解性
机质不溶于水
缓冲作用
土壤有机质在微酸性近中性和碱性范围内 有助于保持土壤内较均一的反应
可起缓冲作用
环境
阳离子 交换作用
腐殖质组分的总酸量可高达 300-400 cmol/kg
提高土壤的阳离子代换量。许多土 壤 CEC 的 20-70%归功于土壤腐殖 质
矿化作用
腐殖质矿化产生 CO2, NH4+, NO3-, PO43- 是植物的养分来源 和 SO42-
土壤腐殖质与土壤保肥性
• 提纯后的腐殖质组分的交换性酸量可达3001400 meq/100g，是大多数粘土矿物的2-30倍。
• 土壤阳离子交换量的20-70%来源于土壤有机 胶体，在表层土壤可占90%。
土壤腐殖质与土壤化学性质
由于具有很大的阳离子交换量和同时具有 酸性和碱性基团,腐殖质在很大的pH值范围内均 具缓冲作用，保证了稳定的土壤化学环境。对 外来的特殊环境具有较好的缓冲作用，对作物 养分的供应与作物的生长起到很重要的作用。
对提高土壤有机质含量作用
•由于价格原因，土壤有机改良剂的推荐用量非常小， 一般小于500 kg/亩； •按单位体积的原状土壤的比重为1.15*103kg.m-3，耕层 20cm 的土壤重量为每亩1.5*106公斤，有机质含量为 1%时，土壤中有机质重量1.5*104公斤 •施用有机改良剂对土壤有机质含量的增加是微乎其微 的。
其他不含氮的有机物的分解
1、脂肪 2、木质素和其他芳香族化合物的分解 3、各种烃类化合物的氧化
木质素（土壤和环境微生物学99-102）
二、有机物分解的特征（矿化作用）
在微生物等土壤生物作用下，有机物质分解，有 机N, P, S 转化为植物有效的无机形态 (NH4+, NO3-, PO43-, SO42-) 的过程机质对土壤微生物分解的抵抗程
度，可将有机质分为以下5个库：
•代谢C库(metabolic C pool) •结构C库 (structural C pool) 有机残体
•活性组分 (active fraction)
•缓性组分(slow fraction)
腐殖质
•惰性组分 (passive fraction)
交换性酸 1400 <------------------------------------------ 500
(cMol/kg)
腐殖质形成过程-木质素理论
木质素构成单元 木
质 素
微 生 继续被微生物分解
物
富里酸
分
解
残余 脱甲基、氧化与 部分 含氮化合物聚合
胡敏酸
木质素与腐殖质的相似性
• 对于大多数细菌和真菌，木质素和腐殖质 均很难分解；
New York, p91)
土壤有机质三组分关系
有机残体是土壤生物的食物来源，是腐殖质合成的原料； 土壤生物是有机残体分解和腐殖质形成的动力；
有机残体
土壤生物
腐殖质
土壤理化及生物学性质
• 土壤养分有效性∶作为植物营养元素的储库； • 土壤物理性质∶促进良好的土壤结构的形成； • 生物活性∶作为土壤微生物的能源物质； • 土壤化学性质：保肥性和缓冲性。 既有直接作用也有间接作用，如有机物质为 土壤生物提供食物，促进其活性，而生物活动 又会影响土壤养分的有效性、团聚结构的形成 及土壤孔隙性
有机残体分解与土壤养分
在微生物分解动植物残体时，矿化过程和微 生物固持作用同时进行；
微生物固持作用 微生物生长过程中，吸收利 用无机N, P, S (NH4+, NO3-, PO43-, SO42-)，将无 机养分贮存在微生物组织中，称为养分的微生 物固持 (immobilization)。
当有机残体的C/N比>30, C/P比>300, C/S比>200时，固 持作用速率大于矿化速率，土壤有效养分含量降低； 如果有机残体的C/N比<20, C/P比<200, C/S比<200，矿 化作用速率大于固持速率，土壤中有效养分增多；
• 木质素和腐殖质均溶于碱，并被酸沉淀； 部分溶于乙醇；
• 二者均含有-OCH3基，随着分解进程的推 进，-OCH3基含量减少；
• 当木质素与碱液一同加热时会转化为含OCH3基的胡敏酸；
• 氧化木质素具有与胡敏酸类似的性质
腐殖质形成过程-多酚（聚合）理论
木质素 酚醛或酚酸
纤维素及其 它非木质素 含C化合物
有机物质分解可以在好气条件下进行，也 可以在厌氧条件下进行。
有机物好气分解
• 在酶的作用下氧化，生成CO2、H2O，产生 微生物所需的能量和热量：-(C, 4H) + 2 O2 CO2 + 2 H2O + 能量（478 KJ mol-1C）
• 蛋白质、核酸等分解除产生CO2 和 H2O外， 还产生NH4+, NO3-, SO42- PO43-等简单无机物;
• 难以被微生物分解的部分以及微生物合成的 最终形成腐殖质
应用：有机废弃物堆肥化处理
有机物厌氧分解特征
• 分解速度较慢；
• 分解产物是有机酸、乙醇、硫醇、醛 、酮、甲烷等半分解物质；
• 产能少； • 半分解产物如H2S等抑制植物生长；
甲烷是温室气体
应用：沼气生产
有机物 质分解 过程
有机物质分解顺序
有机质对土壤养分有效性的间接影响
• 为自生固氮微生物提供能源物质； • 土壤P常因被金属离子固定而有效性低，有
机残体分解过程中产生的腐殖酸络合金属离 子，能提高土壤P的溶解性； • 与腐殖质结合，可提高微量元素Fe 、 Mn 、 Cu、Zn的植物有效性； • 反硝化细菌需要可利用有机含碳化合物，将 硝态氮转化为气态氮。
1 单糖、淀粉和水溶性蛋白质 降解容易、迅速 2 粗蛋白
3 半纤维素
4 纤维素
5 蜡质、丹宁等 6 木质素
降解困难、缓慢
有机物质分解动力—土壤生物和酶
微生物
土壤动物
土壤酶
细菌, 真菌, 放线 分泌各种酶,在有机物质分解 菌，原生动物 中起主导作用 蚯蚓，千足虫等 机械破碎，将有机物质与土壤
混合，扩大微生物作用面积。 蛋白酶,淀粉酶, 纤 有机物质的分解和转化 维素酶、磷酸酶等
土壤养分供应
考虑土壤有机质的养分供应作用时，要区分 土壤有机质的三个组分∶
• 动植物残体 。 通过微生物降解提供植物所 需N, P, S等养分；
• 微生物生物量。可作为植物养分的暂时储 库，其平均存留时间为几个月至几年；
• 难降解的腐殖质组分，其存留时间为250 年至1000年以上，对提供土壤养分贡献不 大，但能影响其有效性。
颜色
浅黄 黄褐 深褐
灰黑
聚合程度 ---------------------------------------------------->
含碳量 45% -------------------------------------------> 62%
含氧量 48% <------------------------------------------- 30%
纤维素分解（土壤和环境微生物学 （90-95）
进入土壤有机物质有一半为纤维素 （40%~60%）
酸性和森林土壤纤维素分解主要真菌 中性和微碱性的土壤中主要以细菌为主，但
也有真菌和放线菌参于纤维素的分解。
果胶物质和半纤维素的分解 （土壤和环境微生物学）（95-98）
1、果胶物质的分解 2、半纤维素的分解
• 土壤有机质可作为土壤微生物和无脊椎 动物的食物
• 土壤微生物的群体数量与土壤腐殖质的 含量密切相关
• 蚯蚓等土壤动物仅在有机质含量高的土 壤中大量繁衍。
有机质与植物生长
具有类似植物生长激素的作用
对植物生长的促进作用 促进种子吸水和萌发 促进根的发生和伸长 促进地上部和根系生长
腐殖质 胡敏酸 胡敏酸、富里酸 胡敏酸、富里酸
与粘土矿物 将土壤粒子粘结成微团聚体 结合
形成稳定土壤结构有利于通气，增 加通透性
保水性
有机质可以保持其自重 20 倍的水分
防止土壤变干和皱缩，显著提高砂 质土的保水能力
螯合作用
与 Cu2+,Mn2+,Zn2+及其它高价离子形成稳 可活化微量元素，提高其植物有效
定的复合体
性
在水中的溶 因为与粘土矿物及高价离子结合，土壤有 土壤有机质极少淋溶
浓度（mg.l-1） 1-100 50-300 50-300
解毒作用
通过络合减轻重金属的毒害；降低土壤腐殖质 通过络合，降低酸性土壤中Al的溶解度，减小 其对植物根系的毒害；
但酚酸等他感物质，对植物有毒害作用
对有机改良剂的炒作
风化褐煤是燃烧值很低的类似煤的物质，腐 殖酸 (主要是胡敏酸) 含量很高，可达60%。 国外曾将其用作土壤改良剂。商家称能： 提高土壤有机质含量； 持久地供应养分； 刺激作物生长； 和改良土壤结构
微生物合成
氨基酸、蛋 白质或它高 分子化合物
多元酚 多酚氧化酶
醌
胡敏酸
富里酸
多酚（聚合）理论依据
•土壤有机质氧化分解后具有相连的芳香环 和酚酸 •多酚物质易与有机物质结合为稳定化合物 •无法解释有机质中很多长脂肪链
腐殖质性质
性质
说明
对土壤的影响
颜色
许多土壤典型的暗色是由于含有腐殖质的 有利于土壤增温 结果
第七节 腐殖质与腐殖化过程
土壤腐殖质是复杂的、不易分解的有机 大分子的混合物 形成过程复杂 使土壤具有肥力
腐殖质
土壤腐殖质是各种有机体的组织本身或 其合成物质，在生物和非生物作用下，经过 转化形成的褐色或深褐色的，呈无定形胶体 状、复杂的、不易分解的高分子混合物。