第六节 生物与土壤的关系

3.3 生物与土壤的关系
一、土壤的生态意义 二、土壤的质地和结构及其对生物的影响 三、土壤的化学性质及其对生物的影响
一、土壤的生态意义
土壤是岩石圈表面的疏松表层，是陆生植物生活和陆生动 物生活的基质。土壤不仅为植物提供必需的营养和水分， 而且也是土壤动物赖以生存的栖息场所。土壤的形成从开 始就与生物的活动密不可分，所以土壤中总是含有多种多 样的生物，如细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物、轮 虫、线虫、蚯蚓、软体动物和各种节肢动物等，少数高等 动物（如鼹鼠等）终生都生活在土壤中。据统计，在一小 勺土壤里就含有亿万个细菌，25克森林腐植土中所包含的 霉菌如果一个一个排列起来，其长度可达11千米。可见，土 壤是生物和非生物环境的一个极为复杂的复合体，土壤的 概念总是包括生活在土壤里的大量生物，生物说还是对土壤动物来说都是重要的生态因 子。
土壤温度
土壤温度除了有周期性的日变化和季节变化外，还有空间上的 垂直变化。一般说来，夏季的土壤温度随深度的增加而下降， 冬季的土壤温度随深度的增加而升高。白天的土壤温度随深度 的增加而下降，夜间的土壤温度随深度的增加而升高。但土壤 温度在35～100cm深度以下无昼夜变化，30米以下无季节变化。 土壤温度除了能直接影响植物种子的萌发和生苗外，还对植物 根系的生长和呼吸能力有很大影响。大多数作物在10～35℃的 温度范围内其生长速度随温度的升高而加快。温带植物的根系 在冬季因土壤温度太低而停止生长，但土壤温度太高也不利于 根系或地下贮藏器官的生长。土壤温度太高和太低都能减弱根 系的呼吸能力，例如向日葵的呼吸作用在土壤温度低于10℃和 高于25℃时都会明显减弱。
土壤是所有陆地生态系统的基底或基础，土壤 中的生物活动不仅影响着土壤本身，而且也影 响着土壤上面的生物群落。生态系统中的很多 重要过程都是在土壤中进行的，其中特别是分 解和固氮过程。生物遗体只有通过分解过程才 能转化为腐殖质和矿化为可被植物再利用的营 养物质，而固氮过程则是土壤氮肥的主要来源。 这两个过程都是整个生物圈物质循环所不可缺 少的过程。
土壤动物依其对土壤酸碱性的适应范 围可区分为嗜酸性种类和嗜碱性种类。
如金针虫在pH为 4.0～5.2的土壤中数量最多， 在pH为 2.7的强酸性土壤中也能生存。 如麦红吸浆虫，通常分布在 pH为 7～11的碱性土 壤中，当 pH＜6时便难以生存。蚯蚓和大多数土 壤昆虫喜欢生活在微碱性土壤中，它们的数量通 常在pH为8时最为丰富。
土壤中的水分
土壤中的水分可直接被植物的根系吸收。土壤水分的适量增加 有利于各种营养物质的溶解和移动，有利于磷酸盐的水解和有 机态磷的矿化，这些都能改善植物的营养状况。 此外，土壤水分还能调节土壤中的温度，但水分太多或太少都 对植物和土壤动物不利。土壤干旱不仅影响植物的生长，也威 胁着土壤动物的生存。土壤中的节肢动物一般都适应于生活在 水分饱和的土壤孔隙内，例如金针虫在土壤空气湿度下降到 92％时就不能存活，所以它们常常进行周期性的垂直迁移， 以寻找适宜的湿度环境。 土壤水分过多会使土壤中的空气流通不畅并使营养物随水流失， 降低土壤的肥力。土壤孔隙内充满了水对土壤动物更为不利， 常使动物因缺氧而死亡。降水太多和土壤淹水会引起土壤动物 大量死亡。此外，土壤中的水分对土壤昆虫的发育和生殖力有 着直接影响，例如东亚飞蝗在土壤含水量为8～22％时产卵量 最大，而卵的最适孵化湿度是土壤含水3～16％，含水量超过 30％，大部分蝗卵就不能正常发育。
此外，土壤温度对土壤微生物的活动、土壤气体的交换、水分 的蒸发、各种盐类的溶解度以及腐殖质的分解都有着明显影响， 而土壤的这些理化性质又都与植物的生长有着密切关系。
土壤温度的垂直分布从冬到夏和从 夏到冬要发生两次逆转，随着一天 中昼夜的转变也要发生两次变化， 这种现象对土壤动物的行为具有深 刻影响。大多数土壤无脊椎动物都 随着季节的变化而进行垂直迁移， 以适应土壤温度的垂直变化。一般 说来，土壤动物于秋冬季节向土壤 深层移动，春夏季节向土壤上层移 动。移动距离常与土壤质地有密切 关系。例如沟金针虫（Pleonomus canaliculatus）每年有两次上升到土 壤表层进行活动。 很多狭温性的土壤动物不仅表现有 季节性的垂直迁移，在较短的时间 范围也能随土壤温度的垂直变化而 调整其在土壤中的活动地点。
土壤中的空气
土壤中空气的成分与大气有所不同。例如土壤空气的 含氧量一般只有10～12％，比大气的含氧量低，但土 壤空气中二氧化碳的含量却比大气高得多，一般含量 为0.1％左右。
土壤空气中各种成分的含量不如大气稳定，常依季节、 昼夜和深度而变化。在积水和透气不良的情况下，土 壤空气的含氧量可降低到10％以下，从而抑制植物根 系的呼吸和影响植物正常的生理功能，动物则向土壤 表层迁移以便选择适宜的呼吸条件。当土壤表层变得 干旱时，土壤动物因不利于其皮肤呼吸而重新转移到 土壤深层，空气可沿着虫道和植物根系向土壤深层扩 散。
土壤酸碱度对土壤养分的有效性有重要影响，在pH6～7 的微酸条件下，土壤养分的有效性最好，最有利于植物 生长。 在酸性土壤中容易引起钾、钙、镁、磷等元素的短缺， 而在强碱性土壤中容易引起铁、硼、铜、锰和锌的短缺。 土壤酸碱度还通过影响微生物的活动而影响植物的生长。 酸性土壤一般不利于细菌的活动，根瘤菌、褐色固氮菌、 氨化细菌和硝化细菌大多生长在中性土壤中，它们在酸 性土壤中难以生存，很多豆科植物的根瘤常因土壤酸度 的增加而死亡。真菌比较耐酸碱，所以植物的一些真菌 病常在酸性或碱性土壤中发生。pH 3.5～8.5是大多数 维管束植物的生长范围，但生理最适范围要比此范围窄 得多。pH＜3或＞9时，大多数维管束植物便不能生存。
三、土壤的化学性质及其对生物 的影响
土壤酸碱度
土壤酸碱度是土壤最重要的化学性质，因为它 是土壤各种化学性质的综合反应，对土壤肥力、 土壤微生物的活动、土壤有机质的合成和分解、 各种营养元素的转化和释放、微量元素的有效 性以及动物在土壤中的分布都有着重要影响。 土壤酸碱度常用pH值表示。我国土壤酸碱度可 分为5级：pH＜5.0为强酸性，pH5.0～6.5为酸 性，pH 6.5～7.5为中性，pH 7.5～8.5为碱性， pH＞8.5为强碱性。
土壤中的无机元素对动物的分布和数 量也有一定影响。
石灰质 蜗牛壳 石灰岩 母岩为 石灰岩 鹿 钙 氯化钠 食草有蹄动物 缺乏钴 反刍动物
3.4 火作为生态因子对生物的影 响及管理
在生态系统中，火既是一种自然的因素， 又是人类增加的因素。火的燃烧破坏了生 态平衡，同时也为土壤提供了新的养分， 促进了生物的生长。因此，火也是一个重 要的生态因子。
土壤中的无机元素
植物从土壤中所摄取的无机元素中有13种对任何植物的 正常生长发育都是不可缺少的，其中大量元素有7种（氮、 磷、钾、硫、钙、镁和铁）和微量元素6种（锰、锌、铜、 钼、硼和氯）。 还有一些元素仅为某些植物所必需，如豆科植物必需钴， 藜科植物必需钠，蕨类植物必需铝和硅藻必需硅等。植 物所需的无机元素主要来自土壤中的矿物质和有机质的 分解。腐殖质是无机元素的贮备源，通过矿质化过程而 缓慢地释放可供植物利用的养分。土壤中必须含有植物 所必需的各种元素和这些元素的适当比例，才能使植物 生长发育良好，因此通过合理施肥改善土壤的营养状况 是提高植物产量的重要措施。
二、土壤的质地和结构及其对生物的影响
土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，其中固相颗粒 是组成土壤的物质基础，约占土壤总重量的85％以上。 根据土粒直径的大小可把土粒分为粗砂（2.0～0.2 mm），细 砂（0.2～0.02mm），粉砂（0.02～0.002 mm）和粘粒 （0.002 mm以下）。 这些不同大小固体颗粒的组合百分比就称为土壤质地。根据 土壤质地可把土壤区分为砂土、壤土和粘土三大类。在砂土 类土壤中以粗砂和细砂为主、粉砂和粘粒所占比重不到10％， 因此土壤粘性小、孔隙多，通气透水性强，蓄水和保肥能力 差。在粘土类土壤中以粉砂和粘粒为主，约占60％以上，甚 至可超过85％；粘土类土壤质地粘重，结构紧密，保水保肥 能力强，但孔隙小，通气透水性能差。壤土类土壤的质地比 较均匀，其中粗砂、细砂、粉砂和粘粒所占比重大体相等， 土壤既不太松也不太粘，通气透水性能良好且有一定的保水 保肥能力，是比较理想的农作土壤。
土壤有机质
土壤有机质包括非腐殖质和腐殖质两大类。后者是土壤 微生物在分解有机质时重新合成的多聚体化合物，约占 土壤有机质的85～90％。腐殖质是植物营养的重要碳源 和氮源，土壤中99％以上的氮素是以腐殖质的形式存在 的。腐殖质也是植物所需各种矿物营养的重要来源，并 能与各种微量元素形成络合物，增加微量元素的有效性。 土壤有机质能改善土壤的物理结构和化学性质，有利于 土壤团粒结构的形成，从而促进植物的生长和养分的吸 收。 一般说来，土壤有机质的含量越多，土壤动物的种类和 数量也越多，因此在富含腐殖质的草原黑钙土中，土壤 动物的种类和数量极为丰富，而在有机质含量很少并呈 碱性的荒漠地区，土壤动物非常贫乏。
土壤空气中高浓度的二氧化碳（可比大气含量高几十 至几百倍）一部分可扩散到近地面的大气中被植物叶 子在光合作用中吸收，一部分则可直接被植物根系吸 收。但是在通气不良的土壤中，二氧化碳的浓度常可 达到10～15％，如此高浓度的二氧化碳不利于植物根 系的发育和种子萌发。二氧化碳浓度的进一步增加会 对植物产生毒害作用，破坏根系的呼吸功能，甚至导 致植物窒息死亡。 土壤通气不良会抑制好气性微生物，减缓有机物质的 分解活动，使植物可利用的营养物质减少。若土壤过 分通气又会使有机物质的分解速度太快，这样虽能提 供植物更多的养分，但却使土壤中腐殖质的数量减少， 不利于养分的长期供应。只有具有团粒结构的土壤才 能调节好土壤中水分、空气和微生物活动之间的关系， 从而最有利于植物的生长和土壤动物的生存。
土壤结构则是指固相颗粒的排列方式、孔隙的数量和大 小以及团聚体的大小和数量等。 土壤结构可分为微团粒结构（直径小于 0.25 mm）、团 粒结构（直径为 0.25～10mm）和比团粒结构更大的各 种结构。 团粒结构是土壤中的腐殖质把矿质土粒粘结成直径为 0.25～10mm的小团块，具有泡水不散的水稳性特点。具 有团粒结构的土壤是结构良好的土壤，因为它能协调土 壤中水分、空气和营养物之间的关系，改善土壤的理化 性质。团粒结构是土壤肥力的基础，无结构或结构不良 的土壤，土体坚实、通气透水性差，植物根系发育不良， 土壤微生物和土壤动物的活动亦受到限制。 土壤的质地和结构与土壤中的水分、空气和温度状况有 密切关系，并直接或间接地影响着植物和土壤动物的生 活。