第二章-有机质.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015/9/22,#,第一节 土壤生物多样性,及其 功能,第二节 土壤有机质,第三节,土壤腐殖质,第四,节 土壤有机质的作用与调节,第二章 土壤有机质,第一节 土壤生物多样性 及其功能,一、土壤微生物的多样性及其,功能,二、土壤动物的多样性及其功,能,一、土壤微生物的多样性及其功能,土壤微生物是土壤中最原始的活有机体。它们的作用是：分解有机质，合成腐殖质，转化土壤中难溶性的矿质养分及固氮。,1,、种类多、数量大,原核微生物：细菌、蓝细菌（蓝藻）、粘细,菌、放线菌,真核微生物：真菌、藻类、原生动物、地衣,病毒：一种病毒就是一种核酸，是活细胞内的,寄生物,2,、营养类型多,根据其对营养和能源的要求，一般将其分为四大类型,：,化能有机营养型,化能无机营养型,光能有机营养型,光能无机营养型,3,、呼吸类型多,根据其对氧气的要求不同，分为：,好气性微生物,嫌气性微生物,兼嫌气性微生物,广义：存在于土壤中的各种含碳的有机物的总,称。它包括各种动植物残体，微生物体及,其分解合成的有机物质。,狭义：专指土壤中的腐殖质，但在测定过程中无法,把未分解、半分解的动植物残体剔除掉，所,以测定结果实际上还包括未分解、半分解的,动植物残体在内。,有机质的定义,土壤有机质在自然土壤中差异很大，高的可超过,20%,，称为,有机质土壤,，低于,20%,以下的土壤称为,矿质土壤,，矿质土壤占绝大多数，有些低的不足,0.5,，主要为一些漠境或沙漠土壤。,土壤有机质对土壤肥力和植物生长起到良好的作用，在农业上常把保持土壤有机质平衡和逐步提高有机质含量作为土壤培肥的中心环节。,我国土壤除了某些草甸土、东北黑土和某些自然土壤外，有机质含量一般占土壤固相重量的,5%,以下，东北地区一般超过了此数，华北、西北地区大部分低于,1,，华中、华南水田一般在,1.5,3.5,之间。,土壤有机质,0.5%,5%,0.5-2.0%,7%,（一）土壤有机质的来源,1,、来源于死亡的动植物、微生物残体。,2,、施入的农家肥。,3,、工业及城市垃圾废水废渣。,自然土壤有机质的主要来源,是死亡的动、植物,，,微生物残体及植物的枯枝落叶,，,但基本来源是它上面生长的绿色植物,。,耕地土壤有机质的来源,可概括为两个方面：（,1,）,栽培作物的残留物,（,2,）,施用的有机肥,。,其中后者起主导作用,。,一、土壤有机质的来源与组成和存在形态,土壤有机质组成复杂，元素组成为：含,C,、,H,、,O,、,N,、,S,、,P,、,Ca,、,Mg,、,Fe,、,Si,等。,就腐殖质整体来说平均含碳为,58%,，,实验室测有机质中的含碳量,再乘以,100/58=,1.724,即土壤有机质总量。,（二）土壤有机质的元素组成,土壤中的含氮量与土壤有机质含量具,有相关性，土壤有机质,碳氮比,平均,12:1,，,因此，土壤有机质,/,氮,=1.724C/N=1.72412/1=,20,：,1,即土壤中的含氮量为土壤有机质 含量的,5%,。,土壤有机质还与磷、硫含量具有相关性，土壤有机质中,C:N:P:S=100,120:10:1:1,1,、非腐殖物质（,非特异性物质）,指土壤中动,植物微生物残体 和它们不同阶段的分解产物。,包括：,a,、碳水化合物 有单糖、多糖（淀粉纤维素木质素,果胶质）等,b,、含氮化合物 蛋白质、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,、脂溶性物质和木质素,（三）土壤有机质的化学组成（成分）,2腐殖质,（特异性物质）,是指有机生物残体经土壤微生物分解和再合成作用重新形成的一类特殊的高分子有机化合物,。,腐殖质,占土壤有机质总量的,70%,以上，有资料说每公顷土壤每天可以产生,500,千克的这种物质，它对植物的生长极为重要。,（四）土壤有机质的存在形态,1.,机械混合态,2.,生命体,3.,溶液态,4.,有机无机复合态,（主体）,矿质化作用,土壤有机质在微生物的作用下，最终分解为简单化合物，同时释放出矿质养料的过程，称为,有机质的矿质化作用,。,二、土壤有机质的转化,（一）土壤有机质的矿质化过程,矿化分两个阶段,：,有机物质在微生物分泌出的体外酶的作用下将较复杂的有机物先分解成构成该物质的基础有机化合物。,微生物吸收第一阶段的降解产物，一部分作为建造自身的原料，一部分则被彻底转化为最终分解产物，如,CO,2,、,H,2,O,，并释放出无机盐（如,NH,4,+,、,SO,4,2,、,HPO,4,2,等）。,矿化率,土壤有机质的分解程度常用矿化率来表示：,土壤有机质的矿化率,土壤每年因矿质化作用所消耗的有机质数量占土壤有机质总量的百分数。,一般,农业土壤有机质,矿化率,在,2,5%,之间，自然土壤,1%,。可计算土壤有机质的消耗，例：一亩地表土重,150000,公斤，土壤有机质含量为,1%,，土壤有机质矿化率为,3%,，则矿化量为,1500001%3%,45,公斤。,1.,含碳有机物质的转化,土壤有机质中的碳水化合物如纤维素、半纤维素、淀粉等糖类，在微生物分泌的糖类水解酶的作用下，首先水解为单糖：,(C,6,H,10,O,5,),n,nH,2,OnC,6,H,12,O,6,生成的单糖由于环境条件和微生物种类不同，又可通过不同的途径分解，其最终产物也不同。如果在好气条件下，有好气性微生物分解，最终产物为水和二氧化碳，放出的热量多，称氧化作用。其反应如下：,nC,6,H,12,O,6,6O,2,6CO,2,6H,2,0,热量,如果在通气不良的条件下，则在嫌气性微生物作用下缓慢分解，并形成一些还原性气体、有机酸，产生的热量少，称发酵作用。其反应为：,C,6,H,12,O,6,CH,3,CH,2,CH,2,COOH,2H,2,2CO,2,热量,4H,2,CO,2,CH,4,2H,2,O,2.,含氮有机物质的转化,含氮有机物是土壤中氮素的主要贮藏状态，包括蛋白质、氨基酸、腐殖质等。,(1),水解作用,蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶作用下，分解成氨基酸的作用称水解作用。,蛋白质 氨基酸,蛋白质,水解酶,(2),氨化作用,分解含氮有机物产生氨的生物学过程,称氨化作用。,CH,2,NH,2,COOH,O,2,HCOOH,CO,2,NH,3,CH,2,NH,2,COOH,H,2,CH,3,COOH,NH,3,CH,2,NH,2,COOH,H,2,O,CH,2,(OH)COOH,NH,3,氧化,好气分解,还原,嫌气分解,水解,（,3,）,.,硝化作用,氨态氮被微生物氧化成亚硝酸，并进一步氧化成硝酸的过程，称硝化作用。这一作用可分为两个阶段：第一阶段，氨被亚硝酸细菌氧化成亚硝酸；第二阶段，亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸。其反应如下：,2NH,2,3O,2,2HNO,2,2H,2,O,热量,2HNO,2,O,2,2HNO,3,热量,（,4,）反硝化作用,反硝化菌以,NO,3,或,NO,2,作为呼吸作用的最终电子受体生成,N,2,O,和,N,2,的硝酸盐还原过程，称反硝化作用。其反应如下：,反硝化细菌,C,6,H,12,O,6,24KNO,3,24KHCO,3,6CO,2,12N,2,18H,2,O,3.,含磷有机物质的转化,土壤中含磷有机物主要有核蛋白、卵磷脂、核酸、核素等，它们在有机磷细菌的作用下进行分解：,磷细菌,水解,K,Na,Ca,2,核蛋白质 磷酸,磷酸盐,产生的磷酸盐是植物可吸收的磷素养分，但在酸性或石灰性土壤中易与,Fe,、,Al,、,Ca,、,Mg,等生成难溶性的磷酸盐，降低其有效性。在缺氧条件下磷酸又被还原为磷化氢，其反应如下：,H,3,PO,4,H,3,PO,3,H,3,PO,2,PH,3,4.,含硫有机物质的转化,植物残体中的硫，主要存在于蛋白质中，能分解含硫有机物的土壤微生物很多，一般能分解含氮有机物的氨化细菌，都能分解有机硫化物，产生硫化氢，其反应如下：,蛋白质 硫氨基酸,H,2,S,还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫酸的过程，称硫化作用。其反应如下：,2H,2,S,O,2,2H,2,O,2S,2S,3O,2,2H,2,O 2H,2,SO,4,硫化作用产生的硫酸与土壤中的盐基物质作用，形成硫酸盐，硫酸盐是植物可吸收的养分。,1,、有机残体的化学组成,糖类、淀粉、简单蛋白质,粗蛋白,半纤维素、纤维素,木质素、脂肪、蜡质（从左到右矿化率降低）。,2,、有机残体的物理状态及残体的,C/N,比,鲜的比老的易分解，细碎的比整的易分解，更重要的指标是生物残体的,C/N,比,，,C/N,比,是指有机物质或土壤有机质中碳与氮的重量比,。一般说来，,土壤微生物每分解,25,份,C,需吸收,1,份,N,，,C/N,比为,25,30/1,左右，,而作物秸杆,C/N,比一般为,60-80,，高于,5/1,，因此较难分解，或吸收土壤中的速效氮，造成和植物争氮现象发生，影响作物生长。,影响土壤有机质矿化率大小的因素,：,3,、温度,25-35,生物残体分解速度最迅速。,4,、水气条件,要求一定的湿度和氧气有利于矿质化，水分在田间持水量的,60%,100%,、通气良好有利于矿质化。,5,、土壤酸碱度,土壤微生物大多在,pH 4,10,范围内生存。,pH,小于,4.9,，有机物质不易被分解。,另外,质地,也影响矿质化，粘土中粘粒含量高，与有机质密切结合，不利于有机物质的分解。,腐殖化作用,土壤微生物将生物残体矿化的过 程中产生的中间产物合成更为复杂的腐殖质的过程，称为有机质的,腐殖化作用,。,对于腐殖质形成的研究已有二三百年的历史，但整个作用机制并不清楚，各国土壤学家提出了多种腐殖质形成假说，有植物物质形成说、化学聚合说、细胞自溶说、微生物合成说，其中原苏联,Kononove,的,化学聚合说,较普遍获得公认。,（二）腐殖质化作用,腐殖质的形成过程可分为两个阶段：,第一阶段,产生构成腐殖质主要成分的原始材料，如多元酚、氨基酸、多肽、氧化物醌和糖类物质。,第二阶段,是合成阶段，微生物将上述原始材料通过某种化合机制（包括缩合等多种酶促反应和可能的纯化学反应），进一步合成为腐殖质的单体分子。,第一个阶段：产生构成腐殖质分子原始材料,木质素降解产物中保留了原来的,芳核结构,单位,.,有些微生物分解有机质时会产生,多元酚,类化合物,微生物分泌的酚氧化酶,氧化,多元醌,类化合物,蛋白质降解,肽类、氨基酸、氨,第二阶段：上述原始材料通过缩合等酶促反应和纯化学反应合成腐殖质单体分子。比如醌能与氨基酸缩合成腐殖质单体分子：,进入土壤的有机物究竟有多少能够转化为腐殖质可用,腐殖化系数,来表示,：,单位质量的有机物料在土壤中分解一年后，残留下来的量占施入量的百分数。,不同有机物料的腐解残留率是不同的，同一有机物料在不同土壤上的腐解残留率也不相同，耕地土壤一般为,0.20.4,之间。,腐殖化系数,影响腐殖化作用的因素有：,（一）植物物质的化学组成 （二）气候条件 （三）土壤质地 （四）土壤反应 （五）土地利用方式,一、土壤腐殖酸的性质,二、土壤腐殖质的分离提取和性质,第三节 土壤腐殖质,1,、腐殖酸的元素组成,主要是由,C,、,H,、,O,、,N,、,P,、,S,等元素组成。,平均含碳为,58%,，含氮平均,5.6%,，土壤腐殖质,C/N,比,12/1,，其中胡敏酸与富里酸比较，前者含碳、氮高而富里酸含氧、硫高，富里酸酸性较强。,一、土壤腐殖酸的性质,2,、腐殖酸含有多种含氧功能团并带有电荷,含有多种含氧功能团如羧基、酚羟基、羰基、甲氧基、醌基和醇羟基、胺基、硫醇基等，由于这些官能团存在，使腐殖酸具有生理活性，能发生许多生化反应如离子交换、络合、氧化还原等；另外腐殖酸还是两性胶体，在不同酸碱度的介质中电性不同，可以解离使腐殖质分子表面带有电荷。,（如,COO,、,NH,3,）,3,、腐殖酸的分子结构特征与分子量,腐殖酸分子结构复杂，分子结构以芳核为主体，芳核上连接多肽、酚酸、金属离子、糖和许多功能团和杂环氮，分子内部有许多非晶体的交联结构，形状为棒状或球形，分子量巨大，从几百到几万，胡敏酸分子量一般,n10000,，富里酸分子量,n1000,。,4,、腐殖酸的颜色,整体呈黑色，不同腐殖酸颜色有差别，与分子量和发色基团组成比例有关，胡敏酸颜色深，富里酸颜色黄；,5,、腐殖酸的溶解度,胡敏酸微溶于水，其一价盐溶水，多价盐不容于水；富里酸溶于水，其一、二三价盐均溶于水。,6,、腐殖酸的络合能力,能与铁、铝、铜锌等高价金属离子形成络合物，其中羧基与酚羟基是主要参与络合金属离子的功能团，络合物的稳定程度随,pH,升高而增大。,7,、腐殖酸的吸水性,腐殖酸,是亲水胶体，吸水能力强，最大吸水量超过本身重量的,5,倍，干腐殖质从饱和大气中吸水可达本身重量的,1,倍,。,8,、腐殖酸的稳定性,腐殖酸,化学稳定性强，抗微生物分解能力强，因此分解周期长，在温带植物残体的半分解期为,3,个月，而新形成的土壤有机物质的半分解期为,4.7-9,年，胡敏酸在土壤中平均停留时间,780-3000,年，富里酸为,200-630,年。,二、土壤腐殖质的分离、提取和性质,土壤腐殖质其主体是各种腐殖酸及其与金属离子相结合的盐类。,经处理的矿质土壤,黑色沉淀物胡敏素（黑腐素）,溶液,褐色沉淀 胡敏酸（褐腐酸）,黄色透明溶液富里酸（黄腐酸）,浸提过滤,稀,HCI,过滤,用乙醇溶解,溶解物即吉马多美郎酸,稀,NaOH,胡敏酸和富里酸是土壤腐殖质的主要部分，胡敏素是与土壤矿物颗粒紧密结合而不能被稀碱液所提取的腐殖酸，由于与土壤颗粒结合牢固，对土壤性质和土壤肥力影响不大。,土壤有机质含量高低是评价土壤肥力高低的一个重要指标，它对于创造良好的土壤结构、调节土壤养分、水分、空气和热量具有重要意义。土壤有机质，特别是腐殖质，对土壤肥力的影响是多方面的，主要可归纳如下几点：,三、土壤有机质在土壤肥力上作用,（一）植物养分的重要来源,土壤有机质含有大量而全面的植物养分，特别是氮素，土壤中的氮素,95,以上是有机态的，经微生物分解后，转化为植物可直接吸收利用的速效氮。,（二）提高士壤的蓄水保肥和缓冲能力,腐殖质本身疏松多孔,具有很强的蓄水能力。土壤中的粘粒吸水力一般为,50,60,，而腐殖质可高达,400,600,。,（三）改善土壤的物理性质,新鲜有机质是土壤团聚体主要的胶结剂，在钙离子的作用下，能够形成稳定性团聚体，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土壤温度。,（四）促进微生物的生命活动,土壤有机质能为微生物生活提供能量和养分，同时又能调节土壤水、气热及酸碱状况。,（五）促进植物的生长发育,胡敏酸具有芳香族的多元酚官能团，可以加强植物的呼吸过程，提高细胞膜的透性，促进养分进入植物体，还能促进新陈代谢，细胞分裂，加速根系和地上部分的生长。,（六）其他方面的作用,腐殖质中含维生素、抗生素和激素，可增强植物抗病免疫能力，胡敏酸还有助于消除土壤中农药残毒及重金属离子的污染。另外，腐殖质还有利于盐、碱土的改良。,土壤有机质的作用：,（,一）土壤有机质可为植物生长提供养分,（二）可以促进微生物的活动,（三）土壤有机质可改善土壤的物理性状,（四）可调节土壤的化学性质,（五）可提高土壤保水保肥能力,（六）土壤有机质有利于加速土壤矿物的风化,（七）提高土壤有机质有利于土壤增温,（八）土壤有机质有助于消除土壤中的农药残毒和重金属污染。,（一）提高土壤有机质的途径,1,、增施有机肥,，,我国历来有施有机肥的习惯，肥源广阔，有厩肥、堆肥、沤肥等对提高土壤的肥力作用极大，吨良田有机质含量不少于,1.1%,。有机肥工厂化生产是未来发展趋势。,四、耕地土壤有机质的调节,2,、秸杆还田是增加土壤有机质简单易行的措施,主要方式有：,（,1,）与厩肥混合堆腐沤制后还田。,（,2,）秸杆粉碎就地还田；,（,3,）高留茬收割，高度,2030cm,；,（,4,）将秸杆作饲料，过腹还田。,3,、粮肥轮作，做到用地养地相结合。,由于有机质的矿质化与腐殖化，所以：,土壤有机质含量年变化,=,年加入土壤的有机质量年分解的有机质量；,土壤有机质“得”、“失”平衡的一例：,（二）土壤有机质的动态平衡,思考题,1,、谈谈土壤的机械组成和土壤的质地分类,2,、土壤质地和结构对土壤水、肥、气、热的状况的影响有哪些？,3,、不同质地土壤的肥力特点是什麽？分别如何改良？,4,、矿质化与腐殖化过程的概念、过程。,5,、影响有机质转化的因素有哪些？,6,、土壤有机质的性质与土壤肥力的关系及有机质的作用,