《土壤生物》PPT課件

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1、第 三 章 土 壤 生 物soil organisms 土 壤 生 物 活 性 (biological activity)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 (soil formation)和 發(fā) 育 過(guò) 程(development process)中 起 主 導(dǎo) 作 用 (the leading effects)。 也 是 評(píng) 價(jià) 土 壤 質(zhì) 量 (soil quality)和 健 康 狀 況(health level)的 重 要 指 標(biāo) 之 一 。 本 章 重 點(diǎn) 闡 述

2、 土 壤 微 生 物 的 多 樣 性 及 其 功 能 。 Soil organisms are responsible for the physical combination and biochemical decomposition, and incorporation of organic matter. They exhibit tremendous diversity in terms of their numbers, size and morphology, and also vary dramatically in their function, mode of nutriti

3、on and environmental tolerance. Contents 3.1 Soil organism diversity 土 壤 生 物 多 樣 性3.2 Influenced factors of soil organism activity 影 響 土 壤 微 生 物 活 性 的 環(huán) 境 因 素3.3 Formation and distribution of soil microflora 土 壤 微 生 物 區(qū) 系 的 發(fā) 生 和 分 布 3.4 Soil organism activity and its represents 土 壤 生 物 活 性 及 表 征 有

4、機(jī) 組 分 6% 無(wú) 機(jī) 組 分 94% 死 亡 有 機(jī) 物 87.88% 植 物 根 8.32% 微 生 物 3.59% 非 節(jié) 肢 動(dòng) 物 0.10% 節(jié) 肢 動(dòng) 物 0.08%脊 椎 動(dòng) 物 0.03% 第 一 節(jié) 土 壤 生 物 多 樣 性 Soil organism diversity 按 其 功 能 分 類 Classification according to their functionsn 生 產(chǎn) 者 Producers: plantsfix C from atmospheric CO2 during photosynthesis.n 消 費(fèi) 者 Consumers: fee

5、d on plants and other organisms.n 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.n 寄 生 者 Parasites一 、 土 壤 生 物 類 型 的 多 樣 性 Diversity of soil organism specie

6、s 按 其 大 小 和 形 態(tài) 分 類 Classification according to sizen 微 生 物 Micro-organism 0.2mmp微 (原 生 )植 物 Microflora 0.2mm 細(xì) 菌 、 放 線 菌 、 絲 狀 菌 、 藻 類p原 生 動(dòng) 物 Microfauna 20mm 蚯 蚓 按 其 形 態(tài) 分 類n 后 生 動(dòng) 物 （ 多 細(xì) 胞 ）n 原 生 動(dòng) 物 （ 單 細(xì) 胞 ）n 微 生 物p真 核 微 生 物 ： 真 菌 和 藻 類p原 核 微 生 物 ： 細(xì) 菌 、 放 線 菌 和 藍(lán) 細(xì) 菌p分 子 生 物 （ 無(wú) 細(xì) 胞 結(jié) 構(gòu) ， 如 病

7、 毒 ） l metazoan 后 生 動(dòng) 物 小的土居性的多細(xì)胞動(dòng)物。p 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p 作 用 ： 植 物 殘 體 破 碎 、 混 合 Soil mesofauna Nematodes in soils土 壤 中 的 線 蟲(chóng) Springtails in soils土 壤 中 的 節(jié) 肢 動(dòng) 物 (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

8、 。 表 土 多 ， 底 土 少 。原 生 動(dòng) 物 在 土 壤 中 的 作 用 ：l調(diào) 節(jié) 細(xì) 菌 數(shù) 量l增 進(jìn) 某 些 土 壤 的 生 物 活 性l參 與 土 壤 植 物 殘 體 的 分 解 p 纖 毛 蟲(chóng)細(xì)菌和小鞭毛蟲(chóng)為食p 變 形 蟲(chóng)動(dòng)、植物碎屑為食p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 、

9、生 物 多 樣 性 最 復(fù) 雜和 生 物 量 最 大 。lMicro-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 ：n調(diào) 節(jié) 植 物 生 長(zhǎng) 的 養(yǎng) 分 循 環(huán) n產(chǎn) 消 溫 室 氣 體 (CO2, CH4, NO, N2O, CO等 )， 影 響 全 球 氣 候 變 化n分 解 有 機(jī) 廢 物 n保 存 物 種 、 基 因n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

10、）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）z 原 核 微 生 物 (procaryotes)l古 細(xì) 菌 (archaea)p甲 烷 產(chǎn) 生 菌p極 端 嗜 酸 熱 菌p極 端 嗜 鹽 菌l細(xì) 菌 (bacteria)二 、 土 壤 微 生 物 種 群 的 多 樣 性 Diversity of soil micro-organism population Bacteria 細(xì) 菌p 個(gè) 體 微 小

11、 ， 1微 米 左 右 p 形 狀 多 為 棒 狀或 桿 狀Bacteria 細(xì) 菌 p 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 。p 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p 分 解 有 機(jī) 質(zhì)p 參 與 碳 循 環(huán) 、 氮 循 環(huán)p 改 善 土 壤 結(jié) 構(gòu)p 凈 化 土 壤p 病 害 p 根 瘤 菌p 固 氮 細(xì) 菌 p 苜 蓿 根 毛 尖 上 的 根 瘤 菌Bacteria 細(xì) 菌 l放 線 菌 (actinomyces)p 以 孢

12、子 或 菌 絲 片 斷 存 在 ， 細(xì) 胞 數(shù) 104-106/g土 。p 肥 土 比廋土 多 ， 耕 地 比 林 地 多 ， 春 秋 季 比 夏 冬 季多 。p 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 l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) 。l粘 細(xì) 菌 (myxomycota)

13、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 ( /eumycota)藻 類 (alga)地 衣 (lichen)z 真 核 微 生 物 (Eukaryotic microorganisms)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p 酵 母 菌 p 蘑 菇p 霉 菌 p 菌 根 Alga 藻

14、類 z 非 細(xì) 胞 型 生 物 即 分 子 生 物 病 毒 (virus)l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 。l靠 其 宿 主 代 謝 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 。l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 。 Nutrition mode The sources of carbon and energy p 異 養(yǎng) 型 Heterotrophs C : or

15、ganic material 數(shù) 量 多n Chemoheterotrophs (化 能 有 機(jī) 營(yíng) 養(yǎng) 型 / 化 能 異 養(yǎng) 型 ) p 種 類 ： 腐 生 、 寄 生 energy : chemical oxidationn Photoheterotrophs (光 能 有 機(jī) 營(yíng) 養(yǎng) 型 / 光 能 異 養(yǎng) 型 )p 種 類 ： 紅 螺 菌 energy : lightp 自 養(yǎng) 型 Autotrophs C: inorganic sources 數(shù) 量 少n Chemoautotrophs (化 能 無(wú) 機(jī) 營(yíng) 養(yǎng) 型 / 化 能 自 養(yǎng) 型 ) p 種 類 ： 亞 硝 酸 /硝 酸

16、 /硫 氧 化 /鐵 /氫 細(xì) 菌 energy : chemical oxidationn Photoautotrophs (光 能 無(wú) 機(jī) 營(yíng) 養(yǎng) 型 / 光 能 自 養(yǎng) 型 )p 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 Diversity of nutrition mode oxygen requirements？p Aerobes (好 氧 性 微 生 物 ) 有 氧 呼 吸 requirement for oxygenn 實(shí) 例 ： 細(xì) 菌 、 霉 菌 、 放 線 菌 、 藻 類 、 原 生 動(dòng)

17、 物n 作 用 : 徹 底 氧 化 , 釋 放 能 量p Obligate anaerobes (厭 氧 性 微 生 物 ) 無(wú) 氧 呼 吸 require an absence of oxygenn 實(shí) 例 : 梭 菌 、 產(chǎn) 甲 烷 細(xì) 菌 、 脫 硫 弧 菌n 作 用 : 部 分 氧 化 p Facultative anaerobes (兼 厭 氧 性 微 生 物 ) 兼 性 呼 吸 normally require oxygen but may adapt to oxygen deficit n 實(shí) 例 : 酵 母 菌 、 大 腸 桿 菌n 作 用 : 氧 化 、 還 原 四 、 土

18、壤 微 生 物 呼 吸 類 型 的 多 樣 性 Diversity of respiration type 第 二 節(jié) 影 響 土 壤 微 生 物 活 性 的 環(huán) 境 因 素 Influenced factors of soil organism activity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

19、止 生 長(zhǎng) 或 死 亡 。一 、 溫 度 Temperature 最 適 生 長(zhǎng) 溫 度n 高 溫 型 p 嗜 熱 型 45-60p 極 端 嗜 熱 80-90 n 中 溫 型 25-40 n 低 溫 型 p 兼 性 嗜 冷 20-30p 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 Water and its av

20、ailability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 ）1.000.901.000.980.950.900.800.75 0.70 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

21、燥真菌 三 、 Acidity/alkalinity 酸 堿 度 （ pH） 最 適 pH范 圍n 大 多 數(shù) 細(xì) 菌 、 藻 類 和 原 生 動(dòng) 物 6.5-7.5n 放 線 菌 7.5-8.0n 酵 母 菌 和 霉 菌 5.0-6.0n 真 菌 酸 性 土 壤n 嗜 酸 菌 acidophiles/嗜 堿 菌 alkalinophiles 極 低 /高一 般 土 壤 pH范 圍 為 49， 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

22、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 O2 and redox potential (Eh)n 好 氧 性 微 生 物 ： 需 要 O2， 最 適 Eh為 300-400mV， 表 層 土 壤n 厭 氧 性 微 生 物 ： 必 須 缺 O2， 最 適 Eh為 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

23、 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

24、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 。 l 土 壤 微 生 物 區(qū)

25、 系 分 布 特 征 Distribution characteristics of soil microflora n 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 ）n 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n 在 土 壤 剖 面 中 具 有 垂 直 分 布 特 點(diǎn) 表 層 比 底 層 多n 在 地 域 上 具 有 地 帶 性 分 布 的 特 點(diǎn)n 種 類 和 數(shù) 量 隨 土 壤 熟 化 而 增 加 n 多 種 共

26、 存 相 互 促 進(jìn) 相 互 制 約 一 、 土 壤 酶 Soil enzymel 土 壤 酶 種 類 和 功 能F氧 化 還 原 酶 類F水 解 酶 類F轉(zhuǎn) 移 酶 類F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)

27、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 。l 酶 在 土 壤 中 存 在 狀 態(tài) 及 特 性 土 壤 物 理 性 質(zhì)l 環(huán) 境 條 件 對(duì) 土 壤 酶 活 性 的 影 響l質(zhì) 地 Texture: 質(zhì)地粘重土壤比酶活性輕質(zhì)地土壤的強(qiáng)。l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)。l水 分 Moisture: 漬水條件降低轉(zhuǎn)化酶活性，但能提高脫氫酶活性。l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)l 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

28、壤酶的穩(wěn)定性。l 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。l 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l 耕 翻 ：通常會(huì)降低上層土壤酶活性。l 灌 溉 : 增加脫氫酶、磷酸酶活性，但降低轉(zhuǎn)化酶活性。l 施 用 無(wú) 機(jī) 肥 料 : 影響有增有減。l 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 (vitamin and amino acid)二 、 生 物 活 性 物 質(zhì) The end