第3章 土壤有机质（1/1）

一、概念

土壤有机质:是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质。

土壤有机质是土壤的重要组成部分，是土壤肥力的物质基础。

二、来源及类型

随着生产技术的发展,增施有机肥料,使土壤有机质的成分、数量受到深刻的影响。人类生产活动所增加的土壤有机质数量是最重要的。

进入土壤的有机质一般呈现3种状态:

新鲜的有机质,已经发生变化的半分解有机残余物及腐殖物质。新鲜的有机质是土壤中未分解的生物遗体;

②半分解的有机质，是新鲜有机质经微生物的部分分解作用,已破坏了原始形态和结构。

以上两者都可用机械方法把它们从土壤中完全分离出来。在一般土壤中占有机质总量的10%~15%，是土壤有机质的基本组成部分和作物养分的重要来源，也是形成土壤腐殖质的原料。

③腐殖物质是有机质经过微生物分解和再合成的一种褐色或暗褐色的大分子胶体物质，它与矿物质土粒紧密结合，不能用机械方法分离，是有机质的主要成分,在一般土壤中约占有机质总量的85%~ 90%。土壤腐殖质是改良土壤性质，供给作物营养的主要物质，也是土壤肥力水平的主要标志之一。

三、土壤有机质的组成及性质

（1）糖类、有机酸、醛、醇、酮类以及相近的化合物

糖类、酸类还有乙醛、乙醇和丙酮等，可溶于水，在植物遗体破坏时，能被水淋洗流失。这类有机质被微生物分解后产生CO?，H?O；在空气不足的情况下，可能产生H?及CH?等还原性气体。

（2）纤维素和半纤维素

半纤维素在酸和碱的稀溶液处理下,易于水解,纤维素则在较强的酸和碱的处理下，才可以水解,它们均能被微生物所分解。

（3）木质素

木质素是复杂的有机化合物，是木质纤维的主要成分,比较稳定，不易被细菌和化学物质所分解,但可被真菌、放线菌所分解。其成分随植物不同而异。

（4）脂肪、蜡质、树脂和单宁等

是一类乙醚和醇溶性物质，不溶于水，而溶于醇、醚及苯中,是十分复杂的化合物。在土壤中除脂肪分解较快外，一般都很难彻底分解。

（5）含氮化合物

生物体中主要的含氮物质为蛋白质。

（6）灰分物质

植物残留燃烧后所留下的灰称为灰分物质。

四、转化过程

包括有机质的矿质化过程和腐殖质化过程。

矿质化过程就是有机质被分解成简单的无机化合物，并释放出矿质营养的过程。

腐殖化过程则使简单的有机化合物形成新的、较稳定的有机化合物,使有机质及其养分保蓄起来的过程。

有机质的矿质化过程和腐殖质化过是不可分割和互相联系的。对于农业生产而言，矿化作用为作物生长提供充足的养分.但过强的矿化作用,会使有机质分解过快，造成养分的大量损失，腐殖质难于形成,使土壤肥力水平下降。因此,适当的调控土壤有机质的矿化速度,促使腐殖化作用的进行，有利于改善土壤的理化性质和提高土壤的肥沃度。必须辩证地认识二者的相互关系。

（一）矿质化过程

1、含碳有机物质的转化

微生物在分解有机质的过程中，首先向外界环境分泌出水解酶，使不溶性的有机质转化为简单的可溶性物质，再经过微生物体内解链酶的作用，使有机物质彻底分解产生简单物质，并释放出能量。但是有机质在氧气充足或缺氧条件下的分解产物和释放出的能量是不一致的。

在通气良好的条件下葡萄糖彻底分解，并放出多量的能量。

C?H??O? + 9（O）→ 3C?H?O?（草酸）+ 3H?O

2C?H?I? + O? →4CO? + 2H?O

2、含氨有机物质的转化

土壤中的氮素主要是以有机化合物的形态存在着。但植物利用的氮主要是无机态氮化合物。然而土壤中无机态氮的质量分数很少，必须依靠含氮有机物的不断分解转化才能满足植物的需要。在这转化过程中，微生物起着非常重要的作用。

水解过程

蛋白质在蛋白质水解酶的作用下，分解成简单的氨基酸一类的含氮物质。

蛋白质→水解蛋白质→消化蛋白质→多缩氨酸(或多肽)→氨基酸

②氨化过程

蛋白质水解生成的氨基酸在多种微生物及其所分泌的酶的作用下，进一步分解成氨(在土中成为铵盐)的作用，称为氨化作用。氨化作用在好气或嫌气条件下均可进行。

③硝化过程

氨化过程所生成的氨或铵盐可被微生物利用以组成其体细胞，也可被植物利用作为氮素养料的来源。氨或铵盐的另一部分,在微生物的作用下，经过亚硝酸的中间阶段进一步氧化为硝酸的过程称硝化过程。

硝酸与土壤中的盐基结合成硝酸盐，也是植物和微生物可以直接利用的氮素养料。

④反硝化过程

硝酸盐在反硝化菌作用下还原为N?O和N?的过程称为反硝化过程。

3、含磷有机物质的转化

土壤中的含磷有机化合物在多种腐生性微生物的作用下形成磷酸，成为植物能够吸收利用的养料。含磷有机物质在磷细菌的作用下经过水解而产生磷酸。

核蛋白质→核素→核酸→磷酸卵磷脂→甘油磷酸脂→磷酸

4、含硫有机物质的转化

土壤中含硫的有机物，经过微生物的作用产生硫化氢。在通气良好的条件下，硫化氢在硫细菌的作用下氧化成硫酸，并和土壤中的盐基作用形成硫酸盐，不仅消除了硫化氢的毒害作用，并成为植物能吸收的硫素养料。

（二）腐殖化过程

土壤有机质的腐殖化过程是一个相当复杂的过程。有机质的分解主要靠水解酶，合成腐殖质则主要是氧化酶的作用。一般认为腐殖质的形成要经过两个阶段:

第一阶段是微生物将动植物残体转化为腐殖质的组成分（结构单元）。

第二阶段是在微生物的作用下,各组成分合成（缩合作用）腐殖质。

腐殖质形成后是很难分解的，在不改变其形成的条件下具有相当的稳定性。但当形成条件变化后，微生物种群也发生改变，新的微生物种群就会促进腐殖质的分解，并将其贮藏的营养物质释放出来，为植物利用。所以腐殖质的形成和分解两种对立的过程与土壤肥力都有密切的关系，协调和控制这两种作用是农业生产中的重要问题。

（三）影响土壤有机质转化的因素

土壤有机质的转化受各种外界环境条件的影响，由于微生物是土壤有机质分解和周转的驱动力,因此凡是能影响微生物活动及其生理作用的因素都会影响有机物质的分解和转化。

1、有机残体的特性

有机物质的细碎程度影响其与外界因素的接触面，从而也影响其矿化速率。成熟残体比幼嫩多汁残体碳氮比要高。为了防止植物缺氮，并促使其迅速分解，在使用含氮量低的作物秸秆时应同时适当补施速效氮肥。

2、土壤的水分和通气状况

当土壤在风干状态(只含吸湿水)时，微生物因缺水而活动能力降低，分解很缓慢，当土壤湿润时，微生物活动旺盛，分解作用加强。若水分太多，使土壤通气性变坏又会降低分解速度。

土壤通气良好时,好气性微生物活跃，这时有机质进行着好气分解，其特点是速度快,分解较完全，矿化率高,中间产物累积少,有利于植物的吸收利用，但不利于土壤有机质的累积和保存。

土壤通气性过盛或过差，都对土壤肥力不利。必须使土壤中好气性分解和嫌气性分解能够伴随配合进行,才能既保持适当的有机质水平，又能使作物吸收利用足够的有效养料。故调节土壤通气状况，是提高土壤肥力的方法之一。

3、 温度

温度影响到植物的生长和有机质的微生物降解。土壤中有机质能否积累和消失，也要看湿度及其他条件。在高温干燥条件下，植物生长差,有机物质产量低，而微生物在好气条件下分解迅速,因而土壤中有机质积累少;在低温高湿的条件下,有机质因为嫌气分解，故一般趋于累积。当温度更低、有机质来源少时，微生物活性低，则土壤中有机质同样也不会积累。

4、土壤特性

气候和植被在较大范围内影响土壤有机质的分解和积累，而土壤质地在局部范围内影响土壤有机质的质量分数。土壤有机质质量分数与其黏粒质量分数呈极显著的正相关，黏质和粉砂质土壤通常比砂质土壤含有更多的有机质。腐殖质和黏粒胶体结合形成的黏粒—腐殖质复合体，可免受微生物的破坏,防止有机质遭受分解。

土壤pH也通过影响微生物的活性而影响有机质的降解。各种微生物都有最适宜生存的pH范围,真菌适宜于酸性环境（pH 3~6），大多数细菌的最适pH在中性范围（pH 6. 5~7.5），放线菌适合于微碱性条件。真菌在分解有机质过程中产生酸性很强的腐殖质酸，会使土壤酸度增高，肥力降低。细菌则能产生提高土壤肥力的腐殖质酸，同时细菌中的固氮细菌能固定空气中的游离氮素，是提高土壤肥力的重要一环。在通气良好的微碱性条件下，硝化细菌容易活动，因而土壤中的硝化作用旺盛。因此，在农业生产中,改良过酸过碱的土壤,对促进有机质的矿化有显著效果。

四、土壤有机质的作用及其调节

（一）作用

1、提供作物需要的各种养分

土壤有机质在分解过程中，还可产生多种有机酸（包括腐殖酸本身），这对土壤矿质部分有一定溶解能力，促进风化,有利于某些养分的有效化，还能络合一些多价金属离子，使之在土壤溶液中不致沉淀而增加了有效性。

2、增强土壤的保水保肥能力和缓冲性

腐殖质疏松多孔，又是亲水胶体，能吸持大量水分,故能大大提高土壤的保水能力。腐殖质改善了土壤渗透性,可减少水分的蒸发等，为作物提供更多的有效水。

腐殖质是一种含有多酸性功能团的弱酸,其盐类具有两性胶体的作用，因此有很强的缓冲酸碱变化的能力。所以提高土壤腐殖质质量分数，可增强土壤缓冲酸碱变化的性能。

3、改善土壤的物理性质

在同样日照条件下，腐殖质质量分数高的土壤土温相对较高，且变幅不大,利于保温和春播作物的早发速长。

4、促进土壤微生物的活动

土壤微生物生命活动所需的能量物质和营养物质均直接和间接来自土壤有机质,并且腐殖质能调节土壤的酸碱反应，促进土壤结构等物理性质的改善，使之有利于微生物的活动。这样就促进了各种微生物对物质的转化能力。土壤微生物生物量是随着土壤有机质质量分数的增加而增加，两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等现象。

5、促进植物的生理活性

腐殖酸在一定浓度下可促进植物的生理活性。

腐殖酸盐的稀溶液能改变植物体内糖类代谢，促进还原糖的积累，提高细胞渗透压，从而增强了作物的抗旱能力。黄腐酸还是某些抗旱剂的主要成分。

②能提高过氧化氢酶的活性,加速种子发芽和养分吸收，从而增加生长速度。

③能加强作物的呼吸作用，增加细胞膜的透性，从而提高其对养分的吸收能力，并加速细胞分裂,增强根系的发育。

6、减轻农 药和重金属的污染

腐殖质有助于消除土壤中的农药残毒和重金属污染以及酸性介质中铝、锰、铁的毒性。特别是褐腐酸能使残留在土壤中的某些农药如DDT、三氮杂苯等的溶解度增大，加速其淋出土体，减少污染和毒害。腐殖酸还能和某些金属离子络合，由于络合物的水溶性，而使有毒的金属离子有可能随水排出土体，减少对作物的危害和对土壤的污染。

（二）土壤有机质的调节

1、调节原理

土壤有机质和腐殖质质量分数的多少,是土壤肥力高低的一项重要标志。

土壤有机质的质量分数决定于年生成量和年矿化量的相对大小。当二者相等时，有机质质量分数将保持不变；当生成量大于矿化量时，有机质质量分数将逐渐增加，反之将逐渐降低。

增加土壤有机质的途径:一方面要增加土壤有机质的来源，另一方面需要了解影响有机质积累和分解的因素，以便调节有机质的积累和分解过程，使土壤有机质的积累和消耗达到动态平衡。

2、增加土壤有机质的措施

（1）种植绿肥作物

种植绿肥、实行绿肥与粮食作物轮作。绿肥产量高，有机物质质量分数高，养分丰富，分解快，形成腐殖质较迅速。可以不断地更新土壤腐殖质。

（2）增施有机肥

（3）秸秆还田

秸秆直接还田是增加土壤有机质和提高作物产量的一项有效措施。

除上述措施外,还必须通过调节土壤水气热状况、合理的耕作和轮作、改良土壤酸碱性等措施，改善土壤有机质转化的条件，从而促进或调节土壤有机质的分解转化速率，达到培肥土壤的效果。