理论教育 有机物质的分解过程及其作用

有机物质的分解过程及其作用

时间:2023-05-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:土壤有机物质的分解、矿化过程都是在微生物参与下进行的。在适度湿润又通气的情况下,好气微生物活跃,有机质分解快,分解比较充分,矿化率高,中间产物积累少。土壤水分过多,通气不良时,主要是嫌气微生物活跃,有机物质分解慢,分解不完全,矿化率低,容易积累一些中间产物。许多农药,包括一些生物农药都能影响分解过程,有类似调节剂的作用。此外,某些污染物质,如重金属同样也影响分解过程。

有机物质的分解过程及其作用

(一)分解的三个过程

生态系统中的分解作用是一个复杂的过程,由三个环节组成即降解过程(K)、碎化过程(C)和溶解过程(L)。

降解是在酶的作用下,有机物质进行生物化学的分解,分解为单分子的物质(如纤维素降解为葡萄糖)或无机物(葡萄糖降解为二氧化碳和水)。碎化与降解的作用不同,是指颗粒体的粉碎,是更为迅速的物理过程。主要的改变是动物生命活动的结果,当然,也包括了非生物因素,如风化、结冰、解冻和干湿作用等。溶解完全是物理过程,是指水将资源中的可溶性成分解脱出来。溶解的速率也会受到上述两个过程的影响。

分解过程(D)实际上是这三个分解过程的乘积,即:

D=KCL

分解作用的模型是包括上述三个过程在一定时间中将资源从一种(R1)状态转化为另一种(R2)状态。控制该过程的驱动变量是物质的性质(Q)、作用的生物有机体(O)和分解过程中环境的理化条件(P)。

最简单的状态变化是资源量的减少。分析表明,资源丧失了一些物质,同时部分剩余物伴随着资源的颗粒化,其化学成分也发生了变化。资源的分解是一个较短的时间,通常为数周,原始状态的资源经碎化、降解转化为无机物、分解者组织、腐殖质和未变化的降解颗粒。而通过溶解作用已把可溶性成分从资源中解脱出来。如果,经过一个更为长期的分解,资源有可能得到较为彻底的分解,这个时间可以上百或者数千年。

在生态系统分解资源的过程中,这三个过程都可同步进行,很难对这三者的作用加以截然区分。

(二)影响分解的生态因素

物理的和生物化学的分解过程是复杂的,随着分解进程的深入,资源物质的多样性将会减少,直至仅剩下无机的元素为止。任何有机物质的分解都包括三个组成部分(O、Q和P),有时其中的某一个部分可能占优势。

土壤有机物质的分解、矿化过程都是在微生物参与下进行的。因此,影响土壤微生物活动的因素都是影响有机物质转化的因素,这些因素主要是:

①土壤温度。土壤微生物活动的最适宜温度一般在25℃~35℃之间;当土壤水分含量适宜时,在0℃~35℃范围内,随温度的增高,微生物活动明显增强;高于45℃或低于0℃时,一般微生物活动受到抑制,多停止活动。②土壤湿度和通气状况。水分多少直接影响土壤的通气。通气状况又直接影响有机物质转化的方向和速度。在适度湿润又通气的情况下,好气微生物活跃,有机质分解快,分解比较充分,矿化率高,中间产物积累少。土壤水分过多,通气不良时,主要是嫌气微生物活跃,有机物质分解慢,分解不完全,矿化率低,容易积累一些中间产物。③pH状况。各种微生物都有各自最适宜活动的pH值和可以适应的范围。pH过高、过低对微生物活动都有抑制作用。(www.daowen.com)

(三)资源基质

资源按基质的化学特性,可分为三种类型:碳和能量的来源、营养物及调节剂。

1.碳和能量的来源

死的有机物中,碳和能量包含在各种聚合化合物中,主要在植物枯枝落叶和残体中。它们以糖类、纤维素和木质素等形式存在。有分解能力的生物对这些物质的分解特性有很大的区别,一般对单糖、淀粉和半纤维素等资源分解较快,对纤维素和木质素等则难以分解。

2.营养物

一般说,动物性有机物质和微生物有机物质的营养元素比植物性资源高。植物性资源含量依次是种子、落叶树的叶、针叶树的叶,最低为木质组织。分解速率大致也按这个顺序而降低。

生态系统中的分解速率与碳氮比之间存在着直接的相关性,换句话说,碳对氮的比例经常决定生物降解的程度和速率。因为,起分解作用的微生物组织中碳氮约为10∶1,较为适宜的比例是25~30∶1。这是因为微生物进行合成时,碳用于呼吸代谢的消耗,碳氮随时间而降低,直到接近于25∶1。如果碳氮<25∶1,意味着氮量过剩,氮将以氨的形式而散失。大多数植物组织碳氮为40~80∶1,氮是限制性因素,这时,分解速率决定于氮的供应。如有外源性氮的供应,分解速率能够加速。

3.调节剂

资源中有的化学成分影响分解者的生理和行为。植物的保护性适应能抑制草食动物取食的行为。有时这种作用不仅在活着的植物中有,甚至在枯枝落叶离开树干以后还会发挥作用,如单宁就是分解过程中特别重要的调节剂。

许多农药,包括一些生物农药都能影响分解过程,有类似调节剂的作用。此外,某些污染物质,如重金属同样也影响分解过程。实验研究表明,锌、铁、铝、镉、铜和硫等可降低物质分解的速度;铜、锌、镉和镍离子具有强烈杀真菌的作用,尤其能抑制孢子的萌发。

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