有机肥料的特性作用

发表时间:2020-07-03 16:28

有关土壤有机质的研究已有170多年的历史人们对土壤有机质的最初认识是它是作物营养的唯一来源对作物的产量至关重要毋庸置疑土壤有机质对作物生长所具有的直接作用和间接作用是客观存在的但其作用会因为不同地域、不同土壤管理方式及不同的气候条件而有所不同土壤有机质仍是土壤学和作物栽培学领域普遍关注的研究热点.

1、土壤有机质是土壤肥力的核心

土壤有机质泛指土壤中以各种形式存在的含碳有机化合物,指土壤中来源于生命的物质,是土壤中除土壤矿物质以外的物质,虽然仅占土壤总量的很小部分,含量仅1%~3%,但对土壤性状的影响极大,它是土壤中最活跃的部分,是土壤肥力的基础,也是衡量土壤肥力的重要指标之一。

土壤有机质是耕地质量的核心,没有土壤有机质的土地不能作为耕地。按照农业农村部的有关规定,在确定一块土地可不可以作为耕地的质量验收评定中,土壤有机质含量≥6g/kg是一个基本要求,否则不能认定为耕地。土壤有机质含量的高低是土壤肥力的第一重要标志,在一定的土壤有机质含量范围内,土壤肥力随着有机质含量的提高而升高,有机质的含量与土壤肥力水平呈正相关,可以说没有土壤有机质就没有土壤肥力。

2、有机质是植物营养的主要来源之一

土壤有机质来源于植物生长,吸收了大量土壤养分,故而含有作物生长所需的各种营养元素,为土壤微生物生命活动的能源,对土壤物理、化学和生物学性质都有着深刻的影响。土壤有机质中含有大量的植物营养元素,如N、PKCaMgSFe等重要元素,还有一些微量元素。土壤有机质在矿质化过程中释放大量的营养元素为植物生长提供养分;有机质在腐殖化过程中形成腐殖质,保存了养分,腐殖质又经矿质化过程再度释放养分,从而保证植物生长全过程的养分需求。

有机质的矿质化过程分解产生的CO2是植物碳素营养的重要来源,据估计,土壤有机质的分解及微生物和根系呼吸作用产生的CO2,每年可达135亿吨,大致相当于陆地植物的需要量。由此可见,土壤有机质的矿化过程产中生的CO2既是大气中CO2的重要来源,也是植物光合和作用的重要碳源。

土壤有机质还是土壤N、P最重要的营养库,是植物速效性NP的主要来源。土壤全N92%98%都是储藏在土壤中的有机N,且有机N主要集中在腐殖质中,一般是腐殖质含量的5%,据研究,植物吸收的氮素有30%60%是来自土壤。

土壤有机质中有机态P的含量一般占土壤全磷的20%50%,随着有机质的分解而释放出速效磷,供给植物营养,植物吸收的磷中50%70%是来自土壤。土壤中的磷一般不以速效态存在,常以缓效态存在,因此土壤中磷的有效性低。土壤有机质具有与难溶性的磷反应的特性,可增加磷的溶解度,从而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率。

在大多数非石灰性土壤中,有机质中有机态硫占全硫的75%~95%,随着有机质的矿质化过程而释放,被植物吸收利用。

土壤有机质在分解转化过程中,产生的有机酸和腐殖酸对土壤矿物部分有一定的溶解能力,可以促进矿物风化,有利于某些养分的有效化。一些与有机酸和富里酸络合的金属离子可以保留在土壤溶液中不致沉淀,从而增加其有效性。

土壤腐殖质与铁形成的某些化合物,在酸性或碱性土壤中对植物及微生物是有效的

3、促进植物生长发育

土壤有机质,尤以其中的胡敏酸,具有芳香族的多元酚官能团,可以加强植物呼吸过程,提高细胞膜的渗透性,促进养分迅速进入植物体。胡敏酸的钠盐对植物根系生长具有促进作用,试验结果证明胡敏酸钠对玉米等禾本科植物及草类的根系生长发育具有极大的促进作用。土壤有机质中还含有维生素B1. B2. 吡醇酸和烟碱酸、激素、异生长素(β—吲哚乙酸)、抗生素(链霉素、青霉素)等对植物的生长起促进作用,并能增强植物抗性。土壤腐殖酸还是生理活性物质,它能加速种子萌发,增强根系活力,促进植物生长,对土壤微生物而言,腐殖酸也是一种促进生长发育的生理活性物质。

4、促进土壤结构形成,改善土壤物理性质

有机质本身不仅是疏松多孔体,有机质中的腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂,土壤有机胶体是形成水稳性团粒结构不可缺少的胶结物质,所以有助于黏性土壤形成良好的结构,改善土壤物理性质,从而改变了土壤孔隙状况和水、气比例,创造适宜的土壤松紧度。土壤有机质的黏性远远小于黏粒的黏性,只是黏粒的几分之一。一方面,它能降低黏性土壤的黏性,减少耕作阻力,提高耕作质量,另一方面它可以提高砂土的团聚性,促进土壤结构形成,改善其过分松散的状态,使土壤的透水性、蓄水性、通气性以及根系的生长环境都得到有效的改善。有机质在改善土壤物理性质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结构,促进团粒状结构的形成,从而增加土壤的疏松性,改善土壤的通气性和透水性。

腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂,土壤中的腐殖质很少以游离态存在,多数和矿质土粒相互结合,通过功能基、氢键、范德华力等机制,以胶膜形式包被在矿质土粒外表,形成有机—无机复合体。所形成的团聚体,大、小孔隙分配合理,且具有较强的水稳性,是较好的结构体。

土壤腐殖质的粘结力比砂粒强,在砂性土壤中,可增加砂土的粘结性而促进团粒状结构的形成。腐殖质的粘结力比黏粒小,一般为粘力的1/12,粘着力为黏粒的1/2,当腐殖质覆盖黏粒表面,减少了黏粒间的直接接触,可降低黏粒间的粘结力,有机质的胶结作用可形成较大的团聚体,更进一步降低黏粒的接触面,使土壤的粘性大大降低,因此可以改善黏土的土壤耕性和通透性。有机质通过改善粘性,降低土壤的胀缩性,防止土壤干旱时出现的大的裂隙。

土壤腐殖质是亲水胶体,具有巨大的比表面积和亲水基团,据测定腐殖质的吸水率为500%左右,而黏土矿物的吸水率仅为50%左右,因此,土壤腐殖质能提高土壤的有效持水量,这对砂土有着重要的意义。

腐殖质呈棕色、褐色或黑色物质,被土粒包围后使土壤颜色变暗,从而增加了土壤吸热的能力,提高土壤温度,这一特性对北方早春时节促进种子萌发特别重要。腐殖质的热容量比空气、矿物质大,而比水小,导热性居中,因此,土壤有机质含量高的土壤其土壤温度相对较高,且变幅小,保温性好。

5、促进微生物和土壤动物的活动

土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源。没有它就不会有土壤中所有的生物化学过程。土壤微生物的种群,数量和活性随有机质含量增加而增加,具有极显著的正相关。土壤有机质的矿质化率低,不会像新鲜植物残体那样对微生物产生迅猛的激发效应,而是持久稳定地向微生物提供能源。因此,富含有机质的土壤,其肥力平稳而持久不易造成植物的徒长和脱肥现象。

土壤动物如蚯蚓等,也以有机质为食物和能量的来源;有机质能改善土壤物理环境,增加疏松程度和提高通透性(对砂土而言则降低通透性),从而为土壤动物的活动提供了良好的条件,而土壤动物本身又加速了有机质的分解(尤其是新鲜有机质的分解)。进一步改善土壤通透性,为土壤微生物和植物生长创造了良好的环境条件。

6、提高土壤的保肥性和缓冲性

土壤腐殖质是一种胶体,有着巨大的比表面积和表面能,腐殖质胶体以带负电荷为主,从而可吸附土壤溶液中的交换性阳离子如K+、NH4+、Ca2+、Mg2+等,一方面可避免这些阳离子随水流失,另一方面又能被交换下来供植物吸收利用。其保肥性能非常显著。

土壤腐殖质和黏土矿物一样,具有较强的吸附能力,但单位质量腐殖质保存阳离子养分的能力比黏土矿物大几倍至几十倍,因此,土壤有机质具有巨大的保肥蓄水能力。

此外,腐殖酸本身是一种弱酸,腐殖酸和其盐类可构成缓冲体系,缓冲土壤溶液中H+浓度变化,使土壤具有一定的缓冲能力。更重要的是腐殖质是一种胶体,具有较强的吸附性能和较高的阳离子代换能力,因此,使土壤具有较强的缓冲性能。

7、提高土壤温度和稳定生态环境的作用

有机质颜色较暗,一般是棕色到黑褐色,吸热能力强,在同等的日照条件下,其土温相对较高,可改善土壤热状况,对于保护作物的根系抵御寒冷气候具有积极的作用。

土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲和力,对有机污染物在土壤中的生物活性、残留、生物降解、迁移过程和蒸发等过程有重要的影响。可溶性腐殖质物质能增加农药从土壤向地下水的迁移,能更有效的迁移农药和其他物质。腐殖物质还能作用还原剂而改变农药的结构、活性,降低毒性。

8、提高土壤养分有效性

有机质中腐殖质具有络合作用,有助于消除土壤的污染。对低产田来说,通过增加有机质含量可以培肥土壤,提高地力水平。对高产田来说,由于有机质不断分解,也需要不断补充有机质。腐殖质能和磷、铁、铝离子形成络合物或螯合物,避免难溶性磷酸盐的沉淀,提高有效养分的数量。

9、有机质可降低或延缓重金属污染

土壤腐殖质对重金属污染物毒性的影响可以通过静电吸附和络合(鳌合)作用来实现。土壤腐殖质含有多种功能基,这些功能基对重金属离子有较强的络合能力,土壤有机质与重金属离子的络合作用对土壤和水体中重金属离子的固定和迁移有极其重要的影响。各种功能基对金属离子的亲和力为:

烯醇基>胺基>偶氮化合物>环氮>羧基>羰基

如果腐殖质中活性功能基(-COOH、ArOHROH等)的空间排列适当,那么可以通过取代阳离子水化圈中的一些水分子与金属离子结合形成鳌合复合体。胡敏酸与金属离子的键合总容量大约在200600μmol/g,大约33%是由阳离子在复合位置上的固定,主要的复合位置是羧基和酚基。

腐殖质—金属离子复合体的稳定常数反映了金属离子与有机配位体之间的亲和力,对重金属环境行为的了解有重要价值。一般金属—富里酸复合体条件稳定常数的排列次序为:

Fe3+>AL3+>Cu2+>Ni2+>CO2+>Pb2+>Ca2+>Zn2+>Mn2+>Mg2+

其中稳定常数在pH=5.0时比pH=3.5时稍大。这主要是由于羧基等功能基在较高pH值条件下有较高的离解度,从而对重金属离子具有较高的络合性。而在pH值低时,由于大量的H+金属离子一起争夺配位体的吸附位,腐殖质络合的金属离子较少。

胡敏酸和富里酸可以与金属离子形成可溶性和不可溶性的络合物,主要依赖于饱和度,富里酸金属离子络合物比胡敏酸金属离子络合物的溶解度大。

胡敏酸可作为还原剂将有毒的Cr6+还原为Cr3+作为Lewis硬酸,Cr3+能与胡敏酸上的羧基形成稳定的复合体,从而限制动植物对其的吸收性。此外,腐殖质还能将Hg2+还原为Hg、Fe3+还原为Fe2+等等。腐殖酸通过对金属离子的络合、鳌合和吸附、还原作用,可降低重金属的毒害作用。

10、有机质对农药等有机污染物具有固定作用

土壤有机质对重金属、农药等各种有机、无机污染物都有一定固定与缓解作用。土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的新和力,对有机污染物在土壤中的生物活性、残留、生物降解、迁移和蒸发等过程有重要的影响。对农药的固定与腐殖质功能基的数量、类型和空间排列密切相关,这与与农药本身的性质有关。一般认为极性有机污染物可以通过离子交换和质子化、氢键、范德华力、配位体交换、阳离子桥和水桥等各种不同机理与土壤有机质结合。对非极性有机污染物可通过分隔(Paxtioning)机理与之结合。腐殖质分子中既有极性亲水基团,也有非极性亲水基团。

可溶性腐殖质能增加农药从土壤向地下水的迁移,富里酸有较低的分子量和较高酸度,比胡敏酸可溶性更高,能更有效地迁移农药等有机污染物质。腐殖酸作为还原剂而改变农药的结构,这种改变因腐殖酸中羧基、酚羟基、醇羟基、杂环、半醌等的存在而加强。一些有毒有机化合物与腐殖质结合后,其毒性降低或消失。

11、有机质对全球碳平衡的影响

土壤有机质也是全球碳平衡过程中非常重要的碳库。据统计,全球土壤有机质的总碳量在14×1017~15×1017g,大约是陆地生物总碳量(5.6×1017g)的2.53倍。而每年因土壤有机质生物分解释放到大气的总量为6.8×1015g,比全球每年因焚烧燃料释放到大气的碳低得多,仅为6×1015g是土壤呼吸作用释放碳的8%9%。可见,土壤有机质的损失对地球自然环境具有重大影响。从全球来看,土壤有机碳水平的不断下降,对全球气候变化的影响将不亚于人类活动向大气排放的影响。

12、土壤有机质必须进行更新和补充

根据土壤有机质的这些重要性质和作用,不难看出,土壤有机质含量多的土壤,其土壤肥力水平较高,不仅能为作物生长提供丰富的营养,而且土壤保水保肥能力强,能减少养分的流失,节约化肥用量,提高肥料利用率。有机质含量较少的土壤,情况则相反。因此,应该千方百计地增施有机肥料,提高土壤有机质含量,才能充分发挥化肥的增产效益。

土壤有机质提升工作具有工作量大、投入多、见效慢等特点,有机质在土壤中随时间推移不断降解,最终分解成CO2进入大气碳循环,因此它不能一劳永逸,必须长期坚持用养结合的原则,让土壤有机质保持在一定水平之上,从而保证土壤肥力正常发挥。

土壤每年因矿质化作用所能消耗的有机质数量占土壤有机质总量的百分数,称土壤有机质的矿化率,一般土壤矿化率为2%~3%。假若耕层土壤的有机质含量为2%,每亩耕上土壤重为15万公斤,则每年每亩耕层有机质分解量(公斤/)=土壤重量×有机质含量×矿化率=150000×2%×3%=90公斤。而据有关资料介绍,耕地施入的新鲜有机质有70%左右矿化,剩余的只有30%左右,即100公斤新鲜有机质只残留30公斤左右,显然,要保持土壤有机质含量不下降,即弥补90公斤/亩的有机质分解量,每年每亩最少应施入300公斤有机物质。

通常把一年内每公斤有机物分解转化成腐殖质的克数称腐值化系数。一般水男比旱地大,粘重土壤比砂土大,木质化程度高的比木质化低的大。旱地约在0.20~0.30之间,水田在0.200.40之间。


(摘自中国农业出版社《中低产田土壤障碍及改良技术》)

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