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03 第三章土壤有机质.ppt

花匠小妙招
2024-11-21 09:47

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1、第三章土壤有机质教学目标土壤有机质概述 2 土壤有机质的转化 3 土壤腐殖质的形成 4 土壤有机质对土壤肥力的影响 5 提高土壤有机质的原则和途径土壤有机质的生态功能土壤有机质的环境功能土壤有机质含量的调节主要内容重点教学目标与要求教学方式与手段课时安排与进度了解土壤生物的种类及其特性了解土壤有机质的概念及其来源掌握土壤有机质的矿质化和腐殖化过程理解土壤有机质在肥力上的作用并了解土壤有机质在CO2固定方面的重要角色自学幻灯演示提问解答举例分析课时数 2学时 1 土壤生物2 土壤有机质的来源含量与组成3 土壤有机质的转化4 土壤有机质的作用土壤生物与土

2、壤有机质 soilorganicmatter 概念土壤生物 soilorganisms 土壤有机质是土壤中的各种动植物残体在土壤生物的作用下形成的一类特殊的高分子化合物概念土壤有机质 soilorganicmatter 土壤有机质是土壤中的各种动植物残体在土壤生物的作用下形成的一类特殊的高分子化合物土壤有机质 0 5 5 0 5 2 0 7 第一节土壤生物快速阅读教材第3章土壤生物 p77 93 回答下列问题 1 土壤生物包括和等 2 在pH 4 0时能很好发育的土壤微生物是能在风化母岩生长并积累有机质的是 a 细菌b 真菌c 藻类d 放线菌3 何谓根际效应 4 当C N介

3、于之间时利于土壤有机物的分解和转化一土壤有机质的来源与组成植物残体动物微生物残体动物植物微生物的排泄物和分泌物人为施入土壤中的各种有机肥料第二节土壤有机质 1土壤有机质的来源 2 土壤有机质的含量不同类型土壤中含量差异很大可小于1 或者大于20 根据耕作层中有机质含量可将土壤分为有机质土壤 20 矿质土壤 20 土壤有机质的来源和组成 2 有机质的组成化学元素组成土壤有机质的基本元素组成是C H O N C N比大约在10 12之间 2 有机质的组成 2 化合物组成可分为腐殖物质 HumicSubstance 非腐殖物质 Non HumicSubstance

4、土壤有机质的来源和组成碳水化合物木质素含氮化合物树脂蜡质脂肪单宁灰分物质占有机质总量的15 27 包括糖类纤维素半纤维素果胶质甲壳质等木质部的主要组成部分是一种芳香族的聚合物主要是蛋白质 2 有机质的组成 3 存在形态动植物残体半分解的动植物残体腐植物质二土壤有机质的转化 1矿质化过程土壤有机质在微生物作用下分解为简单的无机化合物二氧化碳水氨和矿质养分磷硫钾钙镁等简单化合物或离子同时释放出能量的过程化学的转化过程动物的转化过程和微生物的转化过程土壤有机质的转化定义分为 1 化学的转化过程水的淋溶作用降水可将土壤有机质中可

5、溶性的物质洗出这些物质包括简单的糖有机酸及其盐类氨基酸蛋白质及无机盐等酶的作用酶在土壤有机质转化过程中起着巨大作用几乎大部分的生物转化过程都是在酶的作用下完成的土壤有机质的转化 2 动物的转化过程从原生动物到脊椎动物大多数以植物及植物残体为食在森林土壤中生活着大量的各类动物如温带针阔混交林下每公顷蚯蚓可达258万条等可见活动物对有机质的转化起着极为重要的作用机械的转化土壤有机质的转化经过动物吞食的有机物植物残体未被动物吸收部分经过肠道以排泄物或粪便的形式排到体外已经经过动物体内分解或半分解动物将植物或残体碎解或将植物残体进行机械的搬进及与土粒混合

6、均可促进有机物被微生物分解化学的转化 3 微生物的转化过程是土壤有机质转化最重要的最积极的过程有多种酶参与了催化不含氮的有机物的转化含氮有机物的转化含磷有机物的转化含硫有机物的转化土壤有机质的转化 1 不含氮的有机物的转化主要是碳水化合物如糖类纤维类半纤维类脂肪和木质素等好气条件下生成简单的有机酸醇酮类最后完全分解成CO2和水同时释放热量通气不良条件下形成有机酸类中间产物最后产生甲烷氢气等还原性物质土壤有机质的转化 2 含氮有机物的转化土壤中含氮有机物可分为两种类型一是蛋白质类型如各种类型的蛋白质二是非蛋白质型如几丁质尿素和叶绿素等

7、土壤中含氮的有机物在土壤微生物作用下最终分解为无机态氮 NH4 N和NO3 N 水解过程蛋白质多肽氨基酸氨化过程氨基酸分解产生NH3 硝化过程反硝化过程 NH3氧化生成硝酸硝态氮还原成气态氨的过程土壤有机质的转化 3 含磷有机物的转化土壤中表层有26 50 是以有机磷状态存在主要有核蛋白核酸磷脂核素等这些物质在多种腐生性微生物作用下分解的最终产物为正磷酸及其盐类可供植物吸收利用但在嫌气条件下很多嫌气性土壤微生物能引起磷酸还原作用产生亚磷酸并进一步还原成磷化氢土壤有机质的转化 4 含硫有机物的转化土壤中含硫的有机化合物如含硫蛋白质胱氨酸等经微生

8、物的腐解作用产生硫化氢通气良好的条件下进一步氧化成硫酸和土壤中的盐基离子生成硫酸盐土壤有机质的转化有机残体降解 CO2 2 3以上残留土壤部分土壤微生物量多糖类有机酸类等非腐殖质物质腐殖质 3 8 10 30 3 8 土壤有机质的转化 2腐殖化过程土壤有机质在微生物作用下把有机质分解产生的简单有机化合物及中间产物转化成更复杂的稳定的特殊的高分子有机化合物腐殖质的过程分两个阶段1产生构成腐殖质基本组成的原始材料简单有机物 2合成阶段多元酚氧化醌氨基酸或肽酶腐殖质定义土壤有机质的转化形成机理 30年代木质素和微生物原生质中的蛋白质相互作用形成木

9、质素蛋白质复合体 60年代木质素不能参与腐殖质的形成而是通过降解产生酚醌型化合物再与氨基酸缩合而成 80年代及以后细胞自溶假说死亡细胞释放自溶酶使细胞成分糖氨基酸酚和其他芳香族化合物形成自由基而迅速缩合成腐殖质微生物合成学说微生物利用植物物质作碳源和能源在细胞内合成各种腐殖质的高分子化合物微生物死亡后再释放到土壤中在细胞外降解为腐殖质 3影响土壤有机质转化的因素有机质是土壤中最活跃的物质组成一方面外来有机物质不断地输入土壤并经微生物的分解和转化形成新的腐殖质另一方面土壤原有有机质不断地被分解和矿化离开土壤进入土壤的有机物质与有机碳从土壤中损失之

10、间的平衡决定了土壤有机质的含量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土壤有机质的转化 1 温度微生物活动响应于温度变化 0 无分解 0 35 分解随温度而加强每升温10 分解速率提高2 3倍 25 35 最适分解温度土壤有机质的转化土壤水分对有机质分解和转化的影响是复杂的土壤中微生物的活动需要适宜的土壤含水量但过多的水分导致进入土壤的氧气减少从而改变土壤有机物质的分解过程和产物土壤有机质的分解和转化也受土壤干湿交替作用的影响 2 土壤水分与通气状况土壤有机质的转化新鲜多汁的有机物质比干枯秸秆易于分解有机物质的细碎程度有机物质组成的碳氮比 C

11、N 对微生物来说同化1份氮到体内必须相应需要约24份的碳 3 植物残体的特性土壤有机质的转化土壤质地在局部范围内影响土壤有机质的含量土壤有机质的含量与其粘粒含量具有极显著的正相关腐殖质与粘粒胶体结合形成的粘粒一腐殖质复合体可防止有机质遭受分解免受微生物的破坏土壤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其最适宜于活动的pH范围 pH过低 8 5 对一般的微生物都不大适宜 4 土壤特性土壤有机质的转化三土壤腐殖物质 1土壤腐殖质的分组土壤腐殖质土壤腐殖质组分及其分离过程图式胡敏素胡敏酸富里酸失去水溶性和碱溶性不溶于酸溶于酸腐殖酸占腐殖酸总量的

12、60 左右土壤腐殖质 2土壤腐殖质的存在状态游离态腐殖质结合态腐殖质与矿物成分中的强盐基化合成稳定的盐类主要为腐殖酸钙和镁与含水三氧化物如Al2O3 XH2O Fe2O3 yH2O化合成凝胶体与土壤黏粒结合成有机无机复合体土壤腐殖质 52 98 土壤有机无机复合体示意图 3土壤腐殖酸的性质 1 颜色整体呈黑色或黑褐色富里酸呈淡黄色胡敏酸为褐色 2 溶解性富里酸溶于水酸碱胡敏酸不溶于水和酸但溶于碱土壤腐殖质 3 元素组成 C H N O P S 其次Fe Ca Mg Si C H O S N 胡敏酸50 622 8 6 631 402 0 6 0富里酸45 48

13、5 643 481 5 总体来说一般腐殖质平均含碳为58 氮5 6 其C N比为10 1 12 1 土壤腐殖质我国主要土壤表土中腐殖物质的元素组成无灰干基土壤腐殖质分子量 4 分子结构特性腐殖质分子中心是一个稠环或类似稠环的芳香核可借共价键离子键或氢键与下述分子中的数种结合 1 多糖 2 多肽 3 酚类醌 4 金属离子 5 有机酚类是一种高分子聚合物球形或棒状非晶质比表面积大 H n 10000F n 100 n 1000 分子外形分子结构土壤腐殖质 5 电性腐殖质是两性胶体但以负电荷为主负电荷来源于COOH C O OCH3OH其中羧基是最重要的功能基团

14、腐殖质的总酸度通常是指羧基和酚羟基的总和总酸度以胡敏素胡敏酸和富里酸的次序增加土壤腐殖质 6 吸水性腐殖质是一种亲水胶体有强大的吸水能力最大吸水度最大吸水度达500 在湿度饱和的空气中其湿度为200 强大的吸水性使土壤具有较强的持水供水能力土壤腐殖质 7 稳定性抵抗微生物分解能力很强分解周转所需时间短的10年长的几百年刚形成的腐殖质半衰期4 7 9年其稳定性与团粒结构的稳定性有关不同土壤的腐殖质其稳定性差异很大一般自然土壤大于耕地土壤土壤腐殖质 4腐殖质的变异性 HA FA值表示胡敏酸与富里酸含量的比值是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一 HA FA的比值为何

15、可以作为衡量土壤腐殖质的品质从胡敏酸和富里酸的化学性质上来考虑胡敏酸及其盐类在环境条件发生变化时其化学性质不变成为不溶于水的较稳定的黑色物质富里酸在水中溶解度很大其水溶液呈酸性反应它的一切盐类都溶与水易造成养分流失土壤腐殖质四土壤有机质的作用 1 在土壤肥力上的作用 1 提供植物需要的养分碳素营养碳素循环是地球生态平衡的基础土壤每年释放的CO2达1 35 1011吨相当于陆地植物的需要量氮素营养土壤有机质中的氮素占全氮的92 98 磷素营养土壤有机质中的磷素占全磷的20 50 其他营养 K Na Ca Mg S Fe Si等营养元素有机质的作用和调节 2

16、促进植物生长发育胡敏酸可以加强植物呼吸过程提高细胞膜的渗透性促进养分迅速进入植物体胡敏酸钠盐对植物根系生长具有促进作用土壤有机质中还含有维生素B1 B2 吡醇酸和烟碱酸激素异生长素吲哚乙酸抗生素链霉素青霉素等对植物的生长起促进作用并能增强植物抗性有机质的作用和调节 3 改善土壤的物理性质腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂形成团粒状结构从而增加土壤的疏松性改善土壤的通气性和透水性改良土壤结构促进团粒结构的形成增加土壤的疏松性改善土壤的通气性和透水性土壤腐殖质是亲水胶体具有巨大的比表面积和亲水基团能提高土壤的有效持水量腐殖质为棕色至褐色或黑色物质

17、增加了土壤吸热的能力提高土壤温度有机质的作用和调节 4 促进微生物和动物的活动土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源土壤动物中有的如蚯蚓等也以有机质为食物和能量来源有机质的作用和调节 5 提高土壤的保肥性和缓冲性土壤腐殖质有着巨大的比表面和表面能具有较强的吸附能力腐殖质胶体以带负电荷为主从而可吸附土壤溶液中的交换性阳离子因此土壤有机质具有巨大的保肥能力腐殖酸本身是一种弱酸腐殖酸和其盐类可构成缓冲体系因此使土壤具有较强的缓冲性能有机质的作用和调节 6 有机质具有活化磷的作用土壤中的磷一般不以速效态存在常以迟效态和缓效态存在因此土壤中磷的有

18、效性低土壤有机质具有与难溶性的磷反应的特性可增加磷的溶解度从而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率注意有机质在分解时也能产生一些不利于植物生长或甚至有害的中间物质特别是在嫌气条件下这种情况更易发生有机质的作用和调节 2 在生态环境上的作用 1 有机质可降低或延缓重金属污染可以通过静电吸附和络合螯合还原作用来实现如胡敏酸将Cr6 还原为Cr3 然后形成稳定的复合体 2 有机质对农药等有机污染物具有固定作用 3 有机质对全球碳平衡的影响土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲和力对有机污染物在土壤中的生物活性残留生物降解迁移和蒸发等过程有重要的影响土壤有机质是全球

19、碳平衡过程中非常重要的碳库有机质的作用和调节五土壤有机质的调节为什么要对土壤有机质含量进行调节有机质的矿化作用过于强烈分解释放大量的无机养分不能及时被植物吸收利用会随水流失同时也会导致腐殖化形成的腐殖质也发生分解更多地流失养分土壤肥力下降有机质的矿化作用过于缓慢而腐殖化过程强烈则可供植物生长的速效性养分不足使植物营养不足相反却形成大量的腐殖质进而造成有机物堆积形成大量的泥炭虽有大量的养分但不能释放为植物所吸收利用有机质的作用和调节土壤有机质含量并非可以无限提高在稳定的生态系统中最终达到一个稳定值一般在增加有机质的前提下使土壤既有较强的矿质化过程又

20、有较强的腐殖化过程只有这样才能满足植物在连续生产中对土壤肥力的要求有机质的作用和调节 1 合理耕作制度退化或熟化可促进土壤有机质含量的提高并维持较高的水平 2 施用有机肥绿肥粪肥厩肥堆肥沤肥饼肥蚕沙鱼肥河泥塘泥等有机无机肥料配合施用 1 如何提高土壤有机质含量有机质的作用和调节 3 种植绿肥田菁紫云英紫花苜蓿等休闲绿肥套作绿肥因地制宜充分用地积极养地养用结合 4 秸秆还田要注意秸秆的C N比破碎度埋压深度以及土壤墒情播种期远近化肥施用量等有机质的作用和调节调节土壤的C N比 C N 25 1 分解率适宜C N 25 1 分解率降低C

21、 N 25 1 分解率增大施氮肥来调节通过耕作和营林措施调节水分过多挖沟排水气候干冷轻度火烧免耕少耕技术 2 调节土壤有机质的分解速率有机质的作用和调节第二章土壤有机质 soilorganicmatter 本章小结土壤有机质概述1 了解不同地带土壤有机质含量的差异及其影响因素 2 了解自然土壤与耕作土壤有机质来源的异同 3 掌握土壤有机质与土壤腐殖质概念二者有何异同 4 熟悉土壤有机质的基本组成包括化学组成化合物组成和形态特征土壤有机质的转化1 掌握碳水化合物含N化合物的转化过程及产物重点掌握影响转化因素中的C N的详细内容和基本原理 2 理解影响有机物质在土壤中转化的推动力是微生物的含义土壤腐殖质的形成1 了解腐殖质形成过程的两个阶段的内容及相互关系组成土壤腐殖质最基本的物质有哪些 2 掌握土壤腐殖质的组分所带功能团对各组分性质产生的影响掌握土壤有机质对土壤肥力农作物产量品质以及环境保护所产生的影响了解提高土壤有机质的原则和途径以及为什么一再强调增施有机肥以培肥土壤的科学道理