南京农业大学土壤微生物与生态习题重点答案刘满强教授

第一章绪论基本概念：土壤生态学/土壤生态系统。

土壤生态学的概念土壤生态学是研究土壤生态系统内生物与生物、生物与非生物环境之间的相互作用及功能过程的学科。

土壤生态学是研究土壤生态系统的结构、功能及调控规律的学科。

土壤生态学是研究土壤与环境之间相互关系的科学 (徐琪，1990)。

土壤生态学土壤生物之间及与周围环境相互作用的研究. 土壤生物学相对于土壤物理和土壤化学，以生物个体本身为研究重点的学科. 土壤生物化学主要研究包括土壤内的微生物过程、土壤酶及土壤内有机质形成和周转的研究. 土壤微生物学研究土壤微生物及其生态过程的传统学科. 微生物生态学微生物生态学研究的生境包括土壤、植物、动物、淡水和海洋及沉积物，它包含了部分土壤生物学和土壤生态学的内容. 土壤生态学的研究内容。

①土壤生物与非生物组成份的数量、构成及时空分布；②土壤生物的相互作用及其与土壤环境的关系；③土壤生物群落及生态系统的发展和演替；④土壤生物多样性、生物相互作用与生态功能的关系；⑤土壤生态系统的物质循环、能量流动和信息交换；⑥土壤生态系统结构和功能的恢复和维持；⑦土壤生态系统与其他生态系统之间的相互作用。

⑧土壤生态工程及各种应用研究⑨结合和发展生态学理论的研究土壤生态学的研究主要发表在哪些中英文专业杂志上（各举例3个）？土壤生态学方面的研究报告主要发表在生态学报、应用生态学报、土壤学报、生物多样性、生态学杂志、其它土壤及微生物、植物和环境类的杂志上；Soil Biology and Biochemistry、Microbial Ecology、Biology and Fertility of Soil、Plant and soil、Pedobiologia、EuropeanJournal of Soil Biology、Agriculture, Ecosystems and Environment、Biogeochemistry、FEMS Microbiology Ecology、 The ISME Journal和Ecology Letters、 Ecology、Journalof Applied Ecology、Ecological Application、European Journal of Soil Biology、Functional Ecology、Global Change Biology 等刊物上。

我国进行土壤生态学研究的主要科研机构。

中国科学院南京土壤研究所，中国科学院生态环境研究中心，中国科学院植物研究所，浙江大学环境与资源学院第二章土壤生物的生境土壤结构土壤质地是指土壤中不同大小颗粒砂粒 sand – mm)，粉粒silt –mm)，黏粒clay(< mm) 的相对比例。

土壤质地，一般分为砂土、壤土和黏土三大类。

土壤质地主要继承了成土母质的类型和特点，是较为稳定的自然属性。

土壤质地与土壤持水性能、阳离子交换量，植物和生物养分的短期库有关；因此土壤质地的重要性在于它（黏土矿物的类型和数量）决定了土壤保持水分和养分的能力。

质地的测定实际上就是颗粒组成的测定。

土壤结构是不同大小的颗粒结合或团聚形成具有一定稳定性的土块或土团。

稳定（力稳、水稳）团聚体的形成需要物理、化学和生物学因子的相互作用。

土壤结构的稳定性常用土壤大团聚体的比例来反映。

一般将直径大于的团聚体视为大团聚体。

土壤结构主要不仅受到成土母质的影响，而且也是人类可以调控的属性。

土壤结构很早就被认为是高肥力和高生物活性土壤的标志。

良好的土壤结构能够促进水气流通、利于土壤生物的迁移，从而增加营养交互的机会；当然，也利于根系的生长。

土壤结构受到土壤生态学家的强烈关注，其重要性不仅决定了土壤水分和养分的分布和保持能力，而且其创造的孔隙分布也决定了土壤生物能否获得栖息空间。

土壤团聚体的传统测定方法包括干筛和湿筛。

但是这种对土壤结构破坏性的测定方法在近期也受到指责。

土壤持水量是表征土壤能够吸持最大的水分含量的一个指标，一般是田间持水量和植物永久萎蔫土壤含水量的差值，土壤质地（黏土矿物的类型和数量）、土壤结构及有机质是重要影响因素。

土壤孔隙不仅是水肥和气体交换的场所，更是土壤生物的栖居场所。

可以说，土壤孔隙分布是土壤结构的真正表现。

土壤有机质的数量和质量是土壤生态系统的重要性质。

对于土壤生态学家来说，土壤有机质的重要性不仅在于它是土壤结构、土壤养分的决定因素，更在于它是土壤生物的能量和物质（碳和养分）的来源。

为什么土壤pH受到土壤生态学家的关注？土壤pH也受到土壤生态学家的关注，pH能够控制养分的有效性（例如磷的有效性）并直接影响土壤的活性(例如酸性土壤的铝毒）。

大部分土壤微生物所能忍受的 pH范围是4-9；土壤动物对pH也非常敏感，如蚯蚓在酸性土壤中数量很少，而线蚓则较多。

试述土壤有机质对土壤生物群落的重要性？土壤酸化来源：1）CO 溶于水形成碳酸；2）微生物氧化铵形成硝态氮的过程；3）酸雨、火山喷发、雷电形成硫和氮的氧化物及长期的风化淋洗过程；4）含酚类和羧基功能团的有机物分解过程。

生境的时空变异由于自然障碍对迁移的限制及气候的敏感性，多数大型动植物都有一定的地理分布范围，且我们现在也基本了解物种的全球分布格局。

微生物多样性的地理分布格局和控制因素至今不清楚，一种流行的观点是微生物属于广布种。

比较有说服力的证据来自澳大利亚湖泊沉积物的原生动物研究。

另一种推测是微生物也会呈现一定的地理分布，这种分布反映了微生物对特定环境条件的响应。

土壤生物的多度和活性在水平和垂直方向的表现出高度的空间异质性。

由于不同的生物对土壤条件的响应方式不同，不同类群的生物表现出不一样的空间分布格局。

这种空间异质性可以在几毫米到几百米的尺度上表现出来，一般与土壤性质相联系。

迄今，有关土壤生物空间分布的研究很少，这是因为空间变异在过去的研究中通常被认为是影响研究结果的随机误差。

然而，研究土壤空间异质分布对我们了解土壤生物群落的发展、多样性的形成及土壤生态功能的影响因素都至关重要，地统计学（Geostatistics）为空间异质性的定量化及可能原因探索提供了便利。

例如，土壤生态学的最重要课题之一便与空间异质性的密切相关。

土壤生物多样性的成因及调控因素土壤生物多样性的成因：可利用资源的空间异质性分布可能是不同尺度上土壤生物多样性形成的重要原因。

此外，土壤生物异质性分布导致的空间隔离也在很大程度上决定物种之间能否共存，从而影响土壤生物群落结构。

因此，不同管理方式（土地利用、耕作与水肥管理、种植制度与作物品种等）对土壤空间性质的影响不同，可能对土壤生物多样性的影响也不同。

土壤的四维性土壤系统在不同尺度都存在强烈的三维空间变异，并且同时在不同时间尺度上也存在着第四维变异。

土壤生态学研究的尺度问题土壤是地球上最复杂的物理环境。

土壤孔隙等高度的空间异质性为生物提供了不同的栖息环境，这提醒我们了解土壤生物必需注重尺度的选择。

观点：土壤可视为一个异质的生物景观。

不同微域，由于不同的理化条件而支持不同的生物。

因此，整个土体的生态功能并非是所有微域的简单平均。

最著名的例子是根际rhizosphere 和土体bulk soil 的截然不同。

空间和时间的变异与不同的尺度交接在和一起，因此我们了解土壤生物的分布及影响都需要对时空变异有充分的考虑第三章土壤生态系统的初级生产者基本概念：土壤生态系统初级生产者/细根/根系碳淀积/根际/根际对话土壤生态系统的初级生产者是指利用太阳能或简单无机物作为食物的自养生物，如绿色植物、土壤藻类以及某些光能和化能自养细菌。

高等植物主要通过地上部的凋落物和地下部的根系与土壤生态系统进行着物质和能量交换；植物生长及其代谢产物在凋落物和根系上均有所反映，对土壤生物及非生物环境有重要影响。

当然，土壤生态系统也主要通过对死有机物的分解和养分循环过程及活的根系等对地上部生态系统产生反馈作用。

不论是死亡的残体还是生活的植物，生产者成为链接地上和地下部生态系统的桥梁。

在自然的陆地生态系统中，除了植食者爆发等少数情况外，凋落物是植物净初级生产力的最大去向，尤其是林地生态系统。

不过，伴随植物初级生产更多的需要满足人类社会的需要。

叶片是凋落物的主要形式，死亡根系也是凋落物的重要形式，某些植物种类的树皮（如桉树）或枯枝也比较重要。

细根：生态学研究中还经常根据根的直径大小进行分类，以反映不同级别根的结构分布与功能。

基本分成两类，一类是粗根(Coarse roots)，指直径＞2-5mm的根；另一类是细根(Fine roots)，直径在2-5mm以下，细根的周转期一般认为是1年左右（<1- 3年），但可能更长一些。

根系大小（size/mass）根系大小一般指单位面积上根的总干物质量; 根的直径：衡量根的粗细或大小的指标，能部分反映根的种间差异或发育阶段，根的长度：根在空间伸展的绝对长度。

具体地可分别用主根长度、侧根长度和根总长度等衡量根密度：单位体积的根所含有的各级根的总数目；根的表面积和体积：当研究根对水分和养分吸收以及其他根-土界面相互作用时，根表面积是一重要参数；根际的范围一般距根1mm至数mm，因植物根的类型和土壤环境条件而异。

根际概念：指受植物根系活动的影响，在物理、化学和生物学性质方面不同于原土体的土壤微域。

细菌的根际效应较高，真菌的根际效应相对较低。

根系淀积(rhizodeposition)根分泌、溢泌的单糖、多糖、有机酸和氨基酸等有机化合物可能多达数十种，总量可达植物光合产物的10%；随根系衰老、细根、根毛和衰老细胞脱落而进入土壤的部分，Bowen(1993)估计其总量超过根分泌物和溢泌物。

这些物质一方面改变了土壤的化学组成，另一方面为土壤生物提供了丰富的能量和营养来源。

根际对话(rhizospheretalk)发生在根际土壤中各种生物间的“交流”，包括植物根系之间以及根系与土壤生物之间的相互作用—即根际生物间的物质和能量交换以及信息传递。

生根际生物之间的相互作用包括对生长空间、水分和养分等资源的竞争及捕食、互利、拮抗等关系。

根系分泌物和挥发性物质在根际对话中起着“语言”和传递信号的作用。

典型的例子是植物与微生物之间形成共生。

在缺氮条件下，豆科植物根系会分泌黄酮类和异黄酮类物质，启动根瘤菌结瘤基因的表达，最终导致根瘤菌侵染根系并形成根瘤。

在此，黄酮类物质是根系与微生物间对话的“语言”。

根系在土壤中的分布1.垂直分布(Vertical distribution) 土壤剖面中一般上层的养分浓度较高，所以单位土壤根系的生物量和长度通常伴随土壤深度而下降；然而，非生物条件对根系分布深度的影响在不同植物种类之间存在巨大差异。

2.水平分布(Horizontal distribution)根系在土壤中的水平分布往往受制于临近植物，当然也与植物本身的地上部冠层广度、根冠比及土壤资源因素有关；例如，在高强度牧食生态系统中，草食者能够决定根系生物量的水平分布。