腐殖质

腐殖质（humus）又作腐植质，是土壤特异有机质，也是土壤有机质的主要组成部分，约占有机质总量的50%－65%。腐殖土（humus soil）又作腐植土、栽培土，则是富含腐殖质的土壤。

腐殖质是一种分子复杂、抗分解性强的棕色或暗棕色无定形胶体，动植物残体（如：植物枯枝落叶及动物的排泄物、皮毛和尸体）经微生物分解转化又重新合成的一类有机高分子化合物。整体黑色或褐色，无定型。具有适度的粘结性，能够使粘土疏松，粘土粘结，是形成团粒结构的良好胶结剂。腐殖质的成分主要有胡敏酸（humic acid，腐植酸）、富里酸（fulvic acid）、胡敏素（humine）等，其含量比例随土壤而异。

腐殖质含有多种可改善土壤健康的养分，其中最重要的是氮。腐殖质的碳氮比（C:N）通常在 8 到 15 之间，中位数约为 12。腐殖质是无定形的，缺乏植物、微生物或动物所特有的细胞结构。

在养分生物循环中，生物死亡后，生物残体会进行矿物化的过程转化成矿质养分。但是生物残体也会不完全被矿物化。生物残体会进行腐殖化过程，以腐殖质形式保留下来。即是在养分生物循环中，生物残体转化成矿质养分的一个养分储藏室，腐殖质最终会进行矿物化过程转化成矿质养分的。腐殖质的重要是当雨水冲走泥土上的矿质养分时，而微生物未能及时分解生物残体来补充（微生物分解生物残体时间很慢），腐殖质可以根据土壤养分浓度来释出养分来补充，对肥力有积极作用。

## 腐植化（Humification）

微生物将大部分土壤有机质分解成无机的矿物质，当这些矿物质融于水中时，植物的根部就可以将其吸收作为养分，有机质变成无机的矿物质，这个过程被称为“矿化”。在这个过程中，分解有机物中的氮和其他养分被回收，这就形成氮循环与养分循环。然而，一部分有机物不会矿化，而是通过称为“腐植化”的过程进行转化。在现代分析方法出现之前，早期证据让科学家相信腐植化让对微生物无法对有机聚合物进行分解，然而，最近的研究表明微生物还是能够消化腐植质。

腐植化可以在土壤中自然发生，也可以透过人工堆肥产生。有机物透过腐生真菌、细菌、微生物和土壤动物（如：蚯蚓、线虫、原生动物和节肢动物）的工作进行腐植化，植物遗骸（包括动物消化和排泄的植物遗骸）富含有机化合物，如：糖、淀粉、蛋白质、碳水化合物、木质素、蜡、树脂和有机酸。土壤中的腐烂反应始于碳水化合物中糖和淀粉的分解，当食腐动物最初侵入死亡的植物器官时，这些糖和淀粉很容易分解，而剩余的纤维素和木质素分解的很缓慢。简单的蛋白质、有机酸、淀粉和糖迅速分解，而粗蛋白、脂肪、蜡和树脂在较长时间内保持相对不变。木质素可被白腐真菌（white-rot fungi）快速转化，是腐植质的主要的初期产物之一，同时也是微生物和动物活动的副产物。透过腐植化产生的腐植质是植物、动物或微生物来源的化合物和复杂生物化学物质的混合物，在土壤中具有许多功能和益处。蚓粪堆肥（蚯蚓堆肥）是公认最佳的有机肥料。

## 稳定性（Stability）

大部分土壤中的腐植质已经存在超过 100 年，而不是分解成二氧化碳，可以视为稳定的；这些有机物质因为被微生物或酶的作用所保护，因为它们隐藏在土壤团粒内，或与黏土紧密吸附或形成复合物。大部分没有受到这种保护的腐植质会在 10 年内分解。稳定的腐植质在土壤中提供的植物可利用营养较少，但有助于保持土壤的物理结构。一种非常稳定的腐植质形式是在将精细粉末状的木炭混入表层土壤后，通过土壤碳的缓慢氧化（氧化还原作用）形成，有人推测这个过程对于形成非常肥沃的亚马逊黑土可能很重要。然而，最近的研究表明，复杂的土壤有机分子可能比之前认为的要不稳定得多～目前的证据不支持在土壤中形成大分子大小和持久的“腐植物质”，相反，土壤有机物质是逐渐分解的有机化合物的连续体。

## 组成

土壤腐殖质主要由碳、氢、氧、氮、硫、磷等营养元素组成，从元素含量看，胡敏酸含碳、氮、硫较富里酸高，而氧含量较富里酸低；在腐殖质中含氮组分的主要形态有蛋白质-N、肽-N、氨基酸-N、NH3-N，以及嘌呤、嘧啶、杂环结构上的N；在不同环境条件下，腐殖质的含氮组成有明显差异，热带土壤中有较多的酸性氨基酸，而在北极土壤中这类氨基酸含量较低，热带土壤所含碱性氨基酸较其他土壤少。

另外，实验观察表明土壤中氨基酸的组成与细菌产生的氨基酸相似，这说明土壤蛋白质、肽和蛋白质起源于微生物。

## 形成

腐殖质形成是非常复杂的生化过程，有 3 种学说：

- 木质素-蛋白质聚合学说：认为腐殖质由木质素、蛋白质及其分解中间产物，在微生物的作用下发生聚合而成；木质素由不饱和的酚苯丙醇组成，苯环上有羟基，所以在分解中可以形成脂类、酚类和醌类化合物等，这些化合物再与氨基酸、氨及其蛋白质发生聚合反应，形成腐殖质。
- 生化合成学说：认为土壤有机质分解的中间产物，如多元酚和氨基酸等，在微生物分泌的酚氧化酶作用下缩合聚合反应形成腐殖质。
- 化学催化聚合学说：认为土壤有机质分解的中间产物如酚类化合物、氨基酸等在蒙脱石、伊利石和高岭石表面吸附的铁、铝催化下能合成腐殖质。

## 土壤有机物质和腐植质的好处

对于一些人来说，化学稳定的腐植质之重要性在于它对土壤的肥沃性，无论是在物理还是化学层面上，尽管一些农业专家更加关注其它方面的特性，比如它对抑制病害的能力。腐植质有助于土壤增加孔隙，保持水分，并促进良好的土壤结构的形成。将氧气纳入大型有机分子组合物中可以产生许多活性的、带负电的位点，这些位点与植物营养物质的带正电的离子（阳离子）结合，通过离子交换使它们更容易被植物吸收。腐植质使土壤中的生物能够进行喂食和繁殖。

- 将土壤有机物质转化为腐植质的过程为土壤中的微生物和其他生物提供营养，从而保持高水平和健康的土壤生命。
- 土壤有机物质转化为腐植质的速率会促进（当速度较快时）或限制（当速度较慢时）土壤中植物、动物和微生物的共存。
- 有效的腐植质和稳定的腐植质是微生物的额外营养来源：前者提供即时可用的供应，后者则作为长期储存库。
- 死亡植物物质的分解会导致复杂的有机化合物被慢慢氧化（类木质素腐植质），或者分解成较简单的形式（糖和氨基糖以及脂肪和酚类有机酸），这些有机物质进一步转化为微生物生物量（微生物腐植质）或重新组织并进一步氧化为腐植组合物（富勒酸和腐植酸），这些腐植组合物与黏土矿物和金属氢氧化物结合。植物吸收腐植物质的能力及其代谢方式长期以来一直存在争议，而现的共识是认为，腐植质在植物生理中的功能是激素调节，而不仅仅是营养供应。
- 腐植质是一种胶体物质，它增加了土壤的阳离子交换能力，因此能够通过螯合作用储存养分。虽然这些养分阳离子对植物可用，但它们被土壤保留，不会被雨水或灌溉淋洗。
- 腐植质可以储存相当于其重量 80-90％ 的水分，从而增加土壤抵抗干旱的能力。
- 腐植质的生物化学结构使其能够调节过度酸性或碱性的土壤条件。
- 在腐植化过程中，微生物分泌出黏性的黏液状物质，这些物质可以将土壤颗粒黏合在一起，有助于土壤的松散结构（土壤质地）并增加土壤通气性。重金属和过量营养等有毒物质可以与腐植质的有机分子螯合（chelation），从而防止其流失。
- 腐植质的深色，通常是棕色或黑色，有助于在春季加热寒冷的土壤。
- 腐植质通过碳固定的潜力可以帮助减缓气候变化。从农业废弃物合成的人工腐植酸和人工腐植酸能够增加土壤中溶解有机物和总有机碳的含量。

总之，其作用有：

养份储存（保存肥力能力）：土壤除了保存生物残体被腐殖化的养分外，还可以胶体物质的特色去吸收植物不可缺少的阳离子，如钾、钙、镁等。

土壤颜色：阳离子中铁离子及腐殖质是土壤颜色的主要染色物质，可以通过土壤颜色去分析土壤阳离子的成分。

土壤结构：土壤团粒结构形式有利植物生长。因为团粒结构具备毛管孔隙、非毛管孔隙等多级孔隙，对土壤水分及土壤空气有适当协调的作用。这个结构单位内的土壤主要是以胶体物质团结起来的，而腐殖质就是其中的一种。