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1、1,农业生态学(10),耿宇鹏 云南大学生态学与地植物学研究所 Oct 17, 2012,农业生态系统中的土壤,土壤的组成和形成过程 土壤肥力的维持 土壤的退化 无土农业,土壤与生物圈,土壤：农业的基础,土壤（Soil）是陆地表面具有一定肥力，能够生长植物的疏松层。,土壤由岩石风化而成的矿物质、生物残体分解产生的有机质、土壤生物以及水分、空气等组成。,土壤的组成：矿物质,土壤矿物质是岩石经物理风化作用和化学风化作用形成的产物，占土壤固相部分总重量90%以上。,土壤的组成：有机质,土壤的有机质：泛指土壤中来源于生物的物质，包括土壤微生物和土壤动物及其分泌物以及土体中植物残体和植物分泌物等。 有
2、机质的来源：1）高等植物残体（地上部和地下部） 2）土壤中的动物 3）土壤中的微生物 4）施用的有机肥 有机质的形态：1）新鲜有机质（未分解有机质） 2）半分解有机质 3）腐殖质 有机质的转化：矿化作用（有机质分解为简单无机化合物） 腐殖化作用（有机质在分解的同时，形成腐殖质）,土壤的组成：水分,土壤水分：保持在土壤孔隙中的水分。 吸湿水：干土从空气中吸收水汽所保持的水 膜状水：土壤颗粒表面吸附所保持的水层 毛管水：靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的水分 重力水：在重力作用下，沿着土壤大孔隙向下渗漏的水分 土壤水分的转移 超过薄膜水的水分即成为毛管水； 超过毛管水的水分成为重力水； 重力
3、水下渗聚积成地下水； 地下水上升又成为毛管支持水； 当土壤水分大量蒸发，土壤中就只有吸湿水。,土壤含水量的三个指标,土壤饱和含水量：土壤中的全部孔隙都充满水时的含水量，此时土壤水势为0； 田间持水量：土壤饱和含水量减去重力水后土壤所能保持的最大水分，此时土壤水势约为-0.1到-0.3巴； 萎蔫系数：植物萎蔫时土壤中保持的水分（以土壤干重的百分率计），这部分水不能被植物利用，此时土壤水势约为-10到-20巴。,土壤的组成：空气,土壤通气性（透气性）：指土壤空气与近地层大气进行气体交换以及土体内部允许气体扩散和流动的性能。 土壤空气组成与大气相似，但有差别。 二氧化碳含量高； 氧气含量低； 相对湿
4、度高； 含还原性气体； 组成和数量处于变化中。,在洪涝灾害时，植物根部浸水， 无法正常呼吸，导致根部腐烂,土壤的组成：生物,土壤形成与生物活动密不可分。土壤中含有多种多样的生物，如细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物、轮虫、线虫、蚯蚓、软体动物、节肢动物等。少数高等动物（如鼹鼠）也生活在土壤中。,菌根真菌,菌根（mycorrhizae）：土壤中某些真菌与植物根的共生体。真菌一方面从寄主植物中吸收糖类等有机物质作为自己的营养，另一方面又从土壤中吸收养分、水分供给植物。 菌根能够扩大根系吸收面，增加对原根毛吸收范围外的元素（特别是磷）的吸收能力。 大约有2000种木本和草本植物可以形成菌根。 有些物
5、种必须依赖菌根才能存活。,Douglas-fir seedlings with and without mycorrhizae inoculation,土壤的剖面结构,一个发育良好的土壤一般有三个层次： A层：由表土层组成，易松动，暗褐色，有机质含量较好； B层，通常称之为压表层，有粘土和其他从A层淋滤下来的微颗粒组成，颜色较浅，有机质含量低； C层仅包含部分风化的岩石，成为母质层。,土壤质地,土壤质地是指不同粒径颗粒相对含量的组成，主要受母质的影响。 一般分为沙土、壤土、粘土三类。,美国制土壤分级,土壤的酸碱度,长江以南的土壤多为酸性和强酸性，如华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤，pH值大多
6、在4.55.5之间； 华中华东地区的红壤，pH值在5.56.5之间； 长江以北的土壤多为中性或碱性，如华北、西北的土壤大多含CaCO3，PH值一般在7.5 8.5之间； 少数强碱性土壤的pH值高达10.5。,土壤的形成过程,地球表面形成 1厘米厚的土壤，约需要 300 年或更长时间。 物理风化：岩石变成碎屑 化学风化：矿物分解，成为粘土风化壳 生物风化：新陈代谢、死亡降解,矿物质积累过程：母质 风化 原始土壤 有机质积累过程：植物吸收养分 有机质 腐殖质 肥力 养分循环过程：矿物质 植物吸收 生物残体,土壤的两个循环,土壤肥力（soil fertility）,土壤能供应与协调植物正常生长发育所
7、需的养分和环境的能力。 养分（N、P、K等） 环境（水、气、热等）,土壤的自然肥力,自然肥力：未开垦的自然土壤，在五大成土因素（气候、生物、母质、地形和年龄）影响下的肥力。,在自然生态系统中， 植物根系和土壤形成 紧密的整体，营养循环利用,土壤生物多样性与食物网,土壤的人为肥力,人为肥力：在人为耕作、施肥、灌溉和其他农事活动影响下表现出的肥力，主要指农田土壤。,收获：栽培植物的部分或者全部生物量都被取走，只有很少部分返田 施肥：有机肥、绿肥、化学肥料 耕作：土壤的深翻、土地的平整 其他农事活动：地膜、杀虫剂、灌溉、除草剂等,在工业化的石油农业生产中，除了栽培作物，农田中的其他生物被完全忽略。,
8、土壤肥力的维持？,土壤结构的维持 保持土壤的覆盖（Keep your soil covered） 土壤养分的维持 粮食 VS 肥料 土壤生物多样性的维持 土壤是一个生命复合体，不可忽视的地下生命,土壤结构的维持,毁林开荒、围湖造田,退耕还林、退田还湖,植被破坏引发泥石流,土壤养分的维持,如何维持土壤肥力是农业生产的基本问题之一,刀耕火种、游牧式休耕 秸秆还田，绿肥有机肥 间作轮作，休耕养息 化肥？短期有效，不可持续,土壤生物多样性的维持,对杀虫剂说“NO” 对除草剂说“NO” 对化肥说“NO”,土壤退化,由于人类不合理的开发利用所造成的土地生产力的衰减，主要包括： 水土流失（或称土壤侵蚀） 土
9、地沙漠化 草原退化 次生盐碱化和沼泽化 土壤污染,水土流失,东北是中国的粮仓，但是： 东北黑土层50年内将被剥蚀殆尽。 面对坍塌的黑土地， “我们总有一天要背井离乡”,土地沙漠化,沙丘逼近北京 中国沙漠化日益严重,草原退化,天苍苍 野茫茫 风吹草低见牛羊,干旱、过度放牧造成草场退化,土地盐碱化、沼泽化,土壤盐碱化是指土壤含盐量太高（超过0.3%），而使农作物低产或不能生长。,土壤沼泽化：因为地下水接近地表或冻土层阻碍水分下渗,造成陆地发展成为沼泽。,土壤污染,镉米杀机,调查发现多地市场约10%的大米镉超标，中国在重金属污染大米前不设防,土壤污染：农药,土壤污染：化肥,化肥曾经、或者说现在仍是促使中国农作物增长的动力。但是在30年持续大量施用后，一些科研人员认为，它将对中国的粮食安全造成负面影响。 一些大棚和土地因过量施肥，已出现“死棚”、“绝地”现象。,土壤污染：垃圾,无土农业：未来有多远？,植 物 生 长,土壤,水体,砂培,水培,基质,太空,载体,设施农业 （以色列）,大田农业,太空农业,土壤的总结：一个生命复合体,农田是一个复杂的生态系统； 尽管我们最关心农作物的产量，但是农作物只是农业生态系统的一个成员，离开其他生物的支持，农作物无法独立存在； 可持续的农业生产必须回归生态系统管理的思想，将土壤看作敏感的生命复合体，任何一项措施都要考虑土壤生物受到的影响。,