土壤生物和土壤有機質(zhì)課件

第三章土壤生物和土壤有機質(zhì)主要教學目標：1、土壤生物有哪些種類，它們起什么作用？2、什么是土壤有機質(zhì)？3、土壤有機質(zhì)如何轉化？轉化形成的產(chǎn)物是什么？4、土壤有機質(zhì)在園林生產(chǎn)有哪些作用？5、如何改良土壤的生物學性質(zhì)？第三章土壤生物和土壤有機質(zhì)第一節(jié)土壤生物和生物學現(xiàn)象第二節(jié)土壤有機質(zhì)來源、類型、及組成第三節(jié)土壤有機質(zhì)的礦質(zhì)化過程第四節(jié)土壤有機質(zhì)的腐殖質(zhì)化過程第五節(jié)土壤有機質(zhì)的作用與調(diào)節(jié)思考題：一、名詞解釋：1、土壤有機質(zhì)礦質(zhì)化過程；2、土壤有機質(zhì)腐殖化過程；3、氨化作用；4、硝化作用；5、反硝化作用；6、根際效應二、什么是土壤腐殖質(zhì)，主要物質(zhì)成分是什么，是如何形成的？三、土壤細菌有哪些生理類群？它們在土壤中的功能是什么？四、土壤有機質(zhì)有哪些作用？2、根系類型水平根型：水平根占優(yōu)勢；垂直根型：垂直根發(fā)達；斜生根型：主要為斜生根，如刺槐。復合根型：各類根的發(fā)育程度相近。變態(tài)根型：由外界特殊條件如人為的影響產(chǎn)生的。在容器中育苗所形成的根屬變態(tài)根型。二、土壤動物1、土壤動物的作用挖掘洞穴，利于空氣流通和水分滲入；粉碎動植物遺體，為微生物分解創(chuàng)造條件；增加土壤有機質(zhì)；使有機質(zhì)與礦質(zhì)土壤混合。2、蚯蚓的作用促進有機質(zhì)的腐殖質(zhì)化以及土壤結構體的形成。土壤中蚯蚓數(shù)量是評價土壤肥力高低的一個指標。三、土壤微生物特點：在土壤中數(shù)量高，繁殖快。作用：分解有機質(zhì)、合成腐殖質(zhì)，在土壤總的代謝活性中起重要的作用。1、細菌土壤細菌占土壤微生物總數(shù)的70~90%。個體小，代謝強，繁殖快，是土壤中最活躍的因素。（1）土壤細菌的常見屬主要為節(jié)桿菌屬（Arthrobacter)芽孢菌屬(Bacillus),產(chǎn)堿桿菌屬（Alcaligenes）假單胞菌屬(Pseudomonas)土壤桿菌屬(Agrobacterium)1、細菌1、細菌（3）根據(jù)營養(yǎng)方式分類分為自養(yǎng)和異氧細菌。自養(yǎng)型細菌：又叫無機營養(yǎng)型。利用氧化無機物產(chǎn)生的化學能或太陽能作為自身的能量，由空氣中攝取二氧化碳。作用：積累土壤有機質(zhì)和氧化無機物。幾種好氧化能自養(yǎng)菌1、細菌異養(yǎng)型：又叫有機營養(yǎng)型依靠分解有機物質(zhì)獲得能量和營養(yǎng)。在異養(yǎng)方式中分好氧和厭氧型。好氧型細菌：使有機質(zhì)徹底分解，釋放養(yǎng)分；有的可固定氮素。如固氮菌、根瘤菌、纖維分解細菌等。厭氧型細菌：分解有機質(zhì)，合成腐殖質(zhì)。如嫌氣固氮菌、嫌氣蛋白質(zhì)分解細菌等。2、真菌真菌屬異氧型微生物。土壤真菌的多少與土壤有機質(zhì)含量密切相關。根據(jù)真菌的營養(yǎng)過程將真菌分為三類：寄生真菌：引發(fā)植物的病害；腐生真菌：分解有機殘體；共生真菌：與植物體共生，也叫菌根菌。3、放線菌：屬單細胞微生物，在土壤中以菌絲體存在.大部分是腐生菌，少數(shù)是寄生菌。有的能與植物共生，固定大氣氮。分布：主要分布在土壤中。主要出現(xiàn)在分解的有機物上。3、放線菌：土壤中主要的放線菌優(yōu)勢屬:鏈霉菌屬（Actinomyces)諾卡氏菌屬(Nocardia)小單孢菌屬(Micromonospora)在放線菌中，有些具嗜熱性，能耐高溫（50～65℃），普遍存在于土壤、肥料及發(fā)熱的干草和堆肥中。4、藻類是含葉綠素的低等植物，有些能進行光合作用，自身合成有機質(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在一起，增加土壤表面的強度，可使土壤侵蝕明顯減輕。另外藍綠藻可固定N素。4、藻類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，可通過光能自養(yǎng)的能力。成為土壤上最先有機物質(zhì)制造者之一?；牡睾透稍锏纳衬寥乐械母迟|(zhì)多來自土壤藻類。根據(jù)藻類的生長狀況，可判斷出土壤的肥力狀況和性質(zhì)。四、幾種重要的土壤生物學現(xiàn)象在根際土壤中，根系除直接吸收養(yǎng)分外，還將各種有機和無機物釋放到這部分土壤中，如碳水化合物、氨基酸等、腐殖酸等，使得根際土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)比根外土壤豐富。根際土壤的營養(yǎng)物增加，使根際土壤的微生物大量繁殖，這種現(xiàn)象稱為根際效應。常用R/S來表示。

2、生物固氮豆科植物（三葉草、草木樨、紫花苜蓿）300——600千克/公頃.年。非豆科（赤楊屬、楊梅屬、仙人掌屬）的固氮為：50——400千克/公頃.年。生產(chǎn)應用：在綠地建植中，要適當培植一些共生固氮植物，適當進行根瘤菌接種。根瘤菌要求土壤環(huán)境為中性，磷、鎂、鉬、錳含量較高的土壤。3、共生真菌有些真菌能在一些根上發(fā)育，共同發(fā)育成菌根?，F(xiàn)已查明有2000種植物與真菌共生形成菌根。根據(jù)菌根與植物根結合的緊密程度，可分為周邊營養(yǎng)型菌根：菌絲深入土壤和根部的周圍，但不進入根內(nèi)。外生菌根：深入根內(nèi)，但只到細胞之間，不進入根細胞內(nèi)部。內(nèi)生菌根：菌絲穿入根細胞內(nèi)。3、共生真菌松柏科、樺木科、殼斗科、楊柳科、胡桃科等許多森林喬木的根上都生有外生菌根，大豆、玉米、棉花、馬鈴薯、胡蘿卜等生有內(nèi)生菌根。內(nèi)生菌根中最重要的是泡囊—分枝狀菌根（VA菌根），屬真菌類，是目前微生物肥料中研究的熱點。3、菌根菌根可擴大根的吸收面，提高根的吸收能力，增加根系對水分及養(yǎng)分的吸收。另外，有些菌根還能產(chǎn)生抗生素，保護幼根免受寄生物的入侵。菌根菌需要從根系中吸取營養(yǎng)，才能生存。菌根現(xiàn)象十分普遍，且沒有嚴格的專一性，同種植物可被多種菌根菌感染，同一種菌根菌也可以感染多種植物，對植物的生長環(huán)境有利，同時使用菌劑方便。3、菌根有許多樹木的生長，必須有菌根菌的存在，才能良好地生長。海南島的南亞松，在無菌根菌的荒地上，苗木常常死亡。在園林生產(chǎn)中，對不良的土壤，使幼苗感染或接種菌根菌是非常必要的。方法：客土或施用微生物肥料。菌根菌要求的土壤環(huán)境：pH在5左右，土壤結構和通氣性能良好，土壤水分適中。五、土壤生物學性質(zhì)的改良對于園林土壤來講，不良的生物學性質(zhì)，包括生物活性(微生物所進行的各種生理活動能力）低下以及有害生物過多兩種情況。生物活性低的原因，主要是有機質(zhì)和礦質(zhì)營養(yǎng)缺乏，另外還與土壤物理性質(zhì)不良有關。改良的關鍵：增加有機質(zhì)含量，另外使土壤疏松、良好的水氣熱狀況也是必要的。另外，接種有益的微生物或施用微生物肥料。土壤有害生物多，可引起嚴重的病蟲害。

土壤消毒方法：進行土壤消毒：對于綠地，在播種或移栽前要對土壤進行消毒，可殺滅有害的病原微生物、害蟲和雜草種子。對于溫室大棚。需年年消毒。如何消毒：高溫消毒和藥物消毒。在土壤中埋設導管，將土壤密封好，通如熱的蒸汽，溫度在80—100度時。10分鐘可完成消毒。藥物：福爾馬林、溴甲烷、硫酰氟、硫酸亞鐵等。第二節(jié)土壤有機質(zhì)的來源、組成和類型一、什么是有機質(zhì)廣義：包括一切生物體極其分解或合成的各種產(chǎn)物。狹義：通過微生物轉化合成的有機物質(zhì)即腐殖質(zhì)。二、來源最重要的是高等植物的枯枝落葉、莖、根系、花果等殘體。三、有機質(zhì)的類型

廣義的土壤有機質(zhì)包括2大類：一是非特殊性有機質(zhì)——生物遺體及其分解的中間產(chǎn)物。二是特殊性有機質(zhì)——腐殖質(zhì)。四、非特殊性有機質(zhì)的化學成分1、單糖和有機酸；2、多糖類：淀粉、半纖維素、纖維素等3、蛋白質(zhì)；4、木質(zhì)素；5、單寧、脂肪、蠟質(zhì)、樹脂6、灰分物質(zhì)——植物體經(jīng)過灼燒后殘留的無機物，主要元素有Ca、Mg、K、Na、S、P、Fe等。第三節(jié)土壤有機質(zhì)的礦質(zhì)化一、土壤有機質(zhì)的轉化的兩個過程：土壤有機質(zhì)礦質(zhì)化過程和腐殖化過程。1、礦質(zhì)化過程的概念復雜的有機質(zhì)經(jīng)過微生物的分解作用，最終形成簡單的無機物質(zhì)如水、二氧化碳、硫酸鹽、硝酸鹽等。礦質(zhì)化過程和腐質(zhì)化過程是有機質(zhì)轉化的兩個方向，同時進行的。第三節(jié)土壤有機質(zhì)的礦質(zhì)化2、兩個過程同時進行

在溫度較高、濕度適中、通氣良好時，礦化過程快，養(yǎng)分釋放快。如過快，養(yǎng)分會損失，且腐殖質(zhì)形成過少，對養(yǎng)地不利。溫度低、濕度大、通氣不良，以嫌氣性微生物活動為主，養(yǎng)分釋放少，腐殖質(zhì)過程快。

二、土壤有機質(zhì)的礦質(zhì)化過程1、單糖的分解：在有氧條件下徹底分解，形成二氧化碳和水，在缺氧條件下，形成有機酸類的中間產(chǎn)物，并產(chǎn)生還原性的甲烷及氫氣等。2、纖維素的分解：首先分解為單糖，然后進一步分解。二、土壤有機質(zhì)的礦質(zhì)化過程3、含氮有機質(zhì)的分解：主要是蛋白質(zhì)的分解，是土壤氮素循環(huán)的主要過程。包括4個過程：（1）水解過程：蛋白質(zhì)在水解酶作用下分解成簡單的氨基酸；（2）氨化作用：在氨化細菌作用下，有機態(tài)氮變成無機態(tài)氮即氨或銨的過程。第三節(jié)土壤有機質(zhì)的礦質(zhì)化（3）硝化作用：氨在微生物作用下，經(jīng)過亞硝酸的中間階段，進一步氧化為硝酸。需在有氧條件下進行。（4）反硝化作用：在厭氣條件如水淹、有機質(zhì)含量過高情況下。硝態(tài)氮在反硝化細菌作用下，轉化為還原態(tài)氮如氨、NO、N2O、N2、HNO等。第三節(jié)土壤有機質(zhì)的礦質(zhì)化4、有機態(tài)P的分解：含磷的有機物在磷細菌的作用下，經(jīng)過水解過程形成磷酸（H3PO4）。在嫌氣條件下，許多微生物引起磷酸還原，產(chǎn)生亞磷酸或次磷酸。在有機質(zhì)豐富時，進一步還原為磷化氫。第三節(jié)土壤有機質(zhì)的礦質(zhì)化5、含S有機物的轉化與有機含氮化合物的轉化過程相似。含S有機物在腐解作用下產(chǎn)生的硫化氫，在通氣良好時，在硫細菌作用下氧化形成硫酸。硫酸在不良通氣條件下發(fā)生反硫化作用，形成硫化氫，對植物產(chǎn)生毒害。三、影響有機質(zhì)轉化的因素（一）有機殘體的組成狀況1、有機殘體的物理狀態(tài)：一般情況下，多汁幼嫩新鮮的綠肥易分解。2、有機殘體的化學成分。一般情況下，闊葉比針葉快；葉片比殘根快，豆科比禾本科快。3、有機殘體的碳氮比用C/N表示。微生物吸收1份氮，就要吸收5份碳用于構成自身細胞，同時要消耗16—20份碳作為生命活動的能量。微生物分解需有機質(zhì)的C/N為20—25：1。如有機殘體C/N小于20—25：1，微生物積極分解有機質(zhì)，如大于20—25：1，則微生物細胞合成受氮素限制，有機殘體分解較慢。（二）外界條件外界條件通過制約微生物的活動，而影響有機質(zhì)的轉化。1、最適溫度：20～30度。2、濕度和通氣狀況：在田間持水量的60%最好。3、土壤pH：細菌最適pH6.5—7.5，放線菌中性到為堿性，真菌酸性到中性條件。有機質(zhì)分解速度碳循環(huán)中碳素貯量第四節(jié)土壤有機質(zhì)的腐殖化過程1、腐殖化過程——是有機質(zhì)分解過程中的中間產(chǎn)物，在微生物的作用下，經(jīng)過生物化學過程，合成的一種暗色的含N的、穩(wěn)定的、復雜的高分子化合物（腐殖質(zhì)），是一種自然的形成物。合成產(chǎn)物是腐殖質(zhì)。殘留碳的組分分析2、腐殖質(zhì)的形成過程第一階段：產(chǎn)生腐殖質(zhì)分子的各個組成成分。如多元酚、氨基酸、多肽等有機物質(zhì)。第二階段：由多元酚和含氮化合物縮合成腐殖質(zhì)單體分子。此縮合過程包括兩步：首先是多元酚在多酚氧化酶作用下氧化為醌：然后醌和含氮化合物（氨基酸）縮合，最后腐殖質(zhì)單體分子繼續(xù)縮合成高級腐殖質(zhì)分子。第四節(jié)土壤有機質(zhì)的腐殖化過程3、土壤腐殖質(zhì)的基本性質(zhì)土壤腐殖質(zhì)是比較復雜的高分子含氮高分子化合物；腐殖質(zhì)分子結構含有芳香族核（多元酚）和雜環(huán)態(tài)的氮；有能與外界進行反映的官能團（羧基、甲氧基酚羥基等）；主要的組成元素有碳、氧、氫、氮、硫等，其中碳的含量為58%。胡敏酸結構富里酸結構第四節(jié)土壤有機質(zhì)的腐殖化過程4、土壤腐殖質(zhì)的物質(zhì)組成用酸、堿和酒精處理，得到胡敏酸、吉馬多美朗酸、富里酸和胡敏素。胡敏素是與礦物結合的胡敏酸或是變質(zhì)的胡敏酸；吉馬多美朗酸是胡敏酸的衍生物。5、胡敏酸和富里酸的特征顏色：胡敏酸棕色到黑色，富里酸黃色。分子量：胡敏酸大，富里酸小（在1萬以下）。胡敏酸的C，N，S含量高于富里酸。胡敏酸羧基和酚基低于富里酸。對水溶解度，胡敏酸不溶或難溶，富里酸溶于水胡敏酸一價鹽溶于水，二價或三價鹽不溶于水，富里酸都溶。第五節(jié)土壤有機質(zhì)的作用與調(diào)節(jié)一、土壤有機質(zhì)的作用1、是植物營養(yǎng)的主要來源有機質(zhì)含有極為豐富的氮、磷、鉀和微量元素。分解后產(chǎn)生的二氧化碳是供給植物的碳素營養(yǎng)。一、土壤有機質(zhì)的作用2、刺激根系的生長腐殖質(zhì)物質(zhì)以很稀的濃度（10-6—10-3）以分子態(tài)進入到植物體，可刺激根系的發(fā)育，促進植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。一、土壤有機質(zhì)的作用3、腐殖質(zhì)可改善土壤的物理狀況促進土壤團粒結構的形成，是良好的土壤膠結劑。4、腐殖質(zhì)具有高度保水、保肥能力腐殖質(zhì)是一種土壤膠體，有巨大的比表面積，有巨大的吸收代換能力。粘土顆粒的吸水率為50%—60%。而腐殖質(zhì)的吸水率為500%—600%。一、土壤有機質(zhì)的作用5、腐殖質(zhì)具有絡合作用腐殖質(zhì)能和磷、鐵、鋁離子形成