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土壤组成(11)

时间:2010-01-29  归属:土壤地理学
(四)土壤腐殖质的性质

土壤腐殖质是,有机质分解后再缩合或聚合而成的一系列黑褐色高分子有机化合物,根据腐殖质颜色的不同,腐殖质可分为黄色腐殖质、棕色腐殖质和黑色腐殖质。按腐殖质溶解性的不同,可按下列步骤予以分离:

一般情况,胡敏酸和富里酸占腐殖质总量的60%左右,下面介绍这两种腐殖质的性质。

1.元素组成 腐殖质和其他有机化合物一样,主要由C、H、O、N、S等元素组成。从元素的含量看,胡敏酸含C、N量较富里酸高,而含O、S量则较富里酸低(表1-6)。

2.功能团含量 腐殖质的基本结构,除了含碳水化合物,氨基酸等含氮物质、芳香族化合物外,尚有各种含氧功能团,如羧基(—COOH)、酚羟基()、酮基()、甲氧基(OCH3)、醌基()和醇羟基(Alcoholic----OH)。总酸度和羟基的数量是,富里酸显著大于胡敏酸,醇羟基的数量是富里酸亦较高,而酚羟基量相反,胡敏酸高于富里酸(表1-7)。

3.形态和分子量大小 腐殖质的形态和分子量的大小,目前还没有一致的结论。腐殖质分子形态,最初的研究提出具有伸长的线状结构。借助于电子显微镜观察腐殖质的形态,有球状,短棒状和圆盘状。

腐殖质的分子量很大,可以从十至几百到大致几百万。不同测定方法获得的分子量往往不同。一般情况,胡敏酸分子量为2000-100000,富里酸分子量较小,275-2110。

我国黑土和砖红壤的胡敏酸分子最平均为2500-20000,富里酸平均680-1450。分子的大小可表示腐殖质缩合、聚合程度的大小,即芳构化程度的高低。

4.腐殖质的化学结构 腐殖质分子的中心是一个稠环或易生稠环的芳核,其周围以化学或物理的形式,如共价键、离子键或氢键连接多糖、多肽、简单酚酸和金属离子(图1-18)。尽管对这个图式有不同解释,但腐殖质的化学结构的芳族本性这一观点,已为许多土壤学者所接受。

5.腐殖质的代换吸收性 由于腐殖质组成中含有多种含氧功能团,分布在腐殖质分子表面的羧基、酚羟基等的解离和氨基的质子化,会使腐殖质带电,而且是以负电荷为主,因而能吸附外界的阳离子,即发生氢离子与钙、镁、钾、钠等盐基离子之间的离子代换,吸收保留这些阳离子,其代换过程可用下式表示:

-RCOOH+KCl→-RCOOK+HCl

腐殖质中的胡敏酸的阳离子代换量大致在300—500厘摩尔(+)每千克物质范围内,土壤pH值愈高时,羧基、酚羟基中氢离子解离愈多,胡敏酸代换量也愈大;富里酸的羧基、甲氧基含量比胡敏酸高,氢离子解离度较胡敏酸强,因而阳离子代换量也大,可高达700厘摩尔(+)每千克物质。由于富里酸的溶解度大,所以对吸收阳离子的保存能力低。

6.腐殖质的溶解、凝聚和稳定性 胡敏酸难溶于水,其钾、钠、铵的盐类易溶于水,而钙、镁、铁、铝两价以上的盐类难溶于水,其盐类易发生絮凝,使土壤形成良好的结构。富里酸易溶于水,它的低价和高价盐类都能溶于水,因此,富里酸及其盐类易溶解而不易凝聚,对土壤矿物质有较强的破坏作用,土壤不易形成良好的结构。

腐殖质具有较强的络合作用,能与铁、铝、铜、锌等高价金属离子形成络合物,增强腐殖质的稳定性,增强抵抗微生物分解的能力,使腐殖质分解周转时间增长,胡敏酸的平均停留期为780-3000年,富里酸为200-630年。活性腐殖质和新形成的腐殖质,分解释放养分能力较强。

此外,浓度小的富里酸能促进植物根的发育和植物生长,表现出腐殖质的生理活性,而浓度高的腐殖质溶液非但表现不出生理活性,而且对植物生长还有明显的抑制作用。
(五)土壤有机质在土壤肥力中的作用

1.土壤有机质是植物养料的源泉 土壤有机质含有丰富的植物所需要营养元素,如碳、氢、氧、磷、硫、钾、钙等,还含有多种微量元素,通过不断分解供植物吸收利用。例如,植物生活所需的CO2,有70-95%是有机质分解供给的;水稻吸收的氮素养料,取自土壤中者占60-80%。同时植物养分以腐殖质形态存在的,有利于养分保蓄,减少淋溶损失,所以有机质是供应植物养料的物质基础。

2.土壤有机质具有离子代换作用、络合作用和缓冲作用 土壤有机质的羧基、酚羟基、烯醇或羟基使有机胶体带负电荷,具有较强的代换性能,比矿物质代换量要高十到几十倍,可以大量吸收保存植物养分,以免淋溶损失。土壤有机酸(如草酸、乳酸、酒石酸、柠檬酸等),聚酚和氨基酸等都是络合剂,有机酸和钙、镁、铁、铝形成稳定性的络合物,能提高无机磷酸盐矿物的溶解性,二、三羧基羧酸与金属离子形成稳定络合物的能力较强,有活化土壤微量元素的作用。土壤有机胶体是一种具有多价酸根的有机弱酸,其盐类具有两性胶体的作用,有很强的缓冲酸碱化的能力。

3.土壤有机质能改善土壤物理性质 土壤有机质几乎对所有的土壤物理性质都有良好的影响,腐殖质是很好的胶结剂,能使土粒形成良好的团粒结构,从而使土壤通透疏松,减少粘着性,改善耕性。腐殖质色暗,可加深土壤颜色,增强土壤吸热能力,同时其导热性小,有利于保温,使土温变化缓和。

4.土壤有机质是植物生长激素 土壤有机质中含有许多对植物生长发育起激素作用的物质,如维生素B1、B2、吡醇酸、菸碱酸、激长素等类型化合物;还有微生物形成的抗生素,如青霉素、链霉素等。但也有对植物生长不利的香草醛、安息香酸、香豆素、二氢固醇酸等。这些激素的作用在于提高植物氧化、还原酶的活性,促进吸收养分的能力、加强呼吸作用。

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