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1、2.2 土壤生物与土壤有机质,2.2.1 土壤生物,1、土壤生物多样性A、原生动物：单细胞真核生物，104-105个/g土。鞭毛虫、变形虫B、后生动物：多细胞动物。线虫、蠕虫、蚯蚓、蚂蚁 疏松土壤，破碎植物残体,C、微生物,细菌（bacteria）放线菌（actinomyces）真菌（fungi）藻类(algae)原生动物（protozoon）,2、微生物营养类型,1）化能有机营养型：异养型，需要有机化合物作为碳源，并从氧化有机化合物的过程中获得能量。大多数细菌、几乎全部真菌和原生动物。2）化能无机营养型：自养型，以CO2为碳源，从氧化无机化合物中取得能量。亚硝酸菌、硝酸菌等。,3）光能有机营
2、养型：光能异养型，能量来自于光，需有机化合物作为氢供体以还原CO2，并合成细胞物质。4）光能无机营养型：自养型，利用光能进行光合作用，以无机化合物作为氢供体以还原CO2，并合成细胞物质。藻类、光合细菌,微生物作用：,调节植物生长的养分循环；产生并消耗CO2，CH4，NO，N2O，CO和H2等；促进团聚体的形成；分解有机废弃物；是新物种基因材料的源和库,2.2.2 土壤有机质,土壤中来源于生命的物质,一、为什么研究有机质,土壤有机质,土壤碳固定与碳循环,土壤肥力,土壤污染,全球变化,土壤环境质量,温室效应（CO2、CH4）与陆地碳汇问题,认识碳汇的可能变化 探索缓解途径，寻找新的碳汇,Carbo
3、n pool(Pg,1Pg=1015 g),不同系统的碳库容量比较,SOM as a support for biomass production,How important?,江苏80年代初期产量与有机质的关系,How important?Fauna&Microbe,土壤污染物浓度（mg/kg DM）,How important?,不同土壤生态系统的有机质,森林下，SOM丰富,荒漠，SOM少,0.n DT/ha,农业土壤：根茬等,n DT/ha,102 DT/ha,作物根系、残茬及根系分泌物,农 家 肥,农业土壤有机质来源,工业、生活垃圾,三种形态：新鲜有机质、半分解有机质、腐殖质,二、土壤
4、有机质的某些量的特点,1，土壤中有机质含量：0300g/kg，有机质土壤：200g/kg；矿质土壤：200g/kg；耕作土壤：550 g/kg；平均：1020g/kg,东北 华中、华南 华北、西北,逐渐降低,有机物质的组成：成分复杂,1 植物残体：主要成分：C、H、O、N、P、S、K烧失量：90%95%以上，C、H、O、N 灰分：P、S、Ca、Mg、K、Si、Zn、Mo、B、Fe、Mn,关于土壤有机质的某些量的关系,2 有机质的构成量和含碳量 土壤腐殖质：占有机质90%；非腐殖物质中：碳水化合物占有机质 5%25%有机质的含碳量：源物质（残体）：40%；胡敏酸：50%；富里酸：40%；土壤有机
5、质平均：58%SOM=SOC*1.724,3 元素组成,C/N:12,C/P 100;,关于土壤有机质的某些量的关系,三.土壤中有机质如何转化？,有机质分解转化过程,动物,微生物,有机质,微生物,CO2、SO42-、NH4+-N、NO-3N、H2PO4-、HPO42-,1、矿化作用,兼气：NH4+-N、SH、有机酸,好氧：,CH4,有机质,微生物,厌氧,土壤呼吸：微生物分解土壤有机质，释放 CO2于空气中；,矿化作用(mineralization)：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。,有机化合物分解的差异,单糖、淀粉和简单蛋白质,粗蛋白质,纤维素、半纤维素
6、,脂肪、蜡质,木质素,有机质分解由易而难的递进,土壤有机质的矿化作用,A、糖类化合物B、含氮有机化合物水解作用：蛋白质 氨基酸 氨化作用 硝化作用NH2-N-NH3-N-NO2-N、NO3-N,分解作用的意义,分解产生：CO2、CH4温室气体，前者占绝对优势。CO2释放速率：衡量有机质分解强度与生物活动强度的指标；有机质补充养分的途径,腐殖质化过程：进入土壤的有机物质在微生物 的作用下转变为比原物质组成更为复杂、结构更为稳定的腐殖质的过程。腐殖物质：土壤中特有的、分子结构复 杂的一类有机大分子。,2,腐殖质化过程,腐殖物质(humus)：土壤中特有的、分子结构复 杂的一类有机大分子。,特点：颜
7、色：暗色；分子量：很大；形状：伸曲性，短棒形，比表面积很大（2000m2/g)；亲水性：吸水容量大，,分两个阶段：（1）产生原材料-含有芳核结构的物质（木质素、酚）（2）合成阶段：,腐殖质化系数：每克重的新鲜有机质 加入土壤中经过一年转变为腐殖质的克数。旱田：0.2-0.3;水田：0.25-0.40,多酚氧化酶,微生物,腐质酸,醌,缩合,多元酚,土 壤,NaOH,(不溶解),溶液,酸化,过滤,过滤,褐色沉淀 胡敏酸（褐腐酸）,浅黄色溶液 富里酸（黄腐酸）,胡敏素,富里酸,胡敏酸,腐殖酸的人为分离方法,微生物,矿化作用,腐殖化作用,好氧分解,土壤有机质的转化过程,兼气、厌氧分解,CO2、H2O
8、矿质养分,CH4、H2S有机酸等,多元酚，氨基酸、醌,胡敏酸,土壤有机质,分解作用,缩合,SOM=不同分解程度的源物质和不同合成及缩合程度的新物质,源物质(bio-origin):碳水化合物、木质素、蛋白质、树脂、蜡质等；新物质（腐殖物质，humus)：腐殖物质：胡敏酸、富哩酸、胡敏素,土壤有机质含量并不总是不变的,空间和时间上，土壤有机质水平存在变化或波动,有机质平衡：秸秆还田不能无限提高土壤有机质含量,微生物活动响应于温度变化 无分解：0；分解随温度而加强：0-35；升温10，分解速率提高23倍 最适分解温度：2035,四、影响土壤中有机质分解转化的因素：温度,微生物适宜的含水量 0.3M
9、Pa,分解迅速降低；-4MPa,only fungi 但是，频繁的干湿交替，强烈促进分解,四、影响土壤中有机质分解转化的因素：水分,（1）物理性质：含汁性、致密性、破碎性；（2）化学性质：C/N,材料间差异巨大(微生物平均C/N:8,同化25份C相当于分解1份氮施秸秆时补氮)土壤C/N:耕作土壤815（平均1012）；湿润温带土壤：1012 南方红黄壤：20,四、影响土壤中有机质分解转化的因素：有机源物质性质,某些物质的碳氮比(C/N),激发效应：因为新鲜可分解的有机物的一定量加入，促进了土壤原有有机质的分解，从而释放更多的养分。正效应：养分矿化、植物吸收；微生物活动促进；负效应：加速土壤有机
10、质库的消解，释放某些不利元素。,四、影响土壤中有机质分解转化的因素：新鲜物质加入,土壤质地：砂质土壤较利于有机质分解:有机质的黏粒保护作用 中性土壤有利于有机质矿化：酸性土壤补钙-施石灰等于施肥,四、影响土壤中有机质分解转化的因素：土壤性质,有机质的黏粒保护作用,渗育水稻土中SOC与无定型氧化铁（中国土壤,2000),湖南高产水稻土中SOC与物理性黏粒,氧化铁保护作用（水稻土）,五、腐殖质的基本性质,分子量：变异很大.越复杂，分子量越大；分子空间体积：黏粒级(纳米nm微米um)间；形状：伸曲性，短棒形，交联构造引起的空隙，比表面积很大（2000m2/g);亲水性：吸水容量大，单位重量下是黏土的
11、45倍，可以达到本身质量的500%；颜色：暗色，棕色到黑色,腐殖质的化学功能基团,酸性功能基：羧基(R-COOH和酚羟基(酚-OH);中性功能基：醇羟基(R-CH2-OH)、醚基(R-CH2-O-CH2-R)、酮基(R-C=O-R)、醛基(R-C=O-H)和酯(R-C=O-R-O)；碱性功能基：胺(R-CH2-NH2)、酰胺(R-C=O-NH-R);,2）吸水性、溶解性：褐腐酸不溶于水，与K、Na、NH4+等一价盐类可溶，黄腐酸溶解度较大，腐殖酸是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，可超本身500%。3）稳定性：属高分子聚合物，稳定抗分解力强，植物残体半衰期年周转速率：1%左右，平均更新周期100年水平；年龄：富啡酸：500年内；胡敏酸：10002500年；胡敏素：1000年.土壤腐殖质最老：8000年,六、有机质在土壤肥力中的作用,a.提供作物及微生物需要的养分、源及微量元素等，植物生长所需氮：土壤，肥料b.增强土壤的保肥性能带电性主要是带负电，吸附阳离子,c.促进团粒结构的形成，改善物理性质 腐殖质是种胶体，包被于矿质土粒的 外表，松 软，絮状，多孔d.促进作物生长 极低浓度的腐殖质分子，对植物有刺激作用e.消除土壤污染 与农药、重金属络合，减少毒害。,
