第三章第四节土壤的生态效应[章节优讲]

1、第四节第四节 土壤的生态效应土壤的生态效应 Soil factor1优质教学PEDOSPHEREATMOSPHERELITHOSPHEREHYDROSPHEREBIOSPHERE大气圈大气圈水圈水圈生物圈生物圈岩石圈岩石圈土壤圈土壤圈2优质教学3优质教学土壤水平地带性分布规律(中国)纬度地带性纬度地带性 南南 北北)气候气候植被植被土壤土壤热带湿润热带湿润雨林雨林,季雨林季雨林砖红壤砖红壤南亚热带湿润南亚热带湿润 常绿阔叶林常绿阔叶林赤红壤赤红壤中亚热带湿润中亚热带湿润 常绿阔叶林常绿阔叶林红壤红壤,黄壤黄壤北亚热带湿润北亚热带湿润落叶阔叶落叶阔叶-常绿阔叶林常绿阔叶林黄棕壤黄棕壤暖温带湿润暖

2、温带湿润(半湿润半湿润)落叶阔叶林落叶阔叶林棕壤棕壤(褐土褐土)温带湿润温带湿润(半湿润半湿润)落叶阔叶落叶阔叶-针叶混交林针叶混交林暗棕壤暗棕壤(灰色森林土灰色森林土)寒温带湿润寒温带湿润针叶林针叶林灰化土灰化土干草原干草原栗钙土栗钙土(黑垆土黑垆土)经度地带性经度地带性 东东 西西)气候气候植被植被土壤土壤湿润湿润针针阔叶混交林阔叶混交林暗棕壤暗棕壤(棕壤棕壤)半湿润半湿润草甸草原草甸草原黑土黑土半湿润半干旱半湿润半干旱草原草原黑钙土黑钙土(褐土褐土)半干旱半干旱干旱干旱荒漠草原荒漠草原棕钙土棕钙土(灰钙土灰钙土)极干旱极干旱草原化荒漠草原化荒漠灰漠土灰漠土(棕漠土棕漠土)极干旱极干旱荒漠

3、荒漠灰棕漠土灰棕漠土4优质教学砖红壤砖红壤赤红壤赤红壤红壤、黄壤红壤、黄壤黄棕壤黄棕壤棕壤棕壤褐土褐土暗棕壤暗棕壤灰化土灰化土灰色森林土灰色森林土黑土黑土黑钙土黑钙土栗钙土栗钙土黑垆土黑垆土棕钙土棕钙土灰钙土灰钙土灰漠土灰漠土灰棕漠土灰棕漠土棕漠土棕漠土紫色土紫色土高山土壤高山土壤5优质教学土壤组成分土壤组成分Consists of soil土壤土壤固体土粒固体土粒粒间孔隙粒间孔隙各种生物各种生物矿物质矿物质有机质有机质气体气体水分水分占占95%(95%(重量重量) )以上以上, ,容积容积: :约约38%-38%-“骨架骨架( (骨骼骨骼) )”约占约占5%(5%(重量重量) )以下以下,

4、,多多1-2%;1-2%;容积容积: :约约12%-12%-“精华精华( (肌肉肌肉) )”O O2 2,CO,CO2 2,H,H2 2O O等等, ,占容积占容积: :约约15-15-35%35%溶解有各种成分溶解有各种成分土壤溶液土壤溶液, ,占容积占容积: :约约15-35%-15-35%-“血液血液”动物动物植物植物微生物微生物分解残体分解残体(有机质有机质),促进矿物风促进矿物风化化,提供养分提供养分“炊事员炊事员”6优质教学7优质教学表层土壤的形成表层土壤的形成 Topsoil formation 8优质教学腐殖质的重要性腐殖质的重要性 The importance of humu

5、s to topsoil 9优质教学森林土壤有很厚的枯枝落叶层森林土壤有很厚的枯枝落叶层10优质教学土壤土壤soil岩石圈表面能够生长植物的疏松表层。岩石圈表面能够生长植物的疏松表层。一、土壤物理性质及其生态作用一、土壤物理性质及其生态作用（一）母岩和土壤厚度母岩和土壤厚度Parent material and soil depthn土壤厚度土壤厚度：对木本植物影响一般大于草本植物对木本植物影响一般大于草本植物。n影响土壤厚度的因素有土壤下面的石砾影响土壤厚度的因素有土壤下面的石砾，坚实的粘土坚实的粘土、永冻层永冻层、地下水地下水、盐积层盐积层、砂积层等。砂积层等。n土壤厚度影响植物分布土壤厚

6、度影响植物分布 ：我国华北：土层浅薄的阳坡只能生长油松，土层稍厚才有辽东栎。深厚土壤我国华北：土层浅薄的阳坡只能生长油松，土层稍厚才有辽东栎。深厚土壤才有椴才有椴、白蜡白蜡、槭等。平原区生长：椿槭等。平原区生长：椿、榆榆、楸楸 、槐等都要求土层深厚。、槐等都要求土层深厚。n土壤厚度在土石质山区尤为重要土壤厚度在土石质山区尤为重要11优质教学（二）土壤质地（二）土壤质地texture与结构与结构 structure土壤质地土壤质地： 砂土砂土sand：粗砂粗砂coarse sand、细砂细砂fine sand、粉砂粉砂silt sand、砂粉砂粉sandy silt、粉土粉土silt 壤土壤土l

7、oam：粉壤土、粘壤土、砂粘壤土：粉壤土、粘壤土、砂粘壤土 粘土粘土clay ：粉粘土、壤粘土、粘土粉粘土、壤粘土、粘土土壤颗粒：土壤颗粒： 粘粒：粘结性粘粒：粘结性stickiness、团聚力强团聚力强reunited、含水量大、对养分吸附力大，但通气性差含水量大、对养分吸附力大，但通气性差bad ventilation。 砂粒：无粘着性、通气好砂粒：无粘着性、通气好good ventilation 、保水弱、对养分吸附力差。、保水弱、对养分吸附力差。华北地区：土粘重地方多以橡树华北地区：土粘重地方多以橡树oak为主为主; 砂粒含量较多的土壤则多生长油松。甘薯砂粒含量较多的土壤则多生长油松。

8、甘薯sweet potato 喜砂土、砂壤土。喜砂土、砂壤土。花生花生peanut喜砂质疏松土壤。小麦喜砂质疏松土壤。小麦wheat则适应粘重土壤。则适应粘重土壤。另外：红松在砂质和砂壤地上根系生长良好；但在粘重土壤上主要分布在另外：红松在砂质和砂壤地上根系生长良好；但在粘重土壤上主要分布在A层，云杉层，云杉Spruce在粘重水湿之处根系分在粘重水湿之处根系分布较浅，但在砂土上和砂质土上根系发育良好。布较浅，但在砂土上和砂质土上根系发育良好。12优质教学楔型楔型棱柱状棱柱状团聚体团聚体层状层状块状块状棱柱状棱柱状圆柱状圆柱状土壤结构土壤结构soil structure：指土壤颗粒排列的形式指土

9、壤颗粒排列的形式微团粒结构微团粒结构micro-granulated texture（0.25mm）、）、团粒结构团粒结构granulated texture （0.5-10mm）、）、块状结构块状结构block shaped、核状结构核状结构lump shaped、柱状结构柱状结构pillar shaped、线状结构线状结构slice shaped其中以团粒结构最好：水稳定性强其中以团粒结构最好：水稳定性强stand to water，能协调土壤中水分、空气、养料之能协调土壤中水分、空气、养料之间的关系。间的关系。无结构或结构不良土壤，土体紧密，无结构或结构不良土壤，土体紧密， 气透水性差，

10、微生物活动受阻，土壤肥力差，不气透水性差，微生物活动受阻，土壤肥力差，不利于植物生长。利于植物生长。13优质教学14优质教学15优质教学含水量水吸力砂土壤土粘土I0IiIDIt干土湿土入渗速率入渗速率16优质教学（三）土壤水分和空气（见水分，天气因子）（三）土壤水分和空气（见水分，天气因子）土壤水类型土壤水类型types of soil water ：重力水重力水gravitational water 饱和持水量饱和持水量saturation moisture（只有部分重力水可被植物利用）只有部分重力水可被植物利用）毛管水毛管水capillary water 最大田间持水量最大田间持水量max

11、imum field moisture 膜状水膜状水film water吸湿水吸湿水absorption moisture萎蔫系数萎蔫系数wither moisture中子仪法：中子仪法： 中子是一种不带电的粒子，其穿透能力很强，快中子与周围介质中的原子核接触而被慢化为热中子，中子是一种不带电的粒子，其穿透能力很强，快中子与周围介质中的原子核接触而被慢化为热中子，土壤中各种元素对快中子的慢化能力差异很大，水的慢化能力远大于土壤中的其它元素，测定土壤中热中子土壤中各种元素对快中子的慢化能力差异很大，水的慢化能力远大于土壤中的其它元素，测定土壤中热中子的计数率是土壤水分含量的函数，并有良好的线性关

12、系，土壤湿度越大，快中子的慢化能力越强。的计数率是土壤水分含量的函数，并有良好的线性关系，土壤湿度越大，快中子的慢化能力越强。17优质教学TDR法法（Time-Domain-Reflectometry，时域反射仪，时域反射仪，Domain 领域）领域） TDR法是法是20世纪世纪80年代初发展起来的一种测定方法它首先发现可用于土壤容积含水量的测定，年代初发展起来的一种测定方法它首先发现可用于土壤容积含水量的测定，继而又发现其可用于土壤含盐量的测定。继而又发现其可用于土壤含盐量的测定。18优质教学二、土壤化学性质及其生态作用二、土壤化学性质及其生态作用Chemical characteristi

13、cs of soil and its ecological effects。（一）土壤反应（土壤酸度）（一）土壤反应（土壤酸度）soil reaction 我国土壤通常分为五级：我国土壤通常分为五级：强酸性强酸性strong acid （PH5.0）酸性（酸性（5.0-6.5）中性（中性（6.5-7.5）碱性碱性alkaline（7.5-8.5）强碱性（强碱性（PH8.5） 土壤酸性土壤酸性影响矿质养分的溶解度影响矿质养分的溶解度solubility，从而影响其有效性从而影响其有效性availability。 通过影响土壤微生物活性，进而影响有机质的分解过程，从而影响养分有效性。通过影响土壤微

14、生物活性，进而影响有机质的分解过程，从而影响养分有效性。 直接影响植物的生长活动。直接影响植物的生长活动。（二）土壤养分元素（二）土壤养分元素nutrients of soil （不讲）不讲）19优质教学(R. Landeweert et. al., 2001)有机酸有机酸20优质教学三、土壤生物及其生态作用三、土壤生物及其生态作用 microorganisms of soil and its ecological effects1土壤微生物是生态系统中的分解者土壤微生物是生态系统中的分解者decomposer或还原者或还原者restorer。 如：有机蛋白质在蛋白水解酶作用下分解为氨基酸如：

15、有机蛋白质在蛋白水解酶作用下分解为氨基酸amino acid。 氨基酸在氨化细菌作用下分解为氨基酸在氨化细菌作用下分解为NH3或铵化合物，或铵化合物，NH3或铵盐在通气条件下，被亚硝化或铵盐在通气条件下，被亚硝化细细 菌和硝化细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐类菌和硝化细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐类硝化作用。硝化作用。硝酸盐类在通气不良时，在反硝化细菌作用下还原为硝酸盐类在通气不良时，在反硝化细菌作用下还原为N2或或NO2。反硝化作用（引起反硝化作用（引起N损损失）失）2固氮菌固氮菌N-immobilization bacteria，据统计，微生物所吸收的空气中的据统计，微生物所吸收的空气中的N, 每年

16、可达每年可达100-200kg/hm2a细菌固细菌固N主要靠有根瘤菌的植物，如豆科植物，赤杨属、木麻黄、胡颓子、沙棘、杨梅、苏主要靠有根瘤菌的植物，如豆科植物，赤杨属、木麻黄、胡颓子、沙棘、杨梅、苏铁、银杏。铁、银杏。另外另外 游离固游离固N菌梭状芽孢杆菌也可固定菌梭状芽孢杆菌也可固定N。有些藻类（含珠藻、眉藻等）也有这种作用。有些藻类（含珠藻、眉藻等）也有这种作用。3. 菌根菌根fungus roots：真菌与根系形成共生关系，扩大根系吸收面积。菌根的培育和菌根菌真菌与根系形成共生关系，扩大根系吸收面积。菌根的培育和菌根菌的接种在育苗、造林上有重要意义。菌根菌不耐碱，要求的接种在育苗、造林上

17、有重要意义。菌根菌不耐碱，要求PH 56左右。左右。 21优质教学根根 瘤瘤 Root nodules 22优质教学 外生菌根外生菌根丛枝菌根丛枝菌根兰科菌根兰科菌根欧石楠类菌根欧石楠类菌根菌根菌根 fungus roots23优质教学土壤像一个以碎屑物为基础的生态系统土壤像一个以碎屑物为基础的生态系统 Soil as a detritus-based ecosystem 24优质教学四、植物的土壤生态类型四、植物的土壤生态类型Soil ecological adaptation species of plants植物长期在一定土壤上生长，产生对该种土壤的一定适应性，从而形成了以土类为主导因植

18、物长期在一定土壤上生长，产生对该种土壤的一定适应性，从而形成了以土类为主导因子的生态类型。子的生态类型。（一）酸性土植物（一）酸性土植物Acid soil adapted species ：如水蓟、曲芒发草、铁芒萁、石松、狗脊、如水蓟、曲芒发草、铁芒萁、石松、狗脊、茶树、油茶、梭木、越桔属、杜鹃属，马尾松、三叶橡胶、咖啡、赤扬等。茶树、油茶、梭木、越桔属、杜鹃属，马尾松、三叶橡胶、咖啡、赤扬等。茶树赤杨25优质教学（二）钙质土植物（二）钙质土植物Calcium soil adapted species；适应生长在含有高量代换的适应生长在含有高量代换的Ca2+、Mg2+离子而缺乏代换性离子而缺乏代换性H+的钙质土或石灰性土壤的植物，在酸性土的钙质土或石灰性土壤的植物，在酸性土壤生长不良。其适宜土壤反应为中性或弱酸性。壤生长不良。其适宜土壤反应为中性或弱酸性。例：蜈蚣草、铁绒蕨、南天竺、甘草、柏木、镰荚苜蓿、西伯利亚落叶松、竹叶椒、圆叶乌桕等。例：蜈蚣草、铁绒蕨、南天竺、甘草、柏木、镰荚苜蓿、西伯利亚落叶松、竹叶椒、圆叶乌桕等。城市土壤条件往往含钙丰富，因此易于引种栽培该类植物。城市土壤条件往往含钙丰富，因此易于引种栽