最新-第五章土壤有机质-PPT课件.ppt
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- 最新 第五 土壤有机质 PPT 课件
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1、第五章第五章 土壤有机质土壤有机质 第一节第一节 土壤有机质的概念、来源、土壤有机质的概念、来源、含量及其组成含量及其组成n土壤有机质由土壤有机质由生命体生命体和和非生命体非生命体两大部分有机两大部分有机物质组成。物质组成。n土壤生物(自学)土壤生物(自学)n主要介绍主要介绍非生命体有机质非生命体有机质我国地域辽阔,由于各地的我国地域辽阔,由于各地的自然条件自然条件和和农农林业经营水平林业经营水平不同,土壤有机质的含量差不同,土壤有机质的含量差异较大。低者少于异较大。低者少于1%,多者可高达,多者可高达20%。土壤有机质含量的多少,基本上可以土壤有机质含量的多少,基本上可以反映反映土壤肥力水平
2、的高低。土壤肥力水平的高低。土壤微生物(群)土壤动物土壤动物根据根据躯体大小躯体大小区分:小型、中型和大型土壤动物;区分:小型、中型和大型土壤动物;大型:(体长大型:(体长2mm2mm)蚯蚓、蚂蚁、甲虫、马陆、蜈蚣等;)蚯蚓、蚂蚁、甲虫、马陆、蜈蚣等;中型:(体长中型:(体长0.2-2mm0.2-2mm)螨类、弹尾虫;)螨类、弹尾虫;小型:(体长小型:(体长0.2mm7的碱性土壤中与的碱性土壤中与Ca2+结合形成不溶性结合形成不溶性磷酸钙磷酸钙;在在pH华北、江南地区华北、江南地区华南地区;华南地区;n同一地区不同有机物质的腐殖化系数依次为:同一地区不同有机物质的腐殖化系数依次为:作物根作物根
3、厩肥厩肥作物秸杆作物秸杆绿肥。绿肥。一般来讲,同一物质的腐殖化系数,因不同的一般来讲,同一物质的腐殖化系数,因不同的气气候条件、土壤条件和耕作条件等候条件、土壤条件和耕作条件等而有差别。而有差别。水田水田较旱地腐殖化系数高。较旱地腐殖化系数高。从有机质的化学组成看,从有机质的化学组成看,木质化程度高的腐殖化系数也较高。木质化程度高的腐殖化系数也较高。即形成较多即形成较多的腐殖质。的腐殖质。粘重土壤的腐殖化系数比轻质土壤要粘重土壤的腐殖化系数比轻质土壤要高。高。2、矿化率、矿化率(Mineralization rate)v每年因每年因矿质化过程而消耗的有机质的数量矿质化过程而消耗的有机质的数量占
4、占土壤有机质总量土壤有机质总量的百分数,称为土壤有的百分数,称为土壤有机质的机质的矿化率矿化率。v一般用有机质的一般用有机质的“矿化率矿化率”来计算每年土来计算每年土壤有机质的矿化量。壤有机质的矿化量。土壤有机质的年矿化量受土壤有机质的年矿化量受、等各种因素的影响。等各种因素的影响。一般来说,一般来说,的地区,土壤有机质的地区,土壤有机质的的;的土壤其年矿的土壤其年矿化量化量。只有每年加入各种有机物质所生成的土壤只有每年加入各种有机物质所生成的土壤有机质量等于年矿化量时,才能保持有机有机质量等于年矿化量时,才能保持有机质平衡。质平衡。土壤有机质原含量为土壤有机质原含量为20g/kg,有机质矿化
5、率,有机质矿化率为为4%,则每年土壤有机质的矿化量为:,则每年土壤有机质的矿化量为:每亩耕层土重为每亩耕层土重为150000kg 20g/kg 4%=120kg。只有每年向每亩耕地中补充各种有机物质能转化为只有每年向每亩耕地中补充各种有机物质能转化为120kg或超过或超过120kg土壤有机质时,才能保持土壤有机质时,才能保持土壤有土壤有机质的平衡或提高其含量水平。机质的平衡或提高其含量水平。计算题计算题v在讨论不同地区不同土壤类型土壤有机在讨论不同地区不同土壤类型土壤有机质平衡时,可依据本地区质平衡时,可依据本地区腐殖化系数腐殖化系数的的实测值或参照表的数值,对本地区土壤实测值或参照表的数值,
6、对本地区土壤有机质的有机质的年形成量年形成量即年积累量作出评估,即年积累量作出评估,同时结合本地区土壤有机质同时结合本地区土壤有机质年分解量年分解量的的研究,对保持或提高土壤有机质含量研究,对保持或提高土壤有机质含量所所必须施入的有机物质量作出估算必须施入的有机物质量作出估算。计算题计算题第三节第三节 土壤腐殖物质的组成和性质土壤腐殖物质的组成和性质一、土壤腐殖物质的概念一、土壤腐殖物质的概念它不同于它不同于动植物残体组织动植物残体组织和和微生物的代谢产物微生物的代谢产物中中的有机化合物,而是土壤中的有机化合物,而是土壤中特有的有机化合物特有的有机化合物。1.游离态腐殖物质游离态腐殖物质,在土
7、壤中占极少部分,常,在土壤中占极少部分,常见于红壤中。见于红壤中。2.与矿物质成分中的与矿物质成分中的强盐基强盐基化合成稳定盐类,化合成稳定盐类,主要是主要是腐殖酸钙、镁腐殖酸钙、镁,常见于黑土中。,常见于黑土中。3.与含水三氧化物(与含水三氧化物(Al2O3.XH2O、Fe2O3.YH2O)化合成复杂的)化合成复杂的凝胶体凝胶体。4.与与粘粒结合成有机粘粒结合成有机无机复合体无机复合体,此种形,此种形态常占腐殖物质的大部分。态常占腐殖物质的大部分。二、土壤腐殖物质的存在状态二、土壤腐殖物质的存在状态土壤有机无机复合体示意图土壤有机无机复合体示意图三、土壤腐殖物质的分组三、土壤腐殖物质的分组n
8、腐殖物质是一类组成和结构都很复杂的腐殖物质是一类组成和结构都很复杂的天然高天然高分子分子聚合物聚合物,其,其主体是有着主体是有着不同分子量和结构不同分子量和结构的的腐殖酸腐殖酸及其及其与金属离子结合的盐类与金属离子结合的盐类,它与土,它与土壤矿物质部分密切结合形成壤矿物质部分密切结合形成有机有机无机复合体无机复合体,因而因而难溶于水难溶于水。其余部分包括。其余部分包括由微生物代谢而由微生物代谢而产生的一些简单的有机化合物产生的一些简单的有机化合物(糖类、氨基酸(糖类、氨基酸等)。等)。为了研究为了研究腐殖酸的组成、性质腐殖酸的组成、性质,就必须用,就必须用适当的溶剂适当的溶剂将它们从土壤中提取
9、出来。从土壤中将它们从土壤中提取出来。从土壤中分离腐殖酸分离腐殖酸一直一直是一项十分困难的工作。因为:是一项十分困难的工作。因为:1.腐殖酸在土壤中与土壤矿物质部分结合成腐殖酸在土壤中与土壤矿物质部分结合成有机无机有机无机复合体复合体,不易分开。,不易分开。2.腐殖酸腐殖酸与非腐殖物质共存与非腐殖物质共存,很难用溶液区分开来,很难用溶液区分开来,也不易用物理的方法截然分开。也不易用物理的方法截然分开。3.一般用一般用缓和的溶剂缓和的溶剂提取不完全,用提取不完全,用剧烈的方法剧烈的方法分离分离时又可能引起腐殖酸性质、结构特征的变异。时又可能引起腐殖酸性质、结构特征的变异。理想的提取剂理想的提取剂
10、应满足:应满足:A、对、对腐殖酸的性质腐殖酸的性质没有影响或影响极小;没有影响或影响极小;B、获得、获得均匀的组分均匀的组分;C、具有、具有较高的提取能力较高的提取能力,能将腐殖酸几乎完全,能将腐殖酸几乎完全分离出来。分离出来。由于腐殖酸的复杂性以及组成上的非均质性,由于腐殖酸的复杂性以及组成上的非均质性,满足所有这些条件的提取剂满足所有这些条件的提取剂尚未找到尚未找到。目前一般所用的方法,是先把土壤中目前一般所用的方法,是先把土壤中未分解未分解或或部部分分解分分解的动植物残体分离掉,通常是的动植物残体分离掉,通常是用水浮选、用水浮选、手挑和静电吸附法手挑和静电吸附法移去这些动植物残体,或者采
11、移去这些动植物残体,或者采用用比重为比重为1.8或或2.0的重液的重液可以更有效地除尽这些残可以更有效地除尽这些残体,体,被移去的这部分有机物质称为轻组被移去的这部分有机物质称为轻组,而,而留下留下的土壤组成则称为重组的土壤组成则称为重组。然后根据然后根据腐殖物质在碱、酸溶液中的溶解度腐殖物质在碱、酸溶液中的溶解度可划可划分出几个不同的组分。分出几个不同的组分。传统的分组方法是将土壤腐殖物质划分为:传统的分组方法是将土壤腐殖物质划分为:富里酸(富里酸(fulvic acid,FA)胡敏酸(胡敏酸(humic acid,HA)胡敏素胡敏素(humin,HM)腐殖物质腐殖物质水水酸酸碱碱颜色颜色分
12、子量分子量胡敏酸胡敏酸不溶不溶不溶不溶溶溶中等中等中等中等富里酸富里酸溶溶溶溶溶溶最浅最浅最低最低胡敏素胡敏素不溶不溶不溶不溶不溶不溶最深最深最高最高n现在通常将现在通常将HM定义为在任何定义为在任何pH条件的水条件的水溶液中都不溶解的腐殖物质组分。溶液中都不溶解的腐殖物质组分。聚合聚合v目前对目前对胡敏酸和富里酸胡敏酸和富里酸的研究较多,它们是的研究较多,它们是腐殖物质中腐殖物质中最重要最重要的组成。的组成。四、土壤腐殖物质的性质四、土壤腐殖物质的性质主要介绍主要介绍土壤腐殖物质的主体土壤腐殖物质的主体腐殖酸腐殖酸(胡敏酸和富里酸)的结构和性质。(胡敏酸和富里酸)的结构和性质。(一)腐殖酸的
13、分子结构(一)腐殖酸的分子结构腐殖酸属于腐殖酸属于高分子聚合物高分子聚合物,分子结构十分复杂,分子结构十分复杂,目前还不清楚。目前还不清楚。现在一般认为,腐殖酸分子是以现在一般认为,腐殖酸分子是以芳香族化合物芳香族化合物为为核心,周围连接有核心,周围连接有羧基、酚羟基、醇羟基、甲氧羧基、酚羟基、醇羟基、甲氧基、甲基、醌基基、甲基、醌基等官能团;此外,还连接有等官能团;此外,还连接有碳水碳水化合物和含氮有机化合物化合物和含氮有机化合物(如氨基酸)等。(如氨基酸)等。一般来说,一般来说,胡敏酸(胡敏酸(HA)中芳香结构的比例比中芳香结构的比例比富里酸(富里酸(FA)大。大。胡敏酸的结构模式胡敏酸的
14、结构模式富里酸的结构模式富里酸的结构模式(二)腐殖酸的性质(二)腐殖酸的性质(2)腐殖酸的分子大小和形状)腐殖酸的分子大小和形状大小:大小:一般来看,一般来看,胡敏酸胡敏酸的分子直径大于的分子直径大于富里酸富里酸。胡敏酸胡敏酸的直径范围在的直径范围在10.001m之间;之间;富里富里酸酸则更小些。则更小些。形状:通过电子显微镜或根据粘性特征的推断,形状:通过电子显微镜或根据粘性特征的推断,胡敏酸胡敏酸和和富里酸富里酸的分子可能均为的分子可能均为短棒状短棒状。具有高。具有高达达2000m2/g的比表面积,远大于粘土矿物和金属的比表面积,远大于粘土矿物和金属氧化物的表面积。氧化物的表面积。腐殖酸的
15、分子形状腐殖酸的分子形状 pH 2-3 纤维、纤维束状纤维、纤维束状 4-7 网状、海绵状网状、海绵状 8-9 页状页状 10 粒状粒状HAHA的的3D3D优化结构模型优化结构模型(3)腐殖酸的吸水性)腐殖酸的吸水性腐殖酸是一种腐殖酸是一种亲水胶体亲水胶体,有强大的吸水能,有强大的吸水能力,单位重量腐殖物质的持水量是硅酸盐力,单位重量腐殖物质的持水量是硅酸盐粘土矿物的粘土矿物的4-5倍,最大吸水量可以超过其倍,最大吸水量可以超过其本身重量的本身重量的500%。从腐殖物质的整体来看,是呈黑色的。但从不同组分腐殖从腐殖物质的整体来看,是呈黑色的。但从不同组分腐殖酸的颜色来看,其深浅是有差别的。酸的
16、颜色来看,其深浅是有差别的。一般来看,一般来看,胡敏酸胡敏酸的颜色较深,为棕黑色至黑色;而的颜色较深,为棕黑色至黑色;而富里富里酸酸的颜色较淡,呈黄色至棕红色。的颜色较淡,呈黄色至棕红色。这是由于它们各自的这是由于它们各自的分子量的大小分子量的大小和和发色基团组成发色基团组成及其比及其比例不同引起的。研究表明,腐殖酸的颜色深浅与其分子量例不同引起的。研究表明,腐殖酸的颜色深浅与其分子量大小和分子的芳构化程度大体呈正相关。大小和分子的芳构化程度大体呈正相关。(4)腐殖酸的颜色)腐殖酸的颜色2、腐殖酸的化学性质、腐殖酸的化学性质(1)腐殖酸的元素组成)腐殖酸的元素组成腐殖酸的主要元素组成是腐殖酸的
17、主要元素组成是C、H、O、N、S,此,此外还含有少量的外还含有少量的Ca、Mg、Fe、Si等灰分元素。等灰分元素。但不同腐殖酸组分的元素组成差异很大。但不同腐殖酸组分的元素组成差异很大。一般来看,胡敏酸的一般来看,胡敏酸的C、N含量和含量和C/H比值高于富比值高于富里酸,而里酸,而O、S含量和含量和O/C比值低于富里酸。比值低于富里酸。我国主要土壤表土中腐殖物质的元素组成我国主要土壤表土中腐殖物质的元素组成腐殖腐殖物质物质%(无灰干基)(无灰干基)CHONC/HFulvic acids 43.452.6 4.0-5.840.1 49.81.6-4.38.0-12.6Humic acids 43
18、.9 59.6 3.1 7.031.3-41.82.8 5.97.2-19.2(2)腐殖酸的含氧官能团组成)腐殖酸的含氧官能团组成 种类种类 羧基羧基 酚羟基酚羟基 醇羟基醇羟基 醌基醌基 酮基酮基 甲氧基甲氧基 总酸度总酸度 HA 15-57 21-57 2-49 1-26 1-5 3-8 67 FA 55-112 30-57 26-95 3-20 12-27 3-12 103腐殖质的含氧官能团含量(腐殖质的含氧官能团含量(m mol M).kg-1一般来看,富里酸的羧基和酚羟基含量高于一般来看,富里酸的羧基和酚羟基含量高于HA,而醌基含量低于胡敏酸。,而醌基含量低于胡敏酸。正是由于在腐殖酸
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