第七章 土壤生态系统
土壤生态学
土壤生态学作业专业：13级土壤学学号：13720431 姓名：车威一、名词解释1土壤生态系统:由相互作用和相互依赖的若干组成成分所构成的具有特定功能的网络系统，它是研究土壤同生物与环境间的相互关系。
或者说是为物质流与能量流所贯穿的一个开放性网状系统。
2、养分流：养分库之间的营养元素的迁移途径。
土壤养分在库间进行循环流动，并通过物理、化学及生物过程与环境进行营养元素交换。
3土地退化:通常包括森林的破坏与衰亡、草地退化、大气的恶化、草地退化、水资源恶化及土壤退化等。
4食物链与食物网：食物链是生态系统中，生物之间以摄食和被摄食的关系逐级传递物质和能量，呈相互依存的链状关系，称为食物链。
通过它将生态系统中生物与非生物、生物与生物之间紧密的联系起来。
食物网是由于一种消费者往往摄食一种以上的食物，或同一种食物可能被不同种类的消费者所取食，所以每一生态系统有多种食物链，形成错综复杂的食物网。
生态系统中能量的流动、物质的迁移和转化都通过食物链或食物网进行。
5生物放大：是指在同一食物链上，高位营养级生物机体的富集系数比低位营养级生物增加的现象。
二、问答题1、从土壤生态角度简答不同阶段的农业特征。
答：根据各个历史时期农业生态环境特点的不同，我国农业生态环境大体经历了四个阶段，即原始农业阶段、古代农业阶段、近代农业阶段和现代农业阶段。
原始农业阶段：由于这一时期原始人群刚刚结束了采集和渔猎生活，人类仍以依赖自然为主，对自然环境改造的力度和范围均非常小，因此农业自然环境接近原始状态。
自然环境无比优越，但生产力却极其低下。
是低下的农业社会经济环境。
古代农业阶段：自然环境的显著变化，气候有变干冷的趋势森林急剧减少，草场范围缩小，黄河泛滥加剧，长江以北著名大泽消失。
农业社会经济环境大大改观，与原始农业低下的社会经济条件相比，古代农业生产技术和生产条件有了很大提高。
铁制农具和畜力广泛使用、水利工程遍布华夏、精耕细作，游耕变定耕、农耕区不断扩大、农作物品种日益丰富、生态农业初现。
土壤生态系统中微生物的分类与功能
土壤生态系统中微生物的分类与功能土壤是生命之源，不仅是植物和动物的基础，也是微生物的家园。
微生物在土壤中扮演着极为重要的角色，对土壤质量和生态系统稳定性均有着重要影响。
其中，微生物的分类和功能显得尤为重要。
一、微生物的分类微生物普遍被分为细菌、真菌、放线菌等几大类。
在这些分类中，细菌是土壤中数量最多、种类最丰富的一类微生物。
它们可以分解有机质、氮素、磷素等微量元素，同时也可以合成许多生长因子，并转化、固氮。
真菌则常被称为土壤的“清道夫”，主要分解植物残体和其他有机化合物。
放线菌则拥有类似真菌的功能，在土壤中亦有广泛的分布。
在不同类型的土壤中，微生物的分类和数量有很大的差别。
例如，在农田土壤中，放线菌的数量要比森林土壤中高出许多。
同时，在酸性的土壤中，细菌的数量则相对较少。
因此，对于微生物的科学分类和了解其分布情况，可以帮助我们更好地了解土壤环境的特性，从而开展针对性的生物修复和保护工作。
二、微生物的功能在土壤生态系统中，微生物有着非常多样化的功能。
具体来说，微生物能够参与多种生物过程，包括有机物分解、氮素转化、生物固氮、矿物质转化等。
1. 有机物分解有机物分解是微生物最基础的功能之一。
微生物通过分泌酶类等方式，将有机物分解成小分子和单体，从而为土壤中的其他生物提供养分。
这一过程在生物圈中起到了非常重要的作用。
2. 氮素转化氮是植物生长和发育中必不可少的元素。
在土壤中，氮素的转化主要由细菌和放线菌参与。
细菌可以将有机氮素转化为无机氮素，放线菌则常被用于制备土地改良剂。
无论是哪种情况，在氮素转化中，微生物都扮演着不可或缺的角色。
3. 生物固氮氮在自然界中很容易揮发或被水溶解，因此固氮（将氮转化为固定的形式）就变得尤其重要。
这一过程与放线菌有着密切关联，但是其他微生物，在一定程度上也能将氮素转化为固定形式。
因此，对于生态系统的稳定和均衡发挥着极为重要的作用。
4. 矿物质转化矿物质转化是微生物在土壤环境中的另一功能。
土壤生态系统中有机质的形成和转化机制
土壤生态系统中有机质的形成和转化机制土壤是生物圈中最富有机质的物质之一，其中有机质的含量和质量对于土壤生态系统的稳定性和健康性起着至关重要的作用。
土壤中的有机质来自于植物、动物和微生物的残遗物、代谢物和分泌物等，而其转化和稳定又受到多种因素的影响。
本文将从有机质形成和转化的机制两个方面进行探讨。
一、有机质的形成机制1.1 植物残体和代谢物的归还植物残体和代谢物是土壤中有机质的主要来源。
在植物生长的过程中，一些植物器官、叶片、根系会自然掉落或被人为剪除，这些残体在分解后成为有机质的主要来源。
同时，在植物代谢的过程中，会产生一些有机物，如根泌物、凋落物等，这些也可以成为土壤中有机质的来源。
对于大部分的果树、蔬菜和农作物而言，其残体和代谢物都会在生长季节结束后留在田间，自然降解并归还到土壤中，形成土壤有机质。
1.2 土壤生物的活动土壤中有机质的形成同样受到土壤微生物的影响。
微生物可以通过分解植物残体和代谢物来获取能量和养分，同时将产生的有机质在土壤中转化、稳定。
一些临界温度水平以下的温度、湿度和pH值条件可利于极微生物代谢，从其外界环境中提取能量并释放二氧化碳、氨等气体。
一些微生物会分泌胞外酶降解植物及其他微生物生物体等有机物，产生一些未知的多肽、氨基酸、糖类、有机酸等化学品。
这些化学品可在环境物理化学条件稳定的环境下与土壤矿物质结合，形成有机质。
1.3 土壤矿质物和物理化学条件的影响土壤矿物质、物理化学条件包括温度、湿度、氧化还原状态等也对土壤中有机质形成和稳定发挥着重要作用。
如铁、铝等化合物对有机质的稳定起着明显的作用。
铁、铝化合物的存在会使有机质更容易稳定，并缩短有机质分解的时间。
不同的pH值对有机质的稳定性也有重大影响。
土壤中酸度和碱度对于有机质的分解过程造成了不同的影响，从而影响有机质的稳定性和分解速率。
二、有机质的转化机制2.1 微生物矿化微生物矿化是有机质在土壤中转化的主要途径之一。
微生物在进行代谢及生长时，会分解多种有机物质，其中包括植物碳源、动物碳源以及微生物自身的碳源等。
土壤生态学1概论
杨林章等，《土壤生态系统》，科学出版社，北京， 2005。
曹志平，《土壤生态学》，化学工业出版社，北京， 2007。
周启星等，《污染土壤修复原理与方法》，科学出版 社，北京，2004 。
Lijbert Brussaard et al. 《Soil Ecology in Sustainable Agricultural System》, CRC Press, 1997.
教学目的
通过本课程的学习使学生了解和掌握 土壤生态学的基本内容和研究方法。 为今后的学习和科研工作的开展奠定 基础。
授课方式
讲授为主，伴随讨论 其它？
成绩组成？
平时成绩：25%
包括课堂出勤率、测验、期中考试、 作业等
期末成绩：75%
预修课程：
土壤学 普通生态学
主要参考书
Ken Killham, 《Soil Ecology》, Cambridge University Press, 1994.
《土壤生态学》
王淑平
2012年9月12日
简介
主要内容 教学目的 成绩组成 要求 主要参考书
主要内容
本课程为土壤学、植物营养学及相关学科研 究生的专业基础课。
主要讲授土壤生态系统的结构与功能、土壤 生态系统中生物与生物之间、生物与非生物 环境之间的相互作用、功能性过程及调控规 律、土壤生态系统的退化与生物修复等内容。
第七章-土壤污染及其防治
第七章土壤污染及其防治土壤作为独立的自然体，被定义为位于地球陆地具有肥力、能够生长植物的疏松表层。
土壤生态系统的组成成分土壤生态系统与其他自然生态系统的组成一样，主要成分为：生命有机体部分，即植物和土壤微生物等；非生命无机环境部分，即太阳光、能、大气、母质、地表形态及土壤矿物质、水分和空气等。
土壤生态系统结构达到稳定的土壤生态系统具有一定的结构特征，即土壤生态系统的垂直结构和水平结构。
垂直结构一般由以下三个主要层次构成：⑴ 地上生物群体；⑵ 土被生物群落；⑶ 土被底层与风化壳生物群体层。
土壤环境的物质组成土壤环境是由固相、液相和气相三相物质组成的多相分散体系。
固相物质包括土壤矿物质和有机体(动植物残体及其转化物、土壤动物及微生物)等物质。
固体物质之间是形状、大小不同的孔隙，在孔隙中存在着液相物质(水溶液)和气相物质(空气)。
三相物质所占土壤容积比例因土壤类型不同而异。
通常，固相物质约占土壤总容积的50%，液相和气相之和约占50%。
土壤结构土壤固相物质很少呈单粒，多以不同形状的结构体存在。
土壤结构性是指土壤结构体的类型、数量、排列方式、孔隙状况及稳定性的综合特性。
近年来研究表明，土壤孔隙是土壤结构优劣的重要指标。
土壤环境结构土壤的环境结构是指土壤作为一环境系统的整体组成与结构而言，也指组成土壤各土层的固、液、气三相物质的比例、结构与组成，以及构成单个土体的三维层次构型而言。
换句话说，土壤环境是由不同数量、性质和排列发生土层组合构成的。
土壤环境的基本特点1．土壤环境的物理学特性及其对污染物迁移的影响（1）土壤孔性与污染物的迁移（2）土壤质地与污染物的转化2．土壤环境中的胶体物质对环境的影响3．土壤环境中的络合－螯合平衡体系4．土壤环境中的氧化还原平衡体系5．土壤的酸碱平衡体系6．土壤环境中的生物体系土壤微生物是污染的“清洁工”。
土壤微生物参与污染物的转化，在土壤自净过程及减轻污染物危害方面起着重要作用。
生态系统中的土壤和植物生理特性
生态系统中的土壤和植物生理特性生态系统是由相互作用的有机体、无机体和非生物成分共同组成的一个生态系统网。
其中土壤和植物生物是不可缺少的组成部分。
本文将简要介绍生态系统中土壤和植物生理特性，以及它们在生态系统中扮演的重要角色。
土壤的生态功能土壤是生态系统中最重要的组成成分之一，它可以提供植物生长所需的水分、营养和根部支撑，同时也是动物和微生物的生长场所。
由于土壤的复杂性和多元性质，其作用在生态系统中也愈加复杂。
我们可以分别从以下三个角度来阐述土壤在生态系统中的作用。
1. 生命支撑土壤包含着繁多的有机质和微生物，这些成分是土壤生态系统中的基石。
土壤提供了植物和动物所需的大部分营养，其中包括矿物质和有机物质，这些都是生命得以发展的必要条件。
2. 营建净化土壤还可以将化学物质降解成分子和其他元素，从而对生态系统起到一定的净化作用。
例如，确定数量的农药、肥料和其他有机化合物会沉积在土壤中，在此过程中可能会被重组成无毒化合物或被微生物消耗掉。
同时，土壤的生命活动还可以将有毒化合物中的重金属溶解成为无毒形式，降低对生态环境的伤害程度，这种作用称为土壤生命的“生命净化系统”。
3. 构建生态系统结构土壤作为生态系统中的一个重要组成部分，其厚度、酸碱度、成分和架构等等，都对生态系统的结构和功能产生着深远的影响。
不仅如此，土壤还可以影响水的运动，真正地改变了水文循环过程，可以说土壤的地位在生态系统中无可替代。
植物生理特性植物作为生态系统中的生物组成部分，其生理特性和种类差异十分明显。
所以我们不能用某一种植物的特点单独去代表整个植物界。
但是，总体上植物在生态系统中具有如下的生理特性。
1. 光合作用光合作用是指植物将太阳能转化成化学能，并在此过程中产生氧气的化学活动。
光合作用不仅是植物生长发育的基础，也是整个生态系统中完全不可或缺的重要环节。
植物通过光合作用为生态系统提供了丰富的能量。
2. 适应性植物适应性强，可以在不同的环境中存活和繁衍。
土壤生态系统定义
土壤生态系统定义土壤生态系统是指土壤与其中生物、植物以及环境之间相互作用的系统。
它是地球生态系统的重要组成部分，对维持生物多样性和生态平衡起着重要作用。
本文将从土壤生态系统的定义、组成、功能以及保护等方面进行探讨。
一、土壤生态系统的定义土壤生态系统是由土壤、其中的生物、植物以及环境之间相互作用而形成的一个复杂的生态系统。
它包括了土壤中的有机质、水分、空气以及其中的微生物、动物等生物群落。
土壤生态系统是地球生态系统的重要组成部分，对维持生物多样性和生态平衡起着重要作用。
二、土壤生态系统的组成1.土壤：土壤是土壤生态系统的基础，它由矿物质、有机质、水分、空气等组成，是植物根系生长的基质。
2.生物：土壤中的生物包括微生物、动物和植物等。
微生物是土壤生态系统中最重要的组成部分，它们参与了土壤养分的循环和有机物的分解，对土壤的肥力和生态系统的稳定性起着重要作用。
动物是土壤中的重要环节，它们通过食物链的关系参与了土壤养分的循环和有机物的分解。
植物通过根系的生长和分泌物质影响土壤的物理、化学和生物学性质。
3.环境：土壤生态系统的环境包括温度、湿度、光照等因素。
这些环境因素直接影响着土壤中的生物和植物的生长和分布。
三、土壤生态系统的功能1.养分循环：土壤生态系统通过分解有机物和养分的转化，使植物能够吸收养分，并通过食物链的关系传递给动物，从而实现养分的循环。
2.水分调节：土壤具有良好的保水性能，能够储存和调节水分，保持水分的适度，为植物的生长提供水源。
3.生物多样性维护：土壤生态系统是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一，它为众多微生物、动物和植物提供了适宜的生存环境，促进了生物多样性的维持。
4.空气净化：土壤生态系统中的微生物能够分解和吸附大量的有机物和污染物，起到净化空气的作用。
5.土壤保持：土壤生态系统通过根系的固土作用和有机质的积累，维持了土壤的稳定性和肥力，防止土壤侵蚀和水土流失。
四、土壤生态系统的保护1.合理利用土壤：合理利用土壤资源，避免过度开发和过度利用，保持土壤的肥力和生态系统的稳定性。
土壤生态系统的基本组成
菌体吸附或吸收
四、土壤水
（
）土壤水的
形态
气态水 土 壤 水 固态水
存在于土壤空气中的水汽 化学结合水 土壤水冻结形成的冰 吸湿水（紧束缚水） 吸湿水（紧束缚水） 吸附（束缚）水 吸附（束缚） 水（ 水（ 束缚水 水 水
态水 水
水 水 水
1、吸湿水
（1）定义：由干燥土粒的吸附力所吸附的气 定义： 态水而保持在土粒表面的水分。 态水而保持在土粒表面的水分。 存在形式：凝结在土壤颗粒表面。 （2）存在形式：凝结在土壤颗粒表面。 实验现象： （3）实验现象： 从室外取土，在室内风干后，表面上干燥了， 从室外取土，在室内风干后，表面上干燥了， 但把土壤放在烘箱中，重量会减轻； 但把土壤放在烘箱中，重量会减轻； 再放 置到常温常压下，土壤重量又会增加。 置到常温常压下，土壤重量又会增加。
25最适宜温度大约为25-35℃
⑶植物残体的特性
新鲜程度 1、物理状态 破碎程度 紧实程度
2、C/N比（碳氮比大的有机物分解矿化较困难或速度很慢） C/N比 碳氮比大的有机物分解矿化较困难或速度很慢）
原因：微生物自身的碳氮比大约是5:1
C/N影响 C/N影响
有机物质组成的碳氮比（C/N） 有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速 度影响很大。 25： 较为合适。 度影响很大。 以25：1较为合适。 C/N降至大约25： 以下， 降至大约25 ♥ C/N降至大约25：1以下，微生物不再利用土壤中 的有效氮， 的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放矿质 态氮
§1 土壤生态系统的基本组成
一、土壤矿物质 二、土壤有机质 三、土壤生物 四、土壤水 五、土壤空气
一、土壤矿物质
（一）土壤矿物质的矿物组成和化学组成 （二）黏粒矿物
土壤与农业生态系统的稳定性与可持续性
04
土壤与农业生态系统管理的关键技术
土壤肥力管理技术与方法
01
土壤肥力管理技术
• 施肥技术：合理使用化肥和有机 肥，提高土壤肥力 • 土壤改良技术：通过添加改良剂 和改善耕作方式，提高土壤质量
02
土壤肥力管理方法
• 土壤测试：通过土壤测试，了解 土壤养分状况，指导合理施肥 • 肥料施用推荐：根据土壤测试结 果和作物需求，推荐合理的肥料施用 方案
农业生态系统的功能包 括生产、生态和社会功
能
农业生态系统的稳定性 表现为对外部干扰的抵
抗能力和恢复能力
• 生物：农作物、微生物、害虫等 生物种群 • 环境：土壤、气候、水文等自然 条件 • 社会：农业生产、技术推广、政 策支持等社会因素
• 生产功能：提供农作物产量，满 足人类食物需求 • 生态功能：维护生物多样性，调 节气候和水资源 • 社会功能：提供就业机会，促进 农村经济发展
05
土壤与农业生态系统可持续发展的案例分析
国内外土壤与农业生态系统可持续发展的成功案例
国内成功案例
• 四川丹棱县生态农业：通过 生态农业示范区的建设，推广 生态农业理念和技术的应用 • 吉林梨树县黑土地保护：实 施黑土地保护工程，提高土壤 肥力和生产力
国际成功案例
• 荷兰循环农业：推广有机物 循环和养分循环的农业生产方 式，实现农业可持续发展 • 美国精准农业：利用现代信 息技术，提高农业生产和资源 利用效率
农业生态系统水资源管理技术与方法
农业生态系统水资源管理方法
• 水资源规划：制定农业水资源规划，合理分配水资源 • 水资源监测与评估：建立水资源监测与评估体系，了解水资源状况
农业生态系统水资源管理技术
• 雨水收集与利用：收集和利用雨水，减少农业对地下水的依赖 • 节水灌溉技术：采用滴灌、喷灌等节水灌溉技术，提高水资源利用效率
土壤生态学
土壤生态学土壤生态学是以土壤生态系统为载体和研究对象，以土壤生物为中心，研究土壤生物与土壤生物之间、土壤生物与土壤非生物环境之间的相互作用关系与过程的科学，属于生态学的新兴分支学科之一。
土壤生态系统在整个生态系统中居于十分重要的地位。
在生物圈中，其他生态因素发生变化，必然会影响土壤的变化；反之，土壤的变化，也会影响其他生态因素的变化。
在整个生态系统中，土壤不仅是农业生产的基本资料，而且还是以人类社会为主的区域生态系统的重要组成部分。
它同大气、水、生物和矿物资源一样，对人类社会的生存具有重要作用。
为此，国内外都很重视对土壤生态系统进行研究。
概念土壤生态学是是研究土壤环境与生物间相互关系，以及生态系统内部结构、功能、平衡与演变规律的学科。
着重研究土壤生态系统的结构、功能与演变的规律。
土壤生态学的研究对合理利用土壤资源，发展农、林、牧各业的生产，防治土壤污染、维持和建立良好的地区生态平衡等均有重要的意义。
发展简史土壤生态学的早期研究历史可以追溯到土壤微生物学和土壤动物学发展的历史。
19世纪60年代，欧洲农业科学工作者开始将李比西的植物矿质营养学说和巴斯德的发酵学说结合起来研究农业问题，认识到腐熟的有机肥料是细菌发酵作用的结果，并且认为土壤中存在无数微小生物。
豆科植物上的根瘤也开始受到人们注意。
这时许多人感到研究土壤中的微生物及其与植物营养的关系非常必要。
19世纪最后20余年至20世纪头20余年是研究土壤中微生物及其作用获得丰硕成果的50年，导致了土壤微生物学的创立。
瓦克斯曼所著《土壤微生物学原理》一书的问世，可以看作是这门学科正式诞生和成熟的一个重要标志。
七十年代兴起的环境科学，一直把土壤生态学看作是该学科体系中的一个重要组成部分。
随着环境科学的发展，土壤生态学逐渐形成为一门相对独立的新学科，它是在土壤学、生态学、微生物学、地理学、环境学等发展到一定阶段综合交叉而形成的一门边缘学科。
自20世纪80年代以来，国际土壤生态研究蓬勃兴起，在理论、方法以及研究内容拓展上取得较大进展，逐步成为现代土壤科学的重要热点领域，及生态科学的重要生长点之一.中国的土壤生态学起步于20世纪70年代末，过去30多年取得了长足的发展。
土壤生态系统的特点
土壤生态系统的特点土壤是陆地的一个重要组成部分，土壤生态系统是陆地生态系统的一个子系统，同时又是一个独立的生态系统。
土壤生态系统可以定义为：植物根系、土壤藻类、土壤动物和微生物与它们所处的土壤环境一起构成的统一整体。
土壤生态系统有别于一般生态系统，两者有着不同的边界。
一般生态系统是生物与生物、生物与环境之间长期相互作用而形成的统一整体，它着重研究生产者、消费者和环境三者之间的相互关系，土壤生态系统则是土壤各形成因素之间以及与人类生产活动之间相互作用、相互制约所构成的统一整体，它主要研究地球陆地表面各自然地理要素（地貌地形、气候、生物、土壤母质等）相互作用、相互联系以及植物、陆地水、大气、藻类、岩石风化物、动物和人之间的物质迁移与能量转换，以土壤综合管理为其目的。
一、土壤生态系统是多层次结构的复合生态系统土壤生态系统的结构包括两个方面，即水平结构和垂直结构，它占有三维空间，其具体范围可根据研究的目的确定。
如研究全球性的环境问题，可联系全球性或地带性土壤生态系统的结构和功能的变化；而景观层次的研究，可认识不同景观和地貌系列土壤生态过程与变化规律。
作为独立的土壤生态系统，其水平结构一般由多种子系统组成，而这些子系统又有等级层次的不同，它们在地球陆地表面呈现不完全连续的分布状态。
从类型来看，森林土壤、草原土壤、荒漠土壤、农田土壤等都是不同的土壤生态系统。
在这些系统中，又包含着多种多样，大大小小的更次一级的子系统，它们呈斑块状分布于地表。
土壤生态系统就是由这些子系统复合而成，根据区域的不同，它可能包括子系统的多少也不同。
每一个自然区域都可以划分为很多小面积的景观单位或地域单位。
图3-1 土壤生态系统剖面层次示意图土壤生态系统在垂直方向上从土壤的母质层至植被，其上界应包括近地面大气带及地上生物群在内，因为它含有不同分解阶段的有机质，与土壤生物活动、土壤腐殖质形成、养分循环等密切相关。
中间层是生物地被带，包括植株占有空间及其根系所及土层，相应的伴生的土中动物与微生物群。
生物在土壤生态系统中的功能
生物在土壤生态系统中的功能土壤是地球上最重要的自然资源之一，它不仅是植物生长的基质，还是维持生态平衡的关键要素。
土壤中的生物起着至关重要的作用，它们通过各种方式参与和影响着土壤生态系统的功能。
本文将探讨生物在土壤生态系统中的功能。
1. 有机质分解生物在土壤中参与有机质的分解，将有机物分解为可供植物利用的养分。
这一过程被称为腐殖质分解。
细菌和真菌是土壤中最主要的分解者，它们通过分泌酶来降解复杂的有机物质，释放出酸、氮、磷和其他营养物质。
这些养分对植物生长至关重要。
2. 养分循环土壤中的生物参与养分的循环过程。
植物吸收土壤中的养分，而动物则通过食物链和食物网将这些养分传递给更高级的消费者。
当动物死亡或排泄时，养分被还原到土壤中，再被其他生物吸收利用。
这一循环过程保持着土壤的肥力和物质循环。
3. 有害物质分解生物在土壤中参与有害物质的分解和降解。
土壤中的微生物可以降解一些有机物，如农药、残留的化学物质和污染物。
它们通过代谢作用将有害物质转化为无害的物质或释放为气体，从而减轻环境污染和毒性对生态系统的影响。
4. 土壤结构形成生物对土壤的结构形成起着重要作用。
土壤中的昆虫、蚯蚓等生物通过钻孔、运动和排泄物改善土壤的结构。
它们疏松土壤，增加孔隙度和通气性，有利于水分渗透和根系生长。
这种结构改善有助于提高植物的生长条件。
5. 土壤保持和侵蚀防控土壤中的植物和根系形成了更加稳定的土壤结构，防止土壤侵蚀和风蚀。
植物的根系扎根于土壤中，减缓水流速度，防止水土流失。
植物的茎和叶片也能阻挡风力对土壤的侵蚀。
因此，生物在土壤保持和侵蚀防控中发挥着不可替代的作用。
6. 碳存储和调控气候土壤中的生物参与着碳的存储和调控气候。
土壤是全球碳循环的重要组成部分，其中有机质是最大的碳储库之一。
土壤中的生物通过分解有机质，将其中的碳储存起来，并通过呼吸作用释放二氧化碳。
这些过程对调控气候变化具有重要意义。
综上所述，生物在土壤生态系统中担当着多种重要角色。
土壤的生态作用
针对污染的土壤，采取生态修复措 施，如植物修复、微生物修复等， 能够促进土壤污染的治理和恢复。
04
土壤污染与保护
土壤污染的来源与影响
土壤污染的来源
农业活动、工业排放、生活垃圾、自然因素等。
土壤污染对生态系统的影响
破坏土壤生态平衡、影响植物生长、污染水源、威胁人类健康等。
土壤污染对人类社会的影响
03
土壤在地球系统中的作用
水循环
土壤作为水循环的核心
土壤具有吸附、储存和传输水的作用，通过植物根系吸收水分，参 与水循环过程，为植物提供水分，同时也为地下水提供补给。
调节水文循环
土壤能够减缓地表径流，延长水分的入渗时间，增加地下水的补给 量，对水文循环过程产生重要影响。
水分平衡与气候调节
土壤水分的变化会影响气候，如干旱和洪涝等极端气候事件的频率 和强度。土壤水分平衡对于农业生产和生态环境具有重要意义。
森林土壤是森林生态系统的基础 ，具有维持生态平衡、保护水源
、调节气候等多种生态作用。
保护措施包括：植树造林、加强 森林资源保护、打击非法砍伐等
。
通过植树造林可以增加森林覆盖 面积，提高森林土壤的生态功能 ，增强其对全球气候变化的调节
能力。
城市土壤生态作用及改善策略
城市土壤受到城市活动和人类干 扰的影响，具有独特的生态特征
土壤是一个复杂而脆弱的生态 系统，其中包含着各种生物、 有机物和矿物质。
土壤的组成
土壤是由固体、液体和气体三相组成 的。
液体部分主要是水分，其中溶解了许 多矿物质和有机物。
固体部分包括矿物质、有机质和生物 残体。
气体部分主要是空气，其中包含二氧 化碳、氧气和氮气等。
02
土壤生态系统
系统功能
土壤生态系统的功能是土壤生物与土壤环境相互作用的结果。生态学家从生物地球化学观点出发，认为土壤 是地球表层系统中，生物多样性最丰富，生物地球化学的能量交换、物质循环（转化）最活跃的生命层。环境科 学家认为土壤是重要的环境因素，是环境污染物的缓冲带和过滤器。农业科学工作者和广大农民认为土壤是植物 生长的介质，更关心影响植物生长的土壤条件，土壤肥力供给、培肥及持续性。土壤学家和农学家则更多地**发 育于地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔结构表层。
（2）养分循环
养分循环与有机质的分解有关，主要是依靠微生物完成，但其分解的速率却取决于原生动物、线虫等微小的 取食者，同时较大的动物加速处理“热”粪便。土壤生物的养分循环是农业和林业形成的基础，高效的地上养分 循环同样是保持良好水质的基础。特殊的土壤细菌参与了自养生物的要素形成，它们并不依靠有机质作为食物源。
综合不同领域科学家的**层面，土壤生态系统的功能包括如下几个方面：
（1）土是地球绿地生态系统的基础
绿地生态系统中，土壤作为最活跃的生命层，事实上是一个相对独立的子系统。土壤在陆地生态系统中的作 用包括：①保持生物多活性、多样性和生产性；②对水体和溶质流动起调节作用；③对有机、无机污染物具有过 滤、缓冲、降解、固定和解毒作用；④具有储存并循环生物圈及地表的养分和其它元素的功能；
(3)生物扰动
作物的根和蚂蚁、白蚁、蚯蚓以及其它的大型土壤动物所打的通道、细孔，所形成的团聚体和堆积物深深地 影响土壤中的水、气状况，因而为其它土壤生物建立和改善微栖居环境，是保持农业和林业土壤结构的基础。引 入生物扰动者有时利于分解土壤中的有机污染物。
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结构特征
稳定的土壤生态系统具有一定的结构特征：①垂直结构。一般由三个层次构成：第一层为生物群体层，它是 植物进行光合作用的主要场所，所占空间的高度依植物种类而异；第二层是生物地被层，包括地面的生物群体及 植物根系所及的土层，其中土壤动物和土壤微生物丰富，生物物质的累积、分解、转化、矿质元素的淋溶、淀积 以及水分蒸发蒸腾的活跃场所；第三层是土壤底层和岩石风化层，生物有机体少，是土壤矿质养分元素与水分补 给的基地。②水平结构。一般有三种格局：均匀分布，生物种群的分布是均匀的，在二维空间上各占有一定的面 积；簇生分布，生物种群在空间上间断地成群分布；随机分布，土壤生态系统中多数生物种的分布都呈随机分布。
病虫害防治中的土壤生态系统调控
土壤改良
土壤结构改良
通过施加有机肥、土壤改良剂等手段改善土壤结构，提高土壤的 通气性和保水能力，从而增强土壤的生态功能和植物的生长能力
。
土壤酸碱度调节
根据植物生长需求和土壤酸碱度状况，通过施加酸碱调节剂或 有机酸等物质调节土壤酸碱度，创造适宜的土壤环境。
土壤养分管理
通过合理施肥、轮作等措施，调节土壤养分平衡，满足植物生 长所需的各种营养元素，提高植物的抗逆性和病虫害抵抗力。
病虫害对土壤生态系统的影响
破坏土壤结构
一些病虫害会破坏植物根系，影响土壤的团粒结构和通透性。
降低土壤肥力
病虫害会导致植物生长受阻，影响土壤养分的吸收和固定，降低 土壤肥力。
传播病原菌
一些病虫害可以传播病原菌，如线虫和细菌等，导致植物病害的 蔓延。
土壤生态系统调控在病虫害防治中的作用
1 2
增加生物多样性
化学防治
农药选择
根据病虫害种类选择合适的农药，并掌握最 佳防治时期，以减少农药使用量和残留量。
农药配制与施用
按照农药使用说明进行配制和施用，注意农药的混 合使用和安全间隔期，避免产生药害和农药残留超 标。
农药安全使用
加强农药安全使用宣传和培训，提高农民安 全用药意识和技能，减少农药对环境和生态 系统的负面影响。
物理防治
灯光诱杀
利用害虫的趋光性，采用黑光灯、蓝光灯等诱杀害虫成虫，降低 虫口密度。
人工捕杀
对于个体较大或群体集中的有害生物，可采用人工捕杀的方法直接 消灭。
阻隔法
利用各种障碍物阻止有害生物的侵害和繁殖，如设置防虫网、涂刷 粘虫胶等。
04
土壤生态系统调控的实际应用
农业生产的病虫害防治
农业生产的病虫害防治是土壤生态系 统调控的重要应用之一。通过合理的 土壤管理，如轮作、深耕、施肥等， 可以改善土壤生态环境，提高土壤微 生物活性，从而减少病虫害的发生。
土壤生态学
土壤生态学二、土壤生态系统的结构和功能土壤生态系统的结构主要包括构成系统的生物组成（种类）及其数量，生物组成在系统中的时空分布和相互之间的营养关系，以及非生物组成分的数量及其时空分布。
生物组份：初级生产者：根系、藻类光能和化能自养细菌；消费者：植食、菌食和肉食性土壤动物；分解者：土壤微生物、土壤动物；土壤酶和其他生物活性物质。
非生物组份是土壤生态系统的重要构成部分，是土壤生物的栖居环境和生命活动的物质基础。
土壤生态系统的生物组分和非生物环境之间的相互作用不但赋予了土壤生态系统的机构特质，而且决定着系统的功能。
因此，土壤生态系统结构分析是功能研究的基础。
结构方面的具体研究内容详见下表（人类活动干扰对土壤生态系统机构的影响非常重要，未单独列出）。
组成分析①土壤生物的种类组成及多样性数量分析①土壤生物种群及主要功能（营养）类群的规模（密度、生物量）相互作用①土壤生物种内相互作用②土壤生物中间（含根系）相互作用③土壤生物的食物链关系与食物网联结时空分布①土壤生物和非生物组分的分布及空间变异性②土壤生物种群和群落的动态、群落的演替及其与土壤环境的关系③土壤生态系统的空间分布于发展演替②土壤生物功能（营养）②根系和调落物的数类群的划分量、生物量或现存量③根系（际）、调落物质形态③土壤有机、无机物质及其它活性物质的含量和供应强度④土壤非生物组分或库物质的划分及鉴定⑤土壤生态系统类型或多样性分析④生物对土壤环境的适应及影响⑤土壤环境要素间的物理-化学相互作用及其对土壤生物的影响土壤生态系统的功能1、生态系统的功能可以简单地理解为保持生态系统运行的过程。
有时生态系统的功能又称为生态系统过程；2、和其它生态系统一样，土壤生态系统系统的功能也主要包括能流、物质循环和信息流等过程，它们是生态系统得以保持和发展的动力；3、结构与功能的关系密不可分：一定的生态系统结构决定了其具有特定的功能或过程格局，而功能又反作用于结构。
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异养生物。它们不能利用太阳能制造食物， 分解者 (Decomposers)主要指细菌、真菌和一 只能直接或间接依靠生产者植物为食物资 些原生动物。它们把动植物的排泄物和死亡的有 源获取所需要的能量，维持其生存。消费 机残体等复杂的有机物逐渐分解为简单的无机物 者根据其食性不同又分为植食动物 释放到环境中，被生产者重新吸收利用，所以分 (Herbivores)和肉食动物 (Carnivores) 。 解者又称为还原者 (Reducers) ，它们在有机物 的降解过程中获得能量和营养物质。
其结构因植物种类繁多，生活型各异而非常复杂。 丰富的食物和适宜的环境条件养育着种类繁多的动物。尤 其爬行类、两栖类和昆虫的数量和种类最多。此外营树栖 生活的灵长目动物也比较多，而大型食草动物比较贫乏。 我国的热带雨林主要分布于台湾南部、海南岛和西双版纳等 地。种类组成和结构比较简单，已属雨林的北部边缘类型。
粘粒
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海拔(m)
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北坡 同南坡
南坡 高山冰雪带
高山寒冻风化壳状地衣高山寒漠土带 高山寒带草甸高山草甸土带 亚高山寒带灌丛亚高山灌丛草甸土带
山地寒温带暗针叶林山地漂灰土带
山地暖温带针阔混交林山 地棕壤带
山地暖温带针阔混交林山地暗棕壤带
山地准亚热带半常绿阔叶林山地黄棕壤带 山地亚热带常绿阔叶林山地黄壤带
消费者动物有鼠、松鼠、鹿、鸟类、以及狐、狼和熊等。
温带落叶阔叶林地区也有针叶林分布，在我国多为油松林和侧柏 林。
北方针叶林
分布于北纬４５º －７０º 之间的寒温带地区，即从挪威向东伸延， 经瑞典、芬兰、俄罗斯和西伯利亚、越过白令海峡到达阿拉斯加和 加拿大。横贯欧亚大陆和北美的北部，形成一条完整的针叶林地带。
开旷的草原适宜善于竞走的大型植食动物的生活，如骆驼、黄羊 等，以写居为主的齿齿类动物也是草原上常见的第一性消费者。
分布于较湿润环境的主要有中生杂类草或莎草科植物组成的草甸 与草原不同。
荒漠
主要分布于亚热带和温带极端干燥少雨的地区，在北半球形成一 条明显的荒漠地带。我国的荒漠主要分布于西北和内蒙古地区。南 半球的智利、澳大利亚和南非也有分布。 极端大陆性气候，年降水量少，变率很大，蒸发量大于降水量数 倍。温度变化剧烈，尤以日温差最大。并多有风沙与尘暴。 由于食物资源比较单调和贫乏，动物种类不多，数量也少。常见 的有昆虫、蜥蜴、齿齿类和某些鸟类。 生产力极低。为地球上各类生态系统中生产力最低者之一。然而 由于荒漠地区年日照比较高，生长季热量充足，在有条件的地方， 当加以施肥与灌溉，荒漠可以成为局部高产的环境。
典型亚热带常绿阔叶林分布于我国长江流域、朝鲜和日本的南部、 美国东南部以及新西兰等地。气候多受季风影响，四季较明，夏季 高温潮湿多雨，冬季少雨不甚严寒。该类常绿阔叶林的植物种类和 群落结构也相当复杂。但远不如热带雨林，其生产力仅次于热带雨 林。
温带落叶阔叶林
几百万年以前，这类森林几乎扩展到整个北半球温带，更新世的 冰川和干旱把它们分割成：西欧、东亚和北美。在我国主要分布 于华北地区。 气候四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。 构成主要树种是栎、山毛榉、槭、椴、桦等。具有比较宽薄的叶 片，秋冬落叶，春夏长叶，群落的垂直结构一般都具有四个非常 清楚的层次：乔木层、灌木层、草本层和苔藓地衣层。藤本和附 生植物极少。各层植物冬枯夏荣，季相变化十分鲜明。
• • • • • • • 1、热带雨林生态系统 2、亚热带常绿阔叶林 3、温带落叶阔叶林 4、北方针叶林 5、温带草原 6、荒漠 7、冻原
热带雨林
分布在赤道两侧纬度２０º 范围内，以南美亚马孙河流域、 东南亚热带地区和非洲刚果河流域面积最大、发育的最好。 终年高温多雨，土壤多砖红壤。
植物种类极为丰富，是其他生态系统无与伦比的。
（二）土壤的组成、结构
• • • • • • --------图
•土壤中的有机质包括两大类： 1 、矿物质组成 •①原始残体及半分解的有机质； -----表 土壤中的矿物质（无机物）源于岩石的风化作用 。 2 、土壤粒组 •②新形成的腐殖质 从起源来说，土壤中的矿物质包括了岩石碎屑、原 3 、土壤质地 生矿物和次生矿物三个部分。 •有机残体在土壤中的转化有两种不同的途径。 (1)砂质土类 :砂质土类是指以砂粒为主的土壤， •一种叫矿质化过程，也就是分解过程。即有机残体在细 4 、土壤结构 岩屑是大块岩石破坏后的残屑，但仍然是一种矿物 通常砂粒含量在70％以上 。分出两种具体的质 CO2 菌和真菌的作用下彻底氧化分解为尤机矿质养分与 质的集合体； •土壤团聚体或结构体按形态一般分为球 5 、土壤有机质 和地类型：砂土和壤砂土。 H2O的过程。
南迦巴瓦峰土壤垂直带谱（彭补拙）
1000
河谷准热带季雨林黄色赤红壤带
第二节 生态系统
（一） 生态系统的概念 （二）生态系统的组分和结构 （三） 生态系统的功能 （四） 生态系统的反馈调节与生态平衡 （五） 几种主要的陆地生态系统
（一） 生态系统的概念
• 生态系统就是指在一定空间内生物成分(生 物群落)和非生物成分(物理环境)通过物质 循环和能量流动相牛作刚、互相依存而形 成的一个生态学功能单位
2、生态系统的结构
• （1）食物链 在生态系统中以生产者植物为起点，一些生物 • （2）食物网 有机体以吃和被吃的关系，即通过食物的关系 • （3）营养级 彼此联结而形成的—个能量与物质流通的系列 各个食物链彼此交织、错综联结形
即为食物链(Food chain) 成复杂的能量与物质流通的网络， 在生态系统的食物网中，凡是以相同的方式获 此即食物网(Foodweb) 它有两个主要类型：即捕食食物链 (Predator 取相同性质食物的植物类群和动物类群可分别 food chain)和碎屑食物链(Dctrital food chain)。 称作为一个营养级。换句话说，在食物网中从 生产者植物起到顶部肉食动物止，在各食物链 上凡属同一级环节上的所有生物种就是一个营 养级。
（三）土壤的分类与分布
• 1、土壤的分类
• 前苏联采用的是8级土壤分类系统：土类、亚类、土属、土种、亚种、 变种、土系、土相。 • 美国采用的是土纲、亚纲、土类、亚类、土族、土系6级分类系统。 • 中国采用的是土纲、亚纲、土类、亚类、土属、土种、变种7级分类 系统。共分出12个土纲、27个亚纲、60个土类、234个亚类。土纲有 铁铝土、淋溶土、中淋溶土、钙层上、干旱土、漠土、初育土、半水 成土、水成土、盐碱土、人为土和高山土 • 表4-3 中国土壤系统分类土纲和亚纲（1995）
状、板状(片状)、块状和柱状四种基本形 (2) 粘质土类:粘粒占优势的土壤属于粘质土类， 原生矿物是岩屑进一步分解破坏、矿物集合体分散 态。 •一种称为腐殖化过程，其产物是腐殖质。 粘粒的含量 — 般不低于 40％。可分出粘土、砂 后的产物； • 土壤共计有 7 种结构形态：疏粒状、团 •腐殖质：有机残体在微生物不完全分解时的中间产物， 质粘土和粉砂粘土三个具体类型。 粒状、片状、棱块状、团块状、棱柱状、 次生矿物是原生矿物化学风化或蚀变后的新型矿物 能重新合成一类性质较稳定的有机高分子化合物，称为 圆柱状 (3) 壤质土类:壤质土可以看作是砂粒、粉砂粒和 腐殖质。 粘粒三者在比例上均不占绝对优势的—类混合土 壤。
（二）生态系统的组分和结构
1、生态系统的组分
2、生态系统的结构
1、生态系统的组分
• • • • （1）非生物成分 包括太阳辐射能、H2O、CO2、O2、 （2）生产者 各种无机盐类和蛋白质、脂肪、糖类、 生产者(Producers)包括所有的绿色 （3）消费者 腐殖质等有机物质。它们是生物赖以 植物、蓝藻和为数不多的光合细菌与 生存的物质和能量的源泉。 消费者 (Consumers)包括各类动物，属于 （4）分解者 化学能合成细菌。
生态系统中的反馈（正反馈（左）和负反馈（右））
污染↑ ↑ ↑ 污染↑ ↑ 污染↑
狼↑ 狼↓ 狼 饿 死 狼 吃 饱 吃了 吃了 较少 较多 兔子 兔子
鱼死亡↑
鱼死亡↑ ↑
鱼死亡↑ ↑ ↑
兔 吃 饱
兔 饿 死
兔↑ 兔↓ 吃了 大量 的草 植物↓ 植物↑
吃了 较少 的草
（五） 几种主要的陆地生态系统
-------图
（四） 生态系统的反馈调节与生态平衡
-------图
• 当生态系统处于相对稳定状态时，生物之 间和生物环境之间出现高度的相互适应与 协调，种群结构与数量比例持久地没有明 显变化，能量和物质的输入与输出大致相 等，以及结构与功能之间相互适应并获得 最佳协调关系，这种状态就是生态平衡 (Ecological balance). -------图 • 反馈调节
• 2、土壤的分布
• 由于成土因素如气候、生物具有地带性分布规律，导致土壤的分布具 有地带性分布规律 • 图4-15 中国土壤水平地带分布模式
•
图 南迦巴瓦峰土壤垂直带普
3.理想土壤的成分体积比例
表4.1 土壤颗粒分组
颗粒名称 砾石 粗砂 细砂 粉砂 直径(mm) <2.00 2.00~0.2 0.2~0.02 0.02~0.002
公司
徽标
第7章 土壤 生态系统
第6章 土壤 生态系统
第一节 土壤
第二节 生态系统
第一节 土壤
（一）土壤和土壤肥力 （二）土壤的组成、结构
（三）土壤的分类与分布
（一）土壤和土壤肥力
• 土壤：地球陆地表面能够生长植物的疏松 表层 • 土壤肥力：指土壤为植物生长不断地供应 和协调养分、水分、空气和热量的能力
亚热带常绿阔叶林
主要分布于南北纬度２５º －４０º 之间的亚热带地区。气候温暖， 降水较多，生长季长，生物种类丰富，构成森林的树种多具有宽阔 常绿的叶子。由于各地气候条件与动植物区系的差异，又可以 分 为两类：
硬叶常绿阔叶林 分布于具有地中海型气候的区域里，入地中海 周围地区、加利福尼亚、澳大利亚西南部等地。冬季温暖多雨， 夏季干热。发育着旱生特征很明显的硬叶常绿阔叶林，乔木以栎 类为主。林下灌木和草本植物相当繁茂。