系數(shù)有機(jī)物料江南地區(qū)華南地區(qū)稻桿范圍0.15-0.260.19-0.43平均0.20(27)0.24(10)稻根范圍0.33-0.510.32-0.51平均0.42(27)0.38(8)綠肥范圍0.16-0.370.16-0.33平均0.24(33)0.23(32)第14頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、影響有機(jī)物轉(zhuǎn)化的條件有機(jī)殘?bào)w的組成與狀態(tài)土壤環(huán)境條件第15頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（一）有機(jī)殘?bào)w的組成與狀態(tài)

1、物理狀態(tài)多汁、幼嫩的植物殘?bào)w比干枯、老化的植物殘?bào)w容易分解；粉碎的植物殘?bào)w比未粉碎的容易分解。

2、有機(jī)物組成糖、淀粉、蛋白質(zhì)>半纖維素>纖維素、木質(zhì)素、脂肪、臘質(zhì)

第16頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三不同有機(jī)成分在土壤中的分解速率第17頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.有機(jī)殘?bào)w的C/N比C/N~25：1時(shí)，最有利于有機(jī)殘?bào)w的分解C/N<25：1時(shí)，分解過(guò)程會(huì)釋放部分N供植物吸收；C/N>25:1時(shí)，微生物會(huì)與植物爭(zhēng)奪有效N第18頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(二)土壤環(huán)境條件土壤條件通過(guò)影響土壤微生物活動(dòng)而影響有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化.1、土壤濕度和通氣狀況：

---在適當(dāng)濕潤(rùn)而通氣良好的條件下，好氣微生物活動(dòng)強(qiáng)烈，有機(jī)質(zhì)進(jìn)行好氣分解，分解速度快，礦化率高，中間產(chǎn)物累積少，釋放出的礦質(zhì)養(yǎng)分多，但腐植化系數(shù)低，不利于腐植質(zhì)的累積。第19頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

---當(dāng)濕度過(guò)大，通氣條件不良，有機(jī)質(zhì)以嫌氣分解為主，分解速度慢，礦化率低，有機(jī)質(zhì)分解不完全，容易累積中間產(chǎn)物，對(duì)作物有毒害作用，腐植化系數(shù)高，有利于腐植質(zhì)的累積。第20頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、溫度狀況

---有機(jī)質(zhì)在0°C時(shí)就開(kāi)始有微弱分解，從0°C到35°C，有機(jī)質(zhì)分解作用逐漸增強(qiáng)；

---溫度進(jìn)一步升高，微生物活動(dòng)受到抑制，有機(jī)質(zhì)分解也減慢。

---當(dāng)溫度高于35°C，有機(jī)質(zhì)可能發(fā)生純化學(xué)的氧化分解作用。第21頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、酸堿度

大多數(shù)細(xì)菌最適合的pH范圍是6.5-7.5，放線菌略高，真菌略低。過(guò)酸或過(guò)堿（>8.5,<5.5)都不利于有機(jī)質(zhì)的分解。第22頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

4、土壤質(zhì)地

質(zhì)地通過(guò)影響土壤的通氣狀況而影響有機(jī)質(zhì)的分解。

---砂質(zhì)土中有機(jī)質(zhì)好氣分解旺盛，分解迅速；

---粘質(zhì)土中有機(jī)質(zhì)分解速度較砂質(zhì)土慢。第23頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.其他因素：---土壤溶液鹽分濃度高于0.2%時(shí)，有機(jī)質(zhì)分解受阻；---有毒重金屬和有機(jī)污染物也會(huì)阻礙有機(jī)質(zhì)的分解。第24頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三土壤分解速率隨時(shí)間的變化

第25頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)、土壤腐植質(zhì)通過(guò)土壤微生物的作用，在土壤中新合成的一類(lèi)分子量很大的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)化合物，稱為腐植質(zhì)。腐植質(zhì)是由多種有機(jī)化合物混合而成的混合物，而不時(shí)單一的化合物。腐植質(zhì)的主體是腐植酸，約占腐植質(zhì)的85%-90%。第26頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三胡敏酸腐植物質(zhì)富里酸（85-90%）胡敏素腐植質(zhì)簡(jiǎn)單化合物多糖類(lèi)

10-15%）氨基酸

多糖醛酸苷

第27頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

一、土壤腐植質(zhì)的分離、提取與組分

土壤(去除有機(jī)殘?bào)w)

用0.1MNaOH提取,過(guò)濾

黑色溶液胡敏素殘?jiān)?/p>

用HCl調(diào)節(jié)到pH2溶液-富里酸沉淀-胡敏酸第28頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、土壤腐植質(zhì)的組成與性質(zhì)（一）元素組成

---腐植質(zhì)主要由C、H、O、N、S、P等元素組成，最多的是C和C。還含有少量Ca，Mg，F(xiàn)e，Si等灰分元素。

---腐植質(zhì)的C:N:P:S大致為100-120:10:1:1,C/N比大約為10:12:1第29頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）分子結(jié)構(gòu)和分子量

---腐植酸的核心組成份是芳香族化合物，此外還有氨基酸、多肽及碳水化合物。---富里酸含羧基比胡敏酸多，所以酸性較強(qiáng)。

---富里酸的分子比胡敏酸小，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。第30頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Flaig的胡敏酸模型第31頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Stevenson的胡敏酸模型第32頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Schnitzer和Khan的富里酸模型第33頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Schulten的胡敏酸低(3)聚物分子的優(yōu)化3D結(jié)構(gòu)模型第34頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Schulten的胡敏酸低(10)聚物分子的優(yōu)化3D結(jié)構(gòu)模型第35頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（三）電性及陽(yáng)離子吸附能力

---腐植酸分子上有許多功能團(tuán)，主要的有羥基、酚羥基、醇羥基等。這些基團(tuán)的解離，是負(fù)（正）電荷的主要來(lái)源。

---腐植質(zhì)的負(fù)電荷屬于可變電荷，CEC在200-500cmol/kg之間，比無(wú)機(jī)膠體大。第36頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（四）溶解性

---胡敏酸不溶解于水，但其鉀、鈉、銨鹽可以溶于水。---富里酸的水溶性比胡敏酸高的多。第37頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（五）穩(wěn)定性穩(wěn)定性高，不易被分解。胡敏酸的穩(wěn)定性高于富里酸。耕作會(huì)大大降低腐植酸的穩(wěn)定性，加速其分解。第38頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（六）顏色腐植酸整體呈黑色；胡敏酸呈褐色，胡敏素為黑色，富里酸為黃色。第39頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤肥力的貢獻(xiàn)一、提供植物營(yíng)養(yǎng)（一）提供碳素營(yíng)養(yǎng)有機(jī)質(zhì)分解釋放CO2，釋放到大氣；根系可以直接吸收少量CO2。第40頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）提供礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)

---植物吸收的N，2/3來(lái)自土壤，其中80-97%存在于有機(jī)質(zhì)中。

---有機(jī)質(zhì)分解釋放出各種大量或微量元素，各種元素的比例更符合植物的需要。第41頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、提高土壤保水、保肥能力

---腐植質(zhì)有極強(qiáng)的吸水能力，可以大大提高土壤的保水能力；

---腐植質(zhì)的CEC是粘粒的2-3倍，可以明顯提高土壤吸附陽(yáng)離子的能力。

---通過(guò)基團(tuán)上H+離子的解離或吸附，可以緩沖土壤酸堿性的變化。第42頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、改善土壤物理性質(zhì)

---腐植質(zhì)的粘結(jié)力大于砂粒，小于粘粒，因此可以改善砂土或粘土的粘結(jié)性及耕性。

---促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，從而改善通透性；

---加深土色，提高土壤吸熱能力，增溫。第43頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、促進(jìn)土壤養(yǎng)分有效化

---有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生有機(jī)酸，有機(jī)酸通過(guò)絡(luò)合作用和溶解作用而提高土壤養(yǎng)分的有效性。第44頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第五節(jié)、土壤有機(jī)質(zhì)的平衡及管理一、土壤有機(jī)質(zhì)的平衡土壤有機(jī)質(zhì)的平衡取決于有機(jī)質(zhì)的添加量和有機(jī)質(zhì)的礦化量。

第45頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

1、有機(jī)質(zhì)的年礦化量（Y）

=表土有機(jī)質(zhì)總量*礦化率

有機(jī)質(zhì)的礦化率：每年因礦化作用而消耗的土壤有機(jī)質(zhì)占土壤有機(jī)質(zhì)總量的百分率。第46頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

2、進(jìn)入土壤的有機(jī)物形成的腐植質(zhì)量(X)=有機(jī)物添加量*腐植化系數(shù)

進(jìn)入土壤的有機(jī)質(zhì)包括從土壤外所有來(lái)源進(jìn)入土壤的有機(jī)質(zhì)的量。

若：Y=X平衡

Y<X累積

Y>X虧損第47頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

二、福建土壤有機(jī)質(zhì)狀況1、林地土壤>水田土壤>農(nóng)地土壤林地土壤平均有機(jī)質(zhì)含量=4.28±1.57%

水田土壤平均有機(jī)質(zhì)含量=2.76±0.3