,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2.2,土壤生物与土壤有机质,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，10,4,-10,5,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,2.2.1 土壤生物1、土壤生物多样性,C、微生物,细菌,（bacteria）,放线菌,（actinomyces）,真菌,（fungi）,藻类,(algae),原生动物,（protozoon）,C、微生物细菌,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CO,2,为碳源，从氧化无机化合物中取得能量。亚硝酸菌、硝酸菌等。,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,3）光能有机营养型：,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CO,2,，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,3）光能有机营养型：光能异养型，能量来自于光，需有机化合物作,微生物作用：,调节植物生长的养分循环；,产生并消耗CO,2,，CH,4,，NO，N,2,O，CO和H,2,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,微生物作用：调节植物生长的养分循环；,2.2.2 土壤有机质,土壤中来源于生命的物质,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,一、为什么研究有机质土壤有机质土壤碳固定与碳循环土,温室效应（,CO,2,、CH,4,）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,温室效应（CO2、CH4）与陆地碳汇问题 认识碳汇的可能,Carbon pool,(Pg,1Pg=10,15,g),不同系统的碳库容量比较,Carbon pool(Pg,1Pg=1015 g)不同,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,SOM as a support for biomass,How important?,Fauna&Microbe,How important?Fauna&Microb,土壤污染物浓度（mg/kg DM）,How important?,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,10,2,DT/ha,不同土壤生态系统的有机质森林下，SOM丰富荒漠，SOM少,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,二、土壤有机质的某些量的特点 1，土壤中有机质含量：030,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,有机物质的组成：成分复杂1 植物残体：,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%；,土壤有机质平均：58%,SOM=SOC*1.724,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,3 元素组成,C,O,H,N,%,5258,3439,3.34.8,3.74.1,C/N:12,C/P 100;,关于土壤有机质的某些量的关系,3 元素组成COHN%525834393.34.83,三.土壤中有机质如何转化？,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,有机质分解转化过程动物微生物,有机质,微生物,CO,2,、,SO,4,2-,、NH,4,+,-N、NO,-,3,N、H,2,PO,4,-,、HPO,4,2-,1、矿化作用,兼气：,NH,4,+,-N、SH、,有机酸,好氧,：,CH,4,有机质,微生物,厌氧,有机质微生物CO2、SO42-、NH4+-N、NO-,土壤呼吸,：,微生物分解土壤有机质，释放 CO,2,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。,土壤呼吸：微生物分解土壤有机质，释放 CO,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,脂肪、蜡质,木质素,有机质分解由易而难的递进,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,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,NH,2,-N-NH,3,-N-NO,2,-N、NO,3,-N,土壤有机质的矿化作用A、糖类化合物,分解作用的意义,分解产生：CO,2,、CH,4,温室气体，前者占绝对优势。,CO,2,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,分解作用的意义 分解产生：CO2、CH4温室气体，前者占,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,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：,颜色：,暗色；,分子量：,很大；,形状：,伸曲性，短棒形，比表面积很大（2000m,2,/g)；,亲水性：,吸水容量大，,腐殖物质(humus)：土壤中特有的、分子结构复 杂的一类有,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,分两个阶段：腐殖质化系数：每克重的新鲜有机质 加入土壤中,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,土 壤NaOH(不溶解)溶液 酸化过滤 过滤 褐色沉淀,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,CO,2,、H,2,O,矿质养分,CH,4,、,H,2,S,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,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,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,SOM=不同分解程度的源物质和不同合成及缩合程度的新物,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,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,有机质平衡：秸秆还田不能无限提高土壤有机质含量,有机质平衡：秸秆还田不能无限提高土壤有机质含量,土壤生物与土壤有机质培训资料课件,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,微生物活动响应于温度变化四、影响土壤中有机质分解转化的因素,微生物适宜的含水量,0.3MPa,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,微生物适宜的含水量四、影响土壤中有机质分解转化的因素,（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,（1）物理性质：含汁性、致密性、破碎性；四、影响土壤中,某些物质的碳氮比(C/N),C(%),N(%),C/N,锯屑,50,0.1,500,麦秸,38,0.5,80,玉米茎,40,0.7,57,黑麦草,40,1.1,37,苜蓿草,40,3,13,某些物质的碳氮比(C/N)C(%)N(%)C/N锯屑500.,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,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,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,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,有机质的黏粒保护作用,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）,渗育水稻土中SOC与无定型氧化铁（中国土壤,2000)湖南高,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（2000m,2,/g);,亲水性：,吸水容量大，单位重量下是黏土的45倍，可以达到本身质量的500%；,颜色：,暗色，棕色到黑色,五、腐殖质的基本性质 分子量：变异很大.越复杂，分子量越大,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-CH,2,-OH)、醚基(R-CH,2,-O-CH,2,-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-CH,2,-NH,2,)、酰胺(R-C=O-NH-R);,腐殖质的化学功能基团 酸性功能基：羧基(R-COOH和酚羟基,2）吸水性、溶解性：,褐腐酸不溶于水，与K、Na、NH,4,+,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,2）吸水性、溶解性：褐腐酸不溶于水，与K、Na、NH4+等,六、有机质在土壤肥力中的作用,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,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,c.促进团粒结构