第五讲土壤肥力的物质基础——土壤有机质
土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。它在土壤的形成过程中，特别是在土壤肥力的发展过程中，起着极其重要的作用
。土壤有机质是指存在于土壤中的所有含碳的有机化合物。它主要包括土壤中各种动物、植物
残体，微生物体及其分解和合成的各种有机化合物。我国地域辽阔，由于各地的自然条件和农林业经营水平不同，土壤有机
质的含量差异较大。低者少于1％，多者可高达20%。土壤有机质含量的多少，基本上可以反映土壤肥力水平的高低。我国
部分土壤有机质含量如下表。土壤有机质在土壤肥力、环境保护、农业可持续发展等方面都有重要作用和意义：1、它含有植物生长所需要的各
种营养元素，是土壤微生物生命活动的能源，对土壤物理、化学和生物学性质都有深刻的影响。一、有机质的数量和来源原始土壤：
最初来源微生物，随后来源动植物残体和（根系分泌物）自然土壤经人为影响后，其有机质来源包括：作物根茬、各种有机肥料、工农
业和生活废水、废渣、微生物制品、有机农药等有机物。土壤有机质主要来源于高等绿色植物的枯枝、落叶、落果、根系等；其次是土壤中动物
、微生物的遗体；及人为施用的有机肥料。1、碳水化合物碳水化合物主要有淀粉、纤维素、半纤维素等多糖类物质。2、含氮化
合物动、植物残体中主要的含氮化合物是蛋白质，少量比较简单的可溶性氨基酸。植物残体中的叶绿素等。2、腐殖质的性质（1
）元素组成：C、N、P、S等，一般腐殖质含C55％~60％，平均为58％；其中胡敏酸较富里酸C、N高，O、S低（2）含有很多功能
团：腐殖质的基本结构，除了含碳水化合物、氨基酸等含N物质、芳香族化合物外，尚含有较多功能团：—COOH（羧基）、—OH、—C=O等
，表面常带有大量负电荷。其中羧基是最重要的功能基团。（3）具有强烈的保水性（蓄水性）（4）结构复杂，分子量大。可能含有一些生
理活性物质，激素等，分子量可达几万或几百万。（5）FA的分子结构比HA简单；（6）FA的溶解度大，HA的溶解度则小胡敏酸的
特性胡敏酸是土壤中溶于稀碱的棕褐色的天然有机高分子化合物。胡敏酸分子量大，平均可大于25，000，它的官能团的氢离子
可以被解离出来与溶液中的阳离子进行交换。因胡敏酸的官能团多，所以它具有较强的交换能力。富里（啡）酸的特性富里（啡）
酸是土壤中溶于稀碱也溶于稀酸的黄棕色天然有机高分子化合物。富里酸的分子量较胡敏酸小（3000～6000）。其元素组成和分子结构
虽与胡敏酸相似，但含C、H量比胡敏酸少，而S、O的含量比胡敏酸多，这说明富里酸缩合程度较胡敏酸低，酸性较强。三、土壤有机质的
转化过程（一）有机质的矿化分解过程：1、概念：有机质的矿化分解过程是指较复杂有机物质分解为简单化合物的过程。2、分为两个阶
段：（1）进入土壤的有机物（土壤微生物）简单有机化合物速度较慢；（2）简单有机化合物（土壤微生物）二氧化碳+水
+无机盐较快。3、分解特点（1）同一有机物由于组成不同，分解速度也不同。（2）同一阶段，分解先快后慢；4、有机质的矿
化率指每年因矿化作用而消耗掉的有机质量占土壤有机质含量的百分数。高温高湿比低温少雨区矿化率
要高；常耕大于少耕；旱田大于水田；施用新鲜有机肥会突然提高矿化率。一般土壤的矿化率为1%—3%意
义：有机体的矿化率和腐殖化系数是保持和提高土壤有机质含量到某一水平的两项指标（二）有机质的腐殖化过程1、概念：
有机质的腐殖化过程就是腐殖质的形成过程。2、过程：有机残体（土壤微生物）简单有机化合物（
相互间聚合反应）形成更大分子有机化合物，即是腐殖质。第一阶段：产生腐殖质分子的各
个组成成分。如多元酚、氨基酸、多肽等有机物质。?????第二阶段：由多元酚和含氮化合物缩合成腐殖质单体分子。
3、腐殖化系数指有机物质施入土壤中后形成的腐殖质量与原来施入的有机物质的比值。其
大小与有机物质的类型、土壤水热条件等因素有关。意义：有机体的矿化率和腐殖化系数是保持和提高土壤有机质含量到某一
水平的两项指标。计算：假定每亩表层（20厘米）土重150000kg；某土壤有机质含量2%，矿化率为2%；
假定施入有机物质为紫云英，其腐殖化系数为0.25，紫云英含水率86%；则要想用紫云英维持原有土壤有机质水平不下降，应施入量为：
每年被矿化消耗掉的土壤有机质每亩为：150000
kg2%2%=60kg设紫云英用量为x，则x0.14
0.25=60kg，因此，x=1700kg（三）影响有机
质转化的因素1、有机残体的组成与状态（1）有机残体的物理状态：多汁、幼嫩的绿肥比干枯、老化绿肥易分解；磨细的
比未粉碎的更易分解（2）有机残体的化学组成：单糖、淀粉、水溶性蛋白质、粗蛋白质等容易分解；而纤维素、木质素、脂
肪、蜡质等很难分解。阔叶比针叶快；叶片比残根快，豆科比禾本科快。（3）有机残体的碳氮比（C/N）：碳氮比是指
有机残体中碳总量与氮总量之比。微生物吸收1份氮，就要吸收5份碳用于构成自身细胞，同时要消耗20份碳作为生命活动的能量。微生物分解需
有机质的C/N为25：1。有机残体的碳氮比（C/N）影响微生物的活动和繁殖，C/N适宜的有机残体，有机残体就矿化快，反之则慢。2
、土壤环境条件通过影响土壤微生物来实现对有机残体转化的影响。（1）土壤湿度和通气状况：
在田间持水量的60%最好。水田是还原条件，分解慢，有机质高；
砂土比粘土有机质低。（2）土壤温度状况：最适温度：20～30度。不同季节不一样；不同地区也不同，如我国
从南到北，有机质逐渐增高。（3）土壤酸碱度：不同微生物要求不同pH范围，如多数细菌要6.5—7.5；放线
菌中性到为碱性，真菌酸性到中性条件。（4）土壤中的粘粒：由于粘粒的吸附可减弱土壤酶、土壤微生物的活性，对于
粘重土壤，有机质不易分解。（5）其它因素：如盐分过高会影响；某些重金属的毒害作用都会限制有机质转化。四
、有机质在肥力中的作用及其调节（一）土壤有机质在土壤肥力中的作用1、土壤有机质是植物养料的源泉土壤有
机质含有丰富的植物所需营养元素，如C、H、O、P、S、K、Ca等，还有多种微量元素，特别是氮素，土壤中的氮素95％以上是有机态的，
经微生物分解后，转化为植物可直接吸收利用的速效氮，同时植物养分以腐殖质形态存在的，有利于养分保蓄，减少淋溶损失，因此是供应植物养料
的物质基础。2、提高土壤的蓄水保肥和缓冲能力腐殖质本身疏松多孔，具有很强的蓄水能力。土壤中的粘
粒吸水力一般为50％～60％，而腐殖质可高达400％～600％。多种功能团带大量负电荷，吸附代换性强，可吸收保存养分，
起到保肥作用；土壤有机胶体有的是两性胶体，起到缓冲酸碱化作用。3、土壤有机质能改善土壤物理性质
新鲜有机质是土壤团聚体主要的胶结剂，在钙离子的作用下，能够形成稳定性团聚体，腐殖质颜色深，能吸收大量的太阳辐射热，同
时有机质分解时也能释放热，所以有机质在一定条件下能提高土壤温度。4、促进微生物的生命活动土壤有机质能
为微生物生活提供能量和养分，同时又能调节土壤水、气热及酸碱状况。5、促进植物的生长发育胡敏酸具有芳香族的
多元酚官能团，可以加强植物的呼吸过程，提高细胞膜的透性，促进养分进入植物体，还能促进新陈代谢，细胞分裂，加速根系和地上部分的生长。
6、土壤有机质也是一类生理活性物质能加速种子发芽，增强根系活动，促进作物生长，也可增加（过氧化氢）酶的活性
。7、其他方面的作用腐殖质中含维生素、抗生素和激素，可增强植物抗病免疫能力，胡敏酸还有助于消除土壤中
农药残毒及重金属离子的污染。另外，腐殖质还有利于盐、碱土的改良。（二）土壤有机质的调节1、保持和提高土壤有机质含量使土壤有机质
调节的关键有机体的矿化率和腐殖化系数是保持和提高土壤有机质含量到某一水平的两项指标。2、提高土壤
有机质含量的措施（1）增加土壤有机质来源，即广辟肥源；增施有机肥料、种植绿肥，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。（2）调节土壤水、气、热等状况，处理好供应养分
和培肥土壤的关系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。3、
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。复习思考题
1、土壤腐殖质的基本性质如何？2、简述有机质的转化过程？3、有机质在土壤肥力中的作用怎样？表1中国某些自然土壤
中有机质含量统计的标本数有机质含量（％）土类322.07～7.05黄棕壤、黄褐土101.38～
6.66高山草原土、亚高山草原土26481～21.96高山草甸土、亚高山草甸土242.32～2.98
砖红壤、赤红壤292.14～16.4黑土、黑钙土470.52～1.95红壤322.71～20.
5黄壤221.03～10.69褐土742.64～19.3棕色森林土2、土壤有机质对重金属、
农药等各种有机、无机污染物的行为都有显著的影响，而且对全球碳平衡起着重要作用。土壤有机质来源动物植物微生物有机肥料二
、有机质的类型、组成（一）新鲜有机质、有机残余物和简单有机化合物新鲜
有机质指那些仍保持原来形态，没被分解的动物植物及微生物遗体。有机残余物指那些半分解状态的有机物质。简单有机物包括糖类有
机残余氨基酸、脂肪等有机化合物。3、单宁、树脂、脂肪、蜡质等这是一类复杂的有机化合物，除单宁外，其余都不溶于水而溶
于有机溶剂如酒精、苯等物质中，在土壤中分解缓慢而不彻底。4、木质素木质素是植物木质部的主要组成成分，是复杂的有机化
合物。5、灰分元素植物经燃烧后，残留在灰分中的元素称灰分元素。构成灰分的主要元素为Ca、Mg、K、Na、S
、P、S、Fe、Al、Mn，以及微量元素Zn、Mo、B等。其中以Si、Ca、K、Al为最多。（二）土壤腐殖质土壤腐殖
质是除未分解的动、植物组织和土壤生命体等以外的土壤中有机化合物的总称。土壤腐殖质是土壤有机质主要部分，占50—65
%，腐殖质不是单一有机质，而是在组成、结构和性质上具有共同特征，又有差异的一系列高分子有机化合物。1、腐殖质提取和分离根据腐殖质在不同溶剂中的溶解度和颜色可分离出胡敏素、胡敏酸和富啡酸3种性质不同的腐殖质。NaOH或NH4OH稀溶液处理不溶解的腐殖质胡敏素溶解的暗褐色溶液HCl或H2SO4处理沉淀物质胡敏酸黄白色溶液富啡酸土壤都不溶水。酸、碱都可溶碱可溶，水和酸不溶溶解性高深胡敏素低浅富啡酸中等中等胡敏酸分子量颜色图1土壤腐殖质形成过程中的转化途径有机质的调节有机质积累有机质分解平衡增加来源影响因素控制绿肥种植秸秆还田增施有机肥水气热耕作轮作碳氮酸碱 |
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