2.2土壤生物與

土壤有機(jī)質(zhì)

2.2土壤生物與

土壤有機(jī)質(zhì)12.2.1土壤生物1、土壤生物多樣性A、原生動物：單細(xì)胞真核生物，104-105個/g土。鞭毛蟲、變形蟲B、后生動物：多細(xì)胞動物。線蟲、蠕蟲、蚯蚓、螞蟻疏松土壤，破碎植物殘體2.2.1土壤生物1、土壤生物多樣性2C、微生物細(xì)菌（bacteria）放線菌（actinomyces）真菌（fungi）藻類(algae)原生動物（protozoon）C、微生物細(xì)菌32、微生物營養(yǎng)類型1）化能有機(jī)營養(yǎng)型：異養(yǎng)型，需要有機(jī)化合物作為碳源，并從氧化有機(jī)化合物的過程中獲得能量。大多數(shù)細(xì)菌、幾乎全部真菌和原生動物。2）化能無機(jī)營養(yǎng)型：自養(yǎng)型，以CO2為碳源，從氧化無機(jī)化合物中取得能量。亞硝酸菌、硝酸菌等。2、微生物營養(yǎng)類型1）化能有機(jī)營養(yǎng)型：異養(yǎng)型，需要有機(jī)化合物43）光能有機(jī)營養(yǎng)型：光能異養(yǎng)型，能量來自于光，需有機(jī)化合物作為氫供體以還原CO2，并合成細(xì)胞物質(zhì)。4）光能無機(jī)營養(yǎng)型：自養(yǎng)型，利用光能進(jìn)行光合作用，以無機(jī)化合物作為氫供體以還原CO2，并合成細(xì)胞物質(zhì)。藻類、光合細(xì)菌3）光能有機(jī)營養(yǎng)型：光能異養(yǎng)型，能量來自于光，需有機(jī)化合物作5微生物作用：調(diào)節(jié)植物生長的養(yǎng)分循環(huán)；產(chǎn)生并消耗CO2，CH4，NO，N2O，CO和H2等；促進(jìn)團(tuán)聚體的形成；分解有機(jī)廢棄物；是新物種基因材料的源和庫微生物作用：調(diào)節(jié)植物生長的養(yǎng)分循環(huán)；62.2.2土壤有機(jī)質(zhì)土壤中來源于生命的物質(zhì)2.2.2土壤有機(jī)質(zhì)土壤中來源于生命的物質(zhì)7一、為什么研究有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)土壤碳固定與碳循環(huán)土壤肥力土壤污染全球變化土壤環(huán)境質(zhì)量一、為什么研究有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)土壤碳固定與碳循環(huán)土8溫室效應(yīng)（CO2、CH4）與陸地碳匯問題

認(rèn)識碳匯的可能變化

探索緩解途徑，尋找新的碳匯溫室效應(yīng)（CO2、CH4）與陸地碳匯問題認(rèn)識碳匯的可能9Carbonpool(Pg,1Pg=1015g)不同系統(tǒng)的碳庫容量比較Carbonpool(Pg,1Pg=1015g)不同10SOMasasupportforbiomassproductionHowimportant?江蘇80年代初期產(chǎn)量與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系SOMasasupportforbiomass11Howimportant?

Fauna&MicrobeHowimportant?

Fauna&Microb12土壤污染物濃度（mg/kgDM）Howimportant?

土壤污染物濃度（mg/kgDM）Howimportant13不同土壤生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)質(zhì)森林下，SOM豐富荒漠，SOM少,<0.nDT/ha農(nóng)業(yè)土壤：根茬等,nDT/ha102DT/ha不同土壤生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)質(zhì)森林下，SOM豐富荒漠，SOM少,<14作物根系、殘茬及根系分泌物農(nóng)家肥

農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)來源工業(yè)、生活垃圾三種形態(tài)：新鮮有機(jī)質(zhì)、半分解有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)作物根系、殘茬及根系分泌物農(nóng)家肥農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)來源工業(yè)15二、土壤有機(jī)質(zhì)的某些量的特點1，土壤中有機(jī)質(zhì)含量：0~300g/kg，有機(jī)質(zhì)土壤：>200g/kg；礦質(zhì)土壤：<200g/kg；耕作土壤：5~50g/kg；平均：10~20g/kg東北華中、華南華北、西北逐漸降低二、土壤有機(jī)質(zhì)的某些量的特點1，土壤中有機(jī)質(zhì)含量：0~3016有機(jī)物質(zhì)的組成：成分復(fù)雜1植物殘體：主要成分：C、H、O、N、P、S、K燒失量：90%~95%以上，C、H、O、N灰分：P、S、Ca、Mg、K、Si、Zn、

Mo、B、Fe、Mn有機(jī)物質(zhì)的組成：成分復(fù)雜1植物殘體：17關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)的某些量的關(guān)系2有機(jī)質(zhì)的構(gòu)成量和含碳量土壤腐殖質(zhì)：占有機(jī)質(zhì)~90%；非腐殖物質(zhì)中：碳水化合物占有機(jī)質(zhì)5%~25%有機(jī)質(zhì)的含碳量：源物質(zhì)（殘體）：40%；胡敏酸：50%；富里酸：40%；土壤有機(jī)質(zhì)平均：58%SOM=SOC*1.724

關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)的某些量的關(guān)系2有機(jī)質(zhì)的構(gòu)成量和含碳量183元素組成COHN%52~5834~393.3~4.83.7~4.1C/N:~12,C/P~100;關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)的某些量的關(guān)系3元素組成COHN%52~5834~393.3~4.8319三.土壤中有機(jī)質(zhì)如何轉(zhuǎn)化？三.土壤中有機(jī)質(zhì)如何轉(zhuǎn)化？20有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化過程動物微生物有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化過程動物微生物21有機(jī)質(zhì)微生物CO2

、

SO42-、NH4+-N、NO-3—N、H2PO4-、HPO42-1、礦化作用兼氣：NH4+-N、—SH、有機(jī)酸好氧：CH4有機(jī)質(zhì)微生物厭氧有機(jī)質(zhì)微生物CO2、SO42-、NH4+-N、NO-22土壤呼吸：微生物分解土壤有機(jī)質(zhì)，釋放CO2于空氣中；礦化作用(mineralization)：復(fù)雜有機(jī)物通過微生物的分解轉(zhuǎn)化為簡單的化合物，同時釋放出礦質(zhì)養(yǎng)料的過程。土壤呼吸：微生物分解土壤有機(jī)質(zhì)，釋放CO23有機(jī)化合物分解的差異單糖、淀粉和簡單蛋白質(zhì)粗蛋白質(zhì)纖維素、半纖維素脂肪、蠟質(zhì)木質(zhì)素有機(jī)質(zhì)分解由易而難的遞進(jìn)有機(jī)化合物分解的差異單糖、淀粉和簡單蛋白質(zhì)粗蛋白質(zhì)纖維素、半24土壤有機(jī)質(zhì)的礦化作用A、糖類化合物B、含氮有機(jī)化合物水解作用：蛋白質(zhì)氨基酸

氨化作用

硝化作用NH2-N----NH3-N------NO2-N、NO3-N土壤有機(jī)質(zhì)的礦化作用A、糖類化合物25分解作用的意義分解產(chǎn)生：CO2、CH4—溫室氣體，前者占絕對優(yōu)勢。

CO2釋放速率：衡量有機(jī)質(zhì)分解強(qiáng)度與生物活動強(qiáng)度的指標(biāo)；有機(jī)質(zhì)補(bǔ)充養(yǎng)分的途徑分解作用的意義分解產(chǎn)生：CO2、CH4—溫室氣體，前者占26腐殖質(zhì)化過程：進(jìn)入土壤的有機(jī)物質(zhì)在微生物的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)楸仍镔|(zhì)組成更為復(fù)雜、結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程。腐殖物質(zhì)：土壤中特有的、分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一類有機(jī)大分子。

2,腐殖質(zhì)化過程腐殖質(zhì)化過程：進(jìn)入土壤的有機(jī)物質(zhì)在微生物的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)楸?7腐殖物質(zhì)(humus)：土壤中特有的、分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一類有機(jī)大分子。

特點：顏色：暗色；分子量：很大；形狀：伸曲性，短棒形，比表面積很大（~2000m2/g)；親水性：吸水容量大，腐殖物質(zhì)(humus)：土壤中特有的、分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一類有28

分兩個階段：（1）產(chǎn)生原材料---含有芳核結(jié)構(gòu)的物質(zhì)（木質(zhì)素、酚）（2）合成階段：

腐殖質(zhì)化系數(shù)：每克重的新鮮有機(jī)質(zhì)加入土壤中經(jīng)過一年轉(zhuǎn)變?yōu)楦迟|(zhì)的克數(shù)。

旱田：0.2-0.3;水田：0.25-0.40

多酚氧化酶微生物腐質(zhì)酸醌縮合多元酚分兩個階段：

腐殖質(zhì)化系數(shù)：每克重的新鮮有機(jī)質(zhì)加入土壤中29土壤NaOH(不溶解)

溶液

酸化過濾過濾褐色沉淀—胡敏酸（褐腐酸）淺黃色溶液—富里酸（黃腐酸）

胡敏素富里酸胡敏酸腐殖酸的人為分離方法

土壤NaOH(不溶解)溶液酸化過濾過濾褐色沉淀30微生物礦化作用腐殖化作用好氧分解土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程兼氣、厭氧分解CO2、H2O礦質(zhì)養(yǎng)分CH4、H2S有機(jī)酸等多元酚，氨基酸、醌

胡敏酸土壤有機(jī)質(zhì)分解作用縮合微生物礦化作用腐殖化作用好氧分解土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程兼氣、厭31SOM=不同分解程度的源物質(zhì)

和不同合成及縮合程度的新物質(zhì)源物質(zhì)(bio-origin):碳水化合物、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、樹脂、蠟質(zhì)等；

新物質(zhì)（腐殖物質(zhì)，humus)：腐殖物質(zhì)：胡敏酸、富哩酸、胡敏素SOM=不同分解程度的源物質(zhì)

和不同合成及縮合程度的新物32土壤有機(jī)質(zhì)含量并不總是不變的空間和時間上，土壤有機(jī)質(zhì)水平存在變化或波動土壤有機(jī)質(zhì)含量并不總是不變的空間和時間上，土壤有機(jī)質(zhì)水平存在33有機(jī)質(zhì)平衡：秸稈還田不能

無限提高土壤有機(jī)質(zhì)含量有機(jī)質(zhì)平衡：秸稈還田不能

無限提高土壤有機(jī)質(zhì)含量34土壤生物與土壤有機(jī)質(zhì)ppt課件35微生物活動響應(yīng)于溫度變化無分解：≤0℃；分解隨溫度而加強(qiáng)：0-35℃；升溫10℃，分解速率提高2~3倍最適分解溫度：20~35℃

四、影響土壤中有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的因素：溫度微生物活動響應(yīng)于溫度變化四、影響土壤中有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的因素36微生物適宜的含水量<-0.03Mpa,厭氣分解；-0.03~-0.1Mpa,適宜分解；>0.3MPa,分解迅速降低；>-4MPa,onlyfungi

但是，頻繁的干濕交替，強(qiáng)烈促進(jìn)分解四、影響土壤中有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的因素：水分微生物適宜的含水量四、影響土壤中有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的因素37（1）物理性質(zhì)：含汁性、致密性、破碎性；（2）化學(xué)性質(zhì)：C/N,材料間差異巨大

(微生物平均C/N:8,同化25份C相當(dāng)于分解1份氮—施秸稈時補(bǔ)氮)土壤C/N:耕作土壤8~15（平均10~12）；濕潤溫帶土壤：10~12南方紅黃壤：~20四、影響土壤中有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的因素：有機(jī)源物質(zhì)性質(zhì)（1）物理性質(zhì)：含汁性、致密性、破碎性；四、影響土壤中38某些物質(zhì)的碳氮比(C/N)C(%)N(%)C/N鋸屑500.1500麥秸380.580玉米莖400.757黑麥草401.137苜蓿草40313某些物質(zhì)的碳氮比(C/N)C(%)N(%)C/N鋸屑500.39

激發(fā)效應(yīng)：因為新鮮可分解的有機(jī)物的一定量加入，促進(jìn)了土壤原有有機(jī)質(zhì)的分解，從而釋放更多的養(yǎng)分。正效應(yīng)：養(yǎng)分礦化、植物吸收；微生物活動促進(jìn)；負(fù)效應(yīng)：加速土壤有機(jī)質(zhì)庫的消解，釋放某些不利元素。四、影響土壤中有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的因素：新鮮物質(zhì)加入激發(fā)效應(yīng)：因為新鮮可分解的有機(jī)物的一定量加入，促進(jìn)了土40

土壤質(zhì)地：砂質(zhì)土壤較利于有機(jī)質(zhì)分解:有機(jī)質(zhì)的黏粒保護(hù)作用中性土壤有利于有機(jī)質(zhì)礦化：酸性土壤補(bǔ)鈣-施石灰等于施肥四、影響土壤中有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的因素：土壤性質(zhì)土壤質(zhì)地：砂質(zhì)土壤較利于有機(jī)質(zhì)分解:有機(jī)質(zhì)的黏粒保護(hù)作用41有機(jī)質(zhì)的黏粒保護(hù)作用有機(jī)質(zhì)的黏粒保護(hù)作用42滲育水稻土中SOC與無定型氧化鐵（中國土壤,2000)湖南高產(chǎn)水稻土中SOC與物理性黏粒氧化鐵保護(hù)作用（水稻土）滲育水稻土中SOC與無定型氧化鐵（中國土壤,2000)湖南高43五、腐殖質(zhì)的基本性質(zhì)

分子量：變異很大.越復(fù)雜，分子量越大；

分子空間體積：黏粒級(納米nm~微米um)間；

形狀：伸曲性，短棒形，交聯(lián)構(gòu)造引起的空隙，比表面積很大（~2000m2/g);

親水性：吸水容量大，單位重量下是黏土的4~5倍，可以達(dá)到本身質(zhì)量的500%；

顏色：暗色，棕色到黑色五、腐殖質(zhì)的基本性質(zhì)分子量：變異很大.越復(fù)雜，分子量越大44腐殖質(zhì)的化學(xué)功能基團(tuán)酸性功能基：羧基(R-COOH和酚羥基(酚-OH);中性功能基：醇羥基(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)；堿性功能基：胺(R-CH2-NH2)、酰胺(R-C=O-NH-R);腐殖質(zhì)的化學(xué)功能基團(tuán)酸性功能基：羧基(R-COOH和酚羥基452）吸水性、溶解性：

褐腐酸不溶于水，與K、Na、NH4+等一價鹽類可溶，黃腐酸溶解度較大，腐殖酸是一種親水膠體，有強(qiáng)大的吸水能力，可超本身500%。

3）穩(wěn)定性：

屬高分子聚合物，穩(wěn)定抗分解力強(qiáng)，植物殘體半衰期年周轉(zhuǎn)速率：1%左右，平均更新周期100年水平；

年齡：富啡酸：500年內(nèi)；胡敏酸：1000~2500年；胡敏素：>1000年.土壤腐殖質(zhì)最老：8000年

2）吸水性、溶