5)脂肪的分解:脂肪在微生物分泌的脂肪酶的作用下,分解为甘油和脂肪酸。甘油很容易再被分解成为CO2和H2O,而高级脂肪酸较难分解,只有在强烈的好气条件下,才能被彻底分解为CO2和H2O,并放出多量能,但在嫌气条件下,则形成土壤沥青。
6)单宁和树脂的分解:单宁比较容易被真菌分解成葡萄糖和没食子酸,葡萄糖先氧化为简单的有机酸,最后分解成为CO2和H2O,没食子酸则难分解。在一般情况下,单宁的分解缓慢而不彻底,因而产生较多的酸性物质。树脂不易分解,在好气条件下分解生成有机酸、碳氢化合物和醇类等,产生酸性反应。在嫌气条件下很难分解。
总之,土壤有机质的矿质化过程,在好气条件下进行时,生成CO2、H2O和其他矿质养分,分解速度快,彻底,放出大量热能,不产生有毒物质;在嫌气条件下进行分解时,速度慢,分解不彻底,释放的热量少,除产生植物养分外,且还原性有毒物质多,如CH4、H2S、H2等。
由于矿质化作用是有机物质在微生物参与下的氧化过程,因此,所有影响微生物生命活动的因素都是影响矿质化作用的因素,例如,生物残体的化学组成,土壤温度、湿度、通气状况与酸碱等,都影响着土壤矿质化的作用。
在各种有机质组分中,糖和蛋白质是易于分解的,木质素和脂肪、蜡质、树脂是属于难分解的物质,而纤维素和半纤维素则居于两者之间。因此,生物残体中各有机组分含量的高低,将直接影响着生物残体矿质化作用的快慢。蜡质和木质素等难分解组分含量最高的生物残体,如针叶林凋落物或稻草、玉米秆残体,其矿化作用一般较难、较缓慢;而糖和蛋白质含量高的生物残体,如多数豆科绿肥,其矿化作用则较易、较快。
生物残体的矿质化作用往往受残体本身C/N的影响。生物残体在矿质化作用下,微生物一方面从氧化含碳化合物中获得能量,并利用一部分碳建造自己的躯体,但同时它们还需要一定数量的氮素。一般来说,微生物分解25或30份碳素需要同化1份的氮素,因此,生物残体的C/N在25∶1或30∶1时,最有利于其分解。如C/N过大,微生物在分解过程中就会感到氮素的不足,其分解速度就会减缓甚至停顿。
生物残体的年龄和破碎程度,对生物残体矿质化速率也有一定的影响。
温度是影响微生物生活和繁殖速度的一个重要因素。一般微生物存活温度为0-45℃,当温度接近0℃时,其活性很低,接近45℃时,活性也受到抑制,只有处于适温范围内(25-35℃),微生物活动最活跃,生物残体的矿化速率才较大。美国詹尼(Jenny)等人提出,当环境温度在5—35℃内,年平均每增加10℃,生物残体的矿质化速率就增加2—3倍。
土壤中适当的水分含量有利于土壤矿质化作用的进行,一般以田间持水量的50-100%为适宜。水分含量适中时,土壤中含氧量较高,以好气性微生物为主。土壤水分含量过多时,土壤中含氧量较低则以嫌气性微生物为主。土壤处于好气条件下,其矿质化作用的速度大于嫌气条件,而且分解的产物也有差异。好气分解比较彻底,主要产物有CO2、
还有相当数量的中间产物,如R·NH2(氨基乙酸)、R·SH(含硫氨基酸)、H2、CH4、H2S、NH3和各种有机酸,以及残留不易分解的生物残体。这些差异不仅影响着土壤的肥力,而且对腐殖质化作用也产生一定的影响。
酸碱度也影响微生物的活动,强酸性土壤不利于微生物活动,也不利于矿质化作用的进行。此外,光照同样会影响微生物生命活动,从而影响矿质化作用的进行。
2.腐殖化过程 土壤的腐殖化作用是指,进入土壤中的生物残体,在土壤微生物作用下,合成为腐殖质的过程。这是一个极其复杂的生物化学过程。关于这个过程的实质和细节至今尚无一致的意见。目前存在下列几种学说。
1)植物物质形成学说:瓦克斯曼(Waksman)认为,腐殖质是由植物组织中不为微生物所分解的组分在稍经改变后形成的。最初形成的腐殖物质是胡敏素。在胡敏素经过微生物的降解后才形成胡敏酸。胡敏酸进一步降解才形成富里酸。
2)生物化学聚合学说:前苏联土壤学家科诺诺娃(Κононова)认为,生物残体中的复杂有机物首先被微生物分泌的胞外酶降解成简单的小分子有机物,这些有机物被微生物吸收,在体内合成为各种合成物,其中主要是酚和氨基酸,当它们被分泌至土壤中,并经过氧化作用和聚合作用后,就形成了腐殖质。其过程:
A.多元酚氧化为醌:
B.醌和氨基酸聚合,形成原始腐殖质:
3)细胞自溶学说:这个学说认为,腐殖质的生物合成过程是在微生物体内进行的,微生物死亡后,细胞自溶的物质如糖、氨基酸、酚,以及其他芳香族化合物经过缩合和聚合作用而形成腐殖质。
4)微生物合成学说:微生物利用生物残体的碳源和能源,并以这些有机质为原料在微生物细胞内合成各种类似于腐殖质的高分子化合物。当微生物细胞死亡并发生自溶以后,这些高分子化合物便进入土壤成为土壤腐殖质。细胞内合成的类似腐殖质的高分子化合物,只有当其进入土壤以后,在细胞外才被微生物降解为胡敏酸和富里酸。
其实,在土壤中腐殖化过程都有存在和发生的可能,只是随着土壤和环境条件的不同,各种可能有主次之分而已。
影响腐殖质化作用的因素同上述影响矿质化作用的因素一样,不过,有利于矿质化作用的因素却几乎是有损于腐殖质化作用的因素。生物残体的矿质化作用与腐殖质化作用是同时发生的两种不同方向的矛盾过程,生物残体的矿质化过程是土壤中进行腐殖质化过程的前提,腐殖质化过程是生物残体矿质化过程的部分结果。
本文标题:土壤组成(10)
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