土壤有机质分解和转化
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)
土壤有机质的分解转化过程及其影响因素

土壤有机质的分解转化过程及其影响因素土壤有机质的分解转化过程及其影响因素
土壤有机质(SOM)是土壤的一个重要组成部分,其分解转化是土壤有机质和养分循环的一部分,也是控制土壤活性有机物含量变化的关键过程。
对土壤有机质的分解转化过程和影响因素的研究,有助于深入了解土壤有机物的含量和质量及其变化趋势,有助于管理和改良土壤。
1 高保真有机质分解转化过程
高保真有机质是完整而强烈的芳香族有机物,其分解过程可分为三个主要阶段:在第一阶段,高保真有机质被微生物氧化,并生成水溶性的有机酸,如乙酸、丙酸、二乙酸和苯甲酸等;在第二阶段,细菌将有机酸转化为氨基酸类物质;在第三阶段,这些氨基酸被微生物氧化,形成硝酸盐和磷酸盐。
除此之外,高保真有机质还可以直接被微生物分解,产生一系列有机物,包括烃类物质、羧酸类物质和醇类物质等。
2 低保真有机质分解转化过程
低保真有机质主要是植物分泌的、由蛋白质的二聚体、糖蛋白和几种多糖组成的有机物,其分解主要有两种过程:一种是由微生物直接氧化分解,产生有机酸;另一种是通过微生物的多酶系统来催化蛋白质、多糖和糖蛋白的分解,并形成氨基酸类物质,这些氨基酸最终会被氧化形成硝酸盐和磷酸盐。
3 土壤有机质分解转化过程的影响因素
土壤有机质分解的速率受到多种因素的影响,主要有以下几类:(1)土壤物理因素,如温度、湿度和水质;(2)土壤化学因素,如有机质的种类、组分和比例;(3)土壤生物因素,如微生物的数量、分布、种类和活性;和(4)植物因素,如植物的生长特性、植物废弃物的含量、生物碱抑制物质的含量等。
(土壤学讲义)第2章土壤有机质

第二章土壤有机质 (Soil Organic Matter)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物质的形成和性质第四节土壤有机质的作用及管理第一节土壤有机质的来源、含量及其组成一、定义是指土壤中所有含碳的有机化合物。
二、来源动、植物残体和微生物(落叶、死亡茎杆、根系、动物的排泄物、代谢产物等)人工施入土中的有机肥料三、含量耕层含有机质20%以上的土壤—有机质土壤而含有机质20%以下的土壤—矿质土壤但耕作土壤中表层有机质的含量通常在5%以下,一般在1%——3%之间。
四、组成1、元素组成C——52%-58%O——34%-39%H——3.3%-4.8%N——3.7%-4.1%其次为P、S等,C/N比大约在10左右2、化合物组成类木质素蛋白质纤维素半纤维素乙醚和乙醇可溶性化合物第二节土壤有机质的分解和转化一、分解和转化过程 (Decomposition of Organic)(一)矿质化过程1、定义:指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。
2、各种化合物矿质化过程1)碳水化合物好气条件下分解—速度快,中间产物有机酸不易积累,最终产物是CO2和水,并释放出大量的热量。
嫌气条件下分解—速度很慢,并有大量中间产物——有机酸积累,最终产物中除有CO2外,还有大量还原性物质CH4、H2等出现,同时释放的热能也低些。
2) 脂肪、树脂、蜡质、单宁等在好气条件下—除生成CO2和水,并放出能量外,还常产生有机酸在嫌气条件下—则可产生多酚类化合物,氧化可转化为酮类化合物,也可通过聚合、缩合等作用,形成土壤沥青。
3) 木质素类不同植物的木质素,都含芳香核,是一类成分和结构都极复杂的有机化合物,是最不易分解的有机成分。
在好气条件下—主要通过真菌和放线菌的作用,先进行氧化和脱水,再缓慢分解,其芳香核变为醌型化合物在嫌气条件下—分解极漫,在沼泽泥炭地木质素大量累积。
影响土壤有机质分解转化的因素有哪些-转化过程可以分为哪几步

影响土壤有机质分解转化的因素有哪些?转化过程可以分为哪几步有机残体的状态:水分含量更多,体积更小的有机残体转化速度更快。
有机残体的碳氮比:有机残体的碳氮比小于25:1,分解速度较快;小于25:1,分解速度较慢。
温度:土壤中的微生物的适宜温度为25-35°C,在0-35°C之间时,随着温度升高,能够加速有机残体的分解速度。
一、影响土壤有机质分解转化的因素有哪些?1、有机残体的状态:一般来说,水分含量更多的动植物残体比干枯的动植物残体分解的更快;体积更小的残体比体积大的残体分解速度更快。
2、有机残体的碳氮比:微生物在生命活动过程中,有机质的碳氮比为25:1比较合适。
如果有机残体的碳氮比小于25:1,由于氮的含量较高,此时不仅分解速度快,还能使多余的有机态氮转化为无机态氮留在土壤中为植物利用。
如果有机残体的碳氮比大于25:1,由于碳多氮少,微生物所需要的的氮不足,导致活力降低,所以分解速度会有所下降。
3、有机质灰分元素含量:灰分元素含量高,说明营养元素丰富,也易于中和有机质分解时所产生的酸类,从而更有利于有机质的转化。
4、温度:一般情况下,对于土壤中的微生物,其适宜的生活温度为25-35°C。
温度高于45°C,微生物会受到抑制;温度在0-35°C之间时,随着温度升高,能够加速有机残体的分解速度。
5、湿度和透气性:一般情况下,土壤透气性良好,土壤含水量为土壤田间持水量的60-80%时适合微生物分解有机残体。
如果土壤湿度过大,会堵塞土壤间的孔隙,导致氧气不足,此时分解速度慢,分解不完全,并且容易产生乙酸、丙酸和丁酸等有机酸。
6、酸碱度:适宜ph值取决于土壤里的微生物种类。
大多数细菌的适宜ph值为6.5-7.5;放线菌的适宜ph值偏碱性;真菌的适宜ph 值偏酸性(适宜ph在3-6之间)。
二、土壤有机质转化过程可以分为哪几步土壤有机质转化过程可以分为矿质化过程和腐殖化过程。
土壤学-大题

1.影响土壤阳离子交换量大小的因素:①胶体的类型,不同类型的土壤胶体,所带负电荷差异很大,因此阳离子代换量也明显不同②土壤质地,土壤粘粒的含量越高,即土壤质地越粘重,土壤负电荷数量越多,土壤阳离子交换量越高③土壤pH值,随着pH值的升高,土壤可变负电荷增加,土壤阳离子交换量增大2.N、P、K三种营养元素有效性最高的土壤酸碱性范围:N养分在6~8时有效性较高;P养分6.5~7.5时有效性最高;K养分在pH在6~7条件下有效性最高。
3.粒结构对土壤肥力的调节作用(意义,影响):①团粒结构土壤的大小孔隙兼备,土壤的透水、通气可同时进行,土壤的孔隙状况较为理想;②团粒结构土壤中水、气矛盾的解决;③团粒结构土壤的保肥与供肥协调;④团粒结构土壤宜于耕作;⑤团粒结构土壤具有良好的耕层构造。
4.地质大循环和生物小循环矛盾统一是自然土壤形成的本质:(物质的地质大循环是指地面岩石的风化、风化产物的淋溶与搬运、堆积,进而产生成岩作用,这是地球表面恒定的周而复始的大循环。
生物小循环是指营养元素在生物体与土壤之间的循环,植物从土壤中吸收养分,形成植物体,后者供动物生长,而动物残体回到土壤中,在微生物的作用下转化为植物需要的养分,促进土壤肥力的形成和发展。
)地质大循环和生物小循环的共同作用是土壤发生的基础,无地质大循环,生物小循环就不能进行,无生物小循环,仅地质大循环,土壤就难以形成。
在土壤形成过程中,两种循环过程相互渗透和不可分割的同时进行着。
他们之间通过土壤相互连接在一起。
5.土壤母质对成土过程及土壤性质的影响:①不同母质因矿物组成、理化性质不同,在其他成土因素的制约下,直接影响成土过程的速度、性质和方向。
②母质对土壤理化性质有很大影响。
不同的成土母质所形成的土壤,其养分情况有所不同。
③不同成土母质发育的土壤的矿物组成有较大差别。
④母质层次的不均一性也会影响土壤的发育和形态特征。
6.土壤生物对土壤肥力的有利影响:①分解有机质、腐殖质为矿物质,供给植物养分。
第四章 土壤有机质

2、腐殖酸的化学性质
腐殖酸的主要元素组成是碳、 氢、氧、氮、硫,此外还含有 少量的钙、镁、铁、硅等灰分 元素。不同土壤中腐殖酸的元 素组成不完全相同,有的甚至 相差很大。腐殖质含 碳55%-60%,平均为58%, 氮3%-6%,平均为5.6%, C/N比值为10:1-12:1
腐殖酸分子中含各种功能基。其中主要是含氧的酸性功 能基,包括芳香族和脂肪族化合物上的羧基(R-COOH) 和酚羟基(酚-OH),其中羧基是最重要的功能基团。此 外,腐殖物质中还存在一些中性和碱性功能基,中性功 能基主要有醇羟基(R-CH2-OH)、醚基(R-CH2-O-H2-R)、 酮基(R-C=O(-R))、醛基(R-C=O(—H))和酯(R-C=O(-OR)), 碱性功能基主要有胺(R-CH2-NH2)和酰胺(R-C=O(-NHR))。富啡酸的羧基和酚羟基含量以及羧基的解离度均较 胡敏酸高,醌基较胡敏酸低;胡敏素的醇羟基比富啡酸 和胡敏酸高,但富啡酸中羰基含量最高。我国各主要土 壤中胡敏酸的羧基含量在270~480cmol/kg之间,醇羟基 在220-430cmol/kg,醌基在90-189cmo1/kg之间。富啡酸 的羧基含量为640-850cmol/kg,是胡敏酸的2倍左右,富 啡酸的醇羟基和醌基的含量分别在500-600和5060cmol/kg之间。
第四章 土壤有机质
有 机 质 是 土 壤 的 重 要 组 成 部 分
在土壤肥力、 环境保护、 农业可持续 发展等方面 都有着很重 要的作用和 意义
一方面它含有植物生长所需要的各种营养元素, 是土壤微生物生命活动的能源,对土壤物理、 化学和生物学性质都有着深刻的影响
土壤有机质对重金属、农药等各种有机、无机 污染物的行为都有显著的影响,而且土壤有机 质对全球碳平衡起着重要作用,被认为是影响 -全球“温室效应”,的主要因素
微生物对土壤有机质分解的影响

微生物对土壤有机质分解的影响微生物是地球上最小的生物体,它们在土壤中起着至关重要的作用。
本文将探讨微生物对土壤有机质分解的影响。
一、微生物概述微生物是一类极小的生物体,包括细菌、真菌和原生动物。
它们在土壤中广泛存在,并以其巨大的多样性和功能而闻名。
二、微生物对土壤有机质分解的作用1. 微生物对有机物降解的能力微生物通过分泌特定的酶,能够降解复杂的有机物质,将其转化为更简单的化合物。
这项能力使得土壤中的有机质得以分解。
2. 微生物对土壤有机质分解的速率微生物通过其快速的生长和繁殖能力,加速了有机质的分解过程。
它们通过吸收有机质的碳和能量,促进了土壤有机质的分解速率。
3. 微生物对土壤有机质分解产物的转化微生物不仅能够分解有机物质,还能够将其转化为二氧化碳和水,并释放出能量。
这一过程有助于提供土壤中其他生物的生存需求。
4. 微生物对土壤质地的影响微生物通过其代谢产物,改善了土壤的理化性质。
例如,微生物在分解有机物时产生的酸性物质可以中和土壤的酸性,提高土壤的 pH 值。
5. 微生物对土壤肥力的贡献微生物分解有机物质产生的营养物质,如氮、磷和钾等,为植物提供了必要的养分。
这些养分的有效性会随着微生物的分解作用而增加。
三、微生物对土壤有机质分解的影响机制1. 酶的分泌微生物通过酶的分泌,将有机质分解为可被利用的物质。
这些酶能够针对不同类型的有机物质展现出高度的选择性。
2. 共生关系微生物可以与植物建立共生关系,通过与植物的根系结合,分泌酶来分解有机质,同时从植物中获取碳源和能量。
3. 土壤环境因素微生物的活动和功能受到土壤环境因素的影响。
如土壤水分、温度、氧气含量等都会对微生物的分解活性产生一定的影响。
四、微生物对土壤有机质分解的意义1. 促进土壤健康微生物分解有机质可以释放出养分,促进土壤养分循环。
这有助于提高土壤的肥力和作物的生长。
2. 保护环境微生物通过分解有机质贡献了土壤的可持续发展。
它们降解了有毒物质,减少了土壤和水体的污染。
微生物对土壤中有机质的分解与转化

微生物对土壤中有机质的分解与转化微生物是土壤生态系统中不可或缺的组成部分,它们在土壤中对有机质的分解与转化发挥着重要作用。
本文将探讨微生物对土壤中有机质的分解过程以及转化成为养分的机制。
一、微生物的分类及功能微生物主要包括细菌、真菌和放线菌等。
它们在土壤中分解有机质的过程中发挥着不同的功能和作用。
首先,细菌是土壤中最主要的微生物群体,它们能够分解有机质中的碳、氮、磷等元素,并将其释放到土壤中,从而促进植物的生长。
其次,真菌是土壤分解有机质的重要组成部分,它们通过产生酶类来分解有机质,将其转化为可被植物利用的养分。
最后,放线菌在土壤中有机质的分解过程中也发挥着重要作用,它们能够分解难降解的有机物,并将其转化为可供微生物利用的简单物质。
二、微生物对土壤有机质的分解机制微生物对土壤中有机质的分解是一个复杂的过程,它主要包括物理、化学和生物三个方面的作用。
首先,物理因素如温度、湿度、通气等对微生物有机质分解活性起到重要影响。
适宜的温度、湿度和通气条件能够促进微生物的生长和活动,从而加速有机质的分解过程。
其次,化学因素如土壤pH值、氧化还原电位等也对微生物有机质分解起到一定调节作用。
不同微生物对pH值和氧化还原电位的要求不同,因此土壤中的化学环境对微生物的分解活性有直接影响。
最后,生物因素指的是微生物群体的结构和多样性对有机质分解的影响。
不同种类的微生物通过分解特定的有机质,从而形成食物链和能量流动,进一步促进土壤养分的释放。
三、有机质的转化与土壤养分的释放微生物分解有机质的过程是一个有机质分子逐步被降解的过程。
首先,微生物通过分泌各种酶类,将有机质降解成较小的有机物分子。
这些有机物分子可以是碳水化合物、蛋白质、脂肪等。
接下来,微生物通过代谢作用将有机物分子进一步分解成二氧化碳、水、无机盐等简单物质。
最后,这些简单物质可以被微生物利用,也可以被植物吸收利用。
在这个过程中,有机质转化为养分的速度和效率取决于土壤中微生物的种类和数量,以及土壤环境条件的适宜与否。
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激发作用: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。激发效应可正可负。
矿质化和腐殖化两个过程互相联系,随条件改变相互转化,矿化的中间产物 是形成腐殖质的原料,腐殖化过程的产物,再经矿化分解释放出养分,通常需调 控两者的速度,使其能供应作物生长的养分同时又使有机质保持在一定的水平。
反硝化作用是土壤氮素损失的过程,多发生在通气不良或富含新鲜有机质的 土壤中,改善土壤的通气状况,能抑制反硝化作用的进行。
3、含磷、硫有机物的分解
1)含磷有机物的分解
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:
磷细菌k++na++ca2+
核蛋白质→磷酸→磷酸盐
硝化作用产生的硝酸与土壤中的盐基作用生成硝酸盐,no3-也可直接被植 物吸收,但no3-不易被土壤胶粒吸附,易随水淋失。
(4)反硝化作用
同细菌在无氧或微氧条件下以no3-或no2-作为呼吸作用的最终电子受体
生成n2o和n2的硝酸盐还原过程,称反硝化作用。其反应如24khco3+6co2+12n2↑+18h2o
(2)纤维、半纤维素,都可被微生物分解,半纤维素在稀酸碱作用下易水 解,纤维素在较强酸碱作用下易水解。
(3)木质素,比较稳定,不易被细菌和化学物质分解,但可被真菌和放线 菌分解。
(4)肪、蜡质、树脂和单宁等,不溶于水而溶于醇、醚及苯中,抵抗化学 分解和细菌的分解能力较强,在土壤中除脂肪分解较快外,一般很难彻底分解。
1、碳水化合物的分解
土壤有机质中的碳水化合物如纤维素、半纤维素、淀粉等糖类,在微生物分
泌的糖类水解酶的作用下,首先水解为单糖:
(c6h10o5)n+nh2o--→nc6h12o6。
生成的单糖由于环境条件和微生物种类不同,又可通过不同的途径分解,其 最终产物也不同。如果在好气条件下,有好气性微生物分解,最终产物为水和二 氧化碳,放出的热量多,称氧化作用。其反应如下:
分解含氮有机物产生氨的生物学过程称氨化作用
氧化
ch2nh2cooh+o2→hcooh+co2+nh3
好气分解
还原
ch2nh2cooh+h2→ch3cooh+nh3
嫌气分解
水解
ch2nh2cooh+h2o→ch2(oh)cooh+nh3
不论土壤通气状况如何,只要微生物生命活动旺盛,氨化作用就可以在多种 条件下进行。氨化作用生成的氨,在土壤溶液中与酸作用生成铰盐,植物也可以 直接吸收利用,也可以nh4+吸附在土壤胶粒上,免遭淋失,也会以nh3逸入大 气造成氮素的损失,或进行硝化作用,转化成硝酸。
土壤有机质如何分解和转化
土壤有机质是土壤的重要组成部分,对土壤肥力、生态环境有重要的作用。 土壤有机质是指存在于土壤中所有含碳的有机物质,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物质,即由生命体和非生命体两部分 有机物质组成。原始土壤中微生物是土壤有机质的最早来源。随着生物的进化和 成土过程的发展,动物、植物残体称为土壤有机质的基本来源。自然土壤经人为 影响后,还包括有机肥料、工农业和生活废水、废渣、微生物制品、有机农药等 有机物质。
3)硝化作用
氨态氮被微生物氧化成亚硝酸,并进一步氧化成硝酸的过程,称硝化作用。
这一作用可分为两个阶段:第一阶段,氨被亚硝酸细菌氧化成亚硝酸;第二阶段, 亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸。其反应如下:
2nh2+3o2--→2hno2+2h2o+热量
2hno2+o2—→2hno3+热量
硝化作用是一种氧化作用,只能在土壤通气良好的条件下进行,因此适当地 中耕、松土、排水、经常保持土壤疏松透气,是硝化作用顺利进行的必要条件。
(二)腐殖化
腐殖化指有机质被分解后再合成新的较稳定的复杂的有机化合物,并使有机 质和养分保蓄起来的过程。一般认为腐殖质的形成要经过两个阶段:
第一阶段:微生物将动植物残体转化为腐殖质的组分,如芳香族化合物(多 元酚)和含氮的化合物(氨基酸和多肽);
第二阶段:在微生物的作用下,各组分通过缩合作用合成腐殖质的过程。在 第二阶段中,微生物分泌的酚氧化化酶,将多元酚氧化为醌,醌与其它含氮化合 物合成腐殖质。即1)多元酚氧化为醌;2)醌和氨基酸或肽缩合。
水解
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:
h3po4---→h3po3 --- →h3po2 ---→ph3
磷化氢有毒,在水淹条件下常会使植物根系发黑甚至死亡。
(2)含硫有机物的分解
硫化作用产生的硫酸与土壤中的盐基物质作用,形成硫酸盐,硫酸盐是植物 可吸收的养分。硫酸还可增加土壤中矿质养分的溶解度,提高其有效性。
细菌在无氧条件下,以so42-作呼吸作用的最终电子受体产生s或h2s的硫 酸盐还原过程,称反硫化作用。硫化氢对根系有毒害作用,能造成根系腐烂。因 此,应排除土壤多余水分,改善土壤通气条件,抑制反硫化作用进行。
植物残体中的硫,主要存在于蛋白质中,能分解含硫有机物的土壤微生物很 多,一般能分解含氮有机物的氨化细菌,都能分解有机硫化物,产生硫化氢,其 反应如下:
蛋白质——硫氨基酸——h2s
还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫酸的过程,称硫化作用。其反应如 下:
2h2s+o2--- →2h2o+2s
2s+3o2+2h2o-→2h2so4
nc6h12o6+6o2—→6co2+6h20+热量
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--→ch3ch2ch2cooh+2h2+2co2+热量
4h2+co2-→ch4+2h2o
碳水化合物的分解,不仅为微生物的活动提供了碳源和能源,扩散到近地表 大气层中的co2,还可供绿色植物光合作用所需要的碳素营养。co2溶于水形成 碳酸,有利于土壤矿质养分的溶解和转化,丰富土壤中速效态养分。
土壤有机质分为新鲜有机质、半分解有机质和腐殖质三种。新鲜有机质和半 分解有机质,约占有机质总量的10%~15%,易机械分开,是土壤有机质的基本组成部分和养分来源,也是形成腐殖质的原料。腐殖质约占85%~90%,常形成有机无机复合体,难以用机械方法分开,是改良土壤、供给养分的重要物质, 也是土壤肥力水平的重要标志之一。耕作土壤表层的有机质含量通常<5%,一般在1%~3%之间,一般把耕作层有机质含量>20%——有机质土壤,耕作层有机质含量<20%——矿质土壤。
一、土壤有机质组成
土壤有机质由元素和化合物组成。
1、元素组成
主要元素组成是c、h、o、n,分别占52%~58%、34%~39%、3.3%~4.8%和3.7%~4.1%,其次是p、s。
2、化合物组成
1)糖、有机酸、醛、醇、酮类及其相近的化合物,可溶于水,完全分解
产生co2和h2o,嫌气分解产生ch4等还原性气体。
(5)含氮化合物,易被微生物分解。
(6)灰分物质(植物残体燃烧后所留下的灰),占植物体重的5%。主要成分有ca、mg、k、na、si、p、s、fe、al、mn等。
二、土壤有机质的分解和转化
进入土壤的有机质在微生物作用下,进行着复杂的转化过程,包括矿质化过 程与腐殖化过程
(一)矿质化
微生物分解有机质,释放co2和无机物的过程称矿化作用。这一过程也是有 机质中养分的释放过程。土壤有机质的矿质化过程主要有以下几种。
2、含氮有机质的分解
含氮有机物是土壤中氮素的主要贮藏状态,包括蛋白质、氨基酸、腐殖质等。 不经分解多数不能为植物直接利用。
(1)水解作用
蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶作用下,分解成氨基酸的作用称水解作 蛋白质
蛋白质→氨基酸
水解酶
氨基酸大多数溶于水,可被植物、微生物吸收利用,也可进一步分解转化。
(2)氨化作用