土壤生态系统与养分管理

⺩王 敬 国

中国农业⼤大学资源与环境学院

土壤生态系统与养分管理

2017年10月济南

一、土壤生态系统与生物多样性

⼟土壤⽣生态系统

地下⽣生态系统, 是陆地⽣生态系统的⼦子系统

①⽣生产者：⾼高等植物根系、藻类和化能营养细菌；

②消费者：⼟土壤动物；

③分解者：各类微⽣生物和腐⽣生动物；

④参与物质循环的⽆无机物质和有机物质；

⑤⼟土壤内部⽔水、⽓气、热和固相物质等环境因⼦子。

⼟土壤⽣生态系统的结构是地上地下⽣生物群落

之间相互作⽤用的结果，与植被类型、根系活动

和⼟土壤环境因⼦子有关。

⼟土壤⽣生态系统服务

• 碳循环与碳转化

• 养分和污染物质循环与转化

• ⼟土壤结构维持

• 有害⽣生物的调节。

⼟土壤肥⼒力取决于⼟土壤⽣生态系统中物质转化和循环的速度、强度及其循环⽅方式（其中碳和养分物质的循环并⾮非越快越好），良好的⼟土壤结构和⼟土壤健康状况。

Figure 1 土壤食物网中的部分生物 All photographs are from the European Soil Biodiversity

Richard D . B ardgeF & W im H . v an d er P uFen ， 2014， Nature

水熊虫

线虫 细菌 真菌 外生菌根真菌 蜈蚣 千足虫 线蚓 白蚁 跳虫 鼹鼠 扁虫 土鳖虫 蚂蚁 蚯蚓

细菌⽣生态特点：

分布⼲⼴广泛、在数量上占绝对优势（70～90％）可培养细菌仅占1%-10%

与环境的接触⾯面极⼤大

⽣生理类型和功能类群多

• 好氧、厌氧、兼性厌氧

• 自养或异养

• 碳转化，固氮、硝化、反硝化，解磷，促⽣生，拮抗等

在物质和能量转化中起重要作⽤用

少部分是植物病原菌

蓝细菌曾⼀一直被称作蓝藻或蓝绿藻，它们是⼀一类含有叶绿素具有放氧性光合作⽤用的原核⽣生物。

主要功能：固氮 固碳

放氧

细菌－蓝细菌

Cyanobacteria

细菌－放线菌Array在⼟土壤中可达105〜～108个/g ⼟土。由于放线菌的分枝丝状体较细菌⼤大得多，因⽽而其总⽣生物

量占细菌总量的⼀一半。

主要功能：

有机物分解

拮抗

固氮

真 菌 丝状真菌都是好氧、异养菌。

在⼟土壤中真菌数量可达103〜～

105/g⼟土，真菌中的许多类群

能分解纤维素、⽊木质素等难分

解的有机物质，因⽽而在⼟土壤形

成和肥⼒力提⾼高过程中有重要作

⽤用。

主要功能：

碳循环与⼟土壤结构

反硝化、异养硝化、解磷

致病

拮抗

sand

silt

hyphae

clay

bacteria

微⽣生物在团粒结构形成⽅方⾯面的作⽤用:

– 真菌菌丝

– 细菌的胶结作⽤用 – 有机物质

原⽣生动物指⽆无细胞壁、能⾃自由活动的单细胞真核微⽣生物。原⽣生动物在⾃自然界分布⼲⼴广泛。 原生动物 Protozoa (Protists)

土壤中的原生动物总数常可达到104～105/g 土。原生动物以有机质碎片 、藻类、细菌、真菌及其它微生物为食，对土壤中的微生物(尤其是细菌)的种类和数量起着重要的平衡和调控作用。常见的类群有波多虫属、波多滴虫属、变形虫属、钟虫属及三足虫属等 Amoebae

Flagellate

Ciliate

主要功能： 碳氮矿化

微型⼟土壤动物：线⾍虫 Nematodes

eeee!

线虫类是假体腔动物中最大的一门，已记录的种约有15000种，尚有大量种未被定名。绝大多数体小呈圆柱形，体长一般不超过2.5mm ，多数在1mm 左右，陆生的大型个体可长达7mm ，但寄生种类最长的可达1m 。

植生性Plant Parasitic Nematodes 食细菌Bacteriovores Nematodes 食真菌Fungivores Nematodes 杂食性Omnivorous Nematodes 捕食性Predatory Nematodes 主要功能： 碳氮矿化、 植物病原⽣生物

控制微⽣生物的群体数量

跳虫

食真菌白蚁

• 异养，腐生或捕食

• 捕食真菌、原生动物、线虫 • 控制个体更小的土壤生物的数量

中型土壤动物 Mesofauna

食线虫白蚁

主要功能： 碳氮矿化

控制个体较小生物的群体大小

Photo by Suzanne Paisley

• 异养

• 吞食植物残体

• 捕食有机物质上的真菌、细菌

⼤大型⼟土壤动物

：蚯蚓 earthworm 主要功能：碳氮矿化、 ⽣生物活性物质 团粒结构

根食线虫 节肢动物

(食碎屑)

节肢动物

(捕食者)

鸟

动物

捕食线虫

原生动物

肉足虫、鞭毛虫

纤毛虫

线虫

食真菌、细菌

细菌真菌

共生、腐生

植物

根、地上部分 动物、植物和微

生物残体、废弃

物和代谢产物

第一营养级 光合生物 第二营养级

分解者

依生生物

致病、寄生生物

根食者

第三营养级

捕食者

草食者

食碎屑者

第四营养级

高级捕食者

第五营养级和

更高水平的捕

食者

土壤食物网结构