茶人學習:土壤有機質與土壤腐殖質

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土壤有機質與土壤腐殖質

早在18世紀中葉，德國、前蘇聯土壤學家就開始對土壤有機質進行研究，首次揭示了土壤腐殖質對作物的營養作用。經過近150年的研究，前蘇聯土壤學家科諾諾娃批判性總結了前人的研究成果，提出了現代土壤腐殖質的形成及分解規律。

土壤有機質是土壤固相部分的重要組成成分，儘管土壤有機質的含量只佔土壤總量的很小一部分，但它對土壤形成、土壤肥力、環境保護及農林業可持續發展等方面都發揮著極其重要作用。

一方面，它含有植物生長所需要的各種營養元素(最主要的因素)，也是土壤微生物活動的能源，對土壤物理、化學和生物學性能有著深刻的影響。另一方面，土壤有機質對重金屬、農藥等各種有機、無機汙染物的行為能有顯著影響，而且土壤有機質對全球碳平衡起著重要的作用，被認為是影響全球「溫室效應」的主要因素。

土壤有機質概念

土壤有機質是泛指土壤中來源於生命的物質，包括土壤微生物和土壤動物及其分泌物以及土壤中植物殘體和植物分泌物。該複雜體系的動態決定於動、植物殘體加入到土壤中的情況，和這些殘體在土壤微動物和大動物區系的作用下變化的情況。

土壤有機質可分為兩個主要類別：第一類包含於正在分解著的有機殘體中，是這些有機殘體的分解產物，或利用這些殘體的微生物代謝產物和合成產物。這一類物質屬於有機化學中已知的各種物質(蛋白質及其分解產物、糖類、有機酸、脂肪、蠟質、樹脂等)。在礦質土壤中，這些物質(即所謂土壤中的非特殊性物質)的總含量約佔有機質總量的10%～15%。同時，在土壤中還存在著一類不能列為有機化學中現有任何一類的特殊性物質。這一類物質即所謂的腐殖物質，其含量約佔有機質總量的85%～90%。

土壤有機質的來源及形態

土壤有機質主要來源於高等綠色植物的枯枝、落葉、落果、根系等，其次是土壤中動物、微生物的殘體以及人為施用的有機肥料。土壤有機質以新鮮有機質、半分解有機質和腐殖質3種形態存在。

土壤中有機質含量為0～300g/kg。其中，有機質土壤＞200g/kg，礦質土壤＜200g/kg，耕作土壤5～50g/kg，平均含量為10～20g/kg。由於各地的自然條件和農林業經營水平不同，土壤有機質的含量差異較大。低者少於1%，多者可高達20%。土壤有機質含量的多少，基本上可以反映土壤肥力水平的高低。元素組成包括C(52%～58%)、O(34%～39%)、H(3.3%～4.8%)、N(3.7%～4.1%)，C/N比約在10左右。習慣上以碳含量58%為其平均值，故計算有機質的含量時，一般以1.724為折算係數。化合物組成包括碳水化合物、含氮化合物、木質素、可溶性化合物(溶於乙醚與乙醇)。決定土壤有機質含量的因素包括進入土壤的有機物質數量、土壤有機質的損失量、土壤有機碳的平衡。

土壤有機質的分解和轉化

礦化作用是土壤有機質在土壤微生物及其酶的作用下，分解成二氧化碳和水，並釋放出其中的礦質養分的過程。土壤有機質的腐殖化過程是各種有機化合物通過微生物的合成或在原植物組織中聚合，轉變為組成和結構比原有機物更為複雜的新有機化合物的過程。

土壤有機質提升的調節措施有：施用有機肥、土壤淹水、種植綠肥、休耕、秸稈還田等；而降低土壤有機質主要是由耕作方式引起的，如深耕曬垡、排水、土地開墾等。

土壤有機質在碳庫循環中的作用

土壤有機質是影響土壤可持續利用最為重要的物質基礎，對於碳、氮的循環和截獲都有作用。據估計，全球土壤有機碳庫總量約為1500～1600pg(1pg=10-12g)，比大氣碳庫(750pg)和陸地生物圈碳庫(560pg)之和還要多。土壤有機質在對全球氣候變化的響應中既可能是碳源，也可能是碳庫。土壤有機碳庫的微小變化將影響到陸地生態系統的長期可持續性、全球碳收支平衡和大氣CO2濃度。土壤有機質中穩定的腐殖質增加，有利於土壤有機碳的截獲儲存。

在農田生態系統中，作物通過光合作用固定CO2並轉化出相當數量的植物殘體和分泌物(包括動物殘體及排洩物)；後者進入土壤，在土壤動物和微生物的作用下完成分解、轉化、合成等一系列過程。植物殘體(包括動物殘體)以及土壤自身的有機質在土壤中的分解是一個生物化學過程，通過這個過程，碳以CO2的形式歸還到大氣中；而氮、磷、硫和微量元素以無機的形態釋放到土壤中，供高等植物利用；部分養分被土壤微生物同化為微生物生物量，參與土壤微生物的快速周轉過程。在植物殘體微生物分解過程中，雖然大部分的碳以CO2形式釋放到空氣中，但是14C標記的研究表明，植物殘體進入土壤一年後，約有三分之一的碳被土壤截獲，在土壤中構成複雜的土壤有機碳庫。這種截獲過程與有機質的腐殖化過程密切相關，而腐殖化過程形成土壤有機質，腐殖化係數決定土壤碳截獲的效率。有機碳的截獲和礦化(以CO2的形式排放到大氣，或以可溶性形態從土壤淋失)是兩個相反的過程，二者都受到土壤內有機質轉化循環過程的制約。土壤有機質的礦化和腐殖化過程對於土壤碳循環同樣重要：沒有礦化過程，土壤有機質中的養分不能釋放並被植物利用；若沒有腐殖化過程，有機質不能在土壤中截獲積累。缺少其中任何一個過程，土壤碳循環都不能實現，兩個過程的相對速率對於土壤有機質的動態變化至關重要。可見，處理好土壤有機質積累和消耗的關係，是農業土壤碳循環研究中的重要任務。

（安根團隊摘自武麗萍等: 煤炭腐植酸與土壤腐殖酸性能對比研究）