土壤有機質

土壤有機質主要來源於植物、動物及微生物殘體，其中高等植物為主要來源。原始土壤中最早出現在母質中的有機體是微生物。隨着生物的進化和成土過程的發展，動、植物殘體及其分泌物就成為土壤有機質的基本來源。在自然土壤中，地面植被殘落物和根系是土壤有機質的主要來源，如樹木、灌叢、草類及其殘落物，每年都向土壤提供大量有機殘體。在農業土壤中，土壤有機質的來源較廣，主要有作物的根茬、還田的秸稈和翻壓綠肥；人畜糞尿、工農副產品的下腳料(如酒糟、亞銨造紙廢液等)；城市生活垃圾、污水；土壤微生物、動物(如蚯蚓、昆蟲等)的遺體及分泌物；人為施用的各種有機肥料(廄肥、腐殖酸肥料、污泥以及土雜肥等)。其中，耕地土壤中自然植被已不存在，主要來自作物根的分泌物、根茬、枯枝落葉以及人們每年施入的有機肥料(綠肥、堆肥、漚肥和廄肥等)。

進入土壤的有機殘體，儘管來源不同，但是從化學角度來看，主要有碳水化合物(包括一些簡單的糖類及澱粉、纖維素和半纖維素等多糖類)、含氮化合物(主要為蛋白質)、木質素等物質。此外，還有一些脂溶性物質(如樹脂、蠟質等)。土壤有機質的基本元素組成是C、O、H、N，其中C佔52%～58%、O佔34%～39%、H佔3.3%～4.8%、N佔3.7%～4.1%。其次是P和S，還有K，Ca，Mg，Si，Fe，Zn，Cu，B，Mo，Mn等灰分元素，C/N一般為10～12。上述各有機組分在有機殘體中的含量隨植物的種類、器官和年齡而異 ^[2]  。

土壤有機質通常以下列幾種狀態存在於土壤之中。

機械混合狀態

進入土壤中的有機殘體處於未分解和半分解狀態與土壤礦物質部分機械地混合在一起。處於這種狀態的有機質佔土壤有機質總量的0.6%～48.4%。有時為了研究工作的需要,利用重液(比重為1.8～2.03)將這部分有機質(通常稱為輕組)與已和土壤礦物質部分相結合的有機質(通常稱為重組)分離開來。並分別對它們的數量、組成、性質進行研究。

生命體

生活在土壤中的各種活體(如植物根、土壤動物、微生物等),可以把它們視為土壤中的一個獨立部分，也可以視為土壤有機質的一部分，生命體就是指土壤中各種活體的數量。據Jenkinsen的估算，土壤的生命體佔土壤有機質總量的0.56%～4.6%，平均為2.59%。這部分有機質主要吸附在土壤礦物質表面或其他有機物質的表面上。

溶液態(或稱遊離態)

土壤有機質中有極少一部分以溶解狀態存在，但這部分有機質一般不會超過土壤有機質總量的1%。處於遊離態的有機質有遊離單糖、遊離氨基酸和遊離有機酸等。

有機-無機複合體態

有機-無機複合體態有機質是土壤中與礦物質部分相結合的有機質，腐殖物質屬於此類狀態。由於有機與無機之間結合方式的不同，它們之間的牢固程度各異。結合態的腐殖物質是土壤有機質的主體。

土壤有機質轉化過程中，無論是礦質化過程還是腐殖化過程，都是在微生物直接參與下進行的。因此，有機質的分解和週轉都必須受微生物的制約。凡能影響微生物生命活動及其生理作用的一切因素都會影響有機質的分解和週轉。這些因素可概括為以下兩個方面。

有機殘體的物理狀態和化學組成

1、有機殘體本身的物理狀態

有機殘體本身的物理狀態直接影響轉化的速率。多汁、幼嫩比干枯老化的植物殘體易分解，而且還能活化已衰弱的微生物。粉碎或切細比大塊的植物殘體易分解。

2、有機殘體組成中的C/N

有機質中碳素總量和氮素總量的比率，是影響轉化速率的根本原因。同一類植物的C/N亦隨植物的組織老嫩而不同。一般禾本科植物的根茬，莖稈的C/N可高達100:1，而豆科植物為(15～30):1。凡多汁、幼嫩和C/N小的植物殘體，礦質化和腐殖化都比較容易進行，分解得快，形成腐殖物質數量較少，釋放出的氮素較多。反之乾枯老化和C/N大的植物殘體,轉化較慢,釋放的氮素量少。這是因為微生物在分解有機質時，需要同化一定數量的碳和氮來構成本身組織，同時還要分解一定數量的有機碳化合物作為能量的來源。據研究資料表明微生物組成自身的體細胞要吸收5份碳和1份氮，同時還要20份碳作為生命活動的能源。也就是説微生物在生命活動過程中，需要有機質的C/N約為25:1時為適宜。如果有機物質的C/N小於25:1 時。由於含氮多它不僅分解得快，而且還能使多餘的有機態氮轉化為無機態氮留在土壤中為植物利用。如果有機質的C/N大於25:1時。由於碳多氮少，微生物就缺乏氮素營養，其生命活動能力減弱，有機物質分解緩慢，有時微生物還會從土壤中吸取無機有效態氮素營養，造成微生物與作物爭奪氮素養分．使作物暫時缺氮，出現黃萎現象。因此，在生產中如施用C/N過高的有機殘體時，應適當地補充有效態的氮素(如人糞尿、硫銨等)，以加速有機殘體的分解，並防止植物缺氮。

各種有機殘體，無論C/N的大小如何，當它們進入土壤後，在微生物的反覆作用下，它們的C/N遲早會穩定在一定的範圍內。我國一般耕地土壤這個數值範圍為(7～13):1。

3、有機質灰分元素含量

灰分元素含量高，説明營養元素豐富，也易於中和有機質分解時所產生的酸類，從而更有利於有機質的轉化。

土壤環境條件

凡能影響微生物生命活動的環境條件，都會影響有機質的轉化。這些因素主要有以下幾方面。

1、土壤濕度和通氣狀況

微生物活動需要一定的濕度和通氣條件。在適度濕潤而又有通氣良好條件的土壤中，好氧微生物活動十分活躍。這時有機質進行好氧分解，其特點為速度快，分解較完全，礦化率高，中間產物很少累積，所釋放的礦質養料多，並以氧化物狀態存在，有利於植物吸收利用，無毒害作用。但該條件不利於土壤有機質累積。反之，如果土壤的濕度過大，水分充塞了絕大部分土壤孔隙使通氣受阻，這時有機質的分解只能在嫌氣條件下進行。其特點是分解速度慢，分解不完全，礦化率低，容易積累中間產物。如在高度嫌氣條件下往往會產生一系列的有機酸，其中最常見的有乙酸、丙酸和丁酸等，同時還會產生某些還原性氣體如H₂、H₂S、CH₄等，對作物有害。在嫌氣條件下，礦化率低，有利於土壤有機質的積累和保存，但有機質質量較差。一般土壤含水量為土壤田間持水量的60%～80%時有利於有機質的轉化。

2、温度

在0～35℃的温度範圍內，增高温度能促進有機質的分解，一般土壤微生物最適宜的土壤温度為25～35℃。當温度高於45℃時，一般的微生物活動受到明顯的抑制，有些有機物質可能發生純化學氧化分解作用或導致揮發。

3、土壤的酸鹼反應

不同的微生物都有適宜活動的pH範圍。如大多數細菌最適pH一般在中性附近(pH 6.5～7.5)；而放線菌活動的最適宜pH比細菌略偏鹼性；真菌最適於酸性(pH 3～6)條件。因此，土壤的酸鹼反應不同，土壤中各類微生物總量、相對比例及活動性等都不一樣，而有機質轉化的速度、產物也不相同。在農業生產中，中和過酸或過鹼的土壤，對促進有機質轉化有顯著作用。

土壤有機質在土壤肥力上的作用

土壤有機質對土壤肥力起着多方面的作用，主要概括為以下幾個方面。

1、提供作物養分的作用

土壤有機質含有作物生長所需要的各種營養成分，隨着有機質的礦質化，不斷地釋放出來供作物和微生物利用，同時釋放出微生物生命活動所必需的能量。在有機質分解和轉化過程中，還可產生各種低分子有機酸和腐殖酸，對土壤礦物質部分都有一定的溶解作用，促進風化，有利於養分的有效化。此外，土壤有機質還能和一些多價金屬離子絡合形成絡合物進入土壤溶液中，增加了養分的有效性。

2、保水、保肥和緩衝作用

土壤有機質疏鬆多孔，又是親水膠體，能吸持大量水分。據研究資料表明腐殖物質的吸水率為5000～6000g/kg，而黏粒的吸水率只有500～600g/kg，腐殖質的吸水率是黏粒的10倍，能大大地提高土壤的保水能力。土壤有機膠體有巨大的表面能並帶有正、負電荷，且以帶負電荷為主,所以它吸附的主要是陽離子。其中作為養料離子的主要有K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等。這些離子一旦被吸附後就可避免隨水流失，起到保肥作用，而且隨時能被根系附近的H⁺或其他陽離子交換出來，供作物吸收，仍不失其有效性。

腐殖質保存陽離子養料的能力．要比礦物質膠體大幾十倍。因此，保肥力很弱的沙土增施有機肥料後，不僅增加了土壤中養分的含量，改善了土壤的物理性質，還可提高其保肥能力。腐殖酸是一種含有許多功能團的弱酸，有極高的陽離子交換量，因此它能增加土壤對酸鹼變化的緩衝能力，有機質含量高的土壤緩衝能力強。

3、促進團粒結構的形成，改善土壤物理性質

土壤有機質在土壤中主要是以膠膜的形式包被在礦物質土粒的表面上。一方面，腐殖物質膠體的黏結力比沙粒強。因此，有機肥料施入沙土後可增加沙土的黏性，有利於團粒結構的形成。另一方面．由於土壤有機質鬆軟、絮狀多孔，而黏結力又不像黏土那麼強。所以黏粒被它包被後，就變得鬆軟，易使硬塊散碎成團粒。這説明有機質能使沙土變緊，使黏土變鬆，改善了土壤的通氣性、透水性和保水性。

4、腐殖酸的生理活性

據研究資料表明，腐殖酸分子中含有酚、羧基等各種功能團．因而它們對植物的生理過程產生多方面的影響。腐殖酸能改變植物體內糖代謝，促進還原糖的累積，提高細胞滲透壓，從而提高了植物的抗旱能力。腐殖酸能提高酶系統的活性，加速種子發芽和養分的吸收，從而增加生長速度。腐殖酸能增加植物的呼吸作用。增強細胞膜的透性從而增加對養分的吸收能力。並加速細胞分裂增強根的發育。

5、減輕或消除土壤中農藥的殘毒和重金屬污染

土壤腐殖物質膠體具有絡合和吸附的作用，因而能減輕或消除農藥的殘毒和重金屬的污染。據研究資料報道，胡敏酸能吸收和溶解三氯雜苯除草劑和某些農藥。腐殖物質能與重金屬離子絡合，從而有助於消除土壤溶液中過量的重金屬離子對作物的毒害作用。

耕地土壤有機質的保持與提高

土壤有機質是土壤肥力的物質基礎，其含量的高低是評價土壤肥力的重要標誌。大量資料表明，在其他條件基本相同的情況下，土壤肥力水平與有機質含量密切相關。

1、耕地土壤有機質的平衡

土壤有機質累積的數量和存在狀態取決於土壤形成的各種自然因素(氣候、母質、生物、地形和時間等)的綜合作用，使每個地帶的土壤中有機質的數量大體上保持穩定的平衡。當自然植被開墾為耕地時。打破了原有的平衡，耕作土壤與栽培作物進入了生態系統。由於耕地土壤的栽培作物每年殘留下來的有機物形成的土壤有機質，不足以補償因礦化而消耗掉的有機質。開墾初期多數土壤有機質的數量迅速下降，以後變慢，逐漸達到穩定。影響土壤有機質數量平衡點的因素很多，但最關鍵的機制是土壤有機質只有與礦質黏粒結合成為有機無機複合體才能得以較長時間的保存。如果加入有機物料的數量超過黏粒所能保持的有機質數量時(黏粒被飽和)，有機物料的分解速度主要受水熱條件和微生物活動等因素支配，水熱條件好礦化迅速，反之會泥炭化，這就是有機質所謂的“大氣控制階段”。如果有機物料用量小於黏粒所能保持的有機質數量時。它會與黏粒結合形成有機無機複合體，黏粒保持的有機質數量主要取決於黏粒礦物種類和性質。2:1型礦物一般比1:1型礦物能保持更多的有機質。與黏粒結合的有機質一般以較慢(3%左右)的礦化率分解這就是所謂的“黏粒控制階段”。

2、土壤有機質的調節

調節土壤有機質的目的之一，是進行土壤培肥(improving soil fertility)。它是指通過人工措施對土壤肥力進行調控．使土壤肥力得以保持和提高的過程。補充土壤有機質的途徑，一是作物根莖和根系分泌物及地上部殘落物，主要是通過作物本身的輪作和栽培進行；二是施用有機物料來培肥土壤．這是對培肥最有意義的途徑，我們稱之為土壤有機培肥。要進行土壤有機培肥，就要科學地施用有機物料。以供應養分為主要目的時，應選用綠肥、人糞尿等短期內易分解、C/N小的有機物料，對不易分解和C/N大的有機物料就應堆腐或配施氮肥；以改良土壤機構和提高基礎肥力為主要目的時，應選用秸稈、廄肥等C/N大、腐殖化係數高的有機物料且不宜堆腐。隨着化肥用量的增加和有機物料的不足，施用有機物料應以提高基礎肥力為主要目的，併兼顧供應各種養分，特別是有機營養，以改善農產品的品質 ^[3]  。