土壤生态系统的基本组成

（四）土壤有机质的作用及其生态 与环境意义
有机质与重金属离子的作用 有机质对农药等有机污染物的固定作用 土壤有机质对全球碳平衡的影响
1、有机质与重金属离子的作用
土壤腐殖质的官能团对重金属离子有较强 的配位和富集能力。 的配位和富集能力。
土壤腐殖质的-COOH、 土壤腐殖质的-COOH、酚–OH、醇-OH等，可 OH、 OH等 以通过取代阳离子水化圈中的一些水分子 与金属离子结合形成螯合复合体。 与金属离子结合形成螯合复合体。
（5）总水势（ψt）
土壤水势是以上各分势之和，又称总水势 土壤水势是以上各分势之和， 用数学表达为： （ψt）,用数学表达为： ψt=ψm+ψp+ψs+ψg 在土壤水饱和状态下： ψt=ψp+ψs+ψg t=ψp+ψs+ψ 在不饱和情况下： ψt=ψm+ψs+ψg t=ψm+ψs+ψ
2、土水势的定量表示
（4）作用力：土粒分子引力及胶体表面电荷 作用力： 对水的极性引力 受力大小： （5）受力大小：由土粒表面的分子引力的作 这种作用力非常大， 用 ， 这种作用力非常大 ， 最大可达一万个 大气压。 大气压。 有效性： （6）有效性：由于植物根系吸水时能克服的 渗透压为15 个大气压， 渗透压为 15 个大气压 ， 所以植物不能利用 15个大气压 此水，称之为紧束缚水。 此水，称之为紧束缚水。
单位容积土壤水的势能用压力单位：Pa 、 单位容积土壤水的势能用压力单位： Pa、 kPa、 MPa ；或者巴（ bar ） 和大气压 （ atm ） kPa 、 MPa；或者巴 （ bar） 和大气压（ atm） 单位重量土壤水的势能值用静水压力或者 相当于一定压力水柱高度的厘米数（ 相当于一定压力水柱高度的厘米数 （ cmH2O ）
毛管 上升 水示 意图
土粒 地下水位
4、重力水
(1)定义： 降水或灌溉后，不受土粒和毛管力吸持， 而在重力作用下向下移动的水，称为重力 水。存在于土壤大孔隙（通气孔隙）中的 水分，与土壤养分的淋失有关。 （2）植物利用情况 植物可以很容易地吸收重力水，但由于重 力水很快就流失（一般两天就会从土壤中 移走），因此利用率很低。
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
其自身可从水膜较厚处向水膜较薄处移动， 植物可以利用此水。 植物可以利用此水。
3、土壤毛管水： 土壤毛管水：
存在于土壤毛管孔隙中的水分，称为毛 管水。包括毛管悬着水和毛管上升水。
水 沿 着 毛 管 上 升
毛管作用力范围： 毛管作用力范围： 0.1-1mm 有明显的毛管作用 0.05-0.1mm 毛管作用较强 0.05-0.005mm 毛管作用最强 〈0.001mm 毛管作用消失
5、地下水
（1）定义： 在土壤中或很深的母质层中，具有不透水层时，重力 水就会在此层之上的土壤孔隙中聚积起来，形成水层， 这就是地下水。 （2）地下水位：地表到地下水面的深度。 在干旱条件下，土壤水分蒸发快，如地下水位过高， 出现盐渍化现象。 在湿润地区，如地下水位过高，就会是土壤过湿，出 现沼泽化现象。
（3）溶质势（ψs）
是指由土壤水中溶解的溶质而引起土水势的变化， 是指由土壤水中溶解的溶质而引起土水势的变化 ， 也称渗透势， 一般为负值。 也称渗透势 ， 一般为负值 。 土壤水中溶解的溶质愈 溶质势愈低。 多，溶质势愈低。
溶质势的大小等于土壤溶液的渗透压，但符号相反。 溶质势的大小等于土壤溶液的渗透压，但符号相反。
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。
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2、膜状水
（1）定义： 定义： 土粒在吸湿水的外面，吸引的一部分液态水， 土粒在吸湿水的外面，吸引的一部分液态水，以水 膜形式附着在土粒表面。 膜形式附着在土粒表面。 （2）受力大小 受土粒的吸引作用。其内层的土粒吸力为31 31个大气 受土粒的吸引作用。其内层的土粒吸力为31个大气 外层为6.25个大气压。 6.25个大气压 压，外层为6.25个大气压。 （3）植物利用情况 移动非常缓慢（0.2—0.4mm/d）， ），植物可利用的数 移动非常缓慢（0.2—0.4mm/d），植物可利用的数 量很少。 量很少。
§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
二、土壤有机质
（一）土壤有机质的来源、含量及其组成 （二）土壤腐殖酸 （三）土壤有机质的转化
2、影响土壤有机质转化的因素
土壤有机质的矿化 土壤有机质的周转 土壤有机质的腐殖化
3、土壤有机质对全球碳平衡的影响
从全球来看，土壤有机碳水平的下降，对全球 从全球来看，土壤有机碳水平的下降， 气候变化的影响将不亚于人类活动向大气排放 的影响。 的影响。
三、 土壤生物群体
（一）土壤生物的类型组成
土壤生物是栖居在土壤（包括枯枝落叶层 和枯草层）中的生物体的总称，主要包括 土壤动物、土壤微生物和高等植物根系。
2、影响土壤有机质转化的因素
⑴土壤生物的组成与活性
土壤动物促进植物残体的破碎和运输 真菌可促进木质素的分解 细菌和放线菌可促进碳水化合物的分解
⑵土壤特性
1、质地 pH值 2、pH值 3. 水分 粘粒含量越高，有机质含量也越高。 粘粒含量越高，有机质含量也越高。 中性、钙质丰富较好，pH6.5-7.5。 中性、钙质丰富较好，pH6.5-7.5。 最适湿度：土壤持水量的50-80% 最适湿度：土壤持水量的5050 低洼、积水有利于有机质的积累 低洼、 4. 通气性 5. 温度 通气不良易有机质累积
在不饱和的情况下，土壤水受土壤吸附力和毛管力 的制约，其水势自然低于纯自由水参比标准的水势。 假定纯水的势能为零，则土水势是负值。这种由吸 附力和毛管力所制约的土水势称为基质势（φm） 土壤含水量愈低，基质势也就愈低。反之，土壤含 水量愈高，则基质势愈高。至土壤水完全饱和，基 质势达最大值，与参比标准相等，即等于零。
2、有机质对农药等有机污染物 的固定作用
土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲 合力，对其在土壤中的生物活性、残留、生 物降解、迁移和蒸发等过程有重要的影响。
土壤腐殖质分子中既有极性亲水基团， 土壤腐殖质分子中既有极性亲水基团 ， 也 有非极性疏水基团。 有非极性疏水基团 。 极性有机污染物可以 通过离子交换、 质子化、 氢键、 范德华力、 通过离子交换 、 质子化 、 氢键 、 范德华力 、 配位体交换、 配位体交换 、 阳离子桥等各种不同的机理 与土壤有机质结合； 与土壤有机质结合 ； 非极性有机污染物可 以通过分配机理与土壤有机质结合
1、土壤动物
包括土壤中的哺乳类（鼠类）、两栖类 （蛙类）、爬行类（蜥蜴、蛇）等。 作用：疏松和混合上、下层土壤
2）土壤节肢动物
种类：依赖土壤生活的某些甲虫或其幼虫、 螨类、弹尾类、蚁类、蜘蛛类、蜈蚣类等。 作用：是植物残体的初期分解者。
3）土壤环节动物
包括：蠕虫类（蚯蚓类） 作用：促进植物残枝落叶的降解、有机物 质的分解和矿化，混合土壤，改善土壤结 构，提高土壤透气、排水和深层持水能力。 蚯蚓分解处理；蚯蚓过滤处理
腐殖物质的配位反应和氧化还原反应影响 重金属离子的存在形态。例如： 重金属离子的存在形态。例如：胡敏酸可 还原为Cr( Cr(Ⅲ 将Cr(Ⅵ) 还原为Cr(Ⅲ) 腐殖酸对无机矿物有一定的溶解作用。 腐殖酸对无机矿物有一定的溶解作用。例 胡敏酸对方铅矿（PbS）、 ）、软锰矿 如：胡敏酸对方铅矿（PbS）、软锰矿 MnO2）、方解石（CaCO3） ）、方解石 （MnO2）、方解石（CaCO3）的溶解度比硅 酸盐矿物大
1 Pa=0.0102 cmH2O 1 atm=1033 cmH2O=1.0133 bar 1 bar=0.9896 atm=1020 cmH2O
3、土壤水吸力*** 土壤水吸力***
绝对正值
土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的情况 下所处的能态，简称吸力， 下所处的能态，简称吸力，但并不是指土壤对 水的吸力。 水的吸力。T＝|-φm | 一般谈及的吸力是指基质吸力，其值与ψm相 一般谈及的吸力是指基质吸力，其值与ψ 但符号相反。 等，但符号相反。
毛管悬着水
借助于毛管力保持在上层土壤毛管孔 隙中的水分， 隙中的水分，它与来自地下水上升的毛 管水并不相连， 管水并不相连，好像悬挂在上层土壤中 一样，故称之为毛管悬着水 毛管悬着水。 一样，故称之为毛管悬着水。
土粒
毛管 悬着 水示 意图
毛管上升水
土壤中受到地下水源支持并上升到一定高度 的毛管水。 的毛管水。
4）土壤线虫
种类：线虫（低等蠕虫）
5）土壤原生动物
种类：鞭毛虫（单细胞真核生物） 作用：调节细菌数量；增进某些土壤的生 物活性；参与土壤哪个植物残体的分解。
2、土壤微生物
原核微生物 古细菌 细菌 放线菌 蓝细菌 粘细菌 真核微生物 真菌 藻类 地衣
（二）土壤微生物的根际效应及其环境意义
有 效 性 重 金 属 污 染 物 物 境 根际微生 物 植 分 泌 环 微 沉淀结合钝化 根 际 根 根际理化 性质
可溶性腐殖质能增加农药从土壤向地下水的 迁移 腐殖质能作为还原剂而改变农药的结构，比 腐殖质能作为还原剂而改变农药的结构， 如腐殖物质中的羧基、酚羟基、醇羟基、 如腐殖物质中的羧基、酚羟基、醇羟基、杂 半醌等的存在而加强。 环、半醌等的存在而加强。 一些有毒有机化合物与腐殖物质结合， 一些有毒有机化合物与腐殖物质结合，可降 低毒性。 低毒性。
（二）土壤水的能态
1、土水势及其分势 土壤水在各种力如吸附力、毛管力、重力等的作用 下，与同样温度、高度和大气压等条件的纯自由水 相比（即以自由水作为参比标准，假定其势值为 零），其自由能必然不同，这个自由能的差用势能 来表示即为土水势（符号为ψ）。 土壤水总是有土水势高处流向土水势低处
（1）基质势（ψm） 基质势（
（4）重力势（ψg）
是指由重力作用而引起的土水势变化。 是指由重力作用而引起的土水势变化。 所有土壤水都受重力作用， 所有土壤水都受重力作用，与参比标准的高度相 高于参比标准的土壤水， 比，高于参比标准的土壤水，其所受重力作用大 于参比标准，故重力势为正值。 于参比标准，故重力势为正值。高度愈高则重力 势的正值愈大，反之亦然。 势的正值愈大，反之亦然。
（2）压力势（ψp）
土壤水在饱和状态下呈连续水体，除承受大气压 外，还要承受其上部水柱的静水压力。以大气压 作参比标准，其水势与此之差，即为压力势。 压力势大于参比标准，故为正值。 不饱和土壤中，土壤水的压力势一般与参比标准 相同，等于零。 在饱和土壤愈深层的土壤水，所受的压力愈高， 正值愈大；在土表的土壤水与大气接触，仅承受 大气压，压力势为零。