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第三章 土壤有机质(soil organic matter)
第一节 土壤有机质的来源和组成
一、土壤中有机质的来源:
1、主要来源于植物残体和动物微生物的遗体
2、动物的排泄物及微生物和植物根系分泌物及排泄物
3、施入土壤中的有机肥料
4、工农业副产品及生活污水废物等
二、土壤中有机质存在状态:
1、新鲜有机物:基本上保持动植物残体原有状态,其中有机质尚未分解。
2、半分解有机物:动植物残体已被分解,原始状态已不复辨认的腐烂物质,称为半分解有机残余物。
3、腐殖质:在微生物作用下,有机质经过分解再合成,形成一种褐色或暗褐色的高分子胶体物质,称为腐残质,腐残质是有机质的主要成分,可以改良土壤理化性质,是植物营养的主要来源,是土壤肥力水平高低的重要标志。
土壤有机质的组成:
1、种类:
土壤有机质可分为两大类:一类是活的有机体,土壤微生物生物量;一类是狭义的土壤有机质,它又分为两大类,一是未分解或部分分解的动植物残体,二是腐殖质,腐殖质又分为两类,一类是组成有机体的各种有机化合物,称为非腐殖质,约占土壤有机质总量的20-30%,另一类是称为腐殖质的特殊有机化合物,包括胡敏酸、胡敏素、富里酸等,它们普遍存在于土壤、腐熟的有机肥料、各种地面水体的底泥以及煤炭之中。土壤腐殖质约占土壤有机质总量的85-90%。
存在于土壤中的所有含碳的有机化合物。
它主要包括土壤中各种动物、植物残体,微生物体及其分解和合成的各种有机化合物。
2、组成:
非腐殖质是生物残体的分解产物,包括以下几个部分:
(1)碳水化合物:是有机物的主体,占有机质总量15~27%,占植物残体干重的60%。有单糖、双糖、多糖、寡糖、氨基糖、糖醇、糖酸、甲基化糖等。
包括:a、水溶性糖类和淀粉:广泛存在,可溶于水,被淋洗流失,在好天气条件下分解成CO和HO,在厌气条件下分解产生中间产物H、CH等。
B、纤维素和半纤维素:植物细胞壁的主要成分,在植物残体中含量最高,两者均不溶于水,但在土壤微生物作用下缓慢分解。
土壤多糖是土壤m的主要能源,同时易被粘粒矿物吸附或与K、Mg、Al、Cu、Zn、Fe、Mn等金属离子形成络合物,从而使难溶阴离子释放,或与腐殖质结合,因此多糖还是形成土壤结构的良好胶结剂。
(2)、含N化合物:主要是蛋白质,是构成原生质和细胞核的主要成分,占植物残体的1—15%,平均10%。
土壤中95%的N素是以有机态N素存在的,主要是氨基酸、蛋白质和含N的杂环化合物。蛋白质、氨基酸易被分解。
土壤中各种状态的含N有机物的稳定性是不同的,它们的分解速率的大小顺序是:
新鲜植物残体>生物体>吸附在胶体上的微生物代谢产物和细胞壁的成分>成熟的极其稳定的腐殖质。
N素在剖面上一般随深度而降低,但NH—N则随深度而升高(因水解液下渗引起的)。
含N化合物在土壤中易被m分解。
(3)、脂肪、蜡质、树脂、单宁:这类物质除单宁外不溶于水,除脂肪外分解慢,极难分解,在厌气条件下进行沥青化过程。脂肪(种子、果实),蜡质(种皮、外果皮、叶表面),单宁( 柳、粟的皮层) 树脂(当针叶树皮受伤而溢流出来的油脂中含有树脂,溶于香精油中)
(4)木素、木栓质、角质。
较难分解,能在土壤中长期保存。
木素(木质部)。木栓质、角质(植物保护组织中,如树皮、孢子、花粉的内膜等)。
分解由易到难顺序:葡萄糖>半纤维素>纤维素>木素。
(5)、有机磷和有机化合物:
含量少,主要是核酸,肌醇磷和磷脂、氨基酸。
(6)、灰分物质:植物残体燃烧后所留下的灰称为灰分物质,约占5%,树木的木质部和苔藓类灰分含量最低,仅占1—2%,树木的叶子和皮层含量4—5%,草本植物达10—12%,最多可达15%。
它因植物种类、树木年龄、土壤类型不同而不同。
主要元素:Cu、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、Al、Mn、Cl。
微量元素:I、Zn、B、F。
上述几类成分的含量,不同种类植物差异很大,高等植物(尤其木本)富含纤维素、半纤维素、木质素等物质,而低等植物和细菌多含蛋白质类物质。
木素、纤维素和半纤维素的元素组成
有机质类别
组成元素 木素(%) 纤维素(%) 半纤维素(%) 碳 (C)
氢 (H)
氧 (O) 62— 69
5 —6.5
26 —39.5 44.4
6.2
49.4 45.4
6.1
48.5 (引自北京林业大学主编《土壤学》1981)
不同植物、器官中蛋白质含量(%)
针叶、阔叶 3.5 — 9.2 苔藓 4.5— 8.0 禾木科植物茎杆 3.5 — 4.7 全球土壤0~100cm和0~15cm土层中有机碳的含量
面积
(103km2) 0~100cm土层中的有机碳 0~15cm土层中有机碳 Mg/hm2 总量1015g 占全球% 范围(%) 代表值
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