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1、1、土壤生物多样性、土壤生物多样性lA、原生动物：单细胞真核生物，、原生动物：单细胞真核生物，104-105个个/g土。鞭毛虫、变形虫土。鞭毛虫、变形虫lB、后生动物：多细胞动物。线虫、蠕、后生动物：多细胞动物。线虫、蠕虫、蚯蚓、蚂蚁虫、蚯蚓、蚂蚁 疏松土壤，破碎植物残体疏松土壤，破碎植物残体细菌细菌（bacteria）放线菌放线菌（actinomyces ）真菌真菌（fungi）藻类藻类(algae)原生动物原生动物（protozoon）l1）化能有机营养型：）化能有机营养型：异养型，需要有机化合异养型，需要有机化合物作为碳源，并从氧化有机化合物的过程中获得物作为碳源，并从氧化有机化合物的过
2、程中获得能量。大多数细菌、几乎全部真菌和原生动物。能量。大多数细菌、几乎全部真菌和原生动物。l2）化能无机营养型：）化能无机营养型：自养型，以自养型，以CO2为碳源，为碳源，从氧化无机化合物中取得能量。亚硝酸菌、硝酸从氧化无机化合物中取得能量。亚硝酸菌、硝酸菌等。菌等。l3）光能有机营养型：）光能有机营养型：光能异养型，能量来光能异养型，能量来自于光，需有机化合物作为氢供体以还原自于光，需有机化合物作为氢供体以还原CO2，并合成细胞物质。并合成细胞物质。l4）光能无机营养型：）光能无机营养型：自养型，利用光能进自养型，利用光能进行光合作用，以无机化合物作为氢供体以还原行光合作用，以无机化合物作
3、为氢供体以还原CO2，并合成细胞物质。，并合成细胞物质。 藻类、光合细菌藻类、光合细菌l调节植物生长的养分循环；调节植物生长的养分循环；产生并消耗产生并消耗CO2，CH4，NO，N2O，CO和和H2等；等；促进团聚体的形成；促进团聚体的形成；分解有机废弃物；分解有机废弃物；是新物种基因材料的源和库是新物种基因材料的源和库土壤中来源于生命的物质土壤有机质土壤有机质土壤碳固定土壤碳固定与碳循环与碳循环土壤肥力土壤肥力土壤污染土壤污染全球变化全球变化土壤环境土壤环境质量质量25035045055065018002000220024002600年大气CO2（ppm）-0.500.511.52碳汇（Pg
4、/yr）大气CO2碳汇 认识认识碳汇的可碳汇的可能变化能变化 探索探索缓解途径，缓解途径，寻找寻找新的碳汇新的碳汇Carbon pool (Pg, 1Pg=1015 g)Terretrial Ecosystem620620SOM15001500Air760760Ocean & Marine3800038000Rock5000+1000l SOM as a support for biomass productiony = 35.622Ln(x) - 43.085R2 = 0.950640506070801015202530SOM(g/kg)基础产量/实际产量(%)江苏80年代初期产量与有机质的
5、关系Fauna biomass & SOC in A horizony = 435.48Ln(x) - 1188.3R2 = 0.9094010020030040050015202530354045SOC(g/g)Soil Fauna biomass(Individual/m2)y = 334.03Ln(x) - 641.92R2 = 0.97453003504004505005506006501020304050SOC(g/kg)Microbial C(mg/kg) CK 化肥 佛山污泥 广州污泥 PAEs 16.926 7.667 40.025 38.081 PAHs 9.436 6.22
6、1 10.585 8.527 硝基苯 0.181 0.465 0.198 9.528 胺类 0.046 0 0.001 0.034 卤代烃类 0.109 0.081 0.257 0.624 土壤污染物浓度（mg/kg DM）森林下，SOM丰富荒漠，SOM少,200g/kg； 矿质土壤：200g/kg； 耕作土壤：550 g/kg；平均：1020g/kg 东北 华中、华南 华北、西北逐渐降低逐渐降低1 植物残体： 主要成分： C、H、O、N、P、S、Kl烧失量：90%95% 以上，C、H、O、N 灰分：P、S、Ca、 Mg、 K、 Si、 Zn、 Mo、 B、 Fe、Mn 2 有机质的构成量和含
7、碳量有机质的构成量和含碳量 土壤腐殖质：占有机质90%； 非腐殖物质中：碳水化合物占有机质 5%25% 有机质的含碳量： 源物质（残体）：40%； 胡敏酸：50%；富里酸：40%； 土壤有机质平均：58% SOM=SOC*1.724 l3 元素组成COHN% 5258 3439 3.34.8 3.74.1 C/N:12, C/P 100;有机质分解转化过程动物微生物微生物有机质有机质微生物微生物CO2 、 SO42-、 NH4+-N 、NO-3N、 H2PO4-、HPO42-1、矿化作用、矿化作用兼气：兼气： NH4+-N 、SH、 有机酸有机酸好氧好氧：CH4有机质有机质微生物微生物厌氧厌氧
8、土壤呼吸土壤呼吸：微生物分解土壤有机质，释放 CO2于空气中；矿化作用矿化作用(mineralization)：复杂有机物通过微生物的分解转化为简单的化合物，同时释放出矿质养料的过程。单糖、淀粉和单糖、淀粉和简单蛋白质简单蛋白质粗蛋白质粗蛋白质纤维素、半纤维素纤维素、半纤维素脂肪、蜡质脂肪、蜡质木质素木质素有有机机质质分分解解由由易易而而难难的的递递进进土壤有机质的矿化作用土壤有机质的矿化作用lA、糖类化合物lB、含氮有机化合物l水解作用：l蛋白质 氨基酸 氨化作用 硝化作用lNH2-N-NH3-N-NO2-N、NO3-N 分解产生：CO2、CH4温室气体，前者占绝对优势。 CO2释放速率：衡
9、量有机质分解强度与生物活动强度的指标； 有机质补充养分的途径腐殖质化过程：腐殖质化过程：进入土壤的有机物质在微生物进入土壤的有机物质在微生物 的作用下转变为比原物质组成更为复的作用下转变为比原物质组成更为复杂、结构更为稳定的腐殖质的过程。杂、结构更为稳定的腐殖质的过程。腐殖物质：腐殖物质：土壤中特有的、分子结构复土壤中特有的、分子结构复 杂的一类杂的一类有机大分子。有机大分子。 2, 腐殖质化过程腐殖质化过程腐殖物质腐殖物质(humus)：土壤中特有的、分子结构复土壤中特有的、分子结构复 杂的一类有机大分子。杂的一类有机大分子。 特点：特点：颜色：颜色：暗色；分子量：分子量：很大；形状：形状：
10、伸曲性，短棒形，比表面积很大（2000m2/g)； 亲亲水性：水性：吸水容量大 ， 分两个阶段：分两个阶段：（1）产生原材料）产生原材料-含有芳核结构的物质（木质素、酚）（2）合成阶段：）合成阶段： 多酚氧化酶多酚氧化酶微生物微生物腐质酸腐质酸缩合缩合土土 壤壤NaOH(不溶解) 溶液 酸化过滤 过滤 褐色沉淀 胡敏酸（褐腐酸） 浅黄色溶液 富里酸（黄腐酸） 胡敏素胡敏素富里酸富里酸胡敏酸胡敏酸腐殖酸的人为分离方法腐殖酸的人为分离方法 微生物微生物矿化作用矿化作用腐殖化作用腐殖化作用好氧分解好氧分解土壤有机质的转化过程土壤有机质的转化过程兼气、厌氧分解兼气、厌氧分解CO2、H2O 矿质养分CH
11、4、H2S有机酸等多元酚，氨基酸、多元酚，氨基酸、 醌醌 胡敏酸胡敏酸土壤有机质土壤有机质分解作用分解作用缩合 源物质源物质(bio-origin): 碳水化合物、木质素、蛋白质、树脂、蜡质等； 新物质（腐殖物质，新物质（腐殖物质，humus)：腐殖物质：胡敏酸、富哩酸、胡敏素SOC(g/kg)1112131419801985199019952000Calender YearMean SOC(g/kg)空间和时间上，土壤有机质水平存在变化或波动空间和时间上，土壤有机质水平存在变化或波动SOC increase00.511.522.5301000200030004000Rice Straw in
12、put (kg DM/ha)SOC rise(g/kg)l微生物活动响应于温度变化 无分解：0 ； 分解随温度而加强：0-35 ；升温10 ， 分解速率提高23倍 最适分解温度：2035 微生物适宜的含水量 0.3MPa, 分解迅速降低； -4MPa, only fungi 但是，频繁的干湿交替，强烈促进分解 （1）物理性质：含汁性、致密性、破碎性； （2）化学性质：C/N, 材料间差异巨大 (微生物平均C/N: 8, 同化25份C相当于分解1份氮施秸秆时补氮) 土壤C/N: 耕作土壤815（平均1012）； 湿润温带土壤：1012 南方红黄壤： 20C(%)N(%)C/N锯屑500.1500
13、麦秸380.580玉米茎400.757黑麦草401.137苜蓿草40313 激发效应激发效应：因为新鲜可分解的有机物的一定量加入，促进了土壤原有有机质的分解，从而释放更多的养分。 正效应：养分矿化、植物吸收；微生物活动促进； 负效应：加速土壤有机质库的消解，释放某些不利元素。 土壤质地：砂质土壤较利于有机质分解: 有机质的黏粒保护作用 中性土壤有利于有机质矿化：酸性土壤补钙-施石灰等于施肥东海县SOC(g/kg)&0.01mmy = 0.0084x + 2.5683R2 = 0.8133024681012020040060080010000.01mm,%SOC,g/kgy = -0.026x
14、+ 33.923R2 = 0.5234151719212325273004005006000.01mm, g/kgSOC(g/kg)01234024681012Feo(g/kg)SOC(g/kg)渗育水稻土中SOC与无定型氧化铁（中国土壤,2000)湖南高产水稻土中SOC与物理性黏粒l 分子量：分子量：变异很大. 越复杂，分子量越大；l 分子空间体积分子空间体积：黏粒级(纳米nm微米um)间；l 形状：形状：伸曲性，短棒形，交联构造引起的空隙，比表面积很大（2000m2/g);l 亲水性：亲水性：吸水容量大，单位重量下是黏土的45倍，可以达到本身质量的500%；l 颜色：颜色：暗色，棕色到黑色
15、 酸性功能基：羧基(R-COOH和酚羟基(酚-OH); 中性功能基：醇羟基(R-CH2-OH)、醚基(R-CH2- O - CH2 - R)、酮基(R-C=O -R) 、醛基(R-C=O -H)和酯(R-C=O- R-O) ； 碱性功能基：胺(R-CH2-NH2)、酰胺(R-C=O-NH-R);a.提供作物及微生物需要的养分、源提供作物及微生物需要的养分、源及微量元素等，植物生长所需氮：土壤，及微量元素等，植物生长所需氮：土壤，肥料肥料b.增强土壤的保肥性能增强土壤的保肥性能带电性主要是带负电，吸附阳离子带电性主要是带负电，吸附阳离子c.促进团粒结构的形成，改善物理性质促进团粒结构的形成，改善物理性质 腐殖质是种胶体，包被于矿质土粒的腐殖质是种胶体，包被于矿质土粒的 外表，松外表，松 软，软，絮状，多孔絮状，多孔d.促进作物生长促进作物生长 极低浓度的腐殖质分子，对植物有刺激作用极低浓度的腐殖质分子，对植物有刺激作用e.消除土壤污染消除土壤污染 与农药、重金属络合，减少毒害。与农药、重金属络合，减少毒害。