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第二章 土壤有机质

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第二章土壤有机质

第二章土壤有机质
400千克/公顷.年。
10
二.生物固氮
4.
生产应用：在绿地建植中，要适当培植一些共 生固氮植物，适当进行根瘤菌接种。
5.
根瘤菌要求土壤为中性，磷、镁、钼、锰含量 较高的土壤。
蓝细菌（Cyanobacterium）是光合微生物，行光能无机营 养，过去称为蓝（绿 藻，由于原核特征现改称为蓝
细菌，与真核藻类区分开来。
p43
22
3.土壤有机质的矿质分解
（1）含碳有机物质的转化
如纤维素、半纤维素、淀粉等糖类
水解酶 O2
（C6H10O5）n + nH2O－→nC6H12O6 －→ CO2+H2O +Q
嫌气
C6H12O6 4H2＋CO2
CH3CH2CH2COOH＋2H2＋2CO2＋热量 CH4＋2H2O
23
嫌气
p43
1㎏土壤可含5亿个细菌,100亿个放线菌 和近10亿个真菌，5亿个微小动物。
8
一.根际与根际效应
①根际： 植物根与土壤的交界面，一般是 距根面1—4毫米范围的内土壤。
②根际效应：根际土壤的微生物大量繁殖的现象。 微生物比根际外高几倍到几十倍，菜园地比大 田高1.5到2倍。
不同土壤微生物种类、 不同土壤微生物种类、数量差别很大
脂肪、 成分 纤维素 半纤维素 木质素 蛋白质 脂肪、树脂等
%
2－10
0－ 2
30－ 28－ 30－50 28－35
1－ 8
3、土壤腐殖质（soil humus） ） 土壤腐殖质： 土壤腐殖质：棕色含氮高分子有机物质
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★二、土壤有机质的转化
矿化作用的意义? 矿化作用的意义 有机质在土壤中的转化，可以归 纳为两个方向：

第二章 土壤有机质详解

第二章 土壤有机质详解

6、含氮化合物 ( nitrogenous substances )
主要是蛋白质及其衍生物，蛋白质含氮 平均为16%，含硫0.3～2.4%，含磷0.8%。
大部分蛋白质不溶于水，在碱液中形成 胶体溶液。各种蛋白质均易被微生物分解成 各种氨基酸。
7、土壤腐殖质 ( humus )
主要包括胡敏酸类和富里酸类。一般土壤有 机质中，腐殖质占85～90%以上，而普通有机化 合物只占10～15%，尽管这一比例有时会更大一 些，但腐殖质总是土壤有机质的主要部分。
草本植物则将根系和茎叶同时留给土壤，地上 部为2—6吨/公顷，而地下部可达3～11吨/公顷。
一般草本植物 > 木本植物。
当人类有意识地干预土壤肥力的过程开始以 后，动物的粪便成为土壤中有机质的重要来源。
随着社会的不断进步、变化，工业废水中的 有机质加入了土壤，城市废弃物进入了土壤，草 炭、风化煤制品也加盟进来。近年来，甚至有 “洋垃圾”进口，其中也含有五花八门的有机成 分。
（二）土壤有机质含量的变化范围
有机质的含量在不同土壤中差异很大， 高的可达30%以上，低的不足0.5%。
表层含有机质20%以上的土壤，称为有 机质土壤，含有机质20%以下的土壤，称为 矿质土壤。
全国土壤有机质含量大致范围
5%
0.5% 7%
0.5-2.0%
表 52-11 不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量
第一节 土壤有机质的来源 含量及组成
一、土壤有机质的概念
土壤有机质的概念有广义和狭义之分。
广义的土壤有机质概念，指的是土壤中除矿 质部分以外所有的有机部分，如各种动植物残体， 各种微生物及其代谢产物，植物根系的分泌物，
狭义的土壤有机质，主要指的是土壤中的腐 殖质。从这个意义上说，有机质的定义是：

第二章 土壤有机质

第二章 土壤有机质

6.吸水性：腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水
能力，单位质量腐殖质的持水量是硅酸盐粘土矿物
的4～5倍，最大吸水量可以超过500%。最大吸湿
水量可达本身一倍以上。 7.稳定性 ：。腐殖质不同于土壤中动植物残体的有机组分，
土壤有机质含 量并非可以无 限提高，在稳 定的生态系统 中最终达到一 个稳定值。
第二节

土壤腐殖质
一、腐殖质的分离与组成 二、土壤腐殖质在土壤中存在形态 二、土壤腐殖质的性质 四、我国主要土壤腐殖质的特征
土壤腐殖质本身不是一种单一的化合物，
而是由多种化合物形成的聚缩物，其主体 称为腐殖物质。其余为微生物代谢所产生

（4）反硝化作用

NO3－在无氧或微氧条件 在细菌作用下生成N2O 和N2的过程，称反硝化作用（硝酸盐还原过程）。 其反应如下：
反硝化细菌 C6H12O6＋24KNO3 24KHCO3＋6CO2＋12N2↑＋18H2O
3.含磷有机物质的转化

土壤中含磷有机物主要有核蛋白、卵磷脂、核酸、 核素等，它们在有机磷细菌的作用下进行分解：
4.脂肪、蜡脂、树脂和单宁


5.含氮化合物
化学元素组成：
土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N，
C/N比大约在10~12之间。
四、 土壤有机质的转化过程

矿质化过程： (Mineralization)*** 就是有机质被分解成简单的无机化合物，释放出矿质营
养的过程

腐殖化过程： (Humification)***
粘粒结合成有机无机复合体。
用密度为1.8---2.0的重液提取土壤，分为重 组（70%---95%）和轻组（5%--30%）。 复合体为重组。 重组又分为松结合态（10%）；稳结合态 (20—30%)和紧结合态(60---70%).

第二章土壤有机质2

第二章土壤有机质2

4、生物因素：有互生、共生、拮抗现象。 如：纤维分解菌为真菌提供能源，固氮菌为 纤维分解菌提供氮素营养。
5、土壤管理措施：如少耕和免耕可增强土 壤表层附近微生物活性。滥用杀虫剂和除草 剂会抑制一些微生物活性。
第二节 土壤有机质
土壤有机质的来源、含量及其组成
土壤有机质的分解和转化 （重点） 土壤腐殖物质的形成和性质（重点）
死亡的微生物
动植物残体
Soil development
（二）、含量及组成
1、有机质含量
土壤有机质的含量差异很大，泥炭土可高达20%或30%以上， 漠境土和砂质土壤不足0.5%。
耕作土壤表层的有机质含量通常<5%,一般在1%～3%之间。
土壤有机质
0.5%
5%
0.5-2.0%
7%
表5-1 不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量
腐殖质的基本性质
胡敏酸
富哩酸
DOC
殖有 质机 的质 颜与 色腐
4、腐殖质的分子结构和分子量
（1）腐殖质的分子结构目前还没有完全确定，只明确以芳香 核为主体，附以各种功能团。 （2）腐殖酸的分子量因土壤和组分的不同而不同，胡敏酸平 均为2500～2000，富里酸平均为680～1450。
5.胶体特性 土壤有机胶体的主要组成部分
4、温度
无分解：≤0℃ ；
分解随温度而加强：0-35℃ ；升温10℃ ，
分解速率提高2～3倍
最适分解温度：20~35 ℃
5、通气性
在好氧条件下，微生物活动旺盛，分解作用可进行较快
而彻底，有机物质---->CO2和H2O，而N、P、S等则以矿 质盐类释放出来。 在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，分解作用 进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇

（土壤学讲义）第2章土壤有机质

（土壤学讲义）第2章土壤有机质

第二章土壤有机质 (Soil Organic Matter)第一节土壤有机质的来源、含量及其组成第二节土壤有机质的分解和转化第三节土壤腐殖物质的形成和性质第四节土壤有机质的作用及管理第一节土壤有机质的来源、含量及其组成一、定义是指土壤中所有含碳的有机化合物。

二、来源动、植物残体和微生物(落叶、死亡茎杆、根系、动物的排泄物、代谢产物等)人工施入土中的有机肥料三、含量耕层含有机质20%以上的土壤—有机质土壤而含有机质20%以下的土壤—矿质土壤但耕作土壤中表层有机质的含量通常在5%以下，一般在1%——3%之间。

四、组成1、元素组成C——52%-58%O——34%-39%H——3.3%-4.8%N——3.7%-4.1%其次为P、S等，C/N比大约在10左右2、化合物组成类木质素蛋白质纤维素半纤维素乙醚和乙醇可溶性化合物第二节土壤有机质的分解和转化一、分解和转化过程 (Decomposition of Organic)（一）矿质化过程1、定义：指在微生物酶的作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放出二氧化碳、水和能量，所含氮、磷、硫等营养元素在一系列特定反应后，释放成为植物可利用的矿质养料，这一过程称为有机质的矿化过程。

2、各种化合物矿质化过程1）碳水化合物好气条件下分解—速度快，中间产物有机酸不易积累，最终产物是CO2和水，并释放出大量的热量。

嫌气条件下分解—速度很慢，并有大量中间产物——有机酸积累，最终产物中除有CO2外，还有大量还原性物质CH4、H2等出现，同时释放的热能也低些。

2) 脂肪、树脂、蜡质、单宁等在好气条件下—除生成CO2和水，并放出能量外，还常产生有机酸在嫌气条件下—则可产生多酚类化合物,氧化可转化为酮类化合物，也可通过聚合、缩合等作用，形成土壤沥青。

3) 木质素类不同植物的木质素，都含芳香核，是一类成分和结构都极复杂的有机化合物，是最不易分解的有机成分。

在好气条件下—主要通过真菌和放线菌的作用，先进行氧化和脱水，再缓慢分解，其芳香核变为醌型化合物在嫌气条件下—分解极漫，在沼泽泥炭地木质素大量累积。

第2章 土壤有机质

第2章 土壤有机质

4、溶解性 、 胡敏酸（ ）不溶于H ，但它与K 胡敏酸（HA）不溶于 2O，但它与 +、Na+、NH4+ 形成的一价盐溶于H ， 形成的一价盐溶于 2O，而与 Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等 多价离子形成的盐，溶解度就大大降低。 多价离子形成的盐，溶解度就大大降低。 富里酸（ ）有相当大的水溶性，溶液呈酸性， 富里酸（FA）有相当大的水溶性，溶液呈酸性，它 与一价二价金属离子形成的盐也都溶于H 。 与一价二价金属离子形成的盐也都溶于 2O。 5、吸水性 、 腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力。 腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力。 6、稳定性 、 腐殖质化学稳定性强，对微生物分解的抵抗能力大， 腐殖质化学稳定性强，对微生物分解的抵抗能力大， 分解周转的时间长，在温带条件下， 分解周转的时间长，在温带条件下，周期胡敏酸的平均停 留时间为780-3000年，富里酸为 留时间为 年 富里酸为200-630年。 年
2、矿化率 、 土壤有机质的分解程度常用矿化率 矿化率来表示 土壤有机质的分解程度常用矿化率来表示 土壤有机质的矿化率——土壤每年因矿质化作用所消 土壤有机质的矿化率——土壤每年因矿质化作用所消 —— 耗的有机质数量占土壤有机质总量的百分数。 耗的有机质数量占土壤有机质总量的百分数。 农业土壤有机质矿化率一般为2 5%，自然土壤＜1%。 农业土壤有机质矿化率一般为2-5%，自然土壤＜1%。 一亩地表土重150000公斤，土壤有机质含量为1% 150000公斤 1%， 例：一亩地表土重150000公斤，土壤有机质含量为1%， 土壤有机质矿化率为3% 则矿化量为： 3%， 土壤有机质矿化率为3%，则矿化量为： 150000×1%×3%＝45公斤 × × ＝ 公斤 影响土壤有机质矿化率大小的因素： 影响土壤有机质矿化率大小的因素： 因素

【2024版】第二章-土壤有机质

【2024版】第二章-土壤有机质

土壤有机质 (soil organic matter) 5%
0.5%
0.5-2.0% 7%
第二章 土壤有机质
第一节 土壤有机质的来源、含量及其组成
一、土壤有机质的来源 二、土壤有机质的含量 三、土壤有机质的组成
1. 土壤有机质的存在形态
土壤有机质存在形态： 1)新鲜的动、植物残体 2)半分解的动、植物残体 3)腐植物质
1. 什么叫土壤有机质?包括哪些形态?其中哪种最重要?
2. 增加土壤有机质的方法有哪些?你认为最有效是哪种?
3. 叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用? 4. 水田的腐殖质含量一般比旱地高?为什么?
5. 影响土壤有机质转化的条件是什么?其中最主要 的条 件是哪一种?为什么?
6. 土壤腐殖质的存在形态及基本特性有哪些?
有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速 度影响很大。 以25或30：1较为合适。
表 2-2 一些有机物质的碳、氮含量及其 C/N 比
有机物质 云杉锯屑 硬木锯屑 小麦秸秆 玉米禾茎
甘蔗渣 黑麦草（开花期）
草坪禾草 黑麦草（营养期）
成熟苜蓿干草 腐烂畜肥 堆肥
嫩苜蓿干草 毛叶苕子 城市淤泥
土壤微生物 细菌
例题
某土壤每公顷耕层土壤有机质含量为 20g/kg，设矿化率为%，假定所施有机物质 为紫云英，其腐殖化系数为0.25，含水率 为86%，每年每公顷至少要补充多少紫云英， 才能基本维持原有土壤有机质的平衡（每 公顷耕层土壤重按2250000kg计算）？
答案：25.7吨
第二章 土壤有机质
第四节 土壤有机质的调节
增加土壤有机质的途径
1.合理耕作制度（退化或熟化） 2. 施用有机肥 3. 发展畜牧业 4. 秸秆还田

第二章土壤有机质

第二章土壤有机质
在通气不良的情况下，即发生反硫化 作用，使硫酸转变为H2S散失，并对植物 产生毒害。 因此，由上述可知，在农业生产上只 要采取措施，改善土壤的通气性，就能 消除各种还原有毒物质的产生。
（二）土壤有机质的腐殖化过程
腐殖化过程：有机质经过微生物的改造后， 形成另一类特殊的、较稳定的高分子的复杂有 机化合物，使有机质及其养分保蓄起来的过程。 土壤有机质的腐殖化过程是一个相当复杂 的过程，早在 150年前就开始了研究，虽然取 得了重大的成就，但至今尚未完全搞清楚，不 少问题尚待进一步研究。
2NH3＋3O2 亚硝酸细菌 2HNO2＋2H20＋热 硝酸细菌 2HNO2＋O2 2HNO3＋热 硝酸与土壤中的盐基结合成硝酸盐，也是植 物和微生物可以直接利用的氮素养料。
（ 4 ）反硝化过程 硝酸盐还原为 N20 和 N2 的过 程称为反硝化过程。 其反应式如下， 2HNO3
-2[O]
2HNO2
近代研究结果表明，有机质的分解主 要靠水解酶，合成腐殖质则主要是氧化酶 的作用。一般认为腐殖质的形成要经过两 个阶段： 第一阶段 是微生物将动植物残体转 化为腐殖质的组成成分（结构单元），如 芳香族化合物（多元酚）和含氮化合物 （氨基酸）等。(矿化过程) 第二阶段 是在微生物的作用下，各 组成成分合成（缩合作用）腐殖质。在这 一阶段中
（2）氨化过程。 蛋白质水解生成的氨基酸，在多种微生物 及其所分泌的酶的作用下，进一步分解成氨 （在土中成为铵盐），这种氨从氨基酸中分离 出来的作用，称为氨化作用。氨化作用在好气 或嫌气条件下均可进行。
↗RCHOHCOOH＋NH3 RCHNH2COOH＋H2O （有机酸） ↘RCH2OH＋CO2＋NH3
第三节
一、 二、
土壤有机质的作用及其调节

《土壤肥料学》第二章 土壤有机质 思考题解析

《土壤肥料学》第二章 土壤有机质 思考题解析

《土壤肥料学》第二章土壤有机质课后思考题解析1、什么是矿质土壤和有机质土壤？矿质土壤简称矿质土,主要是由矿物质组成的、其特性主要由矿物质所决定的土壤.通常含有不到20％的有机质,具有30厘米厚的有机质表土层.有机质土壤是指在土壤学中，一般把耕层含有机质20%以上的土壤。

2、不同土壤中的有机质的来源途径有哪些？对于原始土壤来说，微生物是土壤有机质的最早来源；自然植被条件下，土壤有机质主要来源于地面植物残落物、根系残体和根系分泌物，其次来源于生活在土内的动物和微生物。

农业土壤的有机质主要来源于施入土壤的各种有机肥料，植物遗留的根茬、还田的秸秆以及翻压的绿肥等有机物质。

3、什么是土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程？土壤有机质的矿化过程是指在微生物作用下，复杂的有机物质分解成为简单无机化合物的过程。

土壤腐殖化过程是指土壤有机质在微生物作用下，不仅可以分解成为简单的无机物，同时经过生物化学作用，又可以重新合成更为复杂而且比较稳定的特殊的高分子有机物，即腐殖质。

4、含氮有机物的矿质化过程分为哪几个阶段？具体阶段的条件、过程、结果如何？含氮有机物的矿质化过程可分为4个阶段，水解过程、氨化过程、硝化过程和反硝化过程。

水解过程是，蛋白质在微生物所分泌的蛋白质水解酶的作用下，分解成为简单的氨基酸类含氮化合物。

氨化过程是经水解生成的氨基酸在多种微生物的作用下，产生氨气的过程，条件是在好气、厌氧条件下均可进行，只是不同种类微生物的作用不同。

硝化过程是在通气良好的条件下，氨化作用产生的氨气在土壤微生物的作用下，可经过亚硝酸的中间阶段，进一步氧化成硝酸。

反硝化过程是硝态氮在土壤通气条件不良的情况下，受反硝化细菌作用还原成气态氮（N2,N2O)的过程.5、土壤腐殖质的形成经历哪几个阶段?土壤腐殖质的形成经历两个阶段，为动植物残体分解阶段和新高分子有机物合成阶段。

6、土壤腐殖质酸的组分和性质如何？腐殖酸的主要组成是胡敏酸和富里酸，通常占腐殖酸总量的60%左右。

《土壤学》第二章 土壤有机质

《土壤学》第二章 土壤有机质
• 2、腐殖酸具有较大的比表面积，高达2000平方 米每克，远大于金属氧化物和粘土矿物的表面积。
• 3、腐殖酸是一种亲水胶体，最大吸水量可以超 过其本身重量的五倍。
➢ 4、腐殖物质整体呈黑色，富里酸颜色较淡，黄色至棕红色， 而胡敏酸的颜色较深，棕黑色至黑色。
➢ 5、腐殖酸的元素组成多：有C、H、O、D、S、Ca、Mg、 Fe、Si等灰分元素。
（四）、改善生物性质
（1）提高微生物活性和数量。 （2）增加土壤养分转化。 （3）促进植物和生物生长发育。
（五）、改善土壤生态环境
（1）减少重金属污染：吸附、包被、络合、 螯合、溶解排出等。
（2）加速对农药等有机污染物的降解。 （3）对全球碳平衡产生影响 ：
土壤碳
大气碳
二、提高土壤有机质的措施
►土壤有机质的组成
1.元素组成是C、O、H、N、P、S、K、Na、Ca、Mg等 有机质的含碳量平均为58％，故土壤有机质的含量大致是
有机含碳量的1.724倍。
2.化合物组成
碳水化合物（糖、淀粉、纤维素和半纤维素）、 含氮化合物（主要为蛋白质）、木质素、脂肪、 树脂、蜡质、单宁。
三、土壤有机质的存在状态
31/1 20/1 16/1 13/1 11/1 7/1
• 讨论：秸秆还田或堆肥时为何经常要加 入适量的速效氮肥？
(6)温度 ：土壤微生物活动的最适宜的温度大 约范围为25－35摄氏度
（7）土壤水分和通气状况：土壤相对含水量 为60－100％时，水、气都较合适。
（8）土壤酸碱度： 中性土壤转化快
微量元素等各种养分的主要来源。
（二）改善物理性质
（1）促进团粒结构的形成：通过功能团 以胶膜形式包被在矿质土粒的外表 。
（2）改善土壤通气、透水及持水性。 （3）改善耕性，延长适耕期，提高耕作

【2024版】土壤学课程土壤有机质

【2024版】土壤学课程土壤有机质

腐殖质
酶
1 产生构成腐殖质基本组成的原始材料（简单有机物）
第一阶段：有机残体在微生物分解作用下，其中一部分彻底
矿化，最终生成CO2、H2O、NH3、H2S等无机化合物。另 一部分转化为较简单的有机化合物（多元酚）和含氮化合物
（氨基酸、肽等），提供了形成腐殖质的材料。
氧化
+氨基酸或肽
2 合成阶段 多元酚
2. 动物的转化过程
机械的转化
动物将植物或残体碎解，或将植物 残体进行机械的搬进及与土粒混合， 均可促进有机物被微生物分解。
化学的转化
经过动物吞食的有机物（植物残体） 未被动物吸收部分，经过肠道，以排 泄物或粪便的形式排到体外，已经经 过动物体内分解或半分解。
3. 微生物的转化过程
是土壤有机质转化最重要的最积极的过程，有多种 酶参与催化。
腐殖酸
占腐殖酸总量的60%
胡敏素失去水溶性和碱溶性
腐殖质
多糖类 简单化合物 氨基酸 （10-15%） 多糖醛酸苷
二 土壤腐殖质的存在状态
游离态腐殖质 结合态腐殖质
与矿物成分中的强盐基化合成稳 定的盐类，主要为腐殖酸钙和镁
与含水三氧化物 如Al2O3·XH2O·Fe2O3·yH2O化合 成凝胶体
与土壤黏粒结合成有机无机复合体
一般我国北方的土壤，特别干旱区与半干旱区的 土壤腐殖质以胡敏酸为主：
HA/FA比大于1.0 而在温暖潮湿的南方的酸性土壤中，土壤中以富
啡酸为主： HA/FA比一般小于1 在同一地区，水稻土的腐殖质的HA/FA 比大于旱地。
在同一地区，熟化程度高的土壤的HA/FA比较高。
中国自然植被下森林土壤的腐殖质组成
凡是能影响微生物活动及其生理作用的因素都 会影响有机物质的分解和转化。

环境土壤学：第二节 土壤有机质

环境土壤学：第二节 土壤有机质

所用降解方法不同，所得产物也不相同。
2.非降解法结构特征的鉴定 紫外可见分光光谱法（E4/E6）：即腐殖质在波长468nm和
665nm处吸光度的比值，是鉴定HA和FA芳香度的有效手段。
红外光谱法 电子显微镜法 磁共振光谱法（MRS）
3.腐殖酸中功能团的测定
总酸性基：—COOH +
过量Ba(OH)2法
土 壤 中 的 动
微生物分解
简 单 有 机 化 合
物
简单矿物质和CO2、 NO2、N2、NH3、 CH4、 H2O
高分子有机化合 物——腐殖质
腐殖质化过程
四、腐殖物质的鉴定
1.降解法研究结构特征（P27） 氧化降解：碱基硝基苯氧化法、碱性高锰酸钾氧化法、硝酸氧化法 还原降解：Zn蒸馏熔融法、钠汞剂还原法、递增溶剂法 生物降解
细胞自溶学说
死亡细胞释放自溶酶，使细胞成分（糖、氨基酸、酚和其他芳香族 化合物）形成自由基而迅速缩合成腐殖质。
微生物合成学说
微生物利用植物物质作碳源和能源，在细胞内合成各种腐殖质的 高分子化合物，微生物死亡后再释放到土壤中，在细胞外降解为腐殖质。
动植物残体在土壤中的去向
矿质化过程
植 物 残 体
羧基： 醋酸钙法，仅与羧基反应
酚羟基： 酚羟基 =总酸性基 - 羧基 （毫克当量/克）
总羟基：
+—ROH 酯化→水解→皂化→酸化→标准碱液滴定
醇羟基： 醇羟基 = 总羟基 - 酚羟基 （毫克当量/克）
羰基：利用羰基（C=O）与羟基反应生成肟，用盐酸羟胺法测定
醌基： 尚无理想方法。利用醌的氧化性，在碱液中用SnCl2还原腐
殖酸中的醌基。
甲氧基：Zeisel法。其原理：

第二章 土壤有机质

第二章 土壤有机质
土壤动物促进植物残体的破碎和运输 真菌可促进木质素的分解
细菌和放线菌可促进碳水化合物的分解
（二）土壤特性
SOM分解转化主要是在微生物作用下完成的，影响微 生物活性的因素都影响有机质的分解和转化。
1、温度
0℃以下，微生物活性很低， SOM分解速率很小； 0～35℃范围内，每升高10 ℃ ，SOM最大分解速
到微生物的分解作用。
（2）半分解的动、植物残体
经微生物的分解，已使进入土壤中的动、植物残体失
去了原有的形态等特征。有机质已部分分解，并且相互
缠结，多为暗褐色的碎屑和小块。包括有机质分解产物 和新合成的简单有机化合物。
（3）腐殖质
除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的 有机物质的总称。通常占土壤有机质的90%以上。
第二章 土壤有机质 Soil organic matter
主 要 内 容
第一节 土壤有机质的来源、含量及组成 第二节 土壤有机质的分解和转化 第三节 土壤腐殖质的形成和性质 第四节 土壤有机质的作用及管理
土壤有机质(soil organic matter)
air 25%
土壤有机质是指存在于 土壤中的所有含碳的有机 化合物。
Soil humus
humus
Non-humus
humin
Humic acid
Fulvic acid
腐殖质
第二节 土壤有机质的分解和转化
矿化作用 mineralization
有机残体
腐殖化作用 humification
有机质的分解与合成示意图
一、简单有机化合物的分解和转化 矿化作用（mineralization）
Northeastern China
华东地区

(土壤学教学课件)第二章-土壤有机质

(土壤学教学课件)第二章-土壤有机质
它是土壤有机质的主体，占土壤有机质含 量的60%-80%，也是土壤有机质中最难降 解的部分。
（一）土壤腐殖质的分组
腐殖酸
溶 富里酸
稀HCl 液 Fulvic acids
溶
除去动植 稀NaOH 液
沉
淀 胡敏酸
腐
Humic acids
殖 质
物残体的
细土样
沉淀
胡敏素
Humin
Flaig的胡敏酸(HA)分子结构模型
阳离 子交 换量 大
小
HA/FA比值越大，说明胡敏酸的含量越高， 腐殖酸的结构愈复杂。
我国北方大多数土壤，以胡敏酸为主， HA/FA > 1
南方土壤中，富里酸占优势， HA/FA < 1
四、影响土壤有机质转化的因素
–微生物是土壤有机质分解和周转的驱动力，凡是影 响微生物活动及其生理作用的因素均会影响有机质 的分解和转化。
-提高土壤温度的作用 有机质为暗色物质，一般是棕色到黑褐色，
吸热能力强，可改善土壤热状况。
• 有机质在生态环境上的作用
– 与重金属离子的作用
各种功能团对金属离子的亲和力：
烯醇基 > 胺基 > 偶氮化合物 > 环氮 > 羧基 > 酰基> 羰基
螯合物：两个以上的功能团与金属离子形成 的环状络合物。
腐殖质与金属离子络合的稳定常数：
对农药等有机污染物有很强的亲和力，对有 机污染物在土壤中的生物活性、残留、生物 降解、迁移和蒸发等过程有重要的影响。
– 全球碳平衡 土壤有机质是地球上非常重要的碳库：
全球土壤有机质总C量： 陆地生物总C量：
1415×1017g 5.6×1017g
土壤有机质分解释放到大气的总C量: 68×1015g/年 燃料焚烧释放到大气的总C量： 6×1015g/年

第2章 土壤有机质

第2章 土壤有机质

1.为作物生长释放出了营养元素---有效化过程
2.为腐殖质形成提供了基本材料，成为腐殖化的前提。
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矿化作用：

复杂有机物通过微生物的分解转化为简单的化合物，同 时释放出矿质养料的过程。
2-、 CO 、 SO 2 4 好氧：
NH4+-N 、NO-3—N、
有机质
微生物
H2PO4-、HPO42-
己糖>淀粉>半纤维素>纤维素；糖类物质的分解是土壤中 生物物活动的主要能源（生物热）。（4~5千卡热/克有机物）
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2.含氮物质的分解
蛋白质
多肽
蛋白酶 肽酶
氨基酸
氨NH3
氨化细菌
硝酸根NO3硝化细菌
水解作用 （hydrolyzation)
氨化作用 （ammonification)
硝化作用 （nitrification)
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(3)土壤有机质的存在形态(续)
动、植物残体 半分解的动、植物残体 腐植物质
活的 新鲜 生物 残茬 <5% <10%
稳定的有机 质（腐殖质） 33% - 50%
正在腐解的生 物33% - 50%
College of plant science
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Components of SOM
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C/N比意义：
1.具有较高 C/N 的植物残体进入土壤会引起微生物与植物争氮现象。 C/N比作为秸秆还田的重要技术参数需要考虑。 2.不同土壤有一个相对稳定的C/N比。
土壤碳的保持决定于土壤氮的水平。有机体的含氮量越大，
则有机碳累积的可能性也就越大。所以，C/N不仅与土壤氮的有 效性有关，而且也跟土壤有机质的保持有关。在耕作土壤管理中，

第二章土壤有机质

第二章土壤有机质

酶
nC6H12O6 (葡萄糖)
第二章土壤有机质
在好气条件下，葡萄糖在酵母菌和醋酸细菌 等微生物作用下，生成简单的有机酸（醋酸、 草酸等）、醇类、酮类。这些中间物质在空 气流通的土壤环境中继续氧化，最后完全分 解成二氧化碳和水，同时放出热量。
第二章土壤有机质
在通气不良的土壤条件下，葡萄糖在嫌气性 细菌和兼嫌气性细菌作用下分解形成有机酸 类中间产物，最后产生甲烷、氢气等还原性 物质。
第二章土壤有机质
第二章土壤有机质
第二章土壤有机质
决定土壤有机质含量的因素： 进入土壤的有机物质数量 土壤有机质的损失量 土壤有机碳的平衡
第二章土壤有机质
第二节 土壤有机质的分解和转化
无论是刚进入土壤的动植物残体还是在 土壤中长期存在的腐殖质，在土壤生物的作 用下，主要是其中的微生物，不断被合成和 分解。
第二章土壤有机质
地球上分布广、数量多、生物多样性最复杂 和生物量最大的是土壤微生物。如一般土壤 中细菌为107-108个/克土,放线菌106-107个/ 克土,藻类104-105个/克土。
第二章土壤有机质
微生物的主要作用： （1）调节植物生长的养分循环 （2）产生并消耗CO2、CH4、NO、N2O、
土壤有机质还与磷、硫含量具有相关性，土壤有机 质中C:N:P:S=100-120:10:1:1
第二章土壤有机质
(2) 化合物组成 可分为:
腐殖物质 （Humic Substance)（85%-90%；也有 60%-80%）
非腐殖物质 （Non-Humic Substance)（10%-15%）
常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。
平均含碳为58%,实验室测有机质中的含碳量,再 乘以100/58=1.724即土壤有机质总量。
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一、土壤有机质来源
1、有机体—— 动、植物残体，土壤微生物
森林土壤(forest soil)：枯枝落叶(lither) 草原土壤(steppe soil)：草、根系(grass and root system)
2、人为活动影响下的外源输入—— 有机肥(畜禽粪
便)、工农业的生活废水、废渣、有机农药、微生物制品等 有机物质。 耕作土壤(cultivated soil)：作物残茬(crop residue)(一般 占籽实产量(yield of kernels)的35－40%)、施用的有机肥 、 有机农药等。
（五）土壤腐殖酸(humic acid)性质
1.物理性质
② 溶解性与吸收性
A、溶解性(dissolution) FA、HA都溶解于碱，HA不溶于酸，而FA溶解于酸。 B、吸收性(absorbency) 亲水胶体，吸水能力强，吸水量可达其重量的500%。
（五）土壤腐殖酸(humic acid)性质
2、土壤湿度和通气状况 (soil humidity and aeration status)
好气：水少气多, M活动旺盛,OM矿质化分解,释放养分
嫌气：水多气少, M活动受抑制, OM腐殖化合成腐殖质
3、干湿交替(wetting and drying cycle)
一方面增加土壤呼吸作用，破坏土壤结构体，利于OM的矿质化分 解，另一方面干燥时引起M死亡，又不利于OM分解。
4、有机残体特性(specificity of organic relict) 1、物理状态(physical state)
多汁、幼嫩绿肥易于分解，磨细粉碎易于分解。
2、C/N大，不易分解 ； C/N大小，易于分解。 3、硫、磷等元素缺乏也会抑制土壤有机质分解
激发效应 (作用)(priming effect)：土壤中加入新鲜有 机物质会促进土壤原有有机质的降解。
C/N＜25时，产生N素有效化。
豆科绿肥（三叶草等） C/N小，施入土壤后能提
供N素（N素有效化）。禾本科作物秸秆C/N大，直接
还田易造成M与作物争夺N素，造成N素的生物固定。
禾本科秸秆还田应配施化学N肥：
一般亩施秸秆300~400kg，需要配施化学纯N3~4kg。
3、脂肪(fattiness)、树脂(pitch)、蜡质(waxiness)、单宁 (tannin)的矿质化 这类有机物的矿质化过程与碳水化合物基本相同，不 同之点是在嫌气条件下产生多酚化合物，这是形成腐殖质的 基本材料。 4、木质素(xylogen)的矿质化 木质素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中真菌和放 线菌作用下缓慢的转化，最终产物是CO2和H2O，但往往只
2. 化学性质 ① 元素组成 C、H、O、N、P、S为主 C：N：P：S＝100：10：1：1～120：10：1：1
含C量为55 ～60%，平均58%，100/58＝1.724 实验测定土壤有机质时，测出含C量后， C% ×1.724即得土壤有机质含量 OM%＝C% ×1.724
②功能团(functional group)
第三节
土壤有机质(Soil Organic Matter) 什么是有机质?
广义：包括一切生物体极其分解或合成的各种产
物。
狭义：通过微生物转化合成的有机物质即腐殖质。
第三节
土壤有机质(Soil Organic Matter) 什么是有机质?
广义：包括一切生物体极其分解或合成的各种产
物。
狭义：通过微生物转化合成的有机物质即腐殖质。
（2）氨基酸、多肽 这是蛋白质的降解产物

2、合成腐殖质阶段
这一阶段是形成腐殖质的原始材料通过缩合或
聚合作用形成腐殖质的过程。
（四）土壤腐殖质的分离提取和组分
在分离提取腐殖质时，存在以下一些困难：
①腐殖质和土壤矿物质紧密结合在一起，不易分离； ②腐殖物质与各种简单的有机化合物结合，很难用化学方法或 物理方法进行彻底分离； ③用任何溶剂处理时，都可能引起有机分子的某种程度变性。
有机残体
腐殖化过程
（合成过程）
各种有机物质在土壤微生物的 作用下聚合形成为结构和组成 更为复杂的高分子化合物
植物残体(dead plant part)的分解和转化
1、可溶性有机化合物以及部分类似有机物进入土壤后 的头几个月很快矿化。
2、残留在土壤中的木质素、蜡质以及第一阶段未被矿 化的植物残体碳相对缓慢分解。 植物残体与土壤有机质化学组成比较 （%） 化学组成 纤维素 植物残体 20～50 土壤有机质 2～10
胡敏酸和富里酸成为腐殖酸，通常占腐殖质总量的60％左右。
（五）土壤腐殖酸(humic acid)性质 1.物理性质 ① 分子量、形状、颜色
A、分子量
B、形状 C、颜色
很大。分子量大小与单体和聚合度有关；
球形结构，疏松多孔，似海棉； 分子量愈大，颜色愈深
（HA分子量大，褐色；FA 分子量小，呈淡黄色）
含有－COOH、－OH及酚羟基等多种功能团 功能团的解离导致腐殖酸带电 如：R－COOH R － OH R－COO－＋H＋ R －O －＋H＋
腐殖酸功能团的存在，使其表现出多种活性，如带电性、吸 收性、对金属离子的络合能力、氧化—— 还原性等。
⒊ 分子结构特征 分子结构极其复杂的有机高分子化合物。 单体中有芳核结构物质，芳核上有多种取代基。
质土壤，在20%以下的土壤，称为矿质土壤
(mineral soil)。

土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、 农耕措施密切相关。
三、土壤有机质的分解和转化
进入土壤的各种有机残体在土壤微生物的作用下会经
历一系列的生物和化学变化，主要按两个方向进行：
矿质化过程 （分解过程）
复杂的有机质分解成为简 单的物质，最后生成CO2、 H2O、NH3和无机盐类
碳水化合物 好气、嫌气 有机酸 好气 CO2+H2O
碳水化合物 好气、嫌气 有机酸 好气 CO2+H2O
在低温、嫌气条件下,有机酸变为CO2和H2O的过程受到阻碍, 产生有机酸的累积,从而造成植物根系萎缩、腐烂。 如：甲酸3.2×10-3 M、乙酸4.6×10-3 M、 正丁酸7×10-4 M，就会对植物根系产生较严重的危害。
激发效应可以是正、也可以是负。 5、土壤特性(soil specificity) 1、pH
中性条件下利于OM分解
2、质地 质地愈粘重，腐殖化系数愈高，愈难分解
五 土壤有机质的作用及管理
（一）在土壤肥力(soil fertility)上的作用
1、养分较完全
kg/（hm2· 年）
草原土壤(steppe soil)： 地上部草 地下部根系 中性有机质 (neutral organic mater)
草原土壤
耕作土壤(cultivated soil)： 作物残茬(一般占籽实产量的 35~40%)、施用的有机肥。
耕作土壤
有机质来源不同，其累积的数量、性质以
有50%可形成最终产物，其余仅为降解产物，作为形成腐殖 质的原始材料。
土壤有机质因矿质化作用每年损失的量占土壤有机质 总量的百分数称有机质的矿化率(percent mineralization)。
矿化率一般在1%～3%。
（三）、土壤腐殖物质(humic substances)的分解和转化
1、腐殖质经过物理化学作用和生物降解，使其芳 香结构核心与其复合的简单有机物分离，或是整个复 合体解体。 2、释放的简单有机物质被分解（矿化anic Matter)来源
森林土壤(forest soil)： 枯枝落叶 酸性有机质 (acid organic mater)
森林土壤
我国不同自然植被下进入土壤的植物残体量变异很大:

热带雨林——亚热带常绿阔
叶林和落叶阔叶林——暖温
16700 kg/（hm2· 年） 带落叶阔叶林——温带针阔 混交林和寒温带针叶林—— 荒漠植物群落 530
目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而 言,北方土壤有机质含量高于南方土壤。
2、土壤中有机质的存在状态


未分解或半分解的动、植物残体及动物的粪便
高度分解的有机残体、粪便及其分解产物
微生物躯体及其代谢产物和再合成产物
完全失去原来有机残体迹象的土壤腐殖质
腐殖质：有机物质经过
微生物分解和再合成的一 种褐色或者暗褐色的性质 稳定的高分子胶体物质。 是土壤有机质的主要成分 （85％－90％），有抵抗 微生物降解的能力，与矿 物质土粒紧密结合。
外，还与它和矿物质紧密结合，或处于微生物也难于进入的孔 隙中有关，因而土壤开垦耕作以后，腐殖质的矿化率就大为增 加。可从开垦前的矿化率不到1%提高到1%～4%。
四 影响土壤有机质分解和转化的因素
1、温度(temperature)
25－35℃条件下，M活动最为旺盛，利于OM矿质化分解，提供作 物所需养分。
解决办法：排水晒田、施草木灰（中和酸、补充K素） 有 机肥施用前进行堆沤。
2. 含氮化合物(nitrogen compound)的矿质化
蛋白质 氨基酸 NH4＋ NO3微生物体细胞 N素生物固定
N素有效化速效N( NH4＋、NO3-)
N素生物固定与有效化过程与有机物C/N比密切相关。
C/N＞25时，产生N素生物固定
2、有机质的组成
按元素：C、H、O（占元素总量的 90%以上）N、P、K、Ca、Mg、 Fe、Zn、B、Mo、Mn、Si等
按有机化合物的种类：碳水化合物(单糖、 淀粉、纤维素、半纤维素等)木质素、蛋白 质、蜡质、脂肪等。
有机质
3、含量(content) 一般把耕层含有机质20%以上的土壤，称为有机
及对土壤的影响均不相同。作为土壤有机质主
要来源的各种植物残体，其化学组成和各种成
分的含量，因植物种类、器官、年龄等的不同 而有很大差异，从而导致土壤有机质的累积数 量、性质以及对土壤的影响均不相同。