土壤食物网20200609

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
✓ 这些度量反映了群落可以完成的全部“工作”。总生物活性是所有生物体活性的 总和,尽管在特定时间只有一部分具有活性。
✓ 呼吸-测量二氧化碳的产生。这种方法无法区分哪些生物(植物、病原体或其他 土壤生物)产生二氧化碳。
✓ 硝化率-测量与铵转化为硝酸盐有关的物种的活性。 ✓ 分解速率-测量有机残留物或标准棉条消失的速度。
土壤食物网
土壤食物网
✓ 土壤食物网是指全部或部分生活在土壤中的生物群落,令人难以置信的生物多 样性构成土壤食物网。
✓ 它们的大小范围从最小的单细胞细菌,藻类,真菌和原生动物到更复杂的线 虫和微型节肢动物,再到可见的蚯蚓,昆虫,小脊椎动物和植物。
✓ 这些土壤生物分解有机物、循环养分、增强土壤结构并控制包括作物害虫在 内的土壤生物种群,从而支持植物健康。
✓ 生物体反映其食物来源。例如,在细菌丰富的地方,原生动物很丰富。在细菌主导于真菌的地方, 吃细菌的线虫比吃真菌的线虫要多。
✓ 管理措施改变食物网。例如,在耕种减少的农业系统中,真菌与细菌的比例随时间增加,并且蚯 蚓和节肢动物变得更丰富。
用于表征食物网的测量技术
✓ 计数。生物群,如细菌、原生动物、节肢动物等;将以细菌、真菌的和掠食性线 虫等亚类一并计算在内,并通过计算可以转化为生物质。
✓ 所有食物网都由主要生产者提供能源:植物、地衣、苔藓、光合细菌和藻类 利用太阳的能量来固定大气中的二氧化碳。大多数其他土壤生物通过消耗植 物、其他生物和废物副产品中的有机化合物来获取能量和碳。一些称为化学 自养生物的细菌从氮、硫或铁化合物而不是碳化合物或太阳中获取能量。
✓ 当生物分解复杂的材料或消耗其他生物,营养物质将从一种形式转换为另一 种形式,并提供给植物和其他土壤生物。所有植物-草、树、灌木、农作物都依赖食物网来获取营养。
有机物质驱动食物网
✓ 土壤有机质是植物和其他生物 体所消耗的能量和营养的储存 库。细菌、真菌和其他土壤居 民会转化并释放有机质中的养 分。这些微碎食机、未成熟的 螨虫,使植物叶片剩下空架。 这开始了碳、氮和其他元素的 养分循环。
土壤生物的食物来源
✓ 活生物体:细菌、真菌、线虫、原生动物、蚯蚓、节肢动物和活根。 ✓ 死植物材料;有机材料碎屑表面残留物:所有这些术语均指植物、动物或其他最近已添加到土壤
✓ 随着这些生物的进食、生长和在土壤中移动,它们使人们拥有了洁净的水、洁净的 空气、健康的植物和适度的水流。
✓ 土壤食物网是景观过程不可或缺的一部分。土壤生物分解有机化合物,包括粪肥、 植物残留物和杀虫剂,防止它们进入水中并成为污染物。它们螯合氮和其他可能进 入地下水的养分,并从大气中固定氮,使其可用于植物。许多生物增加了土壤的团 聚和孔隙度,从而增加了入渗并减少了径流。土壤生物以农作物害虫为猎物,又是 地上动物的食物。
✓ 并非所有生物都在特定时间活跃。即使高活跃时期,也只有一小部分生物忙于进 食、呼吸和改变其环境。其余部分几乎不活跃,甚至处于休眠状态。
✓ 许多不同的生物体在不同的时间活跃,彼此相互作用,与植物和土壤相互作用。 综合的结果带来许多有益的功能,包括养分循环、适度的水流和害虫控制。
土壤食物网的重要性
✓ 土壤的生命组成部分,即食物网,是复杂的,并且在不同的生态系统中具有不同 的组成。
✓ 直接计数-用肉眼或显微镜计数单个生物。可以计数所有生物,也可以仅计数吸 收荧光染料的活性生物。
✓ 平板计数-计算从土壤样品中生长的细菌或真菌菌落的数量。
用于表征食物网的测量技术
✓ 测量活性水平。活性是通过测量土壤中产生的副产物(例如CO2)的量或大部分 群落或特定生物群使用的物质(例如植物残留物或甲烷)的消失来确定的。
✓ 土壤食物网是景观过程不可或缺的一部分,随着这些生物的进食、生长和在 土壤中移动,它们使人们拥有了洁净的水、洁净的空气、健康的植物和适度 的水流。
土壤生物学与景观
✓ 令人难以置信的生物多样性构成土壤食物网。它们的大小范围从最小的单细胞细菌, 藻类,真菌和原生动物到更复杂的线虫和微型节肢动物,再到可见的蚯蚓,昆虫, 小脊椎动物和植物。
们代表了更难定义的有机物质的有效成分。由于POM或LF比其他类型的土壤有机物更大,更轻, 因此可以通过尺寸(使用筛子)或重量(使用离心机)将其与土壤分开。
土壤生物的食物来源
✓ 木质素:一种难以降解的化合物,是老植物纤维的一部分。真菌可以利用木质素 中的碳环结构作为食物。
✓ 顽固有机物:很少有土壤生物能分解的有机物,例如腐殖质或含木质素的物质。 ✓ 腐殖质或腐殖化有机物:许多有机物使用并转化原始物质后仍残留的复杂有机化
✓ 营养循环。当生物消耗食物时,它们会产生更多自己的生物量,并释放废物。对作物生 长而言最重要的废物是铵(NH4+)。铵和其他易于利用的营养素被包括植物根部在内 的其他生物迅速吸收。当存在多种生物时,营养物质可能会在植物可以使用和不能使用 的各种形式之间更快、更频繁地循环。
✓ 集约化耕作会触发细菌和其他生物体的活性,消耗有机物质(将其转化为CO2), 首先消耗活性有机质。在测量有机物总量增加之前,增加土壤有机质的实践(减少 耕种和定期添加有机物质)很长一段时间后才能监测到土壤有机质总量的提高。随 着土壤有机质水平的提高,土壤生物体在向腐殖质的转化过程中发挥着作用。腐殖 质是一种相对稳定的形式,其固存在土壤中的时间长达数十年甚至几个世纪。
✓ 土地管理实践可以改变土壤中功能组的数量或复杂性。集约化管理系统(例如农田)具有不同数量的 功能组。作物的选择、耕作方式、残留管理、农药使用和灌溉改变了土壤生物的栖息地,从而改变了 食物网的结构和复杂性。
复杂性的好处
✓ 土壤系统的生物复杂性会影响诸如养分循环、土壤结构形成、虫害循环和分解速率等过 程。研究人员尚未定义在管理的生态系统中,对于这些土壤过程而言,最佳的食物网复 杂度是多少以及哪种类型是最佳的。
中并仅开始显示出腐烂迹象的有机物质。腐生生物是以这些物质为食的生物。 ✓ 活性有机物:可由微生物用作食物的有机化合物。响应于管理变化,活性成分的变化比总有机物
变化更快。 ✓ 不稳定的有机物:易于分解的有机物。 ✓ 根系分泌物:根系分泌的可溶性糖、氨基酸和其他化合物。 ✓ 颗粒有机物(POM)或轻质有机物(LF):POM和LF具有精确的尺寸和重量定义。人们认为它
土壤生物学与景观
土壤环境。生物生活在土壤颗粒内部和之 间的微观环境中。pH值、水分、孔径和可 利用食物的类型在短距离上的差异创造了 广泛的栖息地。
食物网:生物及其相互作用
✓ 土壤食物网是指全部或部分生活在土壤中的生物群落。食物网图显示了当一 种生物吃掉另一种生物时,能量和养分的一系列转换(用箭头表示)。
用于表征食物网的测量技术
✓ 测量细胞成分。所有土壤生物的总生物量或群落的特定特征可以通过测量土壤生 物的成分来推断,如下所示。
✓ 生物量碳、氮或磷-测量活细胞中的营养物质含量,然后可将其用于估算生物体 的总生物量。三氯甲烷熏蒸是用来估算所有土壤生物中碳或氮含量的常用方法。
✓ 酶-测量活细胞中或附着在土壤上的酶。分析可用于估计潜在活性或表征生物群 落。
✓ 根的周围。根际是根部周围土壤的狭窄区域。它充满着以脱落的植物细胞为食的 细菌以及根部释放的蛋白质和糖。吃细菌的原生动物和线虫也集中在根附近。因 此,植物所需的许多养分循环和疾病抑制直接发生在根部附近。
土壤生物住在哪里?
✓ 在凋落物中。真菌是植物凋落物的常见分解者,因为凋落物具有大量复杂且难以分解的 碳。真菌菌丝(细丝)可以将氮从底层土壤"管道输送"到凋落物层。细菌不能远距离运 输氮,使真菌在凋落物分解方面具有优势,尤其是当凋落物没有混入土壤中时。但是, 与老植物的凋落物中相比,年轻植物的绿色凋落物中细菌丰富,氮和简单的碳化合物含 量更高。在诸如蚯蚓、食叶昆虫、千足虫和其他节肢动物等切碎的生物将垃圾分解成小 块后,细菌和真菌能够接触到更大的植物残留物的表面面积。
食物网:生物及其相互作用
土壤生物的作用是什么?
✓ 生长和繁殖是所有生物的主要活动。 ✓ 个体植物和土壤生物努力存活时,它们相互依赖。 ✓ 来自生长的根和植物残渣的副产物喂养土壤生物。 ✓ 反过来,土壤生物分解有机物、循环养分、增强土壤结构并控制包括作物害
虫在内的土壤生物种群,从而支持植物健康。
Hale Waihona Puke Baidu
有机物质驱动食物网
✓ 在腐殖质上。真菌在腐殖质上很常见。土壤中的许多有机物已经被细菌和真菌分解了很 多次,并且/或者通过蚯蚓或节肢动物的肠道。产生的腐殖化合物很复杂,几乎没有氮。 只有真菌才能产生降解腐殖质中复杂化合物所需的某些酶。
土壤生物住在哪里?
✓ 在土壤表面聚集。生物活性,特别是好氧细菌和真菌的生物活性,在土壤团聚体 表面附近比在团聚体内部更高。在大团聚体中,会发生不需要氧气的过程,例如 反硝化。实际上,许多团聚体实际上是蚯蚓和其他无脊椎动物的粪便颗粒。
合物。腐殖质不易分解,因为腐殖质要么在团聚体内部受到物理保护,要么在化 学上过于复杂,无法被大多数生物体使用。腐殖质在结合微小的土壤团聚体方面 很重要,并提高了水分和养分的吸收能力。
土壤生物住在哪里?
✓ 食物网中的生物在土壤中分布不均匀。每个物种和种群都可以在其中找到合适的 空间、养分和水分。它们存活在有机物的任何地方-大多数在土壤的顶部几英寸 (见下图),尽管在油井中发现的微生物深达10英里(16公里)。土壤生物是 高度集中的:
✓ 真菌与细菌的比例是系统类型的特征。草原和农业土壤通常具有以细菌为主的食物网-也就是说, 大多数生物量(biomass)都是以细菌的形式存在的。高生产力的农业土壤中真菌和细菌生物量 的比例往往接近1:1或更低。森林往往有以真菌为主的食物网。在落叶林中,真菌与细菌生物量 的比例可以为5:1至10:1,而在针叶林中,真菌与细菌的生物量之比可以为100:1至1000:1。
✓ 复杂性部分可以通过食物网图来确定,该图代表了古老的花旗松森林中的土壤。食物网图的每个框代 表一个功能组的生物,在土壤系统中起相似的作用。能量传递由图中的箭头表示,并在一种生物吃掉 另一种生物时发生。复杂的生态系统比简单的生态系统具有更多的功能组和更多的能量传递。
✓ 对于每个生态系统来说,在能量离开土壤系统之前转换能量的官能团的数量(和特征)是不同的。在 花旗松系统中,能量可能会从生物体到生物体或在功能基团之间进行二十多次转移。相反,一个洞穴 或低残留的耕作系统不太可能在土壤食物网图的右侧包括各种各样的高等捕食者。能量和营养将通过 较少种类的生物循环。
✓ 在土壤团聚体间的空间中。那些无法在土壤中挖洞的节肢动物和线虫在土壤聚集 体之间的孔隙中移动。对干燥敏感的生物,例如原生动物和许多线虫,生活在充 满水的毛孔中。
他们什么时候活跃?
✓ 土壤生物的活动遵循季节模式和每日模式。在温带系统中,最大的活动发生在春 末,此时温度和湿度条件最适合生长。但是,某些物种在冬季最为活跃,其他物 种则在干旱时期,而另一些则处于洪水状态。
✓ 有机物是许多不同种类的化合物-某些对一些生物比其他生物更有用。一般来说, 土壤有机质由腐殖质和活性有机质在量上大致相等的部分组成。活性有机物是土壤 有机体可利用的部分。细菌倾向于使用较简单的有机化合物,例如根系分泌物或新 鲜的植物残渣。真菌倾向于使用更复杂的化合物,例如纤维状植物残留物,木材和 土壤腐殖质。
✓ 磷脂和其他脂质-提供了群落的“指纹”,并量化了真菌或放线菌等基团的生物 量。
✓ DNA和RNA-提供社区的“指纹”,并且可以检测特定物种或群体的存在。
什么是复杂性?
✓ 食物网的复杂性是土壤中物种数量和不同物种数量的一个因素。例如,具有十种细菌饲养线虫的土壤 比具有十种包括细菌饲养线虫,真菌饲养线虫和掠食性线虫的线虫物种的土壤复杂。
✓ 农田、牧场、林地和花园的管理受益于并影响了食物网。
食物网间有差别吗?
✓ 每个田地、森林或牧场都有一个独特的土壤食物网,其中包含特定比例的细菌、 真菌和其他类别,并且每组生物体中都具有特定的复杂程度。
✓ 这些差异是土壤、植被和气候因素以及土地管理实践的结果。
典型的食物网结构
✓ 食物网的“结构”是土壤系统中每组中生物的组成和相对数量。每种类型的生态系统都有其独特 的食物网结构。食物网结构的某些功能包括:
相关文档
最新文档