土壤生物与土壤有机质.ppt

1,2.2 土壤生物与土壤有机质,2,2.2 土壤生物与土壤有机质土壤中的有机部分,土壤生物(soil organisms)生活在土壤中的生物包括动物、植物和微生物。,土壤有机质(soil organic matter)土壤有机质泛指土壤中来源于生命的物质。,3,2.2 土壤生物与土壤有机质,土壤生物种类及其在土壤中的作用2.2.2 土壤有机质（一）土壤有机质的来源及存在形态（二）土壤有机质的组成和性质（三）土壤有机质的转化过程（四）影响土壤有机质转化的因素（五）土壤有机质在土壤中的作用（六）土壤有机质管理,4,土壤生物的种类：,2.2.1 土壤生物种类及其它们在土壤中的作用,5,6,土壤微生物,土壤生物,土壤中微生物 分布广 数量大 种类多 最活跃,它们参与土壤有机质分解，腐殖质合成，养分转化和推动土壤的发育和形成。,7,主要作用：调节植物生长的养分循环（分解合成）；产生并消耗各种气体，影响全球气候 的变化；分解有机废弃物，是新物种和基因材料的源和库。病原微生物。,土壤生物,土壤微生物：,8,土壤细菌占土壤微生物总数的70%90%特性 A、单细胞 B、分裂生殖快 C、个体小(4-5um)，接近于土壤粘粒的大小。D、以杆菌占优势 E、数量大，每克有几亿到30亿个 10g肥沃土壤的细菌总数相当于全球人口的总数,细菌 bacteria,土壤生物,9,土壤中重要的各种细菌生理群：纤维分解细菌 固氮细菌 硝化细菌 亚硝化细菌 硫化细菌 氨化细菌 在土壤碳、氮、磷、硫循环中担当重要 的角色。,10,细菌菌落,11,根瘤,12,放线菌是原核微生物，菌丝比真菌细，菌丝断裂为孢子 每克土壤中的细胞数在104106变动。链霉菌属，占70%90%；其次为诺卡氏菌属占10%30%；小单胞菌属占第三位，只有1%15%。它们的大部分均属好氧腐生菌。产生抗生素，对其他有害菌能起拮抗作用。高温型的放线菌在堆肥中对其养分转化起着重要作用。,放线菌 actinomycetes,13,土壤真菌有170个属，690多个种，分三个类群A、酵母菌 土壤中很少B、霉菌 土壤中最多C、伞菌,土壤生物,土壤真菌fungi,14,对土壤通气性非常敏感，霉菌在酸性土壤中能生活，在酸性土壤中具有明显的 优势。霉菌多数分布在有机质丰富，通气好的表层土壤中，较常见的有青霉、毛霉、链霉、和曲霉四个属的许种。霉菌的数量在正常情况下，每克土壤中有0.1-1百万 个，相当于每平方米100-1000亿个，其生物量可达每英 亩500-5000磅。霉菌是土壤中异养型微生物的重要部分。,土壤生物,霉菌,15,土壤生物,真菌在土壤中的作用,土壤有机质的主要降解者 某些真菌和植物的根系产生菌根 促进土壤结构的形成，菌丝的穿插对于促进土壤的凝聚有重要的作用,16,真菌菌落,17,真菌孢子,18,藻类algae,藻类为单细胞或多细胞的真核原生生物。（光合作用)土壤藻类主要由硅藻、绿藻和黄藻组成。肥沃土壤，藻类生长旺盛，土表常出现黄褐色或黄绿色的薄藻层，硅藻多则是土壤营养丰富的证明。,土壤生物,19,地衣是真菌和藻类形成的不可分离的共生体。地衣在土壤发生的早期起重要作用,地衣（Lichens）,土壤生物,20,21,土壤生物,菌根,真菌的菌丝侵入植物根部后，和植物根组织生活在一起，称为菌根。其真菌称为菌根真菌,22,原生动物是动物中最低级的。典型种类有变形虫纤毛虫鞭毛虫孢子虫土壤中以鞭毛虫数量最多。,土壤生物,原生动物protozoon,数量有68000多种。一般在每平米15厘米深的土壤里有10-100亿个(1-10万个/克土)原生动物，它们的活重在耕层达150-200磅/每英亩。,23,土壤生物,原生动物,24,原生动物在土壤中的作用1、通过选择性的取食某些微生物(如细菌)，改变微生物的群落结构，主要是调节细菌的数量。2、增进某些微生物的活性(如固N菌、排泄出的细菌等)3、参与土壤植物残体的分解，如鞭毛虫与白蚁共生，加速对木质素的分解4、某些原生动物也侵害植物，造成植物病害，有的可引起严重的人畜传染病。,土壤生物,原生动物,25,土壤生物,土壤动物,土居性的多细胞动物：线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫,搬运、破碎、分解（合成）,26,蚯蚓对土壤肥力的影响：增加土壤的通透性。改善土壤结构 活化土壤养分 形成大量有机质 蚯蚓土壤肥沃的象征,土壤生物,蚯蚓喜欢潮湿、肥沃、钙质丰富的土壤,蚯蚓,数量大约有200余种。在肥沃的草地土壤中每平方米可达500条。在以般耕地中，每平方米有30-300条。,27,屎克郎推粪球,28,土壤生物,土壤是许多昆虫发育的摇篮请看精彩的昆虫世界,29,体形呈纺锤形，后部较尖，微型、透明的丝状动物。一万多种线虫，寄生或自生。1000种生活在土壤中，数目可达106m-2,一般只有棉线的1/5粗，主要生活在土粒周围的水膜中和植物的根里。,土壤生物,习性 表皮失水很快，干燥时变为胞囊，湿润时又重 新活动。食性可分为三类1、以腐败的有机质为食的2、以其他线虫、细菌、原生动物为食的3、寄生在高等植物根系的,线虫,30,土壤生物,31,土壤生物对土壤肥力的影响：有机物质的分解和合成 有效养分含量 土壤物理结构 作物生长发育,土壤生物,32,土壤有机质,33,一般含量在0-5%之间。泥炭土可高达20%或30%以上 漠境土和砂质土壤不足0.5%,有机质含量,34,土壤有机质,0.5%,5%,0.5-2.0%,7%,35,（一）土壤有机质的来源及存在形态 土壤有机质的来源,植物来源动物来源 微生物工农业（副）产品,36,37,（二）土壤有机质的组成,化学元素组成土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N，C/N比大约在1012之间。,38,（二）土壤有机质的组成,存在形态：新鲜有机质 指土壤中未分解的动、植物残体。半分解的有机质 有机质已被微生物分解，多呈分散的暗黑色小块。腐殖质 指有机残体在土壤腐殖质化的过程中形成的一类褐色或暗褐色的高分子有机化合物。腐殖质与矿物质土粒紧密结合，不能用机械方法分离。有机质总量的85%-90%对土壤物理、化学、生物学性质都有良好作用。土壤肥力水平主要标志。,39,（二）有机质的组成（腐殖质）,化合物组成 可分为:腐殖物质（Humic Substance)非腐殖物质（Non-Humic Substance),常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类等。,40,决定土壤有机质含量的因素：进入土壤的有机物质数量 土壤有机质的损失量 土壤有机碳的平衡,41,（三）土壤有机质的分解和转化矿化过程与腐殖化过程矿化作用(Mineralization)*土壤有机质的矿质化过程是指有机质在微生物作用下，分解为简单无机化合物的过程，其最终产物为CO2、H2O等，而N、P、S等以矿质盐类释放出来，同时放出热量，为植物和微生物提供养分和能量。,。,土壤有机质矿化率-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。,42,在好氧条件下，微生物活动旺盛，分解作用可进行较快而彻底，有机物质-CO2和H2O，而N、P、S等则以矿质盐类释放出来。在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，分解作用进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇等中间产物。在极端嫌气的情况下，还产生CH4、H2等还原物质，其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。,有机质的分解,43,腐殖化过程:(Humification)*有机质腐殖化过程是形成土壤腐殖质的过程。它是一系列极其复杂过程的总称。,腐殖化系数*：单位重量的有机物质碳在土壤中分解一年后的残留碳量。,44,45,水田高于旱地,46,有机质的分解与合成示意图,47,土壤腐殖物质的组成和性质,腐殖质分子包括芳香族化合物的核，含氮有机化合物和碳水化合物三部分,48,土壤腐殖质-粘土矿物复合体,49,土壤有机无机复合体示意图,50,腐殖质分组方法,土壤腐殖酸的分组,51,（四）土壤腐殖质（酸）的性质,物理性质1、颜色 黑褐色，富里酸呈淡黄色，胡敏酸呈褐色2、溶解性 富里酸溶于水、酸、碱；胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱；富里酸的一价、二价盐溶于水，三价盐几乎不溶于水；胡敏酸的一价盐溶于水，但二价、三价盐几乎不溶于水。3、吸水性 最大吸水量可以超过500%,52,4、腐殖质的分子结构（1）腐殖酸的分子量有较大的差异。（2）腐殖酸的分子形状 pH 2-3 纤维、纤维束状 4-7 网状、海绵状 8-9 页状 10 粒状5.胶体特性 土壤有机胶体的主要组成部分,53,HA的3D优化结构模型,54,腐殖酸的化学性质、腐殖质的组成,55,、化学组成,我国主要土壤腐殖酸的元素组成,习惯上以58%为其平均值，故计算有机质的含量时，一般以1.724为折算系数。,56,3、含氧官能团,羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。,腐殖质的含氧官能团含量（m mol M）.kg-1,57,4、腐殖酸的络合性,络合物的稳定性随pH值的升高而增大。在pH4.8时能与Fe、Al、Ca等离子形成可溶性络合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。,58,5、腐殖酸的电性,腐殖酸是一种两性胶体。即可以带负电荷，也可以带正电荷。而通常以带负电荷为主。腐殖质的负电荷数量随pH质的升高而升高。,59,腐殖质的稳定性与变异性,1、稳定性在温带条件下，一般植物残体的半分解周期少于3个月，植物残体形成的新的有机质的半分解期为4.7-9年，而胡敏酸的平均停留时间为780-3000年，富里酸的平均停留为200-630年。,60,1、土壤生物的组成与活性真菌可促进木质素的分解 细菌和放线菌可促进碳水化合物的分解土壤动物促进植物残体的破碎和运输,(四）影响有机物质转化的因素,61,2、土壤特性(1)质地 粘粒含量越高，有机质含量也越高。(2)pH值 中性、钙质丰富较好，。(3)水分 最适湿度：土壤持水量的50-80%低洼、积水有利于有机质的积累(4)通气性 通气不良易有机质累积(5)温度 最适宜温度大约为25-35C,62,有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速度影响很大。以25或30：1较为合适。C/N降至大约25：1以下，微生物不再利用土壤中 的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放矿质态氮，（比较与植物夺N现象）,（2）C/N比,新鲜程度 破碎程度 紧实程度,3、植物残体的特性,（1）物理状态,63,64,氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。,（五）土壤有机质在土壤中的作用,1、有机质在土壤肥力上的作用（1）、提供植物需要的养分 碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年释放的CO2达1.351011吨，相当于陆地植物的需要量,65,（2）改善土壤肥力特性 物理性质：促进良好结构体形成；降低土壤粘性，改善土壤耕性；降低土壤砂性，提高保蓄性；促进土壤升温。化学性质：影响土壤的表面性质；影响土壤的电荷性质，影响土壤保肥性；影响土壤的络合性质；影响土壤缓冲性 生理性质：影响根系的生长；影响植物的抗旱性；影响植物的物质合成与运输；药用作用。,66,2、有机质在生态环境上的作用（1）有机质对重金属污染的影响 腐殖酸是重金属离子的络合剂。以Cr3+为例。（2）有机物质对农药污染的影响,（3）土壤有机质对全球碳平衡的影响,67,（六）土壤有机质的管理土壤有机质（碳）的动态平衡,土壤有机质含量并非可以无限提高，在稳定的生态系统中最终达到一个稳定值。,68,如何提高土壤有机质含量？1、坚持两个原则 平衡原则 经济原则 2.提高有机质含量的措施（1)合理耕作制度（退化或熟化）合理的耕作制度可促进土壤有机质含量的提高并维持较高的水平。,69,70,主要的有机肥源包括：绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼肥、河泥、塘泥、有机、无机肥料配合施用,(2)、施用有机肥,(3).种植绿肥 田菁 紫云英 紫花苜蓿等,休闲绿肥、套作绿肥养用结合：因地制宜、充分用地、积极养地、养用结合,71,(4)秸秆还田,要注意秸秆的C/N比、破碎度、埋压深度以及土壤墒情、播种期远近、化肥施用量等（地幂）,72,思考题,为什么说蚯蚓是土壤肥沃的象征？土壤生物对土壤肥力的主要影响是什么?进入土壤中的有机质以哪三种形态存在？什么是土壤腐殖质？什么是土壤有机质的矿（质化过程？什么是有机质的腐殖化过程？什么是腐殖化系数？描述有机质进入土壤以后分解和合成的途径。根据颜色和在不同溶剂中的溶解性可把土壤腐殖质分为哪三组？土壤腐殖质在组成、土壤中存在的形态、带电性，吸水性和稳定性方面具体有何特点？影响土壤有机质分解的土壤因素和植物因素个有哪些，请详细描述。土壤有机质对土壤肥力有何作用？请详细描述。,