土壤生物在物质循环中的作用
土壤学第十章土壤元素的生物地球化学循环
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§10 土壤元素的生物地球化学循环
§10-1 土壤碳的生物地球化学循环 一、土壤碳循环 二、土壤光合作用 三、土壤呼吸作用 四、土壤碳的固定 五、土壤碳酸盐转化与平衡过程 六、土壤碳循环与全球气候变化 §10-2 土壤氮的生物地球化学循环 一、土壤氮循环 二、大气氮的沉降 三、大气氮的生物固定 四、土壤有机氮的矿化 五、土壤铵的硝化 六、土壤无机氮的生物固定 七、土壤铵离子的矿物固定 八、土壤氨的挥发 九、土壤硝酸盐淋失 十、土壤反硝化损失 十一、土壤中氮损失的环境效应 十二、土壤氮的调控 §10-3 土壤磷的生物地球化学循环 一、土壤磷循环 二、土壤有机磷的矿化和无机磷的生物固定 三、土壤磷的吸附与解吸
典型的再循环过程：#2022* Nhomakorabea学习目标
§10 土壤元素的生物地球化学循环
掌握有关“土壤碳的生物地球化学循环”、“土壤氮的生物地球化学循环”、“土壤磷的生物地球化学循环”、“土壤硫的生物地球化学循环”、“土壤钾的生物地球化学循环”、“土壤微量元素的生物地球化学循环”的重要概念和基本原理；了解土壤磷的控制机制和影响土壤钾固定的因素。
§10 土壤元素的生物地球化学循环
六、土壤无机氮的生物固定
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七、土壤铵离子的矿物固定
不同土壤对NH4+的固定能力不同： 1.土壤黏粒矿物类型 (2:1型)---蛭石对NH4+的固定能力最强，其次是水云母，蒙脱石较小； (1:1型)---高岭石黏粒矿物，基本上不固定铵。 2.土壤质地 3.土壤中钾的状态 4.铵的浓度 5.水分条件 6.土壤pH
§10 土壤元素的生物地球化学循环
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四、土壤有机氮的矿化 矿化过程主要分两个阶段： 第一阶段，先把复杂的含氮化合物，如蛋白质、核酸、氨基糖及其多聚体等，经过微生物酶的系列作用，逐级分解而形成简单的氨基化合物，称为氨基化阶段(氨基化作用) ：蛋白质→RCHNH2COOH(或RNH2)+C02+中间产物+能量 第二阶段，在微生物作用下，把各种简单的氨基化合物分解成氨，称为氨化阶段(氨化作用)： 1.在充分通气条件下 RCHNH2C00H+02 → RC00H+NH3+CO2能量 2.在嫌气条件下 RCHNH2C00H+2H → RCH2C00H+NH3+能量 或 RCHNH2C00H+2H → RCH3+NH3+CO2+能量 3.水解作用 酶 RCHNH2COOH+H20 → RCH20H+NH3+C02+能量 酶 或 RCHNH2COOH+H2O → RCHOHC00H+NH3+能量
土壤生态系统的生态学特征与功能
土壤生态系统的生态学特征与功能土壤是支撑生态系统的基础，它不仅是植物生长的重要载体，同时也是各种生物体生存、繁殖和生态过程发生的重要场所。
因此，土壤生态系统是生态学研究的重要领域之一。
本文将介绍土壤生态系统的生态学特征和功能。
一、土壤生态系统的生态学特征1.土壤是生态系统中的一种基础要素生态系统是由生物体、环境和相互作用构成的系统，而土壤则是这个系统的一个基础要素。
它通过提供生物体支撑、提供养分、调节水分和温度等方面，对生态系统的整体运行发挥着重要作用。
2.土壤中的生物多样性丰富土壤是一个生命体系，其中生活着各种微生物、动物和植物等。
它们在土壤中相互作用，形成了复杂的生态网络，同时也为生态系统提供了不同层次的生态功能。
3.土壤中的物质循环和能量流动土壤中的物质循环和能量流动是生态系统运作的重要部分。
不同生物体之间通过食物链的转化，让后代生物得以存活，同时还能将有机物质转化为无机物质，以供其他植物和微生物利用。
二、土壤生态系统的功能1.提供生物物质生产和分解功能土壤为生态系统中的植物提供了必要的营养物质和空间，同时也为微生物的生长和繁殖提供了生活环境。
通过物质的生产和分解，土壤使植物能够生长、繁殖，进而在生态系统中起到重要的能量转移作用。
2.提供水分和养分调节功能土壤能够调节水分的供应和分配，并将含有养分的水分供给植物进行生长。
此外，土壤还能够吸附和释放氮、磷、钾等营养元素，将它们转化成植物可以利用的形式，供给植物进行生长。
3.维持和改善土地质量土壤是土地生态系统的重要组成部分，通过地力的改善和保持，促进土地的持续利用和发展。
4.调节气候和环境土壤对环境中的温度、湿度、有机物含量等具有调节作用。
通过对大气中的二氧化碳的吸附、转化和储存，也能够减轻温室气体的排放和气候变化带来的影响。
总之，土壤生态系统是复杂的生态过程的重要组成部分，具有重要的生态学特征和功能。
通过不同层次的互动，它为生态系统的整体运行做出了重要的贡献。
土壤微生物的分解作用
“土壤微生物的分解作用”探究活动解读摘要本文通过教学参考的形式，结合探究过程，将人民教育出版社2004年版高中生物新教材中“土壤微生物的分解作用”这一实验预做情况展示出来，以便于有关师生在实际教学、学习中有所帮助。
文中重点叙述了土壤微生物对落叶、淀粉的分解作用等几方面内容。
关键词土壤微生物微生物的分解作用生态系统的物质循环一、活动目标1.分析生态系统中的物质循环。
2.尝试探究土壤微生物的分解作用。
3.认同生物与环境是一个统一的整体。
制定以上教学目标是基于这样的认识：学生通过该实验可以探究土壤中落叶等物质的消失源于土壤微生物的分解作用，更好地理解生态系统的物质循环中从有机物到无机物的过程。
从而巩固生态系统物质循环和生物与环境整体性等相关生态学知识，为今后开展土壤生态学的研究工作打下基础。
二、背景资料“土壤微生物的分解作用”探究实验是土壤生态学中的一个重要实验，该实验的原理是：土壤中的微生物主要有细菌、真菌、放线菌、藻类和原生动物，它们在生态系统成分中主要充当分解者，通过自身产生酶的作用，将落叶、淀粉等较复杂有机物分解成简单有机物或无机物分子，在自然界物质循环中起重要作用。
土壤是微生物的良好生境，土壤中有多种类群的微生物，它们对自然界物质的转化和循环起着极为重要的作用，对农业生产和环境保护有着不可忽视的影响。
根际微生物与植物的关系特别密切，不同的土壤和植物对根际微生物产生显著影响，而不同的根际微生物由于其生理活性和代谢产物的不同，也将对土壤肥力和植物营养产生积极或消极的作用。
土壤微生物不仅对土壤的肥力和土壤营养元素的转化起着重要作用，而且对于进入土壤中的农药及其他有机污染物的自净、有毒金属及其化合物在土壤环境中的迁移转化等都起着极为重要的作用。
这其中对土壤微生物的分解作用的研究是最基础、最深入的，这次通过本探究实验，可以为今后研究土壤理化性质及土壤微生物的其它作用，更多涉足土壤生态学打下坚实基础。
三、操作指南材料用具：1.土壤微生物对落叶的分解作用：土壤、落叶、玻璃容器、标签、塑料袋、恒温箱、纱布2.土壤微生物对淀粉的分解作用：土壤、纱布、烧杯、玻璃棒、淀粉糊、蒸馏水、碘液、斐林试剂、酒精灯操作要点：1.设计实验方案时要注意：自然界存在着许多不可控制的因素，它们可能影响实验者的判断。
土壤学
绪论（一）土壤是植物生长繁育和生物生产的基地1、土壤的营养库作用：是陆地生物所需营养物质的重要来源2、土壤在养分转化和循环中的作用；无机物的有机化，有机物的矿质化；3、土壤的雨水涵养作用：是一个巨大的水库；4、土壤对生物的支撑作用；土壤中拥有种类繁多，数量巨大的生物群；5、土壤在稳定和缓冲环境变化中的作用；缓冲库：酸碱性、养分、氧化还原、污染物等土壤圈（pedosphere）是覆盖于地球和浅水域底部的土壤所构成的一种连续体或覆盖层，它是地圈系统(geosphere system)的重要组成部分。
处于地圈系统的交界面，既是这些圈层的支撑者，又是它们长期共同作用的产物。
土壤：能产生植物收获的地球陆地表面的疏松层次土壤肥力(soil fertility)：在植物生活全过程中，土壤供应和协调植物生长所需水、肥、气、热的能力。
自然肥力：指土壤在自然因子(气候、生物、地形等)综合作用下所具有的肥力。
人为肥力：土壤在人为条件熟化(耕作、施肥、灌溉等)作用下所表现出来的肥力。
潜在肥力：土壤肥力在生产上没有发挥出来产生经济效益的部分。
有效（经济）肥力：土壤肥力在当季生产中表现出来产生经济效益的部分。
二、土壤学与相邻学科的关系1、土壤学与地质学、水文学、生物学、气象学有着密切的关系；2、土壤学与农学、农业生态学有着不可分割的关系；3、土壤学与环境科学联系密切。
三、土壤学的任务（一）合理利用土壤：水土流失、土壤沙化、土壤次生盐渍化、土壤污染、农药污染、肥料污染、“三废”污染（二）中低产土壤改良（三）基础理论研究。
1、土壤温室气体形成机理、变化规律与减缓途径的研究(重点是CH4、NxOy、CO2)；2、土壤污染发生类型、形成规律与防治途径研究；3、土壤退化时空变化、形成机理、调控对策；4、土壤质量的演变机制、评价体系及恢复重建的研究；5、经济快速发展地区土壤环境演变机制与调控研究；6、不同地区土壤生态环境建设及其治理途径的研究；7、土壤与环境问题有关基础应用与开发项目的研究。
土壤中的生物多样性与分解过程
Part Two
土壤生物多样性
土壤生物多样性定义
土壤生物多样性是 指土壤中各种生物 种类、数量和功能 的多样性。
包括微生物、植物、 动物和真菌等生物 类群。
土壤生物多样性对 土壤生态系统的稳 定和健康具有重要 作用。
土壤生物多样性的 丧失可能导致土壤 生态系统的退化和 生态功能的丧失。
土壤生物多样性组成
微生物：细菌、真菌、病毒等 动物：昆虫、蚯蚓、螨虫等 植物：苔藓、地衣、藻类等 土壤生物多样性对分解过程的影响：促进有机物质的分解和营养物质的循环
土壤生物多样性的重要性
维持生态平衡： 土壤生物多样性 是生态系统稳定 的重要因素
促进物质循环： 土壤生物多样性 有助于营养物质 的循环和转化
添加 标题
土壤有机质含量：影响土壤中的营 养物质和微生物的活动
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湿度：影响土壤中的水分含量和微 生物的活动
添加 标题
土壤pH值：影响微生物的生长和活 动
添加 标题
植物根系：影响土壤中的氧气和养 分分布
分解过程对土壤质量的影响
增加土壤有机质含量 改善土壤结构，提高土壤持水性和透气性 促进植物生长，提高作物产量和质量 调节土壤pH值，维持土壤生态平衡
微生物的活动促进了土壤中营 养物质的循环和转化
土壤生物多样性的增加可以加 速分解过程，提高土壤肥力
土壤生物多样性与分解过程的相互作用机制
土壤生物多样性：包括微生物、昆虫、植物等生 物种类的多样性
分解过程：有机物质在土壤中的分解、转化和利 用过程
相互作用：土壤生物多样性影响分解过程的速度 和效率
机制：微生物分解有机物质，释放营养物质， 为植物提供养分；植物根系分泌物刺激微生 物生长，促进分解过程；昆虫等活动影响土 壤结构，改变土壤生物多样性和分解过程。
土壤的生物修复技术
动物修复技术
动物修复技术在国外有较长的研究史，国内的研究仍处于摸索阶 段。它包括两方面内容：① 将生长在污染土壤上的植物体、粮食等饲 喂动物，通过研究动物的生化变异来研究土壤污染状况；② 直接将土 壤动物，如蚯蚓、线虫类饲养在污染土壤中进行有关研究。 土壤动物在土壤生态系统中起着分解有机质、改变土壤理化性质 保持土壤持水性和通透性、熟化土壤、促进物质循环等重要作用。注 意到蚯蚓等少数几种土壤动物对土壤熟化和修复起到的有利作用，尤 其是蚯蚓，它是土壤中最常见的杂食性环节动物。它在土壤中不断钻 洞挖穴，不断吞食含有机物质的土壤。每年经蚯蚓消化道排出的泥土 每公顷约为8~12t，这些泥土是蚯蚓吞食的土壤经蚯蚓体内丰富的酶系 统的作用后， 而形成颗粒状的高度融合的有机无机复合肥——蚓粪。 这些营养丰富的颗粒物以及蚯蚓本身运动对土壤的机械作用不仅改良 了土壤的肥力同时提高了土壤的透气性和吸附能力。研究表明，蚯蚓 的钻洞行为可使土壤的空气含量从8%提高到30%，土壤孔隙率从30%, 提高到60%。由于蚯蚓是生活在潮湿的土壤中，通过皮肤进行呼吸。
• 3、植物——微生物的联合修复：高等植物一方面 可以提供土壤微生物生长的碳源和能源,同时又可 将大气中的氧气经叶、茎传输到根部,扩散到周围 缺氧的底质中,形成了氧化的微环境,刺激了好氧微 生物对有机污染物的分解作用。另外,高等植物根 际渗出液的存在,也可提高降解微生物的活性。 • 有研究者运用植物和细菌共同组成的生态系统有 效地去除了土壤中的多环芳烃（PAHs）、三氯乙 稀等有机污染物。
生物修复污染土壤技术的应用
以土壤重金属污染的生物修复为例
ห้องสมุดไป่ตู้
1、 微生物对重金属污染的修复：对于某些重金属 污染的土壤,可以利用微生物来降低重金属的毒性。 研究表明,细菌产生的特殊酶能还原重金属,且对 Cd、Co、Ni、Mn、Zn、Pb和Cu等有亲合力。如 柠檬酸杆菌产生的酶能使Cd形成难溶性磷酸盐。 有研究者选用从10mmol/LCr6+、Zn、Pb的土壤 中分离出来的菌种能够将硒酸盐和亚硒酸盐还原 为 胶态的Se,能将Pb2+转化为Pb,胶态Se与胶态 Pb不具毒性,且结构稳定。
农业生态系统中的物质循环
农业生态系统中的物质循环农业生态系统是农业生产过程中最重要的一个系统，它是由生物、环境和人工经营组成的有机整体。
在这个系统中，物质循环是非常重要的一个环节。
一个良好的物质循环可以使农业生态系统保持平衡，更有利于农业的生产和发展。
一、农业生态系统中的物质循环1、农业生态系统的物质循环物质循环是指物质在生态系统中的循环，包括物质的摄入、吸收、传递、流失和转化等过程。
在农业生态系统中，物质循环是非常复杂的过程，包括有机物和无机物的循环。
有机物主要来自于生物体的代谢和残体，而无机物则来自于大气、土壤和水。
2、物质循环的意义物质循环可以使农业生态系统保持平衡，更有利于农业的生产和发展。
它能够使养分得以循环利用，减少浪费和污染，保障生物圈的可持续发展。
物质循环不仅对于农业生产的发展有着重要的意义，同时也是保护生态环境和生态平衡的一个重要环节。
二、农业生态系统中的物质循环方式1、农业生态系统中的有机物循环（1）生物体的代谢和残体在农业生态系统中，生物体的代谢和残体都是循环利用的重要来源。
生物体的腐烂后，会分解为有机质，这些有机质可以被微生物分解，然后转换成土壤中的养分物质。
（2）有机肥料和绿肥的利用有机肥料和绿肥也是农业生态系统中有机物循环的主要方式。
有机肥料是由动植物残体、废弃物和泥炭等转化而成的，其对于提高土地的肥力和改善土壤性质都有着重要的作用。
而绿肥则是指在耕作期间，在作物间种植的一些草本植物和豆类作物，可以通过吸收氮气来提高土地的肥力。
2、农业生态系统中的无机物循环（1）地球大气和土壤的物质循环在农业生态系统中，大气中的氧、氮、碳等无机元素可以通过作物、水分、空气和土壤的循环，不断地进行转化和利用。
（2）农业生产中的肥料和农药肥料和农药的使用也对农业生态系统中的无机物循环产生了影响。
大量的农药使用会导致土壤和水源的污染，从而影响物质的循环。
而科学合理的肥料使用可以提高农作物的产量，从而为农业生产做出积极贡献。
土壤微生物对植物所需各大中微量元素的转化作用
土壤微生物对植物所需各大中微量元素的转化作用作者：ets时间：2009-5-15浏览：【字体：小大】作物生长所必需的元素按其需求量分为大、中、微量三种，共13种。
这些元素在土壤中以不同形式存在，有些元素的形式不经转化是不能被植物吸收利用的。
而元素的转化必须在微生物的作用下才能进行。
因此微生物的生命活动在矿质营养元素的转化中起着十分重要的作用。
下面就微生物对这13种元素中的N、P、K、S、Fe、Mn 6种元素的转化作用进行简单介绍。
一、微生物在氮转化中的作用氮循环由6种转化氮化合物的反应组成，包括固氮、同化、氨化（脱氨）、硝化作用、反硝化作用及硝酸盐还原。
氮是生物有机体的主要组成元素，氮循环是重要的生物地球化学循环。
（1）固氮：固氮是大气中氮被转化成氨（铵）的生化过程。
固氮微生物都具有固氮基因和由其编码合成的固氮酶，生物固氮是只有微生物或有微生物参与才能完成的生化过程。
（2）氨化作用:氨化作用是有机氮化物转化成氨的过程。
它是通过微生物的胞外和胞内酶系以及土壤动物释放的酶催化的。
首先是胞外酶降解含氮有机多聚体，然后形成的单聚体被微生物吸收到细胞内代谢，产生的氨释放到土壤中。
氨化作用放出的氨可被微生物固定利用和进一步转化。
（3）硝化作用：硝化作用是有氧条件下氨被氧化成硝酸盐的过程。
硝化作用是由两群化能自养细菌进行的，先是亚硝酸单胞菌将氨氧化为亚硝酸；然后硝酸杆菌再将亚硝酸氧化为硝酸。
氨和亚硝酸是它们的能源。
（4）硝酸盐还原和反硝化作用：土壤中的硝酸盐可以经由不同途径而被还原，包括同化还原和异化还原两方面，还原产物可以是亚硝酸、氧化氮、氧化亚氮等。
同化还原是指微生物将吸收的硝酸盐逐步还原成氨用于细胞物质还原的过程。
植物、真菌和细菌都能够进行NO3-的同化还原，在同化硝酸酶系催化下先形成NO2-继而还原成NH2OH,最后成为NH3，由细胞同化为有机态氮。
硝酸盐的异化还原比较复杂，有不同途径。
因微生物和条件不同，可以只还原为NO和N2O，也可以还原为分子氮。
土壤微生物在生态修复中的作用及应用
土壤微生物在生态修复中的作用及应用一、引言随着城市化和工业化的不断推进，环境污染问题日益突出，生态修复作为一种重要的手段被广泛采用。
土壤微生物在生态修复中具有十分重要的作用，对于提高生态系统的稳定性和改善生态环境具有极大的意义。
本文将从土壤微生物的作用和应用两方面进行探讨。
二、土壤微生物的作用1.促进养分循环土壤微生物是土壤物质的重要组成部分，不仅可以通过分解有机质释放养分，还可以释放酶类来帮助土壤中的植物有效吸收营养元素，从而促进养分循环。
2.维持土壤生态系统稳定性土壤微生物和其他土壤生物一起构成了土壤生态系统，可以通过分解有机物，固定氮和磷等物质来维持生态系统中的物质循环，保持生态系统的稳定性。
3.修复生态系统生态修复需要在污染区域构建一种新的生态系统，需要大量的菌群来分解和转化有害物质。
土壤微生物在此过程中起到了关键作用，能够有效地降解污染物、去除污染土壤中的毒性和污染物，使其最终在环境中得到有效处理和利用。
4.提高植物免疫力与土壤微生物共生的植物，比不与微生物共生的植物更能够抵抗病害。
这是由于微生物种类繁多，可以为植物提供各种有益的物质和修饰植物信号途径，从而强化其免疫力，提高植物在生态修复过程中的适应性。
三、土壤微生物的应用1.生态修复生活、工业和农业等活动对土壤的污染非常普遍，生态修复是恢复这些受损土壤生态系统的一个重要过程。
在生态修复中，可以通过注入大量的微生物来分解和转化污染物质，从而达到提高土壤活性、修复土壤结构和提高土壤肥力的目的。
2.农业生产在农业生产中，土壤中的微生物可以增加肥料的效果，提高植物的免疫力，抵抗病虫害的侵袭。
此外，土壤微生物还可以在提高作物产量、提高土壤肥力上发挥重要的作用。
3.环保工程环保工程的目的是减轻污染，通过身处于环境中的土壤微生物来帮助我们实现这一目标。
利用一些生物技术措施，如土壤生態降解，可以有效地清除有害污染物，并多次循环利用其中的营养物质。
四、结论总的来说，土壤微生物在生态修复中具有非常重要的作用，可以促进养分循环、维持土壤生态系统稳定性、修复生态系统、提高植物免疫力。
微生物在土壤生态系统中的功能
微生物在土壤生态系统中的功能土壤，是地球表面能够生长植物的疏松表层，它就像是一个巨大的生命工厂，无数的生物在其中繁衍生息。
而微生物，作为这个工厂中最微小却又极为重要的成员，发挥着不可或缺的作用。
微生物在土壤的物质循环中扮演着“转化者”的角色。
首先是碳循环，微生物通过分解动植物残体，将有机碳转化为二氧化碳释放到大气中，同时也能将二氧化碳固定为有机碳，储存于土壤中。
这一过程不仅调节着大气中的二氧化碳浓度，还影响着土壤的肥力和结构。
在氮循环中，微生物的作用更是至关重要。
固氮微生物能将大气中的氮气转化为植物可利用的氨态氮，为植物提供氮素营养。
而反硝化微生物则能将硝酸盐还原为氮气，重新释放到大气中。
此外，微生物还参与氮的矿化、硝化和铵态氮的同化等过程，维持着土壤氮素的平衡。
磷循环中，微生物可以分解有机磷化合物，将其转化为无机磷，从而提高土壤中磷的有效性，供植物吸收利用。
除了参与物质循环，微生物还是土壤肥力的“创造者”。
它们能够分解有机物质，释放出养分，增加土壤中的有机质含量。
有机质不仅能改善土壤结构，提高土壤的保水保肥能力，还能为植物生长提供丰富的营养。
微生物分泌的各种酶类和有机酸，能够促进土壤中矿物质的风化和溶解，进一步释放出植物所需的营养元素。
例如，一些微生物产生的酸性物质可以分解土壤中的磷矿石，使其成为可被植物吸收的磷形态。
同时，微生物还能改善土壤的物理结构。
它们的活动可以形成土壤团聚体，增加土壤的孔隙度，提高土壤的通气性和透水性。
良好的土壤结构有助于根系的生长和水分的渗透，为植物创造了更有利的生长环境。
微生物在土壤生态系统中还起着“清洁工”的作用。
它们能够分解和转化土壤中的污染物，降低其毒性和危害。
例如，某些微生物可以降解农药残留、石油污染物和重金属等。
通过生物修复的过程，微生物将有害物质转化为无害物质，保护了土壤的生态健康。
在与植物的共生关系中，微生物也展现出了其独特的功能。
根瘤菌与豆科植物形成的根瘤共生体，能够为植物提供大量的氮素。
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三、陆地碳源和碳汇
在几十年到几个世纪的时间尺度上，人们主要关心的是碳 在大气圈、海洋和陆地生态系统(包括植物和土壤等) 三个碳 库之间进行的连续交换， 即碳的流量问题或者说是碳源和碳 汇的问题 碳源可以理解为向大气圈释放碳的过程或系统 碳汇可以理解为从大气圈中清除碳的系统、过程或机制 大气圈与陆地生态系统之间碳的交换过程存在的未知问题 最多，受人类活动的影响最大，是全球碳循环的研究重点 CO2 、CH4 和CO三种气体的源与汇则是主要的研究对 象，其中以CO2最为重要
1、土壤有机质的化学分组
在19世纪后期曾提出过腐殖质是作物所吸收养分的唯一来源 的假说，矿质营养学说的提出和随后的化学肥料的发明打破了 这一假说,但一直到20世纪60年代之前，对土壤有机质的研究主 要集中在对腐殖质元素组成、功能团结构和性质等方面的研究. 根据腐殖质类物质在酸／碱中的溶解性将其分为富非酸、胡 敏酸和胡敏素. 2个方面的原因使这一研究领域逐渐淡化：一方面是腐殖化 过程需要的时间短则几十年，长则上千年，平均时间在几百 年，因此，要用土壤腐殖质的变化来反映一些农业措施对土壤 质量的影响有明显的滞后性；另一方面是从北极圈的冻原土壤 到赤道的热带土壤其腐殖质类物质的化学组成(C\N\P\H\S)和功 能团结构没有明显差别.
化石燃料燃烧排放的CO2是目前了解得最清楚的一个量 值， 每年约为6.0 PgC，如果这些CO2全部存留在大气中，将 使大气CO2浓度以0.8 %/a的比率递增，但实际上目前的增加 速率仅为0.4%/a(1.5 ppmv/a)，也就是说不考虑别的排放途 径，每年化石燃料排放的CO2中也只有56% (3.36PgC)保留在 大气中，其余33%(2PgC)被海洋吸收，两者合计约占化石燃 料燃烧年排放量的89%，也还存在11%(0.66PgC)的“未知汇” 大气中CO 浓度较低(45×10-12~250×10-12)，滞留时间 约2个月,CO 的源汇平衡主要取决于人类活动的排放量，少量 的CO 由植被吸收，大量的CO 汇是在大气中与羟基(OH)反 应， 由于CO 与OH 反应生成CO2很快，所以CO 在全球碳的 源汇平衡计算中包括在CO2的流量之内
土壤生物在物质循环中的作用
1、土壤生物是生物食物链的初级生产者：固 氮蓝细菌和地衣，最早寄居于岩石上的生 物，转化与积累氮素和有机物。 2、土壤生物是有机物质的降解者 包括异样 细菌和真菌 3、土壤生物特别是土壤微生物是地球上物质 和能量的保存者
物质循环的基本介绍
自然界物质与能量循环流动是生态系统中最基 本的运动。整个生物圈要获得繁荣与发展，其能量 来源于太阳，而物质元素来源则主要依于微生物所 推动的生物地球化学循环。 生物地球化学循环____在生物圈内生命与非生 命环境间往复交换、运转的过程。地球表面各种化 学元素，在气象、地质、生物等生命作用力的推动 下，沿着特定的途径从环境到生物，再回到环境的 循环过程。
碳库单位：Pg C 全球碳循环概况
二、陆地碳库的贮量
在全球碳循环中，大气圈与陆地植物群落间的CO2 交换量 最大，其次是大气与海洋之间 陆地碳循环对于大气二氧化碳浓度上升有着重要影响 目前陆地碳循环研究的主要问题包括： ① 陆地生态系统各主体类型中碳的贮量和流量(源、汇)； ② 人类活动对这些变量的影响； ③ 温度和大气CO2 浓度升高对各陆地生态系统碳循环的潜 在效应以及二者之间的循环因果关系。
碳是组成生物体各种有机物最主要的组分（50%） 碳的基本循环过程简述: 大气CO2（植物与生物(土壤和海洋)）__有机物 质（自然或人为）__进入土壤中的不同有机物残体__ 生物酶的分解作用___土壤有机质（惰性和活性）___ 释放CO2到大气中（甲烷等）以及各种营养物质为植 物和生物提供营养。 据估计：地球上90%以上的有机物的矿化作用有 细菌与真菌完成。
第一节 全球碳循环及分布与储量
一、全球碳循环概述
全球碳循环是指碳素在地球的各个圈层(大气圈、水圈、生 物圈、土壤圈、岩石圈)之间迁移转化和循环周转的过程 在漫长的地球历史进程中，碳循环最初只是在大气圈、水 圈和岩石圈中进行，随着生物的出现，有了生物圈和土壤圈， 碳循环便在五个圈层中进行 碳素的循环流动从简单的地球化学循环进人到复杂的生物 地球化学循环，而生物圈和土壤圈在碳循环过程中扮演着越来 越重要的角色 碳循环的主要途径是：大气中的CO2被陆地和海洋中的植 物吸收，然后通过生物或地质过程以及人类活动干预，又以二 氧化碳的形式返回到大气中 就流量来说，全球碳循环中最重要的是CO2的循环、CH4 和 CO的循环是较次要的部分。下图展示了全球碳循环的概况
自20世纪以来，人类活动的影响在规模上已从陆地系统扩展 到整个地球系统，如大气中温室气体浓度增加、森林锐减、土 地退化、环境污染及生物多样性丧失等等， 特别是人类活动 产生的CO2浓度急剧上升和由此导致的增温效应是目前人类面临 的最严峻的全球环境变化问题 从70年代后期开始，全球碳循环研究受到人类的普遍关注， 特别是在几十年到几百年时间尺度上的人类活动，如化石燃料 (煤、石油和天燃气等)的燃烧和非持续性土地利用(砍伐森 林，开垦草地，改造沼泽等)对全球碳循环的影响 在当前的国际地圈一生物圈研究计划(IGBP)中，碳循环是全 球变化与陆地生态系统(GCTE)等多个核心计划中的重要研究内 容，而陆地碳循环是全球碳循环的重要组成部分，在全球碳收 支中占主导地位，研究陆地碳循环机制及其对全球变化的响 应，是预测大气CO2 含量及气候变化的重要基础，
循环过程中库与流
库____表示物质在生物和非生物成分中的滞留， 贮存库与交换库，贮存库容积大，滞留时间长， 对生物的有效性差。
流____物质从贮存库中释放出来，借助水和空气 进入生物体，受生命控制，在库和库之间的运转。
根据物质的贮存形态与贮存库不 同，分为气态循环与沉积循环
气态循环：主要的贮存库为大气圈、土壤圈和水圈， （从大气圈转移到生物循环中来），如碳、氮循环，物质 流动性大，循环迅速，是一种比较完全的循环。 沉积循环：以固态形式存在，主要的贮存为土壤圈， 如磷、钙、铁、钾等矿质元素，这类循环不经过气态循 环，移动性小，循环缓慢，趋向于不完全循环，调动土壤 中的沉积态的矿质元素，还防止被固定和流失。
对腐殖质类物质的更进一步的分级方法，如根据提取剂 的不同将其分作松结态、稳结态和紧结态腐殖质类物质. 根据胡敏酸在酒精、盐溶液中的溶解性又可以分作灰色 胡敏酸和褐色胡敏酸. 根据褐色胡敏酸的光学性质将其分作A、B、Rp型胡敏酸 根据腐殖质酸与土壤颗粒结合的分层结构原理，将富非 酸和胡敏酸用超声波处理后又分作A、B组富非酸和胡敏酸.
CO2的源与汇
化石燃料燃烧与土地利用变化产生的CO2超过同期大气CO2 的 增量及海洋的吸收量，使得CO2 收支失衡 一部分CO2 “失踪”，导致所谓的碳的“未知汇”问题 在1958-1978年问这部分碳汇大约有37Pg C这一“未知汇”一 般认为存在于陆地生态系统，分布区域可能在北半球中纬度地 带，而土壤和植被是可能的汇.
由于土壤有机质组成、结构、存在方式的复杂性，对土壤 有机质的研究一直与其分组技术相联系，即使对其某一组分的 化学组成、功能团结构、性质的研究也是在对分组产物纯化的 基础上进行的，通过多年的研究人们已经达成了一个共识，即 所分出的某一组分不是组成和结构均一的化合物，而是具有某 一特性的一类化合物的混合物，一些组分甚至具有细胞结构或 组织结构.
土壤中未分解的动植物残体和活的有机体被称作有机残体，在国内被 称作土壤有机物 活的有机体一部分是土壤动物和作物根系，另一部分是土壤微生物体 占土壤有机质总量的2~l2% 在现行的大部分研究工作中，通过微生物作用所形成的腐殖质、动植 物残体和微生物体被合称为土壤有机质(SOM)
(二) 土壤有机质的分组
物质循环途径
生物循环：环境中的营养元素经生物的吸收利用，并以生 物残体及其分泌排泄物的形式归还土壤，通过微生物分解 为无机物。这种循环以生物为主体，通过对营养元素的吸 收、存留、归还完成，循环的范围小、周期短，完全循环。 地球化学循环：指经过生物循环归还到环境中的物质。以 气态、固态与液体形式，通过热、水分等各种反应的作用 完成。 前者寓于后者之中，后者是前者的源头和归宿。生物地球 化学循环。共同完成物质循环的全过程。
一、土壤有机质的概念及分组方法
(一) 土壤有机质的概念
从18世纪80年代开始，土壤中的一类黑色物质引起了人们的广泛 关注，随着对其化学组成和结构研究的深入，最后被定名为土壤腐 殖质 土壤腐殖质是动、植物残体在微生物作用下分解并再合成的一类 深色、难分解、大分子有机化合物 动植物残体及根系分泌物在微生物作用下生成土壤有机质的过程 被称作腐殖化过程 土壤腐殖质可分为2类，一类是与已知的有机化合物具有相同结构 的单一物质，被称作非腐殖质类物质，另一类是腐殖质类物质 腐殖质包括：(1) 碳水化合物，(2) 碳氢化合物如石蜡，(3) 脂肪族 有机酸和酯类，(4) 醇类，(5) 酯类，(6) 醛类，(7) 树脂类，(8) 含氮 化合物，这一类物质可占腐殖质总量的5~15%
2、土壤有机质的比重分组 自20世纪60年代，对土壤有机质研究的主流转向了物理分 组，对土壤有机质的比重分组技术最早出现于20世纪80年代 根据土壤在一定比重(1.6～2.5 g/ml)溶液中的沉降将其分作 轻组和重组土壤，它们中的有机质被分别称作轻组有机质 (LFOM)和重组有机质(HFOM). LFOM 的主要成分为动植物残体、菌丝体、孢子、单糖、 多糖、半木质素，严格地讲，这一部分并不属于土壤腐殖质类 物质，它是介于动植物残体与腐殖质类物质之间的一个中间C 库，而且有机C含量和其它养分含量高于腐殖质类物质，转化 时间也很短，一般只有几周到几十年，被认为是土壤中的易分 解C库，同时，LFOM在土壤中的存在形式也并非游离的有机 残体或微生物体，而是后者与不同粒径矿质颗粒结合所形成的 松散复合体.
陆地土壤是地球表面最大的碳库，其有机碳总 贮量约在1400～1500Pg C之间 Parton等 将土壤碳库区分为活性(active)、缓 性(solw)和惰性(passive)3部分 活性碳库由活的土壤微生物及其代谢产物组 成，周转迅速，存留时间小于1年 缓性碳库包括植物材料中经生物代谢难以分解 的成分，存留时间为几十年 惰性碳库包括化学代谢反应中不能够分解的有 机质成分，如木质素和部分纤维素，存留时间一般 在几百年至数千年之间