第二章

土壤有機質土壤有機質是土壤固相的組成部分，一般占到土壤總重量的5%左右。土壤學中把耕層土壤有機質含量在20%(200g/kg)以上土壤叫有機質土，20%以下土壤叫礦質土壤。我國土壤耕層有機質大多數在5%以下，東北土壤較多，華北、西北大多在1%左右，個別漠境土壤不足0.5%。華中、華南水田土壤有機質含量在1.5~3.5%,旱地土壤含量也較少。盡管如此，土壤有機質對土壤性質影響卻很大。是土壤肥力主要指標，在環境保護、農業可持續發展等方面都有很重要的作用和意義。概述土壤有機質0.5%5%0.5-2.0%7%一、土壤有機質來源及其組成和存在形態

二、土壤有機質的生物轉化及其影響因素

三、土壤有機質各主要組分和性質

四、土壤有機質在土壤肥力上的作用

五、土壤有機質的管理第二章

土壤有機質1.來源于數目眾多微生物

（1）微生物是最早出現在母質中的有機體。成為最早的土壤有機物質來源

（2）微生物數目繁多，生活代謝周期短。

（3）微生物的代謝產物是土壤有機質來源之一2.來源于各種動植物殘體及其它們的代謝物

（1）樹木、灌叢、草類、和其它植物殘體。植物生長量成為土壤有機質含量的主要依據

（2）土壤動物:蚯蚓、螞蟻、鼠類、昆蟲等的殘體及分泌物3.來源于施入的各種有機肥一、土壤有機質來源及其組成和存在形態（一）土壤有機質的來源（二）土壤有機物質組成特點及存在形態1.土壤有機質的物質組成依據有機物質的分解階段和存在物理形態分為：

（1）未分解的動植物殘體（原材料）

（2）半分解的有機質：成為暗褐色小片

（3）腐殖質：特殊性有機物質2.土壤有機質化學組成（1）碳水化合物：單糖、多糖、淀粉、纖維素、果膠物質等（2）木質素：比較穩定，是形成腐殖質中心核的原始材料（3）含氮化合物：蛋白質、多肽、氨基酸（4）脂溶性物質：如樹脂、單寧、臘質等3.土壤有機質的元素組成

C(52~58%)、O(34~39%)、H(3.3~4.8%)、N(3.7~4.1)、P、K、Ca、Mg、Fe、Si、Zn、Cu、B、Mo、Mn等.其中：C、H、O、N的和占有機質90~95%4.土壤有機質組成基本特點（1）土壤有機質中木質素和蛋白質含量比植物組織中含量增加（2）纖維素和半纖維素含量減少（3）土壤中形成了腐殖質（二）土壤有機物質組成特點及存在形態二、土壤有機質的生物轉化及其影響因素有機殘體礦（質）化作用mineralization腐殖化作用humification各種動、植物有機殘體進入土壤后，在水分、溫度、土壤微生物等因素的作用下，發生極其復雜的變化過程（土壤有機質的轉化過程），這些過程總的來說是向著兩個方向進行：（一）土壤有機質的礦化作用1.礦化作用的概念：有機物質在微生物的作用下分解成無機營養元素的過程2.礦化作用的意義（1）為作物生長釋放出了營養元素---有效化過程（2）為腐殖質形成提供了基本材料，成為腐殖化的前提。3.各種物質礦化作用（1）糖類有機物質礦化：多糖單糖CO2+H2O+heat(多）好氣條件下有機酸——heat（少）半嫌氣條件CH4、H2、H2S+heat（極少）嫌氣水解酶作用

己糖>淀粉>半纖維素>纖維素；糖類物質的分解是土壤中生物活動的主要能源（生物熱）。（4~5千卡熱/g有機物）（一）土壤有機質的礦化作用（2）含氮物質的分解蛋白質多肽氨基酸氨NH3硝酸根NO3-蛋白酶肽酶氨化細菌硝化細菌水解作用（hydrolyzation)氨化作用(ammonification)硝化作用（nitrification)任何條件下好氣條件下（一）土壤有機質的礦化作用（3）含磷和硫化合物的分解含磷和硫化合物的分解正磷酸鹽H2PO4-、HPO4=、PO43－、正硫酸鹽HSO4-、SO4=好氣條件偏磷酸鹽和次磷酸鹽H3PO3、H3PO2

、H3P氣體H2S

(黑根、毒害）

嫌氣條件（一）土壤有機質的礦化作用4.礦化率（mineralizationrate)：

每年因礦化而消耗的有機物質量占土壤有機質總量的百分數。

礦化率作為土壤礦化快慢的指標。一般土壤年礦化率為1%左右。（一）土壤有機質的礦化作用（二）土壤有機質的腐殖化作用1.腐殖化概念

腐殖質：土壤腐殖質是土壤中一類性質穩定，成分、結構極其復雜的高分子化合物。

腐殖化：有機物質在分解轉化過程中，又重新合成腐殖質的過程。

腐殖化過程也就是有機碳從一種有機碳形式轉化為另一種有機碳形式，也叫有機碳的周轉。它是一種極端復雜的生物過程。2.土壤腐殖化過程---腐殖質的形成過程（假說階段）腐殖化過程是以微生物為主導的生物和生化過程，還有一些純化學過程。

土壤腐殖化作用分為三個階段：

第一階段：植物殘體分解產生簡單的有機碳化合物；

第二階段：通過微生物對這些有機化合物的代謝作用及反復的循環，增殖微生物細胞；

第三階段：通過微生物合成的多酚和醌或來自植物的類木質素，聚合形成腐殖物質。

（二）土壤有機質的腐殖化作用腐殖物質形成有四條途徑：

（二）土壤有機質的腐殖化作用途徑1：糖－胺縮合學說途徑2、途徑3：多元酚理論途徑4：木質素－蛋白質理論植物殘體糖類木質素腐殖物質醌多酚氨基化合物木質素分解產物醌在微生物的作用下發生轉化(1)(2)(3)(4)圖2-1土壤腐殖物質形成過程中的轉化途徑3.腐殖化系數：給土壤加入單位有機物質后，所產生腐殖質的斤數（一般指一年以后）。腐殖化系數大小不僅取決于有機物質品種本身，也取決于各種環境條件：旱地土壤腐殖化系數一般在0.20~0.30，而水田則為0.25~0.40之間。（二）土壤有機質的腐殖化作用

土壤有機物質分解轉化是在微生物的作用下進行的，屬于生物化學反應。1.溫度:在0～35℃范圍內，隨著溫度升高，有機物質分解速率增加。每上升10℃，土壤有機質分解速率升高2～3倍。溫度高于45℃和低于0℃微生物的活性都會降低，有機物質分解速率變慢。高于50℃就是純氧化反應。

南方土壤有機質含量低于北方土壤原因：溫度增加10℃，有機質分解速率增加2～3倍。（三）影響土壤有機質分解和轉化的因素2.土壤水分（通氣性）：微生物生命活動需要一定的濕度條件和通氣條件。如果適度濕潤且通氣良好，土壤中的好氣微生物活動旺盛，有機物質進行著好氣分解，分解速度快、分解完全、礦化率高、中間產物少、養料釋放多、不會產生有毒物質；如果濕度過大，水分堵塞了土壤孔隙，使通氣狀況受阻，嫌氣微生物活動旺盛，有機物質分解慢、不徹底、有中間產物累積、釋放還原性氣體、產生環境效應、也影響植物生長。

水田不宜提倡秸稈還田，不用以犧牲環境為代價，換取增產。（三）影響土壤有機質分解和轉化的因素3.植物殘體的特性：主要是有機物的物理狀態和組成，包括：新鮮程度、細碎程度、植物組織的C/NC/N比：有機質中有機碳和有機氮的重量比（動畫）

土壤的C/N比:

8:1~15:1中間值為10:1~12:1。

植物的C/N比：豆科植物20:1~30:1。作物秸稈為80:1~100:1

微生物C/N比：5:1~10:1,平均為8:1C/N比意義：1.具有較高C/N的植物殘體進入土壤會引起微生物與植物爭氮現象。C/N比作為秸稈還田的重要技術參數需要考慮。2.不同土壤有一個相對穩定的C/N比。土壤碳的保持決定于土壤氮的水平。有機體的含氮量越大，則有機碳累積的可能性也就越大。所以，C/N不僅與土壤氮的有效性有關，而且也跟土壤有機質的保持有關。在耕作土壤管理中，兩方面都需要考慮。（三）影響土壤有機質分解和轉化的因素4.土壤特性：（1）土壤的pH條件各類微生物最適活動的pH條件：細菌—中性；放線菌—偏微堿性；真菌—酸性pH3～6；土壤pH高于8.5和低于5.5，都不適宜微生物活動。絕大多數微生物最適pH條件為中性。

（2）土壤質地條件

土壤有機質含量與土壤中粘粒的含量具有極顯著的正相關關系。（三）影響土壤有機質分解和轉化的因素三、土壤有機質各主要組分和性質（一）土壤有機質組成土壤有機質非腐殖物質腐殖物質1.非腐殖物質：有特定的物理化學性質、結構已知的有機化合物。

(1）碳水化合物：多糖、糖醛酸和氨基糖組成，主要來源于植物殘體和根系分泌物，含量占有機質總量15～27%，其中多糖是主體，含量約為有機質總量的9～22%，多糖對土壤結構影響研究倍受關注。

（2）含氮化合物：主要來源于生物殘體中含氮化合物，其中主要形式為蛋白質、縮氨酸，易于分解成氨基酸，占的量不高。（一）土壤有機質組成2.腐殖物質：有機物質在微生物作用下分解轉化成一種特殊的、高分子、暗色的有機物質。腐殖物質是在土壤中形成的一類特殊的化合物，遠不同于動植物體內的其它有機化合物，結構復雜、性質穩定、存留時間長、和無機礦物顆粒密切結合在一起，是土壤有機質主體成分，占有機質總量的50～90%，基本上與鹽基離子形成各種腐殖酸鹽。中心為芳香核、連接了許多支鏈化合物的復雜結構（一）土壤有機質組成（二）土壤腐殖質分離與提取以上是依據腐殖酸類物質溶解性進行分類與提取請注意三大類腐殖組分，尤其是胡敏酸（HA）和富啡酸（FA）土壤用稀堿（NaOH）去除了動植物殘體細土樣溶液（腐殖酸）Humicacids黑色殘余物(胡敏素）humin酸化（HCl）黃色溶液（富啡酸）Fulvicacid，FA褐色沉淀(胡敏酸)

humicacid，HA用乙醇溶解溶解吉瑪多美朗酸堿溶后加電解質

NaCL沉淀灰色腐殖酸溶液棕色腐殖酸水浮選、手挑、靜電吸附或采用比重1.8或2.0重液浮選（輕組）一般將土壤腐殖物質劃分為三個組，但這些組分只是操作上的劃分，而不是特定化學組分的劃分。

1.胡敏酸（褐腐酸、HA）：堿可溶，水和酸不溶，顏色和分子量中等；

2.富啡酸（黃腐酸、富里酸、FA）：水、酸、堿都可溶，顏色最淺、分子量最低；

3.胡敏素（黑腐素）：水、酸、堿都不溶，顏色最深、分子量最高，但其中一部分能被熱堿所提取。（二）土壤腐殖質分離與提取（三）土壤腐殖酸的性質1.腐殖酸的組成（1）腐殖酸的元素組成腐殖酸主要由碳、氫、氧、氮、硫等元素組成。腐殖質含碳約55～60％，所以，一般以腐殖質分子的平均含碳量58%作為有機碳和腐殖質的換算系數（1.724=100/58）。腐殖質含氮約3～6％，平均為5.6％，其C/N=10:1～12:1，且在不同的腐殖酸中均為：胡敏素>胡敏酸>富啡酸。腐殖酸C（%）H（%）（O+S）（%）N

（%）分子量胡敏酸富啡酸50~6045~533.1~5.34.0~4.831~4040~502.8~5.91.6~4.3890~2550675~1450我國土壤腐殖酸的元素組成（南京土壤研究所）（2）腐殖酸的化學結構分子結構非常復雜，有許多模式，但相對統一的認識是中心為芳香核（疏水性基團），周圍有許多支鏈化合物（有許多功能團）成為網狀結構特征。功能基團包含有：羧基、酚羥基、羰基、醌基、醇羥基、甲氧基等。這些基團成為腐殖質分子活性最強的部分，如帶電性、吸附性、親水性等。種類羧基酚羥基醇羥基醌基酮基甲氧基總酸度HA15-5721-572-491-261-53-867FA55-1123-5726-953-2012-273-12103腐殖質的含氧官能團含量（mmolM＋）.kg-1芳構化程度：表示腐殖酸分子中芳香環結構所占的比例。表示腐殖質的縮合度（三）土壤腐殖酸的性質（3）腐殖酸的分子形狀：

多數人認為是網狀多孔結構.現代用電子顯微鏡觀察發現，腐殖質為非晶質物質，分子結構非常松散。大致呈無規則線狀，其結構受pH、溶液電解質濃度的影響極大。

pH2-3纖維、纖維束狀

pH4-7網狀、海綿狀

pH8-9頁狀

pH>10粒狀HA的3D優化結構模型

（三）土壤腐殖酸的性質

2.腐殖酸的理化性質（1）顏色：腐殖酸不分組時，整體呈現黑色，但不同組分其顏色不同，胡敏酸顏色較深，呈棕褐色，富啡酸顏色較淺，呈淡黃色。腐殖質顏色主要由縮合度的大小和發色團的比例不同而引起。A4/A6比值或(E4/E6):

腐殖質在波長為465nm和665nm（或400nm和600nm)處的吸光值的比，是腐殖化程度的指標。（三）土壤腐殖酸的性質（2）溶解性：腐殖質是一種弱酸，可溶于堿溶液而生成腐殖酸鹽。富啡酸溶于水、酸、堿；胡敏酸不溶于水和酸，但溶于堿；富啡酸的一價、二價鹽溶于水，三價鹽幾乎不溶于水；胡敏酸的一價鹽溶于水，但二價、三價鹽幾乎不溶于水。（3）吸水性：是一種親水膠體，

最大吸水量可以超過500%（三）土壤腐殖酸的性質（4）帶電性：屬于兩性膠體。在酸性情況下帶負電荷，堿性情況下帶正電荷。電荷來源主要是腐殖酸分子羥基解離和胺基質子化。帶電量為500～1200cmol/kg，隨pH升高而升高。（三）土壤腐殖酸的性質（5）絡合性：絡合物的穩定性隨pH值的升高而增大。在pH4.8時能與Fe、Al、Ca等離子形成可溶性絡合物，但在中性或堿性條件下會產生沉淀。（三）土壤腐殖酸的性質在溫帶條件下，一般植物殘體的半分解周期少于3個月，植物殘體形成的新的有機質的半分解期為4.7-9年，而胡敏酸的平均停留時間為780-3000年，富啡酸的平均停留為200-630年。（6）穩定性：土壤有機質平均停留期（MRT）：土壤有機質各組分年齡的加權平均值。（三）土壤腐殖酸的性質

（一）提供植物需要的養分土壤有機質含有大量而全面的植物養分。

1.碳素營養：碳素循環是地球生態平衡的基礎；

2.氮素營養：土壤有機質中的氮素占土壤全氮的90-98%；

3.磷素營養：土壤有機質中的磷素占土壤全磷的20-50%；

4.其他營養：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等營養元素；

5.腐殖酸的絡合和螯合，防止了某些金屬如Cu、Zn沉淀，提高了有效性；

6.有機酸促進了礦物風化、溶解釋放其養分。

有機物質是多元素的長效肥四、土壤有機質的作用有機質在土壤肥力上的作用（二）改善土壤肥力特性1、物理性質：①促進良好結構體形成(膠結劑---胡敏酸、多糖）②降低土壤粘結性、粘著性、脹縮性和可塑性，改善土壤耕性；③降低土壤砂性，提高保蓄性；④促進土壤升溫。機理如下：進入土壤的植物組織具有一定的熱量腐殖質黑色有利于吸熱增溫導熱性較大土壤有機無機復合體示意圖2、化學性質（1）影響土壤的表面性質（2）影響土壤的電荷性質–可變電荷（3）影響土壤保肥性（4）影響土壤的絡合性質（5）影響土壤緩沖性（弱酸和弱酸鹽）3、生物性質（1）土壤微生物活動所需能量的重要來源（2）影響根系的生長（3）影響植物的抗旱性(增強了細胞滲透性和刺激根系下扎）（4）影響植物的物質合成與運輸不良作用：有機物質分解的中間產物如各種有機酸的毒害問題應當注意（一）有機質對重金屬污染的影響

腐殖酸是重金屬離子的絡合劑。（二）有機質對農藥等有機污染物的固定作用褐腐酸可使殘留在土壤中的某些農藥如D.D.T、三氮雜苯等溶解度增大，加速淋出土體。減少對農作物危害，（三）土壤有機質對全球碳平衡的影響

從全球來看，土壤有機質水平的不斷下降，對全球氣候變化的影響不亞于人類活動向大氣排放的影響。（四）對環境不良影響還原氣體的產生CH4、H2S等有機質在生態環境上的作用1.生態平衡原則

在各種環境條件下，土壤有機質