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有机质在土壤肥力上的作用是多方面的，它的含量是土壤肥力水平的一项重要指标。 如前所述，土壤有机质是作物所需的氮、磷、硫、微量元素等各种养分的主要来源。大量资料表明，我国主要土壤表层中80%以上的氮、20%～76%的磷以有机态存在，在大多数非石灰性土壤中，有机态硫占全硫的75%～95%或以上。在土壤有机质的矿化过程中，这些养分可直接通过微生物的降解和转化，以一定的速率不断地释放出来，用于作物和微生物的生长发育。虽然有关土壤有机质中其他重要植物养分含量的研究较少，但可以推断，加到土壤中的动植物残体包含一定比例的其他大量元素和微量元素，会随着残体的分解而释放。同时，土壤有机质分解和合成过程中，产生的多种有机酸和腐殖酸对土壤矿物有一定的溶解能力，可以促进矿物风化，有利于某些养分的有效化。一些与有机酸和富啡酸络合的金属离子可以保留于土壤溶液中不沉淀，从而增加有效性。有机质通过影响土壤物理性质、化学性质和生物学性质而改善土壤肥力特性。土壤有机质，尤其是多糖、糖蛋白和腐殖物质在土壤团聚体的形成过程和稳定性方面起重要作用。这些物质在土壤中可以通过官能团、氢键、范德华力等机制以胶膜形式包被在矿质土壤颗粒的外表，或被封闭在土壤团聚体内部免遭微生物的降解。由于它们的黏结力比砂粒强，在砂性土壤中，可增加砂土的黏结性从而促进团粒结构的形成。同时，土壤有机质又具有松软、絮状、多孔的特性，在黏性土壤中，黏粒被它们包被后，土壤可塑性、黏结性、黏着性降低，易形成散碎的团粒，使土壤变得比较松软而不再结成硬块。这说明土壤有机质能改变砂性土的分散无结构状态和黏性土的坚韧大块结构，使土壤的透水性、蓄水性、通气性以及根系的生长环境有所改善。同时由于土壤孔隙结构得到改善，导致水的入渗速率加快和土壤持水量增加，从而可以减少土壤流失。腐殖物质具有巨大的比表面积和亲水基团，吸水量是黏土矿物的4～5倍，能提高土壤有效持水量，使得更多的水分能为作物所利用。对农事操作而言，由于土壤耕性变好，翻耕省力，适耕期长，耕作质量也相应地提高。 腐殖物质对土壤颜色和热状况也有一定的影响。这是由于腐殖物质是一种深色的物质，深色土壤吸热快，在同样日照条件下，其土壤温度较高。腐殖物质因带有正负两种电荷，故既可吸附阴离子，又可吸附阳离子；其所带电性以负电荷为主，吸附的离子主要是阳离子K+、NH4+、Ca2+、Mg2+等。这些离子一旦被腐殖物质吸附，就可避免随水流失，而且能随时被根系附近H+或其他阳离子交换出来，供作物吸收，仍不失其有效性。从吸附性阳离子的有效性来看，腐殖物质与黏土矿物的作用一样，但单位质量腐殖物质保存阳离子养分的能力，比黏土矿物胶体大20～30倍。在矿质土壤中腐殖物质对阳离子吸附量的贡献通常占50%～90%,在保肥力很弱的砂性土壤中腐殖物质的这种作用显得尤为突出。因此在砂性土上通过增施有机肥来提高其腐殖物质含量，不仅可增加土壤养分含量，改善砂土的物理性质，而且还能提高其保肥能力。 土壤有机质中含有氮、磷、硫和微量元素，这些养分在土壤有机质矿化过程中逐步释放。土壤中磷的有效性低主要是由于土壤对磷具有强烈的固定作用，土壤有机质能降低磷的固定而增加土壤中磷的有效性，从而提高磷肥的利用率。土壤有机质也能增加土壤微量元素的有效性。腐殖酸是一种含有许多酸性官能团的弱酸，所以在提高土壤腐殖物质含量时，可提高土壤对酸碱度变化的缓冲性能。有机酸还会加速土壤矿物的风化，释放出植物必需的养分离子，在酸性土壤中，有机质通过与单体铝的复合作用，降低土壤交换性铝的含量，从而减轻铝的毒害。可以推测，在较低土壤pH的情况下，并没有出现对植物生长不利的影响，这可能与土壤有机质和AL3+的复合作用以及铝有机复合体在土壤中迁移有关。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的所有生物化学过程，有机物料的类型可以影响土壤微生物群落的组成和多样性，土壤微生物生物量随着土壤有机质合量的增加而增加，二者具有极显著的正相关。但因土壤有机质矿化率低，所以不像新鲜植物残体那样会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。正因为如此，含有机质多的土壤，肥力平稳而持久，不易产生作物猛发或脱肥现象。蚯蚓等土壤动物在土壤肥力上的重要性已为世人所公认，它通过影响土壤的物理性质和生物学性质而影响对植物养分的供应，但蚯蚓的生命活动也是以土壤有机质为食物来源的。据报道，一些蚯蚓专吃土壤表层的植物残体，而另一些则以已分解的有机物质为食源。蚯蚓通过掘洞、消化有机质、排泄粪便等直接改变土壤微生物和植物的生存环境。土壤有机质通过刺激微生物和动物的活动还能增强土壤酶的活性，从而直接影响土壤养分转化的生物化学过程。腐殖酸被证明是一类生理活性物质，其中的维生素、氨基酸、激素（例如生长素和赤霉素）等能加速种子发芽，增强根系活力，促进作物生长。对土壤微生物而言，腐殖酸也是一种促进其生长发育的生理活性物质。植物和微生物的作用还会向土壤中释放化感物质（allelochemical),常见的化感物质主要有低分子质量有机酸、酚类和站类，它们能影响周围其他植物和微生物的生长、健康、行为或群体关系。此外，土壤有机质在分解时也可能产生一些不利于植物生长或甚至有毒害的中间产物，特别是在厌氧条件下，这种情况更易发生。例如一些脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸等）的积累，达到一定浓度时会对植物产生毒害作用。
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