土壤肥料学-第一章3-土壤生物胶体溶液

第一章 土壤的物质组成,第三节 土壤生物和土壤酶,一、土壤生物,按其功能可分为生产者和分解者。 1、生产者占的比例很小。 藻类是土壤中唯一能进行光合作用的生物，土壤 生态系统中的有机物主要来自于地上部分的植物 残体。 2、分解者无论在数量和功能上都是十分重要的。,第一节 土壤生物种类及其多样性,（一）、土壤生物的多样性,一、土壤生物,分解者可分为 第一消费者以植物残体为食，最先对植物残体分解的动物和微生物； 第二消费者包括食肉动物和消耗低等植物的食微植物者； 第三消费者以第二消费者为食物的食肉动物。 土壤生物广义上应包括土壤微生物、土壤动物和高等植物的根系。,一、土壤生物,土 壤 食 物 链,一、土壤生物,按大小和形态分类 微生物 Micro-organism: 20 mm 蚯蚓,一、土壤生物,按形态分类 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、蓝细菌 分子生物（无细胞结构，如病毒）,土壤中常见的生物的数量,第一节 土壤生物种类及其多样性,Micro-organism 微生物 分布广 数量大 种类多 最活跃,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。,一、土壤生物,土壤微生物：,土壤是微生物生活的大本营,单体数量最多 生物多样性最复杂 生物量最大,第一节 土壤生物种类及其多样性,一、土壤生物,Bacteria 细菌,个体微小，1微米左右,单细胞原核生物,一、土壤生物,形状多为棒状或杆状,Bacteria 细菌,以杆菌为主，其次是球菌,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，与土壤接触表面积大。,土壤中最活跃的因素,Bacteria 细菌,10g肥沃土壤的细菌总数相当于全球人口的总数,根瘤菌,固氮细菌,苜蓿根毛尖上的根瘤菌,Bacteria 细菌,第一节 土壤生物种类及其多样性,土壤中重要的各种细菌生理群： 纤维分解细菌 固氮细菌 硝化细菌 亚硝化细菌 硫化细菌 氨化细菌 在土壤碳、氮、磷、硫循环中担当重要 的角色。,Bacteria 细菌,第一节 土壤生物种类及其多样性,细 菌 菌 落,第一节 土壤生物种类及其多样性,根瘤,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,土壤微生物 放线菌(actinomyces),土壤放线菌占土壤微生物总数的5%30% 典型的好氧性微生物 大部分为链霉菌属，其次是诺卡氏菌属和小单胞菌属,链霉菌,诺卡氏菌,小单胞菌,一、土壤生物,放线菌(actinomyces)特点,以孢子或菌丝片断存在，细胞数104-106/g土。 肥土比瘦土多，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,真菌(fungus /eumycota),藻类(alga),地衣(lichen),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,第三节 土壤生物与土壤酶,土壤微生物 真菌,有170个属，690多个种，分三个类群 A、酵母菌 土壤中很少 B、霉菌 土壤中最多 C、伞菌,青霉属（Penicillium） 曲霉属（Aspergillus） 镰刀菌属（Fusarium） 木霉属（Trichoderma） 毛霉属（Mucor） 根霉属(Rhizopus),酵母菌,青霉,第一节 土壤生物种类及其多样性,真 菌 菌 落,Fungus 真菌,第一节 土壤生物种类及其多样性,真菌孢子,Fungus 真菌,Fungus 真菌,酵母菌,蘑菇,霉菌,菌根,第一节 土壤生物种类及其多样性,对土壤通气性非常敏感， 霉菌在酸性土壤中能生活，在酸性土壤中具有明显的 优势。 霉菌多数分布在有机质丰富，通气好的表层土壤中， 较常见的有青霉、毛霉、链霉、和曲霉四个属的许种。 霉菌的数量在正常情况下，每克土壤中有0.1-1百万 个，相当于每平方米100-1000亿个，其生物量可达每 英亩500- 5000磅。 霉菌是土壤中异养型微生物的重要部分。,霉菌,第一节 土壤生物种类及其多样性,真菌在土壤中的作用,是土壤有机质的主要降解者。 某些真菌和植物的根系产生菌根。 促进土壤结构的形成，菌丝的穿插 对于促进土壤的凝聚有重要的作用。,第三节 土壤生物与土壤酶,土壤微生物 藻类 （ Alga ）,硅藻,绿藻,黄藻,藻类为单细胞或多细胞的真核原生生物。 土壤藻类主要由硅藻、绿藻和黄藻组成。 肥沃土壤，藻类生长旺盛，土表常出现黄褐色或黄绿色的薄藻层，硅藻多则是土壤营养丰富的证明。,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。,病原微生物对植物的危害：,草原局部溃疡,根部瘿瘤,原生生物 Microfauna 单细胞真核生物（简称原虫）。最低级的动物，结构简单，数量多（68000种），分布广，表土多而底土少。 原生动物的典型种类： 变形虫 纤毛虫 鞭毛虫 孢子虫,一、土壤生物,原生生物 Microfauna,原生生物在土壤中的作用： 通过选择性的取食某些微生物（如细菌），改变微生物的群落结构，调节细菌的数量。 增进某些微生物的活性（如固氮菌等） 参与土壤植物残体的分解，如鞭毛虫与白蚁共生，加速对木质素的分解。 某些原生动物也侵害植物，造成植物病害，有的可引起严重的人畜传染病。,一、土壤生物,一、土壤生物,后生生物 Metazoan 小的 土居性的 多细胞动物 种类：线虫、蠕虫、蚯蚓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、 蚂蚁、螨、蜘蛛、环节动物和昆虫等。 作用：植物残体破碎、混合,土壤中的线虫 Nematodes in soils,线虫 体形呈纺锤形，后部较尖，微型，透明的丝状动物。土壤中存在1000多种。 数目可达每平米100万个，只有棉线的1/5粗，主要生活在土粒周围的水膜中和植物的根里。 食性可分为三类 以腐败的有机质为食的 以其他线虫、细菌、原生动物为食的 寄生在高等植物根系的,土壤中的线虫 Nematodes in soils,所有线虫都需要取食活的有机物质。 取食方式： 刺吸式，吸食真菌、细菌，吸食的原生质。 把细菌整个吞下。 线虫对植物的侵害非常广泛。包括番茄、豌豆、胡萝卜、苜蓿、草皮。如发育为结节、畸形根等,蚯蚓 Earthworm,耕地中每平米30300条，肥沃的草地土壤每平米多达500条。蚯蚓喜欢潮湿、肥沃、钙质丰富的土壤。,蚯蚓对土壤肥力的影响： 增加土壤通气性 改善土壤结构 活化土壤养分,第三节 土壤生物与土壤酶,4、土壤植物,包括植物根系、地下块茎,第三节 土壤生物与土壤酶,5、土壤生物的作用,1）促进养分循环 分解动植物残体，释放碳、氮、磷等营养元素 2）形成良好的结构 微生物分泌物和有机残体分解的中间产物促进土壤腐殖质的合成和土壤团聚体形成 3）影响无机物的转化 磷、硫、铁等元素的生物转化 4）生物固氮 5）净化污染物 通过自身的各种代谢活动对污染物进行代谢、降解和转化 6）有害作用,第三节 土壤生物与土壤酶,6、土壤管理对土壤生物的影响,1）耕作制度与方法 2）施肥 3）化学物质：农药、杀虫剂 4）其它措施：调节pH,第一节 土壤生物种类及其多样性,1）土壤耕作与方法 个案：Doran(1980)在美国内布拉斯加州研究了免耕土壤和常规耕土壤中两种土壤层中的微生物数量的比值发现免耕土壤的好氧菌和硝化细菌数量明显减少。,6、土壤管理对土壤生物的影响,第一节 土壤生物种类及其多样性,2）施肥,施有机肥能增加土壤微生物和土壤动物的数量。 提供营养、抑制病害 施用化学肥料则可能导致某些土壤生物的密度下降。,6、土壤管理对土壤生物的影响,第一节 土壤生物种类及其多样性,3）杀生剂和其他化学制剂 杀菌剂、熏蒸剂及其杀伤力强的化学剂可造成土壤微生物区系的破坏，应禁用或慎用。,6、土壤管理对土壤生物的影响,第一节 土壤生物种类及其多样性,4）pH,大多数细菌、藻类和原生动物的最适宜的pH值为6.57.5，在pH4.010.0也可以生长。 放线菌一般在微碱性即pH7.58.0最宜。 酵母菌和霉菌则适宜于pH5.06.0的酸性环境,而生存范围可在pH5.09.0之间。,6、土壤管理对土壤生物的影响,第三节 土壤生物与土壤酶,二、土壤酶,酶是一类具有专性催化作用的蛋白质。土壤中的一切生物化学反应实际上都是在酶活性的参与下进行的。检测土壤酶活性比检测微生物数量更能直接表达土壤的生物活性。,第三节 土壤生物与土壤酶,1、土壤酶的来源,土壤酶主要来自土壤微生物、植物根和土壤动物的分泌物,2、土壤酶的种类,Oxidoreductases (氧化还原酶类） Transferases（转移酶类） Hydrolases（水解酶类） Lyases （裂解酶类）,第三节 土壤生物与土壤酶,3、土壤酶存在状态和存在部位,存在部位：胞外酶：结合在细胞壁外表面的酶。 胞内酶：存在于生物体内的酶,存在状态：自由态：游离在土壤溶液中，较少。活 性大，但易失活。 吸附态：吸附在土壤有机质和无机胶体 上。活性较大，不易失活。 结合态：与土壤腐殖质的基团结合。活 性小，稳定。,第三节 土壤生物与土壤酶,4、土壤酶的作用,1）促进土壤腐殖质的形成； 2）促进C、N、P、S等有机元素的生物地球化学循环； 3）促进土壤的生物化学平衡作用；,第三节 土壤生物与土壤酶,5、影响酶活性的因素,土壤物理性质 土壤质地、土壤结构、土壤水分、土壤温度 土壤化学性质 土壤有机质含量和组成、pH、,耕翻通常会降低上层土壤的酶活性 灌溉增加脱氢酶、磷酸酶的活性，但降低转化酶活性 无机肥对酶活的影响因土壤和酶不同而异 正常剂量的农药对土壤酶活性影响不大,第三节 土壤生物与土壤酶,5、影响酶活性的因素, 农业管理措施对土壤酶活性的影响,第四节 土壤生物活性及微生态平衡,一、名词解释 土壤微生物 土壤酶,二、思考题 1、 土壤中主要有哪些生物？请举例说明。 2、 土壤酶的作用是什么？ 3、 影响土壤酶活性的因素有哪些？,本节思考题,第四节 土壤胶体,一、土壤胶体概念,第四节 土壤胶体,胶体：颗粒直径为1-100nm的分散质分散到分散剂中，构成的多相系统,土壤胶体：土壤中颗粒直径在1-100nm之间土壤胶体颗粒（分散质）分散 在土壤溶液（分散剂）中的分散体系,土壤胶体是土壤中最细小、最活跃的物 质，对土壤保肥性、保水性、酸碱性、缓冲 性、土粒的分散与凝聚、土体的膨胀与收缩、 松紧度与可耕性等影响很大,第四节 土壤胶体,二、土壤胶体组成,无机胶体（矿质胶体） 次生铝硅酸盐粘土矿物 晶质、非晶质Fe、Al、Mn、Si 含水氧化物 有机胶体 腐殖质、各种高分子有机化合物 有机无机复合体 （占50-90%） 根据牢固程度分为：水散微团聚体；钠分散微团聚体；钠质机械分散团聚体,第四节 土壤胶体,三、土壤胶体的大小及表面积,第四节 土壤胶体,四、土壤胶体的微粒结构,1）微粒核 2）双电层结构 决定电位离子层 补偿离子层（外层） 非活性补偿离子层 扩散层,第四节 土壤胶体,五、土壤胶体电荷,1、永久电荷 (Permanent Charge) 来源：同晶替代 (isomorphous substitution),第四节 土壤胶体,同晶替代(同晶置换)*：粘土矿物形成过程中，晶架内 的组成离子常被另一种电性相同且大小相近的离子所 替代的现象,第四节 土壤胶体,五、土壤胶体电荷,1、永久电荷 (Permanen