第五讲土壤有机质教学课件

土壤有机质是指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，微生物体及其分解和合成的各种有机化合物。我国地域辽阔，由于各地的自然条件和农林业经营水平不同，土壤有机质的含量差异较大。低者少于1，多者可高达20%。土壤有机质含量的多少，基本上可以反映土壤肥力水平的高低。一）、有机质的数量和来源 原始土壤：最初来源微生物，随后来源动植物残体和（根系分泌物）自然土壤经人为影响后，其有机质来源包括：作物根茬、各种有机 肥料、工农业和生活废水、废渣、微生物制品、有机农药等有机物。土壤有机质主要来源于高等绿色植物的枯枝、落叶、土壤有机质主要来源于高等绿色植物的枯枝、落叶、落果、根系等；其次是土壤中动物、微生物的遗落果、根系等；其次是土壤中动物、微生物的遗体；及人为施用的有机肥料。体；及人为施用的有机肥料。土壤有机质土壤有机质动物动物植物植物微生物微生物有机肥料有机肥料 土土壤壤有有机机质质主主要要来来源源是是各各种种植植物物残残体体(redidue:dead plant part)，其其化化学学组组成成和和各各种种成成分分的的含含量量，因因植植物物种种类类、器器官官、年年龄龄等等的的不不同同而而有有很很大大差差异异，从从而而导导致致土土壤壤有有机机质质的差异。的差异。Forest soil（森林土壤森林土壤)：枯枝落叶枯枝落叶(lither)Steppe soil（草原土壤草原土壤)：草、根系：草、根系(grass and root system)Cultivated soil（耕作土壤耕作土壤)：作物残茬：作物残茬(crop residue)、施用的有施用的有 机肥机肥 Forest soil（森林土壤（森林土壤)：酸性有机质酸性有机质(acid organic mater)Steppe soil（草原土壤（草原土壤)：中性有机质中性有机质(neutral organic mater)土壤有机质含量土壤有机质含量 一般把耕层含有机质一般把耕层含有机质20%以上的土壤，称为有机质土以上的土壤，称为有机质土壤，在壤，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)。耕作土壤中，表层耕作土壤中，表层SOM的含量通常在的含量通常在5%以下。以下。土壤有机质含量与土壤有机质含量与气候气候、植被植被、地形地形、土壤类型土壤类型、农耕措施农耕措施密切相关。密切相关。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,中国中国东部沿海地区北方土壤有机质含量高于南方土壤，中西东部沿海地区北方土壤有机质含量高于南方土壤，中西部南方高于北方。东西来看：南方地区西部高于东部，部南方高于北方。东西来看：南方地区西部高于东部，北方地区东部高于西部。北方地区东部高于西部。中国地中国地带性土壤表性土壤表层SOM 含量含量RegionsNum.算算术术平均平均值值Arithmetic mean(g kg-1)Min.(g kg-1)Median(g kg-1)Max.(g kg-1)几何平均几何平均值Geometric mean*(g kg-1)全国全国Whole country88632.31.321.8241.022.9bd东北地区北地区Northeastern China19932.54.924.5127.825.7cd华东地区地区Eastern China8626.35.119.0115.220.0ab华南地区南地区Southern China11329.03.123.1144.323.9bc华北地区北地区Northern China17526.04.019.2182.318.4a西北地区西北地区Northwestern China21631.81.316.1241.019.5a西南地区西南地区Southwestern China9753.67.439.6184.740.4e表表1 1 中国某些自然土壤中有机质含量中国某些自然土壤中有机质含量统计的标本数统计的标本数 有机质含量（）有机质含量（）土土 类类 32 32 2.07 2.077.05 7.05 黄棕壤、黄褐土黄棕壤、黄褐土 10 10 1.381.386.66 6.66 高山草原土、亚高山草原土高山草原土、亚高山草原土 26 26 4 814 8121.96 21.96 高山草甸土、亚高山草甸土高山草甸土、亚高山草甸土 24 24 2.322.322.98 2.98 砖红壤、赤红壤砖红壤、赤红壤 29 29 2.142.1416.4 16.4 黑土、黑钙土黑土、黑钙土 47 47 0.520.521.95 1.95 红红 壤壤 32 32 2.712.7120.5 20.5 黄黄 壤壤 22 22 1.031.0310.69 10.69 褐褐 土土 74 74 2.642.6419.3 19.3 棕色森林土棕色森林土 不同陆地生态系统土壤有机质含量不同陆地生态系统土壤有机质含量净初级生产力(Mg C/ha y)植物生物量(Mg C/ha)SOM(Mg C/ha)二）、有机质的类型、组成二）、有机质的类型、组成二）、有机质的类型、组成二）、有机质的类型、组成l 土壤有机质的主要元素组成土壤有机质的主要元素组成 In terms of its chemical composition,organic matter consists predominantly of carbon,nitrogen,oxygen and hydrogen which are arranged in a variety of ways to produce a wide range of compounds,some of which have particularly complex structures.干物质干物质COHN%5258 34393.34.83.74.1 C/N大约为大约为1015左右左右 l lSugar,starches,Sugar,starches,糖类糖类糖类糖类 淀粉等淀粉等淀粉等淀粉等l lCellulose,Cellulose,Hemi-cellulose(Hemi-cellulose(半半半半)纤维素纤维素纤维素纤维素l lLignin Lignin 木质素木质素木质素木质素 l l proteins and amino acidsproteins and amino acids 含含含含N N化合物化合物化合物化合物l l Resin Resin 树脂树脂树脂树脂 Tannin Tannin 单宁单宁单宁单宁 Wax Wax蜡质蜡质蜡质蜡质 Fat Fat 脂肪脂肪脂肪脂肪l l Ash elementAsh element 灰分元素灰分元素灰分元素灰分元素l 土壤有机质的化学组成土壤有机质的化学组成carbohydrate The main groups of organic compounds include carbohydrates,proteins and amino acids,lignin and humus,the latter representing the end-product of organic matter decomposition.The proportions of these compounds vary according to the type of organic matter and its stage of decomposition.成分纤维素半纤维素木质素蛋白质脂肪、树脂等成分纤维素半纤维素木质素蛋白质脂肪、树脂等%210023050283518l 土壤腐殖质土壤腐殖质（humus）除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机物质的总称。物质的总称。通常占土壤有机质的通常占土壤有机质的90%90%以上。以上。l非腐殖物质非腐殖物质(Non-humic substances)(2030%)l腐殖物质腐殖物质(Humic substances)（6080%）经土壤微生物作用后，由多酚和多醌类物质聚合而经土壤微生物作用后，由多酚和多醌类物质聚合而成的含芳香环结构的、新形成的黄色至棕黑色的非晶形成的含芳香环结构的、新形成的黄色至棕黑色的非晶形高分子有机化合物。高分子有机化合物。胡敏素胡敏素(Humin)胡敏酸胡敏酸(Humic acid)富啡酸富啡酸(Fulvic acid)humushuminFulvic acidHumic acidNonhumusSoil humus三）、土壤有机质的分解和转化土壤有机质的分解和转化1、简单有机化合物的分解和转化 Mineralization（矿质化矿质化)：指复杂的有机质在微生物的作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。用下，转化为简单的无机物的过程。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量的百分数称有机质的矿化率矿化率(mineralization percent)。矿化率矿化率一般在一般在1%3%。土壤中简单有机化合物分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l 好氧条件下的分解好氧条件下的分解 微生物活动旺盛，分解作用快，分解最终产物位微生物活动旺盛，分解作用快，分解最终产物位CO2和和H2O，释放出矿质盐类（，释放出矿质盐类（NH4+、NO3-、HPO42-、H2PO4-、SO42-等）。等）。l 嫌氧条件下的分解嫌氧条件下的分解 好氧微生物活动受到限制，分解作用慢又不彻底，土好氧微生物活动受到限制，分解作用慢又不彻底，土壤中积累有机酸、乙醇等中间产物；极厌氧条件下会产生壤中积累有机酸、乙醇等中间产物；极厌氧条件下会产生CHCH4 4、H H2 2等还原性气体。等还原性气体。l含氮化合物含氮化合物Protein Amino acid NH4 NO3-N素素 N 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/NC/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。l 简单碳水化合物简单碳水化合物 Carbohydrate Organic acid CO2H2O 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COCO2 2和和H H2 2O O的过程受到阻的过程受到阻碍碍,产生有机酸的累积产生有机酸的累积,从而造成植物根系萎缩、腐烂。从而造成植物根系萎缩、腐烂。l 脂肪、树脂、蜡质、单宁等脂肪、树脂、蜡质、单宁等 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。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。l 木质素木质素 木质素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中真菌和放线菌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，最终产物是作用下缓慢的转化，最终产物是COCO2 2和和H H2 2O O，但往往只有，但往往只有50%50%可形可形成最终产物，其余仅为降解产物，作为形成腐殖质的原始材料。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。CO2的释放速率通常是衡量土壤有机质分解率和微生物活性的重要指标，2、植物残体植物残体的分解和转化的分解和转化 植物残体主要包括植物根、茎、叶的死亡组织。其中植物残体主要包括植物根、茎、叶的死亡组织。其中各类有机化合物的含量范围是：各类有机化合物的含量范围是：可溶性有机化合物可溶性有机化合物 纤维素纤维素 半纤维素半纤维素 蛋白质蛋白质 木质素木质素 （糖分、氨基酸等）（糖分、氨基酸等）510%1560%1030%215%530%植物残体碳分为两个组分：植物残体碳分为两个组分：易分解组分；难分解组分易分解组分；难分解组分植物残体在土壤中的分解和转化过程：植物残体在土壤中的分解和转化过程：l第一阶段：第一阶段：可溶性有机化合物以及部分类似有机物进可溶性有机化合物以及部分类似有机物进入土壤后的头几个月很快矿化入土壤后的头几个月很快矿化 。l第二阶段第二阶段：残留在土壤中的木质素、蜡质以及第一阶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。段未被矿化的植物残体碳相对缓慢分解。有机残体进入土壤经有机残体进入土壤经1 1年降解后，有机质的年降解后，有机质的2/32/3以以CO2的的形式释放而损失，残留在土壤中的不足形式释放而损失，残留在土壤中的不足1/31/3。土壤微生物生物量土壤微生物生物量 38%多糖、多糖醛酸苷、有机酸等非腐殖物质多糖、多糖醛酸苷、有机酸等非腐殖物质 38%腐殖物质腐殖物质 1030%3、土壤腐殖物质的分解和转化土壤腐殖物质的分解和转化 l 第一阶段第一阶段：腐殖质经过物理化学作用和生物降解，使：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。复合体解体。l 第二阶段第二阶段：释放的简单有机物质被分解（矿化）和转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。化，酚类聚合物被氧化。l 第三阶段第三阶段：脂肪酸脂肪酸(fatty acid)被分解，被释放的芳被分解，被释放的芳香族化合物（如酚类）参与新腐殖质的形成。香族化合物（如酚类）参与新腐殖质的形成。腐殖物质在土壤中很稳定，抗微生物分解能力很强，腐殖物质在土壤中很稳定，抗微生物分解能力很强，主要与其本身的化学结构及其与金属离子和粘土矿物之主要与其本身的化学结构及其与金属离子和粘土矿物之间的相互作用、团聚体内部的夹杂有关。间的相互作用、团聚体内部的夹杂有关。l它是一类以芳香化合物或其聚合物为核心，符合它是一类以芳香化合物或其聚合物为核心，符合了其他类型有机物质的有机复合体。了其他类型有机物质的有机复合体。l它与土壤中粘土矿物紧密结合，以有机它与土壤中粘土矿物紧密结合，以有机无机复无机复合体方式存在。合体方式存在。l能存在与蒙脱石、蛭石等膨胀型矿物的层间，不能存在与蒙脱石、蛭石等膨胀型矿物的层间，不与微生物接触。与微生物接触。土壤腐殖质的年周转量为土壤腐殖质的年周转量为1.1%。4、影响土壤有机质分解和转化的因素、影响土壤有机质分解和转化的因素SOM 周转：周转：有机物质进入土壤后由其一系列转化和有机物质进入土壤后由其一系列转化和矿化过程所构成的物质流通。矿化过程所构成的物质流通。HumificationHumification 腐殖化过程：腐殖化过程：简单简单复杂复杂 MineralizationMineralization 矿质化过程：矿质化过程：复杂复杂简单简单周转时间：周转时间：当土壤有机质水平处于稳定状态时，土壤当土壤有机质水平处于稳定状态时，土壤中有机质流通量达到土壤有机质含量所需要的时间。中有机质流通量达到土壤有机质含量所需要的时间。SOM平衡：平衡：进入土壤中的有机质等于从土壤中损失的进入土壤中的有机质等于从土壤中损失的有机质的状态。有机质的状态。（1）温度）温度 影响植物生长和微生物的分解。影响植物生长和微生物的分解。0以下，以下，SOM分解速率很小；分解速率很小；035 范围内，每升高范围内，每升高10 ，SOM最大分解速率提高最大分解速率提高23倍；倍；2535 下，微生物活动最旺盛，利于下，微生物活动最旺盛，利于SOM矿化分解。矿化分解。（2）土壤水分和通气状况）土壤水分和通气状况 好气：好气：水少气多水少气多,氧气充足，微生物活动旺盛氧气充足，微生物活动旺盛,SOM矿化矿化分解分解,释放养分释放养分 嫌气：嫌气：水多气少水多气少,氧气不足，微生物活动受抑制氧气不足，微生物活动受抑制,氧化分解氧化分解很慢很慢;SOM腐殖化合成腐殖质腐殖化合成腐殖质 微生物活动最适湿度微生物活动最适湿度 田间持水量的田间持水量的60-80%60-80%。l l wetting and drying cycle wetting and drying cycle (干湿交替干湿交替干湿交替干湿交替)一方面增加土壤呼吸作用，破坏土壤结构体，利于一方面增加土壤呼吸作用，破坏土壤结构体，利于SOM的矿质化分解；的矿质化分解；另一方面干燥时引起微生物死亡，又不利于另一方面干燥时引起微生物死亡，又不利于SOM分解。分解。（3）植物残体的特性植物残体的特性l物理状态物理状态:多汁、幼嫩绿肥易于分解，磨细粉碎易于多汁、幼嫩绿肥易于分解，磨细粉碎易于分解。分解。l有机物质有机物质C/N：大，不易分解；小，易于分解：大，不易分解；小，易于分解 一般耕作土壤表层有机质的一般耕作土壤表层有机质的C/N比在比在8:1到到10:1之间，之间，平均在平均在10:1到到12:1之间。之间。l硫、磷等元素硫、磷等元素缺乏也会抑制土壤有机质分解缺乏也会抑制土壤有机质分解 lPriming effect(激发效应激发效应)：土壤中加入新鲜有机物质会：土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有机质的降解。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。（4）土壤特性）土壤特性 pH:中性条件下利于中性条件下利于SOM分解分解 不同微生物要求不同不同微生物要求不同pH范围，如多数细菌要范围，如多数细菌要6.57.5；放线菌中性到为碱性，真菌酸性到中性条件。；放线菌中性到为碱性，真菌酸性到中性条件。质地质地:质地愈粘重，由于粘粒的吸附可减弱土壤酶、质地愈粘重，由于粘粒的吸附可减弱土壤酶、土壤微生物的活性，有机质不易分解，土壤微生物的活性，有机质不易分解，腐殖化系数腐殖化系数愈愈高，愈难分解高，愈难分解化合成腐殖质。化合成腐殖质。（5）其它因素）其它因素 如盐分过高会影响；某些重金属的毒害作用都会限制如盐分过高会影响；某些重金属的毒害作用都会限制有机质转化。有机质转化。四）、土壤腐殖物质的形成和性质四）、土壤腐殖物质的形成和性质1、土壤腐殖物质形成土壤腐殖物质形成l Humification(腐殖化作用腐殖化作用)humus：土壤腐殖质是土壤中一类性质稳定，成分、结构土壤腐殖质是土壤中一类性质稳定，成分、结构极其复杂的高分子化合物。极其复杂的高分子化合物。humification：进入土壤中的有机质转化形成腐殖质的过进入土壤中的有机质转化形成腐殖质的过程，是一系列极端复杂过程的总称，主要是由微生物为主程，是一系列极端复杂过程的总称，主要是由微生物为主导的生物和生物化学过程，也有一些纯化学的过程。导的生物和生物化学过程，也有一些纯化学的过程。lHumification coefficient 腐殖化系数腐殖化系数 进入土壤的有机物经过一年的腐殖化过程后所残留进入土壤的有机物经过一年的腐殖化过程后所残留的碳占原总碳量的比率，或的碳占原总碳量的比率，或单位重量的有机碳在土壤中单位重量的有机碳在土壤中分解一年后残留的碳量。分解一年后残留的碳量。计算：假定每亩表层（20厘米）土重150 000kg；某土壤有机质含量2%，矿化率为2%；假定施入有机物质为紫云英，其腐殖化系数为0.25，紫云英含水率86%；则要想用紫云英维持原有土壤有机质水平不下降，应施入量为：每年被矿化消耗掉的土壤有机质每亩为：150000kg*2%*2%=60kg 设紫云英用量为x，则x*0.14*0.25=60kg，因此，x=1700kg第1阶段：植物残体分解产生简单的有机碳水化合物植物残体分解产生简单的有机碳水化合物 微生物水解酶微生物水解酶（水解水解 合成合成）有机残体有机残体 有机物有机物第2阶段：通过微生物对这些有机化合物的代谢作用通过微生物对这些有机化合物的代谢作用及反复的循环，增殖微生物细胞。及反复的循环，增殖微生物细胞。第3阶段：通过微生物合成的多酚和醌或来自植物通过微生物合成的多酚和醌或来自植物的类木质素，聚合形成腐殖物质的类木质素，聚合形成腐殖物质 微生物酚氧化酶，微生物酚氧化酶，pH4.5-6.5（氧化（氧化 缩合）缩合）多元酚多元酚 醌醌 腐殖质分子腐殖质分子 带侧链（胡敏酸）带侧链（胡敏酸）H2O,CO2,H2S,NH3(矿化、氧化、分解矿化、氧化、分解)芳香物芳香物 含氮物含氮物 糖类糖类（合成、代谢）（合成、代谢）肽肽O2缩合缩合糖糖土壤腐殖物质形成土壤腐殖物质形成过程过程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 Humification腐植化作用 Humification Humification腐殖化作用 2 2、土壤腐殖物质土壤腐殖物质-粘土矿物复合体粘土矿物复合体 soil organic-mineral complex 土壤有机土壤有机无机复合体无机复合体 土壤腐殖物质按存在状态分为：土壤腐殖物质按存在状态分为：l游离态腐殖物质：很少游离态腐殖物质：很少l结合态腐殖物质：主要与粘土矿物和阳离子紧密结合结合态腐殖物质：主要与粘土矿物和阳离子紧密结合存在，占存在，占52%98%。主要键合机理：主要键合机理：范德华力、氢键、静电吸附、阳离子键桥等范德华力、氢键、静电吸附、阳离子键桥等 土壤腐殖质-粘土矿物复合机理3 3、土土壤壤腐腐植植酸酸的的分分组组 4、土壤腐殖酸的性质土壤腐殖酸的性质 （1）物理性质物理性质l分子量分子量很大。分子量大小与单体和聚合度有关；很大。分子量大小与单体和聚合度有关；l形状形状球形结构，疏松多孔，似海棉；球形结构，疏松多孔，似海棉；l颜色颜色分子量愈大，颜色愈深分子量愈大，颜色愈深 HA分子量大，褐色；分子量大，褐色；FA 分子量小，呈淡黄色分子量小，呈淡黄色l溶解性：溶解性：FA、HA都溶解于碱，都溶解于碱，HA不溶于酸，而不溶于酸，而FA溶溶解于酸。解于酸。l吸收性：吸收性：亲水胶体，吸水能力强，吸水量可达其重量亲水胶体，吸水能力强，吸水量可达其重量的的500%。元素组成元素组成 C、H、O、N、P、S为主为主 含含C量为量为55 60%，平均，平均58%，100/581.724 C:N:P:S100:10:1:1120:10:1:1 （2）化学性质化学性质 HumicFulvicCarbon providing the frame-work for organic structures.功能团功能团 含有含有COOH、OH及酚羟基等多种功能团，及酚羟基等多种功能团，功能团的解离导致腐殖酸带电：功能团的解离导致腐殖酸带电：如如：RCOOHRCOOH R OH R OH（3 3）分子结构特征分子结构特征 分子结构极其复杂的有机高分子化合物。分子结构极其复杂的有机高分子化合物。单体中有芳核结构物质，芳核上有多种取代基。单体中有芳核结构物质，芳核上有多种取代基。Fulvic acid 富啡酸富啡酸分子量分子量5005000Humic acid 胡敏酸胡敏酸分子量分子量30001000000Humin 胡敏素胡敏素区分富啡酸和胡敏酸的指标功能团功能团富啡酸含更多的羧基和酚羟基，富啡酸含更多的羧基和酚羟基，酸度高于胡敏酸；酸度高于胡敏酸；元素含量元素含量富啡酸富啡酸O含量明显高于胡敏酸，含量明显高于胡敏酸，C含量明显低于胡敏酸；含量明显低于胡敏酸；因此因此O/C为最好的指标为最好的指标土壤中胡敏酸的土壤中胡敏酸的O/C约为约为0.5，富啡酸的，富啡酸的O/C约为约为0.7；E4/E6 波长波长465nm处处/波长波长665nm处的处的紫外吸收值。胡敏酸紫外吸收值。胡敏酸E4/E6 一般小于一般小于5.0，富里酸富里酸E4/E6一般在一般在6.0-8.5之间。之间。五）、土壤有机质的作用与管理五）、土壤有机质的作用与管理1 1、有机质在土壤肥力上的作用有机质在土壤肥力上的作用（1）提供植物需要的养分）提供植物需要的养分l养分较完全养分较完全 植物生长所需养分植物生长所需养分N：80 97%，平均平均95%；P：20 76%；S：38 94%为有机态，由有机质为有机态，由有机质提供。提供。l提高养分有效性提高养分有效性 SOM矿质化过程中产生的有机酸，腐殖化过程中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产生的腐殖酸，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属离子，减少金属离子对分；另一方面可以络合金属离子，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。（2）改善土壤肥力特性）改善土壤肥力特性l提高土壤保肥性提高土壤保肥性 土壤腐殖质是一种有机胶体，有巨大的表面积和表面能，吸附能土壤腐殖质是一种有机胶体，有巨大的表面积和表面能，吸附能力（力（400600）大于矿质胶体（大于矿质胶体（5060），从而大大提高土壤，从而大大提高土壤保肥性。保肥性。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 15 80 120l提高土壤缓冲性提高土壤缓冲性 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与之作用生成水对碱緩冲；与之作用生成水对碱緩冲；遇遇H时则由于带负电荷而吸附时则由于带负电荷而吸附H对酸緩冲；对酸緩冲；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。用。l 促进团粒结构的形成，改善土壤物理性质促进团粒结构的形成，改善土壤物理性质 粘结力粘结力(binding force)：砂有机胶体粘粒：砂有机胶体粘粒 有机质能改变砂粒的分散无结构状态，又能改善粘粒的粘有机质能改变砂粒的分散无结构状态，又能改善粘粒的粘重大块结构，促进土壤良好结构的形成，从而改善土壤的通透重大块结构，促进土壤良好结构的形成，从而改善土壤的通透性等物理性质。腐殖质颜色深，能吸收大量的太阳辐射热，同性等物理性质。腐殖质颜色深，能吸收大量的太阳辐射热，同时有机质分解时也能释放热，所以有机质在一定条件下能提高时有机质分解时也能释放热，所以有机质在一定条件下能提高土壤温度。土壤温度。l 提高土壤生物活性和酶活性提高土壤生物活性和酶活性 SOM是土壤微生物活动所需养分和能量的主要来源；是土壤微生物活动所需养分和能量的主要来源；SOM通过刺激生物活动而增加土壤酶活性，直接影响土通过刺激生物活动而增加土壤酶活性，直接影响土壤养分转化的生物化学过程；壤养分转化的生物化学过程；腐殖酸是一类生理活性物质。能加速种子发芽，增强根腐殖酸是一类生理活性物质。能加速种子发芽，增强根系活动，促进作物生长，也可增加（过氧化氢）酶的活性。系活动，促进作物生长，也可增加（过氧化氢）酶的活性。2、有机质在生态环境上的作用有机质在生态环境上的作用（1）有机质与重金属离子的作用）有机质与重金属离子的作用 络合重金属离子，减轻重金属污染。络合重金属离子，减轻重金属污染。有机质功能团对金属离子的亲和力：有机质功能团对金属离子的亲和力：O NH2 N=N N COO O C=O 烯醇基烯醇基 胺基胺基 偶氮化合物偶氮化合物 环氮环氮 羧基羧基 醚基醚基 羰基羰基p土壤有机质与重金属离子的络合作用对土壤和水体中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。重金属离子的固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合体，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。从而限制了动植物对它的吸收。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+,（2 2）有机质对农药等有机污染物的固定作用有机质对农药等有机污染物的固定作用 SOM对有机污染物在土壤中的生物活性、残留、生物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要影响。降解、迁移和蒸发等过程有重要影响。SOM对农药的固定与腐殖质功能基的数量、类型和空对农药的固定与腐殖质功能基的数量、类型和空间排列密切相关，也与农药本身的性质有关。间排列密切相关，也与农药本身的性质有关。极性有机污染物极性有机污染物可以通过离子交换和质子化、可以通过离子交换和质子化、氢键、范德华力、配位体交换、阳离子桥和水桥等氢键、范德华力、配位体交换、阳离子桥和水桥等不同机理与不同机理与SOM结合；结合；非极性有机污染物非极性有机污染物可以通过分隔机理与之结合。可以通过分隔机理与之结合。空气中空气中COCO2 2浓度变化浓度变化（3 3）土壤有机质对全球碳循环的影响土壤有机质对全球碳循环的影响 （3 3）土壤有机质对全球碳循环的影响土壤有机质对全球碳循环的影响 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。响不亚于人类活动向大气排放的影响。土壤有机质在环境中的迁移路径土壤有机质在环境中的迁移路径Transportation paths of SOM in natural environment 秸秆直接还田秸秆直接还田3、土壤有机质的管理、土壤有机质的管理 我国土壤有机质含量普遍偏低。我国土壤有机质含量普遍偏低。有机质的调节有机质的调节有机质的调节有机质积累有机质积累有机质分解有机质分解平衡平衡增加来源增加来源影响因素控制影响因素控制绿肥种植绿肥种植 秸秆还田秸秆还田 增施有机肥增施有机肥水气热水气热耕作轮作耕作轮作碳氮酸碱碳氮酸碱五）土壤动物对进入土壤有机物料的第一消费者。动物对纤维素与木质素分解起重要作用，经其肠道后微生物方可分解。也吞食土粒，搬运土壤，翻土、碎土如：鼠类、蚯蚓、蚁类、甲虫、木虱、千足虫、螨、线虫等六）土壤微生物第二消费者，彻底分解有机物量大：细菌5亿/克土 真菌100万/克土 放线菌1100万2000万/克土 藻类50万/克土 原生动物50万/克土分工不同：霉菌、细菌分解淀粉、蛋白质、纤维素 放线菌、真菌分解木质素主要作用：矿质化过程：有机质分解为无机物 腐殖化过程：形成腐殖质七）土壤酶土壤中生物体内、体外酶总称。土壤中酶促反应涉及物质转化范围很宽，对有机人工化合物降解很重要。最重要：脱氯作用，使毒性强DDT变成毒性低DDD,DDE酰胺和脂类水解作用，使有机磷与氨基甲酸酯类农药快速分解，去毒复习思考题1、土壤腐殖质的基本性质如何？2、简述有机质的转化过程？3、有机质在土壤肥力中的作用怎样？