土壤有机质的主要组成部分
第2章 土壤有机质
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College of plant science
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表 5-1 不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量 地 东北平原 黄淮海平原 长江中下游平原 南方红壤丘陵
珠江三角区冲积平原 珠江三角源程序平原
区 旱地 4.45 0.99 1.74 1.65 2.01
有机 残体
mineralization 腐殖化作用
humification
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一.有机质的矿化作用 mineralization
（一）矿化作用的概念（Mineralization ）：
有 机物 质在微生物 的作用下分 解成无机营 养元素的过 程 （The conversion of an element from an organic form to an inorganic state as a result of microbial decomposition）。 （二）矿化作用的意义
第二章 土壤有机质
(soil organic matter)
腐殖质
【百科】腐殖质（英文称Humus)定义：已死的生物体在土壤中经微生物分解而形成的有机物质。
是土壤有机质在微生物作用下形成的复杂而较稳定的大分子有机化合物。
腐殖质是土壤有机质的主要组成部分，一般占有机质总量的50～70%。
腐殖质的主要组成元素为碳、氢、氧、氮、硫、磷等。
腐殖质并非单一的有机化合物，而是在组成、结构及性质上既有共性又有差别的一系列有机化合物的混合物，其中以胡敏酸与富里酸为主。
腐殖质虽是较稳定的化合物，但可被缓慢的分解，为植物生长提供有效的养分。
其分解速度与温度、湿度和通气状况等因素密切相关。
陆地生态系统中，通常纬度高、湿度小的地区，分解速度就越慢，有利于有机物的积累。
如，热带稀树草原的分解速率比温带草原快得多，一般看不到凋落层，土壤中也很少有腐殖质的积累。
（夏老师例说生态学几则疑点)罗吧“动物粪便和动植物遗体残骸,经过细菌、真菌的分解而变为土壤中的腐殖质，使土壤更肥沃，为植物根系的发育提供各种营养物质”教材中的这段话没有错。
腐殖质的形成一定是要经分解者的作用。
但是分解者的分解作用是有强有弱之分，太强了就无法形成腐殖质的中间产物状态，而是直接形成水、二氧化碳和无机盐。
1、动物粪便和动植物遗体残骸—→腐殖质→水、二氧化碳和无机盐。
2、动物粪便和动植物遗体残骸—→水、二氧化碳和无机盐。
分解者的分解作用的强弱又与水分和温度两个条件十分密切，必需两者都适应才能发挥最佳效果。
土壤有机质通过微生物作用形成复杂、较稳定的大分子有机化合物——腐殖质的过程。
基本上分为两个阶段，第一阶段产生构成腐殖质主要成分的原始材料，即由各种形态和状态的有机物质组成的混合物，在微生物作用下分解为各种简单的化合物；第二阶段为合成阶段，即由微生物为主导的生化过程，将原始材料合成腐殖质的单体分子，进而再通过聚合作用形成不同分子量的复杂环状化合物。
也就是说，腐殖质是有机物。
分解作用强，有机物积累少，腐殖质少。
[2003·北京春季高考理综试题]单位面积计，热带雨林中残枝落叶较温带森林的多，土壤中有机物的积累量一般是A．热带雨林小于温带森林B．热带雨林大于温带森林C．热带雨林等于温带森林D．热带雨林与温带森林无法比分析：热带雨林的分解者活动活跃，所以分解作用快，有机物积累量少。
[整理]土壤腐殖质与腐植酸的区别与关系
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土壤腐殖质与腐植酸的区别与关系“土壤腐殖质”。
土壤有机质的主要部分。
是黑色的无定形的有机胶体。
腐殖质是具有酸性、含氮量很高的胶体状的高分子有机化合物。
腐殖质在土壤中，在一定条件下缓慢地分解，释放出以氮和硫为主的养分来供给植物吸收，同时放出二氧化碳加强植物的光合作用。
土壤有机质在微生物作用下形成的复杂而较稳定的大分子有机化合物。
腐殖质是土壤有机质的主要组成部分，一般占有机质总量的50～70％。
腐殖质的主要组成元素为碳、氢、氧、氮、硫、磷等。
腐殖质并非单一的有机化合物，而是在组成、结构及性质上既有共性又有差别的一系列有机化合物的混合物，其中以胡敏酸与富里酸为主。
胡敏酸是一类能溶于碱溶液而被酸溶液所沉淀的腐殖质物质，其分子量比富里酸大，分子组成中各元素的百分含量分别是：C50～60，H2.8～6.6，O 31～40，N2.6～6.0。
胡敏酸比富里酸的酸度小，呈微酸性，吸收容量较高，它的一价盐类溶于水，二价和三价盐类不溶于水，这对土壤养分的保持及土壤结构的形成都具有意义。
富里酸是一类既溶于碱溶液又溶于酸溶液的腐殖质物质，其分子量比胡敏酸小，分子组成中各元素的百分含量分别是：C40～52，H4～6，O 40～48，N2～6。
富里酸呈强酸性，移动性大，吸收性比胡敏酸低，它的一价、二价、三价盐类均溶于水，因此富里酸对促进矿物的分解和养分的释放具有重要作用。
腐殖质在土壤中可以呈游离的腐殖酸和腐殖酸盐类状态存在，也可以呈凝胶状与矿质粘粒紧密结合，成为重要的胶体物质。
腐殖质不仅是土壤养分的主要来源，而且对土壤的物理、化学、生物学性质都有重要影响，是土壤肥力指标之一。
腐植酸（Humic Acid，简写HA）腐植酸（Humic Acid，简写HA）是动植物遗骸，主要是植物的遗骸，经过微生物的分解和转化，以及一系列的化学过程和积累起来的一类有机物质。
它是由芳香族及其多种官能团构成的高分子有机酸，具有良好的生理活性和吸收、络合、交换等功能。
土壤有机质来源和组成
(一)土壤有机质的来源和组成分土壤有机质主要来源于动植物残体，但是各类土壤差异很大。
作为自然土壤的有机质主要来源于高等植物残体，但因植被类型不同，植物残体的数量和成分差异很大，般是森林>草原>荒漠。
森林植被中，热带森林>亚热带森林>温带森林>寒温带针叶林；草原植被中，热带稀树草原>温带草原>荒漠化草原>荒漠植被。
植物残体的成分及含量大致如下(图1-16)糖和淀粉1-5%脂、蜡、单宁等1-8%半纤维素10-28%木质素10-30%纤维素20-50%蛋白质1-15%耕地土壤则因自然植被的破坏，作物的大部分被耕种者取走，归还土壤中的有机残体远不及自然土壤丰富，因此，有机质的主要来源是人工施用有机肥料，以及人畜排泄物和栽培作物的根槎和根的分泌物。
进入土壤的有机物质，按其化学组成可分为下列几类:进入土壤的有机物质，按其化学组成可分为下列几类:1.碳水化合物碳水化合物是土壤有机质的重要组成部分，是土壤微生物的主要能源之一，又是形成土壤结构的良好胶结剂，因此，碳水化合物对土壤肥力有一定的影响。
它包括各种糖类、淀粉、纤维素、半纤维素等，占植物组成的80%，占土壤有机质的15-27%。
简单糖类、淀粉等易溶于水，在土壤中含量甚微。
纤维素、木质素易被粘土矿物吸附和与腐殖质结合，或者与金属离子相结合，降低生物的降解作用，因而具有定的稳定性。
2.含氮化合物氮是植物生长所必需的营养元素之一。
是构成蛋白质的主要成分。
土壤中的植物残体，土壤动物和微生物均含有相当多的蛋白质。
据美国波特( Porter，1975)估算，在地球表面生物圈中的1913.17×10克氮中，47.04%的氮存在于海底的有机氮中，39.72%存在于土壤有机氮化合物中，5.23%以无机氮存在于海洋中，7.32%以无机氮存在于土壤中，0.64%的氨存在于陆地上的动植物体中，0.05%存在于海洋中的动植物体中。
第二章 土壤有机质2
3.含磷有机物质的转化
土壤中含磷有机物主要有核蛋白、 卵磷脂、核酸、核素等，它们在有机磷 细菌的作用下进行分解：
核蛋白质
磷细菌 水解
磷酸
K＋＋Na＋＋Ca2＋
磷酸盐
产生的磷酸盐是植物可吸收的磷素养
分，但在酸性或石灰性土壤中易与Fe、Al、 Ca、Mg等生成难溶性的磷酸盐，降低其有 效性。在缺氧条件下磷酸又被还原为磷化 氢，其反应如下：
nC6H12O6＋6O2 6CO2＋6H20＋热量
通气不良的条件下
如果在通气不良的条件下，则在嫌气性 微生物作用下缓慢分解，并形成一些还 原性气体、有机酸，产生的热量少，称 发酵作用。
其反应为： C6H12O6
2CO2
4H2＋CO2
CH3CH2CH2COOH ＋ 2H2 ＋ ＋热量 CH4＋2H2O
土壤腐殖质的分离、提取与组分
土壤(去除有机残体)
用0.1MNaOH提取,过滤
黑色溶液
用HCl调节到pH2
胡敏素残渣
溶液-富里酸
沉淀-胡敏酸
分子结构和分子量 ---腐植酸的核心组成份是芳香族化合物， 此外还有氨基酸、多肽及碳水化合物。 ---富里酸含羧基比胡敏酸多，所以酸性较 强。 ---富里酸的分子比胡敏酸小，结构较简单。
二、土壤有机质的来源
土壤有机质最初来源—微生物。 土壤有机质主要来源（基本来源）为高等 绿色植物的枯枝、落叶、落果、根系等； 其次是土壤中动物、微生物的遗体； 自然土壤→农业土壤 人为施用的有机肥料 （工农业废渣、微生物制品）扩大了土壤 有机质的来源。
三、土壤有机质的类型（组成）
进入土壤中的有机物质呈现三种状态： 新鲜的有机物质---动、植物残体 半分解的动、植物残体 腐殖物质
土壤有机质
土壤有机质是指存在于土壤中的所含碳的有机物质，包括各种动植物的残体、微生物体及其会分解和合成的各种有机质。
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。
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。
土壤有机质可分成腐殖质和非腐殖质。
微生物是土壤有机质的最早来源。
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。
中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:热带雨林，亚热带常绿阔叶林和落叶阔叶林，暧温带落叶阔时林，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/(km2·a)，而荒漠植物群落凋落物干物质量仅为530kg/(nm2·a).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。
转化反应：土壤有机质的矿质化过程: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。
土壤有机质的矿质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。
3 土壤有机质
(一)基本概念
1. 土壤有机质 2.土壤腐殖质 3. 矿化作用 4. 腐殖化作 用 7. 腐殖化系数 8. C/N 9. 腐殖酸 10. 褐腐酸 11. 黄 腐酸 12. 激发效应
多元酚理论（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
合成结果复杂的腐殖质。
图4-1 有机质的分解与合成示意图
第三节 土壤腐殖物质的形成和性质
一、土壤腐殖质的形成
二、土壤腐殖质-粘土矿物复合体
游离态
第一节 土壤有机质来源、含量及其组成特点
一.土壤有机质来源
（一）来源于数目众多微生物 1.微生物是最早出现在母质中的有机体。成为最早的土壤有机物 质来源 2.微生物数目繁多，生活代谢周期短。1g肥沃的表土含有细菌可 在10亿以上。最多细菌为杆菌，每英亩细菌活质可超过2000磅， 每公顷2000公斤。 3.微生物的代谢产物是土壤有机质来源之一 （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。
$$如何提高土壤有机质含量？
（一）、坚持两个原则
平衡原则
经济原则
（二）.提高有机质含量的措施
1、施用有机肥
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.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
第二章 土壤有机质 soil organic
12土壤有机质.ppt
Байду номын сангаас
6、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。
7、吸水性：是一种亲水胶体， 最大吸水量可以超过500%
2.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。
土壤腐殖质的形成阶段：
第一阶段：微生物将动植物残体转化为腐殖 质的组成成分；
第二阶段：在微生物的作用下，各组成成分 合成（缩合作用）腐殖质。
（三）影响土壤有机质分解和转化的因素
土壤有机物质分解转化是在微生物的作用下进行的， 属于生物化学反应。 1.温度:在0～35℃范围内，随着温度升高，有机物质分解速 率增加。每上升10℃，土壤有机质分解速率升高2～3倍。温 度高于45℃和低于0℃微生物的活性都会降低，有机物质分 解速率变慢。高于50℃就是纯氧化反应。
（1.724=100/58）。腐殖质含氮约3～6％，平均为5.6％，其
C/N=10:1～12:1，且在不同的腐殖质中均为：胡敏素>胡敏酸
>富啡酸。
我国土壤腐殖质的元素组成（南京土壤研究所）
腐殖酸
胡敏酸 富啡酸
C （%）
50~60 45~53
H （%）
3.1~5.3 4.0~4.8
（O+S） （%）
31~40 40~50
南方土壤有机质含量低于北方土壤原因：温度增加10℃， 有机质分解速率增加2～3倍。
【2024版】第四章-土壤有机质
大小与形态
土壤胡敏酸的直径范围在1-0.001m 之间，富啡酸则更小些
腐殖酸分子可能均为短棒形。芳香基和烷基结构 的存在使得腐殖酸分子具有伸曲性，分子结构内 部有很多交联构造，物理性空隙能凹陷一些有机 和无机化合物。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
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
有机化合物进入土壤后，一方面在微生物酶的 作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放出 二氧化碳、水和能量，所含氮、磷、硫等营养 元素在一系列特定反应后，释放成为植物可利 用的矿质养料，这一过程称为有机质的矿化过 程
R-(C,4H)+2O2→CO2+2H2O+能量
凡是能影响微 生物活动及其 生理作用的因 素都会影响有 机物质的分解
和转化
1、温度
温度影响到植物的生长和有机质的微生物降解。 一般说来，在0C以下，土壤有机质的分解速率 很小。在0-35℃温度范围内，提高温度能促进有 机物质的分解，加速土壤微生物的生物周转。温 度每升高10C，土壤有机质的最大分解速率提高 2-3倍。一般土壤微生物活动的最适宜温度范围 约为25-35C，超出这个范围，微生物的活动就
有机化合物 的分解从易 到难的排列 次序为
①单糖、淀粉和简单蛋白质 ②粗蛋白质 ③半纤维素 ④纤维素
⑤脂肪、蜡质等 ⑥木质素
100
酚10 (5) 50
木质素50 (40)
剩余率 (%)
蜡25(5)
10
第四章 土壤有机质
土壤有机质的转化
(1)不含氮的有机物的转化
主要是碳水化合物，如糖类、纤维类、半纤维类、脂肪和木质素等。
好气条件下
生成简单的有机酸、醇、酮类，最后完 全分解成CO2和水，同时释放热量。
通气不良条件下
形成有机酸类中间产物，最后产生甲烷、 氢气等还原性物质。
胡敏酸 富里酸
C％ 50--62 45--48
H％ O+S％
2.8--6.6 31--40
5--6
43--48
N％ 2.0--6.0
1.5
总体来说，一般腐殖质平均含碳为58%，氮5.6%， 其C/N比为10：1-12：1。
土壤腐殖质
4. 吸水性
腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力， 最大吸水度达500％，在湿度饱和的空气中， 其湿度为200％。强大的吸水性使土壤具有 较强的持水供水能力。
与含水三氧化物 如Al2O3·XH2O·Fe2O3·yH2O化合成凝胶体
与土壤黏粒结合成有机无机复合体
土壤腐殖质
三、土壤腐殖酸的性质
1. 颜色 整体呈黑色或黑褐色，富啡酸呈淡黄色，胡敏酸为褐色。
2. 溶解性 富啡酸溶于水、酸、碱 胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱
土壤腐殖质
3. 元素组成
C、 H 、N 、O、 P、 S， 其次Fe、 Ca、 Mg 、Si 。
腐殖质
（3%-8%）
（10%-30%）
土壤有机质的转化
二、腐殖化过程
定义
土壤有机质在微生物作用下，把有机质分解产生的简单有 机化合物及中间产物转化成更复杂的、稳定的、特殊的高 分子有机化合物—腐殖质的过程。
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土壤有机质的主要组成部分
土壤有机质的主要组成部分包括：
1. 残留有机物：来自动植物和动物的残体、残渣、排泄物等。
2. 腐殖质：由残留有机物的分解产生的不溶于水的有机物质。
3. 农田有机肥料：农民添加的有机物质，如堆肥、腐植土等。
4. 微生物生物质：微生物的生物体和分解产物，如微生物残体和分泌物。
5. 活性有机质：容易被微生物降解的有机质，包括根系分泌物、根部残渣等。
6. 弥散态有机质：溶解于土壤水中的有机物质，如溶解有机碳、溶解有机酸等。
这些有机物质通过微生物的分解作用，逐渐转化为更细碎、更稳定的有机质，并为土壤提供养分，增加土壤的保水性和保肥性。