3土壤科学原理与实践土壤有机质.ppt
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1、,节日礼物!,做正确的事(目标)正确地做事(方法),2004年秋季学期:没学过土壤学的研究生:第1次:每人扩展一个讲座的内容,必须增加一些实践内容。1 绪论 2 土壤矿物质 3 土壤有机质 4 土壤生物 5 土壤质地和结构 6 土壤水 2人 7 土壤空气和热量状况 8 土壤胶体化学和表面反应 9 土壤酸碱性和氧化还原反应 10 土壤养分循环(N、P、K、中、微)3-5人11 土壤形成和发育 12 土壤分类和调查 13 土壤耕作和管理 14 土壤污染与防治 15 土壤退化和土壤质量(合计:15-20人),第2次:每人写一个土类,尽量选所在地区的或家乡的土壤1 砖红壤 2 赤红壤3 红壤 4 黄壤
2、5 黄棕壤 6 棕壤暗棕壤 8 白浆土9 灰化土 10 褐土11 黑土 12 黑钙土13 栗钙土 14 黑垆土15 灰钙土 16 黄绵土17 风沙土 18 紫色土19 草甸土 20 潮土21 砂姜黑土 22 沼泽土23 泥炭土 24 草甸盐土24 滨海盐土 26 碱土27 水稻土 28 灌淤土29 寒钙土 30 寒漠土,第3次:每人完成一篇小综述(2000字)1 土壤退化类型及其机制 2 土壤有机质研究现状及其应用 3 免耕少耕与土壤肥力关系 4 土壤磷有效性研究 5 盐碱土改良技术研究 6 酸土铝害改良研究 7 根际土壤养分有效性研究 8 保护地施肥污染研究 9 SPAC研究 10 水稻土养
3、分管理研究11 关于土壤污染与健康研究 12 关于土壤质量研究13 3S技术在土壤学应用的研究 14 可持续发展中土壤科学的新挑战15 我国粮食安全的土地资源保障 16 某一大量营养元素研究进展17 某一微量元素土壤中行为研究 18 某一重金属元素土壤中行为研究 可以自选其他课题。,学过土壤学的研究生:第一组,3/10人:题 目:我国农田肥料面源污染现状、趋势和对策研究第三组,2/10人:题 目:地块精准(施肥)管理软件结构和功能设计第二组,5/10人:题 目:东北地区水土资源农业高效利用研究 没学过土壤学的同学也可以不做三次作业,每3人一组确定一个研究题目,老师可以出题目也可自己选。,土壤科
4、学-原理和实践)(土壤有机质)侯彦林 中国科学院研究生院 2010年秋季学期,第一部分 实践(英语听力)第二部分 基础知识第一节 土壤有机质的来源、含量及其组成第二节 土壤有机质的分解和转化第三节 土壤腐殖质的形成和性质第四节 土壤有机质的作用及管理小 结复习题,第一部分 实践(英语听力),听力,单词:insect n.昆虫,卑鄙的人 adj.虫的,虫子一样的,对付虫子的2.improved adj.改良的3.supervise v.监督,管理,指导4.potato n.马铃薯5.barley n.大麦6.clover n.植三叶草,苜蓿7.fertilizer n.肥料(尤指化学肥料),动受
5、精媒介物,AGRICULTURE REPORT June 25,2002:Organic Farming Study By George GrowThis is the VOA Special English Agriculture Report.Agricultural scientists in Switzerland(瑞士)have demonstrated(示范)the long-term effects of organic farming methods.Organic farms use no man-made chemicals to increase crops or con
6、trol insects1 and disease.The study showed that organic fields produced fewer crops,on average,than other fields.However,the scientists say the organic methods improved2 the health of the soil and used half as much energy.,Scientists at the Research Institute of Organic Agriculture in Frick,Switzerl
7、and,supervised3(指导、管理)the study.They reported their findings(发现)in Science magazine,the publication of the American Association for the Advancement of Science.,It(有机农业研究)was one of the longest-running(运行)studies of its kind.The Swiss scientists compared the effects of organic and traditional farming
8、 methods over a period of more than twenty years.They grew crops on four fields of land in Switzerland.,Two fields were grown using traditional farming methods.The others were grown using organic farming methods.The scientists grew potatoes4,barley5,winter wheat,beets and grass clover6.The crops,pla
9、nting methods,and soil use(名词)were similar in all the fields studied.,The study found that the organic fields produced about twenty percent fewer(少20%)crops than the other fields.However,the farmers used less fertilizer7 and energy on the organic fields.They found the organic fields were healthier.,
10、The scientists say the organic fields had more nutrients in the soil.The soils in the organic fields also had more biological activity than the other fields.The organic fields had more helpful organisms and a larger number of different organisms.The organic fields had almost two times as many insect
11、s,including helpful insects.In traditional farming,chemicals designed(用于消灭)to kill harmful insects also can kill helpful ones.,The researchers say the findings show that organic crop production rates change little over time,and that soil fertility increases.They say the findings suggest(暗示着)that org
12、anic farmers can help the environment by increasing soil fertility.,Organic farming is becoming increasingly popular in some countries.Many people believe that eating organic food is more healthful than eating food grown with chemicals.Some people are willing to pay more money to buy organic food.Th
13、is VOA Special English Agriculture Report was written by George Grow.,第二部分 基础知识,第一节 土壤有机质的来源、含量及其组成土壤有机质:是存在于土壤中的所有含碳的有机物质,包括土壤中各种动、植物残体、微生物及其分解和合成的各种有机物质,包含:生命体和非生命体;其中生命体部分将在“土壤生物”中介绍。,土壤有机质的作用:为植物提供营养元素;是微生物生命活动的能源;对土壤各项性质有重要影响;对重金属、农药等有机、无机污染物质的行为有重要影响;土壤有机质对全球碳平衡起重要作用,被认为是影响温室气体的主要原因。,一、土壤有机质的来
14、源微生物:最早动、植物残体和根系分泌物:基本来源 自然土壤:热带雨林凋落物干重 16700 kg/hm2 a、亚热带常绿阔叶和落叶阔叶林、暖温带落叶阔叶林、温带针阔混交林、寒温带针叶林、荒漠 530 kg/hm2 a 耕作土壤:根茬、有机肥料、废水、废渣、微生物制品、有 机农药等,进入土壤的有机物质的组成相当复杂,主要为各种植物残体,其组成和各成分的含量因植物种类、器官、年龄不同差异较大,其中,C、O、H、N占90%95%(C占40%),以及其他营养元素。,植物体中主要的有机化合物:碳水化合物:为主,单糖、淀粉、纤维素、半纤维素等;木质素:带环结构,难分解,成熟的植物组织中;蛋白质:含 6%N
15、及S等,简单容易分解,粗蛋白质难降解;树脂、蜡质:比碳水化合物复杂,但比木质素简单,种子中等;动物残体:和植物残体相比,不含木质素和树脂,脂肪和含 氮化合物丰富;不同残体化学组成变异大。,二、土壤有机质的含量及其组成有机质土壤:耕层含有机质20%以上的土壤;矿质土壤:耕层含有机质 20%以下的土壤;耕作 土壤一般在 5%以下;有机质含碳量平均 58%,所以,有机质=1.724*有机碳 土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、耕作措施等因素密相关;,土壤有机质的主要元素组成是:C(52%58%)、O(34%39%)、H(3.3%4.8%)、N(3.7%4.1%)、P、S;C/N约为10;,土
16、壤有机质中主要的化合物是:木质素和蛋白质,其次是半纤维素、纤维素以及乙醚和乙 醇可溶性化合物;与植物相比,木质素和蛋白质增加,而半纤维素、纤维素明显减少;大多数土壤有机质组成是水不溶性的,但强碱可溶。,土壤腐殖质(humus):是除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机物质的总称;(即:土壤有机质=土壤腐殖质+残体+微生物)由非腐殖物质(Non-humic substances)和腐殖物质(humic substances)组成,通常占土壤有机质的90%以上(残体+微生物占10%);,非腐殖物质:特定物理化学性质、结构已知的有机化合物,分微生物改变的植物有机化合物和微生物合成的有机化合
17、物;约占20%30%;,其中碳水化合物(包括糠醛酸)占土壤有机质的5%25%,平均10%,在增加土壤团聚体稳定性方面 起重要作用;此外还含有:氨基糖、蛋白质、氨基酸、脂肪、蜡 质、木质素、树脂、核酸、有机酸等等;含量虽低,但容易被降解和作为微生物活动的基质使用,虽然存在时间短,但对N、P养分的有效性是重要的。,腐殖物质:是经过土壤微生物作用后,由多酚和多醌类物质聚合而成的含芳香环结构的、新形成的黄色至棕黑色的非晶形高分子有机化合物;是土壤有机质的主体,是最难降解的组分,一般占土壤有机质的60%80%。,第二节 土壤有机质的分解和转化一、简单有机化合物的分解和转化 矿化过程:在微生物酶的作用下,
18、有机化合物被彻底氧化分解为二氧化碳、水,释放出能量,N、P、S等同时被释放;酶R(C,4H)+2O2 CO2+2H2O+能量含碳和氢化合物 氧化(好象光合作用的逆过程),腐殖化过程:各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物。简单有机化合物分解从易到难的顺序为:单糖、淀粉和简单蛋白质;粗蛋白质;半纤维素;纤维素;脂肪、树脂等;木质素。,在好氧条件下,微生物活动旺盛,分解快,最后大部分有机物质变成CO2、H2O,而N、P、S等则以NH4+、NO3-、HPO42-、H2PO4-、SO42-等矿质盐类释放出来;在嫌气条件下,好氧微生物活
19、动受到抑制,分解慢而不彻底,有机质容易在土壤中积累,往往生产有机酸、乙醇等中间产物;在极嫌气情况下,还产生CH4、H2S等还原物质,释放养分和能量少;,无论是好氧还是嫌氧条件下,二氧化碳是有机物质降解的终端产物,因此其含量可作为衡量土壤有机质分解率和微生物活动的重要指标。问题:中耕和晒田(的目的是创造)(旱地和水田)氧化环境(促进有机质分解)矿质化(释放)养分(供应作物),二、植物残体的分解和转化植物残体主要包括根、茎、叶的死亡组织,是由不同种类的有机化合物所组成,具有一定生物构造的有机整体。其分解不同于单一有机化合物,其中,可溶性有机化合物(糖分、氨基酸等)占 5%10%;纤维素 占15%6
20、0%;半纤维素 占10%30%;蛋白质 占 2%15%;木质素 占 5%30%。,其分解和转化不同于单一化合物,表现为一个整体的动力学特点:第一阶段:最初几个月,矿化快,易分解组分的植物残体碳(可溶性有机化合物、土壤微生物生物量及其代谢产物)降解;第二阶段;难分解组分缓慢分解,如第一阶段分解不佳的木质素、蜡质等,或第一阶段未被矿化的植物残体碳,所以,植物残体分:易分解组分和难分解组分。,估算:一年后,2/3彻底分解,1/3残留,其中(1/3):微生物量占 3%8%,多糖、多糖醛酸苷、有机酸等非腐殖物 质占 3%8%,腐殖物质占 10%30%;植物根系在土壤中的年残留量比其地上部分稍高一些。,三
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