環(huán)境土壤學(xué)教案

環(huán)境土壤學(xué)

款<

環(huán)境專業(yè)

第一章土壤形態(tài)特征

一、基本形態(tài)特征

土壤形態(tài)就是土壤的外部特征，這種外部特征是通過人們的感官即視覺，嗅覺和觸覺來認(rèn)

識(shí)的。在土壤形成以后，各土層在組成和性質(zhì)上市不同的，所以，反映在剖面形態(tài)特征上，各層

也是有差別的。在野外通過土壤剖而形態(tài)的觀察，可判斷出土壤的一些重要性質(zhì)。土壤重要的形

態(tài)特征有：顏色，結(jié)構(gòu)，質(zhì)地，堅(jiān)實(shí)度，孔隙，濕度，新生體，侵入體，動(dòng)物孔穴等。

（一）土壤顏色

土壤顏色是土壤內(nèi)在物質(zhì)組成在外在色彩的表現(xiàn)。由於土壤的礦物組成和化學(xué)組成不同，所

以土壤的顏色是多種多樣的。通常在鑒別土壤層次和土壤分類時(shí)，土壤顏色是非常明顯的特征.土

壤顏色采用芒塞爾顏色命名系統(tǒng)，將土塊與標(biāo)準(zhǔn)顏色卡對(duì)比，給予命名。給土壤的顏色定名時(shí)，

用種顏色常常有困難，往往要用兩種顏色來表示，如棕色，有暗棕，黑棕，紅棕等之分。這樣

定名，在前面的字是形容詞，是指次要的顏色，而后面的字是指主要的顏色。決定土壤的顏色,

主要有以下幾種物質(zhì)：

腐殖質(zhì)含量多時(shí)，使土壤顏色呈黑色。含量少時(shí)，使土壤顏色呈暗灰色。

氧化鐵在土壤中德氧化鐵一般多為含水氧化鐵，如褐鐵礦，針鐵礦等，這些礦物使土壤呈

鐵銹色和黃色。

石英，斜長石，方解石，高嶺石，二氧化硅粉末，碳酸鈣粉末等，它們都能使土壤呈白色。

氧化亞鐵廣泛出現(xiàn)在沼澤土，潛育土中，它使土壤具有藍(lán)色或青灰色，如藍(lán)鐵礦，這類礦物為白

色，但遇空氣中德氧即很快變?yōu)榍嗷疑?。除物質(zhì)成分影響土壤顏色外，土壤的物理性狀不同，

也會(huì)使土色有所差別。例如，土壤愈濕，顏色愈深，土壤愈細(xì)，顏色愈淺，光線愈喑，顏色愈深。

所以在比較土壤顏色時(shí)，必須注明條件。

土壤顏色本身對(duì)樹木生長并不重要，但是顏色卻可指示土壤的許多重要特征.土壤顏色還可影

響土壤的溫度.深色土壤比淺色土壤易吸熱.有森林植被的土壤受溫度的影響比裸露的土壤小.森

林火災(zāi)后，表層土壤顏色變深，從而導(dǎo)致土溫增加.

（二）土壤結(jié)構(gòu)

土壤結(jié)構(gòu)就是土壤固體顆粒的空間排列方式。自然界的土壤，往往不是以單粒狀態(tài)存在，而

是形成大小不同，形態(tài)各異的團(tuán)聚體，這些團(tuán)聚體或顆粒就是各種土壤結(jié)構(gòu)。根據(jù)土壤的結(jié)構(gòu)形

狀和大小可歸納為塊狀，核狀，柱狀，片狀，微團(tuán)聚體及單粒結(jié)構(gòu)等。

土壤的結(jié)構(gòu)狀況對(duì)土壤的肥力高低，微生物的活動(dòng)以及耕性等都有很大的影響。同時(shí)一些人

為的活動(dòng)將很大程度上破壞土壤的結(jié)構(gòu).如森林采伐后,由于重型機(jī)械的使用將導(dǎo)致土壤被壓實(shí)，

土壤表層結(jié)構(gòu)被破壞.

（三）土壤質(zhì)地

土壤質(zhì)地是土壤中各種顆粒，如礫，砂，粉粒，粘粒的重量百分含量。土壤質(zhì)地影響土壤肥

力,如土壤持水力，土壤通氣性，有機(jī)質(zhì)的貯存，營養(yǎng)元素的吸附和土壤的耕性，從而影響樹木的生

長。

準(zhǔn)確測定土壤質(zhì)地要用機(jī)械分析來進(jìn)行，但在野外常用指測法來判斷土壤質(zhì)地，將土壤質(zhì)

地分為：砂土，砂壤土，輕壤土，中壤土，重壤土，粘土等。

（四）土壤濕度

土壤水分是植物生長所必需的土壤肥力因素。根據(jù)土壤水分含量，在野外將土壤濕度分為：

干，潮，濕，重濕，極濕等。

（五）新生體

在土壤形成過程中新產(chǎn)生的或聚積的物質(zhì)稱為新生體，它們具有一定的外形和界限。新生

體可以按它們的外觀分類，也可按它們的化學(xué)組成來分類。按外觀分，新生體鹽霜，鹽斑，結(jié)

核等。

按照化學(xué)組成分，新生體可由易溶性鹽類組成，如氯化鈉，硫酸鈉，碳酸鈣等；還有由晶

質(zhì)或非晶質(zhì)的化合物組成，如含水氧化鐵的化合物，氧化亞鐵的化合物，缽的化合物，二氧化硅

和有機(jī)物等。

新生體是判斷土壤性質(zhì)，土壤組成和發(fā)生過程等非常重要的特征。例如，鹽結(jié)皮和鹽霜，

表示土壤中有可溶性鹽類的存在。銹斑和鐵結(jié)核是近代或過去，在水影響下產(chǎn)生于干濕交替的特

征。

（六）侵入體

位于土體中，但不是土壤形成過程中聚積和產(chǎn)生的物體，稱為侵入體。侵入體有磚頭，瓦片，

鐵器和磁器等。一般常見于耕作土壤中，是判斷人為經(jīng)營活動(dòng)對(duì)土壤層次影響所達(dá)到的深度，以

及土層的來源等。

二、土壤剖面

（-）概念

1、土壤剖面：從地表凋落物向卜直到土壤母質(zhì)的垂直切面。

2、土壤發(fā)生層：由于成土作用形成的土層

（二）自然土壤剖面的形成

(-)土壤剖面定義

1、定義：土壤剖面是指從地面向下挖掘所裸露的?段垂直切面，這段垂直切面的深度?般

在兩米以內(nèi)。

2、自然的土壤剖面是在五個(gè)主要成土因素的共同影響下形成的

3、土壤剖面構(gòu)造：指土壤剖面從上到下不同土層的排列方式。一般情況下，這些土層在顏

色、結(jié)構(gòu)、緊實(shí)度和其他形態(tài)特征上是不同的。各個(gè)土層的特征是與該層的組成和性質(zhì)一致的，

是土壤內(nèi)在性狀的外部表現(xiàn)，是在土壤長期發(fā)育過程中形成的。

(二)、淋溶作用和淀積作用

1、土壤剖面各發(fā)生層次的形成：成土過程中，原生礦物不斷風(fēng)化，產(chǎn)生各種易溶性鹽類，含

水氧化鐵和含水氧化鋁以及硅酸等，并在一定條件下合成不同的粘土礦物。同時(shí)通過土壤有機(jī)質(zhì)

的分解和腐殖質(zhì)的形成，產(chǎn)生各種有機(jī)酸和無機(jī)酸。在降雨的淋洗作用下引起土壤中的這些物質(zhì)

的淋溶和淀積，從而形成了土壤剖面的各種發(fā)生層次。

(1)、淋溶作用：指土壤中的下滲水，從土壤剖面的上層淋溶或浮懸土壤中某種成分的作用。

因此一般將土壤剖面的上層稱為淋溶層或簡稱A層。

(2)、淀積作用：指下滲水到達(dá)剖面下層沉淀其中某些溶解物或懸浮物的作用。因此，±

壤剖面的下層一般稱為淀積層或簡稱B層。B層之下一般是未受淋溶或淀積作用的土壤母質(zhì)層，

簡稱C層。土壤母質(zhì)下面，如果是未風(fēng)化的基巖，稱為基巖層或簡稱D層。

(三)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移作用

1、物質(zhì)的轉(zhuǎn)移作用

淋溶作用和淀積作用密切聯(lián)系，是物質(zhì)轉(zhuǎn)移過程所導(dǎo)致的兩種結(jié)果。土壤水?dāng)y帶著溶解或

懸浮的物質(zhì)產(chǎn)生的移動(dòng)，稱為物質(zhì)的轉(zhuǎn)移作用。這種轉(zhuǎn)移作用分為物理性轉(zhuǎn)移和化學(xué)性轉(zhuǎn)移。

2、物理性轉(zhuǎn)移

礦物質(zhì)與有機(jī)物質(zhì)膠粒以及其他微粒，從A層到B層而沉淀下來，使B層質(zhì)地相對(duì)變粘，干

燥時(shí)亦可發(fā)生裂隙。

3、化學(xué)性轉(zhuǎn)移

礦物在風(fēng)化過程中產(chǎn)生的可溶性鹽類等，從A層隨著下滲水下移，或停積在B層或到達(dá)地下

水層而流失。草原區(qū)域因易溶性鹽的聚積常生成石灰質(zhì)和石膏質(zhì)硬盤。溫帶森林區(qū)域含鐵鋁的有

機(jī)和無機(jī)膠體可懸浮在滲漏水和毛管水中，從A層移動(dòng)到B層，亦可形成鐵質(zhì)硬盤。

4、潛育層

地下水位高而排水不良的地方，礦物在風(fēng)化過程中產(chǎn)生的可溶性鹽類往往由剖面的下層，

隨著毛管水的上升到達(dá)地面，形成鹽結(jié)皮，這種物質(zhì)轉(zhuǎn)移的方向和一般情形相反。由于通氣不良，

特別是在地下水位很高的情況下，B層的下段或C層的一部分，將因還原作用變?yōu)樗{(lán)灰色或綠灰

色，稱為潛育層或灰粘層或簡稱G層。

(四)土壤發(fā)生層次

1、0層：枯落物層

據(jù)分解程度不同，可分為三個(gè)亞層。

L層：分解較少的枯枝落葉層。

F層：分解較多的半分解的枯枝落葉層。

H層：分解強(qiáng)烈的枯枝落葉層，已失去其原有植物組織形態(tài)。

2、Ai層：腐殖質(zhì)層

可分為兩個(gè)亞層。

All層：聚積過程占優(yōu)勢（當(dāng)然也有淋溶作用）、顏色較深的腐殖質(zhì)層。

A12層：顏色較淺的腐殖質(zhì)層。

3、A2層：灰化層

4、AB層：腐殖質(zhì)層和淀積層的過渡層。

5、B層：淀積層，里面含有由上層淋洗下來的物質(zhì)，所以一般較堅(jiān)實(shí)。據(jù)發(fā)育程度的不

同可分為Bl、B2、B3等亞層。

6、BC層：淀積層和母質(zhì)層的過渡層。

7、G層：潛育層。

8、C層：母質(zhì)層。據(jù)鹽的不同有：

Cc層：母質(zhì)層中有碳酸鹽的聚積層；

Cs層：母質(zhì)層中有硫酸鹽的聚積層。

9、D（R）層：母巖層。

根據(jù)土壤剖面發(fā)育的程度不同可以有不同的土壤類型。上面介紹的模式剖面，在實(shí)際工作

中，往往不會(huì)出現(xiàn)那么多的層次，而且層次間的過渡情況也會(huì)各有不同，有的層次明顯，有的不

明顯，有的是逐漸的。層次間的交線有平直的、曲折的、帶狀的、舌狀的等多種形式。

三、耕作土壤剖面的形成

人類生產(chǎn)活動(dòng)和自然因素的綜合作用，使耕作土壤產(chǎn)生層次分化。典型的耕作土壤剖面層

次，從上到下大體可以分為三層：表土層，心土層和底土層。

1表土層

可分為兩層。

1、耕作層：受耕作、施肥、灌溉影響最強(qiáng)烈的土壤層，厚度一般約20厘米左右。耕作層

易受生產(chǎn)活動(dòng)和地表生物、氣候條件的影響，一般疏松多孔，干濕交替頻繁，溫度變化大，通透

性良好，物質(zhì)轉(zhuǎn)化快，含有效態(tài)養(yǎng)分多。根系主要集中分布于這一層中，?般約占全部根系總量

的60%以上。

2、犁底層：位于耕作層之下，厚約6-8厘米。典型的犁底層很緊實(shí)，孔隙度小，非毛管孔

隙（大孔隙）少，毛管孔隙（小孔隙）多，所以通氣性差，透水性不良，結(jié)構(gòu)常呈片狀，甚至有

明顯可見的水平層理。這是經(jīng)常受耕畜和犁的壓力以及通過降水，灌溉使粘粒沉積而形成的。

2心土層

位于犁底層以下，厚度約為20-30厘米，該層也能受到一定的犁、畜壓力的影響而較緊實(shí)，

但不象犁底層那樣緊實(shí)。在耕作土壤中，心土層是起保水保肥作用的重要層次，是生長后期供應(yīng)

水肥的主要層次。在這一層中根系的數(shù)量約占根系總量的20-30%,

3底土層

在心土層以下，一般位于土體表面50-60厘米以下的深度。此層受地表氣候的影響很少,

同時(shí)也比較緊實(shí)，物質(zhì)轉(zhuǎn)化較為緩慢，可供利用的營養(yǎng)物質(zhì)較少，根系分布較少。一般常把此層

的土壤稱為生土或死土。

第二章土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)

第二節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)的來源、組成和類型

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組成成分，盡管土壤有機(jī)質(zhì)的含量只占土壤總量的很小一

部分，但它對(duì)土壤形成、土壤肥力、環(huán)境保護(hù)及農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面都有著極其重要作用的

意義。一方面，它含有植物生長所需要的各種營養(yǎng)元素(最主要的)，也是土壤微生物活動(dòng)的能

源，對(duì)土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)能有著深刻的影響。另一方面，土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬、農(nóng)藥

等各種有機(jī)、無機(jī)污染物的行為能有顯著的影響。而且土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)全球碳平衡起著重要的作用，

被認(rèn)為是影響全球溫室效應(yīng)的重要因素。

土壤有機(jī)質(zhì)是指存在于土壤中的所有含碳的有機(jī)化合物。它主要包括土壤中各種動(dòng)物、植物

殘?bào)w，微生物體及其分解和合成的各種有機(jī)化合物。

我國地域遼闊，由于各地的自然條件和農(nóng)林業(yè)經(jīng)營水平不同，土壤有機(jī)質(zhì)的含量差異較大。

低者少于迷，多者可高達(dá)20%。土壤有機(jī)質(zhì)含量的多少，基本上可以反映土壤肥力水平的高低。

一、土壤有機(jī)質(zhì)的來源

土壤有機(jī)質(zhì)是指土壤中含碳的有機(jī)化合物。土壤中有機(jī)質(zhì)的來源十分廣泛。

(1)植物殘?bào)w：包括各類植物的凋落物、死亡的植物體及根系。這是自然狀態(tài)下土壤有機(jī)質(zhì)

的主要來源。對(duì)森林土壤尤為重要。森林土壤相對(duì)農(nóng)業(yè)土壤而言具有大量的凋落物和龐大的樹木

根系等特點(diǎn)。我國林業(yè)土壤每年歸還土壤的凋落物干物質(zhì)量按氣候植被帶劃分，依次為：熱帶雨

林，亞熱帶常綠闊葉林和落葉闊葉林，曖溫帶落時(shí)闊時(shí)林，溫帶針闊混交林，寒溫帶針葉林。熱

帶雨林凋落物干物質(zhì)量可達(dá)16700Kg/（km2?a）,而荒漠植物群落凋落物干物質(zhì)量僅為

530kg/（nm2,a）.

（2）動(dòng)物、微生物殘?bào)w：包括土壤動(dòng)物和非土壤動(dòng)物的殘?bào)w，及各種微生物的殘?bào)w。.這部

分來源相對(duì)較少。但對(duì)原始土壤來說，微生物是土壤有機(jī)質(zhì)的最早來源。

（3）動(dòng)物、植物、微生物的排泄物和分泌物：土壤有機(jī)質(zhì)的這部分來源雖然量很少，但對(duì)土

壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化起著非常重要的作用。

（4）人為施入土壤中的各種有機(jī)肥料（綠肥、堆肥、謳肥等），工農(nóng)業(yè)和生活廢水，廢渣等,

還有各種微生物制品，有機(jī)農(nóng)藥等。

二、土壤有機(jī)質(zhì)的含量

土壤有機(jī)質(zhì)的含量在不同土壤中差異很大，含量高的可達(dá)20%或30%以上（如泥炭土，某

些肥沃的森林土壤等），含量低的不足1%或0.5%（如荒漠土和風(fēng)沙土等）。在土壤學(xué)中，一

般把耕作層中含有機(jī)質(zhì)20%以上的土壤稱為有機(jī)質(zhì)土壤，含有機(jī)質(zhì)在20%以下的土壤稱為礦質(zhì)

土壤。一般情況下，耕作層土壤有機(jī)質(zhì)含量通常在5%以上。全球土壤0?/FONT〉100cm和

0?/F0NT>15cm土層中有機(jī)碳的含量（有機(jī)質(zhì)的含碳量平均為58%,所以土壤有機(jī)質(zhì)的含量大致

是有機(jī)碳含量的1.724倍）情況見表2-l/FONT>l

表2-1全球土壤0-100cm和0-15cm土層中有機(jī)碳的含量

面積0-100cm土層中的有機(jī)碳0-15cm土層中有機(jī)碳

土綱

（iow）Mg/hm2總量101sg占全球％范圍（%）代表值（%）

1492199.14890.06、6.0——

新成土

21580163352220.06~6.0—

始成土

174520453572312~5747

有機(jī)土

25523067851.2~106

暗色土

3287581910.5~1.80.9

變性上

317433511070.r1.00.6

旱成土

54801317350.9~4.02.4

軟土

48781467151.5~5.02.0

灰化土

淋溶土

182836912780.5、3.81.4

老成土

113309310570.9、3.31.4

氧化土1177210111980.9~3.02.0

其它764424181?/FONT>一

總計(jì)1352151576100

(引自黃昌勇《土壤學(xué)》2002年)

三、土壤有機(jī)質(zhì)的組成

(-)土壤有機(jī)質(zhì)的類型

進(jìn)入土壤中的有機(jī)質(zhì)?般以三種類型狀態(tài)存在。

(1)新鮮的有機(jī)物：指那些進(jìn)入土壤中尚未被微生物分解的動(dòng)、植物殘?bào)w。它們?nèi)员Ａ糁?/p>

原有的形態(tài)等特征。對(duì)森林土壤而言，?般指枯凋落物的L層(Litter)。相當(dāng)于土壤剖面形態(tài)

記述中的A。。層。

(2)分解的有機(jī)物：經(jīng)微生物的分解，已使進(jìn)入土壤中的動(dòng)、植物殘?bào)w失去了原有的形態(tài)

等特征。有機(jī)質(zhì)已部分分解，并且相互纏結(jié)，呈褐色。包括有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)物和新合成的簡單有機(jī)

化合物。對(duì)森林土壤而言，?股指枯凋落物層中的F層(Fermetation)。此層一般在土壤剖面

形態(tài)記述中為A。層

(3)腐殖質(zhì)：指有機(jī)質(zhì)經(jīng)過微生物分解后并再合成的一種褐色或暗褐色的大分子膠體物質(zhì)。

與土壤礦物質(zhì)土粒緊密結(jié)合，是土壤有機(jī)質(zhì)存在的主要形態(tài)類型，占土壤有機(jī)質(zhì)總量的

85%?/FONT>90%。對(duì)森林土壤而言，一般指枯落物層中H層(Humus)。在土壤剖面形態(tài)記述中，

通常與上述的F層共同記為A。層。

(-)生物有機(jī)質(zhì)的組成

土壤有機(jī)質(zhì)的組成決定于進(jìn)入土壤的有機(jī)物質(zhì)的組成，進(jìn)入土壤的有機(jī)物質(zhì)的組成相當(dāng)復(fù)

雜。各種動(dòng)、植物殘?bào)w的化學(xué)成分和含量因動(dòng)、植物種類、器官、年齡等不同而有很大的差異。

一般情況下，動(dòng)植物殘?bào)w主要的有機(jī)化合物有碳水化合物、木素、蛋白質(zhì)、樹脂、蠟質(zhì)等。土壤

有機(jī)質(zhì)的主要元素組成是C、0、H、N,分別占52%?/F0NT>58%、34%?/F0NT>39%、

3.3%?/F0NT>4.8%。

(1)碳水化合物

碳水化合物是土壤有機(jī)質(zhì)中最主要的有機(jī)化合物，碳水化合物的含量大約占有機(jī)質(zhì)總量的

15?/F0NT>27%o包括糖類、纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、甲殼質(zhì)等。

糖類有葡萄糖、半乳糖、六碳糖、木糖、阿拉伯糖、氨基半乳糖等。雖然各主要自然土類間

植被、氣候條件等差異懸殊，但上述各糖的相對(duì)含量都很相近，在剖面分布上，無論其絕對(duì)含量

或相對(duì)含量均隨深度而降低。

纖維素和半纖維素為植物細(xì)胞壁的主要成分，木本植物殘?bào)w含量較高，兩者均不溶于水，也

不易化學(xué)分解和微生物分解。

果膠質(zhì)在化學(xué)組成和構(gòu)造上和半纖維素相似，常與半纖維素伴存。

甲殼質(zhì)屬多糖類，和纖維素相似，但含有氮，在真菌的細(xì)胞膜、甲殼類和昆蟲類的介殼中大

量存在，甲殼質(zhì)的元素組成或?yàn)?CsH.AN.)?

(2)木素

木素是木質(zhì)部的主要組成部分，是一種芳香性的聚合物。較纖維素含有更多的碳，與纖維素、

半纖維素元素組成的差別如表4?/F0NT>2o

木素在林木中的含量約占30%,木素的化學(xué)構(gòu)造尚未完全清楚，關(guān)于木素中是否含氮的問

題目前尚未闡明，木素很難被微生物分解。但在土壤中可不斷被真菌、放線菌所分解。由C”研

究指出，有機(jī)物質(zhì)的分解順序?yàn)椋浩咸烟?gt;半纖維素>纖維素>木素

(3)含氮化合物

動(dòng)植物殘?bào)w中主要含氮物質(zhì)是蛋白質(zhì)，它是構(gòu)成原生質(zhì)和細(xì)胞核的主要成分，在各植物器官

中的含量變化很大，見表4?/F0NT>3

表4-2不同植物、器官中蛋白質(zhì)含量(％)

針葉、闊葉3.5—9.2

苔罅4.5—8.0

禾木科植物莖桿3.5—4.7

蛋白質(zhì)的元素組成除碳、氫、氧外，還含有氮(平均為10%),某些蛋白質(zhì)中還含有硫

(0.3%?/F0NT>2.4%)或磷(0.8%)?蛋白質(zhì)是由各種氨基酸構(gòu)成的。

一般含氮化合物易為微生物分解，生物體中常有一少部分比較簡單的可溶性氨基酸可為微生

物直接吸收，但大部分的含氮化合物需要經(jīng)過微生物分解后才能被利用。

(4)樹脂、蠟質(zhì)、脂肪、單寧、灰分物質(zhì)

樹脂、蠟質(zhì)、脂肪等有機(jī)化合物均不溶于水，而溶于醇、醛及苯中，都是復(fù)雜的化合物。

單寧物質(zhì)有很多種，主要都是多元酚的衍生物，易溶于水，易氧化，與蛋白質(zhì)結(jié)合形成不溶

性的，不易腐爛的穩(wěn)定化合物。木本植物木材及樹皮中富含單寧，而草本植物及低等生物中則含

量很少。

植物殘留體燃燒后所留下的灰為灰分物質(zhì)，其主要元素為鈣、鎂、鉀、鈉、硅、磷、硫、鐵、

鋁、錦等，此外還有少量的碘、鋅、硼、氟等元素。這些元素在植物生活中有著巨大的意義。

土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化

一、礦化過程及影響因素

(-)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化過程

土壤有機(jī)質(zhì)的礦化過程：土壤有機(jī)質(zhì)在微生物作用下，分解為簡單的無機(jī)化合物的過程。

土壤有機(jī)質(zhì)的礦化過程分為化學(xué)的轉(zhuǎn)化過程、活動(dòng)物的轉(zhuǎn)化過程和微生物的轉(zhuǎn)化過程。這一

過程使土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水、氨和礦質(zhì)養(yǎng)分(磷、硫、鉀、鈣、鎂等簡單化合物或離

子)，同時(shí)釋放出能量。這一過程為植物和土壤微生物提供了養(yǎng)分和活動(dòng)能量，并直接或間接地

影響著土壤性質(zhì)，同時(shí)也為合成腐殖質(zhì)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

(1)土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)的轉(zhuǎn)化過程

土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)的轉(zhuǎn)化過程的含義是廣義的，實(shí)際上包括著生物學(xué)及物理化學(xué)的變化。

1.水的淋溶作用：降水可將土壤有機(jī)質(zhì)中可溶性的物質(zhì)洗出。這些物質(zhì)包括簡單的糖、有

機(jī)酸及其鹽類、氨基酸、蛋白質(zhì)及無機(jī)鹽等。約占5%—10%水溶性物質(zhì)淋溶的程度決定于氣候

條件(主要是降水量)。淋溶出的物質(zhì)可促進(jìn)微生物發(fā)育，從而促進(jìn)其殘余有機(jī)物的分解。這一

過程對(duì)森林土壤尤為重要，因森林下常有下滲水流可將地表有機(jī)質(zhì)(枯落物)中可溶性物質(zhì)帶入

地下供林木根系吸收。

2.酶的作用：土壤中醐的來源有三個(gè)方面：一是植物根系分泌酶，二是微生物分泌酶，三

是土壤動(dòng)物區(qū)系分泌釋放酶。土壤中已發(fā)現(xiàn)的酶有50?/FONT>60種。研究較多的有氧化還原酶、

轉(zhuǎn)化酶和水解酶等。酶是有機(jī)體代謝的動(dòng)力，因此，可以想象酶在土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中所起的

巨大作用。

(2)土壤有機(jī)質(zhì)活動(dòng)物的轉(zhuǎn)化過程

從原生動(dòng)物到脊椎動(dòng)物，大多數(shù)以植物及植物殘?bào)w為食。在森林土壤中，生活著大量的各類

動(dòng)物，如溫帶針闊混交林下每公頃蚯蚓可達(dá)258萬條等，可見活動(dòng)物對(duì)有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化起著極為重

要的作用。

1.機(jī)械的轉(zhuǎn)化：動(dòng)物將植物或殘?bào)w碎解，或?qū)⒅参餁報(bào)w進(jìn)行機(jī)械的搬進(jìn)及與土粒混合，均

可促進(jìn)有機(jī)物被微生物分解。

2.化學(xué)的轉(zhuǎn)化：經(jīng)過動(dòng)物吞食的有機(jī)物（植物殘?bào)w）未被動(dòng)物吸收部分，經(jīng)過腸道，以排

泄物或糞便的形式排到體外，已經(jīng)經(jīng)過動(dòng)物體內(nèi)分解或半分解。土壤動(dòng)物中蚯蚓的分解

作用最大，因此，在某種程度上，可用土壤中蚯蚓的數(shù)量來評(píng)價(jià)土壤肥力的高低。

（3）土壤有機(jī)質(zhì)的微生物轉(zhuǎn)化過程

土壤有機(jī)質(zhì)的微生物的轉(zhuǎn)化過程是土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的最重要的，最積極的進(jìn)程。

1微生物對(duì)不含氮的有機(jī)物生轉(zhuǎn)化不含氮的有機(jī)物主要指碳水化合物，主要包括糖類、

纖維素、半纖維素、脂肪、木素等、簡單糖類容易分解，而多糖類則較難分解；淀粉、半纖維素、

纖維素、脂肪等分解緩慢，木素最難分解，但在表性細(xì)菌的作用下可緩慢分解。

（CeHioOs）n+nHzo-nCcHizOe

葡萄糖在好氣條件下，在酵母菌和醋酸細(xì)菌等微生物作用3生成簡單的有機(jī)酸（醋酸、

草酸等）、醇類、酮類。這些中間物質(zhì)在空氣流通的土壤環(huán)境中繼續(xù)氧化，最后完全分解成二氧

化碳和水，同時(shí)放出熱量。

土壤碳水化合物分解過程是極其復(fù)雜的，在不同的環(huán)境條件下，受不同類型微生物的作用，

產(chǎn)生不同的分解過程。這種分解進(jìn)程實(shí)質(zhì)上是能量釋放過程，這些能量是促進(jìn)土壤中各種生物化

學(xué)過程的基本動(dòng)力，是土壤微生物生命活動(dòng)所需能量的重要來源。一般來說，在嫌氣條件下，各

種碳水化合物分解形成還原性產(chǎn)物時(shí)釋放出的能量，比在好氣條件下所釋放的能量要少得多，所

產(chǎn)生的CH,、出等還原物質(zhì)對(duì)植物生長不利。

2微生物對(duì)含氮的有機(jī)物轉(zhuǎn)化土壤中含氮有機(jī)物可分為兩種類型：-是蛋白質(zhì)類型，

如各種類型的蛋白質(zhì)；二是非蛋白質(zhì)型，如幾丁質(zhì)、尿素和葉綠素等。土壤中含氮的有機(jī)物在土

壤微生物作用下，最終分解為無機(jī)態(tài)氮（NH；?/F0NT>N和NOsN）

①水解過程蛋白質(zhì)在微生物所分泌的蛋白質(zhì)水解酶的作用卜.，分解成為簡單的氨基酸類含

氮化合物。

蛋白質(zhì)一水解蛋白質(zhì)一消化蛋白質(zhì)一多肽一氨基酸

②氨化過程蛋白質(zhì)水解生成的氨基酸在多種微生物及其分泌酶的作用下，產(chǎn)生氨的過程。

氨化過程在好氣、嫌氣條件下均可進(jìn)行，只是不同種類微生物的作用不同。

③硝化過程在通氣良好的情況卜，氨化作用產(chǎn)生的氨在土壤微生物的作用下，可經(jīng)過亞硝

酸的中間階段，進(jìn)?步氧化成硝酸，這個(gè)由氨經(jīng)微生物作用氧化成硝酸的作用叫做硝化作用。將

硝酸鹽轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽的作用稱為亞硝化作用。硝化過程是一個(gè)氧化過程，由于亞硝酸轉(zhuǎn)化為

硝酸的速度般比氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸的速度快得多，因此土壤中亞硝酸鹽的含量在通常情況下是比

較少的。亞硝化過程只有在通氣不良或土壤中含有大量新鮮有機(jī)物及大量硝酸鹽的發(fā)生，從林'也

生產(chǎn)上看，此過程有害，是降低土壤肥力的過程，因此應(yīng)盡量避免。

④反硝化過程硝態(tài)氮在土壤通氣不良情況下，還原成氣態(tài)氮（N?0和NQ,這種生化反

應(yīng)稱為反硝化作用。

3微生物對(duì)含磷有機(jī)物的轉(zhuǎn)化土壤中有機(jī)態(tài)的磷經(jīng)微生物作用，分解為無機(jī)態(tài)可溶性物

質(zhì)后，才能被植物吸收利用。

土壤中表層有26%?/F0NT>50%是以有機(jī)磷狀態(tài)存在，主要有核蛋白、核酸、磷脂、核素等、

這些物質(zhì)在多種腐生性微生物作用下，分解的最終產(chǎn)物為正磷酸及其鹽類，可供植物吸收利用。

在嫌氣條件下，很多嫌氣性土壤微生物能引起磷酸還原作用，產(chǎn)生亞磷酸，并進(jìn)一步還原成

磷化氫。

4微生物對(duì)含硫有機(jī)物的轉(zhuǎn)化土壤中含硫的有機(jī)化合物如含硫蛋白質(zhì)、胱氨酸等，經(jīng)微

生物的腐解作用產(chǎn)生硫化氫。硫化氫在通氣良好的條件下，在硫細(xì)菌的作用下氧化成硫酸，并和

土壤中的鹽基離子生成硫酸鹽,不僅消除硫化氫的毒害作用，而且能成為植物易吸收的硫素養(yǎng)分。

在土壤通氣不良條件下，已經(jīng)形成的硫酸鹽也可以還原成硫化氫，即發(fā)生反硫化作用，造成

硫素散失。當(dāng)硫化氫積累到淀程度時(shí)，對(duì)植物根素有毒害作用，應(yīng)盡量避免。

進(jìn)入土壤的有機(jī)質(zhì)是由不同種類的有機(jī)化合物組成，具有一定生物構(gòu)造的有機(jī)整體。其在土

壤中的分解和轉(zhuǎn)化過程不同于單一有機(jī)化合物，表現(xiàn)為一個(gè)整體的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)。植物殘?bào)w中各類

有機(jī)化合物的大致含量范圍是：可溶性有機(jī)化合物(糖分、氨基酸)5%?/FONT>10%,纖維素

15%?/F0NT>60%,半纖維素10%?/F0NT>30%,蛋白質(zhì)2%?/F0NT>15%,木素5%?/F0NT>30%。

它們的含量差異對(duì)植物殘?bào)w的分解和轉(zhuǎn)化有很大影響。

據(jù)估計(jì)，進(jìn)入土壤的有機(jī)殘?bào)w經(jīng)過一年降解后，2/3以上的有機(jī)質(zhì)的二氧化碳的形式釋放而

損失，殘留在土壤中的有機(jī)質(zhì)不到1/3,其中土壤微生物量占3%?/F0NT>8%,多糖、多糖醛酸

甘、有機(jī)酸等非腐殖質(zhì)物質(zhì)占3%?/F0NT>8%,腐殖質(zhì)占10%?/F0NT>30%。植物根系在土壤中

的年殘留量比其他地上部分稍高一些。

二、影響礦化的因素

1、有機(jī)殘?bào)w的組成狀況

(1)有機(jī)殘?bào)w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(jī)殘?bào)w的化學(xué)成分。

一般情況下，闊葉比針葉快；葉片比殘根快，豆科比天本科快。

(3)有機(jī)殘?bào)w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(gòu)成自身細(xì)胞，同時(shí)要消耗

20份碳作為生命活動(dòng)的能量。微生物分解需有機(jī)質(zhì)的C/N為25：1。

2、外界條件

外界條件通過制約微生物的活動(dòng)，而影響有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)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(xì)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(jī)質(zhì)的腐殖化

一、腐殖化過程

1、腐殖質(zhì)是有機(jī)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(xué)過程，合

成的?種暗色的含NW、穩(wěn)定的、復(fù)雜的高分子化合物，是一種自然的形成物。

2、形成過程大體包括2個(gè)階段

第一階段：產(chǎn)生腐殖質(zhì)分子的各個(gè)組成成分。如多元酚、氨基酸、多肽等有機(jī)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醍：

然后醍和含氮化合物（氨基酸）縮合，最后腐殖質(zhì)單體分子繼續(xù)縮合成高級(jí)腐殖質(zhì)分子。

二、土壤腐殖質(zhì)的基本性質(zhì)及組成

土壤腐殖質(zhì)是褐色或暗褐色的，芳香族結(jié)構(gòu)的。具有多官解團(tuán)的含氮的、復(fù)雜的高分子有機(jī)

化合物。

如前所述，土壤腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)經(jīng)腐殖化過程由土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化過程分解的簡單有

機(jī)化合物縮合而成的。是土壤養(yǎng)分的儲(chǔ)存庫，是土壤肥力的重要指標(biāo)。

人們對(duì)土壤腐殖質(zhì)的研究較早，在十九世紀(jì)初，由于人們認(rèn)識(shí)和研究的局限性，曾一度認(rèn)為

植物直接靠吸收腐殖質(zhì)而生存和生長；直到卜九世紀(jì)中葉，德國化學(xué)家李比希提出植物礦物營養(yǎng)

學(xué)說，才從根本上推翻植物營養(yǎng)腐殖質(zhì)學(xué)說，（大伊樂，1809）認(rèn)為植物吸收的是礦物質(zhì)營養(yǎng)元

素，土壤腐殖質(zhì)必須經(jīng)微生物的分解，變成簡單的無機(jī)化合物才能被植物吸收。這為土壤腐殖質(zhì)

的進(jìn)一步研究打下了基礎(chǔ)，具有劃時(shí)代意義。

（-）土壤腐殖質(zhì)的分組及存在狀態(tài)

1.土壤腐殖質(zhì)的分組

土壤腐殖質(zhì)是?類組成和結(jié)構(gòu)都十分復(fù)雜的天然高分子化合物（聚合物），各類腐殖質(zhì)分子

大小雖不相同，但其性質(zhì)相似，要深入研究腐殖質(zhì)的性質(zhì)，就必須把它從土壤中分離提取出來，

但此項(xiàng)工作十分困難。目前一般所用的方法就是先把土壤中分解或部分分解的動(dòng)植物殘?bào)w分離

掉，通常用水浮選、手挑和靜電吸附法移去，然后用不同溶液來浸提土壤，把腐殖質(zhì)分為三個(gè)組

分：富里酸組（黃腐酸）、胡敏酸組（褐腐酸）和胡敏素（黑腐素）。這里浸提劑十分重要，理

想的浸提劑應(yīng)具備：1）對(duì)腐殖酸的性質(zhì)沒有影響或影響極小；2）能獲得均勻的組分；3）具有

較高的提取能力，能將腐殖酸幾乎完全分離出來。但是，由于腐殖酸的復(fù)雜性以及其組成上的非

均質(zhì)性，能滿足所有這些條件的浸提劑尚未找到。

在分離土壤中植物殘?bào)w時(shí)，還可用密度為l^g/cn?或2.0g/cm，重液，可以更有效地除盡這

些殘?bào)w，被移去的這部分有機(jī)物質(zhì)稱為輕組，而留下的土壤組成稱為重組。然后根據(jù)腐殖質(zhì)在堿、

酸溶液中的溶解度再劃分為胡敏酸、富里酸、胡敏素等三個(gè)組分。

腐殖酸的主要組成是胡敏酸和富里酸，通常占腐殖酸總量的60%左右。富里酸包括克連酸

和阿波克連酸。胡敏素是胡敏酸的同素異構(gòu)體，它的分子量較小，并因其與礦質(zhì)部分緊密結(jié)合，

以致失去水溶性和堿溶性，胡敏素在腐殖酸中所占的比例不大，所以不是腐殖酸的主要部分。目

前對(duì)胡敏酸和富里酸的研究較多。但需特別指出的是，這些腐殖物質(zhì)組分僅僅是操作上的劃分，

而不是特定的化學(xué)組分的劃分。

土壤腐殖質(zhì)一般情況下以游離態(tài)腐殖質(zhì)和結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)兩種狀態(tài)存在。土壤中游離態(tài)腐殖質(zhì)

很少，絕大多數(shù)是以結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)存在。即腐殖質(zhì)與土壤無機(jī)組成，尤其是粘粒礦物和陽離子緊

密結(jié)合，以有機(jī)無機(jī)復(fù)合體的方式存在。通常52%—98%的土壤有機(jī)質(zhì)集中在粘粒部分。結(jié)合

態(tài)腐殖質(zhì)一般分三種狀態(tài)類型。1）腐殖質(zhì)與礦物成分中的強(qiáng)鹽基化合成穩(wěn)定的鹽類，主要為腐

殖酸鈣和鎂。2）腐殖質(zhì)與含水三氧化化物如ALQ3-XH20?FeA?YH20化合成復(fù)雜的凝膠體。3）

與土壤粘粒結(jié)合成有機(jī)無機(jī)復(fù)合體。土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合體的形成過程十分復(fù)雜。通常認(rèn)為范德

華力、氫鍵、靜電吸附、陽離子鍵橋等是土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合體鍵合的主要機(jī)理。

有機(jī)無機(jī)復(fù)合體形成過程中可能同時(shí)有兩種或更多種機(jī)理起作用，主要取決于土壤腐殖質(zhì)類

型、粘粒礦物表面交換性離子的性質(zhì)、表面酸度、系統(tǒng)的水分含量等等。我國南方酸性土壤中主

要是Fe、AL離子鍵結(jié)合的腐殖質(zhì)，這種結(jié)合具有高度的堅(jiān)韌性，有時(shí)甚至可以把腐殖質(zhì)和砂粒

結(jié)合起來，但不一定具備水穩(wěn)性，所以對(duì)土壤團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)形成和提高肥力上關(guān)系不十分巨大。我

國北方的中性和石灰性土壤主要以Ca離子鍵結(jié)合的腐殖質(zhì)為主，具有較強(qiáng)的水穩(wěn)性，對(duì)改善土

壤結(jié)構(gòu)和提高肥力有重要意義。尤其在農(nóng)業(yè)土壤上顯得特別重要。

（二）土壤腐殖酸的性質(zhì)

1.腐殖酸的元素組成

腐殖酸主要由C、H、0、N、$等元素組成，此外還有少量的Ca、Mg、Fe、Si等元素。各

種土壤中腐殖酸的元素組成不完全相同，?般腐殖質(zhì)含C55%?/F0NT〉60%,平均為58%；含

N3%?/F0NT>6%,平均為5.6%；其C/N比為10：l?/F0NT>12：1?一般情況下,胡敏酸的C、N

含量高于富里酸，而0、S的含量低于富里酸（表4-4）。

表4-4我國主要土壤表土中腐殖物質(zhì)的元素組成（無灰干基）

胡敏酸HA（%）富里酸FA（%）

腐殖物質(zhì)

范圍平均范圍平均

C43.9~59.654.743.4~52.646.5

H3.1~7.04.84.0、5.84.8

031.3~41.836.140.T49.845.9

N2.8~5.94.21.6~4.32.8

C/H7.2^19.211.68.(T12.69.8

2.腐殖酸的物理性質(zhì)

腐殖酸在土壤中的功能與其分子形狀和大小有著密切的關(guān)系。腐殖酸的分子量因土壤類型及

腐殖酸組成的不同而異，即使同一樣品用不同的方法測得的結(jié)果也有較大差異。據(jù)報(bào)到，腐殖酸

分子量的變動(dòng)范圍為兒至幾百萬之間。但共同的趨勢是，同一土壤，富里酸的平均分子量最小，

胡敏素的平均分子量最大，胡敏酸介于二者之間。我國幾種主要土壤類型的胡敏酸和富里酸的平

均分子量分別為890—2500和675?/F0NT>1450之間。

土壤腐殖酸的整體結(jié)構(gòu)并不緊密，整個(gè)分子表現(xiàn)出非品質(zhì)特征，具有較大的比表面積，高達(dá)

2000m7g,遠(yuǎn)大于粘土礦物和金屬氧化物的表面積。

腐殖酸是一種親水膠體，有強(qiáng)大的吸水能力，單位重量腐殖質(zhì)的持水量是硅酸鹽粘土礦物的

4—5倍，最大吸收量可以超過其自身重量的500%。

腐殖質(zhì)整體呈黑褐色，而其不同組分腐殖酸的顏色則略有深淺之別。富里酸的顏色較淡，呈

黃色至棕紅色，而胡敏酸的顏色較深，為棕黑色至黑色，腐殖酸的光密度與其分r最大r和分r-

的結(jié)構(gòu)化程度大體呈正相關(guān)。

3.腐殖酸的化學(xué)性質(zhì)

胡敏酸不溶于水，呈酸性，它與（、Na\NH；等形成的一價(jià)鹽溶于水，而與Ca、Mg、Fe、AL

等多價(jià)鹽基離子形成的鹽類溶解度相當(dāng)?shù)?。胡敏酸及其鹽類在環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，如干旱、凍

結(jié)、高溫及與土壤礦質(zhì)部分的相互作用等都能引起變性，其化學(xué)性質(zhì)不變，成為不溶于水的，較

穩(wěn)定的黑色物質(zhì)。

富里酸在水中溶解度很大，其水溶液呈強(qiáng)酸性反應(yīng)，它的?切鹽類（包括?價(jià)或多價(jià)）都能

溶于水，易造成養(yǎng)分流失。

腐殖質(zhì)是帶有負(fù)甩荷的有機(jī)膠體，根據(jù)電荷同性相斥原則，新形成的腐殖質(zhì)膠粒在水中呈分

散的溶膠狀態(tài)，但增加電解質(zhì)濃度或高價(jià)離子，則電性中和而相互凝聚，腐殖質(zhì)在凝聚過程中可

使土粒膠結(jié)在一起，形成結(jié)構(gòu)體。另外，腐殖質(zhì)是一種親水膠體，可以通過干燥或凍結(jié)脫水變性，

形成凝膠。腐殖質(zhì)的這種變性中是不可逆的，因此，能形成水穩(wěn)性的團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)。

腐殖質(zhì)分子中含各種功能基，其中最主要的是含氧的酸性功能基，包括芳香族和脂肪族化合

物上的竣基（R?/F0NT>C00H）和酚羥基（酚?/F0NT>0H）,其中竣基是最重要的功能基團(tuán)。

腐殖質(zhì)的總酸度通常是指竣基和酚羥基的總和?？偹岫纫院羲亍⒑羲岷透焕锼岬拇涡蛟?/p>

加。總酸度數(shù)值的大小與腐殖質(zhì)的活性有關(guān)，?般較高的總酸度意味著有較高的陽離「交換量。

（三）中國土壤腐殖質(zhì)分布

土壤腐殖質(zhì)的組分是受植被，微生物活動(dòng)以及土壤性質(zhì)等的影響，腐殖質(zhì)的變化在地球表面

由北向南而呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。表4-5是我國主要森林土壤類型中土壤腐殖質(zhì)的組成情況。

表2-5中國自然植被下森林土壤的腐殖質(zhì)組成

有機(jī)碳占全碳（％）活性胡敏

胡敏酸/富里

土類名稱酸（占胡敏備注

酸

（%）胡敏酸富里酸酸總量%）

棕色針葉林土據(jù)東北

5.2819.6033.200.599.18

林院

暗棕壤1964

5.2425.7229.670.8171.05

白漿化暗株壤

（森林黑灰

6.1028.326.41.07?/F0NT>

±）

棕壤4.3726.423.61.1232.7據(jù)《中國

土壤》

黃棕壤1.0212.428.30.4473.41977

黃壤4.4713.233.70.38

紅壤0.546.141.90.1585.4

磚紅壤3.505.830.30.1993.1

從表中可以明顯看出我國從北方寒溫帶針葉林下的棕色針葉林土到南方熱帶雨林下的紅壤、

磚紅壤，其土壤腐殖質(zhì)的組成呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。氣候過冷的寒溫帶和濕熱的熱帶均不適于胡敏

酸的形成，因而都具有較小的胡敏酸/富里酸比值；只有在冷暖適中的暖溫帶的棕壤條件下，胡

敏酸的形成過程較強(qiáng)烈，具有較大的胡敏酸/富里酸比值。

有機(jī)質(zhì)的作用

土壤有機(jī)質(zhì)特有的組成和性質(zhì)等決定了其在土壤中乃至在土壤圈層和植物圈層中都起著極

為重要的作用。

一、有機(jī)質(zhì)在土壤肥力上的作用

土壤有機(jī)質(zhì)的含量與土壤肥力水平是密切相關(guān)的。雖然有機(jī)質(zhì)僅占土壤總量的很小?部分，

但它在土壤肥力上起著多方面的作用卻是顯著的。通常在其他條件相同或相近的情況下，在一定

含量范圍內(nèi)，有機(jī)質(zhì)的含量與土壤肥力水平呈正相關(guān)。

1.有機(jī)質(zhì)是植物營養(yǎng)的主要來源

土壤有機(jī)質(zhì)中含有大量的植物營養(yǎng)元素，如N、P、K、Ca、Mg、S、Fe等重要元素，

還有一些微量元素。土壤有機(jī)質(zhì)經(jīng)礦質(zhì)化過程釋放大量的營養(yǎng)元素為植物生長提供養(yǎng)

分；有機(jī)質(zhì)的腐殖化過程合成腐殖質(zhì)，保存了養(yǎng)分，腐殖質(zhì)又經(jīng)礦質(zhì)化過程再度釋放養(yǎng)

分，從而保證植物生長全過程的養(yǎng)分需求。

有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化過程分解產(chǎn)生的COz是植物碳素營養(yǎng)的重要來源，據(jù)估計(jì)，土壤有機(jī)

質(zhì)的分解及微生物和根系呼吸作用產(chǎn)生的CO”每年可達(dá)135億七，大致相當(dāng)于陸地植

物的需要量。由此可見，土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化過程產(chǎn)生的C0,既是大氣中C02的重要來源,

也是植物光合和作用的重要碳源。

土壤有機(jī)質(zhì)還是土壤N、P最重要的營養(yǎng)庫，是植物速效性N、P的主要來源。土壤

全N的92%?/FONT>98%都是儲(chǔ)藏在土壤中的有機(jī)N,且有機(jī)N主要集中在腐殖質(zhì)中，

一般是腐殖質(zhì)含量的5%,據(jù)研究，植物吸收的氮素有50%?/F0NT>70%是來自土壤。

土壤有機(jī)質(zhì)中有機(jī)態(tài)P的含量一般占土壤全磷的20%?/F0NT>50%,隨著有機(jī)質(zhì)的分

解而釋放出速效磷，供給植物營養(yǎng)。

在大多數(shù)非石灰性土壤中，有機(jī)質(zhì)中有機(jī)態(tài)硫占全硫的75%--95%,隨著有機(jī)質(zhì)的

礦質(zhì)化過程而釋放，被植物吸收利用。

土壤有機(jī)質(zhì)在分解轉(zhuǎn)化過程中，產(chǎn)生的有機(jī)酸和腐殖酸對(duì)土壤礦物部分有一定的溶

解能力，可以促進(jìn)礦物風(fēng)化，有利于某些養(yǎng)分的有效化。一些與有機(jī)酸和富里酸絡(luò)合的

金屬離子可以保留在土壤溶液中，不致沉淀而增加其有效性。

土壤腐殖質(zhì)與鐵形成的某些化合物，在酸性或堿性土壤中對(duì)植物及微生物是有效的

2.促進(jìn)植物生長發(fā)育

土壤有機(jī)質(zhì)，尤以其中胡敏酸，具有芳香族的多元酚官能團(tuán)，可以加強(qiáng)植物呼吸過

程，提高細(xì)胞膜的滲透性，促進(jìn)養(yǎng)分迅速進(jìn)入植物體。

胡敏酸的鈉鹽對(duì)植物根系生長具有促進(jìn)作用，試驗(yàn)結(jié)果證明胡敏酸鈉對(duì)玉米等禾本

科植物及草類的根系生長發(fā)育具有極大的促進(jìn)作用。

3.改善土壤的物理性質(zhì)

有機(jī)質(zhì)在改善土壤物理性質(zhì)中的作用是多方面的，其中最主要、最直接的作用是改

良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)的形成，從而增加土壤的疏松性，改善土壤的通氣性和透

水性。

腐殖質(zhì)是土壤團(tuán)聚體的主要膠結(jié)劑，土壤中的腐殖質(zhì)很少以游離態(tài)存在，多數(shù)和礦

質(zhì)土粒相互結(jié)合，通過功能基、氫鍵、范德華力等機(jī)制，以膠膜形式包被在礦質(zhì)土粒外

表，形成有機(jī)?-無機(jī)復(fù)合體。所形成的團(tuán)聚體，大、小孔隙分配合理，且具有較強(qiáng)的水

穩(wěn)性，是較好的結(jié)構(gòu)體。

土壤腐殖質(zhì)的粘結(jié)力比砂粒強(qiáng)，在砂性土壤中，可增加砂土的粘結(jié)性而促進(jìn)團(tuán)粒狀

結(jié)構(gòu)的形成。腐殖質(zhì)的粘結(jié)力比粘粒小，一般為粘力的1/12,粘著力為粘粒的1/2,當(dāng)

腐殖質(zhì)覆蓋粘粒表面，減少了粘粒間的直接接觸，可降低粘粒間的粘結(jié)力，有機(jī)質(zhì)的膠

結(jié)作用可形成較大的團(tuán)聚體，更進(jìn)一步降低粘粒的接觸面，使土壤的粘性大大降低，因

此可以改善粘土的土壤耕性和通透性。有機(jī)質(zhì)通過改善粘性，降低土壤的脹縮性，防止

土壤干旱時(shí)出現(xiàn)的大的裂隙。

土壤腐殖質(zhì)是親水膠體，具有巨大的比表面積和親水基團(tuán)，據(jù)測定腐殖質(zhì)的吸水率

為500%左右，而粘土礦物的吸水率僅為50%左右，因此，能提高土壤的有效持水量，

這對(duì)砂土有著重要的意義。

腐殖質(zhì)為棕色呈褐色或黑色物質(zhì)，被土粒包圍后使土壤顏色變暗，從而增加了土壤

吸熱的能力，提高土壤溫度，這一特性對(duì)北方早春時(shí)節(jié)促進(jìn)種子萌發(fā)特別重要。腐殖質(zhì)

的熱容量比空氣、礦物質(zhì)大，而比水小，導(dǎo)熱性居中，因此，土壤有機(jī)質(zhì)含量高的土壤

其土壤溫度相對(duì)較高，且變幅小，保溫性好。

4.促進(jìn)微生物和土壤動(dòng)物的活動(dòng)

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤微生物生命活動(dòng)所需養(yǎng)分和能量的主要來源。沒有它就不會(huì)有土

壤中所有的生物化學(xué)過程。土壤微生物的種群，數(shù)量和活性隨有機(jī)質(zhì)含量增加而增加，

具有極顯著的正相關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化率低，不會(huì)像新鮮植物殘?bào)w那樣對(duì)微生物產(chǎn)

生迅猛的激發(fā)效應(yīng)，而是持久穩(wěn)定地向微生物提供能源。因此，富含有機(jī)質(zhì)的土壤，其

肥力平穩(wěn)而持久不易造成植物的徒長和脫肥現(xiàn)象。

土壤動(dòng)物中有的（如蚯蚓等）也以有機(jī)質(zhì)為食物和能量來源；有機(jī)質(zhì)能改善土壤物

理環(huán)境，增加疏松程度和提高通透性（對(duì)砂土而言則降低通透性），從而為土壤動(dòng)物的

活動(dòng)提供了良好的條件，而土壤動(dòng)物本身又加速了有機(jī)質(zhì)的分解（尤其是新鮮有機(jī)質(zhì)的

分解）。進(jìn)一步改善土壤通透性，為土壤微生物和植物生長創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件。

5.提高土壤的保肥性和緩沖性

土壤腐殖質(zhì)是一種膠體，有著巨大的比表面和表面能，腐殖質(zhì)膠體以帶負(fù)電荷為主,

從而可吸附土壤溶液中的交換性陽離子如K'、NHJ、Ca"Mg"等，一方面可避免隨水流

失，另一方面又能被交換下來供植物吸收利用。其保肥性能非常顯著。

土壤腐殖質(zhì)和粘土礦物一樣，具有較強(qiáng)的吸附能力，但單位質(zhì)量腐殖質(zhì)保存陽離子

養(yǎng)分的能力比粘土礦物大幾倍至幾十倍，因此，土壤有機(jī)質(zhì)具有巨大的保肥能力。

腐殖酸本身是?種弱酸，腐殖酸和其鹽類可構(gòu)成緩沖體系，緩沖土壤溶液中H'濃度

變化，使土壤具有一定的緩沖能力。更重要的是腐殖質(zhì)是一種膠體，具有較強(qiáng)的吸附性

能和較高的陽離子代換能力，因此，使土壤具有較強(qiáng)的緩沖性能。

6.有機(jī)質(zhì)具有活化磷的作用

土壤中的磷一般不以速效態(tài)存在，常以遲效態(tài)和緩效態(tài)存在。因此土壤中磷的有效性低。土

壤有機(jī)質(zhì)具有與難溶性的磷反應(yīng)的特性，可增加磷的溶解度，從而提高土壤中磷的有效性和磷肥

的利用率。此外，土壤腐殖酸被證明是一類生理活性物質(zhì)，它能加速種子萌發(fā)，增強(qiáng)根系活力,

促進(jìn)植物生長，對(duì)土壤微生物而言，腐殖酸也是一種促進(jìn)生長發(fā)育的生理活性物質(zhì)。

必須指出的是，有機(jī)質(zhì)在分解時(shí)，也能產(chǎn)生一些不利于植物生長或甚至有害的中間物質(zhì)，特

別是在嫌氣條件下，這種情況更易發(fā)生。

二、有機(jī)質(zhì)在生態(tài)環(huán)境上的作用

1.有機(jī)質(zhì)可降低或延緩重金屬污染

土壤腐殖質(zhì)組分對(duì)重金屬污染物毒性的影響可以通過靜電吸附和絡(luò)合（鰲合）作用

來實(shí)現(xiàn)。土壤腐殖質(zhì)含有多種功能基，這些功能基對(duì)重金屬離子有較強(qiáng)的絡(luò)合能力，土

壤有機(jī)質(zhì)與重金屬離子的絡(luò)合作用對(duì)土壤和水體中重金屬離子的固定和遷移有極其重

要的影響。

如果腐殖質(zhì)中活性功能基（棧00H、酚根H、醇根H等）的空間排列適當(dāng)，那么可

以通過取代陽離子水化圈中的一些水分子與金屬離子結(jié)合形成鰲合復(fù)合體。胡敏酸與金

屬離子的鍵合總?cè)萘看蠹s在200?00umol/g,大約33%是由陽離子在復(fù)合位置上的固定，

主要的復(fù)合位置是竣基和酚基。

腐殖質(zhì)-富里酸復(fù)合體條件穩(wěn)定常數(shù)的排列次序?yàn)椋?/p>

Fe3+>AL3>Cu2*>Ni2+>C02>Pb2*>Ca2t>Zn2>>Mn2t>Mg2\其中穩(wěn)定常數(shù)在PH=5.0時(shí)比PH=3.5時(shí)

稍大。這主要是由于竣基等功能基在較高PH值條件下有較高的離解度。在PH值低時(shí)，

由于大量的H+金屬離子一起爭奪配位體的吸附位，腐殖質(zhì)絡(luò)合的金屬離子較少。

胡敏酸和富里酸可以與金屬離子形成可溶性和不可溶性的絡(luò)合物，主要依賴于飽和

度，富里酸金屬離子絡(luò)合物比胡敏酸金屬離子絡(luò)合物的溶解度大。

胡敏酸可作為還原劑將有毒的C產(chǎn)還原為Cr"作為Lewis硬酸，Cr"能與胡敏酸上的

竣基形成穩(wěn)定的復(fù)合體，從而限制動(dòng)植物對(duì)其的吸收性。此外，腐殖質(zhì)還能將Hg"還原

為Hg、Fe"還原為Fe"等等。腐殖酸通過對(duì)金屬離子的絡(luò)合、鰲合和吸附、還原作用，

可降低重金屬的毒害作用。

2.有機(jī)質(zhì)對(duì)農(nóng)藥等有機(jī)污染物具有固定作用

土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)農(nóng)藥等有機(jī)污染物有強(qiáng)烈的新和力，對(duì)有機(jī)污染物在土壤中的生物活

性、殘留、生物降解、遷移和蒸發(fā)等過程有重要的影響。對(duì)農(nóng)藥的固定與腐殖質(zhì)功能基

的數(shù)量、類型和空間排列密切相關(guān)，也與農(nóng)藥本身的性質(zhì)有關(guān)。一般認(rèn)為極性有機(jī)污染

物可以通過離子交換和質(zhì)子化、氫鍵、危德華力、配位體交換、陽離子橋和水橋等各種

不同機(jī)理與土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)合。對(duì)非極性有機(jī)污染物可通過分隔（Paxtioning）機(jī)理與之

結(jié)合。腐殖質(zhì)分子中既有極性親水基團(tuán)，也有非極性親水基團(tuán)。

可溶性腐殖質(zhì)能增加農(nóng)藥從土壤向地卜.水的遷移，富里酸有較低的分子量和較高酸

度，比胡敏酸更可溶，能更有效地遷移農(nóng)藥等有機(jī)污染物質(zhì)。腐殖酸作為還原劑而改變

農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)，這種改變因腐殖酸中竣基、酚羥基、醇羥基、雜環(huán)、半醍等的存在而加強(qiáng)。

?些有毒有機(jī)化合物與腐殖質(zhì)結(jié)合后，其毒性降低或消失。

3.有機(jī)質(zhì)對(duì)全球碳平衡的影響

土壤有機(jī)質(zhì)也是全球碳平衡過程中非常重要的碳庫。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球土壤有機(jī)質(zhì)的

總碳量在14X10”?5X10"g,大約是陸地生物總碳量（5.6X10%）的2.5?倍。而每年

因土壤有機(jī)質(zhì)生物分解釋放到大氣的總量為68X10%,全球每年因焚燒燃料釋放到大氣

的碳遠(yuǎn)低得多，僅為6X10%是土壤呼吸作用釋放碳的8%?%。可見，土壤有機(jī)質(zhì)的損

失對(duì)地球自然環(huán)境具有重大影響。從全球來看，土壤有機(jī)碳水平的不斷下降，對(duì)全球氣

候變化的影響將不亞于人類活動(dòng)向大氣排放的影響。

第三節(jié)土壤生物

土壤動(dòng)物

土壤動(dòng)物指長期或一生中大部分時(shí)間生活在土壤或地表凋落物層中的動(dòng)物。它們直接或間接

地參與土壤中物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化，是土壤生態(tài)系統(tǒng)中不可分割的組成部分。土壤動(dòng)物通過取食、

排泄、挖掘等生命活動(dòng)破碎生物殘?bào)w，使之與土壤混合，為微生物活動(dòng)和有機(jī)物質(zhì)進(jìn)?步分解創(chuàng)

造了條件。土壤動(dòng)物活動(dòng)使土壤的物理性質(zhì)（通氣狀況）、化學(xué)性質(zhì)（養(yǎng)分循環(huán)）以及生物化學(xué)

性質(zhì)（微生物活動(dòng)）均發(fā)生變化，對(duì)土壤形成及土壤肥力發(fā)展起著重要作用。

一、土壤動(dòng)物的分類及其主要的土壤動(dòng)物介紹

土壤動(dòng)物是陸地生態(tài)系統(tǒng)中生物量最大的?類生物，門類齊全、種類繁多、數(shù)量龐大，在土

壤中它們與植物、土壤微生物組成土壤生態(tài)系統(tǒng)，三者相互作用、相互影響。土壤動(dòng)物的分類有

多種類型，卜面列舉較常見的四種分類方法。

（一）土壤動(dòng)物的分類

1、系統(tǒng)分類

表2-1主要的土壤動(dòng)物門類

門綱

原生動(dòng)物門

扁形動(dòng)物門渦蟲綱

線形動(dòng)物門輪蟲綱、線蟲綱

軟體動(dòng)物門腹足綱

環(huán)節(jié)動(dòng)物門寡毛綱

節(jié)肢動(dòng)物門蛛形綱、甲殼綱、多足綱、昆蟲綱

脊椎動(dòng)物門兩棲綱、爬行綱、哺乳綱

2、按體形大小分類

①小型土壤動(dòng)物，體長在0.2毫米以下，主要包括鞭毛蟲、變形蟲等原生動(dòng)物，輪蟲的大部

分和熊蟲、線蟲等。

②中型土壤動(dòng)物，體長0.2-2毫米，主要有蛾類、擬蝎、跳蟲等微小節(jié)肢動(dòng)物，還有渦蟲、

蟻類、雙尾類等。

③大型土壤動(dòng)物，體長2-20毫米，主要有大型的甲蟲，蜻象、金針蟲、螟蚣、馬陸、蟬的

若蟲和盲蛛等。

④巨型土壤動(dòng)物，體長大于20毫米，脊椎動(dòng)物中，有蛇、蜥蜴、蛙、鼠類和食蟲類的題鼠

等，無脊椎動(dòng)物中，有蚯蚓和許多有害的昆蟲（包括螃姑、金龜甲和地蠶）。

3、按食性分類：分為落葉食性、材食性、腐植食性、植食性、碎苔類食性、菌食性、藻食

性、細(xì)菌食性、捕食性、尸食性、糞食性、雜食性和寄生性土壤動(dòng)物。

4、按土壤中生活時(shí)期，分為全期土壤動(dòng)物，周期土壤動(dòng)物，部分土壤動(dòng)物，暫時(shí)土壤動(dòng)物,

過渡土壤動(dòng)物和交替土壤動(dòng)物。

（-）重要的土壤動(dòng)物介紹

土壤動(dòng)物的種類和數(shù)量令人驚嘆，難以計(jì)數(shù)。這里僅介紹幾種對(duì)土壤性質(zhì)影響較大，且它們

的生理習(xí)性及生態(tài)功能較為人類熟知的優(yōu)勢土壤動(dòng)物類群。

1、原生動(dòng)物

原生動(dòng)物是生活于土壤和苔辭中的真核單細(xì)胞動(dòng)物，屬原生動(dòng)物門，相對(duì)于原生動(dòng)物而言,

其他土壤動(dòng)物門類均稱為后生動(dòng)物。原生動(dòng)物結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)量巨大，只有幾微米至幾毫米，而且

一般每克土壤有個(gè)原生動(dòng)物，在土壤剖面上分布為上層多，下層少。已報(bào)導(dǎo)的原生動(dòng)物

有300種以上，按其運(yùn)動(dòng)形式可把原生動(dòng)物分為三類：①變形蟲類（靠假足移動(dòng)），②鞭毛蟲類

（靠鞭毛移動(dòng)），③纖毛蟲類（靠纖毛移動(dòng)）。從數(shù)量上以鞭毛蟲類最多，主要分布在森林的枯

落物層；其次為變形蟲，通常能進(jìn)入其他原生動(dòng)物所不能到達(dá)的微小孔隙；纖毛蟲類分布相對(duì)較

少。原生動(dòng)物以微生物、藻類為食物，在維持土壤微生物動(dòng)態(tài)平衡上起著重要作用，可使養(yǎng)分在

整個(gè)植物生長季節(jié)內(nèi)緩慢釋放，有利于植物對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收。

2、土壤線蟲

線蟲屬線形動(dòng)物門的線蟲綱，是一種體形細(xì)長（1毫米左右）的白色或半透明無節(jié)動(dòng)物，是

土壤中最多的非原生動(dòng)物，已報(bào)導(dǎo)種類達(dá)1萬多種，每平方米土壤的線蟲個(gè)體數(shù)達(dá)條。

線蟲?般喜濕，主要分布在有機(jī)質(zhì)豐富的潮濕土層及植物根系周圍。線蟲可分為腐生型線蟲和寄

生型線蟲，前者的主要取食對(duì)象為細(xì)菌、真菌、低等藻類和土壤中的微小原生動(dòng)物。腐生型線蟲

的活動(dòng)對(duì)土壤微生物的密度和結(jié)構(gòu)起控制和調(diào)節(jié)作用，另外通過捕食多種土壤病原真菌，可防止

土壤病害的發(fā)生和傳播。寄生型線蟲的寄主主要是活的植物體的不同部位，寄生的結(jié)果通常導(dǎo)致

植物發(fā)病。線蟲是多數(shù)森林土壤中濕生小型動(dòng)物的優(yōu)勢類群。

3、蚯蚓

土壤蚯蚓屬環(huán)節(jié)動(dòng)物門的寡毛綱，是被研究最早（自1840年達(dá)爾文起）和最多的土壤動(dòng)物。

蚯蚓體圓而細(xì)長，其長短、粗細(xì)因種類而異，最小的長0.44毫米，寬0.13毫米；最長的達(dá)3600

毫米，寬24毫米。身體由許多環(huán)狀節(jié)構(gòu)成，體節(jié)數(shù)目是分類的特征之、蚯蚓的體節(jié)數(shù)目相差

懸殊，最多達(dá)600多節(jié)，最少的只有7節(jié)，目前全球已命名