浙江大学土壤学第4章课件

第三章第三章 土壤有机质土壤有机质Soil organic matter第三章 土壤有机质泛指以各种形态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。泛指以各种形态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。包括：土壤中各种动、植物残体，微生物体及其分解和包括：土壤中各种动、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机物质。合成的各种有机物质。土壤有机质的概念土壤有机质的概念新鲜的有机质新鲜的有机质已经发生变化的半分解有机残余物已经发生变化的半分解有机残余物腐殖质腐殖质 85%90%10%15%分分解解程程度度 泛指以各种形态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。包括：土壤中0.5%5%0.5-2.0%7%耕地有机质含量一般20%称有机质土壤，20%称矿质土壤0.5%5%0.5-2.0%7%耕地有机质含量含量：含量：我国一般我国一般5%5%以下。东北最高，不少超过此数。华北、西北以下。东北最高，不少超过此数。华北、西北1%1%成土年龄，植被及气候影响为主；地形、粘粒含量。成土年龄，植被及气候影响为主；地形、粘粒含量。有机质土壤：含有机质有机质土壤：含有机质20%20%以上以上矿质土壤：含有机质矿质土壤：含有机质20%20%以下以下*土土壤壤有有机机质质含含量量作作为为土土壤壤肥肥力力高高低低的的指指标标，许许多多方方面面是是化化学学肥肥料料所所代代替替不不了了的的，农农民民施施用用有有机机肥肥已已有有几几千千年年的的重重要经验。要经验。*土土壤壤有有机机质质的的一一个个重重要要特特点点是是不不断断变变化化着着，消消耗耗着着，必必须不断补给，以维持土壤的生产力。须不断补给，以维持土壤的生产力。农业土壤农业土壤-人为培肥影响。人为培肥影响。作作用用：多多数数在在1-5%1-5%之之间间，集集中中在在表表土土25cm25cm以以内内，但但在在肥肥力力上上所所起起的的 作作用用却却很很大大，含含各各种种营营养养元元素素，微微生生物物生生命命活活动动能能源源，对对土土壤壤物物理理性质，水、气、热调节，结构，耕性重要影响。性质，水、气、热调节，结构，耕性重要影响。含量：我国一般5%以下。东北最高，不少超过此数。华北、西北第一节第一节 土壤有机质的来源及其组成土壤有机质的来源及其组成来来源源高等植物（地上部和地下部）高等植物（地上部和地下部）土壤中的动物土壤中的动物土壤中的微生物土壤中的微生物施用的有机肥施用的有机肥 第一节 土壤有机质的来源及其组成来高等植物（地上部和地下土土壤壤有有机机质质的的组组成成糖类化合物糖类化合物 纤维素、半纤维素纤维素、半纤维素木质素木质素 脂肪、树脂、蜡质和单宁脂肪、树脂、蜡质和单宁灰分物质：灰分物质：CaCa、MgMg、K K、NaNa、SiSi、P P、S S、FeFe、AlAl、MnMn 含氮化合物（蛋白质含氮化合物（蛋白质 氨基酸）氨基酸）土壤有机质的组成糖类化合物 纤维素、半纤维素木质素 脂肪、树以以C C、H H、O O、N N为为主主，含含有有灰灰分分元元素素。C C、H H、O O、N N占占90%90%以以上上，多多种种灰灰分分元元素素共共占占8%8%，Ca,Ca,Mg,Mg,K K Na,Na,Si,Si,P,P,S S等等，以以Ca,Ca,K,K,SiSi含含量量最最丰丰富富，还还含含Fe,Fe,Zn,Cu,B,Mo,MnZn,Cu,B,Mo,Mn等微量元素。等微量元素。土壤有机质元素组成土壤有机质元素组成以C、H、O、N为主，含有灰分元素。C、H、O、N占90%以以化学的观点来看，自然界物质的转化有两种方式：以化学的观点来看，自然界物质的转化有两种方式：第二节第二节 动植物残体在土壤中的转化动植物残体在土壤中的转化复杂的物质简单复杂的物质简单 分解方式分解方式 矿质化（方式）过程矿质化（方式）过程简单的物质复杂简单的物质复杂 合成方式合成方式 腐殖化（方式）过程腐殖化（方式）过程以化学的观点来看，自然界物质的转化有两种方式：第二节 动一、矿质化过程简称矿化作用一、矿质化过程简称矿化作用概念概念：土壤有机质在微生物的作用下，被分解为：土壤有机质在微生物的作用下，被分解为COCO2 2和和H H2 2O O，并释放矿质养料（并释放矿质养料（NHNH4 4+、H H2 2POPO4 4、SOSO4 42-2-、K K+）的过程）的过程 。特点特点：矿化作用是分阶段进行：矿化作用是分阶段进行 成为成为 进入进入 自然因素自然因素 人为因素人为因素生物死亡后生物残体土壤破碎残体土壤充分混合生物死亡后生物残体土壤破碎残体土壤充分混合 风霜雨雪风霜雨雪 耕作栽培耕作栽培 比表面增大比表面增大 微生物分泌胞外酶微生物分泌胞外酶 微生物吸入体内部分建造机体部分氧化微生物吸入体内部分建造机体部分氧化土壤有机质中间产物土壤有机质中间产物 第一阶段第一阶段 （简单的糖类、有机酸类）（简单的糖类、有机酸类）第二阶段第二阶段 CO2、H2O、NH4、K+、H2PO4-（最终产物阶段）（最终产物阶段）一、矿质化过程简称矿化作用概念：土壤有机质在微生物的作用不含不含N N有机质的矿化有机质的矿化碳水化合物中，简单的碳水化合物中，简单的糖类糖类容易分解，而多糖则较难分解。尤容易分解，而多糖则较难分解。尤其是与黏粒矿物结合的多糖，抗分解力较强。其是与黏粒矿物结合的多糖，抗分解力较强。纤维素、半纤维纤维素、半纤维素、脂肪、蜡质分解缓慢素、脂肪、蜡质分解缓慢，最难分解的是，最难分解的是木质素木质素，但在其专性，但在其专性细菌作用下，也能缓慢分解。细菌作用下，也能缓慢分解。多糖分解过程可用下式表示：多糖分解过程可用下式表示：好气：好气：厌气：厌气：C6H12O6CO2+H2O+W微生物O2(C6H10O5)n+nH2O(纤维素、淀粉）nC6H12O6（葡萄糖）水解酶C6H12O6CH3CH2CH2COOH+2H2+CO2+W丁酸细菌缺氧H2+CO2CH4+2H2O甲烷细菌缺氧不含N有机质的矿化碳水化合物中，简单的糖类容易分解，而多糖则含含N N有机物的矿化有机物的矿化 含含N N有机物的矿化在土壤中一般较易进行，如：有机物的矿化在土壤中一般较易进行，如：蛋白酶蛋白酶 水解水解 氨化酶氨化氨化酶氨化 硝化作用硝化作用 蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸NHNH4 4+NONO3 3 微生物酶微生物酶 微生物微生物几丁质氨基葡萄糖几丁质氨基葡萄糖NHNH4 4+葡萄糖葡萄糖1有机态氮的矿化过程有机态氮的矿化过程 含含氮氮的的有有机机合合化化物物，在在多多种种微微生生物物的的作作用用下下降降解解为为简简单单的的氨氨态氮的过程。态氮的过程。含N有机物的矿化 含N有机物的矿化在土壤中一般（1）水解过程 水解 水解 蛋白质 多肽 氨基酸、酰胺等朊酶 肽酶 条件：好气或嫌气；真菌、细菌、放线菌等；在通气良好；温度较高；水分6070%；pH值适中；C/N比适当的条件下，矿化作用最强烈，最彻底。（1）水解过程 水解 水解（2）氨化过程）氨化过程RCHNH2COOH+O2 RCH2COOH+NH3+E 酶酶条件：好气或嫌气；真菌、细菌、放线菌等；在通气良好；温度较高且特别敏感；特别敏感；水分6070%；pH值要求在值要求在4.85.2 C/N比适当的条件下，矿化作用最强烈，最彻底。氨化微生物氨化微生物（2）氨化过程氨化微生物（1）亚硝化作用 亚硝化微生物 2NH4+3O2 2NO2-+2H2O+4H+158千卡 以(Nitrosonas为主)条件：亚硝化细菌（专性自养型微生物）通气：良好 O2 5%pH 5.5-10(7-9),4.5 受抑制！受抑制！水分：5060%温度：35 2 STOP!养分：Cu，Mo等促进硝化作用的进行。缺钙，不利。2硝化过程硝化过程 氨、胺、酰胺 硝态氮化合物（1）亚硝化作用条件：亚硝化细菌（专性自养型微生物）2硝化（2）硝化作用 硝化微生物 2NO2-+O2 2NO3-+40千卡 以(Nitrobacter为主)条件：硝化细菌（以Nitrobacter为主）其它同上在通气良好的条件下，硝化作用的速率亚硝化在通气良好的条件下，硝化作用的速率亚硝化作用铵化作用，因此，在正常土壤中，很少有亚硝作用铵化作用，因此，在正常土壤中，很少有亚硝态氮和铵态氮及氨的积累。态氮和铵态氮及氨的积累。（2）硝化作用在通气良好的条件下，硝化作用的速率亚硝化浙江大学土壤学第4章课件反硝化作用的条件是反硝化作用的条件是1）具具反反硝硝化化能能力力的的细细菌菌，反反硝硝化化细细菌菌现现已已知知有有33个个属属，多多数数是是异异养养型型，也也有有几几种种是是化化学学自自养养型型，但但在在多多数数农农田田都都不不重重要要；2）合合适适的的电电子子供供体体，如如有有机机C化化合合物物、还还原原性性硫硫化化合合物物或或分分子态氢；有效态子态氢；有效态碳碳的影响最大的影响最大;3）厌氧条件，与田间持水量大小密切相关；厌氧条件，与田间持水量大小密切相关；嫌嫌气气状状态态 O2 5%或或土土壤壤溶溶液液中中Eh 344mv(pH=5时时)4）有硝态氮存在有硝态氮存在5）pH 7-8.2 pH 8.2-9时时，反反硝硝化化作用减弱。作用减弱。反硝化作用的条件是（1）亚硝酸分解反应）亚硝酸分解反应 3HNO2 HNO3+2NO +H2O条件：酸性愈强，分解愈快。条件：酸性愈强，分解愈快。（2）氨态氮的挥发）氨态氮的挥发在碱性条件下，在碱性条件下，NH4+OH-NH3 +H2O土土壤壤中中的的铵铵态态氮氮在在碱碱性性条条件件下下，很很容容易易以以NH3的的形形式式直直接接从土壤表面从土壤表面损失掉。损失掉。2化学脱氮过程化学脱氮过程 主要是指在一些特殊的情况下，如强酸反应，温度较主要是指在一些特殊的情况下，如强酸反应，温度较高和水分含量很低等，亚硝酸协与一些其他化合物（包高和水分含量很低等，亚硝酸协与一些其他化合物（包括有机化合物）进行化学反应而生成分子态氮或氧化亚括有机化合物）进行化学反应而生成分子态氮或氧化亚氮的过程氮的过程（1）亚硝酸分解反应 2化学脱氮过程二、腐殖化过程简称腐化作用二、腐殖化过程简称腐化作用 概念：微生物分解有机质产生的中间产物再经微生物作用而合概念：微生物分解有机质产生的中间产物再经微生物作用而合成腐殖质的过程。成腐殖质的过程。腐殖质的合成机制还不完全清楚，目前，主要有以下几种说法腐殖质的合成机制还不完全清楚，目前，主要有以下几种说法：植物成分形成学说：植物成分形成学说：腐殖质是植物成分（木质素）稍加改变而成。腐殖质是植物成分（木质素）稍加改变而成。细胞自溶学说：细胞自溶学说：生物死亡后，细胞自溶产生的残体经缩合、聚合而形成。生物死亡后，细胞自溶产生的残体经缩合、聚合而形成。微微生生物物合合成成学学说说：微微生生物物在在体体内内合合成成类类似似腐腐殖殖质质的的高高分分子子化化合合物物，死死亡亡后后 释放在土壤中而形成。释放在土壤中而形成。生物化学学说：生物化学学说：目前，讨论最多的方式，重点掌握。目前，讨论最多的方式，重点掌握。腐化作用的机制目前还不完全清楚，比较公认的说法是生物化学学说。腐化作用的机制目前还不完全清楚，比较公认的说法是生物化学学说。二、腐殖化过程简称腐化作用 概念：微生物分解有机质产生的该学说认为，腐殖质是分两个阶段来完成的：该学说认为，腐殖质是分两个阶段来完成的：第一阶段中间产物形成阶段第一阶段中间产物形成阶段：微生物酶微生物酶 微生物酶微生物酶 有机残体多元酚、糖类、氨基酸有机残体多元酚、糖类、氨基酸COCO2 2、H H2 2O O、NHNH4 4、H H2 2POPO4 4、K K 能量能量第二阶段合成腐殖质的阶段：（该阶段分第二阶段合成腐殖质的阶段：（该阶段分4 4个步骤）个步骤）酚氧化酶酚氧化酶 a.a.多元酚化合物醌类化合物多元酚化合物醌类化合物 酶催化或纯化学反应（缩合作用）酶催化或纯化学反应（缩合作用）b.b.醌类化合物腐殖质的单体分子醌类化合物腐殖质的单体分子 聚合作用聚合作用 c.nc.n个腐殖质的单体分子复杂的环状化合物个腐殖质的单体分子复杂的环状化合物 缩合作用缩合作用 d.d.复杂的环状化合物侧链（糖类、氨基酸类）腐殖质复杂的环状化合物侧链（糖类、氨基酸类）腐殖质该学说认为，腐殖质是分两个阶段来完成的：第一阶段中间产木质素木质素纤纤维维素素和和其其它它非木质素物质非木质素物质多元酚多元酚醌醌胡敏酸胡敏酸富富啡啡酸酸微生物分解微生物分解被微生物利用被微生物利用酚氧化酶酚氧化酶氨基化合物氨基化合物氨基化合物氨基化合物微微生生物物再再利利用氧化成用氧化成COCO2 2 形成腐殖质的多元酚理论示意图形成腐殖质的多元酚理论示意图 F.J.Stevenson F.J.Stevenson 编编 P.197 P.197 合成可以在细胞内产生，也可能在细胞外产生，主要属于微生物控合成可以在细胞内产生，也可能在细胞外产生，主要属于微生物控制的多种酶促反应，也可能有纯化学的合成反应，在纯化学反应中，粘粒制的多种酶促反应，也可能有纯化学的合成反应，在纯化学反应中，粘粒矿物可能起重要催化作用。木质素和蛋白质分解产物的重要作用。矿物可能起重要催化作用。木质素和蛋白质分解产物的重要作用。木质素纤维素和其它非木质素物质多元酚醌胡敏酸富啡酸微生物分解特点特点特特点点：整整个个过过程程都都有有微微生生物物的的参参与与，微微生生物物是是土土壤壤中中合合成成腐腐殖殖质质的的根根本本动动力力；凡凡是是影影响响微微生生物物生生命命活活动动的的因因素素最最终终都都将将影影响响腐殖质的合成。腐殖质的合成。一一般般来来说说，厌厌气气的的条条件件下下，中中间间产产物物积积累累多多，形形成成的的腐腐殖殖质也多。质也多。特点特点：整个过程都有微生物的参与，微生物是土壤中合成腐殖质腐腐腐腐殖殖殖殖化化化化系系系系数数数数：有有机机物物质质施施入入土土壤壤中中后后，形形成成腐腐殖殖质质的的数数量量与与其其原原来来数数量量的的比比值值。通通常常把把每每克克干干重重的的有有机机质质经经过过一一年年分分解解后后转转化化为为腐腐殖殖质质（干干重重）的的克克数数 来来表表示示，一一般般在在0.2-0.50.2-0.5范范围围内内，例例如如稻稻田田紫紫云云英英每每亩亩施施500500公公斤斤(干物干物)，可使腐殖质增加，可使腐殖质增加100-250100-250公斤。公斤。腐殖化系数：有机物质施入土壤中后，形成腐殖质的数量与其原来数三、影响有机质分解和转化的因素三、影响有机质分解和转化的因素（一）（一）影响有机质转化的环境因素影响有机质转化的环境因素(有机质分解与环境条件的关系有机质分解与环境条件的关系)凡是影响微生物活动的环境因素均影响有机质的分解和转化凡是影响微生物活动的环境因素均影响有机质的分解和转化1）湿度与通气湿度与通气适当：分解快、分解完全、释放养料多，无毒害，利于植物生长；但不利累积；过湿、不通气：分解慢，产生毒害物质；利于积累。水田矿化率不比旱地低；微生物处在一种特异的生态环境中2）温度：适宜温度：适宜25352535C C025 温度越高分解越快；45 温度越高分解越慢 三、影响有机质分解和转化的因素（一）影响有机质转化的环境因3 3）质地：）质地：越粘重越难分解质地通气、持水分解转化粘粒吸附酶及胶结有机物质使其难分解4 4）pHpH值值：细菌适宜pH 6.57.5放线菌稍偏碱真菌pH 365 5）含盐量：含盐量：盐多（0.2%）时微生物活动减弱分解慢6 6）污染物：）污染物：重金属污染物、有机污染物毒害微生物可消除污染，但有一定限度 3）质地：（二）（二）有机残体本身的理化性状与分解速度的关系有机残体本身的理化性状与分解速度的关系 1 1、有机残体的物理状态、有机残体的物理状态 鲜嫩多汁鲜嫩多汁干枯；干枯；粉碎后粉碎后整株。整株。2 2、有机残体的组成、有机残体的组成有机化合物组成不同，分解速度不同。分解从易到难的顺序为：有机化合物组成不同，分解速度不同。分解从易到难的顺序为：葡萄糖葡萄糖-淀粉淀粉-半纤维素，果胶半纤维素，果胶-纤维素纤维素-脂肪，蜡质，树脂，脂肪，蜡质，树脂，木质素，单宁。木质素，单宁。如：一半如：一半C C变化变化CO2CO2，葡萄糖仅需，葡萄糖仅需3 3天，而松针需天，而松针需500500天，蛋白质较易分解。天，蛋白质较易分解。有机残体的有机残体的C/NC/N比比（二）有机残体本身的理化性状与分解速度的关系有机化合物组成若加入的有机质残体的C/N比过大，如禾本科秸秆类的C/N比高达80-90，则能源充足，N素缺乏，微生物活动繁殖受限制，有机质分解慢；还会造成CCO2损失和与“与植物争N”的局面。在这种情况下，如施用少量速效N肥，可以大大促进有机质的分解，如制造堆肥时，适当浇些人粪尿，稻草还田，还应配合施用化学N肥。如果有机残体的C/N较小，如豆科植物(20：1-30：1)则对微生物活动显著有利，有机残体分解快。对作物供N。其它养分缺乏也影响有机残体的分解，如P，K很重要，微生物原生质灰分中含高达25%的P和10%的K。不论施入土壤的有机质的C/N比如何，最终得到的土壤有机质的C/N比相对稳定，平均为10-12：1，这个比值相当稳定。碳是微生物活动的能源，又是构成微生物细胞的材料，N是构成微生物细胞中蛋白质的主要成分，如果土壤OM中C、N丰富，则微生物活动旺盛，有机质分解快。细菌本身的C/N比为45：1，即为了组成自身的细胞，需要5份C和1份N，同时，每吸收一份C，还要消耗4份C获得能量，因此，细菌在其生命活动中，总共要求C/N比等于20-25：1。真菌本身C/N比高，要求的C/N比要高一些，一般微生物要求25-30：1。若加入的有机质残体的C/N比过大，如禾本科秸秆类的C/N比高一、腐殖质的概念和类型一、腐殖质的概念和类型 土土壤壤腐腐殖殖质质是是通通过过微微生生物物的的作作用用，在在土土壤壤中中新新合合成成的的一一类类含含N N的、具有芳香核复杂结构的高分子化合物。的、具有芳香核复杂结构的高分子化合物。（1 1）按按颜颜色色分分：黄黄色色腐腐殖殖质质、棕棕色色腐腐殖殖质质和和黑黑色色腐腐殖殖质质三三大大类类型型，颜色越深，品质越好。颜色越深，品质越好。（2 2）按）按溶解性差异溶解性差异分：分：胡敏酸（胡敏酸（Humic acidHumic acid）：溶于碱但不溶于酸的那部分腐殖质；）：溶于碱但不溶于酸的那部分腐殖质；富里酸（富里酸（Fulvic acidFulvic acid）：既溶于碱也溶于酸的那部分腐殖质）：既溶于碱也溶于酸的那部分腐殖质；胡敏素（胡敏素（Humin):Humin):是与矿物质紧密结合的腐殖质。是与矿物质紧密结合的腐殖质。任何一种土壤中，即有胡敏酸，也有富里酸，所以土壤腐殖质实质上是胡敏酸和富里酸的混合物胡敏酸和富里酸的混合物。第三节第三节 土壤腐殖质土壤腐殖质一、腐殖质的概念和类型 土壤腐殖质是通过微生物的作用，土样磨碎过筛后的土样黑色残余物（胡敏素Humus）溶液褐色沉淀（胡敏酸Humic Acid）黄色溶液（富里酸Fulvic Acid）除去动植物残体碎屑用NaOH稀液浸提过滤酸化过滤分子量大、芳化度分子量大、芳化度高、不溶于水、高、不溶于水、C C、N N多、稳定性高多、稳定性高分子量小、芳化度低、分子量小、芳化度低、可溶于水、可溶于水、O O、S S多、多、活性强活性强所占比所占比例很小例很小土壤腐殖质的分离提取和分组土样磨碎过筛后的土样黑色残余物溶液褐色沉淀黄色溶液除去动植物分离步骤：分离步骤：分离步骤：HF/FAHF/FA：从东西：从东西 黑土黑钙土栗钙土灰钙土漠土黑土黑钙土栗钙土灰钙土漠土 从北南从北南 暗棕壤棕壤黄棕壤红、黄壤砖红壤暗棕壤棕壤黄棕壤红、黄壤砖红壤 水田水田 旱地旱地 自然土壤自然土壤 这两种腐殖酸这两种腐殖酸 在品质上有很大的差异：在品质上有很大的差异：胡敏酸（胡敏酸（HAHA）富里酸富里酸(FA)(FA)颜色不同颜色不同 黑色或棕色 黄色分子量和功能团不同分子量和功能团不同 大多 小少带电量和酸不同带电量和酸不同 多弱 少强 HF/FA：从东西 黑土黑钙土栗钙土灰钙二、腐殖质的理化特征二、腐殖质的理化特征 1 1、腐殖质的元素组成、腐殖质的元素组成 骨干元素：骨干元素：C C、H H、O O其其余余元元素素：N N、P P、S S、Ca Ca、Mg Mg、Fe Fe、Mn Mn、Zn Zn、Cu Cu、Mo Mo、Co.Co.等等，含含除除K K外外的的全全部部植植物物生生长长发发育育所所需需的的养养分分（因因为为 K K不不能能形形成成有有机机化化合合物物的的稳稳定定成成分分，故故腐腐殖殖质质中中也也不不含含K K，但但它它可可吸吸附附K K离离子，所以，它带有全部植物生长发育所需的养分元素）。子，所以，它带有全部植物生长发育所需的养分元素）。二、腐殖质的理化特征 1、腐殖质的元素组成主要包括三大部分：主要包括三大部分：1.1.中心为中心为C C网结构网结构：以醌型芳香核物质为核心所构成的。：以醌型芳香核物质为核心所构成的。2.2.表表面面带带有有许许多多功功能能团团：带带有有甲甲氧氧基基（OCHOCH3 3）、羧羧基基（COOHCOOH）、羟羟基基（OHOH）、氨氨基基（NHNH2 2）、羰羰基基（C CO O）等功能团。等功能团。3.3.连有多肽或脂肪族侧链，氨基糖及多糖，杂环态连有多肽或脂肪族侧链，氨基糖及多糖，杂环态N N等等 所所以以，腐腐殖殖质质的的分分子子量量很很大大（达达几几千千几几万万），分分子子形形状状呈球形或短柱形，内部为呈球形或短柱形，内部为C C网的交联构造。网的交联构造。2 2、分子结构：、分子结构：主要包括三大部分：2、分子结构：胡敏酸分子结构模型胡敏酸分子结构模型胡敏酸分子结构模型腐殖酸组分中有多种含氧功能团，重要的有羧基、酚羟基、醇羟基，羰基，腐殖酸组分中有多种含氧功能团，重要的有羧基、酚羟基、醇羟基，羰基，甲氧基等，还有胺基，使腐殖酸具有各种活性，如离子交换、络合、电性甲氧基等，还有胺基，使腐殖酸具有各种活性，如离子交换、络合、电性等。等。3 3、腐殖酸的活性功能团和电性、腐殖酸的活性功能团和电性腐殖酸组分中有多种含氧功能团，重要的有羧基、酚羟基、醇羟基，电荷数量随土壤电荷数量随土壤pH而变，属两性电荷而变，属两性电荷:羧基羧基 R-COOH R-COOH=R-COO-+H+氨基氨基 R-NH2 R-NH2+H+=R-NH+亚氨基亚氨基 R-CHNH RNH+H+=RNH2+R R羧基和酚羟基是造成酸性的主要功能团，占总酸度羧基和酚羟基是造成酸性的主要功能团，占总酸度90%，富里酸的，富里酸的羧基含量显著高于胡敏酸，而酚羟基含量相近，所以富里酸的总酸羧基含量显著高于胡敏酸，而酚羟基含量相近，所以富里酸的总酸度（度（640-1420cmol/kg），比胡敏酸（），比胡敏酸（580-890cmol/kg）大。）大。羧羧基基和和酚酚羟羟基基的的解解离离，以以及及胺胺基基的的质质子子化化，使使腐腐殖殖酸酸成成为为两两性性胶胶体体，在在一一般般情情况况下下，以以带带负负电电为为主主，每每kg能能吸吸附附阳阳离离子子150-450cmol，保肥力强。保肥力强。电荷数量随土壤pH而变，属两性电荷:酸度：羧基和酚羟基是造成浙江大学土壤学第4章课件4 4、溶解度、颜色和吸水性、溶解度、颜色和吸水性胡胡敏敏酸酸不不溶溶于于水水，其其一一价价盐盐溶溶于于水水，多多价价盐盐如如Ca、Mg、Fe、Al等等盐类溶解度低。盐类溶解度低。富富里里酸酸溶溶于于水水，其其一一价价、二二价价盐盐也也溶溶于于水水，Fe3+、Al3+盐盐在在中中性性条条件下沉淀。件下沉淀。腐殖酸整体呈黑色，胡敏酸及盐类棕腐殖酸整体呈黑色，胡敏酸及盐类棕-黑，富里酸黄黑，富里酸黄-淡棕色。淡棕色。有有强强大大的的吸吸水水性性，最最大大吸吸水水量量可可超超过过500%，在在饱饱和和水水气气中中吸吸水水量量可达本身重一倍以上，比表面可达可达本身重一倍以上，比表面可达2000m2/g。4、溶解度、颜色和吸水性胡敏酸不溶于水，其一价盐溶于水，多价胡胡敏敏素素，它它与与土土壤壤矿矿物物质质部部分分（尤尤其其是是蒙蒙脱脱石石）结结合合非非常常紧紧密密，难难以以分分离离，基基本本上上也也是是由由胡胡敏敏酸酸和和富富里里酸酸组组成成（含含有有碳碳粒粒），只只是结合非常牢固。是结合非常牢固。5 5、稳定性、稳定性生物化学稳定性强，有强烈的抵抗微生物分解的能力，温带土生物化学稳定性强，有强烈的抵抗微生物分解的能力，温带土壤腐殖质寿命一般几百年到几千年，每年矿化率不到，自壤腐殖质寿命一般几百年到几千年，每年矿化率不到，自然土壤经开垦后，分解加速。然土壤经开垦后，分解加速。胡敏酸与富里酸二者之间无截然分界线，本质上也无区别，有过胡敏酸与富里酸二者之间无截然分界线，本质上也无区别，有过渡组分混合物。渡组分混合物。胡敏素，它与土壤矿物质部分（尤其是蒙脱石）结合非常紧密，难以土壤类型与腐殖质的组成和性质土壤类型与腐殖质的组成和性质地带性变异，东北黑土，向东，向南，地带性变异，东北黑土，向东，向南，HA/FAHA/FA比降低，芳构化降低。比降低，芳构化降低。例如北方黑土，以胡敏酸为主，例如北方黑土，以胡敏酸为主，HA/FA=1.5HA/FA=1.52.52.5；南方砖红壤中，以富里酸为主，南方砖红壤中，以富里酸为主，HA/FA0.45HA/FA0.45；耕作土壤，如红壤旱地，耕作土壤，如红壤旱地，HA/FAHA/FA比自然土壤高，胡敏酸含量较高，比自然土壤高，胡敏酸含量较高，接近富里酸。水稻土，接近富里酸。水稻土，HA/FAHA/FA比自然土壤（旱地）高，但胡敏酸芳构比自然土壤（旱地）高，但胡敏酸芳构化和分子量较小。化和分子量较小。母质，石灰岩母质的土壤母质，石灰岩母质的土壤HA/FAHA/FA比值比非石灰性土壤高，胡敏酸芳比值比非石灰性土壤高，胡敏酸芳构化较高。构化较高。6 6、地带性变异：组成和地带性变异：组成和HA/FAHA/FA的比例的比例土壤类型与腐殖质的组成和性质6、地带性变异：组成和HA/F一、提供作物需要的养分一、提供作物需要的养分矿化：养分释放，稳定而长效，自然土样几乎提供所有的矿化：养分释放，稳定而长效，自然土样几乎提供所有的N素，素，50-60%的的P，80%的的S，B、Mo及其它微量元素。含及其它微量元素。含N多的组分（氨基酸、多的组分（氨基酸、多肽）矿化较高，氮素矿化率高达多肽）矿化较高，氮素矿化率高达4-6%，作物，作物N素的主要来源。素的主要来源。提供交换性养分离子，螯合微量元素。提供交换性养分离子，螯合微量元素。有机酸增加矿物质溶解能力，提高养分有效性。有机酸增加矿物质溶解能力，提高养分有效性。微量元素，碱性土壤，与微量元素，碱性土壤，与Fe、Zn、Cu络合，增加有效性；络合，增加有效性；酸性土壤，络合作用控制酸性土壤，络合作用控制Cd2+，Hg2+等阳离子中毒。等阳离子中毒。第四节第四节 土壤有机质在肥力上的作用土壤有机质在肥力上的作用一、提供作物需要的养分第四节 土壤有机质在肥力上的作用二、增加土壤保肥性二、增加土壤保肥性 其其吸吸附附阳阳离离子子的的能能力力是是矿矿质质胶胶体体的的2-30倍倍，150-450cmol/kg有有机机质质。一般占矿质土壤吸附能力的一般占矿质土壤吸附能力的20-70%，保肥力强，使免于淋失。，保肥力强，使免于淋失。酸酸性性功功能能团团起起缓缓冲冲作作用用，提提高高土土壤壤对对酸酸碱碱变变化化的的缓缓冲冲能能力力，有有利利于于保持一个稳定的酸碱环境。保持一个稳定的酸碱环境。三、促进团粒结构的形成，改善土壤物理性质三、促进团粒结构的形成，改善土壤物理性质 腐殖质为有机胶体，它和它的盐类具有腐殖质为有机胶体，它和它的盐类具有 1、胶胶结结性性，可可将将分分散散的的土土粒粒胶胶结结成成大大小小不不同同的的团团粒粒，这这些些团团粒粒具具有有水水稳稳性性，一一方方面面可可以以防防止止侵侵蚀蚀，另另一一方方面面可可解解决决水水和和空空气气之之间间的的矛矛盾盾，形形成成有有机机无无机机复复合合体体。粘粘结结力力比比砂砂粒粒强强，故故有有机机质质多多的的土土壤壤，通通透透性性好好，耕作轻松，耕性良好。耕作轻松，耕性良好。2、吸水性强，能保持大量水分，防止干时收缩，提高砂土保水力。、吸水性强，能保持大量水分，防止干时收缩，提高砂土保水力。3、色深，吸热，使土壤升温快，有利于春播作物早发。、色深，吸热，使土壤升温快，有利于春播作物早发。二、增加土壤保肥性1.1.减轻和消除土壤中农药残毒及重金属危害。吸附作用和络合作用减轻和消除土壤中农药残毒及重金属危害。吸附作用和络合作用2.2.为微生物提供养分和能源。为微生物提供养分和能源。3.3.促进微生物和植物的生理活性，增强植物抗逆性。促进微生物和植物的生理活性，增强植物抗逆性。四、其它四、其它减轻和消除土壤中农药残毒及重金属危害。吸附作用和络合作用四、较高水平的有机质含量较高水平的有机质含量+化学肥料化学肥料 高产高产 调节土壤有机质的积累和分解的关系是农业生产管理调节土壤有机质的积累和分解的关系是农业生产管理的一个重要课题。的一个重要课题。一对矛盾，动态平衡。一对矛盾，动态平衡。本省土壤有机质含量一般本省土壤有机质含量一般2%2%左右，高者可达左右，高者可达5%5%，低者，低者1%1%也有存在，高产田含量多在也有存在，高产田含量多在3%3%以上。以上。土壤有机质累积途径土壤有机质累积途径：（一）增加有机肥料来源：（一）增加有机肥料来源：1 1 种植绿肥和增施有机肥料；种植绿肥和增施有机肥料；2 2 秸秆还田；秸秆还田；3 3 发展畜牧业，增加厩肥，粪肥；发展畜牧业，增加厩肥，粪肥；4 4 堆肥，污泥，塘泥，废水等；堆肥，污泥，塘泥，废水等；第五节第五节 耕地土壤有机质的调节耕地土壤有机质的调节 较高水平的有机质含量+化学肥料 高产第五（二）调节有机质分解速率（二）调节有机质分解速率(调节土壤水，热状况调节土壤水，热状况)分解过快，分解过快，有效养分过多，作物徒长，有机质消耗快；有效养分过多，作物徒长，有机质消耗快；分解过慢，分解过慢，有效养分过少，不满足需要，有积累；有效养分过少，不满足需要，有积累；两者结合考虑。两者结合考虑。每年都增加新鲜有机物质，同时调节分解速率，主要调节每年都增加新鲜有机物质，同时调节分解速率，主要调节影响微生物活动的因素：土壤湿度，温度，影响微生物活动的因素：土壤湿度，温度，pH,pH,通气状况，通气状况，有机质有机质C/NC/N比等。比等。（二）调节有机质分解速率(调节土壤水，热状况)每年都增加新鲜