土壤有机质
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土壤有机质是指存在于土壤中的含碳有机质,是土壤固相部分的重要组成成分。
它包括各种动植物的遗骸、微生物及其对各种有机物的分解和合成。
下面我们将详细解释土壤有机质的组成、性质和作用。
一、土壤有机质的组成土壤有机质主要由腐殖质、木质素、纤维素等有机化合物组成。
其中,腐殖质是指有机质在微生物的作用下分解形成的具有粘结性和团聚性的有机化合物,是土壤中最重要的有机质之一。
木质素是一种天然的高分子化合物,是植物细胞壁的主要成分之一,它在土壤中可以促进有机质的分解和转化。
纤维素也是一种重要的有机化合物,是植物细胞壁的主要成分之一,它在土壤中可以增加土壤的透气性和保水性。
二、土壤有机质的性质土壤有机质具有多种性质,其中最重要的是碳氮比。
碳氮比是指土壤有机质中碳元素与氮元素的比例,它对土壤有机质的分解和转化具有重要影响。
一般来说,碳氮比越高,有机质的分解速度越慢,反之亦然。
此外,土壤有机质的酸碱度也对它的分解和转化具有重要影响。
三、土壤有机质的作用土壤有机质是植物营养的主要来源之一,它不仅可以提供植物所需的碳、氢、氧等元素,还可以提供植物所需的氮、磷、钾等营养元素。
此外,土壤有机质还可以促进土壤中微生物的活动和繁殖,提高土壤的保肥性和缓冲性。
同时,土壤有机质还可以改善土壤的物理性质,增加土壤的透气性和保水性,促进植物的生长和发育。
四、影响土壤有机质的因素影响土壤有机质的因素很多,主要包括气候条件、土壤类型、土地利用方式、农业管理措施等。
例如,温暖湿润的气候条件有利于微生物的活动和繁殖,从而促进土壤有机质的分解和转化。
砂质土壤由于其良好的透气性和保水性,有利于有机质的积累。
长期施用化肥会导致土壤酸化,从而影响有机质的分解和转化。
综上所述,土壤有机质是土壤的重要组成部分,对植物的生长和发育具有重要影响。
因此,在农业生产中应该注重保护和增加土壤有机质,通过合理的农业管理措施和土地利用方式来促进土壤有机质的积累和转化。
第二章土壤有机质一、土壤有机质的来源、含量及其组成1土壤有机质的概念指存在于土壤中所有含碳的有机质。
由生命体和非生命体两大部分组成。
2来源(1)土壤微生物是土壤有机质的最早来源(2)动、植物残体是自然土壤有机质的主要来源(3)作物根茬、有机肥料、工农业和生活废水、废渣、微生物制品、有机农药等有机质3土壤有机质的含量不同土壤有机质含量差异很大,其含量与气候、植被、地形、土壤类型、耕作措施等因素密切相关。
耕层含有机质20%以上的土壤称为有机土壤;20%以下的称为矿质土壤。
4有机质的组成元素组成:主要为C、H、O、N,其次是P和S。
化合物组成:主要是类木质素和蛋白质,其次是半纤维素以及乙醚和乙醇可溶性化合物。
5土壤腐殖质:除未分解和半分解、植物残体及微生物残体以外的有机物质总称。
由非腐殖质物质和腐殖物质组成,占土壤有机质的90%。
(1)非腐殖物质:有特定的物理化学性质、结构已知的有机化合物,包括一些经微生物改变的植物有机化合物,和微生物合成的有机化合物。
如碳水化合物、氨基酸、蛋白质、氨基酸、脂肪、蜡质、木质素、树脂、核酸、有机酸等。
在土壤中存在时间短、易被降解和作为基质被微生物利用,占土壤腐殖质的60%~80%。
(2)腐殖物质:是经土壤微生物作用后,由多酚和多醌类物质聚合而成的含芳香环结构的、新形成的黄色至棕黑色的非晶形高分子有机化合物。
是土壤有机质的主体,也是土壤有机质中最难降解的组分,占土壤有机质的60%~80%二、土壤有机质的分解和转化(一)矿质化过程土壤有机质在土壤微生物及其酶的作用下,分解成二氧化碳和水,并释放出其中的矿质养分和能量的过程。
1单糖的分解:在有氧条件下彻底分解,形成二氧化碳和水,在缺氧条件下,形成有机酸类的中间产物,并产生还原性的甲烷及氢气。
2纤维素的分解:首先分解为单糖,然后进一步分解。
3含氮有机质的分解主要是蛋白质的分解,是土壤氮素循环的主要过程。
包括4个过程:(1)水解过程:蛋白质在水解酶作用下分解成简单的氨基酸(2)氨化作用:在氨化细菌作用下,有机态氮变成无机态氮(即氨或铵)的过程。
土壤有机质的概念土壤有机质是土壤中的重要组成部分,对于土壤的肥力和可持续性起着重要的作用。
本文将介绍土壤有机质的概念、形成过程以及对土壤质量的影响。
一、土壤有机质的定义土壤有机质是由植物和动物的残体及其分解产物形成的具有碳为主要化学元素的有机物质。
它包括三大部分:生物体的残体和分泌物、土壤微生物的生物量和残体、以及土壤胶体和氧化态有机物。
这些有机物质在土壤中发挥着多种重要功能。
二、土壤有机质的形成过程土壤有机质的形成是一个长期的过程。
它可以分为输入、积累和降解三个阶段。
1. 输入阶段输入阶段是指植物和动物的残体进入土壤的过程。
植物通过死亡和腐殖作用,将部分有机物质输入到土壤中。
动物的粪便和尸体也是有机质输入的重要来源。
2. 积累阶段积累阶段是指有机质在土壤中的逐渐积累过程。
在这个过程中,土壤微生物通过分解植物和动物的残体,将有机物质转化为更稳定的有机质,如腐殖酸和腐殖质。
这些稳定的有机质较难被分解,可以在土壤中长期存在。
3. 降解阶段降解阶段是指土壤有机质逐渐分解和降解的过程。
在土壤中存在着各种微生物和酶,它们能够分解土壤有机质,释放出营养物质供植物吸收利用。
这个过程通常较为缓慢,需要一定的时间。
三、土壤有机质对土壤质量的影响土壤有机质对土壤质量有着重要的影响。
它可以改善土壤的物理、化学和生物学特性,提高土壤的肥力和保水能力。
1. 改善土壤物理性质土壤有机质通过增加土壤的胶粒稳定性和结构稳定性,改善土壤的结构,提高土壤的通气性和保水能力。
有机质与土壤胶粒结合形成胶体团聚体,增加土壤的胶体结构稳定性,有利于土壤的根系渗透和水分的保持。
2. 调节土壤化学性质土壤有机质在土壤中能够吸附和释放无机养分,调节土壤的养分供应。
它能够吸附土壤中的钙、镁、钾等离子,防止这些养分流失;同时,当植物需要这些养分时,有机质也能够释放出来供植物吸收。
3. 提供营养物质土壤有机质经过分解和降解可以释放出丰富的有机氮、有机磷、有机硫等营养物质,供植物吸收利用。
一、土壤一般概述土壤养分是指存在于土壤中的植物所必需的营养元素。
包括碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁(Fe)、锰(Mn)、钼(Mo)、锌(Zn)、铜(Cu)、硼(B)、氯(Cl)等16种。
在自然土壤中,除前三种碳(C)、氢(H)、氧(O)三种元素外,其他土壤养分主要来源于土壤矿物质和土壤有机质、其次是大气降水、坡渗水和地下水等。
土壤养分分级标准主要针对有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾的含量进行分级,每种级别对应不同成分的含量不同。
而在实际工作中,我们可以对照或参考这个标准,对要进行施肥的土地进行测试分析,以了解土壤的真实肥力状况。
一般情况下,耕作层土壤有机质含量通常在5%以上;褐土在自然植被下,有机质含量为1-3%,但由于褐土适于耕作,大部分已辟为农地,致使土壤中的有机质含量减少到了1%左右。
有机质是土壤肥力的标志性物质,其含有丰富的植物所需要的养分,调节土壤的理化性状,是衡量土壤养分的重要指标。
它主要来源于有机肥和植物的根、茎、枝、叶的腐化变质及各种微生物等,基本成分主要为纤维素、木质素、淀粉、糖类、油脂和蛋白质等,为植物提供丰富的C、H、O、S及微量元素,可以直接被植物所吸收利用。
其中有机质的分级可作为土壤养分分级,土壤养分分级标准共六级,且六级为最低,一级为最高。
二、常见土壤分类1.棕壤:棕壤又称棕色森林土,主要分布于半湿润半干旱地区的山地垂直带谱中,如秦岭北坡、吕梁山、中条山、六盘山等高山及洮河流域的密茂针叶林或针阔混交林的林下。
在褐土分布区之上。
具有深达1.5-2m发育良好的剖面,有枯枝落叶层、腐殖质聚积层,粘化过渡层,疏松的母质层等。
表土层厚约15-20cm,质地多为中壤。
其下则为粘化紧实的心土层,粘粒聚集作用明显,厚约30-40,富含胶体物质和粘粒,有明显的核状或棱块状结构,在结构体表面有明显的铁锰胶膜复被。
再下逐渐过渡至轻度粘化的底土层。
土壤有机质定义:广义上,土壤有机质是指各种形态存在于土壤中的所有含碳的有机物质,包括土壤中的各种动、植物残体,微生物及其分解和合成的各种有机物质。
狭义上,土壤有机质一般是指有机残体经微生物作用形成的一类特殊、复杂、性质比较稳定的高分子有机化合物(腐殖酸)。
土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分,是植物营养的主要来源之一,能促进植物的生长发育,改善土壤的物理性质,促进微生物和土壤生物的活动,促进土壤中营养元素的分解,提高土壤的保肥性和缓冲性的作用。
它与土壤的结构性、通气性、渗透性和吸附性、缓冲性有密切的关系,通常在其他条件相同或相近的情况下,在一定含量范围内,有机质的含量与土壤肥力水平呈正相关。
土壤有机质来源:土壤有机质主要来源于植物、动物及微生物残体,其中高等植物为主要来源。
原始土壤中最早出现在母质中的有机体是微生物。
随着生物的进化和成土过程的发展,动、植物残体及其分泌物就成为土壤有机质的基本来源。
在自然土壤中,地面植被残落物和根系是土壤有机质的主要来源,如树木、灌丛、草类及其残落物,每年都向土壤提供大量有机残体。
在农业土壤中,土壤有机质的来源较广,主要有作物的根茬、还田的秸秆和翻压绿肥;人畜粪尿、工农副产品的下脚料(如酒糟、亚铵造纸废液等);城市生活垃圾、污水;土壤微生物、动物(如蚯蚓、昆虫等)的遗体及分泌物;人为施用的各种有机肥料(厩肥、腐殖酸肥料、污泥以及土杂肥等)。
其中,耕地土壤中自然植被已不存在,主要来自作物根的分泌物、根茬、枯枝落叶以及人们每年施入的有机肥料(绿肥、堆肥、沤肥和厩肥等)。
土壤有机质化学成分及组成:进入土壤的有机残体,尽管来源不同,但是从化学角度来看,主要有碳水化合物(包括一些简单的糖类及淀粉、纤维素和半纤维素等多糖类)、含氮化合物(主要为蛋白质)、木质素等物质。
此外,还有一些脂溶性物质(如树脂、蜡质等)。
土壤有机质的基本元素组成是C、O、H、N,其中C占52%~58%、O占34%~39%、H占3.3%~4.8%、N占3.7%~4.1%。
土壤有机质的组成
土壤有机质是指土壤中有机物的总量,是土壤的重要组成部分。
它来源于植物、动物、微生物等有机物的分解和转化过程,包括有机质、腐殖质和生物质等。
有机质是土壤中最活性的组分之一,对土壤性质的形成和改善具有重要的作用。
1. 有机质
有机质是指土壤中的有机物质,包括植物、动物和微生物的残体和代谢物等。
它的来源主要是植物残体和根系分泌物,动物粪便和尸体以及微生物的生物量和代谢物等。
有机质的含量是衡量土壤肥力的重要指标之一,对土壤的结构、通气性、保水性、保肥能力等都有重要影响。
2. 腐殖质
腐殖质是指有机质在土壤中分解后形成的一种类似胶体的物质,是土壤中最稳定的有机质组分。
它的形成需要经过微生物的分解和转化,主要包括颗粒腐殖质和胶体腐殖质两种形态。
腐殖质的含量越高,土壤的肥力越好,土壤的保水能力和通气性也会得到提高。
3. 生物质
生物质是指土壤中活体或死体的有机物质,主要包括植物根、茎、
叶、树皮、果壳等,以及动物尸体和微生物的生物体等。
生物质是土壤中一种活跃的组分,可以促进土壤微生物的生长繁殖,对土壤的肥力和生物多样性都有重要作用。
土壤有机质的组成主要包括有机质、腐殖质和生物质三个方面。
它们在土壤中的含量和比例对土壤肥力、结构和生态系统的稳定性都有着重要的影响。
因此,在进行土壤肥力调控和土壤保护与修复工作时,需要注重土壤有机质的管理和维护,以促进土壤质量的提高和可持续利用。
土壤有机质
土壤有机质是指存在于土壤中的所含碳的有机物质,包括各种动植物的残体、微生物体及其会分解和合成的各种有机质。
土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分,尽管土壤有机质的含量只占土壤总量的很小一部分,但它对土壤形成、土壤肥力、环境保护及农林业可持续发展等方面都有着极其重要作用的意义。
土壤有机质的组成决定于进入土壤的有机物质的组成,进入土壤的有机物质的组成相当复杂。
各种动、植物残体的化学成分和含量因动、植物种类、器官、年龄等不同而有很大的差异。
一般情况下,动植物残体主要的有机化合物有碳水化合物、木素、蛋白质、树脂、蜡质等。
土壤有机质的主要元素组成是C、O、H、N,分别占52%-58%、34%-9%、3.3%-4.8%,3.7%-4.1%。
其次是P和S,C/N比在10左右。
(1)碳水化合物
碳水化合物是土壤有机质中最主要的有机化合物,碳水化合物的含量大约占有机质总量的15%-27%。
包括糖类、纤维素、半纤维素、果胶质、甲壳质等。
糖类有葡萄糖、半乳糖、六碳糖、木糖、阿拉伯糖、氨基半乳糖等。
虽然各主要自然土类间植被、气候条件等差异悬殊,但上述各糖的相对含量都很相近,在剖面分布上,无论其绝对含量或相对含量均随深度而降低。
纤维素和半纤维素为植物细胞壁的主要成分,木本植物残体含量较高,两者均不溶于水,也不易化学分解和微生物分解。
果胶质在化学组成和构造上和半纤维素相似,常与半
纤维素伴存。
甲壳质属多糖类,和纤维素相似,但含有氮,在真菌的细胞膜、甲壳类和昆虫类的介壳中大量存在,甲壳质的元素组成或为(C8H13O5N4)n
(2)木素
木素是木质部的主要组成部分,是一种芳香性的聚合物。
木素在林木中的含量约占30%,木素的化学构造尚未完全清楚,关于木素中是否含氮的问题目前尚未阐明,木素很难被微生物分解。
但在土壤中可不断被真菌、放线菌所分解。
由C14研究指出,有机物质的分解顺序为:葡萄糖>半纤维素>纤维素>木素
(3)含氮化合物
动植物残体中主要含氮物质是蛋白质,它是构成原生质和细胞核的主要成分,在各植物器官中的含量变化很大。
蛋白质的元素组成除碳、氢、氧外,还含有氮(平均为10%),某些蛋白质中还含有硫(0.3%-2.4%)或磷(0.8%)。
蛋白质是由各种氨基酸构成的。
一般含氮化合物易为微生物分解,生物体中常有一少部分比较简单的可溶性氨基酸可为微生物直接吸收,但大部分的含氮化合物需要经过微生物分解后才能被利用。
(4)树脂、蜡质、脂肪、单宁、灰分物质
树脂、蜡质、脂肪等有机化合物均不溶于水,而溶于醇、醚及苯中,都是复杂的化合物。
单宁物质有很多种,主要都是多元酚的衍生
物,易溶于水,易氧化,与蛋白质结合形成不溶性的,不易腐烂的稳定化合物。
木本植物木材及树皮中富含单宁,而草本植物及低等生物中则含量很少。
植物残留体燃烧后所留下的灰为灰分物质,其主要元素为钙、镁、钾、钠、硅、磷、硫、铁、铝、锰等,此外还有少量的碘、锌、硼、氟等元素。
这些元素在植物生活中有着巨大的意义。
作用
土壤有机质的含量与土壤肥力水平是密切相关的。
虽然有机质仅占土壤总量的很小一部分,但它在土壤肥力上起着多方面的作用却是显著的。
通常在其他条件相同或相近的情况下,在一定含量范围内,有机质的含量与土壤肥力水平呈正相关。
折叠提供植物营养
中国土壤有机质提升技术研讨会现场
土壤有机质中含有大量的植物营养元素,如N、P、K、Ca、Mg、S、Fe等重要元素,还有一些微量元素。
土壤有机质经矿质化过程释放大量的营养元素为植物生长提供养分;有机质的腐殖化过程合成腐殖质,保存了养分,腐殖质又经矿质化过程再度释放养分,从而保证植物生长全过程的养分需求。
有机质的矿质化过程分解产生的CO2是植物碳素营养的重要来源,据估计,土壤有机质的分解及微生物和根系呼吸作用产生的CO2,每年可达135亿t,大致相当于陆地植物的需要量。
由此可见,土壤
有机质的矿质化过程产生的CO2既是大气中CO2的重要来源,也是植物光合和作用的重要碳源。
土壤有机质还是土壤N、P最重要的营养库,是植物速效性N、P的主要来源。
土壤全N的92%-98%都是储藏
要集中在腐殖质中,一般是腐殖质含量的5%,据研究,植物吸收的氮素有50%-70%是来自土壤。
土壤有机质中有机态P的含量一般占土壤全磷的20%-50%,随着有机质的分解而释放出速效磷,供给植物营养。
在大多数非石灰性土壤中,有机质中有机态硫占全硫的75%-95%,随着有机质的矿质化过程而释放,被植物吸收利用。
土壤有机质在分解转化过程中,产生的有机酸和腐殖酸对土壤矿物部分有一定的溶解能力,可以促进矿物风化,有利于某些养分的有效化。
一些与有机酸和富里酸络合的金属离子可以保留在土壤溶液中,不致沉淀而增加其有效性。
土壤腐殖质与铁形成的某些化合物,在酸性或碱性土壤中对植物及微生物是有效的
折叠促进植物生长发育
土壤有机质,尤以其中胡敏酸,具有芳香族的多元酚官能团,可以加强植物呼吸过程,提高细胞膜的渗透性,促进养分迅速进入植物体。
胡敏酸的钠盐对植物根系生长具有促进作用,试验结果证明胡敏酸钠对玉米等禾本科植物及草类的根系生长发育具有极大的促进作用。
土壤有机质中还含有维生素B1、B2、吡醇酸和烟碱酸、激素、
异生长素(β-吲哚乙酸)、抗生素(链霉素、青霉素)等对植物的生长起促进作用,并能增强植物抗性。
折叠改善土壤的物理性质
有机质在改善土壤物理性质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结构,促进团粒状结构的形成,从而增加土壤的疏松性,改善土壤的通气性和透水性。
腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂,土壤中的腐殖质很少以游离态存在,多数和矿质土粒相互结合,通过功能基、氢键、范德华力等机制,以胶膜形式包被在矿质土粒外表,形成有机-无机复合体。
所形成的团聚体,大、小孔隙分配合理,且具有较强的水稳性,是较好的结构体。
土壤腐殖质的粘结力比砂粒强,在砂性土壤中,可增加砂土的粘结性而促进团粒状结构的形成。
腐殖质的粘结力比粘粒小,一般为粘力的1/12,粘着力为粘粒的1/2,当腐殖质覆盖粘粒表面,减少了粘粒间的直接接触,可降低粘粒间的粘结力,有机质的胶结作用可形成较大的团聚体,更进一步降低粘粒的接触面,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。
有机质通过改善粘性,降低土壤的胀缩性,防止土壤干旱时出现的大的裂隙。
土壤腐殖质是亲水胶体,具有巨大的比表面积和亲水基团,据测定腐殖质的吸水率为500%左右,而粘土矿物的吸水率仅为50%左右,因此,能提高土壤的有效持水量,这对砂土有着重要的意义。
腐殖质为棕色呈褐色或黑色物质,被土粒包围后使土壤颜色变暗,从而增加
了土壤吸热的能力,提高土壤温度,这一特性对北方早春时节促进种子萌发特别重要。
腐殖质的热容量比空气、矿物质大,而比水小,导热性居中,因此,土壤有机质含量高的土壤其土壤温度相对较高,且变幅小,保温性好。
土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源。
没有它就不会有土壤中所有的生物化学过程。
土壤微生物的种群,数量和活性随有机质含量增加而增加,具有极显著的正相关。
土壤有机质的矿质化率低,不会像新鲜植物残体那样对微生物产生迅猛的激发效应,而是持久稳定地向微生物提供能源。
因此,富含有机质的土壤,其肥力平稳而持久不易造成植物的徒长和脱肥现象。
土壤动物中有的(如蚯蚓等)也以有机质为食物和能量来源;有机
质能改善土壤物理环境,增加疏松程度和提高通透性(对砂土而言则降低通透性),从而为土壤动物的活动提供了良好的条件,而土壤动物本身又加速了有机质的分解(尤其是新鲜有机质的分解)。
进一步改善土壤通透性,为土壤微生物和植物生长创造了良好的环境条件。
土壤腐殖质是一种胶体,有着巨大的比表面和表面能,腐殖质胶体以带负电荷为主,从而可吸附土壤溶液中的交换性阳离子如K+、NH4+、、Ca2+、Mg2+等,一方面可避免随水流失,另一方面又能被交换下来供植物吸收利用。
其保肥性能非常显著。
土壤腐殖质和粘土矿物一样,具有较强的吸附能力,但单位质量腐殖质保存阳离子养分的能力比粘土矿物大几倍至几十倍,因此,土壤有机质具有巨大的保肥
能力。
腐殖酸本身是一种弱酸,腐殖酸和其盐类可构成缓冲体系,缓冲土壤溶液中H+浓度变化,使土壤具有一定的缓冲能力。
更重要的是腐殖质是一种胶体,具有较强的吸附性能和较高的阳离子代换能力,因此,使土壤具有较强的缓冲性能。
有机质具有活化磷的作用
土壤中的磷一般不以速效态存在,常以迟效态和缓效态存在。
因此土壤中磷的有效性低。
土壤有机质具有与难溶性的磷反应的特性,可增加磷的溶解度,从而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率。
此外,土壤腐殖酸被证明是一类生理活性物质,它能加速种子萌发,增强根系活力,促进植物生长,对土壤微生物而言,腐殖酸也是一种促进生长发育的生理活性物质。
必须指出的是,有机质在分解时,也能产生一些不利于植物生长或甚至有害的中间物质,特别是在嫌气条件下,这种情况更易发生。