第三章 土壤有机质和生物
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第3章-土壤生物
第三章 土壤生物 Soil Organisms
主要内容 (重点)：
1.土壤生物多样性 2.影响土壤微生物活性的环境因素（重点） 3.土壤微生物区系的发生和分布 4.土壤生物活性及表征
教学目标与要求：
了解土壤中的主要生物种类，认识土壤生物的 多样性；重点掌握影响土壤微生物活性的各种 因素；了解土壤细菌、真菌、防线菌、蚯蚓、 线虫等生物的特性及对土壤肥力的影响。
20000-30000 约 250% 约 12% 约 4% 约 10% > 90%
> 50%
自然界中95-99%的微生物种群不能被分离和描述
三 、 土 壤 生 物 空 间 分 布 多 样 性
四、土壤生物多样性的因素
第二节
土壤微生物
土壤微生物
•主要包括：病毒、细菌、真菌、藻类、地衣 •主要作用：
黑钙土 > 棕壤 > 灰壤 > 水稻土 > 砖红壤
用直接测数法测定前苏联土壤中的微生物数量
土壤类型 灰壤
森林灰化土
黑钙土
灰钙土
土壤状况 生荒土 生荒土 熟化土 生荒土 熟化土 生荒土 熟化土
1g 土壤中的微生物总数 3.0×108～6.0×108 6.0×108～1.0×109 1.0×109～2.0×109 2.0×109～2.5×109 2.5×109～3.0×109 1.2×109～1.6×109 1.8×109～3.0×109
确定群体结构 系统发育分析
土壤样品 经典方法
DNA 浸提
PCR PCR 扩增
DGGE（变 性土 壤 生 物 的 主 要
类 群 示
意 图
二、数量和种类多样性
微生物
真菌 细菌 病毒 节肢动物 高等植物 昆虫
主要内容 (重点)：
1.土壤生物多样性 2.影响土壤微生物活性的环境因素（重点） 3.土壤微生物区系的发生和分布 4.土壤生物活性及表征
教学目标与要求：
了解土壤中的主要生物种类，认识土壤生物的 多样性；重点掌握影响土壤微生物活性的各种 因素；了解土壤细菌、真菌、防线菌、蚯蚓、 线虫等生物的特性及对土壤肥力的影响。
20000-30000 约 250% 约 12% 约 4% 约 10% > 90%
> 50%
自然界中95-99%的微生物种群不能被分离和描述
三 、 土 壤 生 物 空 间 分 布 多 样 性
四、土壤生物多样性的因素
第二节
土壤微生物
土壤微生物
•主要包括：病毒、细菌、真菌、藻类、地衣 •主要作用：
黑钙土 > 棕壤 > 灰壤 > 水稻土 > 砖红壤
用直接测数法测定前苏联土壤中的微生物数量
土壤类型 灰壤
森林灰化土
黑钙土
灰钙土
土壤状况 生荒土 生荒土 熟化土 生荒土 熟化土 生荒土 熟化土
1g 土壤中的微生物总数 3.0×108～6.0×108 6.0×108～1.0×109 1.0×109～2.0×109 2.0×109～2.5×109 2.5×109～3.0×109 1.2×109～1.6×109 1.8×109～3.0×109
确定群体结构 系统发育分析
土壤样品 经典方法
DNA 浸提
PCR PCR 扩增
DGGE（变 性土 壤 生 物 的 主 要
类 群 示
意 图
二、数量和种类多样性
微生物
真菌 细菌 病毒 节肢动物 高等植物 昆虫
土壤生物与土壤有机质
7、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。
8、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。
原生动物是动物中最低级的。 典型种类有: 变形虫
4、放线菌（actinomycetes） • 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104～106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。
真 菌 菌 落
3、霉菌
• 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。
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。
二、土壤有机质的组成和性质
1、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10-12之间。
2、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)
土壤学第三章
（二）来源于各种动植物残体及其它们的代谢物
树木、灌丛、草类、和其它植物残体。植物生长量成为土壤有 机质含量的主要依据。 土壤动物：蚯蚓、蚂蚁、鼠类、昆虫等的残体及分泌物。
（三）来源于施入的各种有机肥。
土壤生物
1.土壤动物 2.土壤微生物 3.植物根系及其与微生物的联合 4.土壤酶
1 .土壤动物
土壤动物：指长期或一生中大部分时间生 活在土壤或地表凋落物层中的动物。它们直接 或间接地参与土壤中物质和能量的转化，是土 壤生态系统中不可分割的组成部分。
线虫可分为腐生型线虫和寄生型线虫
腐生型线虫：主要取食对象为细菌、真菌、低等藻类和土壤中的微小原生动 物，其活动对土壤微生物的密度和结构起控制和调节作用，另外通过捕食多种 土壤病原真菌，可防止土壤病害的发生和传播。 寄生型线虫：其寄主主要是活的植物体的不同部位，寄生的结果通常导致植 物发病。
蚯蚓：土壤蚯蚓属环节动物门的寡 毛纲，是被研究最早（自1840年达尔 文起）和最多的土壤动物。 蚯蚓体圆而细长，其长短、粗细 因种类而异；身体由许多环状节构 成，体节数目是分类的特征之一 。 蚯蚓是典型的土壤动物，主要集中生活在表土层或枯落 物层，因为它们主要捕食大量的有机物和矿质土壤，土壤中 枯落物类型是影响蚯蚓活动的重要因素，不具蜡层的叶片是 蚯蚓容易取食的对象 。 作用：蚯蚓通过大量取食与排泄活动富集养分，促进土 壤团粒结构的形成，并通过掘穴、穿行改善土壤的通透性， 提高土壤肥力。因此，土壤中蚯蚓的数量是衡量土壤肥力的 重要指标。
纤维素分解菌活性明显减弱；纤维分解细菌的活动也受到分解物料C/N 的影响。
自生固氮细菌
固氮细菌
共生固氮细菌
自生固氮细菌是指独自生活时能将分子态氮还原成 氨，并营养自给的细菌类群。
3 土壤有机质
有机肥施用很重要
第一节 土壤有机质来源及其组成特点
二.土壤有机物质基本组成特点
（一）土壤有机质的物质 组成 依据有机物质的分解阶段 和存在物理形态分为： 1.未分解的动植物残体 （原材料） 2.半分解的有机质：成为 暗褐色小片 3.腐殖质：特殊性有机物 质。
（二）土壤有机质化学组成 1.碳水化合物：单糖、多糖、 淀粉、纤维素、果胶物质等 2.木质素：比较稳定。是形成 腐殖质中心核的原始材料 3.含氮化合物：蛋白质、多肽、 氨基酸 4.脂溶性物质：如树脂、腊质、 单宁等
一.土壤腐殖质组成
土壤腐殖质 Soil humus
非腐殖物质
腐殖物质（humic substances)
（一）非腐殖物质：微生物的代谢产物 1.碳水化合物：多糖、糖醛酸、和氨基糖组成。主要来源于植 物残体和根系分泌物。含量占有机质总量15~27%。其中多糖 是主体。含量约为有机质总量的9~22%。多糖多土壤结果影响 研究被受到关注
3.pH：各类微生物最适条件：细菌—中性；放线菌—偏微碱性； 真菌—酸性 （3~6）；土壤pH高于8.5和低于5.5，都不适宜微生物活动。绝大多数微生最适 pH条件为中性。 4.有机物的物理状态和组成：新鲜程度、细碎程度，织物组织的C/N比
C/N比( carbon nitrogen ratio )
褐色沉淀 褐腐酸 胡敏酸 humic acid，HA
碱溶后加电 解质NaCL
溶解 吉玛多 美朗酸
水浮选、手挑、静 电吸附或采用比重 1.8或2.0重液浮选 （轻组）
沉淀 灰色腐殖酸
溶液 棕色腐殖酸
以上是依据腐殖酸类物质溶解性进行分类与提取 请注意三大类腐殖组分，尤其是褐腐酸（HA）和黄腐酸（FA）
聚合度
第三章：土壤有机质的测定
质的含量是一个必不可少的项目。 质的含量是一个必不可少的项目。
1
第三章
土 壤 植 物 营 养 分 析
土壤有机质的测定 3.1 概 述
3.1.2
土壤有机质含量
不同肥力的土壤有机质含量不同，一般 不同肥力的土壤有机质含量不同， 含量为10 50mg/kg。 10—50mg/kg 含量为10 50mg/kg。 水稻土>旱地土壤，山地土壤>平原土壤， 水稻土>旱地土壤，山地土壤>平原土壤， 植被茂密地区的土壤> 植被茂密地区的土壤>植被稀蔬地区的 土壤，质地粘的土壤>砂质土。 土壤，质地粘的土壤>砂质土。
8
第三章
土 壤 植 物 营 养 分 析
土壤有机质的测定
3.2 土壤有机质的测定
3.2.1 重铬酸钾容量法（外加热） 重铬酸钾容量法（外加热）
三、结果计算：
土壤有机碳(g/kg)= (V0-V)C×3.0×1.1/M V)C×3.0× 土壤有机质(g/kg)= 有机碳(mg/kg) ×1.724
滴定空白所消耗的FeSO4ml V0 —滴定空白所消耗的FeSO4ml 滴定空白所消耗的 滴定样品所消耗的FeSO4ml V —滴定样品所消耗的FeSO4ml 滴定样品所消耗的 c—1/2F2SO4摩尔浓度 1/2F 3.0—1/4碳原子的摩尔质量 3.0 1/4碳原子的摩尔质量 1/4 换算为L 10-3—将ml换算为L 将ml换算为 1.1—有机碳氧化系数 1.1 有机碳氧化系数 烘干土重g M—烘干土重g 烘干土重 1.724—有机质换算系数 1.724 有机质换算系数
11
第三章
土 壤 植 物 营 养 分 析
土壤有机质的测定
3.2 土壤有机质的测定
3土壤生物
土
土 地 壤信 息
土壤有机质 土壤腐殖质 矿质化过程 腐殖化过程
学系 统
矿质化过程是 指土壤动、 指土壤动、植 物残体及腐殖 质物质， 质物质，在微 生物的作用下， 生物的作用下， 分解成简单无 机化合物的过 程。
是除未分解和半分解动、 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。 生物体以外的有机物质的总称。是土壤 中一类性质稳定，成分、 中一类性质稳定，成分、结构极其复杂 的高分子化合物。 的高分子化合物。
四川农业大学资源环境学院
土
第一节
土 地 壤信 息 学系 统
无机组分 94% 有机组分 6%
土壤生物多样性
Soil organism diversity
非节肢 动物 微生物 0.10% 3.59% 植物根 8.32%
节肢动 物 脊 0.08% 椎动 脊椎动 物 0.03%
死亡有 机物 87.88%
藻类 0.2% 放线菌 5% 真菌 46%
以孢子或菌丝片断存在，细胞数104-106/g土。 以孢子或菌丝片断存在，细胞数10 /g土 肥土比廋土多，耕地比林地多， 肥土比廋土多，耕地比林地多，春秋季比夏冬季 多。 最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好土壤中， 最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好土壤中， 转化土壤有机质。 转化土壤有机质。
土
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土
土壤中的食物链关系
土 地 壤信 息 学系 统
四川农业大学资源环境学院
二、土壤微生物种群的多样性
土 土 地 壤信 息 学系 Diversity of soil micro-organism population
原核微生物( (一） 原核微生物(procaryotes) ) 古细菌(archaea) 1古细菌
土 地 壤信 息
土壤有机质 土壤腐殖质 矿质化过程 腐殖化过程
学系 统
矿质化过程是 指土壤动、 指土壤动、植 物残体及腐殖 质物质， 质物质，在微 生物的作用下， 生物的作用下， 分解成简单无 机化合物的过 程。
是除未分解和半分解动、 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。 生物体以外的有机物质的总称。是土壤 中一类性质稳定，成分、 中一类性质稳定，成分、结构极其复杂 的高分子化合物。 的高分子化合物。
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土
第一节
土 地 壤信 息 学系 统
无机组分 94% 有机组分 6%
土壤生物多样性
Soil organism diversity
非节肢 动物 微生物 0.10% 3.59% 植物根 8.32%
节肢动 物 脊 0.08% 椎动 脊椎动 物 0.03%
死亡有 机物 87.88%
藻类 0.2% 放线菌 5% 真菌 46%
以孢子或菌丝片断存在，细胞数104-106/g土。 以孢子或菌丝片断存在，细胞数10 /g土 肥土比廋土多，耕地比林地多， 肥土比廋土多，耕地比林地多，春秋季比夏冬季 多。 最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好土壤中， 最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好土壤中， 转化土壤有机质。 转化土壤有机质。
土
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土
土壤中的食物链关系
土 地 壤信 息 学系 统
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二、土壤微生物种群的多样性
土 土 地 壤信 息 学系 Diversity of soil micro-organism population
原核微生物( (一） 原核微生物(procaryotes) ) 古细菌(archaea) 1古细菌
三章节土壤有机质测定
近红外散射光谱法——1744nm,1870nm,2052nm处近红外散射 光谱和OM含量成正有关。（Dald,1986)
因缺乏对大范围土壤旳有效性和实用性旳评价而未被广泛使用。
3 .2.1 干烧法（测定CO2 ）旳措施原理
在一定温度（1000~1500℃ ）旳电炉里高温氧化 含碳物质，释放旳CO2用合适旳试剂吸收后用容量法、 重量法、气量法、电导法，或把CO2还原为CH4用气 相色谱法等措施测定。
4、计算：
土壤有机质(g/kg)= c×5(V0 - V) /V0×0.003×1.1×1.724×1000/m
5、问题： （1）做好本试验应注意些什么？
（2）干扰有哪些，怎样克服？
（3）本法合用于哪些样品旳分析？
(4) 本法还能用于其他样品有机物含量旳测定吗？
有机质测定措施II——磷酸、铬酸湿烧法
措施原理
加热条件下，在磷酸、铬酸中， 有机质被氧化，生成旳二氧化碳 被定量原则碱吸收，加入氯化钡 使其生成碳酸钡沉淀，多出旳碱 用原则酸滴定，计算有机质旳含 量。
操作要点 措施评述
End
适旳吸收剂吸收后用重量法、容量法等进行测定。
优点：成果与干烧法相近，长久被看成测定全碳旳 原则措施，仪器可在常规试验室组装。
缺陷：受无机碳干扰，操作技术要求高，费时。
1.湿烧法测定CO2旳装置
湿 2. 烧法测定容量法
2K2CrO7 + 8H2SO4 + 3C → 2K2SO4 + 2Cr(SO4)3 + 3CO2 + 8H2O 2K2CrO7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 → K2SO4 + 3Cr(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 7H2O
因缺乏对大范围土壤旳有效性和实用性旳评价而未被广泛使用。
3 .2.1 干烧法（测定CO2 ）旳措施原理
在一定温度（1000~1500℃ ）旳电炉里高温氧化 含碳物质，释放旳CO2用合适旳试剂吸收后用容量法、 重量法、气量法、电导法，或把CO2还原为CH4用气 相色谱法等措施测定。
4、计算：
土壤有机质(g/kg)= c×5(V0 - V) /V0×0.003×1.1×1.724×1000/m
5、问题： （1）做好本试验应注意些什么？
（2）干扰有哪些，怎样克服？
（3）本法合用于哪些样品旳分析？
(4) 本法还能用于其他样品有机物含量旳测定吗？
有机质测定措施II——磷酸、铬酸湿烧法
措施原理
加热条件下，在磷酸、铬酸中， 有机质被氧化，生成旳二氧化碳 被定量原则碱吸收，加入氯化钡 使其生成碳酸钡沉淀，多出旳碱 用原则酸滴定，计算有机质旳含 量。
操作要点 措施评述
End
适旳吸收剂吸收后用重量法、容量法等进行测定。
优点：成果与干烧法相近，长久被看成测定全碳旳 原则措施，仪器可在常规试验室组装。
缺陷：受无机碳干扰，操作技术要求高，费时。
1.湿烧法测定CO2旳装置
湿 2. 烧法测定容量法
2K2CrO7 + 8H2SO4 + 3C → 2K2SO4 + 2Cr(SO4)3 + 3CO2 + 8H2O 2K2CrO7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 → K2SO4 + 3Cr(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 7H2O
土壤生物和土壤有机质性质及作用
土壤生物与 土壤有机质性质和作用
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
2.2.1 土壤生物
1、土壤生物多样性
• A、原生动物：单细胞真核生物，104-105 个/g土。鞭毛虫、变形虫
• B、后生动物：多细胞动物。线虫、蠕虫、 蚯蚓、蚂蚁 疏松土壤，破碎植物残体
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
C、微生物
细菌 （bacteria）
放线菌 （actinomyces ）
真菌 （fungi）
藻类
(algae) 原生动物 （protozoon）
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
2、微生物营养类型
• 1）化能有机营养型：异养型，需要有机化合
物作为碳源，并从氧化有机化合物的过程中获得 能量。大多数细菌、几乎全部真菌和原生动物。
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
不同土壤生态系统的有机质
荒漠，SOM 少,<0.n DT/ha
森林下，SOM丰富
102 DT/ha
土壤生农物业与土土壤壤：有根茬等,n DT/ha 机质性质和作用
农 业
作物根系、残茬 及根系分泌物
土
壤
有
农家肥
机
质
来
源 工业、生活垃圾
三种形态：新鲜土有壤机生质物、与半土分壤有解有机质、腐殖质
• 2）化能无机营养型：自养型，以CO2为碳源，
从氧化无机化合物中取得能量。亚硝酸菌、硝酸 菌等。
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
• 3）光能有机营养型：光能异养型，能量来
自于光，需有机化合物作为氢供体以还原CO2， 并合成细胞物质。
• 4）光能无机营养型：自养型，利用光能进
行光合作用，以无机化合物作为氢供体以还原 CO2，并合成细胞物质。
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
2.2.1 土壤生物
1、土壤生物多样性
• A、原生动物：单细胞真核生物，104-105 个/g土。鞭毛虫、变形虫
• B、后生动物：多细胞动物。线虫、蠕虫、 蚯蚓、蚂蚁 疏松土壤，破碎植物残体
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
C、微生物
细菌 （bacteria）
放线菌 （actinomyces ）
真菌 （fungi）
藻类
(algae) 原生动物 （protozoon）
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
2、微生物营养类型
• 1）化能有机营养型：异养型，需要有机化合
物作为碳源，并从氧化有机化合物的过程中获得 能量。大多数细菌、几乎全部真菌和原生动物。
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
不同土壤生态系统的有机质
荒漠，SOM 少,<0.n DT/ha
森林下，SOM丰富
102 DT/ha
土壤生农物业与土土壤壤：有根茬等,n DT/ha 机质性质和作用
农 业
作物根系、残茬 及根系分泌物
土
壤
有
农家肥
机
质
来
源 工业、生活垃圾
三种形态：新鲜土有壤机生质物、与半土分壤有解有机质、腐殖质
• 2）化能无机营养型：自养型，以CO2为碳源，
从氧化无机化合物中取得能量。亚硝酸菌、硝酸 菌等。
土壤生物与土壤有 机质性质和作用
• 3）光能有机营养型：光能异养型，能量来
自于光，需有机化合物作为氢供体以还原CO2， 并合成细胞物质。
• 4）光能无机营养型：自养型，利用光能进
行光合作用，以无机化合物作为氢供体以还原 CO2，并合成细胞物质。
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(3)土壤pH 细菌最适pH 6.5～7.5，放线菌稍高，真菌较低。
pH 低于5.5，高于8.5，一般微生物都不太适宜。
(4)质地 ：质地愈粘重，愈难分解，腐殖化系数愈高。 (5)其它条件：土壤盐浓度低于0.2%，无重金属污染等。
第三节 土壤腐殖物质的形成和性质
一、土壤腐殖质形成
（一）腐殖化作用(humification) 腐殖质(humus) ：土壤腐殖质是土壤中一类性质稳定，成
四、土壤腐殖酸的性质
1. 物理性质(physical property) (1) 分子量、形状、颜色
A、分子量：很大，几至几百万。分子量大小与单体和聚合度有关。
Humin > HA > FA。
B、形状：短棒形，疏松多孔，似海棉；比表面积远比粘土矿物和
金属氧化物的大。
C、颜色：分子量愈大，颜色愈深（HA分子量大，褐色；FA 分子
腐殖物质：由多酚和多醌类物质聚合而成； 含芳香环结构，黄色至棕黑色，非晶形高分子
有机化合物； 最难降解，一般占土壤有机质的60-80%。
非腐殖物质：有特定理化性质、结构已知； 约占土壤腐殖质的20-30%； 碳水化合物、蛋白质和氨基酸、脂肪、蜡
质、木质素、核酸等； 相对容易被降解，存在时间短； 氮、磷、硫营养重要。
2.组成 土壤有机质
动植物残体及微生物体 上二类的分泌物、排泄物及中间分解产物 腐殖质（稳定的高分子化合物）：主体。
土壤腐殖质（soil 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。 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。
有机质的形成分为两个阶段：
第一阶段：分解阶段：有机残体降解产生产生了合成腐殖 质原始材料：
（1）芳香核：主要由木质素降解所产生。 多元酚理论
酚类氧化成醌所产生。
（较为盛行）
（2）支链化合物：一些含氮的有机化合物，如氨基酸、肽 类等。
第二阶段：合成阶段：将分解转化的基本材料在微生物作 用下经过缩合和聚合合成结构复杂的腐殖质。
二、土壤腐殖质-粘土矿物复合体
腐殖质
游离态 结合态
很少 占绝大多数
有机质与粘粒矿物和阳离子结合，形成有机无机复合体； 52-98%的土壤有机质集中在粘粒部分。
粘土矿物-腐殖质复合体
三、土壤腐殖酸的分组
去除了动植物 残体细土样
用稀碱 （NaOH）
土壤
水浮选、手挑、静 电吸附或采用比重 1.8或2.0重液浮选
土壤有机质的化学成分:
纤维素 半纤维素 木质素 蛋白质 脂肪、树脂等
% 2－10
0－2
30－50 28－35
1－8
第二节 土壤有机质的分解和转化
矿质化过程（Mineralization） 指复杂的有机质在微生物的作用下，转化为简单的无
机物(H2O；CO2等)并释放出能量的过程。
有机质
酶
微生物
无机物
CO 2和H2O 矿质养分
能量
一、碳水化合物的矿质化
多糖
单糖
水解酶作用
CO2+H2O+heat(多） 好气条件下 有机酸——heat（少） 半嫌气条件 CH4、H2、H2S+heat（极少）嫌气
己糖>淀粉>半纤维素>纤维素；糖类物质的分解是土壤中 生物物活动的主要能源（生物热）。（4~5千卡热/g有机物）
氮因素值：100克有机质分解时固定无机氮的克数。
激发作用**（ Priming effect)：土壤
中加入新鲜有机物质会促进土壤原有 有机质的降解，这种矿化作用称之激 发作用。
激发效应可以是正、也可以是负。
2.土壤环境条件（微生物活动条件）
(1)土壤温度(temperature) 25－35℃条件下，M活动最为旺盛，利于OM矿质化
(3)植物残体的碳氮比（C/N） 土壤微生物的C/N比值平均为8:1，即吸收1份N需要8份C， 但微生物代谢的C只有1/3进入微生物细胞，其余的以CO2释 放．因此，微生物同化1份N到体内，须要约24份的C。 当有机残体的C/N＞25:1时，其N源不足，须从土壤中吸收无 机N来补充（氮的生物固定），造成与植物对N源的暂时性 竞争，有机质分解慢。
一、土壤有机质的来源
土壤
森林土 自壤 然 土 壤 草原土
壤
耕作土壤
有机质来源
枯枝落叶
地上部和地 下部根系 施有机肥， 作物根茬
特点
数量少；累积于地表：从上到下 锐减；富含木质素，形成的有机 质疏松、有弹性；形成富含单宁 的酸性有机质（适于真菌活动）
数量多；分布较深，从上到下逐 渐减少；木质素少，纤维素多， 累积紧实，无弹性；形成中性有 机质（适于细菌活动）
当有机质C/N降至25:1以下，分解加快，同时释放出无机N。
植物残体C/N变化大，禾本科秸杆C/N多大于30:1。施用 水稻、玉米、麦类等高C/N秸杆，分解初期应避免氮 的“生物固定”。方法是： 1）堆腐一段时期再施用； 2）配施适量氮化肥（一般秸杆300-400kg/mu，配施 N 3-4kg/亩） 。
危害：在低温、嫌气条件下,有机酸变为CO2和H2O的过程受 到阻碍,产生有机酸的累积,从而造成植物根系萎缩、腐烂。
如：甲酸3.2×10-3 M、乙酸4.6×10-3 M、 正丁酸7×10-4 M， 就会对植物根系产生较严重的危害。
解决办法：排水晒田、施草木灰（中和酸、补充K素） 有机肥施用前进行堆沤。
土壤有机质
5%
0.5%
0.5-2.0% 7%
OM% ＞4.00 水田% 1.29 旱地% 3.14
四川土壤有机质含量（%）
3.01－4.00 2.01－3.00 1.01－2.00 0.61－1.00
6.19
39.9
51.99
0.63
5.52
18.72
46.26
24.66
＜0.60 0.004 1.10
(1)元素组成(elementary composition)
有机质水分占75%，干物质占25%。
干物质中元素组成(%) :
C H O N和灰分元素
44 8 40
8
（C/N为10左右）
(2)化学组成(chemical composition)
有机物料的化学组成： 碳 水 化 合 物 ： 约 占 60% ， 纤 维 素 和 半 纤 维 素 为 主 ， 少 量淀粉和糖类。 木 质 素 ： 占 10% ～ 30% ， 平 均 25% ， 木 本 植 物 较 多 ， 草 本植物较少，难分解，腐殖质的主要来源。 蛋白质等含氮化合物：占1～15%，平均10%。 脂蜡质、单宁等：占1～8%，平均5%。 灰分：燃烧后留下的灰，草本多于木本，占2～7% 。
第三章 土壤有机质 和生物
第一节 土壤有机质的来源、组成和类型
什么是有机质 以各种形态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。 广义：包括一切生物体及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。
概念：土壤有机质(soil organic matter)
土壤中的各种动植物残体，在土壤生物的作用下形成的一类 特殊的、复杂的、性质比较稳定的高分子化合物(腐殖质)。
牛粪：牛粪质地细密，含水量高，通气性差，腐熟缓慢，肥效 迟缓，发酵温度低，属冷性肥料。为加速分解，可将鲜牛粪 稍加晒干，再加马粪或羊粪混合堆沤，可得疏松优质的肥料 。如混入钙镁磷肥或磷矿粉，肥料质量更高。牛粪中碳素含 量高、氮素含量低，碳氮比大，施用时要注意配合使用速效 氮肥。牛粪一般只作基肥使用。
分、结构极其复杂的高分子化合物。 腐殖化作用(humification)：进入土壤中的有机质又重新合
成腐殖质的过程。 腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种
有机碳形式，也叫有机碳的周转。它是一种极端复杂的 生物过程。
土壤腐殖质形成途径
（二）土壤腐殖化过程---腐殖质的形成过程（假说阶段） 腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化过程，还有一 些纯化学过程。
分解，提供作物所需养分。
(2)土壤湿度和通气状况(soil humidity and aeration status) 要求水分充足而通气良好。
水少气多:好气, M活动旺盛,OM矿质化分解,释放养分 水多气少:嫌气, M活动受抑制, OM腐殖化合成腐殖质
最适水气状况为：即田间持水量的60～80%，按土水势-300～1000hPa（百帕）或mbar（毫巴）。 干湿交替(wetting and drying cycle)有利于有机质的分解与转化。
二、含氮化合物的矿质化
蛋白质
多肽
氨基酸
氨NH3
同化吸收
硝酸根NO3-
蛋白酶
肽酶
氨化细菌
硝化细菌
水解作用 （hydrolyzation)
氨化作用（ ammonification)
硝化作用（ nitrification)
任何条件下
好气条件下
N素的生物固定或有效化过程与有机物C/N比密切相关: C/N＞25时，产生N素生物固定 C/N＜25时，产生N素有效化。
数量少，累积于耕作层；受人为 培肥措施影响大。
二、土壤有机质的存在形态
存在形态： 动、植物残体
半分解的动、植物残体 腐殖物质（85-90%）
三、土壤有机质的含量和组成
1.含量 一般把耕层含有机质20%以上的土壤，称为有机质土壤，在20%以下的
土壤，称为矿质土壤(mineral soil)。耕作土壤表层有机质通常在5% 以下。 土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关。 目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言，北方土壤有机质含量 高于南方土壤。
pH 低于5.5，高于8.5，一般微生物都不太适宜。
(4)质地 ：质地愈粘重，愈难分解，腐殖化系数愈高。 (5)其它条件：土壤盐浓度低于0.2%，无重金属污染等。
第三节 土壤腐殖物质的形成和性质
一、土壤腐殖质形成
（一）腐殖化作用(humification) 腐殖质(humus) ：土壤腐殖质是土壤中一类性质稳定，成
四、土壤腐殖酸的性质
1. 物理性质(physical property) (1) 分子量、形状、颜色
A、分子量：很大，几至几百万。分子量大小与单体和聚合度有关。
Humin > HA > FA。
B、形状：短棒形，疏松多孔，似海棉；比表面积远比粘土矿物和
金属氧化物的大。
C、颜色：分子量愈大，颜色愈深（HA分子量大，褐色；FA 分子
腐殖物质：由多酚和多醌类物质聚合而成； 含芳香环结构，黄色至棕黑色，非晶形高分子
有机化合物； 最难降解，一般占土壤有机质的60-80%。
非腐殖物质：有特定理化性质、结构已知； 约占土壤腐殖质的20-30%； 碳水化合物、蛋白质和氨基酸、脂肪、蜡
质、木质素、核酸等； 相对容易被降解，存在时间短； 氮、磷、硫营养重要。
2.组成 土壤有机质
动植物残体及微生物体 上二类的分泌物、排泄物及中间分解产物 腐殖质（稳定的高分子化合物）：主体。
土壤腐殖质（soil 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。 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。
有机质的形成分为两个阶段：
第一阶段：分解阶段：有机残体降解产生产生了合成腐殖 质原始材料：
（1）芳香核：主要由木质素降解所产生。 多元酚理论
酚类氧化成醌所产生。
（较为盛行）
（2）支链化合物：一些含氮的有机化合物，如氨基酸、肽 类等。
第二阶段：合成阶段：将分解转化的基本材料在微生物作 用下经过缩合和聚合合成结构复杂的腐殖质。
二、土壤腐殖质-粘土矿物复合体
腐殖质
游离态 结合态
很少 占绝大多数
有机质与粘粒矿物和阳离子结合，形成有机无机复合体； 52-98%的土壤有机质集中在粘粒部分。
粘土矿物-腐殖质复合体
三、土壤腐殖酸的分组
去除了动植物 残体细土样
用稀碱 （NaOH）
土壤
水浮选、手挑、静 电吸附或采用比重 1.8或2.0重液浮选
土壤有机质的化学成分:
纤维素 半纤维素 木质素 蛋白质 脂肪、树脂等
% 2－10
0－2
30－50 28－35
1－8
第二节 土壤有机质的分解和转化
矿质化过程（Mineralization） 指复杂的有机质在微生物的作用下，转化为简单的无
机物(H2O；CO2等)并释放出能量的过程。
有机质
酶
微生物
无机物
CO 2和H2O 矿质养分
能量
一、碳水化合物的矿质化
多糖
单糖
水解酶作用
CO2+H2O+heat(多） 好气条件下 有机酸——heat（少） 半嫌气条件 CH4、H2、H2S+heat（极少）嫌气
己糖>淀粉>半纤维素>纤维素；糖类物质的分解是土壤中 生物物活动的主要能源（生物热）。（4~5千卡热/g有机物）
氮因素值：100克有机质分解时固定无机氮的克数。
激发作用**（ Priming effect)：土壤
中加入新鲜有机物质会促进土壤原有 有机质的降解，这种矿化作用称之激 发作用。
激发效应可以是正、也可以是负。
2.土壤环境条件（微生物活动条件）
(1)土壤温度(temperature) 25－35℃条件下，M活动最为旺盛，利于OM矿质化
(3)植物残体的碳氮比（C/N） 土壤微生物的C/N比值平均为8:1，即吸收1份N需要8份C， 但微生物代谢的C只有1/3进入微生物细胞，其余的以CO2释 放．因此，微生物同化1份N到体内，须要约24份的C。 当有机残体的C/N＞25:1时，其N源不足，须从土壤中吸收无 机N来补充（氮的生物固定），造成与植物对N源的暂时性 竞争，有机质分解慢。
一、土壤有机质的来源
土壤
森林土 自壤 然 土 壤 草原土
壤
耕作土壤
有机质来源
枯枝落叶
地上部和地 下部根系 施有机肥， 作物根茬
特点
数量少；累积于地表：从上到下 锐减；富含木质素，形成的有机 质疏松、有弹性；形成富含单宁 的酸性有机质（适于真菌活动）
数量多；分布较深，从上到下逐 渐减少；木质素少，纤维素多， 累积紧实，无弹性；形成中性有 机质（适于细菌活动）
当有机质C/N降至25:1以下，分解加快，同时释放出无机N。
植物残体C/N变化大，禾本科秸杆C/N多大于30:1。施用 水稻、玉米、麦类等高C/N秸杆，分解初期应避免氮 的“生物固定”。方法是： 1）堆腐一段时期再施用； 2）配施适量氮化肥（一般秸杆300-400kg/mu，配施 N 3-4kg/亩） 。
危害：在低温、嫌气条件下,有机酸变为CO2和H2O的过程受 到阻碍,产生有机酸的累积,从而造成植物根系萎缩、腐烂。
如：甲酸3.2×10-3 M、乙酸4.6×10-3 M、 正丁酸7×10-4 M， 就会对植物根系产生较严重的危害。
解决办法：排水晒田、施草木灰（中和酸、补充K素） 有机肥施用前进行堆沤。
土壤有机质
5%
0.5%
0.5-2.0% 7%
OM% ＞4.00 水田% 1.29 旱地% 3.14
四川土壤有机质含量（%）
3.01－4.00 2.01－3.00 1.01－2.00 0.61－1.00
6.19
39.9
51.99
0.63
5.52
18.72
46.26
24.66
＜0.60 0.004 1.10
(1)元素组成(elementary composition)
有机质水分占75%，干物质占25%。
干物质中元素组成(%) :
C H O N和灰分元素
44 8 40
8
（C/N为10左右）
(2)化学组成(chemical composition)
有机物料的化学组成： 碳 水 化 合 物 ： 约 占 60% ， 纤 维 素 和 半 纤 维 素 为 主 ， 少 量淀粉和糖类。 木 质 素 ： 占 10% ～ 30% ， 平 均 25% ， 木 本 植 物 较 多 ， 草 本植物较少，难分解，腐殖质的主要来源。 蛋白质等含氮化合物：占1～15%，平均10%。 脂蜡质、单宁等：占1～8%，平均5%。 灰分：燃烧后留下的灰，草本多于木本，占2～7% 。
第三章 土壤有机质 和生物
第一节 土壤有机质的来源、组成和类型
什么是有机质 以各种形态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。 广义：包括一切生物体及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。
概念：土壤有机质(soil organic matter)
土壤中的各种动植物残体，在土壤生物的作用下形成的一类 特殊的、复杂的、性质比较稳定的高分子化合物(腐殖质)。
牛粪：牛粪质地细密，含水量高，通气性差，腐熟缓慢，肥效 迟缓，发酵温度低，属冷性肥料。为加速分解，可将鲜牛粪 稍加晒干，再加马粪或羊粪混合堆沤，可得疏松优质的肥料 。如混入钙镁磷肥或磷矿粉，肥料质量更高。牛粪中碳素含 量高、氮素含量低，碳氮比大，施用时要注意配合使用速效 氮肥。牛粪一般只作基肥使用。
分、结构极其复杂的高分子化合物。 腐殖化作用(humification)：进入土壤中的有机质又重新合
成腐殖质的过程。 腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种
有机碳形式，也叫有机碳的周转。它是一种极端复杂的 生物过程。
土壤腐殖质形成途径
（二）土壤腐殖化过程---腐殖质的形成过程（假说阶段） 腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化过程，还有一 些纯化学过程。
分解，提供作物所需养分。
(2)土壤湿度和通气状况(soil humidity and aeration status) 要求水分充足而通气良好。
水少气多:好气, M活动旺盛,OM矿质化分解,释放养分 水多气少:嫌气, M活动受抑制, OM腐殖化合成腐殖质
最适水气状况为：即田间持水量的60～80%，按土水势-300～1000hPa（百帕）或mbar（毫巴）。 干湿交替(wetting and drying cycle)有利于有机质的分解与转化。
二、含氮化合物的矿质化
蛋白质
多肽
氨基酸
氨NH3
同化吸收
硝酸根NO3-
蛋白酶
肽酶
氨化细菌
硝化细菌
水解作用 （hydrolyzation)
氨化作用（ ammonification)
硝化作用（ nitrification)
任何条件下
好气条件下
N素的生物固定或有效化过程与有机物C/N比密切相关: C/N＞25时，产生N素生物固定 C/N＜25时，产生N素有效化。
数量少，累积于耕作层；受人为 培肥措施影响大。
二、土壤有机质的存在形态
存在形态： 动、植物残体
半分解的动、植物残体 腐殖物质（85-90%）
三、土壤有机质的含量和组成
1.含量 一般把耕层含有机质20%以上的土壤，称为有机质土壤，在20%以下的
土壤，称为矿质土壤(mineral soil)。耕作土壤表层有机质通常在5% 以下。 土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关。 目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言，北方土壤有机质含量 高于南方土壤。