環(huán)境土壤學(xué)課件

緒論民以食為天，食以土為本萬(wàn)物土中生，有土斯有財(cái)?shù)谝还?jié)土壤及土壤的基本特性

一、土壤的概念萬(wàn)物自生焉則曰土。《周禮》（公元前3世紀(jì)）土者，是地之吐生物者也。“二”，像地之上，地之中，“I”,物出形也?！墩f(shuō)文解字》（許慎）以人所耕而樹(shù)藝焉則曰壤?！吨芏Y》一、土壤的概念（1）農(nóng)民和農(nóng)業(yè)科學(xué)工作者：土壤是植物生長(zhǎng)的介質(zhì)。（2）水利學(xué)家：土壤是貯水和輸水的多孔介質(zhì)。（3）工程專家：土壤是承受高強(qiáng)度壓力的基地或工程材料的來(lái)源。（4）環(huán)境科學(xué)家：土壤是重要的環(huán)境因素，環(huán)境污染物的緩沖帶和過(guò)濾器。（5）地質(zhì)學(xué)家：土壤是地球陸地表面的一個(gè)疏松的薄層，主要是近代地質(zhì)作用所形成的地殼風(fēng)化產(chǎn)物。（6）生態(tài)學(xué)家：從生物地球化學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為土壤是地球表層系統(tǒng)中，生物多樣性最豐富，生物地球化學(xué)的能量交換、物質(zhì)循環(huán)（轉(zhuǎn)化）最活躍的生命層。（7）土壤學(xué)家：土壤有著自己發(fā)生發(fā)展和長(zhǎng)期演變的歷史，土壤是由巖石風(fēng)化形成的母質(zhì)在生物等因素的參與下逐漸形成的，是自然界中一個(gè)獨(dú)立的歷史自然體。簡(jiǎn)明定義：

能產(chǎn)生植物收獲的地球陸地表面的疏松層次。綜合定義：

土壤是地球表面生物、氣候、母質(zhì)、地形、時(shí)間等因素綜合作用下所形成的、可供植物生長(zhǎng)的一種復(fù)雜的生物地球化學(xué)物質(zhì)；與形成它的巖石和沉積物相比，具有獨(dú)特的疏松多孔結(jié)構(gòu)，化學(xué)和生物學(xué)特性；它是一個(gè)動(dòng)態(tài)生態(tài)系統(tǒng)，為植物生長(zhǎng)提供了機(jī)械支撐、水分、養(yǎng)分和空氣條件；支持大部分微生物群體的活動(dòng)，來(lái)完成生命物質(zhì)的循環(huán)；維持著所有的陸地生態(tài)系統(tǒng)，其中通過(guò)供給糧食、纖維、水、建筑材料、建設(shè)和廢物處理用地，來(lái)維持人類的生存發(fā)展；通過(guò)濾掉有毒的化學(xué)物質(zhì)和病原生物體，來(lái)保護(hù)地下水的水質(zhì)，并提供了廢棄物的循環(huán)場(chǎng)所和途徑或使其無(wú)害化。

“土壤”和“土地”概念的區(qū)別：不是同一范疇的概念。

土壤是土地的物質(zhì)組成部分，而土地不僅包括土壤要素，還包括地形、植被、水文、人文等要素。土壤農(nóng)業(yè)土壤自然土壤二、土壤的基本特性（一）土壤剖面的垂直分層特性土壤是在生物、氣候、母質(zhì)、地形、時(shí)間等因素綜合作用下的產(chǎn)物，這種綜合作用就稱為成土作用。由成土作用形成的層次稱為土壤發(fā)生層，而完整的垂直土層序列稱之為土壤剖面。典型土壤剖面可劃為三個(gè)基本層：A層：地表最上端，腐殖質(zhì)在這一層聚積。B層，粘粒在這里淀積，稱淀積層或過(guò)渡層。C層，不同程度風(fēng)化物構(gòu)成，稱為母質(zhì)層。Redsoil紅壤（二）土壤的基本物質(zhì)組成

礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、水分、空氣和土壤生物等。土壤固相主要由土壤礦物和土壤有機(jī)質(zhì)組成，而它的空隙中存在著水、氣及微生物等，所以土壤是一個(gè)由固相、液相和氣相組成的多孔多相分散體系。（三）土壤肥力

在植物生活全過(guò)程中，土壤供應(yīng)和協(xié)調(diào)植物生長(zhǎng)所需水、肥、氣、熱的能力。自然肥力：指土壤在自然因子(氣候、生物、地形等)綜合作用下所具有的肥力。人為肥力：土壤在人為條件熟化(耕作、施肥、灌溉等)作用下所表現(xiàn)出來(lái)的肥力。潛在肥力：土壤肥力在生產(chǎn)上沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的部分。有效（經(jīng)濟(jì)）肥力：土壤肥力在當(dāng)季生產(chǎn)中表現(xiàn)出來(lái)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的部分。土壤肥力類型（四）土壤的物理性質(zhì)

土壤物理特性包括其疏松性、結(jié)構(gòu)性、透水性、持水性、水分移動(dòng)性、透氣性、吸附性等，這些特性決定了土壤中物質(zhì)的運(yùn)移和能量的轉(zhuǎn)化，為植物根系的發(fā)育和高等及低等生物的定居提供了相對(duì)有利的條件，同時(shí)在環(huán)境保護(hù)、地下水水質(zhì)保持等方面起到不可替代的作用。土壤物理學(xué)就是研究土壤的這些獨(dú)特物理性質(zhì)的土壤學(xué)分支。

（五）土壤的化學(xué)性質(zhì)土壤膠體是土壤中化學(xué)性質(zhì)最為活躍的物質(zhì)。它由無(wú)機(jī)膠體和有機(jī)膠體物質(zhì)組成，無(wú)機(jī)膠體主要由土壤次生礦物或粘土礦物組成，有機(jī)膠體就是腐殖質(zhì)等。由這些成分復(fù)雜的有機(jī)、礦質(zhì)和有機(jī)—礦質(zhì)化合物組成的土壤膠體物質(zhì)顆粒，通常帶負(fù)電。為此，它們具有從溶液中吸收和代換鹽分離子的能力。土壤膠體物質(zhì)顆粒表面和土壤溶液相互作用機(jī)制，是極其復(fù)雜的，決定了眾多的土壤化學(xué)和土壤物理化學(xué)性質(zhì)的動(dòng)態(tài)行為，為土壤化學(xué)所研究的主要內(nèi)容之一。

（六）土壤的生物性質(zhì)土壤是有生命的自然體，是自然界最復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)之一，也是最豐富的生物資源庫(kù)。土壤是生命活動(dòng)的產(chǎn)物，沒(méi)有生物就沒(méi)有土壤。土壤是生命的搖藍(lán)。土壤不僅是生物的棲息地，是生物作用的對(duì)象，同時(shí)也是地球生命誕生與進(jìn)化的溫床。土壤生物學(xué)就是研究土壤生物的功能、反應(yīng)及其行為。主要的研究?jī)?nèi)容包括土壤物質(zhì)（碳、氮、硫等）循環(huán)、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、微生物生態(tài)、生物防治和土壤分子生物學(xué)。

（七）土壤的空間變異性及在同一地貌的相對(duì)均質(zhì)性不同地貌類型間，不同生物氣候類型間這些較大空間尺度乃至全球范圍內(nèi)土壤類型的空間變異和分布規(guī)律。同一生物氣候帶內(nèi)，相同微地貌類型上，土壤剖面垂直層次的組合和性質(zhì)基本一致。土壤發(fā)生分類學(xué)土壤調(diào)查制圖學(xué)（八）土壤的記憶特性

古往今來(lái)的氣候、生物及巖石對(duì)土壤形成過(guò)程、土壤性質(zhì)的影響，都會(huì)在土體上留下“烙印”，即信息的記憶。

北方黃土堆積層發(fā)育的古土壤—紅土層。解讀這些信息，有助于我們了解地球的地質(zhì)變化、氣候變化的規(guī)律。土壤中的化石，我們可以推測(cè)生物的進(jìn)化；古土層的性質(zhì)可以幫助我們恢復(fù)古地理環(huán)境；地磁性質(zhì)的變化，也可揭示古氣候的變遷。這些研究為了解土壤的今昔變化及未來(lái)發(fā)展提供了必要的依據(jù)。第二節(jié)土壤在人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和自然環(huán)境中的重要性一、土壤是人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基地二、土壤是地球表層系統(tǒng)自然地理環(huán)境的重要組成部分三、土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)四、土壤是最珍貴的自然資源土壤與人類生存發(fā)展的關(guān)系示意圖一、土壤是人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基地（一）土壤是植物生長(zhǎng)繁育和生物生產(chǎn)的基地

1、營(yíng)養(yǎng)庫(kù)作用：是陸地生物所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要來(lái)源；2、在養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)中的作用：

無(wú)機(jī)物的有機(jī)化，有機(jī)物的礦質(zhì)化；

3、雨水涵養(yǎng)作用：是一個(gè)巨大的水庫(kù)；

4、對(duì)生物的支撐作用；

土壤中擁有種類繁多，數(shù)量巨大的生物群；

5、在穩(wěn)定和緩沖環(huán)境變化中的作用；（二）植物生產(chǎn)、動(dòng)物生產(chǎn)和土壤管理關(guān)系土壤管理植物生產(chǎn)動(dòng)物生產(chǎn)

二、土壤是地球表層系統(tǒng)自然地理環(huán)境的重要組成部分（一）土壤圈（Pedosphere）的概念地球表層系統(tǒng)五大要素：大氣圈、生物圈、巖石圈、水圈、土壤圈

土壤圈是覆蓋于地球和淺水域底部的土壤所構(gòu)成的一種連續(xù)體或覆蓋層，它是地圈系統(tǒng)的重要組成部分。土壤圈的地位(positionofpedosphere)氣圈Gas-sphere巖石圈Rocky-sphere水圈Watersphere生物圈Biosphere土壤圈pedosphere金屬與微量元素物質(zhì)循環(huán)生物養(yǎng)分物質(zhì)循環(huán)水分循環(huán)與平衡1、土壤圈涵義（1）永恒的物質(zhì)與能量交換（2）最活躍與最富生命力的圈層（3）記憶塊的功能（4）時(shí)空限制特征（5）僅部分為可再生資源2、土壤圈的功能（1）對(duì)大氣圈頻繁的水、熱、氣地交換和平衡，是全球氣候變化的重要方面。（2）對(duì)生物圈支撐和調(diào)節(jié)生物過(guò)程，提供植物生長(zhǎng)的養(yǎng)分、水分與適宜的物理?xiàng)l件，決定自然植被的分布與演替。（3）對(duì)水圈降水在陸地的重新分配、元素的生物地球化學(xué)行為和水分平衡、分異、轉(zhuǎn)化及水圈的化學(xué)組成。（4）對(duì)巖石圈具有一定的保護(hù)作用，以減少其受各種外營(yíng)力破壞，與巖石圈進(jìn)行物質(zhì)交換與地質(zhì)循環(huán)。土壤圈的功能（二）土壤圈在全球變化中的作用

1、通過(guò)土壤圈與其它圈層的物質(zhì)交換，影響土壤的全球變化

2、通過(guò)全球土被在時(shí)空上的演變，引起土壤全球變化

3、通過(guò)人為活動(dòng)對(duì)土壤圈的強(qiáng)烈作用，對(duì)全球土壤變化以至生存環(huán)境發(fā)生影響（1）人為砍伐森林，加劇水土流失（2）對(duì)土壤資源利用不當(dāng)導(dǎo)致土壤退化嚴(yán)重（3）水稻田、沼澤地及湖泊產(chǎn)生痕量溫室氣體*(三)土壤圈的研究方向與內(nèi)容1、研究方向

（1）土壤圈與生物圈之間養(yǎng)分元素的交換與平衡，土壤圈與水圈之間的水分循環(huán)與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，土壤圈與大氣圈之間的大量氣體及痕量氣體的交換與平衡，以及土壤圈與巖石圈之間元素遷移與轉(zhuǎn)化；（2）土壤圈物質(zhì)和能量循環(huán)與地球生命、人類生存條件、自然環(huán)境及全球變化之間的關(guān)系。2、研究任務(wù)（1）土壤資源的開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)土地?cái)?shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)(SOTER)。（2）土壤肥力調(diào)節(jié)與農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展

（3）土壤生態(tài)環(huán)境的建設(shè)。

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中土壤生態(tài)環(huán)境演替規(guī)律；土壤生態(tài)環(huán)境建設(shè)的研究；防止土壤污染。（4）土壤圈物質(zhì)循環(huán)及全球變化

①土壤圈與大氣圈大量與痕量氣體交換與平衡。

②土壤圈與水圈的水循環(huán)。

③土壤圈與巖石圈元素遷移。

④土壤圈與生物圈養(yǎng)分元素交換與平衡。

⑤土壤圈物質(zhì)組成、性質(zhì)、類型及時(shí)空變化規(guī)律。

⑥全球土被演變及土壤退化(土壤侵蝕、沙漠化、肥力退化、鹽漬化、酸化、沼澤化)的時(shí)空變化，形成機(jī)理及預(yù)測(cè)預(yù)控。

⑦人類活動(dòng)對(duì)土壤全球變化及人類環(huán)境變化的影響。

（一）土壤生態(tài)系統(tǒng)Soilecosystems

（相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)）

Producer

Holophyte(自養(yǎng)生物)—Plant

Consumer

Heterotrophicorganism(異養(yǎng))—animal(fauna)

DecomposerHeterotrophicorganism(異養(yǎng))—Microorganisms三、土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)

（二）土壤在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用

保持生物活性、多樣性和生產(chǎn)性；對(duì)水體和溶質(zhì)流動(dòng)起調(diào)節(jié)作用；對(duì)有機(jī)、無(wú)機(jī)污染物具有過(guò)濾、緩沖、降解、固定和解毒作用；具有貯存并循環(huán)生物圈及地表的養(yǎng)分和其它元素的功能。

中國(guó)是個(gè)多山的國(guó)家,各種山地丘陵地面積占全部土地面積的65％,平原區(qū)土地僅占35％。中國(guó)人均耕地面積不到世界人均耕地的l/3。人均林地面積占世界人均林地面積的1/9。人均草地面積不到世界人均草地面積的1/2。

2、質(zhì)量的可變性

3、空間位置的固定性四、土壤是最珍貴的自然資源

1、數(shù)量的有限性和固定性第三節(jié)近代土壤科學(xué)發(fā)展及其主要研究?jī)?nèi)容主要學(xué)派農(nóng)業(yè)化學(xué)學(xué)派mineralnutritiontheory德國(guó)李比希(J.F.Liebig,1803-1873)農(nóng)業(yè)地質(zhì)學(xué)派風(fēng)化-淋溶德國(guó)法魯（F.A.Fallow)，李?；舴?F.V.Richthofen)，拉曼(E.Ramann)土壤發(fā)生學(xué)派風(fēng)化過(guò)程+成土過(guò)程

俄國(guó)道庫(kù)恰耶夫（1846-1902)

3.Historyofsoilsciencedevelopment一、近代土壤科學(xué)的發(fā)展概況

我國(guó)古代、古希臘、羅馬等的認(rèn)識(shí)18世紀(jì)后期逐漸形成獨(dú)立學(xué)科重要觀點(diǎn)Importantviewpoint

發(fā)生、發(fā)育、發(fā)展過(guò)程獨(dú)立自然體、運(yùn)動(dòng)形式多樣土壤具有肥力（fertility）土壤形成因素Soil-formingfactors

母質(zhì)Parentmaterial(rock)

生物Organisms

氣候Climate

地形Topography

時(shí)間Time人類活動(dòng)Humanactive

S=f(P,O,C,To,T,H)土壤物理學(xué)SoilPhysics土壤地理學(xué)SoilGeography土壤生物學(xué)SoilBiology土壤微生物學(xué)土壤動(dòng)物學(xué)土壤分類學(xué)SoilTaxonomy土壤發(fā)生學(xué)土壤資源學(xué)土壤區(qū)劃學(xué)土壤管理學(xué)土壤礦物學(xué)SoilMineralogy土壤環(huán)境學(xué)SoilEnvironment土壤生態(tài)學(xué)

土壤環(huán)境化學(xué)土壤修復(fù)學(xué)土壤化學(xué)SoilChemistry土壤無(wú)機(jī)化學(xué)土壤有機(jī)化學(xué)土壤分析化學(xué)土壤物理化學(xué)土壤生物化學(xué)土壤膠體化學(xué)土壤電化學(xué)土壤表面化學(xué)

1.

學(xué)科體系二、土壤學(xué)科體系、研究?jī)?nèi)容和方法（一）土壤物理學(xué)

主要研究土壤水、氣、熱運(yùn)動(dòng)及其調(diào)控的原理，其研究?jī)?nèi)容包括土壤水分、土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)、土壤力學(xué)性質(zhì)、土壤溶質(zhì)移動(dòng)及土壤

植物

大氣連續(xù)體(SPAC)中的水分運(yùn)行和能量轉(zhuǎn)移等。（二）土壤化學(xué)

研究土壤化學(xué)組成，性質(zhì)及其土壤化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的分支學(xué)科。重點(diǎn)研究土壤膠體的組成、性質(zhì)，及土壤固液界面發(fā)生的系列化學(xué)反應(yīng)。為開(kāi)展土壤培肥、土壤管理、土壤環(huán)境保護(hù)提供理論依據(jù)。（三）土壤生物學(xué)

研究土壤中微生物區(qū)系、多樣性及其功能和活性的土壤學(xué)分支。土壤微生物生態(tài)；土壤微生物與土壤物質(zhì)循環(huán)(陸地N,P,S,C素循環(huán))；土壤酶活性；土壤微生物與土壤固氮作用；根際微生物與菌根；土壤微生物之間的相互作用；7、農(nóng)業(yè)措施對(duì)微生物的影響；8、土壤微生物與土壤的污染防治；9、有益微生物的農(nóng)業(yè)應(yīng)用。（四）土壤化學(xué)

土壤腐殖質(zhì)形成，特性、及其對(duì)土壤肥力的影響；土壤碳、氮、磷、硫的生物轉(zhuǎn)化（有機(jī)碳、氮礦化作用和腐殖化作用）；有機(jī)生物制劑包括有機(jī)農(nóng)藥、殺蟲(chóng)劑、除草劑的生物降解及其對(duì)環(huán)境污染的影響等。

（五）土壤地理學(xué)

土壤發(fā)生和分類

土壤發(fā)生學(xué)是土壤地理學(xué)的核心，重點(diǎn)研究土壤形成與自然成土因子和人為活動(dòng)的復(fù)雜關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)土壤的發(fā)生發(fā)育過(guò)程、土壤診斷學(xué)屬性進(jìn)行土壤分類。土壤分布規(guī)律

土壤是一個(gè)時(shí)間上處于動(dòng)態(tài)、空間上具有垂直和水平方向上分異性的三維連續(xù)體。土壤調(diào)查制圖和土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

應(yīng)用現(xiàn)代新技術(shù)（如3S技術(shù)），建立土壤數(shù)據(jù)庫(kù)和土壤信息系統(tǒng)；研究土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)體系和退化土壤的恢復(fù)重建技術(shù)與措施。重大課題合理開(kāi)發(fā)利用土壤資源改良中低產(chǎn)地防止水土流失，保護(hù)土壤資源理論問(wèn)題土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)及其形成機(jī)理土壤圈的物質(zhì)循環(huán)土壤地理信息系統(tǒng)土壤環(huán)境問(wèn)題耕地減少：中國(guó)耕地14.4億畝(10%)，人均耕地1.34畝水土流失：總流失量1750億噸，每年50億噸(1500萬(wàn)畝耕地)草原沙化：草原面積285萬(wàn)km2，沙化面積17.6萬(wàn)km2土壤污染：化肥農(nóng)藥2億畝，其他污染1億畝

2.

土壤學(xué)的研究?jī)?nèi)容

3.土壤學(xué)與相鄰學(xué)科的關(guān)系

土壤學(xué)與地質(zhì)學(xué)、水文學(xué)、生物學(xué)、氣象學(xué)有著密切的關(guān)系；土壤學(xué)與農(nóng)學(xué)、農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)有著不可分割的關(guān)系；土壤學(xué)與環(huán)境科學(xué)聯(lián)系密切。土壤學(xué)形態(tài)、發(fā)生、分類肥力、保持、灌溉水文學(xué)hydrology地球化學(xué)geochemistry土壤學(xué)Soilscience植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)plantnutrition地質(zhì)學(xué)geognosy土力學(xué)soilmechanics生態(tài)學(xué)ecology沉積學(xué)sedimentology地貌學(xué)geomorphology土壤學(xué)和相關(guān)學(xué)科的關(guān)系穩(wěn)定性

4.土壤學(xué)的任務(wù)合理利用土壤水土流失土壤沙化土壤次生鹽漬化土壤污染農(nóng)藥污染肥料污染“三廢”污染中低產(chǎn)土壤改良自然對(duì)人類的懲罰2002年4月北京沙塵暴

5.土壤學(xué)的研究方法宏觀研究和微觀研究綜合、交叉研究野外調(diào)查與實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)合新技術(shù)的應(yīng)用第四節(jié)土壤科學(xué)與環(huán)境科學(xué)的融合

——

環(huán)境土壤學(xué)環(huán)境土壤學(xué)

Environmentalsoilscience環(huán)境地學(xué)的一個(gè)分支。是環(huán)境學(xué)與土壤學(xué)的邊緣學(xué)科。主要研究土壤環(huán)境與人類活動(dòng)和大氣、地表水、地下水、生物等環(huán)境要素間物質(zhì)、能量、信息的交換過(guò)程，以及這種交換對(duì)人體健康、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響，探索國(guó)土整治、評(píng)價(jià)、區(qū)劃、規(guī)劃、預(yù)測(cè)、調(diào)控和改善土壤環(huán)境質(zhì)量的方法。起因過(guò)度利用和各種廢棄物排放造成了土壤污染和退化等直接危害：廢物排入土壤導(dǎo)致土壤污染、次生潛育化和鹽漬化等間接危害：森林和草原的植被破壞導(dǎo)致沖刷、侵蝕與沙化等危害后果：生態(tài)失調(diào)、氣候惡化、旱洪災(zāi)害頻繁、產(chǎn)量下降、人畜發(fā)病率提高等。

主要發(fā)展階段50-60年代，三廢綜合治理與利用70年代，農(nóng)田污灌監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，土壤污染和背景值調(diào)查80年代，農(nóng)藥使用和酸雨危害的研究90年代，土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，土壤排放溫室氣體的研究環(huán)境土壤學(xué)的特征交叉的界面科學(xué)：理論基礎(chǔ)來(lái)源于近代土壤學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物地球化學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)以及地理醫(yī)學(xué)等研究環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)的生物小循環(huán)與地質(zhì)大循環(huán)結(jié)合交點(diǎn)上兼有生命與非生命科學(xué)的雙重內(nèi)涵

研究方法：承襲于相關(guān)學(xué)科分析測(cè)試技術(shù)要求高宏觀與微觀相結(jié)合發(fā)揮模型與模擬的作用，提高其在宏觀決策中的作用要求高素質(zhì)的綜合性人才和研究群體土壤與水質(zhì)、空氣、作物品質(zhì)、人體與動(dòng)物健康的關(guān)系土壤與水質(zhì)土壤與空氣質(zhì)量土壤與作物品質(zhì)土壤與人體和動(dòng)物健康土壤C庫(kù)和N庫(kù)是地球C庫(kù)和N庫(kù)的重要組成部分，在其循環(huán)中產(chǎn)生CO2,CH4和NOx等溫室氣體，從而影響氣候的變化；而氣候的變化又反過(guò)來(lái)影響有機(jī)質(zhì)的分解速率，從而影響溫室氣體。土壤影響人體與動(dòng)物健康的途徑土壤中化學(xué)品直接中毒土壤作為次生污染源的間接作用作物品質(zhì)對(duì)人體和動(dòng)物的影響第二章

土壤有機(jī)質(zhì)SoilOrganicMatter（SOM）第一節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源、含量及其組成第二節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化第三節(jié)土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì)第四節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的作用和管理第一節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源、含量及其組成

一、土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源Soilorganicmatterisderivedfromanumberofsources(Fig.),ofwhichthemostimportantisplantlitter.Thisconsistsofavarietyofplantdebrisincludingleaves,stems,flowers,twigs,bark,andthelargebranchesandtrunksoftrees.Othersoilorganiccomponentsincludesoilorganicmatter,plantroots,rootexudates,soilorganismstogetherwiththeirfaecalremainsandmetabolites,andorganicsubstanceswashedintothesoilfromvegetation.土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源是各種植物殘?bào)w(redidue:deadplantpart)，其化學(xué)組成和各種成分的含量，因植物種類、器官、年齡等的不同而有很大差異，從而導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)的差異。

Forestsoil（森林土壤)：枯枝落葉(lither)

Steppesoil（草原土壤)：草、根系(grassandrootsystem)

Cultivatedsoil（耕作土壤)：作物殘茬(cropresidue)、

施用的有機(jī)肥

Forestsoil（森林土壤)：酸性有機(jī)質(zhì)(acidorganicmater)

Steppesoil（草原土壤)：中性有機(jī)質(zhì)(neutralorganicmater)一、土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源1.

土壤有機(jī)質(zhì)含量

一般把耕層含有機(jī)質(zhì)20%以上的土壤，稱為有機(jī)質(zhì)土壤，在20%以下的土壤，稱為礦質(zhì)土壤(mineralsoil)。耕作土壤中，表層SOM的含量通常在5%以下。土壤有機(jī)質(zhì)含量與氣候、植被、地形、土壤類型、農(nóng)耕措施密切相關(guān)。目前，我國(guó)土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低?？傮w而言,中國(guó)東部沿海地區(qū)北方土壤有機(jī)質(zhì)含量高于南方土壤，中西部南方高于北方。東西來(lái)看。南方地區(qū)西部高于東部，北方地區(qū)東部高于西部。二、土壤有機(jī)質(zhì)的含量和組成中國(guó)地帶性土壤表層SOM含量RegionsNum.算術(shù)平均值A(chǔ)rithmeticmean(gkg-1)Min.(gkg-1)Median(gkg-1)Max.(gkg-1)幾何平均值Geometricmean*(gkg-1)全國(guó)Wholecountry88632.31.321.8241.022.9bd東北地區(qū)NortheasternChina19932.54.924.5127.825.7cd華東地區(qū)EasternChina8626.35.119.0115.220.0ab華南地區(qū)SouthernChina11329.03.123.1144.323.9bc華北地區(qū)NorthernChina17526.04.019.2182.318.4a西北地區(qū)NorthwesternChina21631.81.316.1241.019.5a西南地區(qū)SouthwesternChina9753.67.439.6184.740.4e不同陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)質(zhì)含量?jī)舫跫?jí)生產(chǎn)力(MgC/hay)植物生物量(MgC/ha)SOM(MgC/ha)2.

土壤有機(jī)質(zhì)的組成

土壤有機(jī)質(zhì)的主要元素組成Intermsofitschemicalcomposition,organicmatterconsistspredominantlyofcarbon,nitrogen,oxygenandhydrogenwhicharearrangedinavarietyofwaystoproduceawiderangeofcompounds,someofwhichhaveparticularlycomplexstructures.

干物質(zhì)C

O

H

N%

52~58

34~39

3.3~4.8

3.7~4.1

C/N大約為10~15左右

Sugar,starches,糖類·淀粉等Cellulose,

Hemi-cellulose(半)纖維素Lignin木質(zhì)素

proteinsandaminoacids

含N化合物

Resin樹(shù)脂·Tannin單寧·Wax蠟質(zhì)·Fat脂肪

Ashelement

灰分元素

土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成carbohydrateThemaingroupsoforganiccompoundsincludecarbohydrates,proteinsandaminoacids,ligninandhumus,thelatterrepresentingtheend-productoforganicmatterdecomposition.Theproportionsofthesecompoundsvaryaccordingtothetypeoforganicmatteranditsstageofdecomposition.

成分纖維素半纖維素木質(zhì)素蛋白質(zhì)脂肪、樹(shù)脂等%

2－10

0－2

30－50

28－35

1－8

土壤腐殖質(zhì)（humus）

除未分解和半分解動(dòng)、植物殘?bào)w及微生物體以外的有機(jī)物質(zhì)的總稱。通常占土壤有機(jī)質(zhì)的90%以上。

非腐殖物質(zhì)(Non-humicsubstances)(20~30%)腐殖物質(zhì)(Humicsubstances)（60~80%）

經(jīng)土壤微生物作用后，由多酚和多醌類物質(zhì)聚合而成的含芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的、新形成的黃色至棕黑色的非晶形高分子有機(jī)化合物。胡敏素(Humin)胡敏酸(Humicacid)富啡酸(Fulvicacid)humushuminFulvicacidHumicacidNonhumusSoilhumus第二節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化一、簡(jiǎn)單有機(jī)化合物的分解和轉(zhuǎn)化

Mineralization（礦質(zhì)化)：指復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)在微生物的作用下，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物的過(guò)程。

土壤有機(jī)質(zhì)因礦質(zhì)化作用每年損失的量占土壤有機(jī)質(zhì)總量的百分?jǐn)?shù)稱有機(jī)質(zhì)的礦化率(mineralizationpercent)。

礦化率一般在1%～3%。土壤中簡(jiǎn)單有機(jī)化合物分解的難易順序單糖、淀粉和簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)粗蛋白質(zhì)半纖維素纖維素脂肪、蠟質(zhì)等木質(zhì)素容易難

好氧條件下的分解

微生物活動(dòng)旺盛，分解作用快，分解最終產(chǎn)物位CO2和H2O，釋放出礦質(zhì)鹽類（NH4+、NO3-、HPO42-、H2PO4-、SO42-等）。嫌氧條件下的分解

好氧微生物活動(dòng)受到限制，分解作用慢又不徹底，土壤中積累有機(jī)酸、乙醇等中間產(chǎn)物；極厭氧條件下會(huì)產(chǎn)生CH4、H2等還原性氣體。

含氮化合物

Protein

Aminoacid

NH4＋NO3-N素同化

蛋白質(zhì)氨基酸

N素生物固定與有效化過(guò)程與有機(jī)物C/N比密切相關(guān)。

C/N＞25時(shí)，產(chǎn)生N素生物固定

C/N＜25時(shí)，產(chǎn)生N素有效化。

簡(jiǎn)單碳水化合物

Carbohydrate

Organicacid

CO2＋H2O

在低溫、嫌氣條件下,有機(jī)酸變?yōu)镃O2和H2O的過(guò)程受到阻礙,產(chǎn)生有機(jī)酸的累積,從而造成植物根系萎縮、腐爛。

脂肪、樹(shù)脂、蠟質(zhì)、單寧等

這類有機(jī)物的礦質(zhì)化過(guò)程與碳水化合物基本相同，不同之點(diǎn)是在嫌氣條件下產(chǎn)生多酚化合物，這是形成腐殖質(zhì)的基本材料。木質(zhì)素

木質(zhì)素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中真菌和放線菌作用下緩慢的轉(zhuǎn)化，最終產(chǎn)物是CO2和H2O，但往往只有50%可形成最終產(chǎn)物，其余僅為降解產(chǎn)物，作為形成腐殖質(zhì)的原始材料。

CO2的釋放速率通常是衡量土壤有機(jī)質(zhì)分解率和微生物活性的重要指標(biāo)，二、植物殘?bào)w的分解和轉(zhuǎn)化

植物殘?bào)w主要包括植物根、莖、葉的死亡組織。其中各類有機(jī)化合物的含量范圍是：

可溶性有機(jī)化合物纖維素半纖維素蛋白質(zhì)木質(zhì)素（糖分、氨基酸等）

5~10%15~60%10~30%2~15%5~30%

植物殘?bào)w碳分為兩個(gè)組分：

易分解組分；難分解組分植物殘?bào)w在土壤中的分解和轉(zhuǎn)化過(guò)程：

第一階段：可溶性有機(jī)化合物以及部分類似有機(jī)物進(jìn)入土壤后的頭幾個(gè)月很快礦化。第二階段：殘留在土壤中的木質(zhì)素、蠟質(zhì)以及第一階段未被礦化的植物殘?bào)w碳相對(duì)緩慢分解。

有機(jī)殘?bào)w進(jìn)入土壤經(jīng)1年降解后，有機(jī)質(zhì)的2/3以CO2的形式釋放而損失，殘留在土壤中的不足1/3。土壤微生物生物量3~8%多糖、多糖醛酸苷、有機(jī)酸等非腐殖物質(zhì)3~8%腐殖物質(zhì)10~30%三、土壤腐殖物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化

第一階段：腐殖質(zhì)經(jīng)過(guò)物理化學(xué)作用和生物降解，使其芳香結(jié)構(gòu)核心與其復(fù)合的簡(jiǎn)單有機(jī)物分離，或是整個(gè)復(fù)合體解體。

第二階段：釋放的簡(jiǎn)單有機(jī)物質(zhì)被分解（礦化）和轉(zhuǎn)化，酚類聚合物被氧化。

第三階段：脂肪酸(fattyacid)被分解，被釋放的芳香族化合物（如酚類）參與新腐殖質(zhì)的形成。

腐殖物質(zhì)在土壤中很穩(wěn)定，抗微生物分解能力很強(qiáng)，主要與其本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其與金屬離子和粘土礦物之間的相互作用、團(tuán)聚體內(nèi)部的夾雜有關(guān)。

它是一類以芳香化合物或其聚合物為核心，符合了其他類型有機(jī)物質(zhì)的有機(jī)復(fù)合體。它與土壤中粘土礦物緊密結(jié)合，以有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合體方式存在。能存在與蒙脫石、蛭石等膨脹型礦物的層間，不與微生物接觸。土壤腐殖質(zhì)的年周轉(zhuǎn)量為1.1%。

四、影響土壤有機(jī)質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化的因素SOM周轉(zhuǎn)：有機(jī)物質(zhì)進(jìn)入土壤后由其一系列轉(zhuǎn)化和礦化過(guò)程所構(gòu)成的物質(zhì)流通。

Humification

腐殖化過(guò)程：

簡(jiǎn)單→復(fù)雜

Mineralization

礦質(zhì)化過(guò)程：

復(fù)雜→簡(jiǎn)單周轉(zhuǎn)時(shí)間：當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)水平處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，土壤中有機(jī)質(zhì)流通量達(dá)到土壤有機(jī)質(zhì)含量所需要的時(shí)間。SOM平衡：進(jìn)入土壤中的有機(jī)質(zhì)等于從土壤中損失的有機(jī)質(zhì)的狀態(tài)。（一）溫度

影響植物生長(zhǎng)和微生物的分解。

0℃以下，SOM分解速率很??；0~35℃范圍內(nèi)，每升高10℃，SOM最大分解速率提高2~3倍；25~35℃下，微生物活動(dòng)最旺盛，利于SOM礦化分解。（二）土壤水分和通氣狀況

好氣：水少氣多,氧氣充足，微生物活動(dòng)旺盛,SOM礦化分解,釋放養(yǎng)分

嫌氣：水多氣少,氧氣不足，微生物活動(dòng)受抑制,氧化分解很慢;SOM腐殖化合成腐殖質(zhì)

微生物活動(dòng)最適濕度田間持水量的60-80%。wettinganddryingcycle

(干濕交替)

一方面增加土壤呼吸作用，破壞土壤結(jié)構(gòu)體，利于SOM的礦質(zhì)化分解；另一方面干燥時(shí)引起微生物死亡，又不利于SOM分解。（三）植物殘?bào)w的特性物理狀態(tài):多汁、幼嫩綠肥易于分解，磨細(xì)粉碎易于分解。有機(jī)物質(zhì)C/N：大，不易分解；小，易于分解

一般耕作土壤表層有機(jī)質(zhì)的C/N比在8:1到10:1之間，平均在10:1到12:1之間。硫、磷等元素缺乏也會(huì)抑制土壤有機(jī)質(zhì)分解

Primingeffect(激發(fā)效應(yīng))

：土壤中加入新鮮有機(jī)物質(zhì)會(huì)促進(jìn)土壤原有有機(jī)質(zhì)的降解。激發(fā)效應(yīng)可以是正、也可以是負(fù)。（四）土壤特性

pH:

中性條件下利于SOM分解

質(zhì)地:

質(zhì)地愈粘重，腐殖化系數(shù)愈高，愈難分解化合成腐殖質(zhì)第三節(jié)土壤腐殖物質(zhì)的形成和性質(zhì)一、土壤腐殖物質(zhì)形成

Humification(腐殖化作用)humus：土壤腐殖質(zhì)是土壤中一類性質(zhì)穩(wěn)定，成分、結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的高分子化合物。humification：進(jìn)入土壤中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化形成腐殖質(zhì)的過(guò)程，是一系列極端復(fù)雜過(guò)程的總稱，主要是由微生物為主導(dǎo)的生物和生物化學(xué)過(guò)程，也有一些純化學(xué)的過(guò)程。

Humificationcoefficient

腐殖化系數(shù)

進(jìn)入土壤的有機(jī)物經(jīng)過(guò)一年的腐殖化過(guò)程后所殘留的碳占原總碳量的比率，或單位重量的有機(jī)碳在土壤中分解一年后殘留的碳量。第1階段：植物殘?bào)w分解產(chǎn)生簡(jiǎn)單的有機(jī)碳水化合物

微生物水解酶（水解合成）有機(jī)殘?bào)w

有機(jī)物第2階段：通過(guò)微生物對(duì)這些有機(jī)化合物的代謝作用

及反復(fù)的循環(huán)，增殖微生物細(xì)胞。第3階段：通過(guò)微生物合成的多酚和醌或來(lái)自植物

的類木質(zhì)素，聚合形成腐殖物質(zhì)

微生物酚氧化酶，pH4.5-6.5（氧化縮合）多元酚醌腐殖質(zhì)分子帶側(cè)鏈（胡敏酸）

H2O,CO2,H2S,NH3(礦化、氧化、分解)芳香物含氮物糖類（合成、代謝）肽O2縮合糖土壤腐殖物質(zhì)形成過(guò)程土壤腐殖質(zhì)的形成途徑還原糖形成途徑多元酚理論SelmanWaksman

木質(zhì)素—蛋白質(zhì)理論

Humification腐植化作用

Humification腐植化作用二、土壤腐殖物質(zhì)-粘土礦物復(fù)合體

soilorganic-mineralcomplex

土壤有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合體

土壤腐殖物質(zhì)按存在狀態(tài)分為：游離態(tài)腐殖物質(zhì)：很少結(jié)合態(tài)腐殖物質(zhì)：主要與粘土礦物和陽(yáng)離子緊密結(jié)合存在，占52%~98%。主要鍵合機(jī)理：

范德華力、氫鍵、靜電吸附、陽(yáng)離子鍵橋等

土壤腐殖質(zhì)-粘土礦物復(fù)合機(jī)理三、土壤腐植酸的分組

四、

土壤腐殖酸的性質(zhì)（一）物理性質(zhì)分子量很大。分子量大小與單體和聚合度有關(guān)；形狀球形結(jié)構(gòu)，疏松多孔，似海棉；顏色分子量愈大，顏色愈深

HA分子量大，褐色；FA分子量小，呈淡黃色溶解性：

FA、HA都溶解于堿，HA不溶于酸，而FA溶解于酸。吸收性：親水膠體，吸水能力強(qiáng)，吸水量可達(dá)其重量的500%。元素組成

C、H、O、N、P、S為主含C量為55～60%，平均58%，100/58＝1.724C:N:P:S＝100:10:1:1～120:10:1:1

（二）

化學(xué)性質(zhì)

HumicFulvicCarbonprovidingtheframe-workfororganicstructures.功能團(tuán)

含有－COOH、－OH及酚羥基等多種功能團(tuán)，功能團(tuán)的解離導(dǎo)致腐殖酸帶電：

如：R－COOHR－COO－＋H＋R－OHR－O－＋H＋（三）分子結(jié)構(gòu)特征

分子結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的有機(jī)高分子化合物。單體中有芳核結(jié)構(gòu)物質(zhì)，芳核上有多種取代基。Fulvicacid

富啡酸分子量500~5000Humicacid

胡敏酸分子量3000~1000000Humin

胡敏素區(qū)分富啡酸和胡敏酸的指標(biāo)功能團(tuán)——富啡酸含更多的羧基和酚羥基，酸度高于胡敏酸；元素含量——富啡酸O含量明顯高于胡敏酸，C含量明顯低于胡敏酸；因此O/C為最好的指標(biāo)——土壤中胡敏酸的O/C約為0.5，富啡酸的O/C約為0.7；E4/E6——波長(zhǎng)465nm處/波長(zhǎng)665nm處的紫外吸收值。胡敏酸E4/E6一般小于5.0，富里酸E4/E6一般在6.0-8.5之間。第四節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的作用與管理一、有機(jī)質(zhì)在土壤肥力上的作用（一）提供植物需要的養(yǎng)分養(yǎng)分較完全

植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分N：80～97%，平均95%；P：20～76%；S：38～94%為有機(jī)態(tài)，由有機(jī)質(zhì)提供。提高養(yǎng)分有效性

SOM礦質(zhì)化過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸，腐殖化過(guò)程中產(chǎn)生的腐殖酸，一方面促進(jìn)土壤礦質(zhì)養(yǎng)分溶解釋放養(yǎng)分；另一方面可以絡(luò)合金屬離子，減少金屬離子對(duì)P的固定，提高P的有效性。（二）改善土壤肥力特性提高土壤保肥性

土壤腐殖質(zhì)是一種有機(jī)膠體，有巨大的表面積和表面能，吸附能力大于礦質(zhì)膠體，從而大大提高土壤保肥性。

膠體對(duì)陽(yáng)離子吸附能力比較（cmol(+)/kg）膠體類型有機(jī)膠體高嶺石蒙脫石吸附力150～450（平均350）3～1580～120提高土壤緩沖性

腐殖質(zhì)含有多種功能團(tuán)，遇OH－時(shí)電離出H＋與之作用生成水對(duì)堿緩沖；遇H＋時(shí)則由于帶負(fù)電荷而吸附H＋對(duì)酸緩沖；腐殖質(zhì)膠體帶負(fù)電荷，可吸附土壤溶液中鹽基離子，對(duì)肥料起緩沖作用。

促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤物理性質(zhì)

粘結(jié)力(bindingforce)：砂＜有機(jī)膠體＜粘粒有機(jī)質(zhì)能改變砂粒的分散無(wú)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，又能改善粘粒的粘重大塊結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤良好結(jié)構(gòu)的形成，從而改善土壤的通透性等物理性質(zhì)。

提高土壤生物活性和酶活性

SOM是土壤微生物活動(dòng)所需氧分和能量的主要來(lái)源；

SOM通過(guò)刺激生物活動(dòng)而增加土壤酶活性，直接影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過(guò)程；腐殖酸是一類生理活性物質(zhì)。二、有機(jī)質(zhì)在生態(tài)環(huán)境上的作用（一）有機(jī)質(zhì)與重金屬離子的作用

絡(luò)合重金屬離子，減輕重金屬污染。

有機(jī)質(zhì)功能團(tuán)對(duì)金屬離子的親和力：

—O—>—NH2>—N=N>N>COO—>—O—>—C=O

烯醇基胺基偶氮化合物環(huán)氮羧基醚基羰基土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬離子的絡(luò)合作用對(duì)土壤和水體中重金屬離子的固定和遷移有重要影響。

金屬—富啡酸復(fù)合體穩(wěn)定常數(shù)：Fe3+

>Al3+

>Cu2+

>Ni2+

>Co2+

>Pb2+

>Ca2+

>Zn2+

>Mn2+

>Mg2+

腐殖物質(zhì)—金屬離子復(fù)合體的穩(wěn)定常數(shù)反映了金屬離子與有機(jī)配位體之間的親和力，對(duì)重金屬環(huán)境行為的了解有重要價(jià)值。穩(wěn)定常數(shù)常受pH值得影響，穩(wěn)定常數(shù)在較高pH時(shí)稍大。主要是因?yàn)轸然裙δ芑谳^高pH條件下有較高的解離度。在低pH時(shí)，由于H+與金屬離子一起競(jìng)爭(zhēng)配位體的吸附位，腐殖酸絡(luò)合的金屬離子較少。

重金屬離子的存在形態(tài)受腐殖酸物質(zhì)的絡(luò)合作用和氧化還原作用的影響腐殖酸對(duì)無(wú)機(jī)礦物有一定的溶解作用實(shí)際上是其對(duì)金屬離子的絡(luò)合、吸附和還原作用的綜合結(jié)果。

胡敏酸作為還原劑可將有毒的Cr6+還原為Cr3+，Cr3+能與胡敏酸上的羧基形成穩(wěn)定的復(fù)合體，從而限制了動(dòng)植物對(duì)它的吸收。腐殖物質(zhì)能將V5+還原為V4+,Hg2+還原為Hg,Fe3+還原為Fe2+,U6+還原為U4+,

（二）有機(jī)質(zhì)對(duì)農(nóng)藥等有機(jī)污染物的固定作用

SOM對(duì)有機(jī)污染物在土壤中的生物活性、殘留、生物降解、遷移和蒸發(fā)等過(guò)程有重要影響。

SOM對(duì)農(nóng)藥的固定與腐殖質(zhì)功能基的數(shù)量、類型和空間排列密切相關(guān)，也與農(nóng)藥本身的性質(zhì)有關(guān)。

極性有機(jī)污染物可以通過(guò)離子交換和質(zhì)子化、氫鍵、范德華力、配位體交換、陽(yáng)離子橋和水橋等不同機(jī)理與SOM結(jié)合；

非極性有機(jī)污染物可以通過(guò)分隔機(jī)理與之結(jié)合?？諝庵蠧O2濃度變化（三）土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)全球碳循環(huán)的影響

（三）土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)全球碳循環(huán)的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是全球C平衡的重要C庫(kù)。

全球土壤有機(jī)質(zhì)總碳量：

14×1017~15×1017g

陸地生物總碳量：

~5.6×1017g

全球每年土壤有機(jī)質(zhì)生物分解釋放到大氣中的總碳量：68×1015g

全球每年因焚燒燃料釋放到大氣中的總碳量：

6×1015g

土壤有機(jī)碳水平的不斷下降，對(duì)全球氣候變化的影響不亞于人類活動(dòng)向大氣排放的影響。土壤有機(jī)質(zhì)在環(huán)境中的遷移路徑

TransportationpathsofSOMinnaturalenvironment

秸稈直接還田三、土壤有機(jī)質(zhì)的管理

我國(guó)土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低。

TheEnd第三章

土壤生物

soilorganisms

土壤生物活性(biologicalactivity)和肥力直接或間接地與土壤生物有關(guān)。土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，在土壤形成(soilformation)和發(fā)育過(guò)程(developmentprocess)中起主導(dǎo)作用(theleadingeffects)。也是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量(soilquality)和健康狀況(healthlevel)的重要指標(biāo)之一。

本章重點(diǎn)闡述土壤微生物的多樣性及其功能。Soilorganismsareresponsibleforthephysicalcombinationandbiochemicaldecomposition,andincorporationoforganicmatter.Theyexhibittremendousdiversityintermsoftheirnumbers,sizeandmorphology,andalsovarydramaticallyintheirfunction,modeofnutritionandenvironmentaltolerance.Contents3.1Soilorganismdiversity

土壤生物多樣性3.2Influencedfactorsofsoilorganismactivity

影響土壤微生物活性的環(huán)境因素3.3Formationanddistributionofsoilmicroflora

土壤微生物區(qū)系的發(fā)生和分布3.4Soilorganismactivityanditsrepresents

土壤生物活性及表征

第一節(jié)

土壤生物多樣性Soilorganismdiversity

按其功能分類Classificationaccordingtotheirfunctions生產(chǎn)者Producers:

plants—fixCfromatmosphericCO2duringphotosynthesis.消費(fèi)者Consumers:

feedonplantsandotherorganisms.分解者Decomposers(reducers):

utilizecarbonfromorganicmaterial,returningittotheatmosphereasCO2andothergaseousbyproductsandmineralizingnutrientstotheiroriginalionicform.寄生者Parasites一、土壤生物類型的多樣性

Diversityofsoilorganismspecies

按其大小和形態(tài)分類Classificationaccordingtosize微生物Micro-organism<0.2mm微(原生)植物Microflora<0.2mm

細(xì)菌、放線菌、絲狀菌、藻類原生動(dòng)物Microfauna<0.2mm微小動(dòng)物中等動(dòng)物Mesofauna0.2-2mm線蟲(chóng)類.螨蟲(chóng)類大型動(dòng)物Macrofauna2-20mm螞蟻科.跳蟲(chóng)類巨型動(dòng)物Megafauna>20mm蚯蚓按其形態(tài)分類后生動(dòng)物（多細(xì)胞）原生動(dòng)物（單細(xì)胞）微生物真核微生物：真菌和藻類原核微生物：細(xì)菌、放線菌和藍(lán)細(xì)菌分子生物（無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如病毒）metazoan

后生動(dòng)物

小的土居性的多細(xì)胞動(dòng)物。種類：線蟲(chóng)、蠕蟲(chóng)、蚯蚓、蛞蝓、蝸牛、千足蟲(chóng)、蜈蚣、輪蟲(chóng)、螞蟻、螨、環(huán)節(jié)動(dòng)物、蜘蛛和昆蟲(chóng)等作用：植物殘?bào)w破碎、混合SoilmesofaunaNematodesinsoils

土壤中的線蟲(chóng)Springtailsinsoils

土壤中的節(jié)肢動(dòng)物

Microfauna(protozoa)

原生動(dòng)物

單細(xì)胞真核生物（簡(jiǎn)稱原蟲(chóng)）。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)量多、分布廣。表土多，底土少。原生動(dòng)物在土壤中的作用：調(diào)節(jié)細(xì)菌數(shù)量增進(jìn)某些土壤的生物活性參與土壤植物殘?bào)w的分解纖毛蟲(chóng)細(xì)菌和小鞭毛蟲(chóng)為食變形蟲(chóng)動(dòng)、植物碎屑為食鞭毛蟲(chóng)取食細(xì)菌

土壤中微生物分布廣、數(shù)量大、種類多，是土壤生物中最活躍的部分。它們參與土壤有機(jī)質(zhì)分解，腐殖質(zhì)合成，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和推動(dòng)土壤的發(fā)育和形成。

土壤微生物在地球生境中數(shù)量最多、生物多樣性最復(fù)雜和生物量最大。Micro-organism

微生物1公斤土壤可含5億個(gè)細(xì)菌,100億個(gè)放線菌和近10億個(gè)真菌，5億個(gè)微小動(dòng)物。土壤微生物主要作用：調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的養(yǎng)分循環(huán)產(chǎn)消溫室氣體(CO2,CH4,NO,N2O,CO等)，影響全球氣候變化分解有機(jī)廢物保存物種、基因引發(fā)人、畜、植物病害土壤中的食物鏈關(guān)系節(jié)桿菌屬（Arthrobacter）芽孢桿菌屬（Bacillus）假單胞菌屬（Pseudomonas）土壤桿菌屬（Agrobacterium）產(chǎn)堿桿菌屬（Alcaligenes）黃桿菌屬（Flavobacterium）

原核微生物(procaryotes)古細(xì)菌(archaea)甲烷產(chǎn)生菌極端嗜酸熱菌極端嗜鹽菌細(xì)菌

(bacteria)二、土壤微生物種群的多樣性Diversityofsoilmicro-organismpopulation

Bacteria

細(xì)菌個(gè)體微小，1微米左右形狀多為棒狀或桿狀Bacteria

細(xì)菌土壤細(xì)菌數(shù)量很大（占土壤微生物總數(shù)的70-90%），但生物量不大。代謝強(qiáng)、繁殖快。土壤中最活躍的因素Bacteria

細(xì)菌土壤中細(xì)菌的作用分解有機(jī)質(zhì)參與碳循環(huán)、氮循環(huán)改善土壤結(jié)構(gòu)凈化土壤病害根瘤菌固氮細(xì)菌苜蓿根毛尖上的根瘤菌Bacteria

細(xì)菌放線菌(actinomyces)以孢子或菌絲片斷存在，細(xì)胞數(shù)104-106/g土。肥土比廋土多，耕地比林地多，春秋季比夏冬季多。最適宜生長(zhǎng)在中性、偏堿性、通氣良好土壤中，轉(zhuǎn)化土壤有機(jī)質(zhì)。Actinomycetes

放線菌藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacterium）

是光合微生物，行光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)，過(guò)去稱為藍(lán)（綠）藻，由于原核特征現(xiàn)改稱為藍(lán)細(xì)菌，與真核藻類區(qū)分開(kāi)來(lái)。粘細(xì)菌(myxomycota)

土壤中數(shù)量不多，施有機(jī)肥土壤中常見(jiàn)，是已知最高級(jí)的原核生物，具備形成自實(shí)體和年報(bào)字的形態(tài)發(fā)生過(guò)程。真菌(fungus

/eumycota)藻類(alga)地衣(lichen)

真核微生物

(Eukaryoticmicroorganisms)森林土壤和酸性土壤中占優(yōu)勢(shì)單細(xì)胞或多細(xì)胞的真核原生生物硅藻、綠藻、黃藻土壤生物的先行者真菌和藻類形成的不可分離的共生體在土壤發(fā)生早期起重要作用Fungus真菌酵母菌蘑菇霉菌菌根Alga藻類非細(xì)胞型生物即分子生物—病毒(virus)一種活細(xì)胞內(nèi)的寄生物，超顯微的非細(xì)胞生物，只是一種核酸?？科渌拗鞔x系統(tǒng)的協(xié)助復(fù)制核酸，合成蛋白質(zhì)等組分，然后再裝配而得以繁殖。離體條件下，以無(wú)生命的化學(xué)大分子狀態(tài)長(zhǎng)期存在并保持其侵染活性。

Nutritionmode

Thesourcesofcarbonandenergy

異養(yǎng)型HeterotrophsC:organicmaterial

數(shù)量多Chemoheterotrophs(化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型/化能異養(yǎng)型)

種類：腐生、寄生energy:chemicaloxidationPhotoheterotrophs(光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型/光能異養(yǎng)型)種類：紅螺菌energy:light自養(yǎng)型AutotrophsC:inorganicsources數(shù)量少Chemoautotrophs(化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型/化能自養(yǎng)型)種類：亞硝酸/硝酸/硫氧化/鐵/氫細(xì)菌energy:chemicaloxidationPhotoautotrophs(光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型/光能自養(yǎng)型)種類：藻類、光合細(xì)菌energy:light三、土壤微生物營(yíng)養(yǎng)類型的多樣性Diversityofnutritionmode

oxygenrequirements？Aerobes(好氧性微生物)

有氧呼吸

requirementforoxygen實(shí)例：細(xì)菌、霉菌、放線菌、藻類、原生動(dòng)物作用:徹底氧化,釋放能量Obligateanaerobes(厭氧性微生物)

無(wú)氧呼吸

requireanabsenceofoxygen實(shí)例:梭菌、產(chǎn)甲烷細(xì)菌、脫硫弧菌作用:部分氧化Facultativeanaerobes(兼厭氧性微生物)

兼性呼吸

normallyrequireoxygenbutmayadapttooxygendeficit實(shí)例:酵母菌、大腸桿菌作用:氧化、還原四、土壤微生物呼吸類型的多樣性Diversityofrespirationtype

第二節(jié)影響土壤微生物活性的環(huán)境因素Influencedfactorsofsoilorganismactivity

一、溫度二、水分及其有效性三、pH四、氧氣和Eh值五、生物因素六、土地管理措施溫度是影響微生物生長(zhǎng)和代謝最重要的環(huán)境因素。微生物生長(zhǎng)需要一定的溫度，溫度超出最低和最高限度時(shí)，即停止生長(zhǎng)或死亡。一、溫度

Temperature

最適生長(zhǎng)溫度高溫型

嗜熱型45-60℃極端嗜熱80-90℃中溫型

25-40℃

低溫型

兼性嗜冷20-30℃專性嗜冷<15℃溫度生長(zhǎng)速度水是微生物細(xì)胞生命活動(dòng)的基本條件之一。水分對(duì)微生物的影響不僅決定它的含量，更重要決定水的有效性。水分的微生物有效性，用水的活度表示。二、水分及其有效性

Wateranditsavailability某些微生物生活環(huán)境的水活度水活度環(huán)境（或材料）微生物（代表種類）1.000.90~1.000.980.950.900.800.750.70純水一般農(nóng)業(yè)土壤海水人為環(huán)境或某些土壤環(huán)境人為環(huán)境或某些土壤環(huán)境人為環(huán)境或少量特殊土壤環(huán)境人為環(huán)境或少量特殊土壤環(huán)境人為環(huán)境或少量特殊土壤環(huán)境柄桿菌、螺菌大多數(shù)微生物假單胞菌、弧菌大多數(shù)G+桿菌G+球菌、毛霉、鐮胞菌拜耳酵母、青霉鹽桿菌、鹽球菌、曲霉嗜干燥真菌三、Acidity/alkalinity

酸堿度（pH）

最適pH范圍大多數(shù)細(xì)菌、藻類和原生動(dòng)物6.5-7.5放線菌

7.5-8.0酵母菌和霉菌

5.0-6.0真菌酸性土壤嗜酸菌acidophiles/嗜堿菌alkalinophiles

極低/高一般土壤pH范圍為4~9，能維持各類微生物生長(zhǎng)發(fā)育。

結(jié)構(gòu)良好、通氣的旱作土壤中有較豐富的好氧性微生物生長(zhǎng)發(fā)育。淹水下層土壤，覆蓋秸稈土壤，或是用新鮮有機(jī)肥土壤，厭氧性微生物占優(yōu)勢(shì)。四、氧氣和Eh值

O2andredoxpotential(Eh)好氧性微生物：需要O2，最適Eh為300-400mV，表層土壤厭氧性微生物：必須缺O(jiān)2，最適Eh為<100mV，底層土壤兼厭氧性微生物：有無(wú)O2均可，適應(yīng)范圍廣。五、生物因素

Biologicalfactors按照來(lái)源分為：土居性(土生土長(zhǎng)的，edaphon)客居性(外來(lái)的)存在互生、共生、拮抗現(xiàn)象。常規(guī)耕作、覆蓋減耕和免耕(zerotillage)等耕作措施對(duì)土壤微生物的影響程度是不同的。六、土壤管理措施

Soilarrangement

土壤耕作Soiltillage殺生劑和其他化學(xué)制劑(chemicals)

第三節(jié)土壤微生物區(qū)系的發(fā)生和分布Formationanddistributionofsoilmicroflora土壤中存在的重要的微生物類群有：細(xì)菌、放線菌、真菌、藻類和原生動(dòng)物。土壤微生物與土壤肥力演變、營(yíng)養(yǎng)元素轉(zhuǎn)化、土傳性病害的發(fā)生均有密切關(guān)系。

一、不同類型土壤中微生物的數(shù)量和分布不同土壤類型、肥力水平，土壤微生物的數(shù)量和分布有很大差異。中國(guó)不同土壤微生物總數(shù)，呈如下變化趨勢(shì)：黑鈣土>棕壤>灰壤>水稻土>磚紅壤土壤有機(jī)質(zhì)含量與微生物數(shù)量關(guān)系密切。在土壤的不同層次中，由于水分、養(yǎng)分、通氣、溫度、pH等因素的差異及不同微生物的特異性，致使微生物在土壤剖面中的分布不均。一般來(lái)說(shuō)，表土層微生物數(shù)量最多，隨層次加深，數(shù)量減少。

二、土壤剖面中微生物的數(shù)量和分布各種團(tuán)聚體是微生物在土壤中生活的微環(huán)境。團(tuán)聚體內(nèi)外的條件不同，微生物的分布也不一樣。三、土壤團(tuán)聚體中微生物的數(shù)量和分布根圈微生物菌根（mycorrhiza)

共生固氮聯(lián)合固氮四、微生物與植物根的聯(lián)合

根圈（rhizosphere)或根際：植物根系及其影響所及的范圍。

根圈微生物效應(yīng)：用根/土比值（R/S)表示，即根圈土壤微生物與近鄰的非根圈土壤微生物數(shù)量之比。根土比一般在50-20之間。存在于樹(shù)木根活性部分的真菌菌絲，是真菌和植物根的共生聯(lián)合體。對(duì)于改善植物營(yíng)養(yǎng)、調(diào)節(jié)代謝和增強(qiáng)植物抗逆性有一定作用。土壤微生物區(qū)系分布特征Distributioncharacteristicsofsoilmicroflora

絕大多數(shù)分布在土壤礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)顆粒表面，無(wú)機(jī)-有機(jī)-生物復(fù)合體（團(tuán)聚體）高等植物根系周圍含有種類多，數(shù)量多，活性強(qiáng)的微生物群，根際微生物在土壤剖面中具有垂直分布特點(diǎn)表層比底層多在地域上具有地帶性分布的特點(diǎn)種類和數(shù)量隨土壤熟化而增加多種共存相互促進(jìn)相互制約一、土壤酶

Soilenzyme

土壤酶種類和功能氧化還原酶類水解酶類轉(zhuǎn)移酶類裂解酶類第四節(jié)土壤生物活性及表征

土壤酶主要來(lái)自微生物、土壤動(dòng)物和植物根。土壤酶主要是吸附在土壤有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)膠體上，并以復(fù)合體狀態(tài)存在。吸附酶的能力：有機(jī)質(zhì)>礦物質(zhì)；

微團(tuán)聚體>大團(tuán)聚體；

細(xì)粒部分>粗粒部分。酶與有機(jī)質(zhì)或粘粒結(jié)合，使其受到保護(hù)，增加穩(wěn)定性，防止被蛋白酶或鈍化劑降解。

酶在土壤中存在狀態(tài)及特性土壤物理性質(zhì)環(huán)境條件對(duì)土壤酶活性的影響質(zhì)地

Texture:質(zhì)地粘重土壤比酶活性輕質(zhì)地土壤的強(qiáng)。結(jié)構(gòu)

Structure:

小團(tuán)聚體的土壤酶活性較大團(tuán)聚體的強(qiáng)。水分

Moisture:

漬水條件降低轉(zhuǎn)化酶活性，但能提高脫氫酶活性。溫度

Temperature:適宜溫度下酶活性隨溫度升高而升高。土壤化學(xué)性質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)含量和組成及有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體組成、特性決定土壤酶的穩(wěn)定性。土壤pH:

磷酸酶活性：堿、中、酸性土壤中均有，最適pH為4.0-6.7和8.0-10。

脲酶活性：中性土壤中最高。

脫氫酶活性：堿性土中最高。化學(xué)物質(zhì)的抑制作用:許多重金屬、廢金屬離子、有機(jī)化合物包括殺蟲(chóng)劑、殺菌劑均對(duì)土壤酶活性有抑制作用。土壤耕作管理

耕翻：通常會(huì)降低上層土壤酶活性。

灌溉:

增加脫氫酶、磷酸酶活性，但降低轉(zhuǎn)化酶活性。

施用無(wú)機(jī)肥料:

影響有增有減。

農(nóng)藥使用：影響不大，影響持續(xù)幾個(gè)月。多糖(polysaccharide)植物激素(phytohormone)植物毒素(phytotoxicant)維生素和氨基酸(vitaminandaminoacid)二、生物活性物質(zhì)Theend174第四章土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)

SoilTextureandSoilStructure

175Contents4.1Three-phasecompositionofsoil

土壤三相組成4.2Soiltexture

土壤質(zhì)地4.3