森林土壤的生態(tài)功能

1、森林土壤的生態(tài)功能摘要：近年來，環(huán)境問題已經(jīng)得到了人們越來越多的關(guān)注，生態(tài)環(huán)境治理也成為了最近各項(xiàng) 研究工作的重點(diǎn)。在眾多研究方向中，土壤以其在生態(tài)環(huán)境中關(guān)鍵的組成部分日益得到各個 研究學(xué)者的關(guān)注。本文在對森林土壤作了基本分析的基礎(chǔ)上，對土壤在有關(guān)碳匯，重金屬， 酸堿平衡，生物，活性有機(jī)質(zhì)等方面進(jìn)行了綜述，旨在為其他學(xué)科提供拓展性介紹。關(guān)鍵詞：環(huán)境狀況森林土壤生態(tài)功能Ecological functions of forest soilAbstract: Environment problems have got more and more concerns from the public r

2、ecent years, environment governance also become the focus of research works. Among the various research directions, forest soil gets more attention for its key component in the environment. This article suggest the introduction of soil sequestration, soil heavy metal, acid-base balance, soil life, a

3、ctive organic matter and something more based on various analyze data for other subject s expansion study.Key words: Environment situationforest soil ecological functions前言：生態(tài)環(huán)境破壞對人類生存影響很大。它的主要形式有土壤退化、水土流失、土地荒漠 化、土地鹽堿化、臭氧層破壞、酸雨等類型。在我國，黃土高原的水土流失、西北沙漠地區(qū) 的荒漠化、黃淮海平原的鹽堿化，在不同程度上制約著我國國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。而土壤 在其中起著至關(guān)

4、重要的重用，詳細(xì)分析各種土壤方面的因素有助于我們更好的解決日益嚴(yán)重 的土壤問題。1森林土壤簡介土壤，是人類生產(chǎn)和生活中重要的自然資源，人類文明的歷史在一定程度上就是利用土 地的記載1。繁榮的文化總是以集約利用土壤為基礎(chǔ)。世界四大文明古國-巴比倫，埃及， 中國和印度的燦爛文化都是從河流沿岸的肥沃土壤上發(fā)展起來的，人來從森林中走出來，為 獲得生存的第一步，就開始隊(duì)土壤進(jìn)行認(rèn)識和耕作，并逐漸積累了利用土壤的只是和經(jīng)驗(yàn)。 可以說人類的衣食住行樣樣都離不開土壤。土壤是巖石圈表面的疏松表層，是陸生植物生活的基質(zhì)和陸生動物生活的基底。 土壤不僅為植物提供必需的營養(yǎng)和水分，而且也是土壤動物賴以生存的棲息場所。

5、土 壤的形成從開始就與生物的活動密不可分，所以土壤中總是含有多種多樣的生物，如 細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類、原生動物、輪蟲、線蟲、蚯蚓、軟體動物和各種節(jié)肢動 物等，少數(shù)高等動物（如鼴鼠等）終生都生活在土壤中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一小勺土壤里就 含有億萬個細(xì)菌，25克森林腐植土中所包含的霉菌如果一個一個排列起來，其長度可 達(dá)11千米。可見，土壤是生物和非生物環(huán)境的一個極為復(fù)雜的復(fù)合體，土壤的概念 總是包括生活在土壤里的大量生物，生物的活動促進(jìn)了土壤的形成，而眾多類型的生 物又生活在土壤之中。土壤無論對植物來說還是對土壤動物來說都是重要的生態(tài)因子。植物的根系與土壤有著極大的接觸面，在植物和土壤之間進(jìn)行著頻繁的

6、物質(zhì)交換，彼此有著強(qiáng)烈影響， 因此通過控制土壤因素就可影響植物的生長和產(chǎn)量。對動物來說，土壤是比大氣環(huán)境 更為穩(wěn)定的生活環(huán)境，其溫度和濕度的變化幅度要小得多，因此土壤常常成為動物的 極好隱蔽所，在土壤中可以躲避高溫、干燥、大風(fēng)和陽光直射。由于在土壤中運(yùn)動要 比大氣中和水中困難得多，所以除了少數(shù)動物(如蚯蚓、鼴鼠、竹鼠和穿山甲)能在 土壤中掘穴居住外，大多數(shù)土壤動物都只能利用枯枝落葉層中的孔隙和土壤顆粒間的 空隙作為自己的生存空間。土壤是所有陸地生態(tài)系統(tǒng)的基底或基礎(chǔ)，土壤中的生物活動不僅影響著土壤本 身，而且也影響著土壤上面的生物群落。生態(tài)系統(tǒng)中的很多重要過程都是在土壤中進(jìn) 行的，其中特別是分解

7、和固氮過程。生物遺體只有通過分解過程才能轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)和 礦化為可被植物再利用的營養(yǎng)物質(zhì)，而固氮過程則是土壤氮肥的主要來源。這兩個過 程都是整個生物圈物質(zhì)循環(huán)所不可缺少的過程。2森林土壤的生態(tài)功能森林土壤的生態(tài)功能在很多年來一直被忽視，一直到最近幾年才逐漸得到人們的 重視。研究表明，土壤在控制二氧化碳，調(diào)節(jié)環(huán)境的能量流動和物質(zhì)循環(huán)，維持生態(tài) 平衡，分解相關(guān)有毒廢棄物方面起著至關(guān)重要的作用。2.1森林土壤-碳匯土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的核心，連接著大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈，土壤碳庫是陸地 生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫，是全球碳循環(huán)的重要組成部分，在全球碳收支中占主導(dǎo)地位，因此與 溫室效應(yīng)及氣候變化有著密切的聯(lián)

8、系，影響著CO2的吸收與排放。近年來，氣候變化成為國際社會廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。政府間氣候變化專門委員會 (IPCC)第四次評估報告第一工作組決策者摘要指出，過去100年(19062005)地球表面 的平均溫度已經(jīng)上升了(0.740.18)C。如果不采取任何行動，至21世紀(jì)末，地表平均溫度 將比1990年增加1.16.4C。CO2作為一個重要的溫室氣體，其對溫室效應(yīng)50%，大氣CO2 的平均濃度已從1000年至1750年的280 mg-kg-1，上升到2000年的368 mg-kg-1，再至2005年 的379 mg-kg-120土壤有機(jī)碳與溫室氣體有著密切的關(guān)系，其變化直接影響CO2的排放

9、量，進(jìn)而影響氣候 變化。因此，防止全球變暖不應(yīng)單單將眼光放在如何大量恢復(fù)植被營造大片森林上，土壤也 是控制二氧化碳排放的一個關(guān)鍵點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)?shù)玫匠浞值闹匾?。例如，在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，為減 緩氣候變化的不利影響，推廣秸稈還田，合理的施用化肥和有機(jī)肥等有效的措施來固定土壤 碳，以達(dá)到減排的目的。2.2森林土壤-重金屬2.2.1森林土壤重金屬概況隨著近代工業(yè)的發(fā)展，人們對重金屬資源的需求越來越大，在生產(chǎn)、加工的過程中產(chǎn)生 的重金屬廢棄物也越來越多。如果土壤中重金屬含量超過一定范圍，就會對生態(tài)環(huán)境造成一 定的影響和破壞。國家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的2000年中國環(huán)境狀況公報上的數(shù)據(jù)顯示：在30 萬hm2基本農(nóng)田保

10、護(hù)區(qū)土壤有害重金屬抽樣監(jiān)測中，有3.6萬hm2 土壤重金屬超標(biāo)，超標(biāo) 率達(dá)12.1%3。日本重金屬污染的農(nóng)田面積達(dá)37 029.4 hm2,我國重金屬鎘污染的農(nóng)田面積 達(dá) 1.2萬hm24。重金屬進(jìn)入環(huán)境后不易被環(huán)境中的微生物分解，易在土壤中積累，并在農(nóng)作物中殘留， 最終通過食物鏈在動物、人體內(nèi)積累，嚴(yán)重影響人體健康。如1955-1972年，日本富山縣神 通川流域的“骨痛病”，就是由于居民食用了鎘含量高的稻米和飲用鎘含量高的河水而引起 的12,同樣在19531972年由于日本熊本縣水俁灣的居民食用被汞廢水污染的魚蝦，導(dǎo) 致近萬人患中樞神經(jīng)疾病一水俁病13。由此可見，森林土壤重金屬污染的危害是嚴(yán)

11、重的， 被污染的區(qū)域是廣泛的。2.2.2森林土壤重金屬的治理目前，重金屬的土壤治理主要有化學(xué)法和生物法?；瘜W(xué)方法是采用傳統(tǒng)的淋濾法、客土 法和吸附固定法等物理方法及絡(luò)合浸提法等化學(xué)方法修復(fù)重金屬污染土壤，要想達(dá)到滿意的 效果是非常困難的，而且造價昂貴5,需要復(fù)雜的設(shè)備條件或改變土層結(jié)構(gòu)，而生物修復(fù) 法能克服傳統(tǒng)方法中的缺點(diǎn)，越來越受到重視6。近10年來，微生物，植物和動物三種生 物修復(fù)技術(shù)成為土壤重金屬污染修復(fù)研究的熱點(diǎn)7。土壤微生物土壤微生物是土壤中的活性膠體，它們比表面大、帶電荷和代謝活動旺盛。而且土壤中 的微生物種類繁多，數(shù)量龐大，有的不僅參與土壤中污染物的循環(huán)過程，還可作為環(huán)境載體 吸

12、持重金屬等污染物。在重金屬污染土壤上，往往富集多種耐重金屬的真菌和細(xì)菌，微生物 可通過多種作用方式影響土壤重金屬的毒性及重金屬的遷移與釋放。微生物對重金屬具有積 累和解毒作用的功能，可促進(jìn)有毒、有害物質(zhì)解毒或降低毒性。土壤植物植物治理是指將某種特定的植物種植在重金屬污染的土壤上，該種植物對土壤中的污染 元素具有特殊的吸收富集能力，將植物收獲并進(jìn)行妥善處理（如灰化處理）后即可將該重金 屬從土體中去除，達(dá)到治理污染與生態(tài)修復(fù)的目的。而美國將通過利用植物吸收，聚集，降 解，固定環(huán)境中的污染物，從而減少或減輕污染物毒性的技術(shù)稱為植物修復(fù)技術(shù)?？傮w而言， 植物修復(fù)法就是通過重金屬在土壤一植物系統(tǒng)中的遷移

13、過程，依賴于植物對重金屬的超富集 能力而達(dá)到有效去除土壤中重金屬的作用。土壤動物土壤動物在重金屬方面的作用同植物的類似，也是通過動物在取食相關(guān)植物之后對某 種特定的重金屬元素的吸收富集能力。所不同的是，由于動物不是固定在一個地點(diǎn)，所以搜 集處理較為困難，并且由于食物鏈的關(guān)系，對人類自身的生存產(chǎn)生了一定的威脅，顧在實(shí)際 應(yīng)用中相對較少。2.3森林土壤-酸堿平衡自然條件下土壤酸堿性主要受土壤鹽基狀況支配，而土壤的鹽基狀況則決定于土壤的淋 溶過程和鹽基化過程的相對強(qiáng)度。因此，土壤酸堿性實(shí)際上是由母質(zhì)，生物，氣候以及人為 作用等因素所控制的。土壤的酸堿性通常是由土壤溶液反應(yīng)出來，但它是土壤的固相，液相

14、 和氣相之間的相互作用，在動態(tài)平衡過程中所表現(xiàn)的性質(zhì)。當(dāng)土壤溶液中1的1+濃度大于OH- 濃度時，土壤呈酸性反應(yīng)；反之則呈堿性反應(yīng)；而當(dāng)二者濃度相等時，則呈中性反應(yīng)。在自然環(huán)境中，往往因?yàn)槭┓?，根系呼吸，微生物的活動和有機(jī)質(zhì)的分解等引起土壤中 酸堿平衡的劇烈變化，往往會對植物的生長發(fā)育和土壤微生物的生活產(chǎn)生不好的影響。此外， 當(dāng)今環(huán)境中工業(yè)化的速度加快，規(guī)模日漸壯大，其所直接導(dǎo)致的酸雨也是導(dǎo)致土壤酸堿失衡 的一個主要因素。所幸土壤自身有著一套良好的酸堿平衡調(diào)節(jié)機(jī)制，而其中起著關(guān)鍵作用的則是土壤中特 有的腐殖質(zhì)。而腐殖質(zhì)是眾多物質(zhì)的組合體，其中起著主要作用的主要是三類物質(zhì)：土壤膠 體，弱酸及其鹽

15、類，兩性物質(zhì)。2.3.1 土壤膠體土壤膠體吸附有H+,K+,Ca2+,Mg2+,Al3+等多種陽離子。這些陽離子有交換性能，顧膠體 上吸附的鹽基例子能對加入土壤的H+起到緩沖作用。2.3.2弱酸及其鹽類土壤中的碳酸，硅酸，胡敏酸等離解度很小的弱酸及其鹽類，構(gòu)成緩沖系統(tǒng)，也可以緩 沖酸和堿的變化。2.3.3兩性物質(zhì)土壤中存有兩性有機(jī)物和無機(jī)物，如蛋白質(zhì)，氨基酸，胡敏酸，無機(jī)磷酸等，對酸和堿 都具有緩沖性。正是有以上因素的存在，才能夠使得土壤微環(huán)境在沒有受到外界環(huán)境，尤其是人類活動 的劇烈干擾時，能夠保持最佳的酸堿平衡狀態(tài)，使得整體的微環(huán)境處于一個相對穩(wěn)定的狀況。2.4森林土壤-活性有機(jī)質(zhì)土壤活性

16、有機(jī)質(zhì)(AOM)到目前還沒有一個嚴(yán)謹(jǐn)、確切的定義8。一般的，把在一定的 時空條件下受植物、微生物影響強(qiáng)烈、具有一定溶解性，且在土壤中移動較快、不穩(wěn)定、易 氧化、易分解、易礦化，其形態(tài)和空間位置對植物和微生物有較高活性的那部分土壤碳素， 確認(rèn)為土壤活性有機(jī)質(zhì)9。2.4.1活性有機(jī)質(zhì)與土壤養(yǎng)分的關(guān)系活性有機(jī)質(zhì)在養(yǎng)分周轉(zhuǎn)中起重要作用，是植物的養(yǎng)分庫，可以提供植物所需要的養(yǎng)分如 氮、磷、硫等；活性有機(jī)質(zhì)在土壤中有效性較高、易被土壤微生物分解礦化、對植物養(yǎng)分供 應(yīng)有最直接作用；是微生物利用能源和碳源。另外還能穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，對維持團(tuán)粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 性有重要作用。2.4.1.1易氧化有機(jī)質(zhì)(LOM)與土壤養(yǎng)分的

17、關(guān)系不同施肥方式對土壤難氧化有機(jī)質(zhì)的影響較小，在同一環(huán)境條件下的同類土壤，其難氧 化有機(jī)質(zhì)(NLOM)含量呈現(xiàn)一定的穩(wěn)定水平，且與作物產(chǎn)量和土壤速效養(yǎng)分水平無明顯相關(guān) 關(guān)系，易氧化有機(jī)質(zhì)是影響土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤肥力的主要因素。用化學(xué)方法測定的LOM與NLOM變化之比，稱為土壤有機(jī)質(zhì)的不穩(wěn)定性；耕作土壤有機(jī)質(zhì) 的不穩(wěn)定性與對照土壤有機(jī)質(zhì)的不穩(wěn)定性的比值稱作不穩(wěn)定性比率(LI)。研究表明，耕作 使LI變化很大。與耕作使LOM、NLOM、TOM發(fā)生降低不同，在某些土壤上，LI會增加，這主 要是因?yàn)楦鳁l件下LOM與NLOM的比率增加。2.4.1.2微生物量有機(jī)質(zhì)與土壤養(yǎng)分的關(guān)系微生物生物量(MB)

18、是指土壤中體積小于510m3活的微生物總量，是土壤有機(jī)質(zhì)中 最活躍和最易變化的部分10。微生物量有機(jī)質(zhì)(MBOM)雖僅占土壤中碳的2%3%、氮的3%5%，但它極其重要，不僅可以 調(diào)節(jié)土壤中碳和氮的周轉(zhuǎn)，還是促使土壤中有機(jī)物和植物養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、循環(huán)的動力因素，其作 為植物礦質(zhì)養(yǎng)分的源和匯，是穩(wěn)定態(tài)養(yǎng)分轉(zhuǎn)變?yōu)橛行B(tài)養(yǎng)分的催化劑。另外，土壤微生物生 物量碳和氮也已作為土壤質(zhì)量變化的敏感指標(biāo)。土壤有效態(tài)氮大部分來自土壤微生物部分，因此MBC和MBN與土壤有效態(tài)氮含量存在正 相關(guān)。徐陽春等11等進(jìn)行了長期免耕和施用有機(jī)肥對土壤微生物生物量影響的試驗(yàn)，其結(jié) 果顯示：土壤微生物量碳、氮與全氮、堿解氮之間均呈極顯

19、著的正相關(guān)。研究結(jié)果還表明， 土壤生物量碳、易氧化碳、可礦化碳和土壤碳素有效率還與土壤有機(jī)質(zhì)、全磷、全鉀、速效 氮、速效磷、速效鉀相關(guān)。這說明土壤生物量碳、易氧化碳、可礦化碳和土壤碳素有效率指 示土壤肥力動態(tài)變化比土壤有機(jī)碳更加靈敏，可以用來反映土壤肥力的動態(tài)變化。但也有研 究結(jié)果顯示土壤微生物生物量氮與土壤有效態(tài)氮含量不存在相關(guān)性，這可能與其研究測定方 法不同有關(guān)。此外，土壤微生物生物量碳通常與LFOM中的碳和外部碳礦化有關(guān)。2.4.1.3輕組有機(jī)質(zhì)（LFOM）與土壤有機(jī)質(zhì)的關(guān)系在土壤中，LFOM和不穩(wěn)定的有機(jī)氮控制著土壤氮的礦化。研究發(fā)現(xiàn)LFOM含76%96%的LOM， AOM礦化的氮占氮

20、凈礦化量的25%60%；因此，活性有機(jī)質(zhì)中的氮含量與土壤氮的凈礦化量呈 顯著正相關(guān)。LFOM與土壤呼吸速率強(qiáng)相關(guān)，這說明LFOM是土壤微生物重要的碳和能量來源。研究表明， 氮的礦化量與LFOM的分解速率密切相關(guān)。氮礦化分為4個階段，在開始培養(yǎng)階段，LFOM貢 獻(xiàn)氮礦化的40%50%，因此認(rèn)為LFOM是礦化氮的主要來源。在田間，耕作使LFOM和重組有機(jī) 氮（HFOM）的氮都有損失，但LFOM氮損失的速率和比例比HFOM要高得多，因此，能夠提高LFOM 含量的農(nóng)業(yè)措施都可以增加微生物的營養(yǎng)循環(huán)速率，并增加土壤中營養(yǎng)元素特別是氮的可利 用性。2.4.4.4溶解有機(jī)質(zhì)與土壤養(yǎng)分的關(guān)系在土壤溶液中，DO

21、M盡管比例很小，卻是土壤有機(jī)質(zhì)中最活躍的化學(xué)組分，它與土壤有 機(jī)質(zhì)的其它組分之間在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化，始終處于動態(tài)平衡之中12。DOM的生物有效性較高，容易被土壤微生物分解，是土壤養(yǎng)分的重要來源；同時由于它 的可溶性，對土壤生態(tài)系統(tǒng)中碳、氮、磷等營養(yǎng)元素的生物地球化學(xué)循環(huán)有重要影響。此外， 土壤DOM的淋失是土壤有機(jī)碳、氮損失的重要途徑，它作為一項(xiàng)資源質(zhì)量指標(biāo)，對研究碳、 氮循環(huán)及其對環(huán)境造成的影響有重要意義。DOM組分中大約25%50%為腐殖酸和富里酸組成， 其余的組分主要是蛋白質(zhì)、多糖和親水性有機(jī)酸。DOM與土壤有機(jī)碳的礦化過程密切相關(guān)。去除DOM使土壤有機(jī)碳的累積礦化量平均下降 1

22、5.4%，且其影響主要表現(xiàn)在培養(yǎng)前期0DOM是土壤微生物生命活動中重要的氮源，是土壤有 機(jī)氮轉(zhuǎn)化過程中重要的中間氮庫，在紅壤水稻土氮的供應(yīng)中起重要的作用。在土壤中DOM也是微生物生長和生物分解過程的重要能量來源，控制土壤微生物區(qū)系， 影響土壤氮素的微生物轉(zhuǎn)化過程13。DOM對硝化過程有抑制效應(yīng)，它使硝化過程中NH4+- N 含量降低緩慢，使土壤中NO2- N的積累，延長了NO2- N在土壤中的積累時間，進(jìn)一步導(dǎo) 致NO3- N生成速度變緩，這種抑制效應(yīng)隨著DOM濃度增加而增強(qiáng)14-15。土壤中的。（3含 量與速效鉀、有效磷、全氮和堿解氮等物質(zhì)的含量均呈正相關(guān)。2.4.2 土壤活性有機(jī)質(zhì)的發(fā)展活

23、性有機(jī)質(zhì)在指示土壤質(zhì)量和土壤肥力的變化時比有機(jī)質(zhì)更靈敏，更能反映土壤理化性 質(zhì)，特別是與土壤中氮礦化的關(guān)系更為密切。因此認(rèn)為活性有機(jī)質(zhì)能夠更準(zhǔn)確、更實(shí)際的反 映土壤肥力和土壤物理性質(zhì)的變化，指示各種有機(jī)物的礦化率、土壤的綜合活力水平，能用 于綜合評價各種耕作方式對土壤質(zhì)量的影響，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。而輕組有 機(jī)質(zhì)與土壤肥力、土壤養(yǎng)分循環(huán)、環(huán)境污染等方面的關(guān)系，生物量有機(jī)質(zhì)、易氧化有機(jī)質(zhì)與 土壤碳，氮礦化研究還需進(jìn)一步研究。3結(jié)語綜上所述，土壤在碳匯，重金屬，酸堿平衡以及活性有機(jī)質(zhì)方面起著重大的作用。碳匯 方面，土壤吸收了大氣中大量的二氧化碳，為全球溫室氣體減排起著至關(guān)重要的重用；重金 屬污染方面，土壤有著自身的一套凈化循環(huán)，能夠最大限度的凈化土壤中的重金屬離子；酸 堿平衡方面，土壤利用其中的膠體以及兩性物質(zhì)調(diào)節(jié)土壤的酸堿度，保持其土壤中微環(huán)境的 穩(wěn)定性；活性有機(jī)質(zhì)方面，由于有機(jī)質(zhì)與養(yǎng)分的直接聯(lián)系，使得土壤養(yǎng)分的研究想著更加科 學(xué)的方向邁進(jìn)。隨著時間的推移，土壤在整個生態(tài)環(huán)境方面的功能會愈加顯著。參考文獻(xiàn)孫向陽；土壤學(xué)；中國林業(yè)出版社；2004.9IPCC. Climate Change 1995-2007金春姬，李鴻江，賈永剛等.電動力學(xué)法修復(fù)土壤環(huán)境重金屬污染的研究進(jìn)展J.環(huán)境 污染與防治，2004, 26張超蘭，