土壤碳库的形成与转化

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1、第五讲土壤碳库的形成与转化第一部分土壤有机质的来源、含量及其组成第二部分土壤生态系统中有机物质的生成与分解累积第三部分影响土壤库中有机质分解与累积的因素第四部分有机质对土壤库的影响第五部分土壤腐殖物质的形成和性质第六部分土壤有机质的作用及管理1我国土壤有机质分布图0.5%7%0.5-2.0%5%2第一部分土壤有机质的来源、含量及其组成土壤有机质：是指土壤中形成的和外部加入的所有动、植物残体不同分解阶段的各种产物和合成产物的总称。包括：1、土壤中各种动/植物残体2、微生物体3、土壤生物分解/合成的各种有机物质3一、土壤有机质的来源微生物：最早来源动物来源植物来源自然土壤经过耕种

2、或其它人类活动影响后产生的：农业副产品有机肥料有机农药工业副产品基本来源42、有机质的组成(1)化学元素组成土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N。其中，C/N比大约在10~12之间。二、含量及组成1、有机质含量一般含量在0-5%之间。泥炭土可高达20%或30%以上漠境土和砂质土壤不足0.5%5(2)物质组成：(i)微生物体，动、植物残体；(ii)简单有机化合物（主要有木质素、蛋白质，半纤维素，纤维素及其他小分子化合物等）——非腐殖物质(占土壤有机质的20-30%以上)；(iii)腐殖物质。6腐殖物质i)定义：是由多酚和多醌类物质在微生物作用下聚合而成的含芳香环结构的非晶形

3、高分子有机化合物。ii)颜色：黄色棕黑色iii)结构未知iv)是土壤有机质的主体，占其60-80%7第二部分土壤生态系统中有机物质的生成与分解累积落红不是无情物化作春泥更护花8R—（C，4H，养分）+2O2CO2+2H2O+能量+养分酶氧化一、矿化作用与腐殖化过程1、矿化作用(Mineralization)土壤有机质在土壤微生物及其酶的作用下，分解成二氧化碳和水，并释放出其中的矿质养分的过程。92、腐殖化过程(Humification)各种有机化合物通过微生物合成或在原植物组织中聚合转变为组成和结构比原来更为复杂的新的有机化合物的过程。1011腐殖化系数：单位质量有机物质的有

4、机碳在土壤中分解一年后的残留碳量称为有机物质的腐殖化系数。12有机质的分解与合成示意图13在好氧条件下，微生物活动旺盛，分解作用快而彻底，有机物质彻底分解为CO2和H2O，而N、P、S等则以矿质盐类释放出来。在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，分解作用慢且不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇等中间产物。在极端嫌气的情况下，除了产生中间产物外，还产生CH4、H2等还原性物质，其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。14二、生物物质循环在土壤形成中的作用(1)固定营养元素生物摄取从岩石、矿物中释放出来的养分元素，通过一系列的生物化学过程将易溶性、无机态转化为有机态化合物而固定

5、在生物体内。死亡的生物或其残体被微生物分解后，被固定的养分元素又被下一代或别的生物再吸收利用，这种循环过程保证了土壤生态系统的发展。由有机物质生成的土壤腐殖质决定着土壤潜在肥力及其有效性。15表5－2陆地生态系统光合作用形成的干物质及固定的能量16(2)保存和富集植物养分表5－3能被植物进行生物学吸附的元素17土壤条件的好坏在很大程度上影响生物产量，从而影响养分循环的强度；进入土壤的有机质，在土壤生物的作用下分解、转化是养分循环与能量传递的重要环节。在农田生态系统中，作物被移出后带走了大量植物营养元素，从而导致土壤养分枯竭，系统生产力下降。施用各种矿质肥料可以归还植物营养元素

6、，但却不能弥补由此减少的土壤能量。因此，在农田生态系统中归还有机残渣是改善土壤生态功能、提高经济效益的一个有效途径。18三、土壤生态系统中有机物质的分解积累进入土壤后的有机物质的分解过程分为两个阶段：第一阶段是易分解物质（主要是可溶性物质，如简单的糖类、蛋白质和有机酸等）的快速分解过程；第二阶段是难分解物质（如木质素和腐殖质等）的缓慢分解过程。一个碳原子的旅程据Garrels等（1975)计算：在大气圈中停留4年；在生物圈中停留11年；在海洋上层水域停留385年；在深海中停留10万年；在地壳中停留3.42亿年19第三部分影响土壤库中有机质分解、积累和转化的因素一、影响有机质的

7、分解和积累的因素20（一）有机肥的化学组成对分解积累的影响1、有机质的化学组成影响有机肥最初阶段的分解速率；有研究报道，黑麦草地上部分的分解速率开始时快于地下部分，约6个月后差异消失；大麦的地上和地下部分在土壤中分解5年后残留率仍有很大差异，前者为12％，后者为16％。2、有机质的C/N比也影响分解速率；C/N比对分解速率的影响只表现在分解的开始阶段（含N量高则分解速度就快），而且可以被土壤中的N素所补偿。3、木质素含量是影响有机肥残留率的主要因素。草根的分解量与(C/N∙木质素%)/(糖%)½呈反相关