土壤有机质的来源、含量和组成

有机质是土壤的重要组成部分。尽管土壤有机质在土壤总质量占的比例很小，但其对土壤功能的影响是深远的，它在土壤肥力、环境保护、全球变化、农业可持续发展等方面都有着很重要的作用和意义。一方面，土壤有机质含有植物生长所需要的各种营养元素，是土壤微生物生命活动的能源，对土壤物理性质、化学性质和生物学性质以及土壤生态系统功能都有深刻的影响。另一方面，土壤有机质对重金属、农药、持久性有机污染物、新型有机污染物、病原菌等各种有机、无机、生物污染物的行为都有显著的影响。而且土壤有机质对全球碳平衡起着重要作用，被认为是影响全球温室效应的主要因素。

土壤有机质是指存在于土壤中的所有有机物质，它包括土壤中各种动植物残体、微生物体、微生物分解和合成的各种有机物质，以及因火灾而产生的黑炭（或焦炭）物质。显然，土壤有机质由生命体和非生命体两大部分有机物质组成。

一、土壤有机质的来源

在风化和土壤形成过程中，最早出现于母质中的有机体是微生物，所以对原始土壤来说，微生物是土壤有机质的最早来源。随着生物的进化和土壤形成过程的发展，动植物残体就成为土壤有机质的基本来源。在通常的自然植被条件下，土壤有机质的绝大部分直接来源于土壤上生长的植物残体和根系分泌物，其次是动物排泄物及动物残体。我国不同自然植被下进入土壤的植物残体的数量变异很大，热带雨林下最高，仅凋落物的干物质量每年即达16700kg/hm²,亚热带常绿阔叶和落叶阔叶林、暖温带落叶阔叶林、温带针阔混交林和寒温带针叶林依次减少，荒漠植物群落最少，凋落物干物质量每年仅为530kg/hm2。自然土壤经包括耕作在内的人为影响后，其有机质来源还包括作物根茬、各种有机肥料（绿肥、堆肥、讴肥等）、工农业和生活废水、废渣、微生物制品、有机农药等。

进入土壤的有机物质的组成相当复杂。作为土壤有机质最主要来源的各种植物残体，其化学组成和各种成分的含量，因植物种类、器官、年龄等的不同而有很大差异。植物残体干物质中碳、氧和氢，占元素总量的90%～95%或以上，其中大多数植物中碳占40%左右，此外还含有植物和微生物生长必不可少的营养元素（磷、钾、钙、镁、铁、锌、铜、硼、钼、锰等）,占干物质量的5%～10%。植物残体中主要的有机化合物包括糖类、木质素、蛋白质、树脂、蜡质等。其中糖类是植物残体中最主要的有机化合物，包括单糖、淀粉、纤维素、半纤维素等。木质素是一类含芳环结构的复杂有机化合物，存在于成熟的植物组织尤其是木本植物组织中，在土壤中很难分解。蛋白质含16%左右的氮以及少量的硫、锰、铜、铁等元素，较简单的蛋白质容易降解，而复杂的蛋白质则相对难降解。树脂和蜡质比糖类复杂，但比木质素简单，它们主要存在于植物种子中。进入土壤的动物残体，其化学组成变异更大，和植物残体的主要不同在于它不含木质素和树脂等物质，脂肪和含氮化合物却较丰富。

二、土壤有机质的含量和组成

1、土壤有机质的含量

有机质的含量在不同土壤中差异很大，高的可达20%～30%,甚至更高（例如混炭土、一些森林土壤等）,低的不足0.5%(例如一些漠境土和砂质土壤）。在土壤学中，一般把耕层含有机质20%以上的土壤称为有机质土壤，含有机质20%以下的土壤称为矿质土壤，但在耕作土壤中，表层有机质的含量通常在5%以下。全球土壤0～100cm土层中有机碳和无机碳的含量（有机质的含碳量平均为58%,所以土壤有机质的含量大致是有机碳含量的1.724倍，也有人采用2倍来粗略估算土壤有机质的含量）,大约有一半的有机碳存在于有机土、始成土和冻土3个土纲中。不同土壤中有机质的含量差异甚大，其实际含量与气候、植被、地形、土壤类型、耕作措施等影响因素密切相关。

2、土壤有机质的组成

①土壤有机质的元素组成。土壤有机质的主要元素组成是碳、氧、氢和氮，其次是磷和硫。其中，含碳量为55%～60%,平均为58%;含氮量为3%～6%,平均为5.6%;碳氮比（C/N)为10～12:1。土壤有机质中主要的化合物组成是类木质素和蛋白质，其次是半纤维素、纤维素以及乙醚和乙醇可溶性化合物。与植物组织相比，土壤有机质中木质素和蛋白质含量显著增加，而纤维素和半纤维素含量则明显减少。大多数土壤有机质成分不溶于水，但可溶于强碱。水溶性土壤有机质只占土壤有机质的较小部分，但它容易被土壤微生物分解，在提供土壤养分方面起重要作用。水溶性有机质对土壤生态系统中元素的生物地球化学循环及污染物质的毒性和迁移也有重要影响。

②土壤腐殖质。土壤腐殖质（humus)是除未分解和半分解动植物残体及微生物体以外的土壤有机质的总称。土壤腐殖质由非腐殖物质（non-humic substance)和腐殖物质（humic substance)组成，通常占土壤有机质的90%以上。

Ⅰ非腐殖物质非腐殖物质为有特定物理化学性质、结构已知的有机化合物，其中一些是经微生物改变的植物有机化合物，而另一些则是微生物合成的有机化合物。非腐殖物质占土壤腐殖质的20%～30%,其中多糖（包括糖醛酸）占土壤有机质的5%～25%,平均为10%,它在增强土壤团聚体稳定性方面起着极重要的作用。此外，非腐殖物质还包括氨基糖、蛋白质、氨基酸、脂肪、蜡质、鞭质（单宁）、木质素、树脂、核酸、有机酸等，尽管这些化合物在土壤中的含量很低，但相对容易被降解和作为基质被微生物利用，在土壤中存在的时间较短，因此对氮、磷等一些植物养分的有效性来说，这些物质无疑是重要的。

Ⅱ腐殖物质 腐殖物质是经土壤微生物作用后，由多酚和多配类物质聚合而成的含芳香环结构的、新形成的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，也是土壤有机质中最难降解的组分，一般占土壤有机质的60%～80%。

3.黑炭。黑炭（black carbon)也被称为焦炭（char)或木炭（charcoal),是自然土壤中因森林等植被发生火灾而产生的一类复杂的有机物质，其含碳量高达70%～85%,芳化度很高，具有多孔结构和大的比表面积，因表面氧化而存在带负电荷的羧基等官能团，含有一定量的磷钾等灰分，pH较高，其化学稳定性和生物稳定性极高。在大多数森林土壤中，黑炭占土壤有机质的5%～10%或更高。因秸秆焚烧等，黑炭也存在于农业土壤中。由于黑炭具有上述独特的性质，近年来在土壤改良和肥力提升中有较广泛的应用。生产上，通常采用生物质（例如木材、农作物秸秆、畜禽粪便、植物组织或动物骨骼等）,使其于200～800℃在缺氧或无氧条件下热解而生成芳香族碳结构为主的高分子有机物质，这类人工制备的有机物质被称为生物质炭。