干湿交替下土壤团聚体稳定性研究进展与展望
刘艳1,2，马茂华1，吴胜军1，冉义国1,2，王小晓1,2，黄平1*
(1 中国科学院水库水环境重点实验室，中国科学院重庆绿色智能技术研究院，重庆400714；
2 中国科学院大学，北京100049)
摘要: 团聚体是土壤结构的基本单元，对土壤系统功能（如结构稳定和肥力保持等）至关重要。而干湿交替是导致土壤团聚体演变的重要环境因子，显著影响团聚体稳定性。本文回顾了70多年来干湿交替对土壤团聚体稳定性影响的研究历程，总结了干湿交替条件下土壤团聚体粒径分布和水稳性的变化特征，着重阐述了干湿交替对团聚体稳定性的影响机制，以及影响干湿交替条件下团聚体稳定性的主要因素，并比较分析了近80年来土壤团聚体稳定性研究的主要方法。通过梳理发现，尽管目前报道了大量有关干湿交替对不同类型土壤团聚体稳定性的影响，但是相关研究多集中在单一的土壤系统中，鲜有从复合生态系统的角度探索干湿交替复合作用过程与多重影响机制。同时，由于不同研究所采用的方法差异较大，导致其结果往往可比性较差。由此，本文提出了该领域今后潜在的研究方向：（1）敏感脆弱区干湿交替下土壤团聚体形成和演变机制；（2）干湿交替对土壤团聚体中化学污染物迁移转化的影响；（3）新技术，如CT等技术在团聚体研究中的应用；（4）植物群落与土壤团聚体间交互作用特征与机理等。
关键词: 土壤团聚体；结构稳定性；干湿交替；生态系统功能；断层扫描技术
中图分类号: S152.4 文献标识码: B
土壤团聚体是由砂粒、粉粒、粘粒在各种有机无机胶结剂的作用下粘结而成的基本土壤结构单元[1]，其稳定性显著影响土壤结构与功能。20世纪下半叶，土壤团聚体的形成机制研究得到了突破性进展，相继提出了Emerson土壤团粒结构模型[2]、微团聚体形成模型[3]、团聚体等级模型[4]。土壤团聚体根据其粒径大小可以分为大团聚体（>0.25 mm）和微团聚体（<0.25 mm），也可根据其抗外力作用分为稳定性团聚体和非稳性团聚体，其中水稳性团聚体是较受关注的一类稳定性团聚体[5-7]。土壤团聚体易受到土壤动物、微生物、植物根系、人类活动及环境变化（如干湿交替、冻融交替、火）等因素影响，其中干湿交替是土壤经历最频繁的水分条件变化过程，对土壤团聚体粒径分布和稳定性等产生重要影响[7]。
干湿交替是土壤经历多次干燥湿润的循环往复过程，是影响土壤颗粒团聚过程的重要环境因子。有关“干湿交替”的研究最早见于20世纪30年代，后由1958年Birch[8]发现干湿交替对土壤呼吸的激发作用而受到广泛关注。自然界中，降雨、物质的扩散流动及冷凝等自然现象的湿润作用，及太阳辐射、风等的干燥作用共同形成了土壤的干湿交替过程[7]。干湿交替通过改变土壤团聚体周围的水环境及孔隙度，使团聚体收缩和膨胀，影响团聚体的形成、粒径分布、结构稳定性，且其对水稳性团聚体理化性质的影响尤为显著[7, 9]。除此之外，干湿交替可通过改变微生物群落及活性，影响团聚体内有机质和营养元素的释放，进而影响土壤肥力。大量研究表明，干湿交替影响团聚体与颗粒有机物、微生物群落之间的关系[10, 11]，同时改变土壤养分（如碳[12]、氮[13]、磷[14]）循环。
针对干湿交替对团聚体稳定性影响的重要研究历程，我们进行了整理和归纳（图2）。20世纪80年代以前，有关干湿交替对土壤团聚体影响的研究侧重于土壤含水量对团聚体的影响机制，包括降雨、浸湿速率等对土壤团聚体稳定性的影响。例如，Seginer和Morin[25]研究表明，裸露土壤的入渗能力下降与降落在地表的水滴数量有关，而与降雨时间无直接关联；随后，Utomo和Dexter[21]利①基金项目：国家自然科学基金项目(41401243，41771266)，重庆市应用开发计划项目(cstc2014yykfC20002)，土壤与农业可持续发展国家重
用去离子水对土壤进行处理，发现干湿交替会促使团聚体中微裂纹的形成，从而降低团聚体的抗拉强度，增加土壤易碎性，降低团聚体稳定性。80年代后，研究方向细化到干湿交替对土壤团聚体养分循环、孔隙结构、气体分布的影响。例如Mikha等[23]研究发现干湿交替可显著减少土壤有机碳矿化量。另外，进入21世纪以来，断层扫描技术也逐渐应用到干湿交替对团聚体微观结构及稳定性的影响研究中，Ma等[24]利用基于同步辐射X射线的显微断层扫描技术（SR-μCT）对干湿交替条件下老成土团聚体内部孔隙结构变化的影响进行了研究。
不同干湿交替阶段，在团聚体粒径分布和稳定性变化特征方面，目前学者尚未得出一致结论。Shiel等[26]研究发现在干湿交替初期，粘质土（61%粘粒，33%粉砂）团聚体粒径下降明显，且经过四次干湿交替后，机械重组后的团聚体和自然状态下的团聚体粒径分布相似；但Mikha等[23]研究表明干湿交替初期，粉砂壤土（22%粘粒，69%粉砂，9%砂粒）团聚体粒径分布没有显著变化，直到第四次干湿交替后，干湿交替对团聚体才有微小影响；Denef等[10]研究了干湿交替对团聚体稳定性及土壤有机质、微生物群落的影响，结果表明，尽管前两次干湿交替会显著降低粉砂壤土（23%粘粒，36%粉砂，41%砂粒）团聚体稳定性，促进团聚体周转，但在团聚体整个崩解和形成周期中，干湿交替对团聚体周转并无较大影响。因此，开展干湿交替条件下土壤团聚体稳定性研究，探究干湿交替对团聚体的作用机理及影响因素，对于农业生产、干湿交替敏感区域（如湿地、河岸带、水库消落带等）的保护及生态恢复具有重要的指导意义。
本文结合近年来国内外研究成果，主要讨论了干湿交替对土壤团聚体的作用过程和机理，比较分析了干、湿过程对土壤团聚体的影响机制，并总结了团聚体稳定性的研究方法，旨在探讨影响团聚体对干湿交替响应的主导因素，及该领域已取得的主要进展、存在的问题以及今后的发展方向，为土壤团聚体研究、农业生产及生态环境脆弱区域管理提供参考。
图1 干湿交替对土壤团聚体影响的重要研究历程
Fig.1 Milestones of the critical advancements in the understanding of the effect of wetting-drying cycles on soil aggregates
1 团聚体稳定机制
团聚体稳定性是指在外力作用下，土壤维持其自身结构的能力，其对土壤的水分渗透和侵蚀具有重要影响[27]。早在20世纪初，就有学者对团聚体稳定性进行了研究，多集中在影响因素、衡量指标及方法学的研究上，鲜有深入探讨团聚体稳定机制的研究。到20世纪中叶，尽管土壤有机质、粘粒及铁铝氧化物等胶结剂对团聚体的稳定作用得到了重视，但系统阐述团聚体稳定机制的研究仍然较为鲜见。直至80年代初，各类土壤胶结剂在土壤团聚过程中的作用才得到系统认识。土壤胶结剂是促进团聚体形成和稳定的关键物质，Tisdall和Oades[1]将其分为有机胶结剂和无机胶结剂。目前，受到国内外认可的团聚体稳定机制主要包括：（ⅰ）土壤有机质、根系菌丝及其分泌物等有机胶结剂对团聚体的粘结作用；（ⅱ）粘粒、多价金属离子、氧化物等无机胶结剂与团聚体颗粒间的相互作用力。
有机胶结剂分为临时性胶结剂（temporary binding agents）、瞬时性胶结剂（transient binding agents）、持久性胶结剂（persistent binding agents）[1]，受微生物活动及植物根系影响较大。暂时性胶结剂主要包括根系、菌丝和真菌，主要通过物理缠结作用促进团聚体稳定，尤其影响大团聚体的水稳性；过渡性胶结剂包括微生物和植物产生的多糖，其可将粘粒大小的颗粒粘结成团聚体，但易被微生物快速分解[1]；而持久性胶结剂则主要是由持久性的芳香腐殖质组成，多为土壤粘粒、多价金属及有机质的混合物，非常稳定，不易受快速浸湿和农业活动的影响，是保持微团聚体水稳性的重要胶结剂[1]。
无机胶结剂主要包括粘粒、多价金属离子、铝硅酸盐、氧化物（如晶质氧化铁）等[1,28]，受成土母质类型影响。其中，粘粒是重要的无机胶结剂，其膨胀、分散和絮凝影响团聚体稳定性，尤其对粘土的团聚体稳定性影响明显。团聚体在水化作用下，部分粘粒会慢慢释放，并聚集在团聚体周围，堵塞孔隙，对土壤结构产生不利影响；但部分粘粒会发生絮凝，促进团聚体的形成[29]。粘粒对团聚体稳定性既有促进作用，也有抑制作用，这与土壤电解质碱度、可交换性钠的含量等特征有关。而其它无机胶结物（如多价金属离子、氧化物等）影响电解质性质，从而影响颗粒对团聚体的稳定作用。有研究表明，铁、铝倍半氧化物可作为絮凝剂，促进粘粒絮凝，提高微团聚体稳定性[30]。
不同类型或性质的土壤，各类胶结剂的含量不尽相同，其主导的稳定机制往往差异较大。例如，对于有机质含量较低的红壤，无机胶结剂在团聚体稳定过程中起主导作用。闫峰陵研究表明，土壤有机质、腐殖酸等有机胶结剂与红壤团聚体稳定性相关性较低，而与铁铝氧化物及粘粉粒等无机胶结剂含量呈显著正相关[31]；Zhang和Horn对第四纪红黏土进行研究，结果再次表明土壤有机质对团聚体的粘结作用要小于由于土壤矿物膨胀或气体产生的压实作用[32]。此外，Jozefaciuk和Czachor[33]利用从黄土（Loessial soil）中提取的四类添加物（有机质、氧化铁、硅胶、氧化铝）人工合成团聚体，研究发现除了氧化铝，其它添加物均能增加大团聚体的水稳性，但当这三类添加物含量较低时降低粒径为1~2 mm团聚体的稳定性。尽管不同含量的胶结剂对团聚体稳定的贡献大小存在差别，而对于自然土壤，不同胶结剂的共同作用可能导致团聚体稳定性向不同方向变化。从上述作用机理来看，团聚体胶结剂易受到外界环境因子的影响。其中，干湿交替对团聚体稳定影响过程和机制一直以来是土壤团聚体研究的重要内容。
2 干湿交替对土壤团聚体稳定性的影响
2.1干湿交替对团聚体粒径分布的影响
团聚体形成受干湿交替作用的影响，且不同粒级土壤团聚体在形成的不同阶段，对干湿交替的
响应不尽一致。在微团聚体形成初期，由于降雨等因素引起的干湿交替作用会影响粘粒、粉粒、砂粒的悬浮和迁移[8]，以及对颗粒粘结起重要作用的多价阳离子形态，如铁离子[1]；在大团聚体形成过程中，对结构不稳定的土壤进行快速的润湿或浸透，会导致土壤团聚体崩解[34]，影响大团聚体稳定性。干湿交替对不同粒径大小的团聚体影响程度也不同，受团聚体中心离蒸发面距离和孔隙结构的影响[35]。例如，粒径小且多孔的团聚体受到干湿交替作用后，更容易在短时间内干燥和浸湿[35]。干湿交替主要通过改变团聚体间或团聚体内的孔隙结构[36]，使团聚体收缩和膨胀，改变土壤团聚体粒径[37]，其影响机制如图3所示。在干燥过程中，土壤水分蒸发，外界空气进入土壤孔隙，团聚体孔隙间气泡膨胀，团聚体受到挤压而收缩，其粒径减小；在湿润过程中，水进入土壤孔隙，团聚体孔隙间气泡受到挤压，同时团聚体产生一定的抗水化性，并由于吸水发生膨胀，团聚体粒径增大。
注：“”代表膨胀，“”代表收缩，土壤为非变性土。
图2 干湿交替条件下团聚体粒径变化机制
Fig.2 Changes in soil aggregate size induced by wetting-drying cycles（改编自Kaiser M [38]. Figure is adopted from Kaiser
M(2014) [38].）
干湿交替主要通过自然降雨、灌溉、水位变化、人工模拟降雨实验等实现，国内外针对干湿交替对团聚体粒径的影响尚未得出一致结论，但基本认为干湿交替初期(1-4次)会降低团聚体粒径，但经过多次干湿交替后，团聚体粒径分布趋向稳定且团聚作用下降（表1）。例如，Degens和Sparling[43]对西澳大利亚珀斯市（Perth, Western Australia）大学农场的灰化土（a lateritic podzol）进行室内干湿交替处理，发现经过最初2次干湿交替后，大团聚体（粒径>2 mm, 1~2 mm, 0.25~0.5 mm）下降
48~65%；经过第3次干湿交替后，团聚体快速恢复到最初的78~100%，经过第4~6次干湿交替后，土壤团聚作用下降。而Sarah和Rodeh[42]在自然降雨和模拟降雨条件下对石灰土团聚体研究，发现灌木和无灌木地区微环境的团聚体粒径和稳定性均随降水量的增加而增大，且增加干湿交替次数可提高土壤结构稳定性；在国内，王彬[40]对哈尔滨市宾县黑土进行研究，结果表明干湿交替过程初期对大团聚体破坏作用明显，且干湿交替可促进粒径<0.2 mm的微团聚体向粒径为0.2~1 mm的团聚体转化，此转化过程存在阈值现象（3次），一旦达到形成新生团聚体的阈值后其团聚作用随之下降。
以上研究表明，尽管国内外有关干湿交替对土壤团聚体粒径分布的影响进行了研究，但由于土壤理化性质、干湿交替实验条件不一致性等原因，研究结果可比性欠缺，对减少土壤侵蚀、提高耕作效率等应用性不强。今后研究需加强不同质地土壤在相同干湿交替条件下的对比研究，需对干湿交替作用尤其是室内实验操作规范化，并逐渐加强干湿交替与其它作用（如植物根系）对团聚体粒径分布的交互作用研究，从而加深干湿交替对团聚体粒径影响的认识。
表1干湿交替对团聚体粒径分布的影响
Table 1 Effects of wetting and drying cycles on soil aggregate size distribution
作者（日期）地点土壤类型干湿交替描述主要结论
马仁明等（2013）[39]湖北省咸宁市第四纪粘土、
泥质页岩发育
红壤
室内人工
模拟降雨
1.在60 mm/h雨强下，雨滴对团聚体
的机械打击破碎作用主要发生在降雨
的最初阶段；
2.大团聚体的百分含量及MWD均随
降雨时间增加呈幂函数减小。
王彬（2012）[40]哈尔滨市宾县黑土室内干湿
交替实验
1.干湿交替过程初期对大团聚体破坏
作用明显，且影响团聚体稳定性；
2.干湿交替促进粒径<0.2mm微团聚
体向0.2-1mm粒径团聚体转化。
石辉（2006）[41]不详典型黑土；典型
潜育土；
典型石灰土
降雨模拟法；
干湿循环法；
Yoder湿筛法
1.Yoder 湿筛法主要破坏3~5 mm和
5~10 mm粒径的团聚体；
2.干湿循环次数不同，破坏不同粒径
范围的团聚体；
3.模拟降雨方法对各级团聚体的影响
几乎相等。
Mikha等（2005）[23]美国堪萨斯州
大学农场
粉砂壤土室内干湿
交替实验
1.干湿交替对团聚体粒径分布没有显
著影响。
Sarah和Rodeh （2004）[42]以色列朱迪亚
沙漠
石灰土自然降雨 1.灌木和无灌木地区微环境的团聚体
粒径随喷灌水量增加而增加；
2.干湿交替次数影响土壤结构。
Degens和Sparling （1995）[43]西澳大利亚珀
斯市的大学农
场
灰化土室内干湿
交替实验
1.干湿交替2次，大团聚体粒径降低；
2.干湿交替3次，破坏作用下降；
3.干湿交替4~6次，团聚作用下降。
Shiel等（1988）[26]英国诺森伯兰
郡斯坦福德姆
潜育土室内干湿
交替实验
1.在干湿交替初期粘质土（61%粘粒，
33%粉砂）团聚体粒径下降明显；
2.干湿交替4次后，经过机械重组的
团聚体和自然状态下的团聚体有着相
似的粒径分布。
2.2干湿交替对团聚体水稳性的影响
干湿交替主要通过影响团聚体颗粒的膨胀和收缩、胶结剂的稳定性，改变团聚体水稳性。对团聚体快速浸湿，可导致团聚体形成微裂纹[21]，降低颗粒的粘结力，促进水化，降低团聚体水稳性。对团聚体进行干燥，会促进水中悬浮的矿物颗粒粘结，以及可溶性物质（如二氧化硅、碳酸盐和有机分子）聚集，同时胶结物质和可溶性矿物质在颗粒间接触点周围结合，促进团聚体形成，增强土壤粘结力[8]。干湿交替还可通过影响微生物群落分布及活动[11,44]，影响过渡性和暂时性胶结剂的合成和分解。例如，Zhu等[45]研究发现，剧烈的干湿交替作用（8次，每周期3天，土壤含水量从25%降到10%左右）抑制向日葵根际微生物呼吸作用和砂壤土有机质的分解与矿化。但在不同理化性质的土壤中，微生物群落类型和分布特征差异较大，且干湿交替条件下微生物对胶结剂稳定性的影响机制还不明确。
目前，团聚体水稳性研究多集中于对土壤有机碳和土地利用方式（包括耕作、施肥、植被恢复等）的响应上，也有部分学者研究了冻融交替等自然环境因素，以及胶结剂（如根系分泌物）、土壤物理化学性质（如含水率）对团聚体稳定性的影响。尽管进入21世纪以来，有关水稳性团聚体的报道明显增加，但有关干湿交替对团聚体水稳性的影响研究较少。大量研究结果表明，干湿交替影响团聚体水稳性，但针对不同土壤类型，相关结果不尽一致（表2）。总体而言，干湿交替能促进变性土的团聚作用，利于水稳性团聚体的形成；而对红壤、粉砂壤土等一般起抑制作用，且在作用初期（1~4次），干湿交替对水稳性团聚体破坏明显。Utomo和Dexter[7]认为干湿交替对水稳性团聚体有显著影响，且免耕土壤在干湿交替的作用下，水稳性团聚体持续减少；对于翻耕地，部分水稳性团聚体起初会逐渐增加到最大值，然后伴随干湿交替过程不断减少。Denef等[10]对粉砂壤土研究发现，干湿交替使大团聚体（>2 mm）数量从占总土壤质量的30%减少到21%，且大团聚体经过了两次干湿交替后具有了抗水化性。而Bravo-Garza等[46]认为，对于变性土，干湿交替促进水稳性团聚体的形成，增加大团聚体的数量。虽然不同研究的干湿交替实验设计和供试土壤性质有所区别，但是可以看出干湿交替影响团聚体水稳性，且作用程度与土壤类型、干湿交替频率有关。因此，需对比不同土壤类型的团聚体稳定性对干湿交替响应机制研究。同时，鉴于干湿交替对土壤团聚体稳定性研究多集中在单一的土壤系统中，今后需加强对干湿交替条件下土壤-植物复合系统中植物根系、群落结构等对团聚体水稳性的影响研究。
表2 干湿交替对团聚体水稳性的影响研究
Table 2 Effect of wetting and drying cycles on soil aggregate water stability 作者（日期）地点土壤类型与质地干湿交替描
述
主要结论
Bravo-Garza等（2010）[46]墨西哥利纳雷斯变性土室内干湿
交替实验
1.干湿交替促进水稳性团聚体形成，
增加大大团聚体（>2 mm）数量。
陈晓燕等（2010）[47]中国重庆灰棕紫泥人工模拟
降雨
1.水稳性土壤团聚体（>0.25 mm）
含量的变化特征与降雨强度有密切
关系。
范云涛等（2008）[48]中国陕西；
湖北；
黑龙江
黄土；
红壤；
黑土；
农耕地
Yoder湿筛 1.红壤的团聚体稳定性最好，其次为
黑土，黄土；
2.不同湿润速度对红壤MWD的影
响差异均显著；快速湿润对黑土、
黄土MWD影响显著。
Denef 等（2001）[10]美国科罗拉多粉砂壤土室内干湿
交替实验
1.干湿交替降低大大团聚体数量；
2.经2次干湿交替后大团聚体具有
抗水化性。
Barzegar等（1995）[49] 澳大利亚淋溶土；
变性土
室内干湿
交替实验
1.增加干湿交替次数，团聚体稳定性
增强。
Utomo 和Dexter （1982）[7] 澳大利亚细砂壤土；
红棕壤
室内干湿
交替实验
1.干湿交替对水稳性团聚体有显著
影响；
2.经2-4次干湿交替后，免耕地团聚
体的水稳性显著下降；
3.干湿交替影响土壤团聚体水稳性，
且与耕作措施有关。
3 干湿交替下土壤团聚体稳定性的主要影响因素
3.1土壤理化性质
土壤有机质是参与土壤结构发育的重要物质[50]，直接影响土壤的团聚过程，以及土壤结构稳定性对干湿交替的响应[51, 52]。一般认为，土壤有机质通过降低土壤的浸湿程度和增加团聚体的粘聚度来提高团聚体稳定性。例如，微团聚体可在新鲜有机质的粘结作用下形成大团聚体，其水稳性与土壤有机质的动态变化紧密相关，且颗粒态有机质对大团聚体具有直接或间接的稳定作用[53]。除此之外，土壤有机质的减少不仅会导致水稳性大团聚体减少[54]，而且会使可分散性粘粒大量增加，从而导致有机胶结剂氧化，降低土壤团聚体稳定性[52]。但也有学者指出土壤有机质中的有机阴离子，如黄腐酸根、柠檬酸根、草酸根等，会增加粘粒扩散，降低微团聚体稳定性[30]。同时干湿交替可能会导致已有的团聚体中有机物质暴露分解，促进团聚体的形成，并在微生物参与下实现团聚体周转和物质的循环[11]。近些年，有关颗粒有机质（Particulate Organic Matter, POM）对团聚体稳定性的作用研究逐渐受到关注。已有研究表明在干湿循环2次左右POM可促进大团聚体的形成[10]，且POM还是微团聚体中的重要组分，能免受微生物分解和干湿交替干扰。
影响土壤团聚体对干湿交替响应的理化性质还包括土壤矿物组成及质地、初始含水量、孔隙度等方面。不同矿物组成和质地的土壤，其粘土矿物含量有所差别，且团聚体间的孔隙连通性也不相同，故不同质地的土壤抗干湿交替胁迫能力也不同，从而对团聚体的粒径大小及稳定性的影响也有差异。例如，Gregory等[55]对英国贝德福德郡（Bedfordshire）的钙质土、棕砂土进行对比研究，发现粘土比砂壤土更易受到干湿交替的影响。初始含水量影响土壤团聚体对干湿交替的响应，大部分研究表明初始含水量影响土壤入渗速率及土壤的团聚作用、水化力大小，并在一定程度上决定了团聚体的破碎机制[56-58]。早在20世纪60年代，初始含水量对团聚体稳定性的影响就已经受到关注[59]，但有关其对不同类型土壤的作用还尚未得出一致结论。王彬[40]对黑龙江黑土进行研究，发现初始含水量增加会降低团聚体稳定性；但周杰等[60]对中国西南喀斯特地貌的石漠化土壤进行研究，指出初始含水量的增加有利于团聚体的稳定。团聚体自身的孔隙度是影响其响应干湿交替的重要因素，尤其对于水稳性团聚体，其高孔隙度保证了其渗水能力，减缓干湿交替的破坏作用。
近十年来，有关土壤理化性质影响土壤团聚体对干湿交替响应的研究热度明显上升，主要集中在土壤有机质、初始含水率的影响。就有机质而言，尽管目前对POM的研究已逐渐深入到其在各类团聚体中的周转及POM中碳、氮赋存规律的研究，但POM在团聚体形成过程中的作用机理和周转，以及与影响POM作用的因素（如粘粒含量、干湿交替）之间的相互作用尚不明晰。鉴于目前有关初始含水量对不同地区、不同特征的土壤团聚体稳定性影响研究的结果的不一致性，今后还需加强土壤含水量对团聚体形成和稳定的影响机制研究，以及不同性质土壤间的对比性研究。另外，对于受到强烈人为活动干扰地区的土壤，其理化性质影响团聚体对干湿交替响应的机制及特征也有待研究。
3.2 植物根系
土壤团聚体与植被根系密不可分，大团聚体水稳性极大地依赖于植被根系和菌丝[4]。植物根系分泌的过渡性胶结剂（如多聚糖），并由此衍生的持久性胶结剂（如芳香烃类腐殖质）都有利于团聚体的形成和稳定[52]，增强团聚体抗水化能力。根系分泌物除了可作为胶结剂外，还可为土壤微生物提供营养物质，从而直接或间接影响土壤团聚过程。Niu等[61]研究表明，无芒隐子草的根系可提高砂壤土团聚体的粘聚力和土壤抗水蚀能力；莞亚茹等[62]模拟根系分泌物，证实了低分子量根系分泌物中的葡萄糖组分可促进黑土中微团聚体的形成，且谷氨酸和苹果酸有利于微团聚体胶结成大团聚体。植物根系还可增加土壤团聚体内部的团聚度与孔隙数量，提高土壤渗水能力，降低干湿交替的影响。例如由政等[63]对黄土高原退耕地不同演替阶段的茵陈蒿（前期）、铁杆蒿（中期）、白羊草（后期）的根系与团聚体稳定性之间的关系进行研究，发现植物根系的长度、直径的增加可改善土壤孔隙结构，且表层0.5~2 mm的根系特征（根长、表面积、生物量）与团聚体稳定性极显著相关；
Qu等[64]对中国岷江上游干旱河谷地区的石灰性始成土进行研究，指出在生态系统演替初期，先锋植物（如细裂叶莲蒿）的根系生长有利于形成健康的土壤团聚体，提高土壤结构稳定性，并促进退化生态系统的后续演替。
近年来，国内外有关植物根系对团聚体稳定性的影响主要集中在对作物（如大豆、小麦、玉米）和草本（如白三叶、苜蓿、冰草）研究上，其次是灌木（如柠条、沙棘）和乔木（如刺槐）。植物根系对生态系统的不同演替阶段土壤团聚体的形成与稳定具有重要作用，然而干湿交替条件下，不同演替阶段植物及其根系的适生特征对土壤团聚体稳定性的影响机制尚不明晰，有待进一步研究。
3.3土壤动物
一般而言，含较多团聚体的土壤中有大量中型动物区系（Mesofauna）和广动物区系（Macrofauna）的种群[52]。细菌和真菌在微尺度上（μm~cm）团聚和稳定土壤结构，而蚯蚓和白蚁在小尺度（mm~m）上影响团聚体结构和土壤稳定性[52]。对土壤团聚体粒径分布影响较大的土壤动物主要包括蚯蚓和白蚁[28]。蚯蚓主要通过挖掘洞穴和生成排泄物影响土壤团聚体的形成和稳定[52]，但并非所有的蚯蚓都对团聚体有重要的影响。根据蚯蚓的取食和排泄习性可以将其分为表栖类、深土栖类、内栖类[52]，其中深土栖类和内栖类主要通过内脏消化土壤或落叶等后形成的排泄物影响土壤团聚体形成[52, 65]。蚯蚓可以调节大团聚体和微团聚体的形成，并通过其血管束的粘合作用和肠道的消化作用以及排泄物的固定作用增加土壤团聚体的稳定性[28]，且蚯蚓粪影响着大团聚体的抗水化性[52]。尽管目前白蚁对土壤团聚体的影响机制还不明确，但是有部分研究表明有些白蚁物种可以影响土壤的微团聚体。例如，Six等[28]认为仅仅只有富含有机质和可交换阳离子的白蚁物种才可以改善土壤结构，提高稳定性；Jungerius等[66]对肯尼亚的埃尔多雷特（Eldoret）南部地区的食土白蚁研究，发现该白蚁通过取食土壤物质，将其在肠道系统内消化，并储存在粪球内排出，促进微团聚体的形成。
目前，有关土壤动物影响团聚体的研究多集中在蚯蚓的研究上，其它动物种类相对较少。尽管蚯蚓对土壤团聚体有着不可忽视的影响，但研究不同地区独特土著动物对土壤结构稳定性的影响也有重要意义，这对改善区域植物生长环境和土壤稳定性有不可忽视的作用。从系统的完整性考虑，土壤动物与其他环境因素（如根系）的相互作用也是今后需要研究的科学问题。此外，土壤动物对干湿环境的适应活动，影响土壤团聚体稳定性，但干湿交替这种对土壤团聚体稳定性的间接影响机制还不清楚。
3.4微生物群落
微生物群落主要通过影响土壤颗粒粘结以及分解或合成有效胶结剂直接影响团聚体的稳定性[67]。Cosentino等[68]研究表明真菌对土壤的物理缠结、胞外多糖和疏水物质的形成具有重要作用，其生物量与团聚体稳定性之间有较好的相关性。微生物生物量大小和群落组成的差异影响土壤团聚体对干湿交替的响应。例如Denef等[69]对美国科罗拉多州的粉砂壤土进行研究，发现进行杀真菌剂处理后的土壤中没有形成大大团聚体，这表明真菌在水稳性大团聚体的形成过程中起着重要作用。另外，多数情况下干湿交替对微生物群落的影响受土地利用方式的限制。Fierer等[9]对美国加利福利亚大学塞奇威克自然保护区土壤进行研究，发现干湿交替影响橡树土壤的细菌群落组成，而对草地影响较小；Gordon等[11]对英国兰开夏郡牧场的棕壤土研究发现，干湿交替极大地减少了微生物生物量碳、真菌磷脂脂肪酸以及真菌细菌的磷脂脂肪酸比值。除此之外，干湿交替对细菌和真菌的影响也有所差别。例如，Butterly等[70]对添加了葡萄糖、淀粉、纤维素的深色淋溶土进行研究，发现干湿交替降低了真菌的含量，而细菌革兰氏阳性菌有所增加。
近十年来，国内有关微生物影响团聚体对干湿交替的响应研究多集中在团聚体养分迁移与转化的机制上，多数研究认为在干湿交替条件下，微生物通过呼吸作用及其对土壤团聚体中养分的矿化作用来影响C、N等营养元素的迁移转化；国外除了上述研究方向外，还侧重于干湿交替条件下团
聚体与微生物之间的相互作用，如团聚体对微生物的保护机制研究、微生物对团聚体稳定性的影响等。为此，今后需开展干湿交替下不同土壤类型团聚体的响应机制研究，尤其是微生物学机制，以及微生物与其它因素（如根系）对团聚体的交互作用研究。
3.5土地利用管理措施
土地利用与田间管理方式（如地表覆盖、耕作制度）影响土壤的孔隙结构、导水率，及土壤中有机质的分布，从而间接影响土壤团聚体对干湿交替的响应。有研究表明，团聚体粒径分布及稳定性变化的66.6%是由土地利用类型变化引起[71]。目前，不同的耕作制度（包括少耕、传统耕作和免耕）对团聚体的影响是研究热点[72-74]。研究表明不同的耕作制度对团聚体的影响有所差别，免耕更有利于团聚体稳定。例如，álvaro-Fuentes等[75]对西班牙萨拉戈萨省旱地农田研究，比较了传统耕作、少耕和免耕对土壤团聚作用的影响，发现其对土壤结构的改善作用依次增强，且耕作强度的降低有利于增强团聚体水稳性；Hontoria等[76]对西班牙卡尼亚梅罗红壤地区的表层砂壤土研究发现，与传统耕作相比，免耕土壤在6年后其表层土壤（<100 mm）的大团聚体含量增加了40%，在退化的红壤地区，免耕比传统耕作更有利于形成和稳定大团聚体。除此之外，施用秸秆等有机物，可显著增加经过湿筛后的土壤团聚体几何平均直径和MWD，调节土壤团聚体分布及稳定性，改善土壤结构[77]。
4研究方法
从上世纪30年代以来，学者就展开了对土壤团聚体稳定性研究方法的探索，有关团聚体粒径分析及团聚体稳定性评价的研究方法如表3所示。
湿筛法、水滴法及降雨模拟法主要通过衡量团聚体抗水化和抗机械破碎能力来衡量团聚体稳定性。其中，湿筛法简单易行，但耗时耗力；水滴法评价精确度有待提高；模拟降雨法更适于田间实验。90年代，Le Bissonnais[80]在上述研究方法的基础上，总结了导致团聚体崩解的水化、膨胀、雨滴破碎及物理化学分散四大机制，并提出了统一的评价团聚体稳定性的框架和实验操作步骤。尽管Le Bissonnais法可用于比较不同土壤的团聚体稳定性，但实验步骤复杂。值得注意的是，上述方法均对土壤结构具有破坏性。直至20世纪末，CT的研发与应用使土壤结构可视化成为可能。相比传统研究方法，CT对土壤结构不具有破坏性，并能在微尺度水平观察土壤结构的3D形态特征及液相在土壤结构中的流动。21世纪以来，同步加速器、显微CT技术的出现，以及算法精确度的提高促进了CT在土壤科学上的应用[88]。目前国内外CT在土壤科学上的应用主要包括土壤孔隙和有机质分布、矿物颗粒的空间排列、团聚体粒径分析，同时也运用于土壤液相分布及气体释放特征研究。相比于国外，CT技术在我国的土壤结构定量化研究中的应用仍处于起步阶段。目前国内CT技术主要应用于较大尺度（mm~m）的研究，如土壤砂石含量[89]，大孔隙（>5 mm）[90]。尽管近年来部分学者利用CT技术在团聚体尺度开展了一些研究，如周虎等[91]应用同步辐射显微CT对第四纪红黏土母质的水稻土中团聚体结构进行了分析，但是在团聚体和微孔隙尺度上开展的研究较少。
总体而言，土壤团聚体粒径分析和稳定性评价经历从定性描述到定量分析，从人工实验操作到与电脑数字化相结合的发展过程。研究方法的改进降低了人为因素对土壤结构的破坏作用，并逐步实现了土壤团聚体结构分析的可视化，提高了分析结果的精确度和可靠性。目前研究多结合Yoder 湿筛法及CT技术对土壤团聚体粒径和稳定性进行分析。CT技术以其对土壤结构不具破坏作用而受到广泛关注，但其图像精确度的提高有赖于算法的改进。且有研究表明，X射线影响团聚体中微生物的数量及代谢活性[92]，这在一定程度上限制了CT技术在团聚体中微生物的分布特征及演变研究上的应用。今后需加强CT技术图像处理的算法研究，提高图像精确度，同时加强低危害性辐射源
的开发，减少其对土壤结构中生物的影响，从而促进CT技术在多尺度土壤结构研究中的应用。除此之外，针对不同类型及处于不同环境条件下（如干湿交替、冻融交替等）的土壤，标准的采样方法和土样前处理采样步骤亟待建立，以提高研究结果的可比性。
表3评价团聚体稳定性的重要研究方法
Table 3 Important researches of the critical methodologies on analyzing soil aggregate size distribution and stability 研究方法作者衡量参数特点
外力分散类Yoder湿筛法[78]Yoder（1936）MWD 1.破坏水稳性团聚体；
2.团聚体分析基于水化特性。
水滴法[15]McCalla（1944）水滴数 1.水滴影响团聚体膨胀，易形成致密层；
2.与水滴对团聚体的击打程度及水滴温度、
大小有关，且受土壤温度和湿度影响。
人工降雨模拟法
[79]
Young（1984）MWD 1.通过描述土壤对侵蚀力的敏感度来评价
团聚体稳定性；
2.相对于田间实验，简单易行；
Le Bissonnais法
[80]
Le Bissonnais
（1996）
块度分布，
MWD
1.考虑各种团聚体崩解机制，包括水化，膨
胀，雨滴破碎，物理化学分散；
2.可用于比较不同土壤或气候条件下土样
的团聚体稳定性。
数字设备类
超声波法[81,82] North（1976）
Zhu等（2009）
球面直径< 2 mm颗
粒的重量百分率
1.产生稳定的悬浊液，不会显著影响土壤悬
浊液的PH和导电性；
2.尤其适用于石灰性土壤和含有大量蒙脱
土和有机质的土壤。
双能量X射线断
层扫描技术[83]
Rogasik等
（1999）
异质度
Hounsfield单位的加
权平均数标准差
1.使土壤结构可视化，不破坏团聚体结构；
2.可观察微尺度水平土壤结构的3D形态；
3.使用两种不同能级进行扫描，减小含水量
对含有粘粒矿物土壤结构的影响；
单光子发射计算
机化断层显像技
术（SPECT）[84]
Perret等（2000）放射性 1.示踪物空间分布定量化；
2.定量描述无干扰的土柱优势流空间分布；
3.可用于实时分析。
激光衍射法[85,86]Shein等（2006）
Eshel等（2004）
土壤颗粒的体积百
分比；折射率
（Refractive Index）
1.测量激光散射角度分析团聚体粒径分布；
2.计算出的粘粒含量小于移液管计算的含
量，但砂粒含量高于移液管法计算的含量。
其它转移矩阵法[87] Niewczas和
Witkowska-Wal
czak（2003）团聚体稳定指数 1.随机性；
2.包含不同方法测得的团聚体稳定性结果；
3.适用于评价不同粒径的团聚体稳定性。
5研究展望
干湿交替在自然界中普遍存在，其对土壤团聚体形成和稳定具有关键作用，相关研究越来越受到重视。干湿交替影响胶结剂的合成和分解，并在各类因素的直接或间接作用下，共同影响团聚体稳定性。复合生态系统对团聚体稳定性具有多重影响机制，但目前针对干湿交替影响团聚体的研究
多集中在单一土壤系统中，鲜有从复合生态系统的角度探究团聚体的形成过程和机理，且厘清干湿交替下各类因素对团聚体的作用过程和机理是需要解决的重要科学问题。同时，研究技术的进步，如无损探测，包括CT和同步辐射光源等，为今后团聚体形成及其作用机制的研究提供了新的手段，且有关团聚体粒径分布状况及其周转的研究可以进一步拓展。鉴于团聚体对土壤结构和功能以及对生态系统功能的重要性，今后需加强以下几个方面的研究。
（1）敏感脆弱区干湿环境变化下土壤团聚体形成和演变机制
环境因素和人为活动影响土壤团聚体稳定性。有关小尺度区域的环境因子对团聚体的影响研究已逐渐趋于成熟，但大尺度、高频度的人为干扰或环境变化对土壤团聚体的影响研究还比较少见。敏感脆弱区通常对高频度的环境变化响应敏感，但在此条件下土壤团聚体形成和演变机制尚不清晰。水陆交错带是最常见的受干湿交替影响较大的区域，如三峡水库消落带，自2010年正式蓄水后，在水位涨落幅度达30 m的库区岸边带，形成了面积为348.9 km2的消落带，其水位变化受季节和人为控制的影响很大，涉及范围广，规律性强。消落带为新生生态系统，土壤稳定性对于新生系统的演替具有决定性影响，研究此类地区干湿交替条件下土壤团聚体形成和演变机制对于敏感脆弱区的生态恢复具有重要意义。鉴于此，本文提出以下亟需开展的研究方向：（ⅰ）在与干湿交替相关的强干扰的人为因素（如修建水库）或高频次的环境变化（如潮涨潮落）作用下，此类地区（如水陆交错带）土壤团聚体形成的主要机制及团聚体粒径、稳定性等的演变规律；（ⅱ）干湿交替作用强烈地区（如消落带）且处于演替初期的新生生态系统中土壤团聚体的稳定机制及影响因素；（ⅲ）在干湿交替作用下，土壤微生物群落分布、动物迁移对脆弱生态系统土壤团聚体稳定性及其养分循环的影响。
（2）干湿交替对土壤团聚体中化学污染物迁移转化的影响
干湿交替对土壤物理化学性质有重要影响，如氧化还原电位、pH、含水量。但化学污染物包括重金属及各类新型污染物，在土壤团聚体中各粒径的分布规律及在干湿交替条件下其化学形态的转化规律尚不明确。目前，我国土壤污染形势不容乐观，各类新型污染物层出不穷。例如，卤代咔唑( PHCs)是多集中在河流湖泊沉积物及土壤中的新型有机污染物，目前其来源、分布及生态毒理效应尚不清楚[93]。探究污染物迁移转化机制，研究有效的土壤修复方法刻不容缓。探索干湿交替条件下污染物在土壤团聚体中的迁移转化规律，有利于修复处于环境变化条件下受污染的土壤生态系统，改善土壤质量。
（3）断层扫描技术在团聚体研究中的应用
目前，断层扫描技术的辐射源主要包括X射线，γ射线，光子，中子，正电子，其中X射线，γ射线是最常见的辐射源。由于X射线断层扫描技术对团聚体结构不具有破坏性，并能在微观尺度水平观察土壤结构，这使CT技术在团聚体微生物功能及分布特征研究中的应用成为可能。但由于辐射源的放射性，限制了断层扫描技术在团聚体中微生物研究中的应用。今后需加强断层扫描技术优化研究，减少辐射源对微生物及土壤动物的影响；加强图像算法的研究，提高图像分辨率，促进断层扫描技术在团聚体研究中的应用。
（4）植物群落与土壤团聚体间交互作用特征与机理
地下结构功能是近几年的相关研究热点之一，其中植物根系对土壤结构功能的影响越来越受到关注。在生态系统的不同演替阶段，土壤有着不同的特性和功能，并受到环境变化的影响。土壤团聚体的形成对脆弱生态系统恢复具有重要作用，尤其在植物群落演替早期，环境条件处于不稳定状态，大量土壤有机质积累和植物根系生长有利于团聚体的稳定和植物群落形成[94]。最近研究表明，在多样化的植物群落中，一些特定植物功能物种会影响土壤的物理过程[95]。尽管植物根系是植物多样性影响土壤团聚体稳定性的关键途径，但目前生物多样性与地下生态系统功能关系的研究还较少。
除此之外，团聚体孔隙大小、粒径分布、稳定性等性质影响植物营养物质吸收及根系分布，从而间接影响植被初级生产力。但目前针对在生态系统不同演替阶段、不同环境条件下（如干湿交替）的土壤团聚体物理化学性质变化规律和特征及其与植物群落之间的交互作用并不明晰。因此，需进一步探索不同演替阶段土壤团聚体和植物群落的交互作用变化特征，及相互作用机制，这有利于完善环境变化下对土壤团聚体和植物群落功能形成的认知，实现脆弱生态系统的生态恢复。另外，在全球环境变化的背景下，干湿交替过程中单一系统的土壤团聚体演变研究应该加强与生态系统过程、功能及其提供的生态系统服务的结合，形成跨尺度和跨系统的综合交叉研究方向。
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Soil aggregates as affected by wetting and drying cycles: research review and future
directions
LIU Yan1,2, MA Maohua1, WU Shengjun1, RAN Yiguo1,2, WANG Xiaoxiao1,2, HUANG Ping1,*
(1 Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Science, Chongqing 400714, China;
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract: Aggregates, the basic unit of soil structure, play a fundamental role in ecosystem function such as soil stability and fertility. Wetting and drying cycles are the most common environmental factors affecting the properties of soil aggregates, particularly soil aggregate stability. This paper reviewed the research history of soil aggregates affected by wetting and drying cycles over the past 70 years, and summarized characteristics of soil aggregate size distribution, dynamics of water stability, factors and their
effecting mechanisms. In addition, this paper compared the different methods for measuring soil aggregate stability in the last 80 years. Although the different types of soils were investigated by studies focusing on the soil aggregates affected by wetting and drying cycles, most of the studies were conducted focusing on soil system individually and few on effecting mechanism across ecosystems. In addition, because of the difference between research methods, the research results are diverse and lacking of comparability. We proposed several research perspectives in future studies: 1) dynamics of soil aggregates distribution and formation affected by the wetting and drying cycles in fragile ecological zones; 2) the influence of wetting and drying cycles on migration and transformation of heavy metals and toxic chemicals during the turnover of soil aggregates; 3) the application of computed tomography in studying soil aggregates; 4) the interaction between plant community and soil aggregate.
Key words: soil aggregate; soil structural stability; wetting and drying cycles; ecosystem functions; computed tomography
高二生物必修三第五章生态系统及其稳定 性知识点总结 一、生态系统的结构 1、定义：由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体，最大的生态系统是生物圈(是指地球上的全部生物及其无机环境的总和)。 2、类型：自然生态系统：包括水域生态系统(海洋生态系统、淡水生态系统)和陆地生态系统人工生态系统。自然生态系统的自我调节能力大于人工生态系统 3 生态系统的结构 (1)生态系统的组成成分(功能结构) 特例： 寄生植物(如菟丝子)消费者; 腐食动物(如蚯蚓)分解者; 自养微生物(如硝化细菌)生产者; 寄生微生物(如肺炎双球菌)消费者。 (2)食物链和食物网(营养结构) 食物链：在生态系统中，各种生物之间由于食物关系而形成的一种联系(食物链不包括非生物物质和能量及分解者)。 食物网：在生态系统中，许多食物链彼此相互交错连
接的复杂的营养关系称为食物网分析食物网时应注意： a 越复杂的生态系统，食物网中的食物链的数量就越多。食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力就越强。食物链上一般不超过五个营养级。 b 生产者总是为第一营养级。在食物网中，大型肉食动物在不同的食物链中所处的营养级往往不同(占有不同的营养级)。 C 每条食物链的起点总是生产者，终点是不被其他动物所食的动物。食物链中箭头的含义：方向代表能量流动的方向，同时体现捕食与被捕食的关系。 d 生态系统的物质循环和能量流动就是沿着这种渠道进行的。 e 在食物网中，两种生物之间的种间关系有可能出现不同概念上的重合。如蜘蛛与青蛙既是捕食关系，又是竞争关系。 二、生态系统的能量流动 1、能量流动 a、定义：生物系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程， b、过程：一个来源，三个去向。 c、特点：单向的、逐级递减的(不循环不可逆)。能量传递效率为10%-20% 2、研究能量流动的意义： a、实现对能量的多级利用，提高能量的利用效率(如
大团聚体的测定方法 专业：水土保持与荒漠化防治 姓名：高强伟 学号：S2******* 摘要：土壤团聚体是指土壤中大小、形状不一、具有不同孔隙度和机械稳定性的结构单位，通常将粒径>0.25mm 的结构单位称为大团聚体。按水稳定性可把大团聚体分为非水稳定性大团聚体和水稳定性大团聚体，土壤水稳性团聚体含量是评价土壤结构性的重要指标，团聚体的测定有利于了解土壤水分的众多方面，如径流、人渗、再分布、通气以及根系生长。而本文介绍用干筛法测定非水稳定性大团聚体，湿筛法、Le Bissonnais (LB)法测定水稳定性团聚体。 关键词：土壤团聚体；水稳性；测定方法；结果计算 土壤团聚体是指一组黏结在一起的多个基本土壤颗粒，这些土壤颗粒之间的黏结力比其与周围土壤颗粒的黏结力更强，是土壤的结构单位[1-3]。土壤团聚体对于外来破坏性作用力的脆弱性的度量[4]，影响着土壤的一系列物理性质，特别是入渗和土壤侵蚀 [5-6]，决定土壤对风和水的搬运作用的敏感性，还影响着耕作土壤孔隙的大小，进而影响土壤入渗、产流、侵蚀及肥力状况[1]。从农学意义上讲，适于植物生长的良好结构主要依赖于直径为1—10mm 的水稳性团聚体，因为这种团聚体有利于调节通气、持水、养分的保持和释放[7]。 1 干筛法测定非水稳定性大团聚体（国家标准法） 1.1 测定步骤 第一步：在野外采取土样时，要求不破坏土壤结构，一个样品采集1. 5-2. 0 kg ，采回来的土样，将大的土块按其结构轻轻剥开，成直径10 mm 左右的团块，挑去石块、石砾及明显的有机物质，放在纸上风干(不宜太干)。 第二步：将团粒分析仪的筛组按筛孔大的在上、小的在下顺序套好，将土样倒在筛组的最上层，加盖，用手摇动筛组.使土壤团聚体按其大小筛到下面的筛子内。当小于5 mm 团聚体全部被筛到下面的筛子内后，拿去5 mm 筛，用手摇动其他四个筛。当小于2 mm 团聚体全部被筛下去后，拿去2 mm 的筛子。按上法继续干筛同一样品的其他粒级部分。每次筛出来的各级大团聚体，把相同粒径的放在一起，分别称它们的风干质量(精确到0.01 g)。 1.2 结果计算 各级非水稳性大团聚体含量(g/kg)=10001 1?'m m （1） 式中:m 1—风干土样质量，g ； —1 m '各级非水稳性大团聚体风干质量,g 。
土壤生物与生态学复习指导 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、European Journal of Soil Biology、Agriculture, Ecosystems and Environment、Biogeochemistry、 FEMS Microbiology Ecology、 The ISME Journal和Ecology Letters、 Ecology、Journal of 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
FHZDZTR0010 土壤微团聚体组成的测定吸管法 F-HZ-DZ-TR-0010 土壤—微团聚体组成的测定—吸管法 1 范围 本方法适用于土壤微团聚体组成的测定。 2 原理 土壤中小于0.25mm的团聚体为微团聚体。土壤中由原生颗粒所形成的微团聚体标志着土壤在浸水状况下的结构性能和分散强度。土壤微团聚体测定与土壤颗粒组成吸管法测定基本相同，也是根据司笃克斯定律，利用不同直径微团聚体的沉降时间不同，将悬浮液分级。所不同的是在颗粒分散时，为了保持土壤的微团聚体免遭破坏，在分散过程中只用物理方法（振荡）处理分散样品，而不加入化学分散剂。然后根据土壤微团聚体测定结果与土壤颗粒组成测定结果中的小于0.002mm粒级含量计算出土壤分散系数和结构系数。土壤分散系数用作表示土壤微团聚体在水中被破坏的程度，土壤分散系数愈大，则微团聚体的稳固性愈低。土壤结构系数用作鉴定微团聚体的水稳定性。 3 仪器 3.1 振荡机。 3.2 土壤颗粒分析吸管（图1）。 图1 土壤颗粒分析吸管
3.3 搅拌棒（图2）。 3.4 量筒，1000mL 。 3.5 土壤筛，孔径2mm 、1mm 、0.5mm 。 3.6 烧杯，50mL ，200mL 。 3.7 洗筛，直径6cm ，孔径0.25mm 。 3.8 锥形瓶，500mL 。 4 操作步骤 4.1 称取通过2mm 筛孔的10g （精确至0.001g ）风干土样置于500mL 锥形瓶中，加入200mL 水，加塞浸泡24h ，然后在振荡 机上振荡2h 。在1000mL 量筒上放一大漏斗，在量筒口放一孔 径0.25mm 洗筛，将悬浮液通过筛孔洗入量筒中，留在锥形瓶内的土粒，用水全部洗入洗筛内，注意切不可用橡皮头玻璃棒洗擦土粒，以免破坏微团聚体，最后将量筒内的悬浮液用水加至1000mL 。 图2 搅拌棒 将盛有悬浮液的1000mL 量筒放在温度变化较小的平稳试验台上，避免振动，避免阳光直接照射。 将留在洗筛内的砂粒洗入已知质量的50mL 烧杯（精确至0.001g ）中，烧杯置于低温电热板上蒸去大部分水分，然后放入烘箱中，于105℃烘6h ，再在干燥器中冷却后称至恒量（精确至0.001g ）。 同时取温度计悬挂在盛有1000mL 水的1000mL 量筒中，并将量筒与待测悬浮液量筒放在一起，记录水温（℃），即代表悬浮液的温度。 4.2 吸取悬浮液 根据悬浮液的温度、土壤密度与颗粒直径，按表1土壤颗粒分析吸管法吸取各粒级时间表，吸取各粒级颗粒。吸取各级颗粒的装置如图3所示。 表1 土壤颗粒分析吸管法吸取各粒级时间表 在不同温度下吸取悬液所需时间 10℃ 12.5℃ 15℃ 17.5℃ 20℃ 土壤 密度 粒径mm 吸液深度cm h min s h min s h min s h min s h min s 2.40 0.05 0.02 0.002 25 25 8 9 2 17 31 51 50 15 8 2 16 53 39 38 7 8 2 15 17 29 33 42 7 2 14 47 20 35 1 7 2 13 18 12 42 27 2.45 0.05 0.02 0.002 25 25 8 9 2 17 11 45 13 39 8 2 16 34 34 4 24 8 2 15 0 24 1 29 7 2 14 30 15 5 54 7 2 13 3 7 14 25 2.50 0.05 0.02 0.002 25 25 8 8 2 16 53 39 39 7 8 2 15 17 28 32 17 7 2 14 44 19 31 34 7 2 13 15 11 37 55 6 2 12 49 3 47 18 2.55 0.05 0.02 0.002 25 25 8 8 2 16 36 34 7 2 8 2 15 1 24 2 16 7 2 14 29 15 2 34 7 2 13 1 7 11 52 6 1 12 36 59 23 6 2.60 0.05 0.02 0.002 25 25 8 8 2 15 19 29 36 54 7 2 14 46 19 33 13 7 2 13 15 10 36 32 6 2 12 48 2 46 42 6 1 12 23 55 0 44 2.65 0.05 0.02 0.002 25 25 8 8 2 15 4 25 8 45 7 2 14 32 15 7 5 7 2 13 2 7 11 21 6 1 12 36 59 23 19 6 1 11 12 52 38 8 2.70 0.05 0.02 0.002 25 25 8 7 2 14 50 20 41 31 7 2 13 18 11 42 48 6 2 12 49 3 48 56 6 1 12 24 55 1 40 6 1 11 1 45 17 11 2.75 0.05 0.02 0.002 25 25 8 7 2 14 37 16 16 4 7 2 13 6 7 19 16 6 1 12 38 59 26 13 6 1 11 13 52 40 41 5 1 10 50 49 59 55 2.80 0.05 0.02 0.002 25 25 8 7 2 1 3 24 13 53 22 6 2 12 54 4 57 26 6 1 1 2 27 56 6 10 6 1 11 3 49 21 19 5 1 10 46 43 40 9
大气环境中汞污染的研究进展 黄永健,周蓉生,张成江,汪云亮 (成都理工大学三系,四川成都 610059) 摘要:总结了大气环境中汞污染的研究进展,包括大气环境中汞的来源、汞在大气环境中的化学演化和环境效应;介绍运用环境地球物理方法在成都市大气颗粒汞研究的初步结果;并就我国汞污染研究提出有关建议。关键词:汞污染;大气环境;环境地球物理 中图分类号:P632 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2002)04-0296-03 汞污染问题已经引起国际环境、卫生界的极大关注,不同领域的科学家对汞及其化合物的环境地球物理、环境地球化学研究给予高度的重视[1,2]。笔者在文中系统回顾了近年来大气环境中汞污染的研究概况,介绍了成都地区大气颗粒汞的初步研究结果,并对我国所应开展的下一步工作提出建议。 1 大气环境中汞的来源 大体上说来,汞主要通过自然和人为因素的排放而进入大气[3],人为排放的约占3/4,其中燃煤释 放的汞占全球人为排放总量的60%[4]。 我国是世界第一产煤大国,能源结构中煤的比例高达75%,而且由于我国燃煤技术普遍落后,燃煤释放的汞对环境生态系统的污染更为严重。据估算[5],全国煤炭的平均汞含量为0.22×10-6,主要燃煤行业中大气汞的排放因子为64.0%～78.2%,1995年全国燃煤排放汞302.9t ,其中向大气排汞量为213.8t ,1978～1995年全国燃煤大气排汞量的年平均增长速度为4.8%,累计排汞量为2493.8t ,包括汞排放在内的燃煤所引起的污染是我国面临的重要环境问题。 我国南方地区(如贵州、湖南、四川)分布着世界级的汞矿群,层控型矿床的含矿层及其相邻地层(厚达数千米)汞含量远高于地壳克拉克值[6],技术落后的资源开发型乡镇企业的迅猛发展也加重了环境汞的负荷。其它的如采金、金属冶炼、制碱工业、燃油等也是重要的汞污染源[7]。 2 汞在大气环境中的演化 2.1 气态汞的大气物理、化学过程 汞有3种价态:Hg 0、Hg 2+ 2 和Hg 2+,在大气环境中存在的主要化学形式有:几乎不溶解的气态形式的元素Hg 0、可溶性的二价无机汞化合物、甲基汞和二甲基汞,以及与大气颗粒物相联系的颗粒汞。其中Hg 0是最主要的存在形式,占总量的90%以上[8],颗粒汞一般不足10%。 以上所有的汞元素种类都经历着进入大气、转化并最终移出大气的循环过程。人为或自然来源而进入大气环境的Hg 0,在水、气和固相中都有可能与大气中的氧化剂如O 3、H 2O 2和卤族元素等发生化学反应,形成二价汞,同时二价汞又会还原成为Hg 0,目前研究较为完善的是Hg 0在大气水相中的 化学变化过程[8～10]。Lindqvist [9]建立了汞在云层中的化学变化的模型,概括了Hg 0和Hg 2+在云层水中的化学转变过程;Hall [10]通过实验研究,计算出在200℃条件下大气中的Hg 0与O 3反应生成Hg 2+的反应速率;Selgneur [8]在现有的动力学、热力 学的数据基础之上,对汞的大气化学过程进行了有效的模拟,结果表明: 1.Hg 0在大气中的停留时间约为0.5～1.5a ; 2.自工业时代以来,汞的沉降速度至少增加了50%以上,如考虑到沉降颗粒的再发射,则沉降速率至少为原来的3倍。 大气环境中汞含量的增加将导致汞的干湿沉降 收稿日期:2002-03-10 基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:49974040) 第26卷第4期物 探 与 化 探 Vol.26,No.4 2002年8月 GEOPHYSICAL &GEOCHEMICAL EXPLORA TION Aug.,2002
第五章综合检测题 1．下列有关生态系统的描述,正确的是 ①生产者的遗体、残枝、败叶中的能量可被分解者利用 ②生物多样性的直接价值明显大于它的间接价值 ③蜜蜂发现蜜源时，就会通过“跳舞”动作“告诉”同伴去采蜜，属于行为信息 ④硝化细菌能利用氧化氨过程中释放的能量，把水和二氧化碳合成为有机物 A．①②③B．①③④C．①②④ D．②③④ 2．下列关于生态系统结构与功能的叙述，错误 ．．的是 A．在生态系统中，生产者不一定都能进行光合作用 B．在食物链中，每一个营养级的能量都有一部分流向下一个营养级 C．竞争和捕食是生态系统中两种重要的种间关系 D．农业生产中，过度耕作导致分解者有氧呼吸加强，是温室效应加剧的一个原因 3.一个完整生态系统的结构包括 A．生态系统的成分、食物链和食物网B．生产者、消费者 C．物质循环、能量流动D．生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量 4.下列生物中，从生态学角度看属于生产者，从细胞学角度看属于原核生物的是( ) A．酵母菌 B．水稻 C．大肠杆菌 D．蓝藻 5.下列不属于生态系统中分解者的是（） A．硝化细菌 B．蘑菇 C．酵母菌 D．霉菌 6．不属于生态系统功能描述的是 A．大气中的CO2主要通过光合作用进入生物群落 B．蝙蝠通过自身发出声波，对目标进行“回声定位” C．在草→昆虫→青蛙这条食物链中，昆虫是初级消费者、第二营养级 D．植物残枝败叶中的能量被分解而释放出来 7．下图为生态系统循环模式图，下列分析错误的是 ( ) A．f表示大气中的二氧化碳库 B．该图中有三条食物链 C．图中的a一定是自养生物，b、c、d、e一定是异养 生物 D．碳以有机物的形式由a传到b 8．“猪—沼—茶”是华南山地丘陵地区常见的生态农业 模式，由种植(茶树)、养殖(猪)、农户(人)和沼气生产(微生物)四个子系统构成。该生态农业模式( ) A．是由茶树、猪、人和微生物组成的生态系统B．实现了物质和能量在系统中的多级循环利用 C．使整个生产过程进入了废物资源化的良性循环 D．注重系统内部的自身调节作用，不需要外部投入 9．下列关于生态系统的叙述，错误的是( ) A．生态系统中生产者一定是自养型生物，消费者和分解者一定是异养型生物
土壤微团聚体颗粒分离依据Stemmer 等方法并略作修改，沿用国际制土壤颗粒分级划定粒组。 1.从冰箱中取出土样，将大块土用手轻轻掰成小块土。 2.称取未处理土样35.0 g，水土质量比为5∶1，置于盛有175 ml 自来水 的烧杯中，浸泡1h左右（因为土样较湿，不需要浸泡太长时间）。 3.用探针式超声波发生器(JYD-650)低能量(170 J·L-1)超声分散5 min。 4.用湿筛法分离出2.00～0.20 mm 粒径的土壤颗粒。即0.20 mm筛在下， 2.00 mm筛在上，将两筛置于盆中，然后将超声震荡的土壤悬浮液倒 入筛中，用自来水将筛中的土壤颗粒全部冲下去。0.20 mm筛上残留的土壤颗粒即为2.00～0.20 mm 粒径的土壤颗粒。 5.然后用沉降虹吸法分离盆中的土壤悬液得到0.20～0.02 mm 粒径的土 壤颗粒。首先，通过Stokes 定律计算沉降时间，即 t=s/[(2/9)*gr2*((d1-d2)/η)]（参考《土壤胶体》第二册p11） 其中，s 为沉降距离（10cm） g 为重力加速度（981cm/s2） r 为沉降土粒半径（cm） d1 为土粒密度 d2 为介质密度 η为介质的粘滞系数（水的粘滞系数表见《土壤物理性质测定法》p31 ，温度4℃） （本次试验参考各粒级土壤颗粒沉降时间表：10分53秒）然后进行沉降，至少沉降三次，沉降杯中得到0.20～0.02 mm 粒径的土壤颗粒。6.继而采用离心法分离出0.02～0.002 mm、<0.002 mm 粒径的土壤颗 粒。离心时间与转速由公式计算得到。 t =[ηlog(x2-x1)]/[3.81n2r2(d1-d2)] 其中，x1为中心轴到液面的距离； x2 为中心轴到离心管底的距离； n 为离心机每秒转数。 （选t为10分钟，温度为4℃，x1=8,x2=15,分离出<0.002 mm粒径的土壤颗粒，转速为640转/分）沉淀为0.02～0.002 mm 粒径的土壤颗粒，用自来水将0.02～0.002 mm 粒径的土壤颗粒洗出。上清液为<0.002 mm 粒径的土壤颗粒。 7.用高速离心法分离得到<0.002 mm 粒径的土壤颗粒，4800转/分， 10min 。
第一章 1、土壤生态系统的结构包括空间结构和营养结构。 2、土壤生态系统的空间结构包括垂直结构和水平结构。 3、土壤生态系统的垂直结构包括大气层、植被层、土壤层、岩石风化层 。 2、人类活动对土壤生态系统有哪些影响？ (l)直接损坏或提高土壤生态系统的生产力; 包括：对无机和生物环境的影响，对能量和物质循环的影响。 (2)通过水分与能量平衡交替，对全球气候及C、N、S元素循环产生影响; (3)加速大气、水体污染及温室气体向大气逸散 积极的影响:水土保持措施,平衡施肥, 酸性土壤施用石灰, 合理灌溉,种植绿肥等。 负面影响:各种农业化学品的使用,加剧土壤恶化,土壤压实,毒害物质的大量输入,单一种植,作物告杆的收获焚烧等。 第三章 土壤原生动物: 泛指生活在土壤中或土壤表面覆盖的凋落物中的原生动物。是动物界最低等的一类真核单细胞动物，个体由单个细胞组成。 土壤微生物:土壤微生物包括：细菌、放线菌和真菌 土壤动物: 指长期或一生中大部分时间生活在土壤或地表凋落物层中的动物 菌根:真菌的菌丝侵入植物根部后，和植物根组织生活在一起，形成真菌与植物根的共生体称为菌根 外生菌根:菌丝侵入根部后，只在表皮细胞间隙扩展，并不侵入根细胞内部，这种菌根称为外生菌根。 1、土壤生物的生态功能是什么？ ①分解有机物质，直接参与碳、氮、硫、磷等元素的生物循环。 ②参与腐殖质的合成和分解作用。 ③固定空气中氮，溶解土壤中难溶性养分等的能力，从而改善植物营养状况。 ④土壤生物的生命活动产物如生长刺激素和维生素等能促进植物的生长。 ⑤参与土壤中的氧化还原过程 1、土壤微生物的类别与作用。一）原核微生物:主要是能分解各种有机物质的种类。 ?（二）真核微生物:真菌在土壤中的作用:是土壤有机质的主要降解者； 某些真菌和植物的根系产生菌根；促进土壤结构的形成，菌丝的穿插对于促进土壤的凝聚有重要的作用。（三）非细胞型生物:病毒在控制杂草及有害昆虫的生物防治方面有良好的应用前景； 2、土壤微生物的分布特点。 1.绝大多数微生物分布在土壤矿物质和有机质颗粒的表面，附着或缠绕在土壤颗粒上，形成无机一有机一生物复合体或无机一有机一生物团聚体。 2.根系周围的土壤（根际土壤）比根外土壤更有利于微生物的旺盛生长。 3.表层土壤中微生物数量一般要比底层高 4.土壤微生物在分布上也有地域特点，在不同气候、植被、土壤类型下，微生物的类群、数量都有很大不同。 5.土壤微生物的类群和数量，随土壤熟化程度的提高而增多。 6.土壤能同时为要求不同的多种微生物类群提供生存条件。
土壤中汞污染及其修复 技术 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
土壤中汞污染及其修复技术 引言：土壤汞污染已经严重危害到人类健康和生态环境，成为一个世界性问题，对其治理的各种修复措施也成为当前研究的一个热点。本文对土壤汞污染的来源、危害和修复措施等方面进行综述，指出了当前存在的问题，并对今后治理的研究方向提出了相关建议。 关键词：汞；危害；来源；修复方法 1引言 随着现代工农业的迅速发展，人口急剧增长，粮食的需求量也相应变大，越来越多种类的农药被广泛应用。此外，工矿企业的发展导致对矿产资源的过度开采使得重金属土壤污染日趋严重，一些地方生产的粮食，蔬菜，水果等食物中的重金属含量超标或接近临界值。这些农产品的重金属能够通过食物链在人或动物体内富集，成为人类生命健康的潜在威胁。2014年4月18日，环保部、国土部两部门联合发布土壤污染状况调查公报。公报显示，全国土壤总的超标率为%，污染类型以无机型为主，其中排名前三的无机污染物依次为镉、汞、砷。其中汞具有很强的神经毒性和致畸作用，且积累效应和遗传毒性明显，已被EPA（美国环保署）列为优先控制污染物之一。土壤一旦被汞污染后可通过食物链在人体内富，并对周边环境安全造成严重危险(。因此，找到合适的汞污染土壤修复技术已成为当前的研究热点。 2汞的危害 汞是生物体的非必需的有害元素，通常情况下呈液态，常温即可能蒸发，其中金属离子在～L就会产生毒性。一般来讲，低含量的汞一定程度上可以促进植物的生长，但是，当汞含量过高时便会在植物体内富集，对植物体产生毒害作用(，主要影响植物根部对营养物质的吸收功能，进而影响地上部分的生长发育，严重的导致枯萎死亡(。 土壤中的汞如果通过食物链进入人体，会对人体机能产生损害作用，其中主要对人体产生毒害作用的是无机汞和有机汞。常见的无机汞有HgS，HgCl 等，可通过食物或者呼吸进入体，虽然不易被吸收，但是对消化道有腐蚀作用，也会造成肾脏损伤。而有机汞容易被消化系统吸收，可侵入人体，与SH基结合而形成硫醇盐，使含SH基的酶失去活性，从而破坏细胞的基本代谢功能。尤其是甲基汞，可以改变细胞的通透性，破坏了细胞与外界正常的物质交换功能，造成细胞坏死。此外，甲基汞还能引起神经系统的损伤，其造成的损伤功能具有遗传性。有机汞中毒的潜伏期较长，病情发展也较为缓慢，日本水俣病就是甲基汞中毒的一个病例。 3土壤中汞的来源 自20世纪50年代在日本熊本县发现首例甲基汞中毒事件以来,不同研究领域的学者都对汞污染问题给予了高度关注(。土壤中汞的来源是多方面的。首先是土壤母质本身含汞。不同母质、母岩形成的土壤其含汞量存在很大差异。另一方面，由于人类工农业生产活动，使汞进入环境，污染大气、水体、土壤。
必修三第五章第五节生态系统的稳定性 课时重难点 【重点】阐明生态系统的自我调节能力。 【难点】抵抗力稳定性和恢复力稳定性的概念。 典型例题 例1.一个发育成熟的生态系统，在较长时间内表现出的功能特征是（） A．物种成分和数量比例相对稳定B．物质循环和能量流动维持平衡 C．呈现周期性的起伏波动D．对外界干扰有一定的抵抗力 例2.某池塘中，早期藻类大量繁殖，食藻浮游动物水蚤大量繁殖，藻类减少，接着又引起水蚤减少。后期排入污水，引起部分水蚤死亡，加重了污染，导致更多水蚤死亡。关于上述过程的叙述，正确的是( ) A．早期不属于负反馈，后期属于负反馈B．早期属于负反馈，后期不属于负反馈 C．早期、后期均属于负反馈D．早期、后期均不属于负反馈 例 3.下列曲线表示四个不同的自然生态系统在受到同等程度的外来干扰后，初级消费者数量的变化情况。其中抵抗力稳定性最高的生态系统是( )，恢复力稳定性最高的是（） 例4.采取下列哪项措施，能提高一个生态系统的抵抗力稳定性( ) A．减少捕食者和寄生者的数量B．使生产者和消费者的数量保持一样 C．增加适宜的物种种类D．限制某一个演替过程 例5．(天津理综卷，5)如图表示气候变化对甲、乙生态系统中种群类型数量的影响。 据图分析，下列叙述正确的是( ) ①甲生态系统的抵抗力稳定性一定较乙生态系统强 ②甲生态系统中生物群落的营养关系一定较乙复杂 ③乙生态系统在S点后一定有新的物种产生④乙生态系统在S点后一定经历次生演替过程 A．①③B．①④C．②③D．②④
例6.如图中，两条虚线之间的部分表示生态系统稳定性的正常范围：y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小；x表示恢复到原状态所需的时间。请回答下列问题。 (1)生态系统结构复杂，各组分间通过________和________紧 (2)生态系统稳定性的基础是____________。若要保持一个封闭生态系统的稳定性，必须从外界源源不断的输入________。 (3)对a、b两个生态系统施加相同强度的干扰，若y a>y b，则这两个生态系统的抵抗力稳定性的关系为 a________b(>、<或＝)；对同一生态系统来说，x和y的关系为_________________________。 (4)环境污染是影响生态系统稳定性的因素之一。研究环境污染物对生物的影响，可用于生态风险评估。进行生态风险评估时，要计算出一个风险商数(RQ)，若RQ<1显示污染物对生物的健康只构成低风险，RQ≥1则显示污染物可能对生物有害。请根据表中的RQ值预测污染物对4种生物生存和该生态系统稳态 的影响。 例7.甲、乙、丙、丁4个密闭、透明的生态瓶，各瓶内的组成和条件见下表。经过一段时间的培养和观 注“＋”表示有；“－”表示无。 A．乙瓶中藻类的种群密度逐渐增大 B．由于丙瓶中没有小鱼，所以比甲瓶积累的有机物多 C．丁瓶与甲瓶相比，氧气含量少 D．本实验说明非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者是构成生态系统必不可少的四种成分 授课过程 问题1、生态系统的稳定性概念 生态系统所具有的的能力。 微思考1：稳定性的表现？
实验四 土壤团聚体组成测定 一、目的意义 土壤团聚体即团粒结构，是指土壤所含的大小不同、形状不一、有一定孔隙度和机械稳 定性的团聚体之和，是鉴定土壤肥力状况的指标之一。根据其在静水或流水中的崩解情况， 分为水稳性和非水稳性团粒结构两种。测定土壤团聚体的组成，有利于农业上及时采取措施 改善土壤结构，为植物生长提供良好的水肥气热环境，促进作物高产。 二、图样采集处理 在具有代表性的地方，不干不湿时采集土样，深度依需要而定，但应尽量保持原状，带回室 内后，将土块轻轻剥成 10-12mm直径的小块，弃去粗根和小石块，然后将图样风干。 三、测定方法 （一） 仪器：1000ml 沉降瓶，白铁水桶、土壤筛干筛、湿筛各一套，并附有装筛子的架子、 天平（感量 0.01g）、铝盒、烘箱、干燥器、震筛机（机械筛分用） （二） 操作步骤 1. 干筛 称取风干土样 1000g，通过孔径为 10、7、5、3、2、0.5、0.25mm的筛组进行干筛，摇 动 10 个来回，取上两层，余者摇 5 个来回，筛完后将各层样品分别称重（精确到 0.01g）， 计算各级干筛团聚体百分含量，计入结果表内。 机械筛分：10 秒钟——5 秒钟 2. 湿筛 （1）根据干筛法求得的各级团聚体百分含量，将风干样品按比例配成 50g； （2）为防止堵塞筛孔，故不把 0.25mm 的团聚体倒入准备湿筛的样品内，但在计算时需 计入这一数据。 （3）将配好的样品倒入 1000ml 沉降瓶，沿瓶壁徐徐注水浸润土壤至饱和，浸泡10 分钟， 再缓缓注满，橡皮塞封口。 （4）数分钟后颠倒沉降瓶，直至瓶中样品完全沉淀，再倒转，往复 6 次。 （5）将湿筛组用薄板夹住放入盛有水的大铁桶中，水面高出筛组约 10cm （6）将沉降瓶倒立进入顶层晒面，轻轻移去盖子，使土粒落在筛子上（持续到溶液基本 澄清为止），盖上塞子，取出沉降瓶。 （7）手压顶部盖子缓提速降，上下 10次取上 2层，再 5 次取其余层 （8）将各层的土粒借白瓷盘和洗瓶转移到铝盒中，倾去上清液，105℃烘干称重（精确到 0.01g），然后计算各级团聚体百分含量，并计入结果表内。 四、结果计算 各级团聚体含量（%）=各级团聚体的烘干重/烘干样品重*100 各级团聚体总和为总团聚体百分含量。 各级团聚体占总团聚体的百分含量（%）=各级团聚体%/总团聚体% 结果分析表（各级团聚体含量%） >10 10-7 7-5 (干) 5-3 3-2 2-1 1-0.5 0.5-0.25 <0.25（干、湿）
贵州土壤汞污染生态研究进展 贵州省规模汞生产活动已停止，但是土壤汞污染依然严重。文章评述贵州境内土壤汞的污染现状、毒性、污染源、暴露途径及风险评估、治理手段等方面的研究进展及存在问题，并提出下阶段研究的展望。 标签：土壤汞污染；汞暴露；植物修复 引言 世界范围内汞矿山的开采冶炼活动对矿区的水体、土壤、大气、植物及水生动物造成了严重的污染。现在中国成为世界最大的汞使用国和排放国，随着汞资源逐渐枯竭，汞矿生产规模日趋缩小，贵州境内的汞矿山，例如万山、务川、丹寨、铜仁、滥木厂和开阳等，已先后停产闭坑，但是长期的工开采及冶炼、生产对周围的生态环境，尤其是农田土壤造成了严重影响。不同于其他重金属，无机汞在进入环境后，特定条件下会转化成毒性更大、生物有效性更强的甲基汞，通过各种途径进入食物链，构成对人类的危害。 土壤污染具有隐蔽性、滞后性、积累性和地域性，难治理，周期长等特点。土壤一旦遭受汞污染，会对人类健康造成潜在危害。因此，土壤汞污染研究近来备受关注，特别是贵州土壤汞污染研究，在许多方面取得进展。 1 污染现状 受矿山活动影响，矿区土壤汞污染具有含量高、变化范围广及表层污染重等特点。气态汞的挥发及受汞污染水体的灌溉等利用，离矿区较远的土壤也收到不同程度的污染。例如万山汞矿污染农田土壤THg含量最高达790mg/kg，部分土壤MeHg含量超过20？滋g/kg，平均含量为3.14？g/kg，炉渣也显示较强的汞甲基化现象。务川汞矿地区土壤汞含量最高达360mg/kg。而对滥木厂汞矿区地土壤样品的测定数据显示，土壤THg含量最高为850mg/kg。进入土壤中的无机汞在硫酸盐还原菌作用下转化为甲基汞，通过食物链产生生物放大效应而危害人类健康。同一地点不同土地利用类型的土壤中，无论是THg还是MeHg，稻田和菜地的含量均远远高于玉米地和旱田；而旱田的水源主要来自于大气降雨，汞源少且为好养环境，不利于汞甲基化过程的发生；菜地土壤环境类似于旱田，但又有所区别，菜地在蔬菜生长期内会不断被浇灌和施肥，造成土壤有机质含量升高，有机质存在有利于汞的甲基化，故菜地MeHg明显高于旱田。 研究表明，贵州汞矿区大米具有很强的甲基汞积累能力，水稻田土壤中是MeHg的主要来源。甲基汞在水稻植株中分布依次为：稻米>根系>谷壳>茎>叶，相对其他组织，稻米富集甲基汞能力更强，且大米的MeHg含量明显高出玉米机蔬菜类作物，矿区作物中汞含量从高到低依次为辣椒>大米>玉米>红薯。而大米是贵州居民的主食，食用甲基汞污染的大米是人群的主要甲基汞暴露途径，占总暴露的94%-98%。
第5节生态系统的稳定性 问题探讨 地球上、亚马逊森林，欧亚大陆草原，以及极地附近的苔原， 都已经存在至少上千万年了，这些自然生态系统尽管经常遭受洪 涝、火烧、虫害、也遭受人类的砍伐与放牧等活动的干扰。但是 现在依然基本保持着正常的森林、草原与苔原景观，仍能维系生 态系统的正常功能。 讨论： 为什么这些生态系统在受到干扰后，仍能保持相对稳定呢？ 本节聚焦： 1、什么是生态系统的自我调节? 2、怎样理解生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性? 生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，叫做生态系统的稳定性(stability of ecosystem)。生态系统之所以能维持相对稳定，是由于生态系统具有自我调节(self-regulating)能力。 生态系统的自我调节能力 说明生态系统具有自我调节能力的实例很多。例如，当河流受到轻微的污染时，能通过物理沉降、化学分解和微生物的分解，很快消除污染，河流中的生物种类和数量不会受到明显的影响。 在森林中，当害虫数量增加时，食虫鸟类由于食物丰富，数量也会增多，这样，害虫种群的增长就会受到抑制。这是生物群落内部负反馈调节的实例。负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础。 旁栏思考：你还能举出说明生态系统中负反馈调节的其他实例吗？ 思考与讨论 经小组讨论后，用文字、箭头，构建一个食虫鸟种群与害虫种群之间负反馈调节的概念模型。如果有条件，可以在计算机上用Flash动画来模拟这种调节过程，构建动态的模型。
生态系统在受到外界干扰时， 依靠自我调节能力来维持自身的 相对稳定。例如，一场火过后，森 林中种群密度降低；但是由于光照 更加充足、土壤中无机养料增多， 许多种子萌发后，迅速长成新植株 (图5-15)。 生态系统的自我调节能力不是无限的。当外界干扰 因素的强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力 会迅速丧失，这样，生态系统就到了难以恢复的程度。 我国西北的黄土高原(图5-16)，就是原有森林生态系统 崩溃的鲜明例子！ 想像空间 想像你每时每刻都在被病菌攻击的情景。平时不得病是由于你的抵抗力，得病后能够恢复健康靠的是恢复力。这对你理解生态系统的稳定性有帮助吗? 抵抗力稳定性和恢复力稳定性 正是由于生态系统具有自我调节能力，生态系统才能维持相对稳定。这种稳定性表现在两个方面：一方面是生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状(不受损害)的能力，叫做抵抗力稳定性(resistance stability )；另一方面是生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力，叫做恢复力稳定性(resilience stability)。例如，当草原遭受蝗虫的采食后，草原植物就会增强其再生能力，尽可能减缓种群数量的下降；当森林遭遇持续的干旱气候时，树木往往扩展根系的分布空间，以保证获得足够的水分，维持生态系统正常的功能。这些都反映出生态系统本身对外界干扰具有一定的抗性。 与社会的联系 在林业生产上，如果采用科学合理的间伐，使森林依然能够保持持续的更新能力，就可以长期维持稳定的生产。
第五章 生态系统及其稳定性 第一节生态系统的结构（14次） 1.一棵枯木上，生有苔藓、藻类、蘑菇等生物，它们（枯木和生物）共同构成了 A ．种群 B ．群落C ．生态系统 D ．生物圈 2．在生态系统中能将太阳能转化到生物群落中的是 A. 蚯蚓 B ．硅藻 C ．硝化细菌 D. 酵母菌 3．如下图所示是某海洋生态系统中，生产者固定太阳能和海洋水深关系的曲线。以图中信息做参考，判断出以下说法不正确的是 A ．在远洋水域，从水深30米处开始，随着水深增加固定太阳能的数量逐渐减少，影响这一变化的主要非生物因素是光；生产者中，主要的生物类群是藻类 B ．近海水域水深10米左右处生产者的数量最多 C ．生活在水深100米以下的生物，从生态系统的成分看只有分解者 D ．影响海洋生物的非生物因素主要是阳光、温度、海水盐度，这一点与陆地生态系统有区别 4.海水退潮后露出的海边岩石上有各种海藻附着，它们从上到下呈带状水平分布，造成这种现象的原因是不同深度的海水 A ．温度不同 B ．盐度不同 C ．含氧量不同 D ．光谱成分不同 5 ．在生态系统中，以朽木和粪便为生的蕈类、粪金龟子、蚯蚓等生物为 A ．次级消费者 B ．生产者 C ．分解者 D ．初级消费者 6.根据细菌在生态系统中的作用，按营养功能来分类，应属于（ ） A 生产者 B 分解者 C 消费者 D 因细菌种类不同而不同 7.下列是池塘中一些常见的生物，其食物链顺序正确的是 ( ) ①鱼类 ②藻类 ③水生甲虫 ④池边杂食动物 ⑤水蚤 A ．④→①→②→③→⑤ B ．②→⑤→③→①→④ C ．③→②→①→⑤→④ D ．②→⑤→④→③→① 8.右图是一个陆地生态系统食物网的结构模式图，下列叙述中不正确的是 A ．在该食物网中，共有5条食物链存在 B ．在该食物网中，H 处于三个不同的营养级 C ．若B 种群中各年龄期的个体数目比例适中，则该种群的密度在一段时间内会明显变大 D ．在该食物网中，如果C 种群的数量下降10％，则H 的数量不会发生明显变化 9.“螳螂捕蝉，黄雀在后”。此成语中隐含的食物链具有的营养级数至少有（ ） A 2 B 3 C 4 D 5 10．用英文字母表示不同的生物，用箭头表示食性关系，当环境发生变化时，下列哪种食物链或食物网中a 种群较为稳定 A a →b →c B C D
实验报告 201011171946 包银芳 201011172045 王引略 一实验名称 土壤水稳性大团聚体分析 二实验目的 本实验的目的是使用土壤团聚体分析仪测定土壤水稳性大团聚体的含量。 三实验原理 土壤团聚体，是指土壤中大小、形状不一、具有不同孔隙度和机械稳定性、水稳定性的结构单位，通常将粒径>0.25mm的结构单位成为大团聚体。大团聚体分为水稳性和非水稳性两种，非水稳性大团聚体组成用干筛法测定，水稳性大团聚体组成用湿筛法测定。筛分法根据土壤大团聚体在水中的崩解情况识别其水稳性程度，测定分干筛和湿筛两个程序进行，最后筛分出各级水稳性大团聚体，分别称其风干后质量，再换算为占原风干土样总质量的百分比。 四实验材料和仪器 土壤结皮、白铁盒（10cm*10cm*10cm）、套筛（高5cm，直径20cm，孔径分别为8mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm，共六个）、团聚体分析仪（含四套筛子，每套有五个筛子，孔径分别为5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm，另含有4个配套的水桶）、直径12cm的蒸发皿5个 五操作步骤 （1）采样：通常是采耕层土壤，根据需要也可以分层采样。采样是要注意土壤的湿度，最好在土不粘铲，接触不变形为宜。用饭盒在田间多点采集有代表性的原状土样。以保持原来的结构状态。从原土样剥去与铲面接触变形部分，采样量为1.5-2.0Kg。运输时要避免震动和翻倒。 （2）干筛分析：将风干土样混匀，取其一少部分（一般不小于1kg，精确至0.1g）。永孔径为5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm筛子进行筛分。筛完后，将各级筛子上的团聚体及粒径<0、25的土粒分别称量，计算干筛的各级团聚体占土样总量的百分含量。然后按其百分比，配成1份质量为25g的土样，做湿筛法分析。（3）湿筛分析：在团聚体分析仪上进行湿筛分析，一次可同时分析4个土样。分析前向4个水桶中加水，使得套筛在运动达到最高点的时候，筛子上缘可以正好与水面平齐。将套筛放入水桶中，然后开动马达使套筛上下移动，升降4cm，10分钟后提出水面，将筛组拆分。留在筛子上的各级团聚体用细水流冲入蒸发皿，加热蒸干，称量其重量。 六结果计算