《土壤学》课件4章土壤生物

1、第三章 土壤生物土壤是生命的摇篮，生命是土壤的发动机！土壤是微生物的大本营被忽视的生物王国！第一节 土壤生物种类及其多样性 Soil organism diversity 死亡有机物87.88%植物根8.32%微生物3.59%非节肢动物0.10%节肢动物0.08%脊椎动物0.03% 在生态系统中，生物按其功能可分为生产者和分解者。土壤生态系统的特点是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、土壤生态系统及其特征分解者可分为第一消费者以植物残体为

2、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。二、土壤生物的种类：土壤生物微生物动 物植 物土壤生物的主要类群示 意图 第二节、土壤动物 土壤动物（soil zoon）指长期或一生中大部分时间生活在土壤或地表凋落物层中的动物。它们直接或间接地参与土壤中物质和能量的转化，是土壤生态系统中不可分割的组成部分。 作用1、破碎土壤中的生物残体，为微生物活动和有机物质进一步分解创造条件 2、改变土壤的物理、化学以及生物学性质，对土壤形成及土壤肥力发展起着重要作用土

3、壤动物的分类系统分类 主要的土壤动物门类见表按体型大小分类小型土壤动物，体长在0.2毫米以下 中型土壤动物，体长0.2-2毫米 大型土壤动物，体长2-20毫米 巨型土壤动物，体长大于20毫米 按食性分类 分为落叶食性、材食性、腐植食性、植食性、藓苔类食性、菌食性、藻食性、细菌食性、捕食性、尸食性、粪食性、杂食性和寄生性土壤动物。 按土壤中生活时期 分为全期土壤动物，周期土壤动物，部分土壤动物，暂时土壤动物，过渡土壤动物和交替土壤动物。 原生动物是动物中最低级的。 典型种类有变形虫纤毛虫鞭毛虫孢子虫土壤中以鞭毛虫数量最多。二、原生动物 数量有68000多种。一般在每平米15厘米深的土壤里有10-

4、100亿个(1-10万个/克土)原生动物，它们的活重在耕层达150-200磅/每英亩。土壤动物 单细胞的真核生物，简称原虫。重要的土壤动物介绍 原生动物(protozoa)是生活于土壤和苔藓中的真核单细胞动物，属原生动物门 。 原生动物结构简单、数量巨大，只有几微米至几毫米，而且一般每克土壤有104105个原生动物，在土壤剖面上分布为上层多，下层少。 按运动形式可把原生动物分为三类 ： 变形虫类（靠假足移动）1 纤毛虫类（靠纤毛移动）3 鞭毛虫类（靠鞭毛移动）2 123 原生动物以微生物、藻类为食物，在维持土壤微生物动态平衡上起着重要作用，可使养分在整个植物生长季节内缓慢释放，有利于植物对矿质

5、养分的吸收。原生动物的特点是A、单细胞，结构简单，数量大，分布广B、既可有性生殖，也可无性生殖在一定条 件下可形成孢囊C、与生者相比，个体较小，不同土壤中种 类不同，但一般均为表层较多。原生动物土壤动物原生动物在土壤中的作用1、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，主要是调节细菌的数量。2、增进某些微生物的活性(如固N菌、排泄出的细菌等)3、 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4、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。土壤动物三、后生动物土居性的多细胞动物： 线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、 轮虫、蚂蚁、

6、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫土壤动物蚯蚓对土壤肥力的影响： 增加土壤的通透性。 改善土壤结构 活化土壤养分 形成大量有机质蚯蚓喜欢潮湿、肥沃、钙质丰富的土壤1、蚯蚓数量大约有200余种。在肥沃的草地土壤中每平方米可达500条。在以般耕地中，每平方米有30-300条。土壤动物 体形呈纺锤形，后部较尖，微型、透明的丝状动物。一万多种线虫，寄生或自生。1000种生活在土壤中， 数目可达106m-2,一般只有棉线的1/5粗，主要生活在土粒周围的水膜中和植物的根里。 习性 表皮失水很快，干燥时变为胞囊，湿润时又重 新活动。 食性可分为三类1、 以腐败的有机质为食的2、 以其他线虫、细菌、原生动物为食的3、

7、寄生在高等植物根系的2、线虫土壤动物螨（mite)线虫螨（mite)土壤动物屎克郎推粪球土壤动物 弹尾和螨目：弹尾（又名跳虫）和螨目分属节肢动物门的昆虫纲和蛛形纲，是土壤中数量最多的节肢动物（分别占土壤动物总数的54.9%和28%），它们是我国森林土壤中中型动物的主要优势类群。 跳虫主要生活于土壤表层，绝大多数跳虫以取食花粉、真菌、细菌为主，少数可危害甘蔗、烟草和蘑菇。 螨目的主要代表是甲螨（占土壤螨类的62%94%），主要分布在表土层中。大多数甲螨取食真菌、藻类和已分解的植物残体，在控制微生物数量及促进有机质分解过程中起着重要作用。 跳虫甲螨生态环境土壤动物 生态环境与土壤动物的关系： 1、

8、生态环境对土壤动物的影响 土壤动物的群落结构随环境因素和时间变化呈明显的时空变化。 2、土壤动物对环境的指示作用 土壤动物的数量和群落结构的变异能指示生态系统的变化。 土壤微生物是土壤中最原始的活有机体。 土壤微生物参与土壤有机质分解，腐殖质合成，养分转化（转化土壤中难溶性的矿质养分及固氮）和推动土壤的发育和形成。第三节土壤微生物 一、土壤微生物的作用 根据土壤微生物的形态构造和生理活动特点，一般可分为：细菌、真菌、放线菌。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1公斤土壤可含： 5亿个微小动物。 5亿个细菌， 近10亿个真菌 100亿个放线菌土壤微生物主要作用： 调节植

9、物生长的养分循环； 产生并消耗各种气体，影响全球气候 的变化； 分解有机废弃物， 是新物种和基因材料的源和库。 病原微生物。土壤微生物二、土壤微生物的类型 异养型自养型化能有机营养型光能有机营养型1、营养类型光能无机营养型化能无机营养型 根据微生物对营养和能源的要求，一般可将其分为四大类型：土壤微生物的营养类型化能有机营养型化能无机营养型光能有机营养型光能无机营养型又称化能异养型，所需能量和碳源直接来自土壤有机物质。又称化能自养型，无需现成的有机物质，能直接利用空气中的二氧化碳或无机盐类生存的细菌。又称光能异养型，其能源来自光，但需要有机化合物作为供氢体以还原二氧化碳，并合成细胞物质。又称光能

10、自养型，利用光能进行光合作用，以无机物作氢供体以还原二氧化碳合成细胞物质。.自养型细菌 自养型细菌能利用氧化无机物产生的化学能（化能自养细菌）或太阳能（光能自养细菌）由空气中摄取CO2合成碳水化合物，作为自身的营养物质。 .异养型 异养型细菌靠分解有机质获得能量和养分，土壤中绝大多数细菌为异养型细菌。根据它们对空气条件的要求，又可分为好气性和嫌气性细菌两类。好气性细菌可利用空气中的氧去氧化有机质。嫌气性细菌不需要游离态氧，分解有机质缓慢而不彻底，它的作用是分解有机质，合成腐殖质，有些能固氮。2、呼吸类型好气性微生物嫌气性微生物兼嫌气性微生物根据土壤微生物对氧气要求的不同，可分为：土壤微生物呼吸

11、类型的多样性土壤微生物呼吸类型的多样性好氧微生物 在有氧环境中生长，以氧分子为呼吸基质氧化时的最终电子受体 兼性微生物 在有氧和无氧环境中均能进行呼吸的土壤微生物 厌氧微生物 在嫌气条件下进行无氧呼吸，以无机氧化物（NO3-、SO42-、CO2）作为最终电子受体，通过脱氧酶将氢传递给其它的有机或无机化合物，并使之还原 土壤细菌占土壤微生物总数的70%90%特性 A、单细胞 B、分裂生殖快 C、个体小(4-5um)，接近于土壤粘粒的大小。 D、以杆菌占优势 E、数量大，每克有几亿到30亿个 10g肥沃土壤的细菌总数相当于全球人口的总数（一）细菌三、原核微生物 土壤中重要的各种细菌生理群： 纤维分

12、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。 土壤中存在各种细菌生理群，其中主要的有纤维分解细菌、固氮细菌、氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌等。纤维分解细菌好气纤维分解细菌 主要有生孢噬纤维菌属、噬纤维菌属、多囊菌属和镰状纤维菌属（要求最适温度为2230，通气良好） 嫌气纤维分解细菌 主要是好热性嫌气纤维分解芽孢细菌，包括热纤梭菌、溶解梭菌及高温溶解梭菌等。好热性纤维分解菌活动适宜温度达6065，最高活动温度可达80。 生态习性：纤维分解细菌适宜中性至微碱性环境，在酸性土壤中纤维素分解菌活性明显减弱；纤维分解细菌的活动也受到分解物料C/

13、N的影响。C/N固氮细菌自生固氮细菌共生固氮细菌 自生固氮细菌是指独自生活时能将分子态氮还原成氨，并营养自给的细菌类群。 主要有好气性、嫌气性和兼性三种。 共生固氮细菌是指两种生物相互依存生活在一起时，由固氮微生物进行固氮的作用。 固氮菌根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用最为重要。 根瘤菌是指与豆科植物共生，形成根瘤，能固定大气中分子态氮，向植物提供氮营养的一类杆状细菌。根瘤根瘤菌 根瘤菌与豆科植物形成根瘤可分为两个阶段：侵染土壤阶段根瘤形成阶段氨化细菌微生物分解含氮有机化合物释放氨的过程称为氨化过程。含氮有机化合物多肽、氨基酸等简单含氮化合物NH3 生态习性：最适土壤含水量为田间持水量的50%7

14、5%；最适温度为2535；适宜pH为中性环境。 物料C/N比对氨化细菌活动强度和氨化过程的影响硝化细菌微生物氧化氨为硝酸并从中获得能量的过程称为硝化过程。NH3亚硝酸亚硝酸细菌硝酸硝酸细菌 生态习性：属化能无机营养型，适宜在pH6.68.8或更高的范围内生活；好气性细菌；最适温度为30。参与硝化过程的土壤微生物为硝化细菌反硝化细菌 微生物将硝酸盐还原为还原态含氮化合物或分子态氮的过程称反硝化过程。 生态习性：最适pH值为68；最适温度为25。由微生物推动的氮素循环放线菌也是原核微生物，菌丝比真菌细，菌丝断裂为孢子 每克土壤中的细胞数在104106变动。链霉菌属，占70%90%；其次为诺卡氏菌属

15、占10%30%；小单胞菌属占第三位，只有1%15%。它们的大部分均属好氧腐生菌。产生抗生素，对其他有害菌能起拮抗作用。高温型的放线菌在堆肥中对其养分转化起着重要作用。 （二）放线菌四、真核微生物1、土壤真菌有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、伞菌多在土壤表层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 2、藻类 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

16、养丰富的证明。 地衣是真菌和藻类形成的 不可分离的共生体。 地衣在土壤发生的早期起 重要作用 3、地衣（Lichens）（三）非细胞型生物即分子生物病毒 病毒是一类超显微的非细胞生物，每一种病毒只有一种核酸 病毒是一种活细胞内的寄生物，凡有生物生存之处，都有其相应的病毒存在。 病毒在控制杂草及有害昆虫的生物防治方面已显示出良好的应用前景。五、土壤微生物的分布特点 1.绝大多数微生物分布在土壤矿物质和有机质颗粒的表面，附着或缠绕在土壤颗粒上，形成无机一有机一生物复合体或无机一有机一生物团聚体。 2.根系周围的土壤（根际土壤）比根外土壤更有利于微生物的旺盛生长。3.表层土壤中微生物数量一般要比底层

17、高。 4.土壤微生物在分布上也有地域特点，在不同气候、植被、土壤类型下，微生物的类群、数量都有很大不同。 5.土壤微生物的类群和数量，随土壤熟化程度的提高而增多。 6.土壤能同时为要求不同的多种微生物类群提供生存条件。六、土壤微生物的生活条件 1.土壤有机质 有机质含量丰富的土壤，微生物数量就多，反之则少。 2.土壤水分 水分是微生物生存的基本因素。3.土壤空气 土壤微生物多数是好气性的，所以土壤通气良好，有充足氧气供应时，厌气性微生物活动力弱，甚至会中毒死亡。 4.土壤温度 土壤微生物生活需要一定的温度。如果温度超出其能忍受的最低或最高限度时，微生物就停止生长。表 各类微生物生长的温度范围类

18、型最低温度最适温度最高温度高温性 3045557080中温性 525374550低温性 0101525305.土壤反应 不同类型的土壤微生物，对土壤反应有不同的要求，过酸或过碱的土壤反应，超出了其适应范围，就会限制它们的生命活动。 第四节微生物与植物的关系植物根系及其与微生物的联合 植物根系通过根表细胞或组织脱落物、根系分泌物向土壤输送有机物质，这些有机物质： 一方面对土壤养分循环、土壤腐殖质的积累和土壤结构的改良起着重要作用； 另一方面作为微生物的营养物质，大大刺激了根系周围土壤微生物的生长，使根周围土壤微生物数量明显增加。植物根系的形态 高等植物的根是生长在地下的营养器官，单株植物全部根的

19、总称为根系。 林木根系有不同形态，概括起来可将其分成五种类型： 垂直状根系辐射状根系扁平状根系串联状根系须状根系根际与根际效应 根际(rhizosphere)是指植物根系直接影响的土壤范围。通常把根际范围分成根际与根面二个区，受根系影响最为显著的区域是距活性根12毫米的土壤和根表面及共其粘附的土壤（也称根面）。 根际效应(rhizosphere effect)：由于植物根系的细胞组织脱落物和根系分泌物为根际微生物提供了丰富的营养和能量，因此，在植物根际的微生物数量和活性常高于根外土壤，这种现象称为根际效应。 根际微生物(rhizosphere microorganisms)：根际微生物是指植物

20、根系直接影响范围内的土壤微生物。 数量：总的来说，根际微生物数量多于根外类群：由于受到根系的选择性影响，根际微生物种类通常要比根外少根/土比值（R/S）：即根圈土壤微生物与邻近的 非根圈土壤微生物数量之比。根土比一般在550之 间。二、菌 根 菌根(mycorrhiza)：是指某些真菌侵染植物根系形成的共生体。已发现有菌根的植物有二千多种，其中木本植物数量最多。菌根真菌与植物的共生特点外生菌根内生菌根内外生菌根内生菌根- VA菌根是内生菌根的主要类型，主要由真菌中的内囊霉科侵染，形成泡囊从枝菌根(Vesicular-Arbuscular Mycorrihiza,VAM)。内生菌根菌根对寄主植物的作用主要有： 扩大了寄主植物根的吸收范围，作用最显著的是提高了植物对磷的吸收 防御植物根部病害，菌根起到机械屏障作用，防御病菌侵袭 菌根真菌分泌维生素、酶类和抗生素物质，促进了植物根系的生长，促进植物体内水分运输，增强植物的抗旱性能 增强植物对重金属毒害的抗性，缓解农药对植物的毒害 促进共生固氮 土壤酶(soil enzyme)是指在土壤中能催化土壤生物学反应的一类蛋白质。来源 土壤酶来源于土壤微生物和植物根，也来自土壤动物和进入土壤的动、植物残体。 存在状态胞内酶(endoenzyme) 存在于土壤中微生物和动、植物的活细胞及其死亡细胞内的酶。） 胞外酶