土壤有机质的组成和转化

土壤有机质是指以各种形态存在于土壤中的含碳有机化合物的总称,包括土壤中各种动物、植物、微生物残体、土壤生物的分泌物与排泄物以及这些有机物质分解和转化后的物质。对于大部分土壤,有机质含量只占到土壤总重量的很小一部分,但在土壤肥力、物质循环、农业可持续发展及土壤环境中发挥重要的作用。

自然土壤中的有机质主要来源于生长在土壤上的高等绿色植物,其次是生活在土壤中的动物和微生物;农业土壤中的有机质主要来源是每年施用的有机肥料、植物残茬、根系、分泌物、人畜粪便、工农业副产品的下脚料、城市垃圾和污水等。

通过各种途径进入土壤的有机质一般呈三种形态:一是新鲜的有机物质,是指刚进入土壤不久,基本未分解的动物和植物残体。二是半分解的有机物质,指进入土壤中的有机残体被微生物分解,失去了原来的形态特征,多呈分散的暗黑色碎屑和小块,如泥炭等。三是腐殖物质,是指经微生物改造后的一类特殊的高分子有机化合物,呈褐色或暗褐色,是土壤有机质的最主要的一种形态,占有机质总量的85%~90%。

一、土壤有机质的组成。

土壤有机质的基本组成元素是碳、氧、氢、氮等,分别占52%~58%、34%~39%、3.3%~4.81%和3.7%~4.1%,碳氮比(C/N)在10~12;此外还含有灰分元素:钙、镁、钾、钠、硅、磷、硫、铁、铝、锰及少量的碘、锌、硼、氟等。

从物质组成来看,土壤有机质一般可分为腐殖物质和非腐殖物质两部分,其中腐殖物质占85%~90%。非腐殖物质主要是一些较简单、易被微生物分解的糖类、有机酸、氨基酸、氨基糖、木质素、蛋白质、纤维素、半纤维素、脂肪等高分子物质。腐殖物质是一类经过土壤微生物作用后,由酚类和配类物质聚合成的芳环状结构和含氮化合物、糖类组成的复杂多聚体,是性质稳定、新形成的深色高分子化合物。

二、土壤有机质的转化。

土壤有机质在微生物的作用下,向着两个方向转化,即有机质矿质化和有机质腐殖化过程(下图)。

土壤有机质转化示意

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,其最终产物是二氧化碳、水、无机离子等,包括氮、磷、硫及其他元素的离子,同时放出热量。该过程为植物和微生物提供养分和能量,也为土壤腐殖质提供物质来源。土壤有机质的矿化速度用矿化率来表示,是指土壤中一年消耗的有机质占土壤有机质总量的百分数,耕作土壤矿化率一般在2%~5%。

腐殖化过程是指有机质在微生物的作用下,先分解产生简单有机化合物,继而将简单有机化合物作为中间产物,又转化合成为腐殖质的过程。常用腐殖化系数来表示有机质转化成腐殖质的数量,是指在一定周期内单位质量(干重)的新鲜有机物质加入土壤后所形成腐殖质的质量(干重)。

附注:
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