土壤有機質(zhì)是指土壤中含碳的有機化合物,通常分為腐殖質(zhì)和非腐殖質(zhì)。其來(lái)源包括四個(gè)方面:一是植物殘體,包括各類(lèi)植物的凋落物、死亡的植物體及根系,這是自然狀態(tài)下土壤有機質(zhì)的主要來(lái)源,對森林土壤尤為重要。二是動(dòng)物、微生物殘體,包括土壤動(dòng)物和非土壤動(dòng)物的殘體,及各種微生物的殘體,這部分來(lái)源相對較少,但對原始土壤來(lái)說(shuō),微生物是土壤有機質(zhì)的最早來(lái)源。三是排泄物和分泌物,這部分來(lái)源雖然量很少,但對土壤有機質(zhì)的轉化起著(zhù)非常重要的作用。四是廢水、廢渣,包括人為施入土壤中的各種有機肥料(如綠肥、堆肥、漚肥等),工農業(yè)和生活廢水、廢渣,以及各種微生物制品、有機農藥等。
土壤有機質(zhì)的含量在不同土壤中差異很大,含量高的可達20%以上(如泥炭土,某些肥沃的森林土壤等),含量低的不足1%(如荒漠土和風(fēng)沙土等)。在土壤學(xué)中,一般把耕作層中含有機質(zhì)20%以上的土壤稱(chēng)為有機質(zhì)土壤,含有機質(zhì)在20%以下的土壤稱(chēng)為礦質(zhì)土壤。一般情況下,耕作層土壤有機質(zhì)含量通常在5%以上。
進(jìn)入土壤中的有機質(zhì)一般以三種形態(tài)存在。一是新鮮的有機物,指那些進(jìn)入土壤中尚未被微生物分解的動(dòng)、植物殘體,它們仍保留著(zhù)原有的形態(tài)。二是分解的有機物,經(jīng)微生物的分解,已使進(jìn)入土壤中的動(dòng)、植物殘體失去了原有的形態(tài),包括有機質(zhì)分解產(chǎn)物和新合成的簡(jiǎn)單有機化合物,并且相互纏結。三是腐殖質(zhì),指有機質(zhì)經(jīng)過(guò)微生物分解后并再合成的一種褐色或暗褐色的大分子膠體物質(zhì),與土壤礦物質(zhì)土粒緊密結合,是土壤有機質(zhì)存在的主要形態(tài),占土壤有機質(zhì)總量的85%~90%。
土壤有機質(zhì)的組成決定于進(jìn)入土壤的有機物質(zhì)的組成,進(jìn)入土壤的有機物質(zhì)的組成相當復雜。各種動(dòng)、植物殘體的化學(xué)成分和含量因動(dòng)、植物種類(lèi)、器官、年齡等不同而有很大的差異。
植物殘體中各類(lèi)有機化合物的大致含量范圍是:可溶性有機化合物(糖分、氨基酸)5%~10%,纖維素15%~60%,半纖維素10%~30%,蛋白質(zhì)2%~15%,木質(zhì)素3%~50%。它們的含量差異對植物殘體的分解和轉化有很大影響。
據估計,進(jìn)入土壤的有機殘體經(jīng)過(guò)一年降解后,23%以上的有機質(zhì)以二氧化碳的形式釋放而損失,殘留在土壤中的有機質(zhì)不到13%,其中土壤微生物量占3%~8%,多糖、多糖醛酸苷、有機酸等非腐殖質(zhì)物質(zhì)占3%~8%,腐殖質(zhì)占10%~30%。
土壤有機質(zhì)的含量與土壤肥力水平是密切相關(guān)的。雖然有機質(zhì)僅占土壤總量的很小一部分,但它在土壤肥力上起著(zhù)多方面的作用卻是顯著(zhù)的。通常在其他條件相同或相近的情況下,在一定含量范圍內,有機質(zhì)的含量與土壤肥力水平呈正相關(guān),對土壤性狀、作物生長(cháng)和化肥的施用影響很大,主要表現在以下幾個(gè)方面:
植物養分的主要來(lái)源。土壤有機質(zhì)中含有大量的植物營(yíng)養元素,如氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵等重要元素,還有一些微量元素。土壤有機質(zhì)經(jīng)礦質(zhì)化過(guò)程釋放大量的營(yíng)養元素為植物生長(cháng)提供養分;有機質(zhì)的腐殖化過(guò)程合成腐殖質(zhì),保存了養分,腐殖質(zhì)又經(jīng)礦質(zhì)化過(guò)程再度釋放養分,從而保證植物生長(cháng)全過(guò)程的養分需求。所以有機質(zhì)多的土壤,養分含量也就多,化肥可以適當少施。
土壤有機質(zhì)的礦質(zhì)化過(guò)程產(chǎn)生的二氧化碳既是大氣中二氧化碳的重要來(lái)源,也是植物光合作用的重要碳源。土壤有機質(zhì)還是土壤氮、磷最重要的營(yíng)養庫,是植物速效性氮、磷的主要來(lái)源。土壤全氮的92%~98%都是儲藏在土壤中的有機氮,且有機氮主要集中在腐殖質(zhì)中,一般是腐殖質(zhì)含量的5%,據研究,植物吸收的氮素有50%~70%是來(lái)自土壤。土壤有機質(zhì)中有機態(tài)磷的含量一般占土壤全磷的20%~50%,隨著(zhù)有機質(zhì)的分解而釋放出速效磷,供給植物營(yíng)養。在大多數非石灰性土壤中,有機質(zhì)中有機態(tài)硫占全硫的75%~95%,隨著(zhù)有機質(zhì)的礦質(zhì)化過(guò)程而釋放,被植物吸收利用。
促進(jìn)作物的生長(cháng)發(fā)育。有機質(zhì)中的胡敏酸,可以增強植物呼吸過(guò)程,提高細胞膜的滲透性,促進(jìn)養分迅速進(jìn)入植物體,增強對營(yíng)養物質(zhì)的吸收。胡敏酸的鈉鹽對植物根系生長(cháng)具有促進(jìn)作用。土壤有機質(zhì)中還含有維生素B1、B2、吡醇酸和煙堿酸、激素、異生長(cháng)素(β-吲哚乙酸)、抗生素(鏈霉素、青霉素)等對植物的生長(cháng)起促進(jìn)作用,并能增強植物抗性。
改良土壤結構。有機質(zhì)在改善土壤物理性質(zhì)中的作用是多方面的,其中最主要、最直接的作用是改良土壤結構,促進(jìn)團粒狀結構的形成,從而增加土壤的疏松性,改善土壤的通氣性和透水性。腐殖質(zhì)是土壤團聚體的主要膠結劑,土壤中的腐殖質(zhì)很少以游離態(tài)存在,多數和礦質(zhì)土粒相互結合,通過(guò)功能基、氫鍵、范德華力等機制,以膠膜形式包被在礦質(zhì)土粒外表,形成有機-無(wú)機復合體。有機質(zhì)的膠結作用可形成較大的團聚體,更進(jìn)一步降低粘粒的接觸面,使土壤的粘性大大降低,改善粘土的土壤耕性和通透性,降低土壤的脹縮性,防止土壤干旱時(shí)出現大的裂隙。
土壤有機質(zhì)是土壤微生物生命活動(dòng)所需養分和能量的主要來(lái)源。沒(méi)有它,就不會(huì )有土壤中所有的生物化學(xué)過(guò)程。土壤微生物的種群、數量和活性隨有機質(zhì)含量增加而增加。富含有機質(zhì)的土壤,其肥力平穩而持久,不易造成植物的徒長(cháng)和脫肥現象。
土壤動(dòng)物中有的(如蚯蚓等)也以有機質(zhì)為食物和能量來(lái)源;有機質(zhì)能改善土壤物理環(huán)境,增加疏松程度和提高通透性(對砂土而言則降低通透性),從而為土壤動(dòng)物的活動(dòng)提供有利的條件,而土壤動(dòng)物本身又加速了有機質(zhì)的分解(尤其是新鮮有機質(zhì)的分解),進(jìn)一步改善土壤通透性,為土壤微生物和植物生長(cháng)創(chuàng )造良好的環(huán)境。
提高土壤的保水保肥能力。土壤有機質(zhì)屬于有機膠體,具有強大的吸附能力,能吸附大量的養分和水分。它是土壤養分中的大家族,是為作物生長(cháng)發(fā)育提供養分的倉庫。
促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)。土壤有機質(zhì)供應土壤微生物所需的能量和養分,有利于微生物的活動(dòng)。
具有活化磷的作用。土壤中的磷一般不以速效態(tài)存在,常以遲效態(tài)和緩效態(tài)存在。因此土壤中磷的有效性低。土壤有機質(zhì)具有與難溶性的磷反應的特性,可增加磷的溶解度,從而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率。
此外,土壤腐殖酸被證明是一類(lèi)生理活性物質(zhì),它能加速種子萌發(fā),增強根系活力,促進(jìn)植物生長(cháng),對土壤微生物而言,腐殖酸也是一種促進(jìn)生長(cháng)發(fā)育的生理活性物質(zhì)。
土壤有機質(zhì)含量多的土壤,其土壤肥力水平較高,不僅能為作物生長(cháng)提供較豐富的營(yíng)養,而且土壤保水保肥能力強,能減少養分的流失,節約化肥用量,提高肥料利用率。
如何增加和保持土壤有機質(zhì)含量,提高農作物產(chǎn)量,是農業(yè)生產(chǎn)的主要任務(wù)。這項任務(wù)就是給土壤有機質(zhì)增加能源,主要的農業(yè)技術(shù)措施有以下6項:
1. 增加生物總產(chǎn)量。在增產(chǎn)的前提下增加土壤有機質(zhì),因為地上部分產(chǎn)量增加了,地下的根系也隨著(zhù)增加,同時(shí)地下生物也相應興旺發(fā)達,致使動(dòng)植物殘體增多。
2. 力求秸稈多還田。秸稈還田是直接為土壤增加有機物。要改變在田間焚燒秸稈的習慣,因為焚燒秸稈既浪費有機物,而且使有機物變成二氧化碳跑到空氣中又污染環(huán)境。研究表明,秸稈直接還田比施用等量的漚肥效果更好。
3. 增加有機肥用量。合理施肥,實(shí)行有機物和無(wú)機肥料的配合,不斷增加有機物殘留在土壤中的數量。堆肥、漚肥、餅肥、人畜糞肥、河湖泥等都是良好的有機肥。
4. 減少土壤有機質(zhì)的消耗。例如,采取少耕、免耕、覆蓋等措施,其目的就是減少和控制土壤氧氣的供應,削弱微生物分解活動(dòng)。覆蓋則可以減少土壤水土流失。這樣才能保持土壤有機質(zhì)在提供養分的同時(shí),增加能源,保持含量穩定。
5. 糧肥輪作、間作,用地養地相結合。隨著(zhù)農業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,復種指數越來(lái)越高,致使許多土壤有機質(zhì)含量降低,肥力下降。實(shí)行糧肥輪作、間作制度,不僅可以保持和提高有機質(zhì)含量,還可以改善土壤有機質(zhì)的品質(zhì),活化已經(jīng)老化了的腐殖質(zhì)。
6. 栽培綠肥。栽培綠肥可為土壤提供豐富的有機質(zhì)和氮素,改善農業(yè)生態(tài)環(huán)境及土壤的理化性狀。主要品種有苜蓿、綠豆、田菁等。苜??稍诖?、夏、秋三季播種,一般每畝用種1~1.5公斤,在盛花期壓青。綠豆、田菁3~6月均可播種,一般每畝用種3~5公斤,在初花期壓青。
以上技術(shù)措施,對增加土壤有機質(zhì)是非常有利的,也是一種養地的過(guò)程。種地就必須養地,因為種地是消耗養分的過(guò)程,也即消耗土壤有機質(zhì)的過(guò)程,產(chǎn)量越高消耗的有機質(zhì)就越多。只有通過(guò)養地技術(shù),才能使土壤中的養分達到一個(gè)相對的平衡,才能保持土壤肥力不會(huì )下降。
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