任務(wù)三認(rèn)識(shí)土壤有機(jī)質(zhì)和土壤生物

任務(wù)三認(rèn)識(shí)土壤有機(jī)質(zhì)和土壤生物第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五一、土壤有機(jī)質(zhì)

廣義：存在于土壤中的各種含碳的有機(jī)物的總稱。它包括各種動(dòng)植物殘?bào)w，微生物體及其分解合成的有機(jī)物質(zhì)。狹義：專指土壤中的腐殖質(zhì)，但在測(cè)定過程中無法把未分解、半分解的動(dòng)植物殘?bào)w剔除掉，所以測(cè)定結(jié)果實(shí)際上還包括未分解、半分解的動(dòng)植物殘?bào)w在內(nèi)。有機(jī)質(zhì)的定義第二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五（一）土壤有機(jī)質(zhì)的來源

1、死亡的動(dòng)植物、微生物殘?bào)w。2、施入的農(nóng)家肥。3、工業(yè)及城市垃圾廢水、廢渣。原始土壤：微生物體是土壤OM的最早來源。自然土壤：是死亡的動(dòng)、植物，微生物殘?bào)w及植物的枯枝落葉，但基本來源是它上面生長的綠色植物。耕地土壤：可概括為兩個(gè)方面：（1）栽培作物的殘留物（2）施用的有機(jī)肥。其中后者其主導(dǎo)作用。第三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五（二）土壤OM的含量、組成及性質(zhì)

1.含量：土壤有機(jī)質(zhì)在自然土壤中差異很大，高的可超過20%，稱為有機(jī)質(zhì)土壤比如某些泥炭土，低于20%以下的土壤稱為礦質(zhì)土壤，礦質(zhì)土壤占絕大多數(shù)，有些低的不足0.5％，主要為一些漠境或沙漠土壤。

土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤肥力和植物生長起到良好的作用，在農(nóng)業(yè)上常把保持土壤有機(jī)質(zhì)平衡和逐步提高有機(jī)質(zhì)含量作為土壤培肥的中心環(huán)節(jié)。

我國土壤除了某些草甸土、東北黑土和某些自然土壤外，有機(jī)質(zhì)含量一般占土壤固相重量的5%以下，由南至北由西至東呈遞增趨勢(shì)，水田高于旱田，我省有機(jī)質(zhì)含量較低，平均在1%左右，土壤培肥任務(wù)艱巨。第四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五A：元素組成：主要是C（52-58%）、H（3.3-4.8%）、O（34-39%）、N（3.7-4.1%）其次是P、S。2.組成B:化學(xué)組成1、非腐殖物質(zhì)（非特異性物質(zhì)）指土壤中動(dòng)植物微生物殘?bào)w和它們不同階段的分解產(chǎn)物。包括：a、碳水化合物有單糖、多糖（淀粉纖維素木質(zhì)素果膠質(zhì)）等b、含氮化合物蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸等c、含磷化合物植素、核酸、磷脂等d、含硫化合物e、脂溶性物質(zhì)和木質(zhì)素2、腐殖質(zhì)（特異性物質(zhì)）是指有機(jī)生物殘?bào)w經(jīng)土壤微生物分解和再合成作用重新形成的一類特殊的高分子有機(jī)化合物。第五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五（三）土壤中有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化

礦質(zhì)化：有機(jī)質(zhì)在微生物的作用下分解為簡(jiǎn)單化合物同時(shí)釋放出礦質(zhì)養(yǎng)分的過程。腐殖化：有機(jī)質(zhì)在微生物的作用下合成為復(fù)雜穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程。第六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五1、土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化過程礦化分兩個(gè)階段：①有機(jī)物質(zhì)在微生物分泌出的體外酶的作用下將較復(fù)雜的有機(jī)物先分解成構(gòu)成該物質(zhì)的基礎(chǔ)有機(jī)化合物。②微生物吸收第一階段的降解產(chǎn)物，一部分作為建造自身的原料，一部分則被徹底轉(zhuǎn)化為最終分解產(chǎn)物，如CO2、H2O并釋放出無機(jī)鹽（如NH4+、SO42－、HPO42－等）。

土壤有機(jī)質(zhì)的分解程度常用礦化率來表示：土壤有機(jī)質(zhì)的礦化率——土壤每年因礦質(zhì)化作用所消耗的有機(jī)質(zhì)數(shù)量占土壤有機(jī)質(zhì)總量的百分?jǐn)?shù)。一般農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)礦化率在2—5%之間，自然土壤＜1%?？捎?jì)算土壤有機(jī)質(zhì)的消耗，例：一畝地表土重150000公斤，土壤有機(jī)質(zhì)含量為1%，土壤有機(jī)質(zhì)礦化率為3%，則礦化量為150000×1%×3%＝45公斤。第七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五（1）碳水化合物的分解多糖（淀粉、纖維素、半纖維素）首先在微生物分泌的水解酶的作用下水解為單糖。(C6H12O5)n+nH2OnC6H12O6單糖進(jìn)一步分解為更簡(jiǎn)單的物質(zhì)C6H12O6C2H5OH+2[O]CH3COOH+2O22C2H5OH+2CO2CH3COOH+H2O2CO2+2H2O通氣良好的條件下，單糖迅速分解，最終產(chǎn)生CO2

和H2O，同時(shí)釋放出大量熱量。第八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五

嫌氣條件下分解緩慢，并有大量的中間產(chǎn)物——有機(jī)酸的累積，最終產(chǎn)物除了CO2外，還有大量的還原性物質(zhì)CH4等產(chǎn)生，同時(shí)釋放出少量熱量。C6H12O6CH3CH2CH2COOH+2CO2+H22CH3CH2CH2COOH+2H2O5CH4+2CO2（2）含N有機(jī)物的分解

土壤中含N的有機(jī)物比如蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸、酰胺等也比較容易分解轉(zhuǎn)化，我們以土壤中主要的含N化合物——蛋白質(zhì)為例來介紹含N有機(jī)物的分解。第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五a：水解作用：蛋白質(zhì)水解蛋白質(zhì)消化蛋白質(zhì)多縮氨基酸（多肽）氨基酸b：氨化作用：氨基酸氨化微生物氧化、還原、水解等NH3+有機(jī)酸

氧化好氣分解CH2NH2COOH＋O2HCOOH＋CO2＋NH3

還原嫌氣分解CH2NH2COOH＋H2CH3COOH＋NH3

水解CH2NH2COOH＋H2OCH2(OH)COOH＋NH3第十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五c：硝化作用：在通氣良好的條件下，通過亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的作用將NH4+—N氧化為NO3-—N的過程。2NH3+3O2亞硝化細(xì)菌2HNO2+2H2O+158大卡2HNO2+O2硝化細(xì)菌2HNO3+42大卡（3）含磷有機(jī)物的分解核蛋白水解酶蛋白質(zhì)核酸核酸酶核苷酸核苷酸酶核苷H3PO4卵磷脂

磷酸脂酶磷酸甘油水解甘油H3PO4卵磷脂

磷酸脂酶磷酸甘油水解甘油H3PO4第十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五2、土壤中有機(jī)質(zhì)的腐殖化過程

腐殖化過程是土壤OM在微生物的作用下，合成復(fù)雜穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程，在其中主要是微生物主導(dǎo)的生物化學(xué)過程，當(dāng)然也可能有一些純化學(xué)過程。

關(guān)于腐殖化過程，目前還不是十分清楚，只是了解了它的一般輪廓，對(duì)于其中很多過程還有待于進(jìn)一步研究,各國土壤學(xué)家提出了多種腐殖質(zhì)形成假說，有植物物質(zhì)形成說、化學(xué)聚合說、細(xì)胞自溶說、微生物合成說，以原蘇聯(lián)Kononove的化學(xué)聚合說較普遍獲得公認(rèn)，腐殖質(zhì)的形成過程可分為兩個(gè)階段：第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五第一個(gè)階段：產(chǎn)生構(gòu)成腐殖質(zhì)分子原始材料木質(zhì)素降解產(chǎn)物中保留了原來的芳核結(jié)構(gòu)單位.有些微生物分解有機(jī)質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生多元酚類化合物微生物分泌的酚氧化酶氧化多元醌類化合物蛋白質(zhì)降解肽類、氨基酸、氨第二階段：上述原始材料通過縮合等酶促反應(yīng)和純化學(xué)反應(yīng)合成腐殖質(zhì)單體分子。比如醌能與氨基酸縮合成腐殖質(zhì)單體分子：第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五

進(jìn)入土壤的有機(jī)物究竟有多少能夠轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)可用腐殖化系數(shù)來表示：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的有機(jī)物料在土壤中分解一年后，殘留下來的量占施入量的百分?jǐn)?shù)。不同有機(jī)物料的腐解殘留率是不同的，同一有機(jī)物料在不同土壤上的腐解殘留率也不相同，耕地土壤一般為0.2~0.4之間。第十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五3、腐殖質(zhì)的分離、提取、組成和性質(zhì)A：腐殖質(zhì)的分離、提取a：腐殖質(zhì)與土壤礦物質(zhì)部分緊密結(jié)合在一起，形成復(fù)合體，不易分離。c：用一般的溶劑提取不完全，用劇烈的方法，有可能會(huì)引起有機(jī)分子的變性（包括：成分、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征的改變）。b：腐殖質(zhì)與非腐殖質(zhì)很難用溶劑來區(qū)分，也不可能用通常的物理方法來分離。腐殖質(zhì)的性質(zhì)分離提取面臨困難：第十五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五磨細(xì)過篩后的土樣水浮選、手挑、靜電吸附法或用比重為1.8-2.0的比重液未分解、半分解的動(dòng)植物殘?bào)w含腐殖質(zhì)的土樣稀NaOH浸提過濾黑色殘余物（胡敏酸）溶液HCl或H2SO4酸化

過濾褐色沉淀黃色溶液（褐腐酸）富里酸（黃腐酸）腐殖質(zhì)的性質(zhì)分離提取一般方法：第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五

化學(xué)組成：腐殖質(zhì)的化學(xué)組成中主要是C、H、O、N、P、S，還有少量的Ca、Mg、Fe、Si等灰分元素。

功能團(tuán)組成：腐殖質(zhì)組分中有許多的功能團(tuán)，其中最主要的是含氧功能團(tuán)，比如：羧基R—COOH、酚式羥基（—OH）、醇羥基（R—OH）、甲氧基—OCH3，醌基，正是由于這些功能團(tuán)的存在，使腐殖質(zhì)表現(xiàn)出多種活性，比如離子交換，對(duì)金屬絡(luò)合作用，氧化還原性及生理活性等。B、腐殖質(zhì)的組成C：腐殖質(zhì)在土壤中存在形態(tài)a：游離態(tài)的腐殖質(zhì)，只占極少部分b：有的與鹽基化合形成鹽類，主要腐殖酸鈣、鎂鹽c：有的與含水三氧化物，比如Al2O3·xH2O、Fe2O3·yH2O化合形成復(fù)雜的凝膠體。d：與粘粒結(jié)合形成膠質(zhì)復(fù)合體。第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五

腐殖質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，屬于高分子聚合物。一般認(rèn)為含有芳核結(jié)構(gòu)，芳核上有多種取代基，并連接著多肽和脂肪族側(cè)鏈，此外還可能連接著氨基酸和糖，有時(shí)還存在著含N的雜環(huán)結(jié)構(gòu)。D：腐殖質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)特征分子量：腐殖質(zhì)的分子量在不同的土壤上有很大的差異，不同的組分也有很大差異，即使同一樣品因測(cè)定方法不同也有很大差異，根據(jù)不同方法測(cè)定的平均值。胡敏酸的分子量要比富里酸大HA＞FA。形狀：有關(guān)腐殖質(zhì)分子的形狀，研究結(jié)果也不盡一致，過去認(rèn)為是網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，近年來通過電子顯微鏡拍照和通過粘性特征的推斷，有人認(rèn)為腐殖酸分子是球形的，有人認(rèn)為是棒狀的，也有人認(rèn)為二者都有。E：腐殖質(zhì)分子的性質(zhì)第十八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五

腐殖質(zhì)是兩性膠體，既帶負(fù)電荷又帶正電荷，通常以帶負(fù)電荷為主，電性來源主要是分子表面羧基、酚羥基的解離以及胺基的質(zhì)子化。帶電性O(shè)H腐殖質(zhì)分子結(jié)構(gòu)核心COOHNH2解離或質(zhì)子化腐殖質(zhì)分子結(jié)構(gòu)核心COO－NH3＋O－由于羧基、酚羥基的解離，胺基的質(zhì)子化的程度，都會(huì)隨周圍pH值的變化而變化，所以腐殖質(zhì)所帶電荷屬可變電荷。顏色：整體呈黑色，不同腐殖酸顏色有差別，與分子量和發(fā)色基團(tuán)組成比例有關(guān)，胡敏酸顏色深富里酸顏色黃第十九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五溶解度

胡敏酸微溶于水，其一價(jià)鹽溶于水，多價(jià)鹽不容于水富里酸溶于水，其一、二三價(jià)鹽均溶于水。絡(luò)合能力能與鐵、鋁、銅鋅等高價(jià)金屬離子形成絡(luò)合物，其中羧基與酚羥基是主要參與絡(luò)合金屬離子的功能團(tuán)，絡(luò)合物的穩(wěn)定程度隨pH升高而增大。吸水性

是親水膠體，吸水能力強(qiáng)，最大吸水量超過本身重量的5倍，干腐殖質(zhì)從飽和大氣中吸水可達(dá)本身重量的1倍。穩(wěn)定性

其化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，抗微生物分解能力強(qiáng)，因此分解周期長，在溫帶植物殘?bào)w的半分解期為3個(gè)月，而新形成的土壤有機(jī)物質(zhì)的半分解期為4.7-9年，胡敏酸在土壤中平均停留時(shí)間780-3000年，富里酸為200-630年。第二十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五（四）影響土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的因素

1、土壤的濕度和通氣狀況：適當(dāng)?shù)臐穸榷彝饬己玫耐寥溃汉脷庑晕⑸锘顒?dòng)旺盛，有機(jī)質(zhì)進(jìn)行好氣分解，分解速度快，而且比較完全，礦化率高，釋放出礦質(zhì)養(yǎng)分多，而且呈氧化態(tài)，有利于植物對(duì)養(yǎng)分的吸收，但是中間產(chǎn)物累積少，不利于土壤OM的累積和保存。土壤濕度大通氣不良的土壤：嫌氣性微生物活動(dòng)旺盛，有機(jī)質(zhì)進(jìn)行嫌氣分解，分解慢，而且不完全，礦化率低，釋放出礦質(zhì)養(yǎng)分少，而且呈還原態(tài)，不利于植物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，同時(shí)在還原條件下會(huì)產(chǎn)生一些有機(jī)酸（比如乙酸、丙酸、丁酸）和一些還原性氣體H2S、H2等對(duì)作物生長有毒害作用，但是在嫌氣條件下中間產(chǎn)物累積多，有利于土壤OM的累積和保存。第二十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五2、溫度0—35℃：增高溫度能促進(jìn)OM分解25—35℃：適宜土壤中大多數(shù)微生物活動(dòng)≥45℃：微生物的活動(dòng)就會(huì)受到抑制≥50℃：有機(jī)物可能會(huì)發(fā)生純化學(xué)的氧化分解而導(dǎo)致?lián)]發(fā)。3、土壤酸堿反應(yīng)細(xì)菌最適宜酸堿度：PH6.5—7.5的中性環(huán)境放線菌最適宜的酸堿度可能要偏堿一些真菌最適宜酸堿度PH3—6的酸性條件下活動(dòng)。pH＜5.5或pH＞8：大多數(shù)的微生物都不太適宜。4、有機(jī)物本身的物理狀態(tài)和組成a：物理狀態(tài)：新鮮、多汁>干枯老化磨細(xì)、粉碎>未磨細(xì)粉碎b：化學(xué)組成：?jiǎn)翁?、淀粉、水溶性蛋白質(zhì)>半纖維素、果膠>

纖維素、木質(zhì)素、脂肪、臘質(zhì)第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五c：有機(jī)物的C/N比：指有機(jī)物中C總量與N總量的比。N是組成微生物體細(xì)胞的要素，有機(jī)質(zhì)中的C既是微生物生命活動(dòng)的能源，又是構(gòu)成體細(xì)胞的要素，所以微生物對(duì)C和N這兩種元素的需要有一定的比例，才能滿足微生物的生命活動(dòng)和構(gòu)成體細(xì)胞的需要。不同的微生物在不同的條件下對(duì)C/N的要求不一樣，一般認(rèn)為微生物每分解25—30份的C，大約需要1份的N，也就是說微生物對(duì)C/N的要求是25—30/1。有機(jī)物的C/N＞25—30/1：有機(jī)物中的N素供應(yīng)不足，微生物就可能從土壤中吸收有效N用于構(gòu)成微生物體細(xì)胞，從而產(chǎn)生微生物與植物競(jìng)爭(zhēng)土壤有效N的現(xiàn)象，也有可能抑制微生物的繁殖和生長，從而使有機(jī)物的分解受到抑制。有機(jī)物的C/N＜25—30/1：有機(jī)物中的N素供應(yīng)充足，微生物的繁殖和生長要快得多，有利于礦質(zhì)化作用的進(jìn)行。實(shí)際上大多數(shù)有機(jī)殘?bào)w的C/N遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于25—30/1，比如禾本科作物的秸稈，其C/N80—100：1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于25—30/1，為了促進(jìn)它的分解，并防止植物缺N，應(yīng)該補(bǔ)施一定的化學(xué)N肥。第二十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五（五）有機(jī)質(zhì)在土壤肥力