第二章 1 土壤有机质课件.ppt
第二章 土壤有机质与土壤生物,第一节 土壤有机质的来源与转化第二节 土壤腐殖质第三节 土壤有机质的作用与管理第四节 土壤生物与土壤酶,第一节 土壤有机质的来源与转化,一、土壤有机质（soil organic matter）的概念1、定义 广义：指土壤中各种动植物残体及微生物分解和合成的有机化合物 狭义：主要指有机质残体经微生物作用形成的一类特殊的、复杂的、性质比较稳定的高分子有机化合物，即土壤腐殖质（humus)2、来源与形态新鲜的动植物残体半分解的有机物质腐殖物质非常复杂,第一节 土壤有机质的来源与转化,3、组成C、H、O、N为主部分灰分元素糖类、有机酸、醛、醇、酮类以及 相近的化合物纤维素和半纤维素木质素脂肪、蜡脂、树脂和单宁,4、土壤中的含量一般耕层土壤有机质含量不超过 50 gKg-1华北、西北地区：10 gKg-1南方水田：15-35 gKg-1东北黑土：80-100 gKg-1菜园土：20-30gKg-1自然土壤的有机质含量可达：50-200gKg-1一些森林土壤有机质：300gKg-1有机质土壤：耕层土壤含量高于200gKg-1的土壤矿质土壤：耕层土壤含量低于200gKg-1的土壤,第一节 土壤有机质的来源与转化,二、土壤有机质的分解与转化 1、矿质化定义：有机无机；复杂简单1）糖类 多糖单糖CO2 + H2O +热能多 (好气条件),有机酸 + CH4 + H2 + CO2 + H2O + 热能少 (厌氧),分解速度：己糖淀粉半纤维素纤维素,2）脂肪、树脂等分解缓慢，不彻底 H2O + CO2 + 热能有机酸多酚类3）木质素最不易分解，分解最慢含有芳香环，以多聚体形态存在植物残体中木质素含量高，还会使蛋白质、多糖类不易分解,4）含N有机化合物水解作用：蛋白质多肽氨基酸氨化作用：氨基酸氨硝化作用：氨 硝态氮反硝化作用：硝态氮NO2、NO、N25）含P有机化合物核蛋白核酸磷酸,2、腐殖化定义：中间产物复杂两阶段 ：产生原始材料重新合成有机物质相对简单的有机化合物腐殖质,二、土壤有机质的分解与转化,1、水、气、热条件适宜温度：2535 含水量：接近最大持水量的60% - 80%通气状况 通气良好：利于养分的释放 过湿，通气不良：累积中间产物，利于有机质的合成和积累,三、影响土壤有机质转化的条件,2、土壤质地越粘重越难分解粘粒-腐殖质复合体3、土壤酸碱性适宜pH 6.57.5,4、植物残体特性易分解成分鲜嫩程度紧实程度粉碎程度,5、植物残体的C/N比率C/N比：C：能源和躯体材料N：蛋白质C/N 25 : 1时分解快生产中：有机、无机肥配合施用,第二节 土壤腐殖质的组成与性质,一、概述特殊的高分子化合物，结构复杂，性质稳定是混合物，一种有机无机复合体主体是腐殖酸及其与金属离子相结合的盐类吸附其它简单化合物二、可分离出不同组分胡敏素：黑色，不溶胡敏酸（HA）：分子量大，改善土壤结构富里酸（FA）：酸性强，促进养分有效化,第二节 土壤腐殖质的组成与性质,三、元素组成C、H、O、N、P、SC：5560%（平均58%）N：36%（平均5.6%）C/N=1012 : 1C:N:P:S=100120 : 10 : 1 : 1少量的Ca、Mg、Fe、Si 四、分子结构及化学特征分子量几千几万 许多取代基，多种官能团电性、吸附性,第二节 土壤腐殖质的组成与性质,五、形状、颜色、吸水性、稳定性疏松球形、黑褐色、吸水力强六、随生物气候条件而变化在我国，由东向西，土壤腐殖质含量逐渐减少胡敏酸与富里酸的比值(HA/FA)，能说明腐殖质的形成条件和分子质量的复杂程度HA/FA比值越大，腐殖酸的结构越复杂；反之，则结构越简单北方大多数土壤， HA/FA1，以胡敏酸为主南方土壤， HA/FA1，富里酸占优势,一、土壤有机质在土壤肥力上的作用提供和活化植物和微生物所需的养分和能源（持久、平衡；活化矿物中的元素、P等）改善土壤的物理性质：粘结性、塑性适中；持水能力增加；结构性变好；耕性好；通透性适中；增温改善土壤化学性质：保肥力、供肥性、缓冲性等方面得到提高。生理活性。,第三节 土壤有机质的作用与管理,讨论：土壤有机质在土壤中的含量是否越高越好？,CO2和O2的矛盾发热（发酵）有毒物质的积累（脂肪酸、H2S）支撑性降低,二、有机质在生态环境上的作用,对金属离子的作用：通过络合、氧化还原、溶解等作用降低或消除重金属离子的毒害作用对农药的有机污染物的固定作用：对全球碳平衡的影响 ,三、土壤有机质管理的目标保持O.M平衡和维持O.M 在适当水平平衡 ： 矿化腐殖质化 1、矿化率每年因矿化作用而消耗掉的有机质数量占土壤有机质总量的百分数,2、腐殖化系数在机物料投入土壤一年后形成的腐殖质的量与原来有机物料总量的比值。,例：某土壤有机质含量20 g/kg，矿化率为2%，每亩耕层土壤重量为150 000kg，重量含水量为 15。问每年每亩要消耗多少有机质？每年要施多少紫云英（腐殖化系数为0.20，含水量90%)才能使土壤有机质含量保持平衡（不下降）?解：年消耗有机质=150 000 kg (1-15%)202%=51 kg紫云英(1-90%)0.20 = 51 kg 紫云英 = 2550 kg,四、土壤有机质管理措施开源：节流：1、增加外来有机质数量2、有机无机肥配合施用3、少耕或免耕4、旱地改水田5、调节有机质转化条件,土样,磨碎过筛后的土样,黑色残余物（胡敏素）,溶液,褐色沉淀（胡敏酸）,黄色溶液（富里酸）,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、芳化度高、不溶于水、C、N多、稳定性高,分子量小、芳化度低、可溶于水、O、S多、活性强,所占比例很小,土壤腐殖质的分离提取和分组,土壤有机质腐殖化的两个阶段,腐殖化：土壤中动植物残体或施入的有机肥料在微生物作用下形成腐殖质的过程。,阶段 1：有机物料分解产生原材料,土壤有机质腐殖化的两个阶段,阶段 2：重新合成,含多种功能团：羟基(COOH),酚羟基(OH),醇羟基(OH),甲氧基(OCH3),氨基(NH2),酮基(C=O),Humic acid structure,Humic acid structure,Geometrically optimized 3-D structure of humic acid (C308H335O90N5, 738 atoms),Monthly and annual atmospheric concentrations of carbon dioxide (CO2, ppm),全球碳循环,The fate of organic residues added to soils,Carbon flow in soil-plant system.,
