第五章 土壤有机质

土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。是土壤中形成的和外部加入的所有动、植物残体不同分解阶段的各种产物和合成产物的总称。 概念：土壤有机质(soil organic matter) 土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。是土壤中形成的和外部加入的所有动、植物残体不同分解阶段的各种产物和合成产物的总称。 　 土壤有机质

第一节 土壤有机质的来源、类型和组成 一、土壤有机质的来源 1、植物残体（枯枝、落叶、落果、根系等）及分泌物； 2、动物、微生物残体及分泌物和排泄物； 3、人为施用的有机肥料。 4、工农业副产品及生活污水废物等

二、土壤有机质含量 1、有机质含量 一般含量在0-5%之间。 泥炭土可高达20%或30%以上 漠境土和砂质土壤不足0.5%

表5－1 中国某些自然土壤中有机质含量 统计的标本数 土 类 32 2.07～7.05 黄棕壤、黄褐土 10 1.38～6.66 有机质含量（％） 土 类 32 2.07～7.05 黄棕壤、黄褐土 10 1.38～6.66 高山草原土、亚高山草原土 26 4 81～21.96 高山草甸土、亚高山草甸土 24 2.32～2.98 砖红壤、赤红壤 29 2.14～16.4 黑土、黑钙土 47 0.52～1.95 红 壤 2.71～20.5 黄 壤 22 1.03～10.69 褐 土 74 2.64～19.3 棕色森林土

土壤有机质 5% 0.5% 0.5-2.0% 7%

三、土壤有机质的类型 动、植物残体 半分解的动、植物残体 腐殖物质

四、有机质的组成 (1) 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。

腐殖物质 （Humic Substance) 非腐殖物质 （Non-Humic Substance) (2) 化合物组成 可分为: 腐殖物质 （Humic Substance) 非腐殖物质 （Non-Humic Substance) 常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。

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

R—（C，4H，养分）+ 2O2 CO2 + 2H2O + 能量+养分 第二节 土壤有机质的分解和转化 一、土壤有机质的矿化过程 1、矿化作用(Mineralization)*** 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的过程。 R—（C，4H，养分）+ 2O2 CO2 + 2H2O + 能量+养分 酶 氧化

降水可将土壤有机质中可溶性的物质洗出。这些物质包括简单的糖、有机酸及其盐类、氨基酸、蛋白质及无机盐等。 2、矿化过程 ★水的淋溶过程 ★动物转化过程 ★微生物的转化过程*** ★水的淋溶过程 降水可将土壤有机质中可溶性的物质洗出。这些物质包括简单的糖、有机酸及其盐类、氨基酸、蛋白质及无机盐等。 淋溶淀积作用.swf

★动物转化过程 （1）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。 （2）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。

也称氧化作用。其反应如下： nC6H12O6＋6O2 6CO2＋6H20＋热量 ★微生物的转化过程*** 碳水化合物的分解 单糖 好气条件 单糖 水和二氧化碳 也称氧化作用。其反应如下： 　　nC6H12O6＋6O2　　　6CO2＋6H20＋热量

C6H12O6 CH3CH2CH2COOH＋2H2＋2CO2 ＋热量 通气不良的条件下 单糖 还原性气体、有机酸 也称发酵作用。其反应为： 　　C6H12O6 CH3CH2CH2COOH＋2H2＋2CO2　　　　　　　　　　　＋热量 　　4H2＋CO2 CH4＋2H2O

含氮有机质的分解 水解作用 蛋白质 氨基酸 氨化作用 蛋白质 水解酶 CH2NH2COOH＋O2 HCOOH＋CO2＋NH3 　　 蛋白质 氨基酸 蛋白质 水解酶 　氨化作用 CH2NH2COOH＋O2 　　　HCOOH＋CO2＋NH3 　　CH2NH2COOH＋H2 　　　　　　　CH3COOH＋NH3 　　CH2NH2COOH＋H2O 　　　CH2(OH)COOH＋NH3 氧化 好气分解 还原 嫌气分解 水解

硝化作用 氨态氮被微生物氧化成亚硝酸，并进一步氧化成硝酸的过程，称硝化作用。分为两个阶段：第一阶段，氨被亚硝酸细菌氧化成亚硝酸；第二阶段，亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸。其反应如下： 2NH2＋3O2 2HNO2＋2H2O＋热量 　　2HNO2＋O2 2HNO3＋热量

C6H12O6＋24KNO3 24KHCO3＋6CO2＋12N2↑＋18H2O 反硝化作用 　　硝态氮在通气不良的条件下通过反硝化细菌的作用还原成气态氮（N2O和N2）的过程。其反应如下： 反硝化细菌 C6H12O6＋24KNO3 24KHCO3＋6CO2＋12N2↑＋18H2O

还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫酸的过程，称硫化作用。其反应如下： 含硫有机物的分解 　　蛋白质 硫氨基酸 　H2S 还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫酸的过程，称硫化作用。其反应如下： 　　2H2S＋O2 　2H2O＋2S 　　2S＋3O2＋2H2O 　2H2SO4 硫化作用产生的硫酸与土壤中的盐基物质作用，形成硫酸盐，硫酸盐是植物可吸收的养分。

二、土壤有机质的腐殖化过程 腐殖化系数***：单位重量的有机物质碳在土壤中分解一年后的残留碳量。 1、概念：腐殖化过程:(Humification)*** 　　各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物，这一过程称为腐殖化过程。 腐殖化系数***：单位重量的有机物质碳在土壤中分解一年后的残留碳量。

2、土壤腐殖质的形成 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。

第二阶段：上述土壤腐殖质的组成部分，在微生物的作用下经缩合形成腐殖质的基本单元。先是多元酚在微生物的作用下氧化为醌，然后醌再与含氮化合物缩合成原始腐殖质。

土壤腐殖质的形成.swf 5-1 土壤腐殖质形成过程中的转化途径

有机质的分解与合成示意图

注 意 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、乙醇等中间产物。 在极端嫌气的情况下，还产生CH4、H2等还原物质，其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。 注 意

三、影响有机物质的分解和转化的因素： （一）土壤生物的组成与活性 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 1、质地 粘粒含量越高，有机质含量也越高。 2、pH值 中性、钙质丰富较好，pH6.5-7.5。 1、质地 粘粒含量越高，有机质含量也越高。 2、pH值 中性、钙质丰富较好，pH6.5-7.5。 3. 水分 最适湿度：土壤持水量的50-80% 低洼、积水有利于有机质的积累 4. 通气性 通气不良易有机质累积 5. 温度 最适宜温度大约为25-35

（三）植物残体的特性 2、C/N比*** 破碎程度 紧实程度 有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速 新鲜程度 破碎程度 紧实程度 1、物理状态 2、C/N比*** 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。  C/N降至大约25：1以下，微生物不再利用土壤中 的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放矿质态氮，

第三节 土壤腐殖物质的形成和性质

一、土壤腐殖质的分组及存在形态

二、土壤腐殖质的存在形态 游离态 很少 结合态 52%-98% 腐殖质

土壤有机无机复合体示意图

三、土壤腐殖酸的性质 1、颜色 2、溶解性 3、吸水性 最大吸水量可以超过500% （一）物理性质 黑褐色，富里酸呈淡黄色，胡敏酸呈褐色 富里酸溶于水、酸、碱； 胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱； 富里酸的一价、二价盐溶于水，三价盐几乎不溶于水； 胡敏酸的一价盐溶于水，但二价、三价盐几乎不溶于水。 3、吸水性 最大吸水量可以超过500%

4、腐殖质的分子结构 5.胶体特性 土壤有机胶体的主要组成部分 （1）腐殖酸的分子量有较大的差异。 （2）腐殖酸的分子形状 pH 2-3 纤维、纤维束状 4-7 网状、海绵状 8-9 页状 >10 粒状 5.胶体特性 土壤有机胶体的主要组成部分

HA的3D优化结构模型

（二）腐殖酸的化学性质 １、腐殖质的组成 胡敏素 胡敏酸 富里酸 腐殖质

２、化学组成 我国主要土壤腐殖酸的元素组成 习惯上以58%为其平均值，故计算有机质的含量时，一般以1.724为折算系数。 元素（%） C H O+S N HA 50-60 3.1-5.3 31-41 3.0-5.6 FA 45-53 4.0-4.8 40-48 2.5-4.3 习惯上以58%为其平均值，故计算有机质的含量时，一般以1.724为折算系数。

种类 羧基 酚羟基 醇羟基 醌基 酮基 甲氧基 总酸度 3、含氧官能团 羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。 腐殖质的含氧官能团含量（m mol M＋）.kg-1 种类 羧基 酚羟基 醇羟基 醌基 酮基 甲氧基 总酸度 HA 15-57 21-57 2-49 1-26 1-5 3-8 67 FA 55-112 3-57 26-95 3-20 12-27 3-12 103

4、腐殖酸的络合性 络合物的稳定性随pH值的升高而增大。 在Ph4.8时能与Fe、Al、Ca等离子形成可溶性络合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。

5、腐殖酸的电性 腐殖酸是一种两性胶体。即可以带负电荷，也可以带正电荷。而通常以带负电荷为主。腐殖质的负电荷数量随pH质的升高而升高。

（三）腐殖质的稳定性与变异性 1、稳定性 在温带条件下，一般植物残体的半分解周期少于3个月，植物残体形成的新的有机质的半分解期为4.7-9年，而胡敏酸的平均停留时间为780-3000年，富里酸的平均停留为200-630年。

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 2、腐殖质的变异性 HA/FA值***：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。 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，土壤中以富里酸为主，HA/FA比一般小于1.

第四节 土壤有机质的作用和调节 一、土壤有机质对提高土壤肥力的作用 ★提供植物需要的养分 ★促进土壤养分的有效化 ★提高土壤的保肥性和对酸、碱的缓冲性 ★减轻重金属和农药的危害 ★改善土壤结构，增强土壤蓄水通气性。

有机质在生态环境上的作用 （一）有机质对重金属污染的影响 腐殖酸是重金属离子的络合剂。（二）有机物质对农药污染的影响 （三）土壤有机质对全球碳平衡的影响

一个碳原子的旅程 据Garrels等（1975)计算： 在大气圈中停留4年； 在生物圈中停留11年； 在海洋上层水域停留385年； 在深海中停留10万年； 在地壳中停留3.42×108

二、土壤有机质的调节 　（一）增施有机肥料、种植绿肥 　　对苗圃土壤和瘠薄的园林绿化地、果园等增施有机肥料是增加有机质的基本方法，据研究，施入土壤中的有机质，一般能有2／3～3／4被分解，其余的则转化为腐殖质积累在土壤中。

（二）保留树木凋落物 树木凋落物是林地（园林绿化）土壤有机质的主要来源之一，如果能采取有效措施，效果是不错的。 （三）调节土壤水、气、热等状况 　　土壤微生物的生活条件得到正常满足时，有机质才能正常转化，矿化和腐殖化才能得以协调。

　（四）调节C/N 　　有机物本身的成分是影响其分解的重要因素之一。有机物含碳素总量和氮素总量的比例，叫做C/N。

第五节 森林土壤有机质 一、森林土壤有机质的特点 　　主要体现在森林中绝大部分的有机残余物都累积在土壤表面且含有较多的不易分解的木素、树脂和单宁等物质，极易形成腐殖质，这就是森林植物对土壤的生物自肥作用。

森林土壤有机质

1、通过主伐、疏伐等营林手段，降低林分郁闭度，增加林内光照，提高地温，促进分解。 二、改善森林土壤有机质分解营林措施： 1、通过主伐、疏伐等营林手段，降低林分郁闭度，增加林内光照，提高地温，促进分解。 2、改变林分的树种组成，改善森林凋落物的组成分，以加速有机质的分解。 3、进行适当的土壤改良措施，如挖设排水沟，清除部分凋落物，施用石灰或硫磺以调整土壤反应，耕松土壤等。

本章重点 (一)基本概念 ( 二）思考题 1. 土壤有机质 2.土壤腐殖质 3. 矿化作用 4. 腐殖化作用 7. 腐殖化系数 8. C/N 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. 森林土壤有机质的特点及调节措施。 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?

本章结束 【教学目标】 土壤有机质概述 2.土壤有机质的转化 3.土壤腐殖质的形成 4.土壤有机质对土壤肥力的影响 5.提高土壤有机质的原则和途径