土壤有機(jī)質(zhì)和生物

土壤有機(jī)質(zhì)和生物第1頁(yè)/共115頁(yè)什么是有機(jī)質(zhì)以各種形態(tài)存在于土壤中的各種含碳有機(jī)化合物。廣義：包括一切生物體及其分解或合成的各種產(chǎn)物。狹義：通過(guò)微生物轉(zhuǎn)化合成的有機(jī)物質(zhì)即腐殖質(zhì)。概念：土壤有機(jī)質(zhì)(soilorganicmatter)

土壤中的各種動(dòng)植物殘?bào)w，在土壤生物的作用下形成的一類特殊的、復(fù)雜的、性質(zhì)比較穩(wěn)定的高分子化合物(腐殖質(zhì))。第一節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源、組成和類型第2頁(yè)/共115頁(yè)一、土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源土壤有機(jī)質(zhì)來(lái)源特點(diǎn)自然土壤森林土壤枯枝落葉數(shù)量少；累積于地表：從上到下銳減；富含木質(zhì)素，形成的有機(jī)質(zhì)疏松、有彈性；形成富含單寧的酸性有機(jī)質(zhì)（適于真菌活動(dòng)）草原土壤地上部和地下部根系

數(shù)量多；分布較深，從上到下逐漸減少；木質(zhì)素少，纖維素多，累積緊實(shí)，無(wú)彈性；形成中性有機(jī)質(zhì)（適于細(xì)菌活動(dòng)）

耕作土壤施有機(jī)肥，作物根茬數(shù)量少，累積于耕作層；受人為培肥措施影響大。第3頁(yè)/共115頁(yè)二、土壤有機(jī)質(zhì)的存在形態(tài)存在形態(tài)：動(dòng)、植物殘?bào)w半分解的動(dòng)、植物殘?bào)w腐殖物質(zhì)（85-90%）

第4頁(yè)/共115頁(yè)三、土壤有機(jī)質(zhì)的含量和組成1.含量一般把耕層含有機(jī)質(zhì)20%以上的土壤，稱為有機(jī)質(zhì)土壤，在20%以下的土壤，稱為礦質(zhì)土壤(mineralsoil)。耕作土壤表層有機(jī)質(zhì)通常在5%以下。土壤有機(jī)質(zhì)含量與氣候、植被、地形、土壤類型、農(nóng)耕措施密切相關(guān)。目前，我國(guó)土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低?？傮w而言，北方土壤有機(jī)質(zhì)含量高于南方土壤。第5頁(yè)/共115頁(yè)第6頁(yè)/共115頁(yè)土壤有機(jī)質(zhì)0.5%5%0.5-2.0%7%第7頁(yè)/共115頁(yè)四川土壤有機(jī)質(zhì)含量（%）OM%＞4.00

3.01－4.00

2.01－3.00

1.01－2.00

0.61－1.00＜0.60水田%

1.29

6.19

39.9

51.99

0.63

0.004旱地%

3.14

5.52

18.72

46.26

24.66

1.10第8頁(yè)/共115頁(yè)

2.組成動(dòng)植物殘?bào)w及微生物體土壤有機(jī)質(zhì)上二類的分泌物、排泄物及中間分解產(chǎn)物腐殖質(zhì)（穩(wěn)定的高分子化合物）：主體。第9頁(yè)/共115頁(yè)土壤腐殖質(zhì)（soilhumus）是除未分解和半分解動(dòng)、植物殘?bào)w及微生物體以外的有機(jī)物質(zhì)的總稱。由非腐殖物質(zhì)（Non-humicsubstances）和腐殖物質(zhì)（Humicsubstances）組成，通常占土壤有機(jī)質(zhì)的90%以上。腐殖物質(zhì)：由多酚和多醌類物質(zhì)聚合而成；含芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，黃色至棕黑色，非晶形高分子有機(jī)化合物；最難降解，一般占土壤有機(jī)質(zhì)的60-80%。第10頁(yè)/共115頁(yè)非腐殖物質(zhì)：有特定理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)已知；約占土壤腐殖質(zhì)的20-30%；碳水化合物、蛋白質(zhì)和氨基酸、脂肪、蠟質(zhì)、木質(zhì)素、核酸等；相對(duì)容易被降解，存在時(shí)間短；氮、磷、硫營(yíng)養(yǎng)重要。第11頁(yè)/共115頁(yè)

(1)元素組成(elementarycomposition)

有機(jī)質(zhì)水分占75%，干物質(zhì)占25%。干物質(zhì)中元素組成(%):CHON和灰分元素

448408

（C/N為10左右）

第12頁(yè)/共115頁(yè)(2)化學(xué)組成(chemicalcomposition)

有機(jī)物料的化學(xué)組成：碳水化合物：約占60%，纖維素和半纖維素為主，少量淀粉和糖類。木質(zhì)素：占10%～30%，平均25%，木本植物較多，草本植物較少，難分解，腐殖質(zhì)的主要來(lái)源。蛋白質(zhì)等含氮化合物：占1～15%，平均10%。脂蠟質(zhì)、單寧等：占1～8%，平均5%?；曳郑喝紵罅粝碌幕?，草本多于木本，占2～7%

。第13頁(yè)/共115頁(yè)土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)成分:

纖維素半纖維素木質(zhì)素蛋白質(zhì)脂肪、樹脂等

%

2－10

0－2

30－50

28－35

1－8第14頁(yè)/共115頁(yè)第二節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化礦質(zhì)化過(guò)程（Mineralization）

指復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)在微生物的作用下，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物(H2O；CO2等)并釋放出能量的過(guò)程。第15頁(yè)/共115頁(yè)一、碳水化合物的礦質(zhì)化多糖單糖CO2+H2O+heat(多）好氣條件下有機(jī)酸——heat（少）半嫌氣條件CH4、H2、H2S+heat（極少）嫌氣水解酶作用己糖>淀粉>半纖維素>纖維素；糖類物質(zhì)的分解是土壤中生物物活動(dòng)的主要能源（生物熱）。（4~5千卡熱/g有機(jī)物）第16頁(yè)/共115頁(yè)危害：在低溫、嫌氣條件下,有機(jī)酸變?yōu)镃O2和H2O的過(guò)程受到阻礙,產(chǎn)生有機(jī)酸的累積,從而造成植物根系萎縮、腐爛。如：甲酸3.2×10-3M、乙酸4.6×10-3M、正丁酸7×10-4M，就會(huì)對(duì)植物根系產(chǎn)生較嚴(yán)重的危害。解決辦法：排水曬田、施草木灰（中和酸、補(bǔ)充K素）有機(jī)肥施用前進(jìn)行堆漚。第17頁(yè)/共115頁(yè)蛋白質(zhì)多肽氨基酸氨NH3硝酸根NO3-蛋白酶肽酶氨化細(xì)菌硝化細(xì)菌水解作用（hydrolyzation)氨化作用（ammonification)硝化作用（nitrification)任何條件下好氣條件下二、含氮化合物的礦質(zhì)化同化吸收第18頁(yè)/共115頁(yè)

N素的生物固定或有效化過(guò)程與有機(jī)物C/N比密切相關(guān):

C/N＞25時(shí)，產(chǎn)生N素生物固定

C/N＜25時(shí)，產(chǎn)生N素有效化。豆科綠肥（三葉草等）C/N小，施入土壤后能提供N素（N素有效化）。禾本科作物秸稈C/N大，直接還田易造成M與作物爭(zhēng)奪N素，造成N素的生物固定。

秸稈還田應(yīng)配施化學(xué)N肥：一般畝施秸稈300－400kg，需要配施化學(xué)純N3－4kg。第19頁(yè)/共115頁(yè)含磷和硫化合物的分解正磷酸鹽H2PO4-、HPO4=、PO4+3、正硫酸鹽HSO4-、SO4=好氣條件偏磷酸鹽和次磷酸鹽H3PO3、H3PO2

、H3PO4正硫酸鹽、H2S

(黑根、毒害）

嫌氣條件三、含磷和硫化合物的分解第20頁(yè)/共115頁(yè)

四、植物殘?bào)w(deadplantpart)的分解和轉(zhuǎn)化可溶性有機(jī)化合物以及部分類似有機(jī)物進(jìn)入土壤后的頭幾個(gè)月很快礦化。殘留在土壤中的木質(zhì)素、蠟質(zhì)以及第一階段未被礦化的植物殘?bào)w碳相對(duì)緩慢分解。五、土壤腐殖物質(zhì)(humicsubstances)的分解和轉(zhuǎn)化

腐殖質(zhì)經(jīng)過(guò)物理化學(xué)作用和生物降解，使其芳香結(jié)構(gòu)核心與其復(fù)合的簡(jiǎn)單有機(jī)物分離，或是整個(gè)復(fù)合體解體。釋放的簡(jiǎn)單有機(jī)物質(zhì)被分解（礦化）、轉(zhuǎn)化，酚類聚合物被氧化。被釋放的芳香族化合物（如酚類）參與新腐殖質(zhì)的形成。

第21頁(yè)/共115頁(yè)有機(jī)質(zhì)的礦化率：土壤有機(jī)質(zhì)每年礦質(zhì)化作用損失的量占土壤有機(jī)質(zhì)總量的百分?jǐn)?shù)。

礦化率一般在1%～3%。由于土壤有機(jī)質(zhì)的礦化率與有機(jī)氮的礦化率同步，因而可通過(guò)測(cè)定土壤有機(jī)氮的礦化率來(lái)代表有機(jī)質(zhì)的礦化率。

有機(jī)質(zhì)礦化結(jié)果：①為植物和土壤微生物提供養(yǎng)分及活動(dòng)能量；②為合成腐殖質(zhì)提供物質(zhì)能源。第22頁(yè)/共115頁(yè)六、影響土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的因素1、植物有機(jī)殘?bào)w的特性（內(nèi)在性質(zhì)）

(1)物理狀態(tài)：多汁、幼嫩殘?bào)w，粉碎殘?bào)w易于分解（秸稈還田注意粉碎）。

(2)化學(xué)性質(zhì)（有機(jī)組分）糖類、淀粉、蛋白質(zhì)等易分解；木質(zhì)素、纖維素、脂蠟質(zhì)、單寧等難分解；半纖維素、果膠介于中間。富含蛋白質(zhì)的殘?bào)w利于礦化；富含木質(zhì)素的殘?bào)w利于生成腐殖物質(zhì)。使用富含木質(zhì)素的有機(jī)肥，生成腐殖質(zhì)較多，改土效果好（豬糞與牛糞的改土區(qū)別）。第23頁(yè)/共115頁(yè)豬糞：豬糞質(zhì)地較細(xì)密，氨化細(xì)菌較多，易分解，肥效快，利于形成腐殖質(zhì)，改土作用好。豬糞肥性柔和，后勁足，屬溫性肥料。適于各種農(nóng)作物和土壤、腐熟后的豬糞可用于稻田，也可用于旱土，可作基肥使用，也可作追肥使用。牛糞：牛糞質(zhì)地細(xì)密，含水量高，通氣性差，腐熟緩慢，肥效遲緩，發(fā)酵溫度低，屬冷性肥料。為加速分解，可將鮮牛糞稍加曬干，再加馬糞或羊糞混合堆漚，可得疏松優(yōu)質(zhì)的肥料。如混入鈣鎂磷肥或磷礦粉，肥料質(zhì)量更高。牛糞中碳素含量高、氮素含量低，碳氮比大，施用時(shí)要注意配合使用速效氮肥。牛糞一般只作基肥使用。第24頁(yè)/共115頁(yè)(3)植物殘?bào)w的碳氮比（C/N）土壤微生物的C/N比值平均為8:1，即吸收1份N需要8份C，但微生物代謝的C只有1/3進(jìn)入微生物細(xì)胞，其余的以CO2釋放．因此，微生物同化1份N到體內(nèi)，須要約24份的C。

當(dāng)有機(jī)殘?bào)w的C/N＞25:1時(shí)，其N源不足，須從土壤中吸收無(wú)機(jī)N來(lái)補(bǔ)充（氮的生物固定），造成與植物對(duì)N源的暫時(shí)性競(jìng)爭(zhēng)，有機(jī)質(zhì)分解慢。

當(dāng)有機(jī)質(zhì)C/N降至25:1以下，分解加快，同時(shí)釋放出無(wú)機(jī)N。第25頁(yè)/共115頁(yè)植物殘?bào)wC/N變化大，禾本科秸桿C/N多大于30:1。施用水稻、玉米、麥類等高C/N秸桿，分解初期應(yīng)避免氮的“生物固定”。方法是：

1）堆腐一段時(shí)期再施用；

2）配施適量氮化肥（一般秸桿300-400kg/mu，配施N3-4kg/畝）。氮因素值：100克有機(jī)質(zhì)分解時(shí)固定無(wú)機(jī)氮的克數(shù)。第26頁(yè)/共115頁(yè)激發(fā)作用**（Primingeffect)：土壤中加入新鮮有機(jī)物質(zhì)會(huì)促進(jìn)土壤原有有機(jī)質(zhì)的降解，這種礦化作用稱之激發(fā)作用。激發(fā)效應(yīng)可以是正、也可以是負(fù)。第27頁(yè)/共115頁(yè)2.土壤環(huán)境條件（微生物活動(dòng)條件）

(1)土壤溫度(temperature)

25－35℃條件下，M活動(dòng)最為旺盛，利于OM礦質(zhì)化分解，提供作物所需養(yǎng)分。(2)土壤濕度和通氣狀況(soilhumidityandaerationstatus)

要求水分充足而通氣良好。水少氣多:好氣,M活動(dòng)旺盛,OM礦質(zhì)化分解,釋放養(yǎng)分水多氣少:嫌氣,M活動(dòng)受抑制,OM腐殖化合成腐殖質(zhì)第28頁(yè)/共115頁(yè)最適水氣狀況為：即田間持水量的60～80%，按土水勢(shì)-300～-1000hPa（百帕）或mbar（毫巴）。干濕交替(wettinganddryingcycle)有利于有機(jī)質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化。(3)土壤pH

細(xì)菌最適pH6.5～7.5，放線菌稍高，真菌較低。pH低于5.5，高于8.5，一般微生物都不太適宜。(4)質(zhì)地：質(zhì)地愈粘重，愈難分解，腐殖化系數(shù)愈高。(5)其它條件：土壤鹽濃度低于0.2%，無(wú)重金屬污染等。第29頁(yè)/共115頁(yè)第三節(jié)土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì)第30頁(yè)/共115頁(yè)一、土壤腐殖質(zhì)形成（一）腐殖化作用(humification)腐殖質(zhì)(humus)：土壤腐殖質(zhì)是土壤中一類性質(zhì)穩(wěn)定，成分、結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的高分子化合物。腐殖化作用(humification)：進(jìn)入土壤中的有機(jī)質(zhì)又重新合成腐殖質(zhì)的過(guò)程。腐殖化過(guò)程也就是有機(jī)碳從一種有機(jī)碳形式轉(zhuǎn)化為另一種有機(jī)碳形式，也叫有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)。它是一種極端復(fù)雜的生物過(guò)程。第31頁(yè)/共115頁(yè)土壤腐殖質(zhì)形成途徑第32頁(yè)/共115頁(yè)（二）土壤腐殖化過(guò)程---腐殖質(zhì)的形成過(guò)程（假說(shuō)階段）腐殖化過(guò)程是以微生物為主導(dǎo)的生物和生化過(guò)程，還有一些純化學(xué)過(guò)程。有機(jī)質(zhì)的形成分為兩個(gè)階段：第33頁(yè)/共115頁(yè)第一階段：分解階段：有機(jī)殘?bào)w降解產(chǎn)生產(chǎn)生了合成腐殖質(zhì)原始材料：（1）芳香核：主要由木質(zhì)素降解所產(chǎn)生。酚類氧化成醌所產(chǎn)生。（2）支鏈化合物：一些含氮的有機(jī)化合物，如氨基酸、肽類等。第二階段：合成階段：將分解轉(zhuǎn)化的基本材料在微生物作用下經(jīng)過(guò)縮合和聚合合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的腐殖質(zhì)。多元酚理論（較為盛行）第34頁(yè)/共115頁(yè)第35頁(yè)/共115頁(yè)（三）腐殖化系數(shù)（humificationcoecient）：?jiǎn)挝恢亓康挠袡C(jī)碳在土壤中分解一年后殘留的碳量。與有機(jī)殘?bào)w的木質(zhì)素含量呈正相關(guān)。土壤腐殖物質(zhì)分解速率小，周轉(zhuǎn)速度慢（年周轉(zhuǎn)量為1.1%），從而能較長(zhǎng)時(shí)間維持土壤有機(jī)質(zhì)水平。富里酸（Fulvicacid）的C14年齡0～500年；胡敏酸（Humicacid）的C14年齡1000～2500年；胡敏素（Humin）平均C14年齡在1000年以上。第36頁(yè)/共115頁(yè)二、土壤腐殖質(zhì)-粘土礦物復(fù)合體游離態(tài)很少結(jié)合態(tài)占絕大多數(shù)腐殖質(zhì)有機(jī)質(zhì)與粘粒礦物和陽(yáng)離子結(jié)合，形成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體；

52-98%的土壤有機(jī)質(zhì)集中在粘粒部分。第37頁(yè)/共115頁(yè)粘土礦物-腐殖質(zhì)復(fù)合體第38頁(yè)/共115頁(yè)土壤用稀堿（NaOH）去除了動(dòng)植物殘?bào)w細(xì)土樣溶液（腐殖酸）Humicacids黑色殘余物黑腐素（胡敏素）humin酸化（HCl）黃色溶液（黃腐酸、富啡酸富里酸）Fulvicacid，F(xiàn)A褐色沉淀褐腐酸胡敏酸

humicacid，HA用乙醇溶解溶解吉瑪多美朗酸堿溶后加電解質(zhì)NaCL沉淀灰色腐殖酸溶液棕色腐殖酸水浮選、手挑、靜電吸附或采用比重1.8或2.0重液浮選（輕組）三、土壤腐殖酸的分組第39頁(yè)/共115頁(yè)四、土壤腐殖酸的性質(zhì)1.物理性質(zhì)(physicalproperty)

(1)分子量、形狀、顏色A、分子量：很大，幾至幾百萬(wàn)。分子量大小與單體和聚合度有關(guān)。Humin>HA>FA。B、形狀：短棒形，疏松多孔，似海棉；比表面積遠(yuǎn)比粘土礦物和金屬氧化物的大。C、顏色：分子量愈大，顏色愈深（HA分子量大，褐色；FA分子量小，呈淡黃色）第40頁(yè)/共115頁(yè)A、溶解性(dissolution)FA:水（呈強(qiáng)酸性反應(yīng)）、酸、堿都可溶（它的一切鹽類都能溶于水）；

HA:水和酸不溶，堿可溶（一價(jià)金屬離子的鹽類易溶于水，兩價(jià)離子的鹽類難溶于水，三價(jià)離子的鹽類不溶于水）；

humin:水、酸、堿都不溶。(2)溶解性與吸水性B、吸水性

親水膠體，吸水能力是硅酸鹽粘土礦物的4-5倍，最大吸水量可達(dá)其重量的500%。第41頁(yè)/共115頁(yè)2.化學(xué)性質(zhì)(chemicalproperty)(1)元素組成(elementarycomposition)C、H、O、N、P、S為主，及少量Ca、Mg、Fe、Si等灰分。含C量為55～60%，平均58%，100/58＝1.724（實(shí)驗(yàn)測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)，測(cè)出含C量后×1.724即得土壤有機(jī)質(zhì)含量．OM%＝C%×1.724）

C:N:P:S＝100:10:1:1～120:10:1:1(C/N為10:1～12:1)第42頁(yè)/共115頁(yè)(2)功能團(tuán)(functionalgroup)

含有羧基、醇羥基、羰基、醇基、氨基及酚羥基等多種功能團(tuán)功能團(tuán)的解離導(dǎo)致腐殖酸帶電。如：

R－COOH

R－COO－＋H＋

R－OHR－O－＋H＋腐殖酸總酸度：羧基和酚羥基的總量?？偹岫仍酱?，分子活性越強(qiáng)。一般較高的總酸度意味著有較高的陽(yáng)離子交換量和絡(luò)合容量。第43頁(yè)/共115頁(yè)

(3)帶電性由于含多種官能團(tuán)，官能團(tuán)發(fā)生解離，在一般土壤pH條件下帶負(fù)電荷，從而可吸附其它陽(yáng)離子（有機(jī)質(zhì)保肥性的機(jī)制所在）。腐殖酸的陽(yáng)離子吸附量500～1200cmol(+)/kg，遠(yuǎn)高于硅酸鹽粘土礦物。

(4)腐殖酸具弱酸特征能緩沖酸、堿；與Ca2+、Fe3+、Al3+及鐵、鋁氧化物絡(luò)合（螯合）形成復(fù)合體。第44頁(yè)/共115頁(yè)3.分子結(jié)構(gòu)特征(characterofmolecularstructure)

由脂肪族和芳香族結(jié)構(gòu)組成分聚合而成的，分子結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的有機(jī)高分子化合物。單體中有芳核結(jié)構(gòu)物質(zhì)，芳核上有多種取代基。4.腐殖酸的絡(luò)合性絡(luò)合物的穩(wěn)定性隨pH值的升高而增大。在Ph4.8時(shí)能與Fe、Al、Ca等離子形成可溶性絡(luò)合物，但在中性或堿性條件下會(huì)產(chǎn)生沉淀。第45頁(yè)/共115頁(yè)5.腐殖質(zhì)的穩(wěn)定性與變異性（1）穩(wěn)定性在溫帶條件下，一般植物殘?bào)w的半分解周期少于3個(gè)月，植物殘?bào)w形成的新的有機(jī)質(zhì)的半分解期為4.7-9年，而胡敏酸的平均停留時(shí)間為780-3000年，富里酸的平均停留為200-630年。第46頁(yè)/共115頁(yè)（2）腐殖質(zhì)的變異性

HA/FA值***：表示胡敏酸與富里酸含量的比值。是表示土壤腐殖質(zhì)成份變異的指標(biāo)之一。一般我國(guó)北方的土壤，特別干旱區(qū)與半干旱區(qū)的土壤腐殖質(zhì)以胡敏酸為主，HA/FA比大于1.0

而在溫暖潮濕的南方的酸性土壤中，土壤中以富里酸為主，HA/FA比一般小于1.

在同一地區(qū)，水稻土的腐殖質(zhì)的HA/FA比大于旱地。在同一地區(qū)，熟化程度高的土壤的HA/FA比較高。第47頁(yè)/共115頁(yè)第四節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理（一）提供植物養(yǎng)分有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分完全，是植物吸收C、N、P、S和微量元素的主要來(lái)源，且肥效穩(wěn)而持久。土壤每年釋放的CO2達(dá)1.35×1011噸，相當(dāng)于陸地植物的需要量；植物所需養(yǎng)分中N95%以上，P20-50%，S38-94%是由有機(jī)質(zhì)分解供給的——促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)礦質(zhì)化。其他營(yíng)養(yǎng)：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等營(yíng)養(yǎng)元素。一、土壤有機(jī)質(zhì)在土壤肥力方面的作用第48頁(yè)/共115頁(yè)（二）促進(jìn)養(yǎng)分有效化(effectuation)

OM礦質(zhì)化和腐殖化過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸和腐殖酸，增加土壤中礦質(zhì)養(yǎng)分的溶解度；有機(jī)酸和富啡酸絡(luò)合某些金屬離子（如Fe），使其保留于土壤溶液中不致沉淀，而提高其有效度。同時(shí)減少金屬離子對(duì)P的固定，提高P的有效性。通過(guò)絡(luò)合，減輕強(qiáng)酸性土的鐵、鋁毒害。第49頁(yè)/共115頁(yè)（三）改善土壤肥力特性1、物理性質(zhì)：①促進(jìn)良好結(jié)構(gòu)體形成(膠結(jié)劑---胡敏酸—多糖）②降低土壤粘性、粘著性、脹縮性和可塑性，改善土壤耕性；③降低土壤砂性，提高保蓄性；④促進(jìn)土壤升溫。機(jī)理如下

1.進(jìn)入土壤的植物組織，每千克干物質(zhì)大約有16.7452~20.9320KJ的熱。含有機(jī)4%土壤每英畝耕層土壤有機(jī)物質(zhì)潛能為6.28×109~6.9888×109KJ;相當(dāng)于20~50噸無(wú)煙煤熱量。（土壤參與了能量的傳遞）應(yīng)用實(shí)例：保護(hù)地蔬菜育秧和越冬2.腐殖質(zhì)黑色有利于吸熱增溫3.導(dǎo)熱性較大第50頁(yè)/共115頁(yè)2、化學(xué)性質(zhì)（1）影響土壤的表面性質(zhì)（2）影響土壤的電荷性質(zhì)–可變電荷（3）影響土壤保肥性（4）影響土壤的絡(luò)合性質(zhì)（5）影響土壤緩沖性（弱酸和弱酸鹽）第51頁(yè)/共115頁(yè)3、生物性質(zhì)（1）影響根系的生長(zhǎng)（2）影響植物的抗旱性(增強(qiáng)了細(xì)胞滲透性和刺激根系下扎）（3）影響植物的物質(zhì)合成與運(yùn)輸（4）藥用作用。不良作用：有機(jī)物質(zhì)分解的中間產(chǎn)物如各種有機(jī)酸的毒害問(wèn)題應(yīng)當(dāng)注意第52頁(yè)/共115頁(yè)二、有機(jī)質(zhì)在生態(tài)環(huán)境上的作用（一）有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬污染的影響

(1)絡(luò)合作用形成不溶性的螯合物，阻滯其在土壤中的遷移和向水體轉(zhuǎn)移，減輕重金屬(heavy

metal)污染。例如，胡敏酸對(duì)金屬離子的鍵合總?cè)萘繛?00～600μmol/g。

(2)腐殖酸通過(guò)絡(luò)合和還原作用影響重金屬離子的存在形態(tài)。胡敏酸將有毒的Cr6+還原為Cr3+

，并與之形成穩(wěn)定的螯合物而限制動(dòng)植物對(duì)其吸收。

(3)腐殖酸對(duì)礦物有一定溶解作用。第53頁(yè)/共115頁(yè)（二）有機(jī)質(zhì)對(duì)農(nóng)藥等有機(jī)污染物的固定作用腐殖質(zhì)中的腐殖酸可溶解、吸附農(nóng)藥，如DDT易溶于HA；富啡酸能增加農(nóng)藥從土壤向地下水的遷移。從而降低或消除農(nóng)藥的殘留及毒害(toxicityofpesticideresidue)第54頁(yè)/共115頁(yè)（三）土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)全球碳平衡的影響土壤有機(jī)質(zhì)是全球碳平衡的重要碳庫(kù)。全球土壤有機(jī)質(zhì)的總碳量大約是陸地生物總碳量的2.5～3倍。每年土壤有機(jī)質(zhì)生物分解（呼吸作用）向大氣釋放CO2的總碳量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于焚燒燃料釋放的碳量。土壤有機(jī)質(zhì)水平的不斷下降，對(duì)全球氣候變化的影響將不亞于人類活動(dòng)向大氣排放CO2的影響。

（四）對(duì)環(huán)境不良影響還原氣體的產(chǎn)生CH4、H2S等第55頁(yè)/共115頁(yè)第56頁(yè)/共115頁(yè)一個(gè)碳原子的旅程據(jù)Garrels等（1975)計(jì)算：在大氣圈中停留4年；在生物圈中停留11年；在海洋上層水域停留385年；在深海中停留10萬(wàn)年；在地殼中停留3.42×108第57頁(yè)/共115頁(yè)三、土壤有機(jī)質(zhì)的管理土壤有機(jī)質(zhì)（碳）的動(dòng)態(tài)平衡土壤有機(jī)質(zhì)含量并非可以無(wú)限提高，在穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。第58頁(yè)/共115頁(yè)$$如何提高土壤有機(jī)質(zhì)含量？

1、堅(jiān)持兩個(gè)原則平衡原則經(jīng)濟(jì)原則

2.提高有機(jī)質(zhì)含量的措施（1)合理耕作制度（退化或熟化）

合理的耕作制度可促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高并維持較高的水平。第59頁(yè)/共115頁(yè)主要的有機(jī)肥源包括：

綠肥、糞肥、廄肥、堆肥、漚肥、餅肥、蠶沙、魚肥、河泥、塘泥、

有機(jī)、無(wú)機(jī)肥料配合施用（2）施用有機(jī)肥（3）種植綠肥田菁紫云英紫花苜蓿等

休閑綠肥、套作綠肥養(yǎng)用結(jié)合：因地制宜、充分用地、積極養(yǎng)地、養(yǎng)用結(jié)合第60頁(yè)/共115頁(yè)（4）秸稈還田要注意秸稈的C/N比、破碎度、埋壓深度以及土壤墑情、播種期遠(yuǎn)近、化肥施用量等第61頁(yè)/共115頁(yè)第62頁(yè)/共115頁(yè)第63頁(yè)/共115頁(yè)第64頁(yè)/共115頁(yè)(一)基本概念(二）問(wèn)答題1.土壤有機(jī)質(zhì)2.土壤腐殖質(zhì)、腐殖酸3.礦化作用4.腐殖化作用7.腐殖化系數(shù)8.C/N1.什么叫土壤有機(jī)質(zhì)?包括哪些形態(tài)?其中哪種最重要?2.增加土壤有機(jī)質(zhì)的方法有哪些?你認(rèn)為最有效是哪種?3.敘述土壤有機(jī)質(zhì)在土壤肥力上的意義和作用?4.水田的腐殖質(zhì)含量一般比旱地高?為什么?5.影響土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的條件是什么?其中最主要的條件是哪一種?為什么?6,C/N意義第65頁(yè)/共115頁(yè)重點(diǎn)掌握

掌握土壤有機(jī)質(zhì)與土壤腐殖質(zhì)概念，二者有何異同。

掌握碳水化合物、含N化合物的轉(zhuǎn)化過(guò)程及產(chǎn)物，重點(diǎn)掌握影響轉(zhuǎn)化因素中的C/N的詳細(xì)內(nèi)容和基本原理。

掌握土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤肥力、農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)以及環(huán)境保護(hù)所產(chǎn)生的影響。了解提高土壤有機(jī)質(zhì)的原則和途徑，以及為什么一再?gòu)?qiáng)調(diào)增施有機(jī)肥，以培肥土壤的科學(xué)道理。第66頁(yè)/共115頁(yè)第五節(jié)土壤生物(SoilOrganism)微生物微生物與植物的共生體原生動(dòng)物大型動(dòng)物土壤生物的種類第67頁(yè)/共115頁(yè)一、土壤微生物

土壤微生物(soilmicroorganisms)是指生活在土壤中借用光學(xué)顯微鏡才能看到的微小生物。

土壤微生物參與土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程，在土壤形成和發(fā)育、土壤肥力演變、養(yǎng)分有效化和有毒物質(zhì)降解等方面起著重要作用。1324圖1：古細(xì)菌（產(chǎn)甲烷菌）

圖2：細(xì)菌（金黃色葡萄球菌）

圖3：真菌（青霉菌）

圖4：病毒（T4噬菌體）第68頁(yè)/共115頁(yè)（一）土壤微生物種群的類型節(jié)桿菌屬（Arthrobacter）芽孢桿菌屬（Bacillus）假單胞菌屬（Pseudomonas）土壤桿菌屬（Agrobacterium）產(chǎn)堿桿菌屬（Alcaligenes）黃桿菌屬（Flavobacterium）1.原核微生物(procaryotes)(1)古細(xì)菌(archaea)(2)細(xì)菌(bacteria)第69頁(yè)/共115頁(yè)(3)放線菌(actinomyces)(4)藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacterium）是光合微生物，行光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)，過(guò)去稱為藍(lán)（綠）藻，由于原核特征現(xiàn)改稱為藍(lán)細(xì)菌，與真核藻類區(qū)分開來(lái)。(5)粘細(xì)菌(myxomycota)第70頁(yè)/共115頁(yè)土壤細(xì)菌

土壤細(xì)菌是一類單細(xì)胞、無(wú)完整細(xì)胞核的生物。它占土壤微生物總數(shù)的70%-90%。

細(xì)菌的基本形態(tài)有：球狀、桿狀和螺旋狀。

土壤細(xì)菌常見屬有：節(jié)桿菌屬、芽孢桿菌屬、假單胞菌屬、土壤桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬和黃桿菌屬。第71頁(yè)/共115頁(yè)土壤中的細(xì)菌生理群：纖維分解細(xì)菌好氣纖維分解細(xì)菌

主要有生孢噬纖維菌屬、噬纖維菌屬、多囊菌屬和鐮狀纖維菌屬（要求最適溫度為22-30℃，通氣良好）

嫌氣纖維分解細(xì)菌

主要是好熱性嫌氣纖維分解芽孢細(xì)菌，包括熱纖梭菌、溶解梭菌及高溫溶解梭菌等。好熱性纖維分解菌活動(dòng)適宜溫度達(dá)60-65℃，最高活動(dòng)溫度可達(dá)80℃。

生態(tài)習(xí)性：纖維分解細(xì)菌適宜中性至微堿性環(huán)境，在酸性土壤中纖維素分解菌活性明顯減弱；纖維分解細(xì)菌的活動(dòng)也受到分解物料C/N的影響。C/N第72頁(yè)/共115頁(yè)固氮細(xì)菌自生固氮細(xì)菌共生固氮細(xì)菌

自生固氮細(xì)菌是指獨(dú)自生活時(shí)能將分子態(tài)氮還原成氨，并營(yíng)養(yǎng)自給的細(xì)菌類群。

主要有好氣性、嫌氣性和兼性三種。

共生固氮細(xì)菌是指兩種生物相互依存生活在一起時(shí)，由固氮微生物進(jìn)行固氮的作用。

固氮菌根瘤菌與豆科植物的共生固氮作用最為重要。

第73頁(yè)/共115頁(yè)

根瘤菌是指與豆科植物共生，形成根瘤，能固定大氣中分子態(tài)氮，向植物提供氮營(yíng)養(yǎng)的一類桿狀細(xì)菌。根瘤根瘤菌

根瘤菌與豆科植物形成根瘤可分為兩個(gè)階段：侵染土壤階段根瘤形成階段第74頁(yè)/共115頁(yè)氨化細(xì)菌微生物分解含氮有機(jī)化合物釋放氨的過(guò)程稱為氨化過(guò)程含氮有機(jī)化合物多肽、氨基酸等簡(jiǎn)單含氮化合物NH3生態(tài)習(xí)性：最適土壤含水量為田間持水量的50%~75%；最適溫度為25~35℃；適宜pH為中性環(huán)境。

物料C/N比對(duì)氨化細(xì)菌活動(dòng)強(qiáng)度和氨化過(guò)程的影響第75頁(yè)/共115頁(yè)硝化細(xì)菌微生物氧化氨為硝酸并從中獲得能量的過(guò)程稱為硝化過(guò)程生態(tài)習(xí)性：屬化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型，適宜在pH6.6~8.8或更高的范圍內(nèi)生活；好氣性細(xì)菌；最適溫度為30℃。NH3亞硝酸亞硝酸細(xì)菌硝酸硝酸細(xì)菌參與硝化過(guò)程的土壤微生物為硝化細(xì)菌第76頁(yè)/共115頁(yè)反硝化細(xì)菌微生物將硝酸鹽還原為還原態(tài)含氮化合物或分子態(tài)氮的過(guò)程稱反硝化過(guò)程

生態(tài)習(xí)性：最適pH值為6~8；最適溫度為25℃。由微生物推動(dòng)的氮素循環(huán)第77頁(yè)/共115頁(yè)2.真核微生物(eukaryoticmicroorganisms)真菌(eumycota)藻類(alga)地衣(lichens)3.非細(xì)胞型生物即分子生物—病毒(virus)第78頁(yè)/共115頁(yè)土壤真菌土壤真菌：是指生活在土壤中菌體多呈分枝絲狀菌絲體，少數(shù)菌絲不發(fā)達(dá)或缺乏菌絲的具真正細(xì)胞核的一類微生物。

生態(tài)習(xí)性：適宜酸性；好氣性微生物；化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型。作用：是土壤中糖類、纖維類、果膠和木質(zhì)素等含碳物質(zhì)分解的積極參與者。主要的土壤真菌：分布最廣的是青霉屬、曲霉屬、木霉屬、鐮刀菌屬、毛霉屬和根霉屬。第79頁(yè)/共115頁(yè)土壤藻類土壤藻類是指土壤中的一類單細(xì)胞或多細(xì)胞、含有各種色素的低等植物。蘇州市河道里的藍(lán)藻巢湖里的藍(lán)藻第80頁(yè)/共115頁(yè)藻類是含葉綠素的低等植物，有些能進(jìn)行光合作用，自身合成有機(jī)質(zhì)，它們主要生活在土壤表層。地表藻類能夠和土壤顆粒粘結(jié)在一起，增加土壤表面的強(qiáng)度，可使土壤侵蝕明顯減輕。另外藍(lán)綠藻可固定N素。第81頁(yè)/共115頁(yè)土壤中的藻類主要是綠藻和硅藻。土壤藻類是土壤生物的先行者，可通過(guò)光能自養(yǎng)的能力。成為土壤上最先有機(jī)物質(zhì)制造者之一?；牡睾透稍锏纳衬寥乐械母迟|(zhì)多來(lái)自土壤藻類。根據(jù)藻類的生長(zhǎng)狀況，可判斷出土壤的肥力狀況和性質(zhì)。第82頁(yè)/共115頁(yè)

地衣(lichen)是真菌和藻類形成的不可分離的共生體。地衣廣泛分布在荒涼的巖石、土壤和其他物體表面，地衣通常是裸露巖石和土壤母質(zhì)的最早定居者。地衣第83頁(yè)/共115頁(yè)（二）土壤微生物的營(yíng)養(yǎng)類型根據(jù)微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)和能源的要求，一般可將其分為四大類型：化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(chemoorganotrophy)化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(chemolithotrophy)光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(photoorganotrophy)光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(photolithotrophy)化能異養(yǎng)型，所需能量和碳源直接來(lái)自土壤有機(jī)物質(zhì)?；茏责B(yǎng)型，無(wú)需現(xiàn)成的有機(jī)物質(zhì)，能直接利用空氣中的二氧化碳或無(wú)機(jī)鹽類生存的細(xì)菌。光能異養(yǎng)型，其能源來(lái)自光，但需要有機(jī)化合物作為供氫體以還原二氧化碳，并合成細(xì)胞物質(zhì)。光能自養(yǎng)型，利用光能進(jìn)行光合作用，以無(wú)機(jī)物作氫供體以還原二氧化碳合成細(xì)胞物質(zhì)。第84頁(yè)/共115頁(yè)(三)土壤微生物呼吸類型根據(jù)土壤微生物對(duì)氧氣要求的不同，可分為：好氧微生物有氧呼吸

在有氧環(huán)境中生長(zhǎng)，以氧分子為呼吸基質(zhì)氧化時(shí)的最終電子受體

兼性微生物兼氧呼吸在有氧和無(wú)氧環(huán)境中均能進(jìn)行呼吸的土壤微生物（酵母菌、大腸桿菌）厭氧微生物無(wú)氧呼吸

在嫌氣條件下進(jìn)行無(wú)氧呼吸，以無(wú)機(jī)氧化物（NO3-、SO42-、CO2）作為最終電子受體，通過(guò)脫氧酶將氫傳遞給其它的有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物，并使之還原第85頁(yè)/共115頁(yè)（四）影響土壤微生物活性的環(huán)境因素溫度是影響微生物生長(zhǎng)和代謝最重要的環(huán)境因素。微生物生長(zhǎng)需要一定的溫度，溫度超出最低和最高限度時(shí)，即停止生長(zhǎng)或死亡。最適溫度、最高限、最低限中溫型、高溫型、低溫型1.溫度第86頁(yè)/共115頁(yè)水是微生物細(xì)胞生命活動(dòng)的基本條件之一。水分對(duì)微生物的影響不僅決定它的含量，更重要決定水的有效性。水分的微生物有效性，用水的活度（a）表示。2.水分及其有效性第87頁(yè)/共115頁(yè)酸堿度（pH值）對(duì)微生物生命活動(dòng)有很大影響。每種微生物都有其最適宜的pH值和一定的pH值適應(yīng)范圍。大多數(shù)細(xì)菌、藻類和原生動(dòng)物的最適宜的pH值為6.5-7.5，在pH4.0-10.0也可以生長(zhǎng)。嗜酸菌、嗜堿菌3.pH第88頁(yè)/共115頁(yè)通氣狀況或氧化還原電位（Eh值）的高低對(duì)微生物生長(zhǎng)有一定影響。因此，結(jié)構(gòu)良好、通氣的旱作土壤中有較豐富的好氧性微生物生長(zhǎng)發(fā)育。4.氧氣和Eh值第89頁(yè)/共115頁(yè)土壤中微生物按照來(lái)源不同可分為：土居性(土生土長(zhǎng)的)和客居性(外來(lái)的)兩種類型。土居性微生物(edaphon)由于長(zhǎng)期生活在土壤中，對(duì)土壤環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)性，當(dāng)土壤環(huán)境變惡劣時(shí)，能存活下來(lái)，環(huán)境好轉(zhuǎn)時(shí)又重新繁殖。5.生物因素第90頁(yè)/共115頁(yè)6.土壤管理措施

常規(guī)耕作、覆蓋減耕和免耕(zerotillage)等耕作措施對(duì)土壤微生物的影響程度是不同的。a土壤耕作(soiltillage)

大田施用的除草劑(herbicide)和葉面殺蟲劑(insecticide)的劑量很少會(huì)使土壤達(dá)到足以直接傷害土壤微生物。b殺生劑和其他化學(xué)制劑(chemicals)第91頁(yè)/共115頁(yè)二、植物根系及其與微生物的聯(lián)合植物根系通過(guò)根表細(xì)胞或組織脫落物、根系分泌物向土壤輸送有機(jī)物質(zhì)，這些有機(jī)物質(zhì)：

一方面對(duì)土壤養(yǎng)分循環(huán)、土壤腐殖質(zhì)的積累和土壤結(jié)構(gòu)的改良起著重要作用；

另一方面作為微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，大大刺激了根系周圍土壤微生物的生長(zhǎng)，使根周圍土壤微生物數(shù)量明顯增加。第92頁(yè)/共115頁(yè)植物根系的形態(tài)高等植物的根是生長(zhǎng)在地下的營(yíng)養(yǎng)器官，單株植物全部根的總稱為根系。林木根系有不同形態(tài)，概括起來(lái)可將其分成五種類型：

垂直狀根系輻射狀根系扁平狀根系串聯(lián)狀根系須狀根系第93頁(yè)/共115頁(yè)根際與根際效應(yīng)根際(rhizosphere)是指植物根系直接影響的土壤范圍。通常把根際范圍分成根際與根面二個(gè)區(qū)，受根系影響最為顯著的區(qū)域是距活性根1-4毫米的土壤和根表面及共其粘附的土壤（也稱根面）。采集根際土壤常用的方法：將植物連根帶土挖掘出來(lái)，抖掉根上的大土塊，將緊貼于根上的薄層土壤剝或洗下來(lái)。重點(diǎn)掌握第94頁(yè)/共115頁(yè)根際效應(yīng)(rhizosphereeffect)：由于植物根系的細(xì)胞組織脫落物和根系分泌物為根際微生物提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)和能量，因此，在植物根際的微生物數(shù)量和活性常高于根外土壤，這種現(xiàn)象稱為根際效應(yīng)。

根際微生物(rhizospheremicroorganisms)：根際微生物是指植物根系直接影響范圍內(nèi)的土壤微生物。

數(shù)量：總的來(lái)說(shuō)，根際微生物數(shù)量多于根外類群：由于受到根系的選擇性影響，根際微生物種類通常要比根外少什么是根際效應(yīng)？根系生命活動(dòng)產(chǎn)生根與根之間相互作用根與微生物間相互作用第95頁(yè)/共115頁(yè)左：供NH4+使根際pH降低，供NO3-使根際pH升高右：三葉草固N(yùn)時(shí)根際pH發(fā)生變化第96頁(yè)/共115頁(yè)缺鐵第97頁(yè)/共115頁(yè)根的還原作用使根際Mn變?yōu)榈蛢r(jià)（白色）水稻根際Eh升高，F(xiàn)e被氧化為紅色(銹紋銹斑)第98頁(yè)/共115頁(yè)根系分隔根系交叉0.5mmolNO3-/L第99頁(yè)/共115頁(yè)根系交叉根系分隔第100頁(yè)/共115頁(yè)Cortr.+VAM+Rhiz+VAM+Rhiz根/冠

1.671.751.721.07根瘤量固氮酶活性第101頁(yè)/共115頁(yè)

對(duì)照VAM固氮細(xì)菌

VAM真菌＋固氮細(xì)菌

5628276851217引自：S.MohamdesPlant80:198,295-297,1987單獨(dú)和雙接種VAM真菌和固氮細(xì)菌對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響（田間試驗(yàn)）處理葉面積(cm2)莖葉干重(g/株)莖葉含氮量

(%)莖葉含磷量

(%)產(chǎn)量(g/小區(qū))6.49.1410.512.22.82.983.563.560.310.350.310.37

9894115381091111775VAM:Glomasfasiculatum固氮菌：Azobactervinelandij第102頁(yè)/共115頁(yè)菌根菌根(mycorrhiz