土壤学第03章

第四节
土壤有机质的作用及管理
一、在土壤肥力(soil fertility)上的作用
1、养分较完全
植物生长所需养分 N：80 ～97%，平均95%；P：20 ～76%；
S：38 ～94%
为有机态，由有机质提供。
2、促进养分有效化(effectuation)
OM矿质化过程中产生的有机酸，腐殖化过程中产生的腐殖酸， 一方面促进土壤矿质养分溶解释放养分；另一方面可以络合金属离 子，减少金属离子对P的固定，提高P的有效性。
(水%＝75，干物质%＝25)
干物质 % C 44 H 8 O 40 N＋灰分元素 8
C/N大约为10左右
3、化学组成(chemical composition)
成分
%
纤维素
2－10
半纤维素
0－2
木质素
30－50
蛋白质
28－35
脂肪、树脂等
1－8
4、土壤腐殖质（soil humus）
土壤腐殖质：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。
腐殖酸可溶解、吸收农药，如DDT易溶于HA；
3、全球C平衡的重要C库（含C平均为58%）。
三、其它方面作用
1、为M提供C源和N源； 2、OM含有多种生理活性物质，有利于植物生长；
3、腐殖酸在一定浓度下能促进M和植物的生理活性。
四、土壤有机质的管理
我国土壤有机质含量普遍偏低。 腐殖化系数（humification coecient） ：单位重量的有机
四川土壤有机质含量（%）
OM% ＞4.00 水田% 1.29 旱地% 3.14 3.01－4.00 6.19 5.52 2.01－3.00 39.9 18.72 1.01－2.00 51.99 46.26 0.61－1.00 0.63 24.66 ＜0.60 0.004 1.10
2、元素组成(elementary composition)
1、腐殖质经过物理化学作用和生物降解，使其芳香结构核心 与其复合的简单有机物分离，或是整个复合体解体。 2、释放的简单有机物质被分解（矿化）和转化，酚类聚合物 被氧化。 3、脂肪酸(fatty acid)被分解，被释放的芳香族化合物（如酚类） 参与新腐殖质的形成。
四、影响土壤有机质分解和转化的因素
粘结力(binding force)：砂＜有机胶体＜粘粒 因此，有机质能改变砂粒的分散无结构状态，又能改善粘粒的粘 重大块结构，促进土壤良好结构的形成，从而改善土壤的通透性等物理 性质。
二、改善生态环境(ecological environment)
1、络合重金属离子(heavy-metal ion)，减轻重金属污染； 2、减轻农药残毒(toxicity of pesticide residue)
2、功能团(functional group)
含有－COOH、－OH及酚羟基等多种功能团 功能团的解离导致腐殖酸带电 如：R－COOH R－COO－＋H＋ R － OH R －O －＋H＋
（三）分子结构特征(character of molecular structure)
分子结构极其复杂的有机高分子化合物。 单体中有芳核结构物质，芳核上有多种取代基来自二、土壤有机质的含量及组成
1、含量(content)
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)。 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。
2、腐殖质的形成过程
（1）植物残体分解产生简单的有机碳化合物 （2）通过微生物对这些有机化合物的代谢作用及反复的循 环，增殖微生物细胞
（3）通过微生物合成的多酚和醌或来自植物的类木质素， 聚合形成腐殖物质
3、腐殖质的形成途径
土壤腐殖质形成途径
二、土壤腐殖质-粘土矿物复合
粘土矿物-腐殖质复合体
三、土壤有机 质的分组
Soil Organic Mater
土 壤 有 机 质 分 组
soil humus
Non-humic Humic substances） substances
humin
HA: humic acid FA: fulvic acid
四、土壤腐殖酸(humic acid)性质 （一）物理性质(physical property)
1、分子量、形状、颜色
A、分子量 很大。分子量大小与单体和聚合度有关； B、形状 C、颜色 球形结构，疏松多孔，似海棉； 分子量愈大，颜色愈深 （HA分子量大， 褐色；FA 分子量小，呈淡黄色）
2、溶解性与吸收性
A、溶解性(dissolution) FA、HA都溶解于碱，HA不溶于酸，
而FA溶解于酸。 B、吸收性(absorbency) 亲水胶体，吸水能力强，吸水量可达
秸秆还田应配施化学N肥：
一般亩施秸秆300－400kg，需要配施化学纯N 3－4kg。
(三)脂肪(fattiness)、树脂(pitch)、蜡质(waxiness)、 单宁(tannin)的矿质化
这类有机物的矿质化过程与碳水化合物基本相同，不同之点是在 嫌气条件下产生多酚化合物，这是形成腐殖质的基本材料。
其重量的500%。
（二）化学性质(chemical property)
1、元素组成(elementary composition)
C、H、O、N、P、S为主 含C量为55 ～60%，平均58%，100/58＝1.724 C：N：P：S＝100：10：1：1～120：10：1：1 实验测定土壤有机质时，测出含C量后×1.724即得土壤有机质含量 （OM%＝C% ×1.724）
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。
第二节
土壤有机质的分解和转化
一、简单有机化合物(organic compound)的分解和转化
矿质化(mineralization)：指复杂的有机质在微生物的作用下，转 化为简单的无机物的过程。
质地愈粘重，腐殖化系数愈高，愈难分解
第三节 土壤腐殖质(humus)的 形成和性质
一、土壤腐殖质形成 1、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转化
形成腐殖质的过程。
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。
(二)含氮化合物(nitrogen compound)的矿质化
蛋白质 氨基酸 NH4＋ NO3N素同化
N素生物固定与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。 豆科绿肥（三叶草等） C/N小，施入土壤后能提供N素（N素 有效化）。禾本科作物秸秆C/N大，直接还田易造成M与作物争夺 N素，造成N素的生物固定。
4、提高土壤缓冲性（impact absorption)
腐殖质含有多种功能团，遇OH－时，电离出H＋与之作用生成水对碱
緩冲；遇H＋时则由于带负电荷而吸附H＋对酸緩冲；
同时，由于腐殖质胶体带负电荷，可吸附土壤溶液中盐基离子，对 肥料起緩冲作用。
5、促进团粒结构(aggregate structure)的形成，改 善土壤物理性质(physical property)
3、提高土壤保肥性(nutrient preserving capability)
土壤腐殖质是一种有机胶体，有巨大的表面积和表面能，吸附能 力大于矿质胶体，从而大大提高土壤保肥性。 胶体对阳离子吸附能力比较（cmol/kg） 胶体类型 吸附力 有机胶体 高岭石 蒙脱石 80 ～100 150 ～450（平均350） 3 ～5
（四）木质素(xylogen)的矿质化
木质素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中真菌和放线菌作用下 缓慢的转化，最终产物是CO2和H2O，但往往只有50%可形成最终产物， 其余仅为降解产物，作为形成腐殖质的原始材料。
土壤有机质因矿质化作用每年损失的量占土壤有机质总 量的百分数称有机质的矿化率(percent mineralization)。 矿化率一般在1%～3%。由于土壤有机质的矿化率与有机氮的矿
(一)碳水化合物(carbohydrate)的矿质化
碳水化合物 有机酸 CO2＋H2O
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。
1、温度(temperature)
25－35℃条件下，M活动最为旺盛，利于OM矿质化分 解，提供作物所需养分。
2、土壤湿度和通气状况 (soil humidity and aeration status)
好气：水少气多, M活动旺盛,OM矿质化分解,释放养分 嫌气：水多气少, M活动受抑制, OM腐殖化合成腐殖质
碳在土壤中分解一年后残留的碳量。
1、大量施用有机肥； 2、大力提倡秸秆还田（沃土计划） 目前四川还田秸秆不到20%，川中丘陵区不到10%。
直接还田
化率同步，因而可通过测定土壤有机氮的矿化率来代表有机质的矿化率。
二、植物残体(dead plant part)的分解和转化
1、可溶性有机化合物以及部分类似有机物入土壤后的头几个月 很快矿化 。 2、残留在土壤中的木质素、蜡质以及第一阶段未被矿化的植物 残体碳相对缓慢分解。
三、土壤腐殖物质(humic substances)的分解和 转化