任務三認識土壤有機質和土壤生物第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五一、土壤有機質

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

1、死亡的動植物、微生物殘體。2、施入的農家肥。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、植物，微生物殘體及植物的枯枝落葉，但基本來源是它上面生長的綠色植物。耕地土壤：可概括為兩個方面：（1）栽培作物的殘留物（2）施用的有機肥。其中后者其主導作用。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

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

土壤有機質對土壤肥力和植物生長起到良好的作用，在農業(yè)上常把保持土壤有機質平衡和逐步提高有機質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，有機質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，水田高于旱田，我省有機質含量較低，平均在1%左右，土壤培肥任務艱巨。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:化學組成1、非腐殖物質（非特異性物質）指土壤中動植物微生物殘體和它們不同階段的分解產物。包括：a、碳水化合物有單糖、多糖（淀粉纖維素木質素果膠質）等b、含氮化合物蛋白質、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、脂溶性物質和木質素2、腐殖質（特異性物質）是指有機生物殘體經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）土壤中有機質的轉化

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

土壤有機質的分解程度常用礦化率來表示：土壤有機質的礦化率——土壤每年因礦質化作用所消耗的有機質數量占土壤有機質總量的百分數。一般農業(yè)土壤有機質礦化率在2—5%之間，自然土壤＜1%。可計算土壤有機質的消耗，例：一畝地表土重150000公斤，土壤有機質含量為1%，土壤有機質礦化率為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單糖進一步分解為更簡單的物質C6H12O6C2H5OH+2[O]CH3COOH+2O22C2H5OH+2CO2CH3COOH+H2O2CO2+2H2O通氣良好的條件下，單糖迅速分解，最終產生CO2

和H2O，同時釋放出大量熱量。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，并有大量的中間產物——有機酸的累積，最終產物除了CO2外，還有大量的還原性物質CH4等產生，同時釋放出少量熱量。C6H12O6CH3CH2CH2COOH+2CO2+H22CH3CH2CH2COOH+2H2O5CH4+2CO2（2）含N有機物的分解

土壤中含N的有機物比如蛋白質、核酸、氨基酸、酰胺等也比較容易分解轉化，我們以土壤中主要的含N化合物——蛋白質為例來介紹含N有機物的分解。第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五a：水解作用：蛋白質水解蛋白質消化蛋白質多縮氨基酸（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，通過亞硝化細菌和硝化細菌的作用將NH4+—N氧化為NO3-—N的過程。2NH3+3O2亞硝化細菌2HNO2+2H2O+158大卡2HNO2+O2硝化細菌2HNO3+42大卡（3）含磷有機物的分解核蛋白水解酶蛋白質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、土壤中有機質的腐殖化過程

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

關于腐殖化過程，目前還不是十分清楚，只是了解了它的一般輪廓，對于其中很多過程還有待于進一步研究,各國土壤學家提出了多種腐殖質形成假說，有植物物質形成說、化學聚合說、細胞自溶說、微生物合成說，以原蘇聯Kononove的化學聚合說較普遍獲得公認，腐殖質的形成過程可分為兩個階段：第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五第一個階段：產生構成腐殖質分子原始材料木質素降解產物中保留了原來的芳核結構單位.有些微生物分解有機質時會產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和純化學反應合成腐殖質單體分子。比如醌能與氨基酸縮合成腐殖質單體分子：第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五

進入土壤的有機物究竟有多少能夠轉化為腐殖質可用腐殖化系數來表示：單位質量的有機物料在土壤中分解一年后，殘留下來的量占施入量的百分數。不同有機物料的腐解殘留率是不同的，同一有機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、腐殖質的分離、提取、組成和性質A：腐殖質的分離、提取a：腐殖質與土壤礦物質部分緊密結合在一起，形成復合體，不易分離。c：用一般的溶劑提取不完全，用劇烈的方法，有可能會引起有機分子的變性（包括：成分、性質、結構特征的改變）。b：腐殖質與非腐殖質很難用溶劑來區(qū)分，也不可能用通常的物理方法來分離。腐殖質的性質分離提取面臨困難：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、半分解的動植物殘體含腐殖質的土樣稀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）腐殖質的性質分離提取一般方法：第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五

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

功能團組成：腐殖質組分中有許多的功能團，其中最主要的是含氧功能團，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的存在，使腐殖質表現出多種活性，比如離子交換，對金屬絡合作用，氧化還原性及生理活性等。B、腐殖質的組成C：腐殖質在土壤中存在形態(tài)a：游離態(tài)的腐殖質，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化合形成復雜的凝膠體。d：與粘粒結合形成膠質復合體。第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五

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

腐殖質是兩性膠體，既帶負電荷又帶正電荷，通常以帶負電荷為主，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子化。帶電性OH腐殖質分子結構核心COOHNH2解離或質子化腐殖質分子結構核心COO－NH3＋O－由于羧基、酚羥基的解離，胺基的質子化的程度，都會隨周圍pH值的變化而變化，所以腐殖質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)色基團組成比例有關，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，其一價鹽溶于水，多價鹽不容于水富里酸溶于水，其一、二三價鹽均溶于水。絡合能力能與鐵、鋁、銅鋅等高價金屬離子形成絡合物，其中羧基與酚羥基是主要參與絡合金屬離子的功能團，絡合物的穩(wěn)定程度隨pH升高而增大。吸水性

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

其化學穩(wěn)定性強，抗微生物分解能力強，因此分解周期長，在溫帶植物殘體的半分解期為3個月，而新形成的土壤有機物質的半分解期為4.7-9年，胡敏酸在土壤中平均停留時間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）影響土壤有機質轉化的因素

1、土壤的濕度和通氣狀況：適當的濕度而且通氣良好的土壤：好氣性微生物活動旺盛，有機質進行好氣分解，分解速度快，而且比較完全，礦化率高，釋放出礦質養(yǎng)分多，而且呈氧化態(tài)，有利于植物對養(yǎng)分的吸收，但是中間產物累積少，不利于土壤OM的累積和保存。土壤濕度大通氣不良的土壤：嫌氣性微生物活動旺盛，有機質進行嫌氣分解，分解慢，而且不完全，礦化率低，釋放出礦質養(yǎng)分少，而且呈還原態(tài)，不利于植物對養(yǎng)分的吸收利用，同時在還原條件下會產生一些有機酸（比如乙酸、丙酸、丁酸）和一些還原性氣體H2S、H2等對作物生長有毒害作用，但是在嫌氣條件下中間產物累積多，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OM分解25—35℃：適宜土壤中大多數微生物活動≥45℃：微生物的活動就會受到抑制≥50℃：有機物可能會發(fā)生純化學的氧化分解而導致揮發(fā)。3、土壤酸堿反應細菌最適宜酸堿度：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。pH＜5.5或pH＞8：大多數的微生物都不太適宜。4、有機物本身的物理狀態(tài)和組成a：物理狀態(tài)：新鮮、多汁>干枯老化磨細、粉碎>未磨細粉碎b：化學組成：單糖、淀粉、水溶性蛋白質>半纖維素、果膠>

纖維素、木質素、脂肪、臘質第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五c：有機物的C/N比：指有機物中C總量與N總量的比。N是組成微生物體細胞的要素，有機質中的C既是微生物生命活動的能源，又是構成體細胞的要素，所以微生物對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和構成體細胞的需要。不同的微生物在不同的條件下對C/N的要求不一樣，一般認為微生物每分解25—30份的C，大約需要1份的N，也就是說微生物對C/N的要求是25—30/1。有機物的C/N＞25—30/1：有機物中的N素供應不足，微生物就可能從土壤中吸收有效N用于構成微生物體細胞，從而產生微生物與植物競爭土壤有效N的現象，也有可能抑制微生物的繁殖和生長，從而使有機物的分解受到抑制。有機物的C/N＜25—30/1：有機物中的N素供應充足，微生物的繁殖和生長要快得多，有利于礦質化作用的進行。實際上大多數有機殘體的C/N遠遠大于25—30/1，比如禾本科作物的秸稈，其C/N80—100：1遠遠大于25—30/1，為了促進它的分解，并防止植物缺N，應該補施一定的化學N肥。第二十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五（五）有機質在土壤肥力