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1、土壤有机质 土壤腐殖质 矿质化过程 腐殖化过程,存在于土壤中的所有含碳的有机物质，它包括土壤中的各种动植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机物质。,是除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机物质的总称。是土壤中一类性质稳定，成分、结构极其复杂的高分子化合物。,矿质化过程是指土壤动、植物残体及腐殖质物质，在微生物的作用下，分解成简单无机化合物的过程。,有机物质进入土壤后,在进行矿化作用的同时,还进行腐殖化作用（有机物质在土壤中形成更加复杂的有机质-腐殖质,这种过程称为腐殖质过程,又叫腐殖化过程。,第三章 土壤生物 soil organisms,土壤生物活性(biological ac
2、tivity)和肥力直接或间接地与土壤生物有关。土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，在土壤形成(soil formation)和发育过程(development process)中起主导作用(the leading effects)。也是评价土壤质量(soil quality)和健康状况(health level)的重要指标之一。,本章重点阐述土壤微生物的多样性及其功能。,Contents,3.1 Soil organism diversity 土壤生物多样性 3.2 Influenced factors of soil organism activity 影响土壤微生物活性的环境因素 3.3
3、 Formation and distribution of soil microflora 土壤微生物区系的发生和分布 3.4 Soil organism activity and its represents 土壤生物活性及表征,第一节 土壤生物多样性 Soil organism diversity,按其功能分类 Classification according to their functions 生产者Producers: plantsfix C from atmospheric CO2 during photosynthesis. 消费者Consumers: feed on plan
4、ts and other organisms. 分解者Decomposers (reducers): utilize carbon from organic material, returning it to the atmosphere as CO2 and other gaseous by products and mineralizing nutrients to their original ionic form. 寄生者Parasites,一、土壤生物类型的多样性 Diversity of soil organism species,按其大小和形态分类Classification a
5、ccording to size 微生物Micro-organism 20mm 蚯蚓,按其形态分类 后生动物（多细胞） 原生动物（单细胞） 微生物 真核微生物：真菌和藻类 原核微生物：细菌、放线菌和蓝细菌 分子生物（无细胞结构，如病毒）,（一）后生动物(metazoan),一、土壤生物类型的多样性,后生动物由小的土居性的多细胞动物，主要包括线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫等混合组成。,Nematodes in soils 土壤中的线虫,Springtails in soils 土壤中的节肢动物,（二）原生动物(protozoa),原生动物在土壤中
6、的作用有：,调节细菌数量,增进某些土壤的生物活性,参与土壤植物残体的分解,单细胞真核生物（简称原虫）。结构简单，数量多、分布广。表土多，底土少。,纤毛虫 细菌和小鞭毛虫为食,变形虫 动、植物碎屑为食,鞭毛虫 取食细菌,土壤中微生物分布广、数量大、种类多，是土壤生物中最活跃的部分。它们参与土壤有机质分解，腐殖质合成，养分转化和推动土壤的发育和形成。,（三）微生物(micro-organism),1公斤土壤可含5亿个细菌,100亿个放线菌和近10亿个真菌，5亿个微小动物。,土壤微生物主要作用：,调节植物生长的养分循环 产消温室气体(CO2, CH4, NO, N2O, CO等)，影响全球气候变化
7、分解有机废物 保存物种、基因 引发人、畜、植物病害,土壤中的食物链关系,节杆菌属（Arthrobacter） 芽孢杆菌属（Bacillus） 假单胞菌属（Pseudomonas） 土壤杆菌属（Agrobacterium） 产碱杆菌属（Alcaligenes） 黄杆菌属（Flavobacterium）,(一） 原核微生物(procaryotes),1古细菌(archaea) 甲烷产生菌 极端嗜酸热菌 极端嗜盐菌,2细菌 (bacteria),二、土壤微生物种群的多样性 Diversity of soil micro-organism population,Bacteria 细菌,个体微小，1微米
8、左右,形状多为棒状或杆状,Bacteria 细菌,土壤细菌数量很大（占土壤微生物总数的70-90%），但生物量不大。 代谢强、繁殖快。,土壤中最活跃的因素,Bacteria 细菌,土壤中细菌的作用,分解有机质 参与碳循环、氮循环 改善土壤结构 净化土壤 病害,根瘤菌,固氮细菌,苜蓿根毛尖上的根瘤菌,Bacteria 细菌,3放线菌(actinomyces),以孢子或菌丝片断存在，细胞数104-106/g土。 肥土比廋土多，耕地比林地多，春秋季比夏冬季多。 最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好土壤中，转化土壤有机质。,Actinomycetes 放线菌,4蓝细菌（Cyanobacterium） 是
9、光合微生物，行光能无机营养，过去称为蓝（绿）藻，由于原核特征现改称为蓝细菌，与真核藻类区分开来。 5粘细菌(myxomycota) 土壤中数量不多，施有机肥土壤中常见，是已知最高级的原核生物，具备形成子实体和粘孢子的形态发生过程。,真菌(fungus /eumycota),藻类(alga),地衣(lichen),（二）真核微生物 (Eukaryotic microorganisms),森林土壤和酸性土壤中占优势,单细胞或多细胞的真核原生生物 硅藻、绿藻、黄藻 土壤生物的先行者,真菌和藻类形成的不可分离的共生体 在土壤发生早期起重要作用,Fungus 真菌,酵母菌,蘑菇,霉菌,菌根,Alga 藻
10、类,（三）非细胞型生物即分子生物病毒 (virus),一种活细胞内的寄生物，超显微的非细胞生物，只是一种核酸。 靠其宿主代谢系统的协助复制核酸，合成蛋白质等组分，然后再装配而得以繁殖。 离体条件下，以无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性。,Nutrition mode The sources of carbon and energy 异养型Heterotrophs C : organic material 数量多 Chemoheterotrophs (化能有机营养型 / 化能异养型) 种类：腐生、寄生 energy : chemical oxidation Photoheterotr
11、ophs (光能有机营养型 / 光能异养型) 种类：红螺菌 energy : light 自养型Autotrophs C: inorganic sources 数量少 Chemoautotrophs (化能无机营养型 / 化能自养型) 种类：亚硝酸/硝酸/硫氧化/铁/氢细菌 energy : chemical oxidation Photoautotrophs (光能无机营养型 / 光能自养型) 种类：藻类、光合细菌 energy : light,三、土壤微生物营养类型的多样性 Diversity of nutrition mode,oxygen requirements？ Aerobes (
12、好氧性微生物) 有氧呼吸 requirement for oxygen 实例：细菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物 作用: 彻底氧化, 释放能量 Obligate anaerobes (厌氧性微生物) 无氧呼吸 require an absence of oxygen 实例: 梭菌、产甲烷细菌、 脱硫弧菌 作用: 部分氧化 Facultative anaerobes (兼厌氧性微生物) 兼性呼吸 normally require oxygen but may adapt to oxygen deficit 实例: 酵母菌、大肠杆菌 作用: 氧化、还原,四、土壤微生物呼吸类型的多样性 Divers
13、ity of respiration type,第二节 影响土壤微生物活性的环境因素 Influenced factors of soil organism activity,一、温度 二、水分及其有效性 三、pH 四、氧气和Eh值 五、生物因素 六、土地管理措施,温度是影响微生物生长和代谢最重要的环境因素。微生物生长需要一定的温度，温度超出最低和最高限度时，即停止生长或死亡。,一、温度 Temperature 最适生长温度 高温型 嗜热型 45-60 极端嗜热 80-90 中温型 25-40 低温型 兼性嗜冷 20-30 专性嗜冷 15,温度,生长速度,水是微生物细胞生命活动的基本条件之一。
14、水分对微生物的影响不仅决定它的含量，更重要决定水的有效性。水分的微生物有效性，用水的活度表示。,二、水分及其有效性 Water and its availability,某些微生物生活环境的水活度,三、Acidity/alkalinity 酸碱度 （pH） 最适pH范围 大多数细菌、藻类和原生动物 6.5-7.5 放线菌 7.5-8.0 酵母菌和霉菌 5.0-6.0 真菌 酸性土壤 嗜酸菌acidophiles/嗜碱菌alkalinophiles 极低/高,一般土壤pH范围为49，能维持各类微生物生长发育。,结构良好、通气的旱作土壤中有较丰富的好氧性微生物生长发育。 淹水下层土壤，覆盖秸秆土壤
15、，或是用新鲜有机肥土壤，厌氧性微生物占优势。,四、氧气和Eh值 O2 and redox potential (Eh) 好氧性微生物：需要O2，最适Eh为300-400mV， 表层土壤 厌氧性微生物：必须缺O2，最适Eh为100mV， 底层土壤 兼厌氧性微生物：有无O2均可，适应范围广。,五、生物因素 Biological factors 按照来源分为：土居性(土生土长的，edaphon) 客居性(外来的) 存在互生、共生、拮抗现象。,常规耕作、覆盖减耕和免耕(zero tillage)等耕作措施对土壤微生物的影响程度是不同的。,六、土壤管理措施 Soil arrangement 土壤耕作 S
16、oil tillage 杀生剂和其他化学制剂(chemicals),第三节 土壤微生物区系的发生和分布 Formation and distribution of soil microflora,土壤中存在的重要的微生物类群有：细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物。 土壤微生物与土壤肥力演变、营养元素转化、土传性病害的发生均有密切关系。,一、不同类型土壤中微生物的数量和分布,不同土壤类型、肥力水平，土壤微生物的数量和分布有很大差异。,中国不同土壤微生物总数，呈如下变化趋势：,黑钙土 棕壤 灰壤 水稻土 砖红壤,土壤有机质含量与微生物数量关系密切。,在土壤的不同层次中，由于水分、养分、通气、温度、
17、pH等因素的差异及不同微生物的特异性，致使微生物在土壤剖面中的分布不均。 一般来说，表土层微生物数量最多，随层次加深，数量减少。,二、土壤剖面中微生物的数量和分布,各种团聚体是微生物在土壤中生活的微环境。团聚体内外的条件不同，微生物的分布也不一样。,三、土壤团聚体中微生物的数量和分布,根圈微生物 菌根 （mycorrhiza) 共生固氮 联合固氮,四、微生物与植物根的联合,根圈（rhizosphere)或根际：植物根系及其影响所及的范围。 根圈微生物效应：用根/土比值（R/S)表示，即根圈土壤微生物与近邻的非根圈土壤微生物数量之比。根土比一般在50-20之间。,存在于树木根活性部分的真菌菌丝，
18、是真菌和植物根的共生联合体。对于改善植物营养、调节代谢和增强植物抗逆性有一定作用。,土壤微生物区系分布特征 Distribution characteristics of soil microflora 绝大多数分布在土壤矿物质和有机质颗粒表面，无机-有机-生物复合体（团聚体） 高等植物根系周围含有种类多，数量多，活性强的微生物群，根际微生物 在土壤剖面中具有垂直分布特点 表层比底层多 在地域上具有地带性分布的特点 种类和数量随土壤熟化而增加 多种共存 相互促进 相互制约,一、土壤酶 Soil enzyme,土壤酶种类和功能 氧化还原酶类 水解酶类 转移酶类 裂解酶类,第四节 土壤生物活性及表
19、征,土壤酶主要来自微生物、土壤动物和植物根。,土壤酶主要是吸附在土壤有机质和矿质胶体上，并以复合体状态存在。 吸附酶的能力：有机质矿物质； 微团聚体大团聚体； 细粒部分粗粒部分。 酶与有机质或粘粒结合，使其受到保护，增加稳定性，防止被蛋白酶或钝化剂降解。,酶在土壤中存在状态及特性,土壤物理性质,环境条件对土壤酶活性的影响,质地 Texture: 质地粘重土壤酶活性比轻质地土壤的强。 结构 Structure: 小团聚体的土壤酶活性较大团聚体的强。 水分 Moisture: 渍水条件降低转化酶活性，但能提高脱氢酶活性。 温度 Temperature: 适宜温度下酶活性随温度升高而升高。,土壤化学
20、性质,土壤有机质含量和组成及有机矿质复合体组成、特性决定土壤酶的稳定性。 土壤pH: 磷酸酶活性：碱、中、酸性土壤中均有，最适pH为4.0-6.7和8.0-10。 脲酶活性：中性土壤中最高。 脱氢酶活性：碱性土中最高。 化学物质的抑制作用: 许多重金属、废金属离子、有机化合物包括杀虫剂、杀菌剂均对土壤酶活性有抑制作用。,土壤耕作管理,耕翻：通常会降低上层土壤酶活性。 灌溉: 增加脱氢酶、磷酸酶活性，但降低转化酶活性。 施用无机肥料: 影响有增有减。 农药使用：影响不大，影响持续几个月。,多糖(polysaccharide),植物激素(phytohormone),植物毒素(phytotoxicant),维生素和氨基酸(vitamin and amino acid),二、生物活性物质,作业,土壤微生物的作用？ 土壤中的生物按照其形态分为三类：后生动物、原生动物和微生物。 影响土壤微生物活性的主要环境因素有：温度、水分及其有效性、pH、氧气和氧化还原电位、生物因素、土壤管理措施。 土壤微生物区系分布特征？ 土壤中生物活性物质主要有两大类：土壤酶和生物活性物质,