全文电子教材.docx

《全文电子教材.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全文电子教材.docx（20页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、全文电子教材土壤与土壤资源学（上篇：土壤学）林学专业第四章 土壤有机质 第一节 土壤有机质的来源、组成和类型 土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分，尽管土壤有机质的含量只占土壤总量的很小一部分，但它对土壤形成、土壤肥力、环境保护及农林业可持续发展等方面都有着极其重要作用的意义。一方面，它含有植物生长所需要的各种营养元素（最主要的），也是土壤微生物活动的能源，对土壤物理、化学和生物学性质能有着深刻的影响。另一方面，土壤有机质对重金属、农药等各种有机、无机污染物的行为能有显著的影响。而且土壤有机质对全球碳平衡起着重要的作用，被认为是影响全球温室效应的重要因素。土壤有机质是指存在于土壤中的所有含碳

2、的有机化合物。它主要包括土壤中各种动物、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机化合物。我国地域辽阔，由于各地的自然条件和农林业经营水平不同，土壤有机质的含量差异较大。低者少于1%，多者可高达20%。土壤有机质含量的多少，基本上可以反映土壤肥力水平的高低。一、 土壤有机质的来源 土壤有机质是指土壤中含碳的有机化合物。土壤中有机质的来源十分广泛。 （1）植物残体：包括各类植物的凋落物、死亡的植物体及根系。这是自然状态下土壤有机质的主要来源。对森林土壤尤为重要。森林土壤相对农业土壤而言具有大量的凋落物和庞大的树木根系等特点。我国林业土壤每年归还土壤的凋落物干物质量按气候植被带划分，依次为：热带雨

3、林，亚热带常绿阔叶林和落叶阔叶林，暧温带落时阔时林，温带针阔混交林，寒温带针叶林。热带雨林凋落物干物质量可达16700Kg/(km2a),而荒漠植物群落凋落物干物质量仅为530kg/(nm2a). （2）动物、微生物残体：包括土壤动物和非土壤动物的残体，及各种微生物的残体。.这部分来源相对较少。但对原始土壤来说，微生物是土壤有机质的最早来源。 （3）动物、植物、微生物的排泄物和分泌物：土壤有机质的这部分来源虽然量很少，但对土壤有机质的转化起着非常重要的作用。 （4）人为施入土壤中的各种有机肥料（绿肥、堆肥、沤肥等），工农业和生活废水，废渣等，还有各种微生物制品，有机农药等。二、 土壤有机质的含

4、量 土壤有机质的含量在不同土壤中差异很大，含量高的可达20或30以上（如泥炭土，某些肥沃的森林土壤等），含量低的不足1或0.5（如荒漠土和风沙土等）。在土壤学中，一般把耕作层中含有机质20以上的土壤称为有机质土壤，含有机质在20以下的土壤称为矿质土壤。一般情况下，耕作层土壤有机质含量通常在5%以上。全球土壤0?/FONT100cm和0?/FONT15cm土层中有机碳的含量（有机质的含碳量平均为58，所以土壤有机质的含量大致是有机碳含量的1.724倍）情况见表4-1/FONT1表4-1 全球土壤0-100cm和0-15cm土层中有机碳的含量土纲面积（103km2）0-100cm土层中的有机碳0-

5、15cm土层中有机碳Mg/hm2 总量1015g 占全球%范围（） 代表值（）新成土始成土有机土暗色土变性土旱成土软土灰化土淋溶土老成土氧化土其它14921215801745255232873174354804878182831133011772764499. 148 9 163 352 222045 357 23306 78 558 19 135 110 7131 73 5146 71 569 127 893 105 7101 119 824 18 10.06 6.0 0.06 6.0 12 57 471.2 10 60.5 1.8 0.90.1 1.0 0.60.9 4.0 2.41.5

6、5.0 2.00.5 3.8 1.40.9 3.3 1.40.9 3.0 2.0?/FONT 总计1352151576 100（引自黄昌勇土壤学2002年）三、 土壤有机质的组成 （一） 土壤有机质的类型进入土壤中的有机质一般以三种类型状态存在。（1）新鲜的有机物：指那些进入土壤中尚未被微生物分解的动、植物残体。它们仍保留着原有的形态等特征。对森林土壤而言，一般指枯凋落物的L层（Litter）。相当于土壤剖面形态记述中的A。层。（2）分解的有机物：经微生物的分解，已使进入土壤中的动、植物残体失去了原有的形态等特征。有机质已部分分解，并且相互缠结，呈褐色。包括有机质分解产物和新合成的简单有机化合

7、物。对森林土壤而言，一般指枯凋落物层中的F层（Fermetation）。此层一般在土壤剖面形态记述中为A。层（3）腐殖质：指有机质经过微生物分解后并再合成的一种褐色或暗褐色的大分子胶体物质。与土壤矿物质土粒紧密结合，是土壤有机质存在的主要形态类型，占土壤有机质总量的85?/FONT90。对森林土壤而言，一般指枯落物层中H层（Humus）。在土壤剖面形态记述中，通常与上述的F层共同记为A。层。 （二）生物有机质的组成土壤有机质的组成决定于进入土壤的有机物质的组成，进入土壤的有机物质的组成相当复杂。各种动、植物残体的化学成分和含量因动、植物种类、器官、年龄等不同而有很大的差异。一般情况下，动植物残

8、体主要的有机化合物有碳水化合物、木素、蛋白质、树脂、蜡质等。土壤有机质的主要元素组成是C、O、H、N，分别占52?/FONT58、34?/FONT39、3.3?/FONT4.8。（1）碳水化合物 碳水化合物是土壤有机质中最主要的有机化合物，碳水化合物的含量大约占有机质总量的15?/FONT27。包括糖类、纤维素、半纤维素、果胶质、甲壳质等。糖类有葡萄糖、半乳糖、六碳糖、木糖、阿拉伯糖、氨基半乳糖等。虽然各主要自然土类间植被、气候条件等差异悬殊，但上述各糖的相对含量都很相近，在剖面分布上，无论其绝对含量或相对含量均随深度而降低。纤维素和半纤维素为植物细胞壁的主要成分，木本植物残体含量较高，两者均

9、不溶于水，也不易化学分解和微生物分解。果胶质在化学组成和构造上和半纤维素相似，常与半纤维素伴存。甲壳质属多糖类，和纤维素相似，但含有氮，在真菌的细胞膜、甲壳类和昆虫类的介壳中大量存在，甲壳质的元素组成或为（C8H13O5N4）n（2）木素木素是木质部的主要组成部分，是一种芳香性的聚合物。较纤维素含有更多的碳，与纤维素、半纤维素元素组成的差别如表4?/FONT2。木素在林木中的含量约占30，木素的化学构造尚未完全清楚，关于木素中是否含氮的问题目前尚未阐明，木素很难被微生物分解。但在土壤中可不断被真菌、放线菌所分解。由C14研究指出，有机物质的分解顺序为：葡萄糖半纤维素纤维素木素（3）含氮化合物动

10、植物残体中主要含氮物质是蛋白质，它是构成原生质和细胞核的主要成分，在各植物器官中的含量变化很大，见表4?/FONT3表4-2 不同植物、器官中蛋白质含量（） 针叶、阔叶3.5 9.2苔藓4.5 8.0禾木科植物茎杆3.5 4.7蛋白质的元素组成除碳、氢、氧外，还含有氮（平均为10），某些蛋白质中还含有硫（0.3?/FONT2.4）或磷（0.8）。蛋白质是由各种氨基酸构成的。一般含氮化合物易为微生物分解，生物体中常有一少部分比较简单的可溶性氨基酸可为微生物直接吸收，但大部分的含氮化合物需要经过微生物分解后才能被利用。（4）树脂、蜡质、脂肪、单宁、灰分物质树脂、蜡质、脂肪等有机化合物均不溶于水，而

11、溶于醇、醚及苯中，都是复杂的化合物。单宁物质有很多种，主要都是多元酚的衍生物，易溶于水，易氧化，与蛋白质结合形成不溶性的，不易腐烂的稳定化合物。木本植物木材及树皮中富含单宁，而草本植物及低等生物中则含量很少。植物残留体燃烧后所留下的灰为灰分物质，其主要元素为钙、镁、钾、钠、硅、磷、硫、铁、铝、锰等，此外还有少量的碘、锌、硼、氟等元素。这些元素在植物生活中有着巨大的意义。第二节 土壤有机质的矿质化 一、矿化过程及影响因素 （一） 土壤有机质的矿化过程 土壤有机质的矿化过程：土壤有机质在微生物作用下，分解为简单的无机化合物的过程。 土壤有机质的矿化过程分为化学的转化过程、活动物的转化过程和微生物的

12、转化过程。这一过程使土壤有机质转化为二氧化碳、水、氨和矿质养分（磷、硫、钾、钙、镁等简单化合物或离子），同时释放出能量。这一过程为植物和土壤微生物提供了养分和活动能量，并直接或间接地影响着土壤性质，同时也为合成腐殖质提供了物质基础。 (1)土壤有机质的化学的转化过程 土壤有机质的化学的转化过程的含义是广义的，实际上包括着生物学及物理化学的变化。1. 水的淋溶作用：降水可将土壤有机质中可溶性的物质洗出。这些物质包括简单的糖、有机酸及其盐类、氨基酸、蛋白质及无机盐等。约占510水溶性物质淋溶的程度决定于气候条件（主要是降水量）。淋溶出的物质可促进微生物发育，从而促进其残余有机物的分解。这一过程对森

13、林土壤尤为重要，因森林下常有下渗水流可将地表有机质（枯落物）中可溶性物质带入地下供林木根系吸收。2. 酶的作用：土壤中酶的来源有三个方面：一是植物根系分泌酶，二是微生物分泌酶，三是土壤动物区系分泌释放酶。土壤中已发现的酶有50?/FONT60种。研究较多的有氧化还原酶、转化酶和水解酶等。酶是有机体代谢的动力，因此，可以想象酶在土壤有机质转化过程中所起的巨大作用。 (2)土壤有机质活动物的转化过程从原生动物到脊椎动物，大多数以植物及植物残体为食。在森林土壤中，生活着大量的各类动物，如温带针阔混交林下每公顷蚯蚓可达258万条等，可见活动物对有机质的转化起着极为重要的作用。1. 机械的转化：动物将植

14、物或残体碎解，或将植物残体进行机械的搬进及与土粒混合，均可促进有机物被微生物分解。 2. 化学的转化：经过动物吞食的有机物（植物残体）未被动物吸收部分，经过肠道，以排泄物或粪便的形式排到体外，已经经过动物体内分解或半分解。土壤动物中蚯蚓的分解作用最大，因此，在某种程度上，可用土壤中蚯蚓的数量来评价土壤肥力的高低。 (3)土壤有机质的微生物转化过程土壤有机质的微生物的转化过程是土壤有机质转化的最重要的，最积极的进程。1 微生物对不含氮的有机物生转化 不含氮的有机物主要指碳水化合物，主要包括糖类、纤维素、半纤维素、脂肪、木素等、简单糖类容易分解，而多糖类则较难分解；淀粉、半纤维素、纤维素、脂肪等分

15、解缓慢，木素最难分解，但在表性细菌的作用下可缓慢分解。 （C6H10O5）n+nH2onC6H12O6葡萄糖在好气条件下，在酵母菌和醋酸细菌等微生物作用下，生成简单的有机酸（醋酸、草酸等）、醇类、酮类。这些中间物质在空气流通的土壤环境中继续氧化，最后完全分解成二氧化碳和水，同时放出热量。 土壤碳水化合物分解过程是极其复杂的，在不同的环境条件下，受不同类型微生物的作用，产生不同的分解过程。这种分解进程实质上是能量释放过程，这些能量是促进土壤中各种生物化学过程的基本动力，是土壤微生物生命活动所需能量的重要来源。一般来说，在嫌气条件下，各种碳水化合物分解形成还原性产物时释放出的能量，比在好气条件下所

16、释放的能量要少得多，所产生的CH4、H2等还原物质对植物生长不利。2 微生物对含氮的有机物转化 土壤中含氮有机物可分为两种类型：一是蛋白质类型，如各种类型的蛋白质；二是非蛋白质型，如几丁质、尿素和叶绿素等。土壤中含氮的有机物在土壤微生物作用下，最终分解为无机态氮（NH4+?/FONTN和NO3-N）水解过程 蛋白质在微生物所分泌的蛋白质水解酶的作用下，分解成为简单的氨基酸类含氮化合物。蛋白质 水解蛋白质 消化蛋白质 多肽 氨基酸 氨化过程 蛋白质水解生成的氨基酸在多种微生物及其分泌酶的作用下，产生氨的过程。氨化过程在好气、嫌气条件下均可进行，只是不同种类微生物的作用不同。硝化过程 在通气良好的

17、情况下，氨化作用产生的氨在土壤微生物的作用下，可经过亚硝酸的中间阶段，进一步氧化成硝酸，这个由氨经微生物作用氧化成硝酸的作用叫做硝化作用。将硝酸盐转化成亚硝酸盐的作用称为亚硝化作用。 硝化过程是一个氧化过程，由于亚硝酸转化为硝酸的速度一般比氨转化为亚硝酸的速度快得多，因此土壤中亚硝酸盐的含量在通常情况下是比较少的。亚硝化过程只有在通气不良或土壤中含有大量新鲜有机物及大量硝酸盐的发生，从林业生产上看，此过程有害，是降低土壤肥力的过程，因此应尽量避免。 反硝化过程 硝态氮在土壤通气不良情况下，还原成气态氮（N2O和N2），这种生化反应称为反硝化作用。3 微生物对含磷有机物的转化 土壤中有机态的磷经

18、微生物作用，分解为无机态可溶性物质后，才能被植物吸收利用。 土壤中表层有26?/FONT50是以有机磷状态存在，主要有核蛋白、核酸、磷脂、核素等、这些物质在多种腐生性微生物作用下，分解的最终产物为正磷酸及其盐类，可供植物吸收利用。 在嫌气条件下，很多嫌气性土壤微生物能引起磷酸还原作用，产生亚磷酸，并进一步还原成磷化氢。4 微生物对含硫有机物的转化 土壤中含硫的有机化合物如含硫蛋白质、胱氨酸等，经微生物的腐解作用产生硫化氢。硫化氢在通气良好的条件下，在硫细菌的作用下氧化成硫酸，并和土壤中的盐基离子生成硫酸盐，不仅消除硫化氢的毒害作用，而且能成为植物易吸收的硫素养分。 在土壤通气不良条件下，已经形

19、成的硫酸盐也可以还原成硫化氢，即发生反硫化作用，造成硫素散失。当硫化氢积累到一定程度时，对植物根素有毒害作用，应尽量避免。 进入土壤的有机质是由不同种类的有机化合物组成，具有一定生物构造的有机整体。其在土壤中的分解和转化过程不同于单一有机化合物，表现为一个整体的动力学特点。植物残体中各类有机化合物的大致含量范围是：可溶性有机化合物（糖分、氨基酸）5?/FONT10，纤维素15?/FONT60，半纤维素10?/FONT30，蛋白质2?/FONT15，木素5?/FONT30。它们的含量差异对植物残体的分解和转化有很大影响。 据估计，进入土壤的有机残体经过一年降解后，2/3以上的有机质的二氧化碳的形

20、式释放而损失，残留在土壤中的有机质不到1/3，其中土壤微生物量占3?/FONT8，多糖、多糖醛酸苷、有机酸等非腐殖质物质占3?/FONT8，腐殖质占10?/FONT30。植物根系在土壤中的年残留量比其他地上部分稍高一些。 二、影响矿化的因素 1、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20份碳作为生命活动的能量。微生物分解需有机质的C/N为25：1。 2、外界

21、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 第三节 有机质的腐殖化 一、腐殖化过程 1、腐殖质 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，是一种自然的形成物。 2、形成过程 大体包括2个阶段 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

22、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。二、土壤腐殖质的基本性质及组成 土壤腐殖质是褐色或暗褐色的，芳香族结构的。具有多官解团的含氮的、复杂的高分子有机化合物。 如前所述，土壤腐殖质是土壤有机质经腐殖化过程由土壤有机质的矿质化过程分解的简单有机化合物缩合而成的。是土壤养分的储存库，是土壤肥力的重要指标。 人们对土壤腐殖质的研究较早，在十九世纪初，由于人们认识和研究的局限性，曾一度认为植物直接靠吸收腐殖质而生存和生长；直到十九世纪中叶，德国化学家李比希提出植物矿物营养学说，才从根本上推翻植物营养腐殖质学说，（大伊乐，180

23、9）认为植物吸收的是矿物质营养元素，土壤腐殖质必须经微生物的分解，变成简单的无机化合物才能被植物吸收。这为土壤腐殖质的进一步研究打下了基础，具有划时代意义。（一） 土壤腐殖质的分组及存在状态1. 土壤腐殖质的分组 土壤腐殖质是一类组成和结构都十分复杂的天然高分子化合物（聚合物），各类腐殖质分子大小虽不相同，但其性质相似，要深入研究腐殖质的性质，就必须把它从土壤中分离提取出来，但此项工作十分困难。目前一般所用的方法就是先把土壤中分解或部分分解的动植物残体分离掉，通常用水浮选、手挑和静电吸附法移去，然后用不同溶液来浸提土壤，把腐殖质分为三个组分：富里酸组（黄腐酸）、胡敏酸组（褐腐酸）和胡敏素（黑腐

24、素）。这里浸提剂十分重要，理想的浸提剂应具备：1）对腐殖酸的性质没有影响或影响极小；2）能获得均匀的组分；3）具有较高的提取能力，能将腐殖酸几乎完全分离出来。但是，由于腐殖酸的复杂性以及其组成上的非均质性，能满足所有这些条件的浸提剂尚未找到。 在分离土壤中植物残体时，还可用密度为1.8g/cm3或2.0g/cm3重液，可以更有效地除尽这些残体，被移去的这部分有机物质称为轻组，而留下的土壤组成称为重组。然后根据腐殖质在碱、酸溶液中的溶解度再划分为胡敏酸、富里酸、胡敏素等三个组分。 腐殖酸的主要组成是胡敏酸和富里酸，通常占腐殖酸总量的60左右。富里酸包括克连酸和阿波克连酸。胡敏素是胡敏酸的同素异构

25、体，它的分子量较小，并因其与矿质部分紧密结合，以致失去水溶性和碱溶性，胡敏素在腐殖酸中所占的比例不大，所以不是腐殖酸的主要部分。目前对胡敏酸和富里酸的研究较多。但需特别指出的是，这些腐殖物质组分仅仅是操作上的划分，而不是特定的化学组分的划分。 土壤腐殖质一般情况下以游离态腐殖质和结合态腐殖质两种状态存在。土壤中游离态腐殖质很少，绝大多数是以结合态腐殖质存在。即腐殖质与土壤无机组成，尤其是粘粒矿物和阳离子紧密结合，以有机无机复合体的方式存在。通常52%98的土壤有机质集中在粘粒部分。 结合态腐殖质一般分三种状态类型。1）腐殖质与矿物成分中的强盐基化合成稳定的盐类，主要为腐殖酸钙和镁。2）腐殖质与

26、含水三氧化化物如AL2O3XH2OFe2O3YH2O化合成复杂的凝胶体。3）与土壤粘粒结合成有机无机复合体。 土壤有机无机复合体的形成过程十分复杂。通常认为范德华力、氢键、静电吸附、阳离子键桥等是土壤有机无机复合体键合的主要机理。有机无机复合体形成过程中可能同时有两种或更多种机理起作用，主要取决于土壤腐殖质类型、粘粒矿物表面交换性离子的性质、表面酸度、系统的水分含量等等。我国南方酸性土壤中主要是Fe、AL离子键结合的腐殖质，这种结合具有高度的坚韧性，有时甚至可以把腐殖质和砂粒结合起来，但不一定具备水稳性，所以对土壤团粒状结构形成和提高肥力上关系不十分巨大。我国北方的中性和石灰性土壤主要以Ca离

27、子键结合的腐殖质为主，具有较强的水稳性，对改善土壤结构和提高肥力有重要意义。尤其在农业土壤上显得特别重要。 （二） 土壤腐殖酸的性质1. 腐殖酸的元素组成 腐殖酸主要由C、H、O、N、S等元素组成，此外还有少量的Ca、Mg、Fe、Si等元素。各种土壤中腐殖酸的元素组成不完全相同，一般腐殖质含C55?/FONT60，平均为58；含N3?/FONT6，平均为5.6；其C/N比为10：1?/FONT12：1。一般情况下，胡敏酸的C、N含量高于富里酸，而O、S的含量低于富里酸（表4-4）。表4-4 我国主要土壤表土中腐殖物质的元素组成（无灰干基）腐殖物质胡敏酸HA（）富里酸FA（）范 围平 均范 围平

28、 均CHONC/H43.959.63.17.031.341.82.85.97.219.254.74.836.14.211.643.452.64.05.840.149.81.64.38.012.646.54.845.92.89.82. 腐殖酸的物理性质 腐殖酸在土壤中的功能与其分子形状和大小有着密切的关系。腐殖酸的分子量因土壤类型及腐殖酸组成的不同而异，即使同一样品用不同的方法测得的结果也有较大差异。据报到，腐殖酸分子量的变动范围为几至几百万之间。但共同的趋势是，同一土壤，富里酸的平均分子量最小，胡敏素的平均分子量最大，胡敏酸介于二者之间。我国几种主要土壤类型的胡敏酸和富里酸的平均分子量分别为8

29、902500和675?/FONT1450之间。土壤腐殖酸的整体结构并不紧密，整个分子表现出非晶质特征，具有较大的比表面积，高达2000m2/g，远大于粘土矿物和金属氧化物的表面积。腐殖酸是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，单位重量腐殖质的持水量是硅酸盐粘土矿物的45倍，最大吸收量可以超过其自身重量的500。腐殖质整体呈黑褐色，而其不同组分腐殖酸的颜色则略有深浅之别。富里酸的颜色较淡，呈黄色至棕红色，而胡敏酸的颜色较深，为棕黑色至黑色，腐殖酸的光密度与其分子最大子和分子的结构化程度大体呈正相关。3. 腐殖酸的化学性质 胡敏酸不溶于水，呈酸性，它与K+、Na+、NH4+等形成的一价盐溶于水，而与Ca

30、、Mg、Fe、AL等多价盐基离子形成的盐类溶解度相当低。胡敏酸及其盐类在环境条件发生变化时，如干旱、冻结、高温及与土壤矿质部分的相互作用等都能引起变性，其化学性质不变，成为不溶于水的，较稳定的黑色物质。富里酸在水中溶解度很大，其水溶液呈强酸性反应，它的一切盐类（包括一价或多价）都能溶于水，易造成养分流失。腐殖质是带有负电荷的有机胶体，根据电荷同性相斥原则，新形成的腐殖质胶粒在水中呈分散的溶胶状态，但增加电解质浓度或高价离子，则电性中和而相互凝聚，腐殖质在凝聚过程中可使土粒胶结在一起，形成结构体。另外，腐殖质是一种亲水胶体，可以通过干燥或冻结脱水变性，形成凝胶。腐殖质的这种变性中是不可逆的，因此

31、，能形成水稳性的团粒状结构。腐殖质分子中含各种功能基，其中最主要的是含氧的酸性功能基，包括芳香族和脂肪族化合物上的羧基（R?/FONTCOOH）和酚羟基（酚?/FONTOH），其中羧基是最重要的功能基团。腐殖质的总酸度通常是指羧基和酚羟基的总和。总酸度以胡敏素、胡敏酸和富里酸的次序增加。总酸度数值的大小与腐殖质的活性有关，一般较高的总酸度意味着有较高的阳离子交换量。（三） 中国土壤腐殖质分布土壤腐殖质的组分是受植被，微生物活动以及土壤性质等的影响，腐殖质的变化在地球表面由北向南而呈现一定的规律性。表4-5是我国主要森林土壤类型中土壤腐殖质的组成情况。表4-5 中国自然植被下森林土壤的腐殖质组成

32、 土类名称有机碳（）占全碳（）胡敏酸/富里酸活性胡敏酸（占胡敏酸总量）备注胡敏酸富里酸棕色针叶林土暗 棕 壤白浆化暗棕壤（森林黑灰土）5.285.246.1019.6025.7228.333.2029.6726.40.590.811.079.1871.05?/FONT据东北林院1964棕 壤黄 棕 壤黄 壤红 壤砖 红 壤4.371.024.470.543.5026.412.413.26.15.823.628.333.741.930.31.120.440.380.150.1932.773.485.493.1据中国土壤1977 从表中可以明显看出我国从北方寒温带针叶林下的棕色针叶林土到南方热带雨

33、林下的红壤、砖红壤，其土壤腐殖质的组成呈现有规律的变化。气候过冷的寒温带和湿热的热带均不适于胡敏酸的形成，因而都具有较小的胡敏酸/富里酸比值；只有在冷暖适中的暖温带的棕壤条件下，胡敏酸的形成过程较强烈，具有较大的胡敏酸/富里酸比值。 第四节 有机质的作用 土壤有机质特有的组成和性质等决定了其在土壤中乃至在土壤圈层和植物圈层中都起着极为重要的作用。一、有机质在土壤肥力上的作用 土壤有机质的含量与土壤肥力水平是密切相关的。虽然有机质仅占土壤总量的很小一部分，但它在土壤肥力上起着多方面的作用却是显著的。通常在其他条件相同或相近的情况下，在一定含量范围内，有机质的含量与土壤肥力水平呈正相关。1. 有机

34、质是植物营养的主要来源 土壤有机质中含有大量的植物营养元素，如N、P、K、Ca、Mg、S、Fe等重要元素，还有一些微量元素。土壤有机质经矿质化过程释放大量的营养元素为植物生长提供养分；有机质的腐殖化过程合成腐殖质，保存了养分，腐殖质又经矿质化过程再度释放养分，从而保证植物生长全过程的养分需求。 有机质的矿质化过程分解产生的CO2是植物碳素营养的重要来源，据估计，土壤有机质的分解及微生物和根系呼吸作用产生的CO2，每年可达135亿七，大致相当于陆地植物的需要量。由此可见，土壤有机质的矿质化过程产生的CO2既是大气中CO2的重要来源，也是植物光合和作用的重要碳源。 土壤有机质还是土壤N、P最重要的

35、营养库，是植物速效性N、P的主要来源。土壤全N的92?/FONT98都是储藏在土壤中的有机N，且有机N主要集中在腐殖质中，一般是腐殖质含量的5，据研究，植物吸收的氮素有50?/FONT70是来自土壤。 土壤有机质中有机态P的含量一般占土壤全磷的20?/FONT50，随着有机质的分解而释放出速效磷，供给植物营养。 在大多数非石灰性土壤中，有机质中有机态硫占全硫的75-95，随着有机质的矿质化过程而释放，被植物吸收利用。 土壤有机质在分解转化过程中，产生的有机酸和腐殖酸对土壤矿物部分有一定的溶解能力，可以促进矿物风化，有利于某些养分的有效化。一些与有机酸和富里酸络合的金属离子可以保留在土壤溶液中，

36、不致沉淀而增加其有效性。土壤腐殖质与铁形成的某些化合物，在酸性或碱性土壤中对植物及微生物是有效的2. 促进植物生长发育 土壤有机质，尤以其中胡敏酸，具有芳香族的多元酚官能团，可以加强植物呼吸过程，提高细胞膜的渗透性，促进养分迅速进入植物体。 胡敏酸的钠盐对植物根系生长具有促进作用，试验结果证明胡敏酸钠对玉米等禾本科植物及草类的根系生长发育具有极大的促进作用。3. 改善土壤的物理性质 有机质在改善土壤物理性质中的作用是多方面的，其中最主要、最直接的作用是改良土壤结构，促进团粒状结构的形成，从而增加土壤的疏松性，改善土壤的通气性和透水性。 腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂，土壤中的腐殖质很少以游离态

37、存在，多数和矿质土粒相互结合，通过功能基、氢键、范德华力等机制，以胶膜形式包被在矿质土粒外表，形成有机?-无机复合体。所形成的团聚体，大、小孔隙分配合理，且具有较强的水稳性，是较好的结构体。 土壤腐殖质的粘结力比砂粒强，在砂性土壤中，可增加砂土的粘结性而促进团粒状结构的形成。腐殖质的粘结力比粘粒小，一般为粘力的1/12，粘着力为粘粒的1/2，当腐殖质覆盖粘粒表面，减少了粘粒间的直接接触，可降低粘粒间的粘结力，有机质的胶结作用可形成较大的团聚体，更进一步降低粘粒的接触面，使土壤的粘性大大降低，因此可以改善粘土的土壤耕性和通透性。有机质通过改善粘性，降低土壤的胀缩性，防止土壤干旱时出现的大的裂隙。

38、 土壤腐殖质是亲水胶体，具有巨大的比表面积和亲水基团，据测定腐殖质的吸水率为500左右，而粘土矿物的吸水率仅为50左右，因此，能提高土壤的有效持水量，这对砂土有着重要的意义。 腐殖质为棕色呈褐色或黑色物质，被土粒包围后使土壤颜色变暗，从而增加了土壤吸热的能力，提高土壤温度，这一特性对北方早春时节促进种子萌发特别重要。腐殖质的热容量比空气、矿物质大，而比水小，导热性居中，因此，土壤有机质含量高的土壤其土壤温度相对较高，且变幅小，保温性好。4. 促进微生物和土壤动物的活动 土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源。没有它就不会有土壤中所有的生物化学过程。土壤微生物的种群，数量和活性随

39、有机质含量增加而增加，具有极显著的正相关。土壤有机质的矿质化率低，不会像新鲜植物残体那样对微生物产生迅猛的激发效应，而是持久稳定地向微生物提供能源。因此，富含有机质的土壤，其肥力平稳而持久不易造成植物的徒长和脱肥现象。 土壤动物中有的（如蚯蚓等）也以有机质为食物和能量来源；有机质能改善土壤物理环境，增加疏松程度和提高通透性（对砂土而言则降低通透性），从而为土壤动物的活动提供了良好的条件，而土壤动物本身又加速了有机质的分解（尤其是新鲜有机质的分解）。进一步改善土壤通透性，为土壤微生物和植物生长创造了良好的环境条件。5. 提高土壤的保肥性和缓冲性 土壤腐殖质是一种胶体，有着巨大的比表面和表面能，腐

40、殖质胶体以带负电荷为主，从而可吸附土壤溶液中的交换性阳离子如K+、NH4+、Ca2+、Mg2+等，一方面可避免随水流失，另一方面又能被交换下来供植物吸收利用。其保肥性能非常显著。土壤腐殖质和粘土矿物一样，具有较强的吸附能力，但单位质量腐殖质保存阳离子养分的能力比粘土矿物大几倍至几十倍，因此，土壤有机质具有巨大的保肥能力。腐殖酸本身是一种弱酸，腐殖酸和其盐类可构成缓冲体系，缓冲土壤溶液中H+浓度变化，使土壤具有一定的缓冲能力。更重要的是腐殖质是一种胶体，具有较强的吸附性能和较高的阳离子代换能力，因此，使土壤具有较强的缓冲性能。6. 有机质具有活化磷的作用 土壤中的磷一般不以速效态存在，常以迟效态

41、和缓效态存在。因此土壤中磷的有效性低。土壤有机质具有与难溶性的磷反应的特性，可增加磷的溶解度，从而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率。此外，土壤腐殖酸被证明是一类生理活性物质，它能加速种子萌发，增强根系活力，促进植物生长，对土壤微生物而言，腐殖酸也是一种促进生长发育的生理活性物质。必须指出的是，有机质在分解时，也能产生一些不利于植物生长或甚至有害的中间物质，特别是在嫌气条件下，这种情况更易发生。二、 有机质在生态环境上的作用1. 有机质可降低或延缓重金属污染 土壤腐殖质组分对重金属污染物毒性的影响可以通过静电吸附和络合（鳌合）作用来实现。土壤腐殖质含有多种功能基，这些功能基对重金属离子有较强的

42、络合能力，土壤有机质与重金属离子的络合作用对土壤和水体中重金属离子的固定和迁移有极其重要的影响。 如果腐殖质中活性功能基（桟OOH、酚桹H、醇桹H等）的空间排列适当，那么可以通过取代阳离子水化圈中的一些水分子与金属离子结合形成鳌合复合体。胡敏酸与金属离子的键合总容量大约在200?00mol/g，大约33是由阳离子在复合位置上的固定，主要的复合位置是羧基和酚基。 腐殖质-富里酸复合体条件稳定常数的排列次序为：Fe3+AL3+Cu2+Ni2+CO2+Pb2+Ca2+Zn2+Mn2+Mg2+。其中稳定常数在PH=5.0时比PH=3.5时稍大。这主要是由于羧基等功能基在较高PH值条件下有较高的离解度。

43、在PH值低时，由于大量的H+金属离子一起争夺配位体的吸附位，腐殖质络合的金属离子较少。 胡敏酸和富里酸可以与金属离子形成可溶性和不可溶性的络合物，主要依赖于饱和度，富里酸金属离子络合物比胡敏酸金属离子络合物的溶解度大。 胡敏酸可作为还原剂将有毒的Cr6+还原为Cr3+作为Lewis硬酸，Cr3+能与胡敏酸上的羧基形成稳定的复合体，从而限制动植物对其的吸收性。此外，腐殖质还能将Hg2+还原为Hg、Fe3+还原为Fe2+等等。腐殖酸通过对金属离子的络合、鳌合和吸附、还原作用，可降低重金属的毒害作用。2. 有机质对农药等有机污染物具有固定作用 土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的新和力，对有机污染物

44、在土壤中的生物活性、残留、生物降解、迁移和蒸发等过程有重要的影响。对农药的固定与腐殖质功能基的数量、类型和空间排列密切相关，也与农药本身的性质有关。一般认为极性有机污染物可以通过离子交换和质子化、氢键、危德华力、配位体交换、阳离子桥和水桥等各种不同机理与土壤有机质结合。对非极性有机污染物可通过分隔（Paxtioning）机理与之结合。腐殖质分子中既有极性亲水基团，也有非极性亲水基团。 可溶性腐殖质能增加农药从土壤向地下水的迁移，富里酸有较低的分子量和较高酸度，比胡敏酸更可溶，能更有效地迁移农药等有机污染物质。腐殖酸作为还原剂而改变农药的结构，这种改变因腐殖酸中羧基、酚羟基、醇羟基、杂环、半醌等

45、的存在而加强。一些有毒有机化合物与腐殖质结合后，其毒性降低或消失。3. 有机质对全球碳平衡的影响 土壤有机质也是全球碳平衡过程中非常重要的碳库。据统计，全球土壤有机质的总碳量在141017?51017g，大约是陆地生物总碳量（5.61017g）的2.5?倍。而每年因土壤有机质生物分解释放到大气的总量为681015g，全球每年因焚烧燃料释放到大气的碳远低得多，仅为61015g是土壤呼吸作用释放碳的8?。可见，土壤有机质的损失对地球自然环境具有重大影响。从全球来看，土壤有机碳水平的不断下降，对全球气候变化的影响将不亚于人类活动向大气排放的影响。第五节 土壤有机质的调节 土壤有机质在微生物的作用下，不断进行着矿质化过程和腐殖化过程，这两个过程相互矛盾又相互依存。有机质的矿质化过程分解有机质，释放养分供植物吸收利用；同时也为腐殖化过程提供了原料。有机质若矿质化过程过于强烈，使有机质分解快，分解释放大量的无机养分不能及时被植物吸收利用，则会随水流或下渗水而流失。同时也会导致腐殖化形成的腐殖质也发生分解，更多地流失养分，使土壤肥力下降。腐殖化过程将多余的无机养分合成腐殖质而保存养分。若土壤有机质的矿质化过程进程缓慢，而腐殖化过程强烈，则可供植物生长的速效性养分不