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03 第2章 土壤有机质.pptx

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本课件为土壤学第二章土壤生物和有机质,先介绍土壤动物与微生物的组成、作用及活性影响因素,再说明土壤有机质的来源、含量与元素组成;随后讲解矿化与腐殖化两条转化路线及其影响因素,最后阐述腐殖质的形成、分组与性质,以及有机质调节的矿化率、腐殖化系数与激发效应。

第二章土壤生物和有机质章节封面,标示本章主题为土壤生物与土壤有机质
第1节标题页,说明土壤生物是土壤有机质的主要来源
土壤生物组成页,列举原生动物到脊椎动物的土壤动物及细菌真菌放线菌等微生物
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第1页:第二章 土壤生物和有机质

第二章 土壤生物和有机质 Soil Organisms & Organic Matter。

第2页:第1节 土壤生物

第1节 土壤生物——土壤有机质的主要来源。

第3页:土壤生物组成

一、土壤生物组成:

动物
原生动物、线形动物、环节动物、节肢动物、昆虫、脊椎动物等
微生物
细菌、真菌、放线菌

土壤是微生物的大本营!

第4页:土壤生物的作用

二、土壤生物的作用:

  1. 分解有机物,形成腐殖质
  2. 促进土壤团聚体形成
  3. 根瘤菌固氮、菌根的养分吸收等
  4. 使动植物感染病虫害

第5页:土壤微生物的类型

三、土壤微生物:

种群
原核-古菌、细菌、放线菌;真核-真菌、藻类、地衣;非细胞性生物(病毒)
营养类型
化能有机营养(化能异养型)、化能无机营养(化能自养)、光能有机、光能无机
呼吸类型
好氧型、厌氧型、兼氧型

第6页:土壤微生物指标及其表征

土壤微生物指标及其表征:

土壤微生物生物量 biomass
含微生物量 C、N、P、S,成分分析法、底物诱导呼吸法、熏蒸法
土壤微生物多样性 diversity
碳素利用法、磷脂脂肪酸法、核酸分析法
土壤酶 enzyme
胞内酶;酶活性

第7页:影响微生物活性的因素

影响微生物活性的环境因素:

  • 温度 Temperature
  • 水分 Moist
  • 酸碱性 Acidity
  • 氧化还原 Oxidation Potential
  • 生物 Biology
  • 耕作管理 Tillage and Management

第8页:根际、酶与有机酸

四、根际、酶与有机酸:

根际 Rhizosphere
近根的微区
酶 Enzyme
生化反应催化剂,包括氧化还原酶类、水解酶类、转移酶类、裂解酶类
有机酸 Organic acid
请阅读文献,作好读书笔记

第9页:土壤生物间的相互作用

五、土壤生物间的相互作用:

  • 竞争关系 competition
  • 互生关系 syntrophism
  • 共生关系 symbiosis
  • 拮抗关系 antagonism
  • 捕食关系 predation
  • 寄生关系 parasitism

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第10页:第二节 土壤有机质

第二节 土壤有机质——来源、含量及组成 Source, Content and Composition of Soil Organic Matter

第11页:土壤有机质的来源

1. Sources 来源:

  • 微生物
  • 动植物残体
  • 有机肥料
  • 工业废弃物和生活垃圾
  • 有机制剂

第12页:土壤有机质含量

2、土壤有机质含量:

  • 一般 <5%,范围 0.5%~20%
  • >20% 称有机质土壤,<20% 称矿质土壤

图示土壤有机质含量在 0.5%、0.5—2.0%、5%、7% 等区段的分布情况。

第13页:有机质的元素与化合物组成

元素组成 Elements
C(52%—58%)、O(34%—39%)、H(3.3%—4.8%)、N(3.7%—4.1%),并含 P、S 等;C/N ≈ 12,C/OM ≈ 0.58
腐殖质 Humus
胡敏酸 HA、富里酸 FA、胡敏素 HM
非腐殖质
多肽 Peptides、蛋白质 Proteins、核酸 Nucleic acids、多糖 Polysaccharides、木质素 Lignin

可据有机碳计算有机质含量。

第14页:有机质的分解与转化

第3节 有机质的分解与转化 Decomposition and Transformation of SOM

1. 简单有机物矿化 Mineralization——消耗氧,产生 CO2;腐殖化 Humification。

第15页:矿质化过程

矿质化:有机物质在微生物作用下,分解为简单化合物,释放矿质养料的过程。

1)糖类:多糖 → 单糖。

第16页:各类有机物的分解

2)脂肪、树脂等:分解缓慢且不彻底,生成 H2O、CO2 与热能,并产生有机酸和多酚类。
3)木质素:分解最慢。
4)含 N 有机物:蛋白质、核酸等是土壤 N 素主要来源,蛋白质 → 氨基酸 → 氨 + 硝酸。
5)含 P 有机物:核蛋白、核酸 → 磷酸。

第17页:腐殖化过程

2、腐殖化:动植物残体或有机肥在微生物作用下形成腐殖质的过程。

三阶段:

  1. 产生酚、醌、芳核、氨基酸等原始材料
  2. 微生物代谢与循环,增殖微生物细胞
  3. 聚合作用

路线:有机物质 → 相对简单的有机物 → 腐殖质。

第18页:影响有机质转化的因素

3. 影响有机质转化的因素:

  1. 温度:微生物活性 25—35℃
  2. 湿度 Moist 与空气 Air
  3. 植物残体特性:化学组成、C/N、年龄、含水量
  4. 土壤性质:pH、质地 texture、盐分、有毒物质等

第19页:有机物料的组成与状态

(1)有机物料的组成与状态:

  • 易分解成分:糖、淀粉、蛋白质 > 木质素、蜡质、单宁
  • 幼嫩
  • 含水量
  • 粉碎度

第20页:有机物的 C/N 比率

(2)有机物的 C/N 比率:有机物中含 C 量与含 N 量之比。

  • C:能源和躯体材料
  • N:躯体蛋白质
  • C/N = 20~30:1 分解快
  • 有机、无机配合

第21页:湿度、通气与土温

(3)土壤环境条件:

湿度与通气
适当则分解快而完全,释放养料多、无毒害,利于植物生长,不利累积
土温
适宜 25—35℃;0—25℃ 温度越高分解越快;>45℃ 温度越高分解越慢

第22页:质地、pH 与含盐量

质地
粘重土壤通气差,分解受抑
pH 值
细菌适宜 pH 6.5—7.5;放线菌稍偏碱;真菌 pH 3—6
含盐量
盐 >0.2% 时微生物活动减弱、分解变慢
污染物
抑制微生物与转化过程

第23页:腐殖质的形成

第4节 腐殖质的形成与性质 1. 腐殖质的形成:

植物残体在微生物作用下转化:糖、多酚、氨基化合物与木质素分解产物(类木质素)、醌等,经多步反应聚合形成腐殖质。

第24页:土壤腐殖质的分组

土壤腐殖质的分组:土壤有机质先用比重液(1.8—2.0)分离出黑色残余物(胡敏素 Humin);其余用稀 NaOH 浸提、过滤、酸化后得到褐色沉淀(胡敏酸 Humic Acid)与黄色溶液(富里酸 Fulvic Acid)。

胡敏酸
分子量大、芳化度高、不溶于水,C、N 多,稳定性高
富里酸
分子量小、芳化度低、可溶于水,O、S 多,活性强,所占比例小
吉马多美朗酸
溶于乙醇

第25页:腐殖酸的性质

腐殖酸的性质:

  1. 物理性质 Physical properties
  2. 化学性质 Chemical properties
  • C:55%—60%,平均 58%;N:3~6%,平均 5.6%
  • C:N:P:S = 100~120 : 10 : 1 : 1
  • 功能团:羧基 carboxyl、酚羟基 phenolic hydroxyl、醇羟基 alcohol hydroxyl、甲氧基 methoxyl、氨基 amino
  • 酸性与离子交换 Acidity and Ion exchange

第26页:

第27页:腐殖质的形态与稳定性

形状、颜色、吸水性:疏松球形、黑褐色、吸水力强(亲水胶体)。

稳定性:矿化率 <1%,开垦后 2~4%。腐殖质组成和性质随生物气候条件而变。

第28页:土壤有机质的作用与管理

第5节 土壤有机质的作用与管理 Role and management of SOM:

  1. 土壤肥力 Soil Fertility:Nutrients,Physical、chemical and biological,Others
  2. 生态环境 Ecological Environment:Heavy metals、pesticides、C balance
  3. Management of SOM

第29页:矿化率

土壤有机质的调节:

(1)矿化率 Rate of Mineralization:每年因矿化作用而消耗掉的有机质量占土壤有机质总量的百分数。

矿化率 =(矿化消耗掉的有机质 ÷ 土壤原来有机质总量)×100%,一般 1~3%。高温、多湿、耕作、施有机肥使矿化率提高。

第30页:腐殖化系数

(2)腐殖化系数 Coefficient of humification:有机物料投入土壤一年后形成的腐殖质量与施入有机物料总量的比值。

腐殖化系数 = 新形成的腐殖质 ÷ 施入的有机物总量,一般 0.2~0.3。

第31页:起爆效应(激发效应)

(3)起爆效应(激发效应)Priming effect:向土壤中添加新鲜有机物料后,土壤有机组分间原有的平衡被打破,矿化率或腐殖化系数发生急剧变化的现象,分正激发和负激发。

第32页:本章小结与思考题

【本章小结】

(一)基本概念:1. 土壤有机质 2. 土壤腐殖质 3. 矿化作用 4. 腐殖化作用 5. 腐殖化系数 6. C/N 7. 腐殖酸 8. 激发效应

(二)问答题:

  1. 土壤有机质包括哪些形态?
  2. 增加土壤有机质的方法有哪些?
  3. 土壤有机质在土壤肥力和生态环境中有何作用?
  4. 为什么水田的腐殖质含量一般比旱地高?
  5. 影响土壤有机质转化的条件是什么?
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