第七章 土壤生态系统

土壤生态系统的特点土壤是陆地的一个重要组成部分，土壤生态系统是陆地生态系统的一个子系统，同时又是一个独立的生态系统。

土壤生态系统可以定义为：植物根系、土壤藻类、土壤动物和微生物与它们所处的土壤环境一起构成的统一整体。

土壤生态系统有别于一般生态系统，两者有着不同的边界。

一般生态系统是生物与生物、生物与环境之间长期相互作用而形成的统一整体，它着重研究生产者、消费者和环境三者之间的相互关系，土壤生态系统则是土壤各形成因素之间以及与人类生产活动之间相互作用、相互制约所构成的统一整体，它主要研究地球陆地表面各自然地理要素（地貌地形、气候、生物、土壤母质等）相互作用、相互联系以及植物、陆地水、大气、藻类、岩石风化物、动物和人之间的物质迁移与能量转换，以土壤综合管理为其目的。

一、土壤生态系统是多层次结构的复合生态系统土壤生态系统的结构包括两个方面，即水平结构和垂直结构，它占有三维空间，其具体范围可根据研究的目的确定。

如研究全球性的环境问题，可联系全球性或地带性土壤生态系统的结构和功能的变化；而景观层次的研究，可认识不同景观和地貌系列土壤生态过程与变化规律。

作为独立的土壤生态系统，其水平结构一般由多种子系统组成，而这些子系统又有等级层次的不同，它们在地球陆地表面呈现不完全连续的分布状态。

从类型来看，森林土壤、草原土壤、荒漠土壤、农田土壤等都是不同的土壤生态系统。

在这些系统中，又包含着多种多样，大大小小的更次一级的子系统，它们呈斑块状分布于地表。

土壤生态系统就是由这些子系统复合而成，根据区域的不同，它可能包括子系统的多少也不同。

每一个自然区域都可以划分为很多小面积的景观单位或地域单位。

图3-1 土壤生态系统剖面层次示意图土壤生态系统在垂直方向上从土壤的母质层至植被，其上界应包括近地面大气带及地上生物群在内，因为它含有不同分解阶段的有机质，与土壤生物活动、土壤腐殖质形成、养分循环等密切相关。

中间层是生物地被带，包括植株占有空间及其根系所及土层，相应的伴生的土中动物与微生物群。

土壤生态学作业专业：13级土壤学学号：13720431 姓名：车威一、名词解释1土壤生态系统:由相互作用和相互依赖的若干组成成分所构成的具有特定功能的网络系统，它是研究土壤同生物与环境间的相互关系。

或者说是为物质流与能量流所贯穿的一个开放性网状系统。

2、养分流：养分库之间的营养元素的迁移途径。

土壤养分在库间进行循环流动，并通过物理、化学及生物过程与环境进行营养元素交换。

3土地退化:通常包括森林的破坏与衰亡、草地退化、大气的恶化、草地退化、水资源恶化及土壤退化等。

4食物链与食物网：食物链是生态系统中，生物之间以摄食和被摄食的关系逐级传递物质和能量，呈相互依存的链状关系，称为食物链。

通过它将生态系统中生物与非生物、生物与生物之间紧密的联系起来。

食物网是由于一种消费者往往摄食一种以上的食物，或同一种食物可能被不同种类的消费者所取食，所以每一生态系统有多种食物链，形成错综复杂的食物网。

生态系统中能量的流动、物质的迁移和转化都通过食物链或食物网进行。

5生物放大：是指在同一食物链上，高位营养级生物机体的富集系数比低位营养级生物增加的现象。

二、问答题1、从土壤生态角度简答不同阶段的农业特征。

答：根据各个历史时期农业生态环境特点的不同，我国农业生态环境大体经历了四个阶段，即原始农业阶段、古代农业阶段、近代农业阶段和现代农业阶段。

原始农业阶段：由于这一时期原始人群刚刚结束了采集和渔猎生活，人类仍以依赖自然为主，对自然环境改造的力度和范围均非常小，因此农业自然环境接近原始状态。

自然环境无比优越，但生产力却极其低下。

是低下的农业社会经济环境。

古代农业阶段：自然环境的显著变化，气候有变干冷的趋势森林急剧减少，草场范围缩小，黄河泛滥加剧，长江以北著名大泽消失。

农业社会经济环境大大改观，与原始农业低下的社会经济条件相比，古代农业生产技术和生产条件有了很大提高。

铁制农具和畜力广泛使用、水利工程遍布华夏、精耕细作，游耕变定耕、农耕区不断扩大、农作物品种日益丰富、生态农业初现。

土壤生态系统中微生物的分类与功能土壤是生命之源，不仅是植物和动物的基础，也是微生物的家园。

微生物在土壤中扮演着极为重要的角色，对土壤质量和生态系统稳定性均有着重要影响。

其中，微生物的分类和功能显得尤为重要。

一、微生物的分类微生物普遍被分为细菌、真菌、放线菌等几大类。

在这些分类中，细菌是土壤中数量最多、种类最丰富的一类微生物。

它们可以分解有机质、氮素、磷素等微量元素，同时也可以合成许多生长因子，并转化、固氮。

真菌则常被称为土壤的“清道夫”，主要分解植物残体和其他有机化合物。

放线菌则拥有类似真菌的功能，在土壤中亦有广泛的分布。

在不同类型的土壤中，微生物的分类和数量有很大的差别。

例如，在农田土壤中，放线菌的数量要比森林土壤中高出许多。

同时，在酸性的土壤中，细菌的数量则相对较少。

因此，对于微生物的科学分类和了解其分布情况，可以帮助我们更好地了解土壤环境的特性，从而开展针对性的生物修复和保护工作。

二、微生物的功能在土壤生态系统中，微生物有着非常多样化的功能。

具体来说，微生物能够参与多种生物过程，包括有机物分解、氮素转化、生物固氮、矿物质转化等。

1. 有机物分解有机物分解是微生物最基础的功能之一。

微生物通过分泌酶类等方式，将有机物分解成小分子和单体，从而为土壤中的其他生物提供养分。

这一过程在生物圈中起到了非常重要的作用。

2. 氮素转化氮是植物生长和发育中必不可少的元素。

在土壤中，氮素的转化主要由细菌和放线菌参与。

细菌可以将有机氮素转化为无机氮素，放线菌则常被用于制备土地改良剂。

无论是哪种情况，在氮素转化中，微生物都扮演着不可或缺的角色。

3. 生物固氮氮在自然界中很容易揮发或被水溶解，因此固氮（将氮转化为固定的形式）就变得尤其重要。

这一过程与放线菌有着密切关联，但是其他微生物，在一定程度上也能将氮素转化为固定形式。

因此，对于生态系统的稳定和均衡发挥着极为重要的作用。

4. 矿物质转化矿物质转化是微生物在土壤环境中的另一功能。

土壤生态系统中有机质的形成和转化机制土壤是生物圈中最富有机质的物质之一，其中有机质的含量和质量对于土壤生态系统的稳定性和健康性起着至关重要的作用。

土壤中的有机质来自于植物、动物和微生物的残遗物、代谢物和分泌物等，而其转化和稳定又受到多种因素的影响。

本文将从有机质形成和转化的机制两个方面进行探讨。

一、有机质的形成机制1.1 植物残体和代谢物的归还植物残体和代谢物是土壤中有机质的主要来源。

在植物生长的过程中，一些植物器官、叶片、根系会自然掉落或被人为剪除，这些残体在分解后成为有机质的主要来源。

同时，在植物代谢的过程中，会产生一些有机物，如根泌物、凋落物等，这些也可以成为土壤中有机质的来源。

对于大部分的果树、蔬菜和农作物而言，其残体和代谢物都会在生长季节结束后留在田间，自然降解并归还到土壤中，形成土壤有机质。

1.2 土壤生物的活动土壤中有机质的形成同样受到土壤微生物的影响。

微生物可以通过分解植物残体和代谢物来获取能量和养分，同时将产生的有机质在土壤中转化、稳定。

一些临界温度水平以下的温度、湿度和pH值条件可利于极微生物代谢，从其外界环境中提取能量并释放二氧化碳、氨等气体。

一些微生物会分泌胞外酶降解植物及其他微生物生物体等有机物，产生一些未知的多肽、氨基酸、糖类、有机酸等化学品。

这些化学品可在环境物理化学条件稳定的环境下与土壤矿物质结合，形成有机质。

1.3 土壤矿质物和物理化学条件的影响土壤矿物质、物理化学条件包括温度、湿度、氧化还原状态等也对土壤中有机质形成和稳定发挥着重要作用。

如铁、铝等化合物对有机质的稳定起着明显的作用。

铁、铝化合物的存在会使有机质更容易稳定，并缩短有机质分解的时间。

不同的pH值对有机质的稳定性也有重大影响。

土壤中酸度和碱度对于有机质的分解过程造成了不同的影响，从而影响有机质的稳定性和分解速率。

二、有机质的转化机制2.1 微生物矿化微生物矿化是有机质在土壤中转化的主要途径之一。

微生物在进行代谢及生长时，会分解多种有机物质，其中包括植物碳源、动物碳源以及微生物自身的碳源等。

第七章土壤污染及其防治土壤作为独立的自然体，被定义为位于地球陆地具有肥力、能够生长植物的疏松表层。

土壤生态系统的组成成分土壤生态系统与其他自然生态系统的组成一样，主要成分为：生命有机体部分，即植物和土壤微生物等；非生命无机环境部分，即太阳光、能、大气、母质、地表形态及土壤矿物质、水分和空气等。

土壤生态系统结构达到稳定的土壤生态系统具有一定的结构特征，即土壤生态系统的垂直结构和水平结构。

垂直结构一般由以下三个主要层次构成：⑴ 地上生物群体；⑵ 土被生物群落；⑶ 土被底层与风化壳生物群体层。

土壤环境的物质组成土壤环境是由固相、液相和气相三相物质组成的多相分散体系。

固相物质包括土壤矿物质和有机体(动植物残体及其转化物、土壤动物及微生物)等物质。

固体物质之间是形状、大小不同的孔隙，在孔隙中存在着液相物质(水溶液)和气相物质(空气)。

三相物质所占土壤容积比例因土壤类型不同而异。

通常，固相物质约占土壤总容积的50%，液相和气相之和约占50%。

土壤结构土壤固相物质很少呈单粒，多以不同形状的结构体存在。

土壤结构性是指土壤结构体的类型、数量、排列方式、孔隙状况及稳定性的综合特性。

近年来研究表明，土壤孔隙是土壤结构优劣的重要指标。

土壤环境结构土壤的环境结构是指土壤作为一环境系统的整体组成与结构而言，也指组成土壤各土层的固、液、气三相物质的比例、结构与组成，以及构成单个土体的三维层次构型而言。

换句话说，土壤环境是由不同数量、性质和排列发生土层组合构成的。

土壤环境的基本特点1．土壤环境的物理学特性及其对污染物迁移的影响（1）土壤孔性与污染物的迁移（2）土壤质地与污染物的转化2．土壤环境中的胶体物质对环境的影响3．土壤环境中的络合－螯合平衡体系4．土壤环境中的氧化还原平衡体系5．土壤的酸碱平衡体系6．土壤环境中的生物体系土壤微生物是污染的“清洁工”。

土壤微生物参与污染物的转化，在土壤自净过程及减轻污染物危害方面起着重要作用。

生态系统中的土壤和植物生理特性生态系统是由相互作用的有机体、无机体和非生物成分共同组成的一个生态系统网。

其中土壤和植物生物是不可缺少的组成部分。

本文将简要介绍生态系统中土壤和植物生理特性，以及它们在生态系统中扮演的重要角色。

土壤的生态功能土壤是生态系统中最重要的组成成分之一，它可以提供植物生长所需的水分、营养和根部支撑，同时也是动物和微生物的生长场所。

由于土壤的复杂性和多元性质，其作用在生态系统中也愈加复杂。

我们可以分别从以下三个角度来阐述土壤在生态系统中的作用。

1. 生命支撑土壤包含着繁多的有机质和微生物，这些成分是土壤生态系统中的基石。

土壤提供了植物和动物所需的大部分营养，其中包括矿物质和有机物质，这些都是生命得以发展的必要条件。

2. 营建净化土壤还可以将化学物质降解成分子和其他元素，从而对生态系统起到一定的净化作用。

例如，确定数量的农药、肥料和其他有机化合物会沉积在土壤中，在此过程中可能会被重组成无毒化合物或被微生物消耗掉。

同时，土壤的生命活动还可以将有毒化合物中的重金属溶解成为无毒形式，降低对生态环境的伤害程度，这种作用称为土壤生命的“生命净化系统”。

3. 构建生态系统结构土壤作为生态系统中的一个重要组成部分，其厚度、酸碱度、成分和架构等等，都对生态系统的结构和功能产生着深远的影响。

不仅如此，土壤还可以影响水的运动，真正地改变了水文循环过程，可以说土壤的地位在生态系统中无可替代。

植物生理特性植物作为生态系统中的生物组成部分，其生理特性和种类差异十分明显。

所以我们不能用某一种植物的特点单独去代表整个植物界。

但是，总体上植物在生态系统中具有如下的生理特性。

1. 光合作用光合作用是指植物将太阳能转化成化学能，并在此过程中产生氧气的化学活动。

光合作用不仅是植物生长发育的基础，也是整个生态系统中完全不可或缺的重要环节。

植物通过光合作用为生态系统提供了丰富的能量。

2. 适应性植物适应性强，可以在不同的环境中存活和繁衍。

生物在土壤生态系统中的功能土壤是地球上最重要的自然资源之一，它不仅是植物生长的基质，还是维持生态平衡的关键要素。

土壤中的生物起着至关重要的作用，它们通过各种方式参与和影响着土壤生态系统的功能。

本文将探讨生物在土壤生态系统中的功能。

1. 有机质分解生物在土壤中参与有机质的分解，将有机物分解为可供植物利用的养分。

这一过程被称为腐殖质分解。

细菌和真菌是土壤中最主要的分解者，它们通过分泌酶来降解复杂的有机物质，释放出酸、氮、磷和其他营养物质。

这些养分对植物生长至关重要。

2. 养分循环土壤中的生物参与养分的循环过程。

植物吸收土壤中的养分，而动物则通过食物链和食物网将这些养分传递给更高级的消费者。

当动物死亡或排泄时，养分被还原到土壤中，再被其他生物吸收利用。

这一循环过程保持着土壤的肥力和物质循环。

3. 有害物质分解生物在土壤中参与有害物质的分解和降解。

土壤中的微生物可以降解一些有机物，如农药、残留的化学物质和污染物。

它们通过代谢作用将有害物质转化为无害的物质或释放为气体，从而减轻环境污染和毒性对生态系统的影响。

4. 土壤结构形成生物对土壤的结构形成起着重要作用。

土壤中的昆虫、蚯蚓等生物通过钻孔、运动和排泄物改善土壤的结构。

它们疏松土壤，增加孔隙度和通气性，有利于水分渗透和根系生长。

这种结构改善有助于提高植物的生长条件。

5. 土壤保持和侵蚀防控土壤中的植物和根系形成了更加稳定的土壤结构，防止土壤侵蚀和风蚀。

植物的根系扎根于土壤中，减缓水流速度，防止水土流失。

植物的茎和叶片也能阻挡风力对土壤的侵蚀。

因此，生物在土壤保持和侵蚀防控中发挥着不可替代的作用。

6. 碳存储和调控气候土壤中的生物参与着碳的存储和调控气候。

土壤是全球碳循环的重要组成部分，其中有机质是最大的碳储库之一。

土壤中的生物通过分解有机质，将其中的碳储存起来，并通过呼吸作用释放二氧化碳。

这些过程对调控气候变化具有重要意义。

综上所述，生物在土壤生态系统中担当着多种重要角色。

土壤生态学二、土壤生态系统的结构和功能土壤生态系统的结构主要包括构成系统的生物组成（种类）及其数量，生物组成在系统中的时空分布和相互之间的营养关系，以及非生物组成分的数量及其时空分布。

生物组份：初级生产者：根系、藻类光能和化能自养细菌；消费者：植食、菌食和肉食性土壤动物；分解者：土壤微生物、土壤动物；土壤酶和其他生物活性物质。

非生物组份是土壤生态系统的重要构成部分，是土壤生物的栖居环境和生命活动的物质基础。

土壤生态系统的生物组分和非生物环境之间的相互作用不但赋予了土壤生态系统的机构特质，而且决定着系统的功能。

因此，土壤生态系统结构分析是功能研究的基础。

结构方面的具体研究内容详见下表（人类活动干扰对土壤生态系统机构的影响非常重要，未单独列出）。

组成分析①土壤生物的种类组成及多样性数量分析①土壤生物种群及主要功能（营养）类群的规模（密度、生物量）相互作用①土壤生物种内相互作用②土壤生物中间（含根系）相互作用③土壤生物的食物链关系与食物网联结时空分布①土壤生物和非生物组分的分布及空间变异性②土壤生物种群和群落的动态、群落的演替及其与土壤环境的关系③土壤生态系统的空间分布于发展演替②土壤生物功能（营养）②根系和调落物的数类群的划分量、生物量或现存量③根系（际）、调落物质形态③土壤有机、无机物质及其它活性物质的含量和供应强度④土壤非生物组分或库物质的划分及鉴定⑤土壤生态系统类型或多样性分析④生物对土壤环境的适应及影响⑤土壤环境要素间的物理-化学相互作用及其对土壤生物的影响土壤生态系统的功能1、生态系统的功能可以简单地理解为保持生态系统运行的过程。

有时生态系统的功能又称为生态系统过程；2、和其它生态系统一样，土壤生态系统系统的功能也主要包括能流、物质循环和信息流等过程，它们是生态系统得以保持和发展的动力；3、结构与功能的关系密不可分：一定的生态系统结构决定了其具有特定的功能或过程格局，而功能又反作用于结构。

土壤生态系统定义土壤生态系统是指土壤与其中生物、植物以及环境之间相互作用的系统。

它是地球生态系统的重要组成部分，对维持生物多样性和生态平衡起着重要作用。

本文将从土壤生态系统的定义、组成、功能以及保护等方面进行探讨。

一、土壤生态系统的定义土壤生态系统是由土壤、其中的生物、植物以及环境之间相互作用而形成的一个复杂的生态系统。

它包括了土壤中的有机质、水分、空气以及其中的微生物、动物等生物群落。

土壤生态系统是地球生态系统的重要组成部分，对维持生物多样性和生态平衡起着重要作用。

二、土壤生态系统的组成1.土壤：土壤是土壤生态系统的基础，它由矿物质、有机质、水分、空气等组成，是植物根系生长的基质。

2.生物：土壤中的生物包括微生物、动物和植物等。

微生物是土壤生态系统中最重要的组成部分，它们参与了土壤养分的循环和有机物的分解，对土壤的肥力和生态系统的稳定性起着重要作用。

动物是土壤中的重要环节，它们通过食物链的关系参与了土壤养分的循环和有机物的分解。

植物通过根系的生长和分泌物质影响土壤的物理、化学和生物学性质。

3.环境：土壤生态系统的环境包括温度、湿度、光照等因素。

这些环境因素直接影响着土壤中的生物和植物的生长和分布。

三、土壤生态系统的功能1.养分循环：土壤生态系统通过分解有机物和养分的转化，使植物能够吸收养分，并通过食物链的关系传递给动物，从而实现养分的循环。

2.水分调节：土壤具有良好的保水性能，能够储存和调节水分，保持水分的适度，为植物的生长提供水源。

3.生物多样性维护：土壤生态系统是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一，它为众多微生物、动物和植物提供了适宜的生存环境，促进了生物多样性的维持。

4.空气净化：土壤生态系统中的微生物能够分解和吸附大量的有机物和污染物，起到净化空气的作用。

5.土壤保持：土壤生态系统通过根系的固土作用和有机质的积累，维持了土壤的稳定性和肥力，防止土壤侵蚀和水土流失。

四、土壤生态系统的保护1.合理利用土壤：合理利用土壤资源，避免过度开发和过度利用，保持土壤的肥力和生态系统的稳定性。

土壤生态学土壤生态学是以土壤生态系统为载体和研究对象，以土壤生物为中心，研究土壤生物与土壤生物之间、土壤生物与土壤非生物环境之间的相互作用关系与过程的科学，属于生态学的新兴分支学科之一。

土壤生态系统在整个生态系统中居于十分重要的地位。

在生物圈中，其他生态因素发生变化，必然会影响土壤的变化；反之，土壤的变化，也会影响其他生态因素的变化。

在整个生态系统中，土壤不仅是农业生产的基本资料，而且还是以人类社会为主的区域生态系统的重要组成部分。

它同大气、水、生物和矿物资源一样，对人类社会的生存具有重要作用。

为此，国内外都很重视对土壤生态系统进行研究。

概念土壤生态学是是研究土壤环境与生物间相互关系，以及生态系统内部结构、功能、平衡与演变规律的学科。

着重研究土壤生态系统的结构、功能与演变的规律。

土壤生态学的研究对合理利用土壤资源，发展农、林、牧各业的生产，防治土壤污染、维持和建立良好的地区生态平衡等均有重要的意义。

发展简史土壤生态学的早期研究历史可以追溯到土壤微生物学和土壤动物学发展的历史。

19世纪60年代，欧洲农业科学工作者开始将李比西的植物矿质营养学说和巴斯德的发酵学说结合起来研究农业问题，认识到腐熟的有机肥料是细菌发酵作用的结果，并且认为土壤中存在无数微小生物。

豆科植物上的根瘤也开始受到人们注意。

这时许多人感到研究土壤中的微生物及其与植物营养的关系非常必要。

19世纪最后20余年至20世纪头20余年是研究土壤中微生物及其作用获得丰硕成果的50年，导致了土壤微生物学的创立。

瓦克斯曼所著《土壤微生物学原理》一书的问世，可以看作是这门学科正式诞生和成熟的一个重要标志。

七十年代兴起的环境科学，一直把土壤生态学看作是该学科体系中的一个重要组成部分。

随着环境科学的发展，土壤生态学逐渐形成为一门相对独立的新学科，它是在土壤学、生态学、微生物学、地理学、环境学等发展到一定阶段综合交叉而形成的一门边缘学科。

自20世纪80年代以来，国际土壤生态研究蓬勃兴起，在理论、方法以及研究内容拓展上取得较大进展，逐步成为现代土壤科学的重要热点领域，及生态科学的重要生长点之一.中国的土壤生态学起步于20世纪70年代末，过去30多年取得了长足的发展。