土壤学第三章土壤有机质

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1、土壤有机质概述概述: : 土壤有机质是土壤固相的组成部分，一般占到土壤总重量的5%左右.土壤学中把耕层土壤有机质含量在20%（200g/kg）以上土壤叫有机质土，20%以下土壤叫矿质土壤。我国土壤耕层有机质大多数在5%以下，东北土壤较多，华北、西北大多在1%左右。各别漠境土壤不足0.5%。华中、华南水田土壤在1.53.5%,旱地土壤也较少。尽管如此，土壤有机质对土壤性质影响却很大。是土壤肥力主要指标. 目前土壤有机质含量标准计量单位为目前土壤有机质含量标准计量单位为g/kgg/kg.土壤有机质与土壤肥力关系肥力水平低较低中等较高高OM（%）1.5第一节 土壤有机质来源及其组成特点一一.土壤有机

2、质来源土壤有机质来源（一）来源于数目众多微生物（一）来源于数目众多微生物1.微生物是最早出现在母质中的有机体。成为最早的土壤有机物微生物是最早出现在母质中的有机体。成为最早的土壤有机物质来源。质来源。2.微生物数目繁多，生活代谢周期短。微生物数目繁多，生活代谢周期短。1g肥沃的表土含有细菌可肥沃的表土含有细菌可在在10亿以上。最多细菌为杆菌，每英亩细菌活质可超过亿以上。最多细菌为杆菌，每英亩细菌活质可超过2000磅，磅，每公顷每公顷2000公斤。公斤。3.微生物的代谢产物是土壤有机质来源之一微生物的代谢产物是土壤有机质来源之一（二）来源于各种动植物残体及其它们的代谢物（二）来源于各种动植物残体

3、及其它们的代谢物 树木、灌丛、草类、和其它植物残体。植物生长量成为土壤有树木、灌丛、草类、和其它植物残体。植物生长量成为土壤有机质含量的主要依据。机质含量的主要依据。土壤动物：蚯蚓、蚂蚁、鼠类、昆虫等的残体及分泌物。土壤动物：蚯蚓、蚂蚁、鼠类、昆虫等的残体及分泌物。（三）来源于施入的各种有机肥。（三）来源于施入的各种有机肥。土壤生物土壤生物1.1.土壤动物土壤动物2.2.土壤微生物土壤微生物3.3.植物根系及其与微生物的联合植物根系及其与微生物的联合4.4.土壤酶土壤酶1 .土壤动物土壤动物 土壤动物：土壤动物：指长期或一生中大部分时间生指长期或一生中大部分时间生活在土壤或地表凋落物层中的动物

4、。活在土壤或地表凋落物层中的动物。它们直接它们直接或间接地参与土壤中物质和能量的转化，是土或间接地参与土壤中物质和能量的转化，是土壤生态系统中不可分割的组成部分。壤生态系统中不可分割的组成部分。 作用作用 破碎土壤中的生物残体，为微生物破碎土壤中的生物残体，为微生物活动和有机物质进一步分解创造条活动和有机物质进一步分解创造条件。件。 改变土壤的物理、化学以及生物学改变土壤的物理、化学以及生物学性质，对土壤形成及土壤肥力发展性质，对土壤形成及土壤肥力发展起着重要作用。起着重要作用。土壤动物的分类土壤动物的分类系统分类系统分类 主要的土壤动物门类见表主要的土壤动物门类见表按体型大小分类按体型大小分

5、类小型土壤动物，体长在小型土壤动物，体长在0.20.2毫米以下毫米以下 中型土壤动物，体长中型土壤动物，体长0.2-20.2-2毫米毫米 大型土壤动物，体长大型土壤动物，体长2-202-20毫米毫米 巨型土壤动物，体长大于巨型土壤动物，体长大于2020毫米毫米 按食性分类按食性分类 分为落叶食性、材食性、腐植食性、植食性、分为落叶食性、材食性、腐植食性、植食性、藓苔类食性、菌食性、藻食性、细菌食性、捕食性、尸食性、藓苔类食性、菌食性、藻食性、细菌食性、捕食性、尸食性、粪食性、杂食性和寄生性土壤动物。粪食性、杂食性和寄生性土壤动物。 按土壤中生活时期按土壤中生活时期 分为全期土壤动物，周期土壤动

6、物，部分为全期土壤动物，周期土壤动物，部分土壤动物，暂时土壤动物，过渡土壤动物和交替土壤动物。分土壤动物，暂时土壤动物，过渡土壤动物和交替土壤动物。 重要的土壤动物介绍重要的土壤动物介绍 原生动物：原生动物：是生活于土壤和苔藓中的真核单细胞动物，属原是生活于土壤和苔藓中的真核单细胞动物，属原生动物门生动物门 。 原生动物结构简单、数量巨大，只有几微米至几毫米，而且原生动物结构简单、数量巨大，只有几微米至几毫米，而且一般每克土壤有一般每克土壤有104105104105个原生动物，在土壤剖面上分布为上个原生动物，在土壤剖面上分布为上层多，下层少。层多，下层少。 按运动形式可把原生动物分为三类按运动

7、形式可把原生动物分为三类 ： 变形虫类（靠假足移动）变形虫类（靠假足移动）1 纤毛虫类（靠纤毛移动）纤毛虫类（靠纤毛移动）3 鞭毛虫类（靠鞭毛移动）鞭毛虫类（靠鞭毛移动）2 123 原生动物以微生物、藻类为食物，在维持土壤微生物动态平衡原生动物以微生物、藻类为食物，在维持土壤微生物动态平衡上起着重要作用，可使养分在整个植物生长季节内缓慢释放，有利上起着重要作用，可使养分在整个植物生长季节内缓慢释放，有利于植物对矿质养分的吸收。于植物对矿质养分的吸收。 土壤线虫：土壤线虫：线虫属线形动物门的线虫纲，是一种体形细长线虫属线形动物门的线虫纲，是一种体形细长（1毫米左右）的白色或半透明无节动物，是土壤

8、中最多的非毫米左右）的白色或半透明无节动物，是土壤中最多的非原生动物，已报导种类达原生动物，已报导种类达1万多种，每平方米土壤的线虫个体万多种，每平方米土壤的线虫个体数达数达105-106条。线虫一般喜湿，主要分布在有机质丰富的潮条。线虫一般喜湿，主要分布在有机质丰富的潮湿土层及植物根系周围。湿土层及植物根系周围。腐生型线虫：主要取食对象为细菌、真菌、低等藻类和土壤中的微小原生动腐生型线虫：主要取食对象为细菌、真菌、低等藻类和土壤中的微小原生动物，其活动对土壤微生物的密度和结构起控制和调节作用，另外通过捕食多种物，其活动对土壤微生物的密度和结构起控制和调节作用，另外通过捕食多种土壤病原真菌，可

9、防止土壤病害的发生和传播。土壤病原真菌，可防止土壤病害的发生和传播。寄生型线虫：其寄主主要是活的植物体的不同部位，寄生的结果通常导致植寄生型线虫：其寄主主要是活的植物体的不同部位，寄生的结果通常导致植物发病。物发病。 线虫可分为线虫可分为腐生型线虫腐生型线虫和和寄生型线虫寄生型线虫成，体节数目是分类的特征之一成，体节数目是分类的特征之一 。 蚯蚓是典型的土壤动物，主要集中生活在表土层或枯落蚯蚓是典型的土壤动物，主要集中生活在表土层或枯落物层，因为它们主要捕食大量的有机物和矿质土壤，土壤中物层，因为它们主要捕食大量的有机物和矿质土壤，土壤中枯落物类型是影响蚯蚓活动的重要因素，不具蜡层的叶片是枯落

10、物类型是影响蚯蚓活动的重要因素，不具蜡层的叶片是蚯蚓容易取食的对象蚯蚓容易取食的对象 。 作用：作用：蚯蚓通过大量取食与排泄活动富集养分，促进土蚯蚓通过大量取食与排泄活动富集养分，促进土壤团粒结构的形成，并通过掘穴、穿行改善土壤的通透性，壤团粒结构的形成，并通过掘穴、穿行改善土壤的通透性，提高土壤肥力。提高土壤肥力。因此，土壤中蚯蚓的数量是衡量土壤肥力的因此，土壤中蚯蚓的数量是衡量土壤肥力的重要指标。重要指标。 蚯蚓：蚯蚓：土壤蚯蚓属环节动物门的寡土壤蚯蚓属环节动物门的寡毛纲，是被研究最早（自毛纲，是被研究最早（自1840年达尔年达尔文起）和最多的土壤动物。文起）和最多的土壤动物。 蚯蚓体圆而

11、细长，其长短、粗细蚯蚓体圆而细长，其长短、粗细因种类而异；身体由许多环状节构因种类而异；身体由许多环状节构 生态环境生态环境土壤动物土壤动物 生态环境与土壤动物的关系：生态环境与土壤动物的关系： 1、生态环境对土壤动物的影响、生态环境对土壤动物的影响 土壤动物的群落结构随环境因素和时间变化土壤动物的群落结构随环境因素和时间变化呈明显的时空变化。呈明显的时空变化。 2、土壤动物对环境的指示作用、土壤动物对环境的指示作用 土壤动物的数量和群落结构的变异能指示生土壤动物的数量和群落结构的变异能指示生态系统的变化。态系统的变化。 2 .土壤微生物土壤微生物 土壤微生物：土壤微生物：是指生活是指生活在土

12、壤中借用光学显微镜在土壤中借用光学显微镜才能看到的微小生物。才能看到的微小生物。 土壤微生物参与土壤物质转化过程，在土壤形成土壤微生物参与土壤物质转化过程，在土壤形成和发育、土壤肥力演变、养分有效化和有毒物质降和发育、土壤肥力演变、养分有效化和有毒物质降解等方面起着重要作用。解等方面起着重要作用。 1324图图1：古细菌（产甲烷菌）：古细菌（产甲烷菌）图图2：细菌（金黄色葡萄球菌）：细菌（金黄色葡萄球菌）图图3：真菌（青霉菌）：真菌（青霉菌）图图4 ：病毒（：病毒（T4噬菌体）噬菌体）土壤微生物的营养类型土壤微生物的营养类型 根据微生物对营养和能源的要求，一般可将其分为四大根据微生物对营养和能

13、源的要求，一般可将其分为四大类型：类型：化能有机营养型化能有机营养型化能无机营养型化能无机营养型光能有机营养型光能有机营养型光能无机营养型光能无机营养型又称又称化能异养型化能异养型，所需能量和碳源，所需能量和碳源直接来自土壤有机物质。直接来自土壤有机物质。又称又称化能自养型化能自养型，无需现成的有机，无需现成的有机物质，能直接利用空气中的二氧化物质，能直接利用空气中的二氧化碳或无机盐类生存的细菌。碳或无机盐类生存的细菌。又称又称光能异养型光能异养型，其能源来自光，其能源来自光，但需要有机化合物作为供氢体以还但需要有机化合物作为供氢体以还原二氧化碳，并合成细胞物质。原二氧化碳，并合成细胞物质。又

14、称又称光能自养型光能自养型，利用光能进行光，利用光能进行光合作用，以无机物作氢供体以还原合作用，以无机物作氢供体以还原二氧化碳合成细胞物质。二氧化碳合成细胞物质。土壤微生物呼吸类型的多样性土壤微生物呼吸类型的多样性根据土壤微生物对氧气要求的不同，可分为：根据土壤微生物对氧气要求的不同，可分为：好氧微生物好氧微生物 在有氧环境中生长，以氧分子为呼吸在有氧环境中生长，以氧分子为呼吸基质氧化时的最终电子受体基质氧化时的最终电子受体 兼性微生物兼性微生物 在有氧和无氧环境中均能进行呼吸的在有氧和无氧环境中均能进行呼吸的土壤微生物土壤微生物 厌氧微生物厌氧微生物 在嫌气条件下进行无氧呼吸，以无机在嫌气条

15、件下进行无氧呼吸，以无机氧化物（氧化物（NO3-、SO42-、CO2）作为最终）作为最终电子受体，通过脱氧酶将氢传递给其它的电子受体，通过脱氧酶将氢传递给其它的有机或无机化合物，并使之还原有机或无机化合物，并使之还原 土壤细菌土壤细菌 土壤细菌是一类单细胞、无完整细胞核的生物。土壤细菌是一类单细胞、无完整细胞核的生物。它占土壤微生物总数的它占土壤微生物总数的70%90%70%90%。 细菌的基本形态有：细菌的基本形态有：球状球状、杆状杆状和和螺旋状螺旋状 土壤细菌常见属土壤细菌常见属有：节杆菌属、芽孢杆有：节杆菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、土菌属、假单胞菌属、土壤杆菌属、产碱杆菌属壤杆菌属、产

16、碱杆菌属和黄杆菌属。和黄杆菌属。 土壤中存在各种细菌生理群，其中主要的有纤维分解土壤中存在各种细菌生理群，其中主要的有纤维分解细菌、固氮细菌、氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌等。细菌、固氮细菌、氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌等。纤维分解细菌纤维分解细菌好气纤维分解细菌好气纤维分解细菌 主要有生孢噬纤维菌属、噬纤维菌属、主要有生孢噬纤维菌属、噬纤维菌属、多囊菌属和镰状纤维菌属（要求最适温度为多囊菌属和镰状纤维菌属（要求最适温度为22302230，通气，通气良好）良好） 嫌气纤维分解细菌嫌气纤维分解细菌 主要是好热性嫌气纤维分解芽孢细菌，主要是好热性嫌气纤维分解芽孢细菌，包括热纤梭菌、溶解梭菌及高温

17、溶解梭菌等。好热性纤维分包括热纤梭菌、溶解梭菌及高温溶解梭菌等。好热性纤维分解菌活动适宜温度达解菌活动适宜温度达60656065，最高活动温度可达，最高活动温度可达8080。 生态习性：生态习性：纤维分解细菌适宜中性至微碱性环境，在酸性土壤中纤维分解细菌适宜中性至微碱性环境，在酸性土壤中纤维素分解菌活性明显减弱纤维素分解菌活性明显减弱；纤维分解细菌的活动也受到分解物料纤维分解细菌的活动也受到分解物料C/NC/N的影响。的影响。C/N固氮细菌固氮细菌自生固氮细菌自生固氮细菌共生固氮细菌共生固氮细菌 自生固氮细菌自生固氮细菌是指独自生活时能将分子态氮还原成是指独自生活时能将分子态氮还原成氨，并营养

18、自给的细菌类群。氨，并营养自给的细菌类群。 主要有主要有好气性好气性、嫌气性嫌气性和和兼性兼性三种。三种。 共生固氮细菌共生固氮细菌是指两种生物相互依存生活在一起是指两种生物相互依存生活在一起时，由固氮微生物进行固氮的作用。时，由固氮微生物进行固氮的作用。 固氮菌固氮菌根瘤菌根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用最为重要。与豆科植物的共生固氮作用最为重要。 根瘤菌根瘤菌是指与豆科植物共生，形成根瘤，能固定大气是指与豆科植物共生，形成根瘤，能固定大气中分子态氮，向植物提供氮营养的一类杆状细菌。中分子态氮，向植物提供氮营养的一类杆状细菌。根瘤根瘤根瘤菌根瘤菌 根瘤菌与豆科植物形成根瘤根瘤菌与豆科植物形成根

19、瘤可分为两个阶段：可分为两个阶段：侵染土壤阶段侵染土壤阶段根瘤形成阶段根瘤形成阶段氨化细菌氨化细菌微生物分解含氮有机化合物释放氨的过程称为微生物分解含氮有机化合物释放氨的过程称为氨化过程氨化过程。含氮有机化合物含氮有机化合物多肽、氨基酸等简单多肽、氨基酸等简单含氮化合物含氮化合物NH3 生态习性：生态习性：最适土壤含水量最适土壤含水量为田间持水量的为田间持水量的50%75%；最适温度最适温度为为2535；适宜适宜pH为中性环境。为中性环境。 物料物料C/NC/N比对氨化细菌活动强度和氨化过程的影响比对氨化细菌活动强度和氨化过程的影响硝化细菌硝化细菌微生物氧化氨为硝酸并从中获得能量的过程称为微生

20、物氧化氨为硝酸并从中获得能量的过程称为硝化过程硝化过程。NH3亚硝酸亚硝酸亚硝酸细菌亚硝酸细菌硝酸硝酸硝酸细菌硝酸细菌 生态习性：生态习性：属化能无机营养型，适宜在属化能无机营养型，适宜在pH6.68.8或更高的范围内或更高的范围内生活；好气性细菌；最适温度为生活；好气性细菌；最适温度为30。参与硝化过程的土壤参与硝化过程的土壤微生物为微生物为硝化细菌硝化细菌反硝化细菌反硝化细菌 微生物将硝酸盐还原为还原态含氮化合物或分子态氮的微生物将硝酸盐还原为还原态含氮化合物或分子态氮的过程称过程称反硝化过程反硝化过程。 生态习性：生态习性：最适最适pH值为值为68；最适温度为；最适温度为25。由微生物推

21、动的氮素循环由微生物推动的氮素循环土壤真菌土壤真菌 土壤真菌：土壤真菌：是指生活在土壤中菌体多呈分枝丝状菌丝体，是指生活在土壤中菌体多呈分枝丝状菌丝体，少数菌丝不发达或缺乏菌丝的具真正细胞核的一类微生物。少数菌丝不发达或缺乏菌丝的具真正细胞核的一类微生物。 生态习性：生态习性：适宜酸性；好气性微生物；化能有机营养型适宜酸性；好气性微生物；化能有机营养型 。 作用：作用：是土壤中糖类、纤维类、果胶和木质素等含碳物质分解积极是土壤中糖类、纤维类、果胶和木质素等含碳物质分解积极参与者。参与者。 主要的土壤真菌：主要的土壤真菌：分布最广的是青霉属、曲霉属、木霉属、镰刀分布最广的是青霉属、曲霉属、木霉属

22、、镰刀菌属、毛霉属和根霉属。菌属、毛霉属和根霉属。土壤放线菌土壤放线菌 土壤放线菌：土壤放线菌：是指生活在土壤中呈丝状单是指生活在土壤中呈丝状单细胞、革兰氏阳性的原核微生物，数量仅次细胞、革兰氏阳性的原核微生物，数量仅次于细菌，为于细菌，为1%10%。 生态习性：生态习性：适宜中性偏碱；耐高温、好气性微生物；适宜中性偏碱；耐高温、好气性微生物；化能有机营养型化能有机营养型 。 作用：作用：是土壤中是土壤中木质素、木质素、纤维类、单宁和蛋白质等复纤维类、单宁和蛋白质等复杂有质物分解积极参与者。杂有质物分解积极参与者。 主要的土壤放主要的土壤放线菌线菌：分布最广的是链霉菌属、分布最广的是链霉菌属、

23、诺卡氏菌属、小单细胞菌属、游动放线菌属等。诺卡氏菌属、小单细胞菌属、游动放线菌属等。土壤藻类土壤藻类 土壤藻类土壤藻类是指土壤中的一类单细胞或多细胞、是指土壤中的一类单细胞或多细胞、含有各种色素的低等植物。含有各种色素的低等植物。 苏州市河道里的蓝藻苏州市河道里的蓝藻巢湖里的蓝藻巢湖里的蓝藻3. 植物根系及其与微生物的联合植物根系及其与微生物的联合 植物根系通过根表细胞或组织脱落物、根系分植物根系通过根表细胞或组织脱落物、根系分泌物向土壤输送有机物质，这些有机物质：泌物向土壤输送有机物质，这些有机物质： 一方面对土壤养分循一方面对土壤养分循环、土壤腐殖质的积累和环、土壤腐殖质的积累和土壤结构的

24、改良起着重要土壤结构的改良起着重要作用；作用； 另一方面作为微生物另一方面作为微生物的营养物质，大大刺激了的营养物质，大大刺激了根系周围土壤微生物的生根系周围土壤微生物的生长，使根周围土壤微生物长，使根周围土壤微生物数量明显增加。数量明显增加。植物根系的形态植物根系的形态高等植物的根是生长在地下的营养器官，单株植高等植物的根是生长在地下的营养器官，单株植物全部根的总称为根系。林木根系有不同形态，概括物全部根的总称为根系。林木根系有不同形态，概括起来可将其分成五种类型：起来可将其分成五种类型： 垂直状根系垂直状根系辐射状根系辐射状根系扁平状根系扁平状根系串联状根系串联状根系须状根系须状根系根际与

25、根际效应根际与根际效应 根际：根际：是指植物根系直接影响的土壤范围。通常是指植物根系直接影响的土壤范围。通常把根际范围分成根际与根面二个区，受根系影响最把根际范围分成根际与根面二个区，受根系影响最为显著的区域是距活性根为显著的区域是距活性根1212毫米的土壤和根表面毫米的土壤和根表面及共其粘附的土壤（也称根面）。及共其粘附的土壤（也称根面）。 根际效应：根际效应：由于植物根系的细胞组织脱落物和根系由于植物根系的细胞组织脱落物和根系分泌物为根际微生物提供了丰富的营养和能量，因此，分泌物为根际微生物提供了丰富的营养和能量，因此，在植物根际的微生物数量和活性常高于根外土壤，这在植物根际的微生物数量和

26、活性常高于根外土壤，这种现象称为根际效应。种现象称为根际效应。 根际微生物：根际微生物：根际微生物是指植物根系直根际微生物是指植物根系直接影响范围内的土壤微生物。接影响范围内的土壤微生物。 4 .土壤酶土壤酶 土壤酶：土壤酶：是指在土壤中能催化土壤生物学反应是指在土壤中能催化土壤生物学反应的一类蛋白质。的一类蛋白质。来源来源 土壤酶来源于土壤微生物和植物根，也来自土壤酶来源于土壤微生物和植物根，也来自土壤动物和进入土壤的动、植物残体。土壤动物和进入土壤的动、植物残体。 存在状态存在状态胞内酶：胞内酶：（存在于土壤中微生物和动、植存在于土壤中微生物和动、植物的活细胞及其死亡细胞内的酶。）物的活细

27、胞及其死亡细胞内的酶。） 胞外酶：胞外酶： （以游离态存在于土壤溶液中（以游离态存在于土壤溶液中或与土壤有机、矿质组分结合的脱离了活或与土壤有机、矿质组分结合的脱离了活细胞和死亡细胞的酶。）细胞和死亡细胞的酶。） 土壤酶活性及其影响因素土壤酶活性及其影响因素 土壤酶活性：土壤酶活性：是指土壤中胞外酶催化生物化学反应的能是指土壤中胞外酶催化生物化学反应的能力。常以单位时间内单位土重的底物剩余量或产物生成量表力。常以单位时间内单位土重的底物剩余量或产物生成量表示，是衡量土壤肥力的重要指标。示，是衡量土壤肥力的重要指标。 影响因素影响因素土壤性质土壤性质耕作管理措施耕作管理措施土壤质地土壤质地 土壤

28、水分状况土壤水分状况土壤结构土壤结构土壤温度土壤温度土壤有机质含量土壤有机质含量施肥施肥 土壤灌溉土壤灌溉农药农药 一、土壤有机质的来源及组成 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。（一）土壤有机质的来源及类型（一）土壤有机质的来源及类型 土壤有机质主要来源于高等绿色植物的枯枝、落叶、落果、根系等；其次是土壤中动物、微生物的遗体；及人为施用的有机肥料。 （二）土壤有机质的组成及性质）土壤有机质的组成及性质1.1.糖糖类类、有有机机酸酸、醛醛、醇醇、铜铜类类以以及及 相近的化合物。相近的化合物。 2.2.纤维素和半纤维素纤维素和半纤维素 3

29、.3.木质素木质素 4.4.脂肪、蜡脂、树脂和单宁脂肪、蜡脂、树脂和单宁 5.5.含氮化合物含氮化合物 动动、植植物物残残体体中中主主要要的的含含氮氮化化合合物物是是蛋蛋白白质质，少少量量比比较较简简单单的的可可溶溶性性氨氨基基酸。植物残体中的叶绿素等。酸。植物残体中的叶绿素等。 6.6.灰分元素灰分元素 植物经燃烧后，残留在灰分中的元素称灰分元素。构成灰分的主要元素为Ca、Mg、K、Na、S、P、S、Fe、AL、Mn，以及微量元素I、Zn、Mo、B等。其中以Si、Ca、K、Al为最多。 第一节 土壤有机质来源及其组成特点二二.土壤有机物质基本组成特点：土壤有机物质基本组成特点：（一）土壤有机

30、质的物质组成 依据有机物质的分解阶段和存在物理形态分为：1.未分解的动植物残体（原材料）2.半分解的有机质：成为暗褐色小片3.腐殖质：特殊性有机物质。（二）土壤有机质化学组成1.碳水化合物：单糖、多糖、淀粉、纤维素、果胶物质等2.木质素：比较稳定。是形成腐殖质中心核的原始材料3.含氮化合物：蛋白质、多肽、氨基酸4.脂溶性物质：如树脂、腊质、单宁等（三）元素组成 C(5258%)、O(3439%)、H(3.34.8%)、N(3.74.1)、P、K、Ca、Mg、Fe、Si、Zn、Cu、B、Mo、Mn等.其中： C、H、O、N的和占有机质9095%（四）土壤有机质组成基本特点：1.土壤有机质中木质素

31、和蛋白质含量比植物组织中含量增加2.纤维素和半纤维素含量减少3.土壤中形成了腐殖质第一节 土壤有机质来源及其组成特点成分植物组织（%）有机质（%）纤维素 半纤维素木质素蛋白质油脂、腊质20501030103011518210023050283518植物组织与土壤有机质组成比较第一节 土壤有机质来源及其组成特点第二节第二节 土壤有机物质的分解与转化土壤有机物质的分解与转化有机残体有机残体矿(质)化作用腐殖化作用一一.有机质的矿质化作用有机质的矿质化作用（一）矿质化作用的概念：复杂的有机物质在微生复杂的有机物质在微生物的作用下分解成简单的无机营养元素的过程。物的作用下分解成简单的无机营养元素的过程

32、。（二）矿质化作用的意义：1.1.为作物生长释放出了营养元素为作物生长释放出了营养元素-有效化过程。有效化过程。2.2.为腐殖质形成提供了基本材料，成为腐殖化的前提。为腐殖质形成提供了基本材料，成为腐殖化的前提。（三）各种物质矿化作用：1.糖类有机物质矿化：多糖单糖CO2+H2O+heat(多） 好气条件下有机酸heat（少） 半嫌气条件CH4、H2、H2S+heat（极少）嫌气水解酶作用一.有机质的矿化作用 己糖淀粉半纤维素纤维素；糖类物质的分解是土壤中生物物活动的主要能源（生物热）。（45千卡热/g有机物）2.含氮物质的分解：含氮物质的分解：蛋白质多肽氨基酸氨NH3硝酸根NO3-蛋白酶肽酶

33、氨化细菌硝化细菌水解作用氨化作用硝化作用任何条件下好气条件下思考题：旱地和水地含氮化合物的转化结果会有何差异？含氮有机物质的转化含氮有机物质的转化 含氮有机物是土壤中氮素的主要贮藏状态，包括蛋白质、氨基酸、腐殖质等。 (1)(1)水解作用水解作用蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶作用下，分解成氨基酸的作用称水解作用。 蛋白质 氨基酸 蛋白质蛋白质 水解酶水解酶(2)(2)氨化作用氨化作用 分解含氮有机物产生氨的生物学过程称氨化作用。CH2NH2COOHO2 HCOOHCO2NH3CH2NH2COOHH2 CH3COOHNH3CH2NH2COOHH2O CH2(OH)COOHNH3 氧化氧化好气分

34、解好气分解 还原还原嫌气分解嫌气分解 水解水解 3.3.硝化作用硝化作用 氨态氮被微生物氧化成亚硝酸，并进一步氧化成硝酸的过程，称硝化作用。这一作用可分为两个阶段：第一阶段，氨被亚硝酸细菌氧化成亚硝酸；第二阶段，亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸。其反应如下：2NH23O2 2HNO22H2O热量2HNO2O2 2HNO3热量 （4）反硝化作用同细菌在无氧或微氧条件下以NO3或NO2作为呼吸作用的最终电子受体生成N2O和N2的硝酸盐还原过程，称反硝化作用。其反应如下：反硝化细菌反硝化细菌C6H12O624KNO324KHCO36CO212N218H2O一.有机质的矿化作用3.含磷和硫化合物的分解含磷和

35、硫化合物的分解正磷酸盐H2PO4-、HPO4=、PO4+3、正硫酸盐 HSO4-、SO4= 好气条件偏磷酸盐和次磷酸盐H3PO3、 H3PO2 、H3P正硫酸盐 H2S (黑根、毒害） 嫌气条件(三三)矿化率矿化率： 每年因矿化而消耗的有机物质量占土每年因矿化而消耗的有机物质量占土壤有机质总量的百分数。壤有机质总量的百分数。 矿化率作为土壤矿化快慢的指标。一般土壤年矿化率为1%左右。（四）影响土壤有机质分解转化的因素四）影响土壤有机质分解转化的因素 土壤有机物质分解转化是在微生物的作用下进行的，属于生物化学反应。1.温度:在035范围内，随着温度升高，有机物质分解速率增加。每上升10 ，土壤有

36、机质分解速率升高10倍。温度高于45 和低于0 微生物的活性都会降低，有机物质分解速率变慢。高于50 就是纯氧化反应。（南方土壤有机质含量为什么低于北方土壤）温度增加10 ，有机质分解速度增加。冻土效应冻土效应:土壤冰冻以后，在其解冻后的最初12周内，二氧化碳和氨释放量增多的现象。 一一.有机质的矿化作用有机质的矿化作用影响土壤有机质分解转化的因素v2.水分（通气性）：微生物生命活动一切条件都需要一定的湿度和通气条件。如果适度湿润且通气良好，土壤中的好气微生物活动旺盛，有机物质进行着好气分解，分解速度快。分解完全，矿化率高，中间产物少，养料释放多，不会产生有毒物质。如果湿度过大，水分堵塞了土壤

37、孔隙，使通气状况受阻，嫌气微生物活动旺盛，有机物质分解慢，不彻底，有中间产物累积，释放还原性气体，产生环境效应，也影响植物生长。v水田不宜提倡秸秆还田。不用以牺牲环境为代价，换取增产。v干土效应：干土效应：土壤经过干燥后，在加水湿润的最初土壤经过干燥后，在加水湿润的最初1212周周内，二氧化碳和氨释放量增加的现象。内，二氧化碳和氨释放量增加的现象。影响土壤有机质分解转化的因素v3.pH：各类微生物最适条件：细菌中性；放线菌偏微碱性； 真菌酸性（36）；土壤pH高于8.5和低于5.5，都不适宜微生物活动。绝大多数微生最适pH条件为中性。v4.有机物的物理状态和组成：新鲜程度、细碎程度，织物组织的

38、C/N比C/N比C/N比：有机质中有机碳和有机氮的重量比 土壤的C/N: 8:115:1 中间值为10:112:1。在同一气候条件下，C/N变化较小。气温相同时，干旱气候条件下的C/N比湿润地带低；降雨量相同时，暖温地带土壤C/N比寒冷地土壤低。底层土壤C/N比表层土壤低。植物的C/N比：豆科植物20:130:1。作物秸秆为80:1100:1微生物：4:19:1C/N比意义：比意义：1.具有较高C/N的植物残体进入土壤会引起微生物与植物争氮现象。C/N比作为秸秆还田的重要技术参数需要考虑。2.不同土壤有一个相对稳定的C/N比。土壤碳的保持决定于土壤氮的水平。有机体的含氮量越大，则有机碳累积的可

39、能性也就越大。所以，C/N不仅与土壤氮的有效性有关，而且也跟土壤有机质的保持有关。在耕作土壤管理中，两方面都需要考虑。二二.土壤腐殖化作用土壤腐殖化作用（一）腐殖化概念：土壤有机物质在微生物的作用土壤有机物质在微生物的作用下把矿质化过程中的中间产物，转化成更复为杂下把矿质化过程中的中间产物，转化成更复为杂的、稳定的、特殊的高分子有机化合物腐殖的、稳定的、特殊的高分子有机化合物腐殖质的过程。质的过程。 腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种有机碳形式，也叫有机碳的周转。它是一种极端复杂的生物过程。（二）土壤腐殖化过程-腐殖质的形成过程（假说阶段）： 腐殖化过程是以微生物为主导的生物和

40、生化过程，还有一些纯化学过程。腐殖质的形成过程（假说阶段）：有机质的形成分为两个阶段：第一阶段：产生了合成腐殖质原始材料：（1）芳香核：主要由木质素降解所产生。 酚类氧化成醌所产生。（2）支链化合物：一些含氮的有机化合物，如氨基酸、肽类等。第二阶段：合成阶段：将分解转化的基本材料在微生物作用下经过缩合和聚合，合成结果复杂的腐殖质。多元酚理论（较为盛行）二.土壤腐殖化作用（三）腐殖化系数（三）腐殖化系数: :加入单位有机物质土壤后所产生腐殖加入单位有机物质土壤后所产生腐殖质的斤数（一般指一年以后）。质的斤数（一般指一年以后）。 腐殖化系数大小不仅取决于有机物质品种本身，也取腐殖化系数大小不仅取决

41、于有机物质品种本身，也取决于各种环境条件：旱地土壤腐殖化系数一般在决于各种环境条件：旱地土壤腐殖化系数一般在0.200.200.300.30，而水田则为，而水田则为0.250.250.400.40之间。之间。一.土壤腐殖质组成土壤腐殖质非腐殖物质非腐殖物质腐殖物质腐殖物质（一）非腐殖物质：微生物的代谢产物1.碳水化合物：多糖、糖醛酸、和氨基糖组成。主要来源于植物残体和根系分泌物。含量占有机质总量1527%。其中多糖是主体。含量约为有机质总量的922%。多糖多土壤结果影响研究被受到关注2. 含氮化合物：主要来源于生物残体中含氮化合物，其中主要形式为蛋白质、缩氨酸。易于分解成氨基酸。占的量不高。（

42、二）腐殖物质：一.土壤腐殖质组成 腐殖物质概念：有机物质在微生物作用下分解转有机物质在微生物作用下分解转化成一种特殊的、高分子、暗色的有机物质。化成一种特殊的、高分子、暗色的有机物质。 腐殖物质是在土壤中形成的一类特殊的化合物，远不同于动植物体内的其它有机化合物，结构复杂，性质稳定、存留时间长、和无机矿物颗粒密切结合在一起。是土壤有机质质体成分，占有机质总量的5090%。基本上与盐基离子形成各种腐殖酸盐。 中心为芳香核、连接了许多支链化合物的复杂结构. 根根根根据据据据腐腐腐腐殖殖殖殖质质质质在在在在不不不不同同同同溶溶溶溶剂剂剂剂中中中中的的的的溶溶溶溶解解解解度度度度和和和和颜颜颜颜色色色

43、色可可可可分分分分离离离离出出出出胡胡胡胡敏敏敏敏素素素素、胡胡胡胡敏敏敏敏酸酸酸酸和和和和富富富富啡啡啡啡酸酸酸酸3 3 3 3种种种种性性性性质质质质不不不不同同同同的的的的腐腐腐腐殖质。殖质。殖质。殖质。NaOHNaOHNaOHNaOH或或或或NHNHNHNH4 4 4 4OH OH OH OH 稀溶液处理稀溶液处理稀溶液处理稀溶液处理 不溶解的腐殖质不溶解的腐殖质不溶解的腐殖质不溶解的腐殖质 胡敏素胡敏素胡敏素胡敏素溶解的暗褐色溶液溶解的暗褐色溶液溶解的暗褐色溶液溶解的暗褐色溶液 HClHCl或或 H H2 2SOSO4 4处理处理 沉淀物质沉淀物质沉淀物质沉淀物质 胡敏酸胡敏酸胡敏酸

44、胡敏酸 黄白色溶液黄白色溶液黄白色溶液黄白色溶液 富里酸富里酸富里酸富里酸 土壤土壤二、腐殖质的分离与组成二、腐殖质的分离与组成 腐殖酸是土壤和沉积物等物质中溶腐殖酸是土壤和沉积物等物质中溶于稀碱呈暗褐色、无定型和酸性的非均于稀碱呈暗褐色、无定型和酸性的非均质天然有机高分子化合物。它的性质不质天然有机高分子化合物。它的性质不活泼，不能作为独立的腐殖物质存在，活泼，不能作为独立的腐殖物质存在，所以一般把土壤腐殖质概括为胡敏酸和所以一般把土壤腐殖质概括为胡敏酸和富里酸两大类。富里酸两大类。 黄腐酸（富啡酸、富里酸）既能溶解于碱，又能有解于酸。曾经成为可连酸、阿波可连酸。分子量相对较小褐腐酸（胡敏酸

45、）：指能溶解于碱而不溶解于酸。分子量相对较大+=60%三、腐殖质的性质三、腐殖质的性质 1腐殖质不是一种纯的化合物，而是代表一腐殖质不是一种纯的化合物，而是代表一类有着特殊化学和生物本性的，构造复杂的高类有着特殊化学和生物本性的，构造复杂的高分子有机化合物。分子有机化合物。 2腐殖质的元素成分，主要是腐殖质的元素成分，主要是C、H、O、N、P、S、Ca等。腐殖质含碳量约为等。腐殖质含碳量约为5660，平均为平均为58。含氮量约为。含氮量约为36(平均为平均为56)，其碳氮比例大致为，其碳氮比例大致为10：112：1，灰分，灰分占占06。3腐殖质是一种黑色或棕色的有机胶体。它的腐殖质是一种黑色或

46、棕色的有机胶体。它的化学构造式虽然还没有确定，但它们有若干共化学构造式虽然还没有确定，但它们有若干共同点是可以肯定的，即分子巨大，以芳香族核同点是可以肯定的，即分子巨大，以芳香族核为主体，附以各种功能团。其中主要的功能团为主体，附以各种功能团。其中主要的功能团为酚羟基（一为酚羟基（一OH）、）、羧基（一羧基（一COOH）、）、甲氧甲氧基（一基（一OCH3），），并有含氮的环状化合物等。并有含氮的环状化合物等。 4. 腐殖质带有电荷，并且是两性胶体，在通常腐殖质带有电荷，并且是两性胶体，在通常情况下，它所带的电荷是负的情况下，它所带的电荷是负的 5腐殖质的凝聚，腐殖质是带负电荷的有腐殖质的凝聚，

47、腐殖质是带负电荷的有机胶体，根据电荷同性相斥的原理，所以新机胶体，根据电荷同性相斥的原理，所以新形成的腐殖质胶粒在水中呈分散的镕胶液，形成的腐殖质胶粒在水中呈分散的镕胶液，但增加电解质浓度或高价离子，则电性中和但增加电解质浓度或高价离子，则电性中和而相互凝聚，形成凝胶。而相互凝聚，形成凝胶。腐殖质在凝聚过程腐殖质在凝聚过程中可使土粒胶结在一起，形成结构体。中可使土粒胶结在一起，形成结构体。另外，另外，腐殖质是一种亲水胶体，可以通过于燥冰冻腐殖质是一种亲水胶体，可以通过于燥冰冻脱水变性，形成凝胶。脱水变性，形成凝胶。腐殖质这种变性是不腐殖质这种变性是不可逆的，所以能成水稳性团粒结构。可逆的，所以

48、能成水稳性团粒结构。6.吸水性吸水性 ：腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，单位质量腐殖质的持水量是硅酸盐粘土矿物的单位质量腐殖质的持水量是硅酸盐粘土矿物的45倍，最大吸水量可以超过倍，最大吸水量可以超过500%。最大吸。最大吸湿水量可达本身一倍以上。湿水量可达本身一倍以上。7.稳定性稳定性 ：稳定性很强，年矿化率平均稳定性很强，年矿化率平均1% 2%之间。之间。（三）腐殖质的变异性（三）腐殖质的变异性 土壤腐殖质形成过程是土壤发育的主要过程。不同土壤不仅其腐殖质含量不同，土壤腐殖质形成过程是土壤发育的主要过程。不同土壤不仅其腐殖质含量不同，而且组分

49、的比例、各组分的复杂程度等也有差异。而且组分的比例、各组分的复杂程度等也有差异。 HA/FAHA/FA值值*：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。意义：是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。说明了腐殖酸形成的条件和分子意义：是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。说明了腐殖酸形成的条件和分子量的复杂程度，量的复杂程度，HA/FAHA/FA越大，胡敏酸含量多，结构复杂；相反，富里酸含量多，越大，胡敏酸含量多，结构复杂；相反，富里酸含量多，结构简单。结构简单。 我国土壤有机质变异规律是我国土壤有机质变异规律是 1.1.由东向西，由草甸草原向干旱草原、荒漠草原和荒漠化土壤过渡，腐

50、殖质含由东向西，由草甸草原向干旱草原、荒漠草原和荒漠化土壤过渡，腐殖质含量不断递减，量不断递减，HA/FAHA/FA也逐渐降低。也逐渐降低。 黑土（黑土（1.52.5）- -黑钙土（黑钙土（1 1左右）左右）- -灰钙土和荒漠土（灰钙土和荒漠土（0.60.8） 2.2.一般我国一般我国北方北方的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤腐殖质以胡敏酸为主，的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤腐殖质以胡敏酸为主，HA/FAHA/FA比大于比大于1 1； 而在温暖潮湿的而在温暖潮湿的南方南方的酸性土壤中，土壤中以富里酸为主，的酸性土壤中，土壤中以富里酸为主，HA/FAHA/FA比一般小于比一般小于1 1. .

51、黑土黑土- -暗棕壤（暗棕壤（12）- -黄棕壤（黄棕壤（0.450.75）- -红壤、砖红壤（红壤、砖红壤（0.45)0.45) 3. 3.在同一地区，在同一地区，水稻土水稻土的腐殖质的的腐殖质的HA/FA HA/FA 比比大于旱地。大于旱地。 4.4.在同一地区，在同一地区，熟化程度高熟化程度高的土壤的的土壤的HA/FAHA/FA比较高。比较高。 造成土壤腐殖变异的原因：主要是气候、植被、土壤反应、母质、等环境因造成土壤腐殖变异的原因：主要是气候、植被、土壤反应、母质、等环境因素综合作用结果素综合作用结果三.土壤腐殖质性质（三）腐殖质的变异性（三）腐殖质的变异性 土壤腐殖质形成过程是土壤发

52、育的主要过土壤腐殖质形成过程是土壤发育的主要过程。不同土壤不仅其腐殖质含量不同，而且程。不同土壤不仅其腐殖质含量不同，而且组分的比例、各组分的复杂程度等也有差异。组分的比例、各组分的复杂程度等也有差异。HA/FAHA/FA值值：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。表示胡敏酸与富里酸含量的比值。意义：意义：是表示土壤腐殖质成份变异的指标之是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。说明了腐殖酸形成的条件和分子量的复一。说明了腐殖酸形成的条件和分子量的复杂程度，杂程度，HA/FAHA/FA越大，胡敏酸含量多，结构复越大，胡敏酸含量多，结构复杂；相反，富里酸含量多，结构简单。杂；相反，富里酸含量多，结构简单。三.

53、土壤腐殖质性质我国土壤有机质变异规律是：我国土壤有机质变异规律是： 1.1.由东向西，由草甸草原向干旱草原、荒漠草原由东向西，由草甸草原向干旱草原、荒漠草原和荒漠化土壤过渡，腐殖质含量不断递减，和荒漠化土壤过渡，腐殖质含量不断递减，HA/FAHA/FA也逐渐降低。也逐渐降低。 黑土（黑土（1.52.5）- -黑钙土（黑钙土（1 1左右）左右）- -灰钙土和荒漠灰钙土和荒漠土（土（0.60.8） 2.2.一般我国一般我国北方北方的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤腐殖质以胡敏酸为主，的土壤腐殖质以胡敏酸为主，HA/FAHA/FA比大于比大于1 1； 而而在温暖潮湿的在温

54、暖潮湿的南方南方的酸性土壤中，土壤中以富里酸的酸性土壤中，土壤中以富里酸为主，为主，HA/FAHA/FA比一般小于比一般小于1 1. .黑土黑土- -暗棕壤（暗棕壤（12）- -黄棕壤（黄棕壤（0.450.75）- -红壤、红壤、砖红壤（砖红壤（ 1，正激发，不仅没有提高土壤有机含量，反而减少了；激发比率1,负激发，可以增腐殖质含量激发比率受一系列因素影响问题：给土壤使入有机肥，就一定能提高反应殖质含量吗？三、土壤有机质的管理三、土壤有机质的管理 3.3.秸秆还田秸秆还田 要注意秸秆的C/N比、破碎度、埋压深度以及土壤墒情、播种期远近、化肥施用量等。三、土壤有机质的管理三、土壤有机质的管理 4

55、.4.土壤调控技术措施土壤调控技术措施（1）调解土壤湿度和通气性（2）温度：中耕松土（锄头下边有肥）（3）土壤pH (4) 土壤C/N比【本章小结本章小结】 土壤有机质概述土壤有机质概述 1 1了解不同地带土壤有机质含量的差异及其影响因素。了解不同地带土壤有机质含量的差异及其影响因素。 2 2了解自然土壤与耕作土壤有机质来源的异同。了解自然土壤与耕作土壤有机质来源的异同。 3 3掌握土壤有机质与土壤腐殖质概念，二者有何异同。掌握土壤有机质与土壤腐殖质概念，二者有何异同。 4 4熟悉土壤有机质的基本组成，包括化学组成、化合物组成和形态特征熟悉土壤有机质的基本组成，包括化学组成、化合物组成和形态特

56、征。 土壤有机质的转化土壤有机质的转化 1 1掌掌握握碳碳水水化化合合物物、含含NN化化合合物物的的转转化化过过程程及及产产物物，重重点点掌掌握握影影响响转转化化因素中的因素中的C/NC/N的详细内容和基本原理。的详细内容和基本原理。 2 2理解影响有机物质在土壤中转化的推动力是微生物的含义。理解影响有机物质在土壤中转化的推动力是微生物的含义。 土壤腐殖质的形成土壤腐殖质的形成 1 1了了解解腐腐殖殖质质形形成成过过程程的的两两个个阶阶段段的的内内容容及及相相互互关关系系，组组成成土土壤壤腐腐殖殖质质最基本的物质有哪些？最基本的物质有哪些？ 2 2掌握土壤腐殖质的组分、所带功能团对各组分性质产

57、生的影响掌握土壤腐殖质的组分、所带功能团对各组分性质产生的影响。 掌掌握握土土壤壤有有机机质质对对土土壤壤肥肥力力、农农作作物物产产量量、品品质质以以及及环环境境保保护护所所产产生生的的影响。影响。 了了解解提提高高土土壤壤有有机机质质的的原原则则和和途途径径，以以及及为为什什么么一一再再强强调调增增施施有有机机肥肥，以培肥土壤的科学道理。以培肥土壤的科学道理。土壤有机质土壤有机质( (一一) )基本概念基本概念( ( 二）问答题二）问答题1. 1. 土土壤壤有有机机质质 2.2.土土壤壤腐腐殖殖质质 3. 3. 矿矿化化作作用用 4. 4. 腐腐殖殖化化作作用用 7. 7. 腐殖化系数腐殖化

58、系数 8. C/N 8. C/N 9. 9. HA/FA 1. 1. 什么叫土壤有机质什么叫土壤有机质? ?包括哪些形态包括哪些形态? ?其中哪种最重要其中哪种最重要? ?2. 2. 增加土壤有机质的方法有哪些增加土壤有机质的方法有哪些? ?你认为最有效是哪种你认为最有效是哪种? ?3. 3. 叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用? ?4. 4. 水田的腐殖质含量一般比旱地高水田的腐殖质含量一般比旱地高? ?为什么为什么? ? 5. 5. 影影响响土土壤壤有有机机质质转转化化的的条条件件是是什什么么? ?其其中中最最主主要要的的条条件件是哪一种是哪一种? ?为什么为什么? ?6,C/N6,C/N意义意义7.HA/FA7.HA/FA概念与意义概念与意义思考题：思考题：o1.解释：解释：矿质化作用矿质化作用 、腐殖化作用、腐殖化作用 、腐殖化系腐殖化系数、矿化率。数、矿化率。o2.简述土壤微生物中简述土壤微生物中细菌、真菌、放细菌、真菌、放线菌线菌的特点。的特点。o3. 说明说明C/N的概念与意义、的概念与意义、HA/FA概念与意义。概念与意义。o4.叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用，怎样调节作用，怎样调节?