授课内容：
第一章土壤 第三节 土壤有机质
一、土壤有机质的来源及存在形态
自然土壤的有机质主要来源于生长在土壤上的高等绿色植物(包括地上部分和地下的根系)，其含量达80%以上，植物残体中干物质约占25%左右，其元素组成中，碳占44%，氧占40%，氢占8%，此外，N、P、K、Ca、Si、Fe、B、Zn、Mo、Mn和M等只占8%。其次是生活在土壤中的动物和微生物。农业土壤有机质的重要来源是每年施用的有机肥料和每年作物的残茬和根系以及根系分泌物。
通过各种途径进入土壤中的有机质，不断被土壤微生物分解，所以土壤有机质一般呈三种形态。
1、新鲜有机质
指土壤中未分解的动、植物残体。
2、半分解的有机质
有机质已被微生物分解，多呈分散的暗黑色小块。
3、腐殖质
指有机残体在土壤腐殖质化的过程中形成的一类褐色或暗褐色的高分子有机化合物。腐殖质与矿物质土粒紧密结合，不能用机械方法分离。它是土壤有机质中最主要的一种形态，占有机质总量的85%~90%，对土壤物理、化学、生物学性质都有良好作用。通常把土壤腐殖质含量高低作为衡量土壤肥力水平的主要标志之一。
二、土壤有机质的组成和性质
土壤有机质的化学组成和各组分的含量，因植物种类、器官、年龄等的不同而有很大差异。主要有以下五类有机化合物：
1、糖类化合物
包括单糖、双糖和多糖类，它是广泛的分布在植物中的一类化合物。单糖在水中溶解度很大，在植物残体被分散时，能被水淋洗流失。这类化合物被分解后产生CO
2、H2O；在氧气不足的条件下，产生有机酸，甚至产生H2及CH4等还原性的有毒物质。
2、纤维素和半纤维素
纤维素用较强的酸或碱溶液处理才能水解；半纤维素在稀酸或稀碱溶液下处理即可水解。它们均能被微生物分解。
3、木质素
木质素是复杂的有机化合物，不容易被细菌和化学物质分解，但在土壤中可不断地被真菌、放线菌分解。
4、含氮化合物
有机态含氮化合物主要为蛋白质，各种蛋白质经水解后，一般可产生多种不同的氨基酸，少部分比较简单而可溶性的氨基酸，可为微生物直接吸收，但是大部分含氮化合物是需要经过微生物分解后，才能被利用。
5、脂肪、树脂、蜡质和单宁
这类有机化合物属于复杂的化合物，不溶于水，而溶于醇、醚及苯中。在土壤中，这类物质抵抗化学分解和细菌的分解的能力比较强。
三、土壤有机质的转化过程
1、有机质的矿化过程
土壤有机质的矿质化过程是指有机质在微生物作用下，分解为简单无机化合物的过程，其最终产物为CO
2、H2O等，而N、P、S等以矿质盐类释放出来，同时放出热量，为植物和微生物提供养分和能量。该过程也为形成土壤腐殖质提供物质来源。
（1）糖类化合物的转化：多糖类化合物首先通过酶的作用，水解成为单糖，单糖再进一步分解成为更简单的物质。
在通气良好条件下，分解迅速，最后产物为CO2和H2O，并放出能量。在
通气不太好(半厌气)条件下，分解较缓慢，最后产物为还原性物质，如CH
4、H2等。
（2）含氮有机质的转化
第一步
水解作用：在微生物好气和厌气细菌分泌的蛋白水解酶作用下，水解成氨基酸。
蛋白质→水解蛋白质→消化蛋白质→多缩氨基酸(或多肽)→氨基酸 第二步
氨化作用：借助水解作用、氧化作用和还原作用。将胺态氮(NH2-N)转化为铵态氮(NH3-N)。氨化作用在好气和厌气条件下均可进行。
第三步
硝化作用：在通气良好条件下，铵态氮通过亚硝化细菌和硝化细菌的相继作用，逐级转化成亚硝酸态氮(NO2-N)和硝酸态氮(NO3-N)。
出现反硝化过程的条件是：①通气不良。②土壤中有硝酸盐存在。③土壤中有大量碳水化合物。④适宜pH值，pH7.0~8.2。反硝化过程是造成氮损失的途径之一，应加以控制。
（3）含磷、含硫有机化合物的转化
土壤中的磷绝大部分是以植物不能直接利用的难溶性无机和有机状态存在的。有机态的磷、硫只能经过微生物分解成为无机的可溶性的物质后，才能被植物所吸收利用。
含磷有机化合物的转化
磷主要存在于核蛋白、核酸、磷酯和植素等有机化合物中，它们在土壤酶的作用下，逐渐把磷释放出来，以磷酸形态被植物吸收利用。在厌气条件下，常常引起磷酸还原，产生亚磷酸和次磷酸。在有机质丰富和通气不良的情况下，将进一步被还原成磷化氢，而危害作物生长。
2、土壤有机质的腐殖化过程
有机质腐殖化过程是形成土壤腐殖质的过程。它是一系列极其复杂过程的总称。关于腐殖化过程，尚未研究得十分清楚。
腐殖质形成后比较难分解，在不改变其形成条件下具有相当的稳定性。但是当形成条件变化后，微生物群也发生改变，新的微生物群将引起腐殖质的分解，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与土壤肥力都有密切的关系。因此协调和控制这两种作用，是农业生产中的重要问题。
3、腐殖质的组成和性质 (1)腐殖质的组成
根据腐殖质的颜色和在不同溶剂中的溶解性，可把腐殖质分为胡敏酸(褐腐酸)、富里酸(黄腐酸)和胡敏素(黑腐素)三组。
(2)腐殖质在土壤中存在的形态
①游离状态的腐殖质，在一般土壤中占极少部分。 ②与盐基化合成稳定的盐类，主要为腐殖酸钙和镁。
③与含水三氧化物，如Al2O3·xH2O，Fe2O3·yH2O，化合成复杂的凝胶体。 ④与粘粒结合成胶质复合体。
(3)腐殖质分子结构
土壤腐殖质分子结构复杂，尚未十分清楚。一般认为腐殖质分子包括芳香族化合物的核。
（4）腐殖质性质
①腐殖质具有带电性 ②腐殖质的吸水性
③腐殖质的稳定性
4、影响土壤有机质转化的因素
(1)有机质的碳氮比和物理状态
有机质的碳氮比(C/N)：通常植物残体中的C/N为40:1。C/N较小的植物残体分解快易矿质化，释放的氮素多，但形成腐殖质少。而C/N较大的植物残体则相反，有机质分解缓慢，易引起微生物与植物争氮，造成植物暂时性的饥饿状态
(2)土壤水、热状况
微生物分解有机质需要一定的水分和温度，土壤水、热状况直接影响生物学过程的强弱。一般规律是：
①温度在30℃，土壤水分含量接近于最大持水量的60%~80%，有机质分解强度最大。
②温度和含水量低于或高于最适点时，都会减弱有机质的分解程度。 ③温度和含水量二者之中，一个数值增大，另一个数值同时减小时，有机质的分解强度则受限制因素的制约。
(3)土壤通气状况
在通气良好条件下，好气性细菌和真菌活跃，有机质分解迅速，可完全矿质化，不含氮有机化合物，分解的最终产物是CO
2、H2O和灰分物质。含氮有机化合物的最终产物，主要是硝态氮，易被植物吸收利用。在少氧或无氧的不良通气条件下，有机质分解缓慢，而常积累有机酸，甚至形成还原性物质，如CH
4、H2和H2S等物质。一般认为在好气和嫌气分解交替进行时，有利于土壤腐殖质的形成。
(4)土壤酸碱性
各种微生物都有最适宜的环境反应。酸性环境适宜真菌活动，易产生酸性的富里酸型的腐殖质。中性环境适宜细菌繁殖，在适量水分和钙的作用下，易形成胡敏酸型的腐殖质。在微碱性环境中，空气流通时，宜于硝化细菌活动，
有利于硝化作用。
四、土壤有机质对土壤肥力的作用
土壤有机质对土壤物理、化学和生物化学等各方面都有良好的作用。 (1)土壤养分的主要来源
土壤有机质中含有极为丰富的氮、磷、硫等元素，它们的有机化合物是植物营养物质在土壤中的主要存在形式。
(2)改善土壤物理性质
有机质在改善土壤物理性质方面具有多种功能，首先是促进土壤团粒结构的形成。土壤有机质还可以降低粘土的粘结力，增加砂土的粘结力，改善不良质地的耕作性能。此外，有机质对改善土壤的渗水性，减少水分蒸发等都有明显的作用。
(3)提高土壤的保肥性
腐殖质属胶体物质，具有巨大的比表面和表面能，同时带有大量负电荷，所以它能提高土壤吸附分子态和离子态物质的能力。增强其保肥能力。
(4)促进作物生长发育
提高了植物的抗旱性；能提高氧化酶的活性，加速种子发芽和对养分的吸收，促进作物生长；还可增强植物的呼吸作用，提高细胞膜的透性和对养分的吸收，促进根系的发育。
(5)有助于消除土壤的污染
腐殖质能吸附和溶解某些农药，并能与重金属形成溶于水的络合物，随水排出土壤，减少对作物的毒害和对土壤的污染。
