土壤对我们来说并不陌生,但由于人们认知角度的不同。对土壤的概念和理解也有很多不同。岩石风化的地质学观点认为土壤是破碎了的陈旧岩石;从土壤和植物的关系来认识土壤,认为土壤是能生长植物的那一部分地壳;从环境科学来认识土壤,土壤是重要的环境因素,是环境污染物的缓冲带和过滤器。对于农林科学工作者来讲,土壤是植物生长的介质,他们更关心影响植物生长的土壤条件,土壤肥力供给、培肥及可持续性。
由于不同学科对土壤的概念存在着种种不同认识,要想要给土壤的一个严格定义是十分困难的。土壤学家和农学家传统的把土壤定义为“发育于地球陆地表面,能生长绿色植物的疏松多孔结构。”这一概念重点阐述了土壤的主要功能是能生长绿色植物,具有生物多样性,所处在的位置是地球陆地的表面层,它是由矿物质、有机质、水和空气组成的,物理状态是具有孔隙结构的介质。
土壤有机质是土壤固相的重要组成成分。它是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质,包括土壤中的各种动、植物残体,微生物体及其分解和合成的各种有机物质。尽管土壤有机质仅占土壤总量的一小部分(一般仅为1%~20%),但它通过影响土壤结构发育和土壤元素的生物地球化学过程,对土壤的形成、土壤肥力、环境保护、农林业可持续发展等方面都有着十分重要的作用和意义。一方面它含有植物生长所需要的各种营养元素,另一方面土壤有机质对重金属、农药等各种有机、无机污染物的行为都有显著影响。
自然土壤中有机质来源十分广泛,主要包括以下几个方面。
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这部分来源虽然很少,但对于土壤有机质的转换起着非常重要的作用。农业土壤有机质的来源,还包括农间管理措施,如有机肥料的施入、秸秆还田等。此外,少免耕、灌溉等措施对土壤有机质的提升也有积极的作用。
进入土壤的有机质一般以三种状态存在。
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新鲜的有机质
指那些进入土壤中尚未被微生物分解的动、植物残体,它们仍保留着原有的形态特征。
02
半分解有机物
经微生物的分解,使进入土壤中的动、植物残体失去了原有的形态特征。易分解的有机质已部分分解,多呈分散的暗黑色小块。包括有机质分解产物和新合成的简单有机化合物。
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土壤腐殖质
土壤微生物作用后,由多酚和多醌类物质聚合而成的含芳香环结构的、新形成黄色至棕黑色的非晶形高分子有机化合物。它是土壤有机质的主体,占土壤有机质的90%以上,是除未分解和半分解的植物残体及微生物体以外的有机质的总称,由非腐殖质和腐殖质组成。腐殖物质的主体是有着不同分子质量和结构的腐殖酸又名腐植酸(胡敏酸和富里酸的总称)及其与金属离子结合的盐类。
腐殖化过程则是在微生物作用下,有机物分解产生的简单有机化合物及中间产物转化为更复杂、稳定的有机化合物,使有机质及其养分保蓄起来的过程。

土壤有机质在在土壤肥力上的作用
(一)提供植物需要的养分
土壤有机质是植物所需的氮、磷、硫、微量元素等养分的主要来源。大量资料表明,我国主要土壤表土中80%以上的氮、20%~76%的磷已有机态存在,在大多数非石灰性土壤中,有机态硫占全硫的75%~95%。随着土壤有机质的逐步矿化,这些养分可直接通过微生物的降解和转化,以一定的速率不断地释放出来,供植物和微生物发育之需。
同时,土壤有机质分解合成过程中,产生许多种有机酸和腐殖酸,对土壤矿质部分有一定的溶解能力,可以促进矿物风化,有利于某些养分的有效化,一些有机酸和富啡酸络合的金属离子可以保留在土壤溶液中,不致沉淀而增加其有效性。
(二)改善土壤肥力特征
有机质通过影响土壤物理、化学和生物学性质而改善土壤肥力特征。
物理性质
土壤有机质,尤其是多糖和腐殖物质在土壤团聚体的形成过程和稳定性方面起着重要作用。这些物质在土壤中可以通过功能基、氢键、范德瓦耳斯力等以胶膜形式包被在矿质土粒的外表。由于它们的黏结力比砂粒强,在砂性土壤中,增加砂土的黏结性而促进团粒结构的形成。
另外,它们松软、絮状、多孔,在黏性土壤中,黏粒被它们包被后, 易形成散碎的团粒,使土壤变得比较松软而不再结成硬块。土壤有机质能改变砂土的分散无结构状态和黏土的坚韧大块结构, 使土壤的透水性、蓄水性、通气性及根系的生长环境有所改善。
同时,由于土壤空隙结构得到改善,水的入渗速率加快,从而可以减少水土流失。腐殖物质具有巨大的比表面积和亲水基团,吸水量是黏土矿物的5倍,能改善土壤有效持水量,使得更多的水能为作物所利用。对农事操作来讲,由于土壤耕性变好, 翻耕省力,适耕期长,耕作质量也相应地提高。
化学性质
腐殖物质因带有正负两种电荷,故可吸附阴、阳离子;其所带电性以负电荷为主,吸附的离子主要是阳离子K+ 、NHT4+、Ca+、Mg2+等。这些离子一旦被吸附后,就可避免随水流失,就可避免随水流失,而且能随时被根系附近的氢离子或其他阳离子交换出来,供作物吸收,仍不失其有效性。从吸附性阳离子的有效性来看,腐殖物质与黏土矿物的作用一样,但单位质量腐殖物质保存阳离子养分的能力,比矿质胶体大20~30倍。在矿质土壤中,腐殖物质对阳离子吸附量的贡献占20%~90%, 腐殖物质在保肥力很弱的砂性土壤中的这一作用显得尤为突出。因此,在砂性土壤上增施有机肥以提高其腐殖物质含量后,不仅增多了土壤中养分含量,改善了砂土的物理性质,还能提高其保肥能力。
生物学性质
土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源,没有它就不会有土壤中的所有生物化学过程。土壤微生物生物量随着有机质含量的增加而增加,两者具有极显著的正相关。但因土壤有机质矿化率低,所以不像新鲜植物残体那样会对微生物产生迅猛的激发效应,而是持久稳定地向微生物提供能源。正因为如此, 含有机质多的土壤,肥力平稳而持久,不易产生作物猛发或脱肥现象。
蚯蚓等土壤动物在土壤肥力上的重要性已为大家所公认,它通过影响土壤的物理和生物性质而影响对植物养分的供应。但蚯蚓的生命活动也是以土壤有机质为食物来源。据报道,一些蚯蚓专吃土壤表层的植物残体,而另一些则以已分解的有机物质为食源。蚯蚓通过掘洞、消化有机质、排泄粪便等直接改变土壤微生物和植物的生存环境。
土壤有机质通过刺激微生物和动物的活动还能增加土壤酶的活性,从而直接影响土壤养分转化的生物化学过程。此外,腐殖酸被证明是一类生理活性物质,它能加速种子发芽,增强根系活力,促进作物生长。对土壤微生物而言,腐殖酸也是一种促进其生长发育的生理活性物质。