第五章土壤有机殖质

矿质化与腐殖化关系
• 土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程都是在生物、特别是 微生物作用下进行的，土壤中有机质的数量、组成成分和微 生物的生活条件是影响有机质转化的主要因素。 • 土壤有机质的矿化和腐殖化两个过程是相互对立又相互统一 的过程。其中某一个过程强烈时，另一个过程必然微弱。当 土壤温度高，水分适中，通气良好时，则好气性微生物活动 旺盛，有机质的矿化过程就强，这样有机质分解迅速而彻底， 合成腐殖质的原料少，而且腐殖质本身也会被分解，所以就 削弱了腐殖化过程。反之，若腐殖化过程强，虽然有利于土 壤养分的积累，却削弱了有机质的矿化作用，使土壤中有效 养分供应不足。
第五章 土壤的有机成分
Soil Humus Chemistry
复习思考题
解释：矿化作用、腐殖化作用、氨化作用、 硝化作用、反硝化作用。 微生物有哪些作用？ 自养型细菌和异养型细菌有什么不同？ 有机质对提高土壤肥力有哪些作用？ 生产中常采用哪些措施调节土壤有机质？
第一节 基本情况
土壤有机质含量
– 最高值>20% 泥炭土 – 最低值<0.5% 砂质土 – 平均值<5% – 河北省土壤有机质平均值0.5-4%
按耕层土壤有机质含量分类
– 有机质土壤 >20%
– 矿质土壤 <20%
中国一些自然土壤中有机质含量
土 类 有机质含量（％） 棕色森林土 2.64～19.3 褐 土 1.03～10.69 黄 壤 2.71～20.5 红 壤 0.52～1.95 黑土、黑钙土 2.14～16.4 砖红壤、赤红壤 2.32～2.98 高山草甸土、亚高山草甸土 4 81～21.96 高山草原土、亚高山草原土 1.38～6.66 黄棕壤、黄褐土 2.07～7.05 统计的标本数 74 22 32 47 29 24 26 10 32
五、 影响土壤有机质转化的因素
有机质的碳氮化（C/N）
– N 组成微生物体细胞的要素 – C 微生物活动的能源 构成体细胞的主要成分 –理论C/N 20~25:1 – 实际C/N 10:1~12:1 （表层土壤） – C/N<25:1 利于微生物的分解活动，速度也快 – C/N比大的有机质 矿化作用慢 且腐殖化系数也小
– 脂肪、树脂.蜡质.单宁等的分解 分解极慢而不彻底
• 好气条件 生成CO2 H2O 有机酸 能量 • 嫌气条件 生成多酚类化合物.形成土壤沥青
– 蛋白质类的分解 腐生细菌 放线菌 霉菌→水解酶
1.水解过程 蛋白质水解酶作用下蛋白质分解的过程
– 蛋白质-→蛋白胨-→肽-→氨基酸
2.氨化过程（过程）蛋白质经微生物作用释放氨的过程，好 气· 嫌气均可 3.氧化脱氨作用：HCOOH（硝化作用） 4.还原脱氨作用：CH3COOH（反硝化作用—土壤氮
六、 腐殖质的种类与性质
溶解性
– – – – 腐殖质一般不溶于水 绝大部分易溶于稀碱 有些部分可溶于酸液 按其溶解性之差 可将之分离
胡敏素 胡敏酸 C64O25H55N4 分子量2,000-400,000 富啡酸 分子小 胡敏酸/富啡酸比值 衡量腐殖质的质量
– 肥力较高的土壤 有机质含量及胡敏酸/富啡酸比值较高
二、矿质化过程
– 矿质化过程： 在微生物分泌的水解酶作用下，生成CO2， H2O，矿质养分（P S Ca Mg），这一过程是提供养分、能量， 合成腐殖质的原料。复杂→简单 (mineralization)
– 糖类· 纤维素类· 木质素类的分解 • 糖类的分解 酵母菌.醋酸细菌 – 多糖→寡糖(双糖)-→(单糖)O2 – 好气条件 有机质→有机酸→CO2+H2O+热量 (快) – 嫌气条件 有机质→有机酸+CO2+H2 (慢) • 纤维素类的分解 碳素循环的重要一环，通过细菌、真菌、 放线菌分解，速度很慢，产物同糖类 • 木质素类的分解 好气条件 真菌 放线菌 氧化脱水 缓慢降 解.羧基化
|______ H2SO4+热量（硫化作用） H2O+O2
三、腐殖化过程---简单→复杂 (humification)
动物、植物、微生物残体，在微生物的作用下， 通过生化和化学作用而形成腐殖质的过程。 – 腐殖质性质 • 性质稳定 组成复杂 交联构造 多聚结构 • 非晶性 短棒状 伸曲性 负电性 弱酸性 缓冲性 • 分子量大 106 表面积大 2000m2/g CEC 200 cmol/g • 两性亲水胶体 吸水能力强 500% • 功能基团 发色基团 黑色 棕色 • 天然高分子聚合物 有机质-粘粒金属离子复合体 • 土壤有机质的主体 占有机质总量85-90%
第三节 土壤有机质的转化过程
一、腐殖质
是除未分解的动、植物组织和土壤中生命体等以外 的土壤中稳定有机化合物的总称。
– 有机残体进入土壤经1年降解后，有机质的2/3以CO2的形式释 放而损失，残留在土壤中的不足1/3。 – 有机物降解的最终产物主要为CO2 ，碳的释放速率常是衡量 土壤有机质分解率及微生物活性的重要指标 – 好氧条件 厌氧条件 – 易分解组分 难分解组分 – 有机-无机复合体 层间镶嵌物 – 腐殖质的稳定性
腐殖质形成
• 第1阶段 微生物水解酶（水解 合成）
有机残体 有机物
H2O, CO2, H2S, NH3 (矿化 氧化 分解) 芳香物 含氮物 糖类 （合成 代谢）
• 第2阶段 微生物酚氧化酶，pH4.5-6.5 （氧化 缩合） 肽 多元酚 O2 醌
缩合
腐殖质分子 糖
带侧链（胡敏酸）
四、 影响有机质转化的条件
有机质转化 – 通气良好，氧气充足，好气微生物活动→简单无机物
通气状况 干湿交替，好气嫌气兼有，利于矿质化· 腐殖化进行，
– 通气不良，氧气不足，氧化分解很慢→还原性物质（CH4、 H2S、 有机酸）
水热状况 微生物活动
– 最适温度 25-30℃
– 最适湿度 田间持水量的60-80%
土壤特ห้องสมุดไป่ตู้ 酸碱度 组成 气候条件 耕作 施肥 排灌
4.反硝化作用
• 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。 • 反应式：
反硝化细菌
C6H12O6＋24KNO3------→24KHCO3＋6CO2＋12N2↑＋18H2O
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。
素损失）
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用 。
蛋白质 蛋白质---------→氨基酸 水解酶
2. 氨化作用
定义：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
根据溶解性差异分组
土壤
NaOH
不溶物（胡敏素）
可溶物
HCl
黄色液（富啡酸） C2H5OH 溶解物 沉淀物 不溶物（胡敏酸）
七、 有机质的作用
土壤中的作用
– – – – 提供作物、微生物所需养分;促进发育 增强土壤蓄水保肥性能 促进团粒结构形成 改善土壤物理、 化学、 生物学性质及其他作用（V,K,J,P)
5. 硫化作用
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
含S P有机化合的分解 • 含P有机质 腐生微生物（有机磷细菌）
– 核蛋白质→核素→核酸 – 卵磷脂→甘油磷酸脂
• 含硫有机质、异养型微生物、嫌气条件、酰氨酸 +H2O→2H2S+2NH3+2HAc+2HCOOH
– 好气条件 H2S+O2→H2O+S+能量 （硫细菌）
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：
亚硝酸细菌
A:
2NH3＋3O2------→2HNO2＋2H2O＋热量
硝化细菌
B: 2HNO2＋O2—---→2HNO3＋热量 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。
环境中的作用
– 金属离子 – 农药 – 污染物
管理调节
– 粮肥轮作 增加有机质 – 施用有机肥 增加有机质 – 调节有机质分解速率
八、 调节土壤有机质的措施
• • • • • 增施有机肥料、种植绿肥； 保留树木凋落物与秸杆还田； 调节土壤水、气、热等理化状况与性质； 调节微生物群落； 调节C/N等。
第二节 土壤有机质的组成
来源： 原始土壤： 微生物
自然土壤 ：植物、微生物 人为土壤： 农药 化肥 废水 废渣 废物 有机肥
作用：土壤的理化性质； 保肥性 ；供肥性 ；水分、 热量
土壤中养分的主要来源 ；土壤能源； 全球碳平衡等。
组成(新鲜有机质、有机残余物 ;土壤腐殖质）
– 糖类· 有机酸等 – (半)纤维素 – 木质素 • 含N化合物 腐殖质 • 树脂· 单宁· 蜡质· 脂肪等 • 灰分元素