土壤生态学的发展及研究展望

1前言

1土壤生态学的开展及研究展望

1.1土壤学开展简史

1.2生态学开展简史

1.3土壤生态学的研究体系和领域

1.4土壤生态学研究展望

2土壤生态在陆地生态系统中的地位

2.1土壤生态系统是可解剖的实体

2.2土壤是陆地生物所需水分的枢纽

2.3土壤是能流的转化机

2.4土壤是生物养分库

2.5土壤是消毒净化器

3土壤生态系统的结构特点和功能类型

3.1土壤生态系统的结构特点

3.2土壤生态功能系统的类型

3.3土壤生态系统养分运转与调节目录24土壤生态系统中生物及其成效

4.1土壤生物类型与生物多样性

4.2土壤生物生态

4.3土壤生物成效

4.4人类活动对土壤生物的影响

4.5土壤生物的开发利用及其保护

5农田土壤生态系统养分循环通那么

5.1土壤生态系统养分循环

5.2稻田土壤生态系统中养分循环特点

5.3土壤生态系统养分循环与土壤生产力

6土壤碳库的形成与转化

6.1土壤生态系统中有机物质的生成与分解累积

6.2影响土壤库中有机质分解与积累的因素

6.3有机质对土壤库的影响

7农业生态系统中能流传递特点

7.1农业生态系统投能结构

7.2农业土壤生态系统的能量流动特点

7.3复合农业生态系统的能量流动38土壤生态系统的演变

8.1白浆土与黑土生成的生态环境演变

8.2包浆土与砂姜黑土形成的生态环境演变

8.3稻田白土与黄泥土的生成环境演变

8.4白浆土类形成的生态环境比较

9土壤生态系统空间格局

9.1土壤生态样块的特点

9.2土壤生态地带分异特点

9.3土壤生态类型地域分异特点

10章土壤生态分区概述

10.1土壤生态分区的依据

10.2土壤生态分区的原那么与系统及地带分异特点

10.3土壤区域分异特点——土壤生态区、片与样板例举

11土壤退化生态系统及其重建

11.1全球土壤退化状况及其研究进展

11.2土壤退化类型、成因、过程及其机制

11.3土壤退化的综合评价

11.4土壤退化的恢复与重建412原始土壤生态系统的形成与演化

12.1高寒区原始土壤生态系统的发育特点

12.2原始土壤生态系统的演替模式

13湿地生态系统的特点及保护

13.1湿地定义与分类

13.2湿地形成特点

13.3湿地生态系统的演变与环境

13.4湿地的利用与保护

14草原土壤生态系统的特点及其保育

14.1草原土壤生态系统的特点

14.2草原土壤营养元素循环

14.3草原土壤生态系统的退化及其保育

15森林土壤生态系统及其保护

15.1森林生态系统的生产力

15.2森林与土壤的相互作用

15.3森林土壤生态系统的养分循环

15.4森林生态系统的可持续开展516复合农林生态系统建设

16.1复合农林生态研究的内容与现状

16.2复合农林生态系统的根本特征

16.3复合农林系统的模型

16.4复合农林系统的设计

17矿业废弃地土壤生态系统复建

17.1矿业废弃地物理性质与营养状况

17.2废弃地不良的化学性质

17.3矿业废弃地的生态复建

18污染物在湿地生态系统食物链中的轨迹

18.1湿地生态系统中的污染物及其迁移与转化

18.2湿地生态系统污染物的生物富集

18.3鹭鸟作为湿地生态系统污染的生物指示

19章土壤生态系统保护与农业可持续开展

19.1农业的开展与土壤生态系统的演替

19.2土壤生态系统的特性与农业可持续开展

19.3可持续农业土壤研究现状及存在问题620章土壤生态系统与全球气候变化

20.1土壤生态系统中环境气体的特点、产生机理和转移途径

20.2影响环境气体排放的因素

20.3土壤生态系统环境气体排放的调控

21大型工程建设与生态环境评价

21.1长江流域的生态与环境概况

21.2大型水利工程环境评价系统

21.3受工程影响的生态环境评价71土壤生态学的开展及研究展望1.1土壤学开展简史

1.2生态学开展简史

1.3土壤生态学的研究体系和领域

1.4土壤生态学研究展望81.1土壤学开展简史1〕土壤学的知识积累时期〔←1500年〕2〕土壤学的学派分化时期〔1500－1800年〕3〕土壤学的开展时期〔19世纪初－20世纪70年代〕4〕土壤生态系统时期〔20世纪70年代→〕91〕土壤学的知识积累时期〔←1500年〕古希腊人很早以前就把土壤视为一切生命的源泉，但对土壤尚无简单分类；古罗马公元一世纪科路美拉所著?论农业?一书中，把土壤分为肥土、瘦土、松土、紧土、湿土、干土六类，和同期的中国土壤分类相比，十分简单。我国夏代?尚书?的禹贡篇，书中根据土壤性质分土壤为“壤〞、“黄壤〞、“白壤〞、“赤植垆〞、“白坟〞、“黑坟〞、“坟垆〞、“涂泥〞、“清黎〞等九类，并依其肥力上下，划分为三等九级。古代土壤分类主要集中表达在中国。102〕土壤学的学派分化时期〔1500－1900年〕〔1〕农业化学派：代表人物德国的李比希〔J．F．Liebig，1803~1873〕

〔2〕地质学派：19世纪后半叶德国科学家法鲁〔)〔3〕发生学派：19世纪70~80年代，俄罗斯科学家道库恰耶夫113〕土壤学的开展时期〔19世纪初－20世纪70年代〕19世纪中后期，土壤分类在西欧有了进展，有德国的法鲁〔1862〕、俄罗斯学者B.B道库恰耶夫等；到了20世纪30-50年代，土壤分类很活泼，出现了法国的库比纳、英国的Avery、法国的奥伯特、美国的马伯特及俄罗斯的威廉士。其中，马伯特的土壤分类1935-1954在我国应用，威廉士的发生分类1954-1984在我国应用。124〕土壤生态系统时期〔20世纪70年代→〕美国农业部1975年发表的?土壤系统分类?〔SoilTaxonomy〕是土壤诊断分类学派的代表。它继苏联的土壤发生学分类之后，成为目前世界土壤分类的新开展趋势。土壤是一个整体，受环境条件的影响并同人和植物产生密不可分的互相作用，所以土壤生态系统的研究已受世人瞩目。〔1〕以提高土壤肥力为主要目标〔2〕土壤有毒物质的降解与消化〔3〕土壤管理技术-土壤生态系统131.2生态学开展简史1〕生态学的知识积累及萌芽时期〔←1866年〕2〕生态学的创立及开展时期〔1866年－19世纪末〕3〕生态学的稳固及学派分化时期〔19世纪初－30年代〕4〕生态系统生态学时期〔20世纪30年代－60年代〕5〕人类生态学时期〔20世纪70年代→〕141〕生态学的知识积累及萌芽时期〔－1866年〕采樵渔猎15农耕16生态学知识记载中国：公元前1200年?尔雅?公元前200年?管子·地员篇?公元前100年前后确立24节气、?离经?欧洲：Aristotle(384-322,B.C)〔亚里士多德：古希腊〕Theophrastus(370-285,B.C)〔西奥弗拉斯塔：植物名称的开展起源於4000多年前，但首先將名称記录下來的是Theophrastus370-285B.C.他是亚里士多德的学生〕17古籍?管子·地员篇?〔约公元前200年以前〕曾详细记载了江淮平原上沼泽植物沿水分梯度的带状分布与水文土质环境的生态关系。水面18水生植物分布

深水区沉水植物带无植被区马来眼子菜苦草群落金鱼藻群落浮叶植物带荇藻群落菱群落莲群落苔草群落挺水植物带芦群落堤堤0123456水深（m）192〕生态学的创立及开展时期〔1866年－19世纪末〕查尔斯·罗伯特·达尔文〔CharlesRobertDarwin，英国〕20生态适应与进化21生态适应林蛙塘蛙22有关生态学的研究RBoyle→动物生理生态的开始Reaumur→研究积温与昆虫发育生理的先驱Al.deCandolle→现代积温理论cLWilldenow；T.Humboldt→“植物群落〞、“外貌〞等概念，并指出“等温线〞T.Malthus→“种群生态学〞Haeckel→首次提出了生态学定义C.Darwin→?物种起源?EWarming→?植物生态学?AF.WSchimper→?植物地理学?23Malthus1803年发表的?人口论?：人口的指数增长粮食的直线增长243〕生态学的稳固及学派分化时期〔20世纪初－30年代〕年代作者著作名称1885瓦尔明E.Warming以植物生态地理为基础的«植物分布学»1898辛柏A.F.W.Schimper以生理学为基础的«植物地理学»植物生态学的诞生1913亚当斯Adams«动物生态研究指南»1927Eltom《动物生态学》动物生态学的诞生25生态学的第一次飞跃这一时期是生态学理论形成，生物种群和群落由定性向定量描述，生态学试验方法开展的辉煌时期。生态学研究渗透到生物学领域的各个学科，形成了植物生态学，动物生态学，生态遗传学，生理生态学，形态生态学等分支学科，促进生态学从个体，种群等水平开展了广泛研究，并出现了一些研究中心和学术团体，是生态学开展出现第一个顶峰。26学派代表人物著作或论文英美学派A.G.TansleyClements(美)«不列颠群岛的植被»«普通植物生态学»法瑞学派布朗.布朗克(法)«植物社会学»北欧学派Du-Rietz以地理分布及群落生理学为特点，将瑞典､挪威､丹麦森林的群落结构作为主要研究对象。前苏联学派苏卡切夫形成生态地植物学及生物地理群落学学派分化北欧学派：以注重群落分析为特点法瑞学派：植物群落生态学英美学派：以研究植物群落演替和创立顶级群落著名前苏联学派：注重建群种和优势种，重视植被生态和植被地理274〕生态系统生态学时期〔20世纪30年代－60年代〕1935年，坦斯利〔〕首先提出生态系统〔Ecosystem〕的概念；1942年，前苏联苏卡切夫院士提出类似的名次“生物地理群落〞〔Geobiocenoce〕;1942年，林德曼〔〕提出“十分之一〞定律。28生态学的第二次飞跃

1935年，坦斯利()首先提出生态系统(Ecosystem)的概念;广泛开展了生态系统生态学的研究，生态学成为研究生态系统结够与功能的科学。29生态学的第三次飞跃生态学研究与应用相结合形成了海洋生态学、土壤生态学、湖泊生态学、农业生态学、农田生态学、草原生态学、森林生态学等。多学科的交叉渗透，使生态系统的研究得到迅速的开展，电子计算机的应用、自动记录仪器在野外工作中的应用、系统分析以及现代化计算方法，为生态系统的研究创造了条件。30年代科学家重大发现（理论､学说或定律）1840李比西最小因子定律——归还学说1847焦耳能量转换1857巴斯德微生物学形成1859达尔文完成了进化论1865孟德尔发现遗传学规律1869门捷列夫提出了元素周期表：伟大发现之后，辩证的､整体的､运动的和联系的思维得到普及。20世纪30年代以后，能量转化和物质流动出现于生态学研究当中。研究方法：引入能量转换和物质流动31研究理论：引入系统论､信息论､控制论､系统工程等理论。

20世纪30年代到50年代，一系列和整体､系统､控制､信息有关的科学相继诞生。30年代，贝塔朗菲(奥地利)提出了系统论；1948年美国科学家NobertWiener出版了«控制论»。在50年代，系统工程方法，包括线性规划､动态规划､网络分析､对策论､排队论､存储论､系统可靠性分析等逐步成熟。32研究手段—新技术方兴未艾计算机1945年美国宾州大学莫克莱和埃克特研制成功第一部电子计算机(ENIAC),1949年英国剑桥大学研制成功第一部内存式电子计算机。计算机技术日新月异，计算机的应用和教育事业也蓬勃开展，计算机〔尤其是微机〕知识已成为现代人不可缺少的知识储藏。3S技术RS(remotesensing):遥感GIS(Geographicinformationsystem)地理信息系统GPS(Globalpositionsystem):全球定位系统高新科技以生物技术､材料科学､信息技术､环境科学为代表的高新科技时代已经到来｡335〕人类生态学时期〔20世纪70年代→〕生态学冲出了学术园地，被从高楼深院中请入社会实践及经济建设领域；生态学引起社会的广泛关注，各国提倡全民生态意识，报刊、杂志上讨论生态学的事例与日俱增；对生态学有兴趣的不仅有生物学家、生态学家、还有农学家、经济学家、地学家、社会学家、哲学家及政治家。34自然科学和社会科学的桥梁

研究领域日益扩大，不再限于生物学，而且渗透到地学、经济学以及农、林、牧、渔、医药卫生、环境保护、建筑等各个部门，不仅在自然科学，而且渗透到社会科学，成为联系自然和社会科学的桥梁，从而使生态学成为举世瞩目的科学。35人类生态的重大方案

1962年，生态学开始被从高楼深院中请出来，以解决社会生活中的生态问题。有关重大事件如下：年代人物或组织事件1962R.Carson«寂静的春天»是人类生态环境意识觉醒的标志1964Unesco国际生物学研究计划(IBP)1971Unesco“人与生物圈”长期研究计划(MAB)1972UN«人类环境宣言»1986ICSU“国际地圈-生物圈计划”（IGBP）。ICSU国际科学联合会1992UNCED里约热内卢«保护生物多样性公约»､«气候变化公约»､«关于森林问题的原则声明»､«21世纪行动议程»､«里约热内卢宣言»1996J.L.Meyer提出生态学的5个前沿领域：生态工程､生态经济学､生态设计､产业生态学､环境伦理学。36“国际生物学方案〞〔IBP〕IBP是联合国教科文组织于1964年组织的一项全球范围的生态学研究方案，目的是通过世界科学家的努力和协作，去认识维持地球外表生态平衡的生物系统与环境系统的过程，IBP下设7个组：〔1〕陆地群落生物生产力组；〔2〕生物生产过程组；〔3〕陆地群落自然保护组；〔4〕海洋群落生物生产力组；〔5〕淡水群落生物生产力组；〔6〕人类适应组；〔7〕生物资源的利用与管理组。37人与生物圈的主要研究工程MAB〔1〕不断增加的人类活动对热带，亚热带森林生态系统的影响。〔2〕不同的土地利用与管理方法对温带和地中海森林景观的生态影响。〔3〕人类活动和土地利用方式对放牧地〔热带稀树草原和温带半干旱至干旱地区牧场〕的影响。〔4〕人类活动对干旱和半干旱地区生态系统的影响，特别是灌溉的效果。〔5〕人类活动对湖泊、沼泽、河流、三角洲、海湾、沿海地带的价值和资源的影响。〔6〕人类活动对山地和冻土带生态系统的影响。〔7〕岛屿生态系统的生态学与合理利用。〔8〕对自然区域和自然区域内遗传物质的保护。〔9〕对陆地和水生生态系统的虫害管理以及肥力利用的生态学评价。〔10〕大型工程对人及其环境的影响。〔11〕以能源利用为重点的城市生态系统问题。〔12〕环境变化和人类人口的适应，人口统计与遗传结构之间的相互作用。〔13〕环境质量的认识。〔14〕环境污染及其对生物圈的影响。38国际地圈-生物圈方案(IGBP)InternationalGeosphere–BiosphereProgramme(IGBP)⑴国际全球大气化学方案〔IGAC〕⑵全球海洋通量联合研究〔JGOFS〕⑶过去的全球变化〔PAGES〕⑷全球变化与陆地生态系统〔GCTE〕⑸水循环的生物学方面〔BAHC〕⑹海岸带海陆相互作用〔LOICZ〕⑺全球海洋生态系统动力学〔GLOBEC〕⑻土地利用／土地覆盖变化〔LUCC〕39IGBP方案还包括三个支撑方案⑴全球分析、解释与建模〔GAIM〕⑵数据与信息系统〔IGBP－DIS〕：建立全球变化研究所需要的全球资料和信息的处理、贮存、交流系统，特别要开展全球变化的空间遥感观测能力的资料的处理能力。

⑶全球变化的分析、研究和培训系统〔START〕：在全球的代表性生态系统区域，主要在开展中国家，建立全球变化的区域研究中心。40现代生态学的特点〔1〕生态系统生态学的研究成为主流。〔2〕从描述性科学走向实验、机理和定量研究。〔3〕现代生态学向宏观和微观两极开展。〔4〕应用生态学开展迅速，实践应用性更强。〔5〕人类生态学的兴起和生态学与社会科学的交叉融合。411.3土壤生态学的研究体系和领域土壤生态学土壤生物个体生态学土壤生态系统生态学理论土壤生态学应用土壤生态学土壤生物群落生态学土壤生态学的理论体系与层次42土壤生态学的研究领域土壤生态学的一般问题土壤环境与人体健康研究土壤生态分区、评价、利用和管理研究土壤污染生态学研究土壤生物生态学研究土壤生态系统中物质循环与能量流动研究土壤生态学的研究领域43发展趋势土壤生态与地球变化研究湿地、草地、森林土壤生态系统研究大型工程对土壤生态系统影响研究土壤生物多样性与环境保护研究退化土壤生态系统的恢复与重建研究土壤生态与农业持续发展研究土壤生态学的开展趋势441〕土壤生态学的一般问题〔1〕土壤生态系统及土壤生态学的概念土壤生态系统：是土壤中生物与非生物环境的相互作用通过能量转换和物质循环构成的整体。土壤生态系统是陆地生态系统的一个亚系统，其结构组成包括：①生产者。高等植物根系、藻类和化能营养细菌。②消费者。土壤中的草食动物和肉食动物。③分解者。细菌、真菌、放线菌和食腐动物等。④参与物质循环的无机物质和有机物质。⑤土壤内部水、气、固体物质等环境因子。土壤生态学：是土壤学、生态学、地理学以及环境科学相互交叉的一门具有广泛研究领域的新兴科学，以土壤生物为中心，研究土壤生物之间、土壤生物与土壤非生命环境间的相互作用。研究的主要内容有：土壤生态系统的结构、功能和人类活动对土壤生态系统的影响过程。45〔2〕土壤生态学的研究对象

①土壤与生物的关系②土壤与环境的关系③土壤与人类的关系462〕土壤生态系统的物质循环与能量流动研究生态系统的物质循环与能量流动47物质循环与能量流动研究是土壤生态学的根本研究内容，也是土壤生态系统结构与功能、控制和优化的根底。物质循环研究主要包括物质在土壤-植物-大气系统各分室的输入、运移、传输、转化和输出的途径及其机理，养分的转化效率及其生态效应等。能量流动研究主要包括成土过程中能量的消耗、农田水热收支平衡以及生物种群间能量动态的研究等。近些年来，涉及诸如森林生态系统、草原生态系统、农田生态系统以及复合农业生态系统等；研究的元素包括C、N、S、P及其它元素〔Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Si〕与一些微量元素。今后的研究重点应在宏观、微观的根底上，加强土壤生态系统的物质和能量转化效率与提高作物生产力的关系、养分平衡与土壤肥力可持续性、养分丰缺及其诊断、预报、调控和管理方面的研究483〕土壤生物生态学研究该领域的研究与土壤动物学、土壤微生物学紧密联系，但各有侧重。土壤生物生态学主要研究土壤生物与土壤环境之间的关系，包括土壤生物种群及区系组成、生物间相互作用于食物链网状结构；土壤生物对成土过程、土壤性质、土壤肥力及土壤生态系统营养元素平衡的影响，以及土壤条件变化对土壤生物的作用等。近年来，有益微生物的农业应用、微生物净化环境以及根际环境与根际微生物的微域生态系统研究越来越受到重视。494〕土壤污染生态学研究土壤污染是现代工农业生产过程中带来的次生环境问题。土壤污染对土壤结构、组成和性质、土壤肥力、土壤生物、作物生长以及土壤环境可产生明显影响。近期的研究内容包括：污染物质在土壤-植物系统中的迁移、转化与滞留行为；不同地域土壤-植物系统的结构、功能及其对不同类型污染物的承载能力；土壤污染对食物链影响的生态风险评价；土壤-植物系统的净化功能以及土壤生态系统的污染综合治理和评价等。今后应加强土壤污染生态系统的动态监测、预报及综合治理等方面的研究与探索。505〕土壤环境与人体健康研究土壤环境与人体健康使土壤生态学中研究土壤与人类关系的一个重要领域。土壤中的化学元素可通过食物链进入人体，影响人体健康。其研究内容包括：①土壤元素的丰缺与健康；②土壤微量元素的健康效应；③土壤污染与健康。土壤中某些元素特别是微量元素的营养价值与医用研究将成为今后的一个重要方向。516〕土壤生态分区、评价、利用和管理研究土壤生态分区和评价是土地资源合理开发利用和管理的重要依据。目前这方面的研究还处于探索阶段。生态分区是根据自然地理条件、区域生态经济关系及农业生态经济系统结构功能的类似性和差异性，把整个区域划分为不同类型的生态区域。现有的区划方法有经验法、指标法、类型法、叠置法、聚类分析法等，根据分区的原那么与指标，运用定性和定量相结合的方法，进行生态分区，并画出生态分区图。土壤生态分区南京土壤研究所在长江流域作了一些尝试，采用了土壤生态样快、土壤生态片、土壤生态区、土壤生态带四级分区单位。目前面临的问题是如何拟定通用的合理指标体系、评价原那么与评价方法，还有待进一步探索。52中国地势三大阶梯示意图ＩＩＩＩＩＩ535455一级区二级区东北区兴安岭林区、松内三江平原区，长白上林农区，辽宁平原丘陵农林区内蒙及长城沿线区内蒙北部牧区、内蒙中南部牧农区、长城沿线农牧林区黄、淮海区燕山太行山山麓平原农业区、冀鲁豫低洼平原农业区、黄淮平原农业区、山东丘陵农林区黄土高原区晋东豫西丘陵山地农林牧区、汾渭谷地农业区、晋陕甘黄土丘陵沟谷牧林农区、陇中青东丘陵农牧区长江中下游区长江下游平原丘陵农畜水产区、豫鄂皖低山平原农林区、长江中游平原农业水产区、江南丘陵山地农林区、浙闽丘陵山地林农区、南岭丘陵山地林农区西南区秦岭大巴山林农区、四川盆地农林区、川鄂湘黔边境山地林农区、黔桂高原山地林农牧区、川滇高原山地农林牧区华南区闽南粤中农林水产区、粤西桂南农林区、滇南农林区、琼雷及南海诸岛农林区、台湾农林区甘新区蒙宁甘农牧区、南疆农牧区、北疆农牧区青藏区藏南农牧区、川藏林农牧区、青甘牧农区、青藏高寒牧区