土壤生物和土壤有机质.ppt

第三章 土壤生物和土壤有机质,主要教学目标：1、土壤生物有哪些种类，它们起什么作用？2、什么是土壤有机质？3、土壤有机质如何转化？转化形成的产物是什么？4、土壤有机质在园林生产有哪些作用？5、如何改良土壤的生物学性质？,第三章 土壤生物和土壤有机质,第一节 土壤生物和生物学现象第二节 土壤有机质来源、类型、及组成第三节 土壤有机质的矿质化过程第四节 土壤有机质的腐殖质化过程第五节 土壤有机质的作用与调节,思考题：,一、名词解释：1、土壤有机质矿质化过程；2、土壤有机质腐殖化过程；3、氨化作用；4、硝化作用；5、反硝化作用；6、根际效应二、什么是土壤腐殖质，主要物质成分是什么，是如何形成的？三、土壤细菌有哪些生理类群？它们在土壤中的功能是什么？四、土壤有机质有哪些作用？,第一节 土壤生物,一、树木根系1、根的种类 根从植物根基发出的根，依据其延伸的方向，可分为：水平根、垂直根、斜生根、下垂根、下斜根。,2、根系类型,水平根型：水平根占优势；垂直根型：垂直根发达；斜生根型：主要为斜生根，如刺槐。复合根型：各类根的发育程度相近。变态根型：由外界特殊条件如人为的影响产生的。在容器中育苗所形成的根属变态根型。,二、土壤动物,1、土壤动物的作用挖掘洞穴，利于空气流通和水分渗入；粉碎动植物遗体，为微生物分解创造条件；增加土壤有机质；使有机质与矿质土壤混合。2、蚯蚓的作用促进有机质的腐殖质化以及土壤结构体的形成。土壤中蚯蚓数量是评价土壤肥力高低的一个指标。,三、土壤微生物,土壤微生物包括：细菌、真菌、放线菌和藻类,三、土壤微生物,特点：在土壤中数量高，繁殖快。作用：分解有机质、合成腐殖质，在土壤总的代谢活性中起重要的作用。,1、细菌,土壤细菌占土壤微生物总数的7090%。个体小，代谢强，繁殖快，是土壤中最活跃的因素。（1）土壤细菌的常见属主要为节杆菌属（Arthrobacter)芽孢菌属(Bacillus),产碱杆菌属（Alcaligenes）假单胞菌属(Pseudomonas)土壤杆菌属(Agrobacterium),1、细菌,1、细菌,（2）土壤中细菌的生理类群：碳水化合物分解细菌分解糖、淀粉、纤维素等；氨化细菌有机含N化合物中的N素，通过氨化细菌的作用转化形成氨；硝化细菌氨经硝化细菌作用转化为亚硝酸，然后转化为硝酸。反硝化细菌硝态氮在反硝化细菌作用下，使硝酸还原成还原态氮。,1、细菌,（3）根据营养方式分类 分为自养和异氧细菌。自养型细菌：又叫无机营养型。利用氧化无机物产生的化学能或太阳能作为自身的能量，由空气中摄取二氧化碳。作用：积累土壤有机质和氧化无机物。,几种好氧化能自养菌,1、细菌,异养型：又叫有机营养型 依靠分解有机物质获得能量和营养。在异养方式中分好氧和厌氧型。好氧型细菌：使有机质彻底分解，释放养分；有的可固定氮素。如固氮菌、根瘤菌、纤维分解细菌等。厌氧型细菌：分解有机质，合成腐殖质。如嫌气固氮菌、嫌气蛋白质分解细菌等。,2、真菌,真菌的数量小，但生物量大，在森林土壤和酸性的环境中，真菌是分解土壤有机质的主要微生物类群。常见的真菌种类繁多。青霉(Penicillium)曲霉(Aspergillus)镰刀霉(Fusarium)木霉(Trichoderma)根霉(Rhizopus)毛霉（Mucor）真菌对酸度的适应范围较宽，在pH4时，细菌和放线菌不能生长的情况下，真菌却能生长。,2、真菌,真菌属异氧型微生物。土壤真菌的多少与土壤有机质含量密切相关。根据真菌的营养过程将真菌分为三类：寄生真菌：引发植物的病害；腐生真菌：分解有机残体；共生真菌：与植物体共生，也叫菌根菌。,3、放线菌：,属单细胞微生物，在土壤中以菌丝体存在.大部分是腐生菌，少数是寄生菌。有的能与植物共生，固定大气氮。分布：主要分布在土壤中。主要出现在分解的有机物上。,3、放线菌：,土壤中主要的放线菌优势属:链霉菌属（Actinomyces)诺卡氏菌属(Nocardia)小单孢菌属(Micromonospora)在放线菌中，有些具嗜热性，能耐高温（5065），普遍存在于土壤、肥料及发热的干草和堆肥中。,3、放线菌：,由放线菌产生的抗生素有2000种，在临床和农业生产上有使用价值的有数十种。链霉素，土霉素，金霉素，庆大霉素，卡那霉素，春雷霉素，灭瘟素等。“5406”抗生菌肥料，属于放线菌肥料。另外，放线菌能产生各种酶和维生素，在污水处理，石油脱蜡等方面有很大的用途。,4、藻类,是含叶绿素的低等植物，有些能进行光合作用，自身合成有机质，它们主要生活在土壤表层。地表藻类能够和土壤颗粒粘结在一起，增加土壤表面的强度，可使土壤侵蚀明显减轻。另外蓝绿藻可固定N素。,4、藻类,土壤中的藻类主要是绿藻和硅藻。土壤藻类是土壤生物的先行者，可通过光能自养的能力。成为土壤上最先有机物质制造者之一。荒地和干燥的沙漠土壤中的腐殖质多来自土壤藻类。根据藻类的生长状况，可判断出土壤的肥力状况和性质。,四、几种重要的土壤生物学现象,1、根际与根际效应 根际：就是植物根与土壤的交界面，目前根际的范围并不十分明确。现一般是距根面14毫米厚的土壤范围内。采集根际土壤常用的方法是：将植物连根带土挖掘出来，抖掉根上的大土块，将紧贴于根上的薄层土壤洗下来。,四、几种重要的土壤生物学现象,在根际土壤中，根系除直接吸收养分外，还将各种有机和无机物释放到这部分土壤中，如碳水化合物、氨基酸等、腐殖酸等，使得根际土壤中的营养物质比根外土壤丰富。根际土壤的营养物增加，使根际土壤的微生物大量繁殖，这种现象称为根际效应。常用R/S来表示。,1、根际与根际效应,但有时根系会分泌植物毒素，强烈拟制同种植物或他种植物的生长。这种现象称为异株相克。连作减产以及病害加重的现象，大多与根分泌物有关。如由于桃树的根皮中分泌苦杏仁苷物质，就出现了同一土地上的再植障碍问题。,2、生物固氮,概念：生物固氮是在常温、常压下，通过固氮生物体内固氮酶的作用，将游离氮素转变成氨的过程。固氮的微生物：70多个属。主要为细菌、放线菌和蓝、绿藻类。生物固氮的形式：自生固氮和共生固氮。其中共生固氮的效率高。,2、生物固氮,豆科植物（三叶草、草木樨、紫花苜蓿）300600千克/公顷.年。非豆科（赤杨属、杨梅属、仙人掌属）的固氮为：50400千克/公顷.年。生产应用：在绿地建植中，要适当培植一些共生固氮植物，适当进行根瘤菌接种。根瘤菌要求土壤环境为中性，磷、镁、钼、锰含量较高的土壤。,3、共生真菌,有些真菌能在一些根上发育，共同发育成菌根。现已查明有2000种植物与真菌共生形成菌根。根据菌根与植物根结合的紧密程度，可分为周边营养型菌根：菌丝深入土壤和根部的周围，但不进入根内。外生菌根：深入根内，但只到细胞之间，不进入根细胞内部。内生菌根：菌丝穿入根细胞内。,3、共生真菌,松柏科、桦木科、壳斗科、杨柳科、胡桃科等许多森林乔木的根上都生有外生菌根，大豆、玉米、棉花、马铃薯、胡萝卜等生有内生菌根。内生菌根中最重要的是泡囊分枝状菌根（VA菌根），属真菌类，是目前微生物肥料中研究的热点。,3、菌根,菌根可扩大根的吸收面，提高根的吸收能力，增加根系对水分及养分的吸收。另外，有些菌根还能产生抗生素，保护幼根免受寄生物的入侵。菌根菌需要从根系中吸取营养，才能生存。菌根现象十分普遍，且没有严格的专一性，同种植物可被多种菌根菌感染，同一种菌根菌也可以感染多种植物，对植物的生长环境有利，同时使用菌剂方便。,3、菌根,有许多树木的生长，必须有菌根菌的存在，才能良好地生长。海南岛的南亚松，在无菌根菌的荒地上，苗木常常死亡。在园林生产中，对不良的土壤，使幼苗感染或接种菌根菌是非常必要的。方法：客土或施用微生物肥料。菌根菌要求的土壤环境：pH在5左右，土壤结构和通气性能良好，土壤水分适中。,五、土壤生物学性质的改良,对于园林土壤来讲，不良的生物学性质，包括生物活性(微生物所进行的各种生理活动能力）低下以及有害生物过多两种情况。生物活性低的原因，主要是有机质和矿质营养缺乏，另外还与土壤物理性质不良有关。改良的关键：增加有机质含量，另外使土壤疏松、良好的水气热状况也是必要的。另外，接种有益的微生物或施用微生物肥料。土壤有害生物多，可引起严重的病虫害。,土壤消毒,方法：进行土壤消毒：对于绿地，在播种或移栽前要对土壤进行消毒，可杀灭有害的病原微生物、害虫和杂草种子。对于温室大棚。需年年消毒。如何消毒：高温消毒和药物消毒。在土壤中埋设导管，将土壤密封好，通如热的蒸汽，温度在80100度时。10分钟可完成消毒。药物：福尔马林、溴甲烷、硫酰氟、硫酸亚铁等。,第二节 土壤有机质的来源、组成和类型,一、什么是有机质广义：包括一切生物体极其分解或合成的各种产物。狭义：通过微生物转化合成的有机物质即腐殖质。二、来源 最重要的是高等植物的枯枝落叶、茎、根系、花果等残体。,三、有机质的类型,广义的土壤有机质包括2大类：一是非特殊性有机质生物遗体及其分解的中间产物。二是特殊性有机质腐殖质。,四、非特殊性有机质的化学成分,1、单糖和有机酸；2、多糖类：淀粉、半纤维素、纤维素等3、蛋白质；4、木质素；5、单宁、脂肪、蜡质、树脂 6、灰分物质植物体经过灼烧后残留的无机物，主要元素有Ca、Mg、K、Na、S、P、Fe等。,第三节 土壤有机质的矿质化,一、土壤有机质的转化的两个过程：土壤有机质矿质化过程和腐殖化过程。1、矿质化过程的概念复杂的有机质经过微生物的分解作用，最终形成简单的无机物质如水、二氧化碳、硫酸盐、硝酸盐等。矿质化过程和腐质化过程是有机质转化的两个方向，同时进行的。,第三节 土壤有机质的矿质化,2、两个过程同时进行 在温度较高、湿度适中、通气良好时，矿化过程快，养分释放快。如过快，养分会损失，且腐殖质形成过少，对养地不利。温度低、湿度大、通气不良，以嫌气性微生物活动为主，养分释放少，腐殖质过程快。,二、土壤有机质的矿质化过程,1、单糖的分解：在有氧条件下彻底分解，形成二氧化碳和水，在缺氧条件下，形成有机酸类的中间产物，并产生还原性的甲烷及氢气等。2、纤维素的分解：首先分解为单糖，然后进一步分解。,二、土壤有机质的矿质化过程,3、含氮有机质的分解：主要是蛋白质的分解，是土壤氮素循环的主要过程。包括4个过程：（1）水解过程：蛋白质在水解酶作用下分解成简单的氨基酸；（2）氨化作用：在氨化细菌作用下，有机态氮变成无机态氮即氨或铵的过程。,第三节 土壤有机质的矿质化,（3）硝化作用：氨在微生物作用下，经过亚硝酸的中间阶段，进一步氧化为硝酸。需在有氧条件下进行。（4）反硝化作用：在厌气条件如水淹、有机质含量过高情况下。硝态氮在反硝化细菌作用下，转化为还原态氮如氨、NO、N2O、N2、HNO等。,第三节 土壤有机质的矿质化,4、有机态P的分解：含磷的有机物在磷细菌的作用下，经过水解过程形成磷酸（H3PO4）。在嫌气条件下，许多微生物引起磷酸还原，产生亚磷酸或次磷酸。在有机质丰富时，进一步还原为磷化氢。,第三节 土壤有机质的矿质化,5、含S有机物的转化 与有机含氮化合物的转化过程相似。含S有机物在腐解作用下产生的硫化氢，在通气良好时，在硫细菌作用下氧化形成硫酸。硫酸在不良通气条件下发生反硫化作用，形成硫化氢，对植物产生毒害。,三、影响有机质转化的因素,（一）有机残体的组成状况1、有机残体的物理状态：一般情况下，多汁幼嫩新鲜的绿肥易分解。2、有机残体的化学成分。一般情况下，阔叶比针叶快；叶片比残根快，豆科比禾本科快。,3、有机残体的碳氮比,用C/N 表示。微生物吸收1份氮，就要吸收5份碳用于构成自身细胞，同时要消耗1620份碳作为生命活动的能量。微生物分解需有机质的C/N为2025：1。如有机残体C/N小于2025：1，微生物积极分解有机质，如大于2025：1，则微生物细胞合成受氮素限制，有机残体分解较慢。,（二）外界条件,外界条件通过制约微生物的活动，而影响有机质的转化。1、最适温度：2030度。2、湿度和通气状况：在田间持水量的60%最好。3、土壤pH：细菌最适pH6.57.5，放线菌中性到为碱性，真菌酸性到中性条件。,有机质分解速度,碳循环中碳素贮量,第四节 土壤有机质的腐殖化过程,1、腐殖化过程是有机质分解过程中的中间产物，在微生物的作用下，经过生物化学过程，合成的一种暗色的含N的、稳定的、复杂的高分子化合物（腐殖质），是一种自然的形成物。合成产物是腐殖质。,残留碳的组分分析,2、腐殖质的形成过程,第一阶段：产生腐殖质分子的各个组成成分。如多元酚、氨基酸、多肽等有机物质。第二阶段：由多元酚和含氮化合物缩合成腐殖质单体分子。此缩合过程包括两步：首先是多元酚在多酚氧化酶作用下氧化为醌：然后醌和含氮化合物（氨基酸）缩合，最后腐殖质单体分子继续缩合成高级腐殖质分子。,第四节 土壤有机质的腐殖化过程,3、土壤腐殖质的基本性质土壤腐殖质是比较复杂的高分子含氮高分子化合物；腐殖质分子结构含有芳香族核（多元酚）和杂环态的氮；有能与外界进行反映的官能团（羧基、甲氧基酚羟基等）；主要的组成元素有碳、氧、氢、氮、硫等，其中碳的含量为58%。,胡敏酸结构,富里酸结构,第四节 土壤有机质的腐殖化过程,4、土壤腐殖质的物质组成 用酸、碱和酒精处理，得到胡敏酸、吉马多美朗酸、富里酸和胡敏素。胡敏素是与矿物结合的胡敏酸或是变质的胡敏酸；吉马多美朗酸是胡敏酸的衍生物。,5、胡敏酸和富里酸的特征,颜色：胡敏酸棕色到黑色，富里酸黄色。分子量：胡敏酸大，富里酸小（在1万以下）。胡敏酸的C，N，S含量高于富里酸。胡敏酸羧基和酚基低于富里酸。对水溶解度，胡敏酸不溶或难溶，富里酸溶于水胡敏酸一价盐溶于水，二价或三价盐不溶于水，富里酸都溶。,第五节 土壤有机质的作用与调节,一、土壤有机质的作用1、是植物营养的主要来源 有机质含有极为丰富的氮、磷、钾和微量元素。分解后产生的二氧化碳是供给植物的碳素营养。,一、土壤有机质的作用,2、刺激根系的生长 腐殖质物质以很稀的浓度（10-610-3）以分子态进入到植物体，可刺激根系的发育，促进植物对营养物质的吸收。,一、土壤有机质的作用,3、腐殖质可改善土壤的物理状况 促进土壤团粒结构的形成，是良好的土壤胶结剂。4、腐殖质具有高度保水、保肥能力 腐殖质是一种土壤胶体，有巨大的比表面积，有巨大的吸收代换能力。粘土颗粒的吸水率为50%60%。而腐殖质的吸水率为500%600%。,一、土壤有机质的作用,5、腐殖质具有络合作用 腐殖质能和磷、铁、铝离子形成络合物或螯合物，避免难溶性磷酸盐的沉淀，提高有效养分的数量。6、促进微生物的活动7、提高土壤温度的作用 有机质为暗色物质，一般是棕色到黑褐色，吸热能力强，可改善土壤热状况。,二、土壤有机质的调节,对于园林土壤有机质含量一般低于1%，且土壤的结构性差，应当引起足够的重视。增施有机肥。施用草炭土、腐叶土以及经过合理处理的生活垃圾。应注意长期施用有机肥。归还园林植物的凋落物。将有机残体就地填埋或集中堆沤，使之成为理想的有机肥料。,二、土壤有机质的调节,种可观赏的绿肥。在公园、街道、广场的乔灌木下，种草坪或观赏价值较高的绿肥植物，通过翻耕入土，可提高土壤有机质含量。通过浇水、翻土措施。调节土壤的温度、湿度、通气等，调节有机质的积累和分解。,第三章 土壤生物和土壤有机质（一）,一、土壤微生物包括哪些类？二、土壤细菌有哪些生理类群？它们在土壤中的功能是什么？三、菌根对林木的生长有什么作用？四、名词解释1、土壤矿质化过程；2、土壤腐殖化过程3、氨化作用；4、硝化作用；5、反硝化作用；6、根际效应,第三章 土壤生物和土壤有机质（二）,五、土壤有机质的化学组成包括哪些类？六、土壤腐殖质是由哪些物质组成的？七、简述土壤腐殖质的形成过程？八、论述土壤有机质的作用。九、园林土壤不良的生物学现象有哪些？如何改良？,作业：,论述土壤有机质对土壤肥力的作用。,