土壤有机质和生物省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 土壤有机质和生物,第1页,什么是有机质,以各种形态存在于土壤中各种含碳有机化合物。,广义：包含一切生物体及其分解或合成各种产物。,狭义：经过微生物转化合成有机物质即腐殖质。,概念：,土壤有机质,(soil organic matter),土壤中各种动植物残体，在土壤生物作用下形成一类特殊、复杂、性质比较稳定高分子化合物,(,腐殖质,),。,第一节 土壤有机质,起源、组成和类型,第2页,一、土壤有机质起源,土壤,有机质起源,特点,自然土壤,森林土壤,枯枝落叶,数量少；累积于地表：从上到下锐减；富含木质素，形成有机质疏松、有弹性；形成富含单宁酸性有机质（适于真菌活动）,草原土壤,地上部,和,地下部根系,数量多；分布较深，从上到下逐步降低；木质素少，纤维素多，累积紧实，无弹性；形成中性有机质（适于细菌活动）,耕作土壤,施有机肥，作物根茬,数量少，累积于耕作层；受人为培肥方法影响大。,第3页,二、,土壤有机质存在形态,存在形态：,动、植物残体,半分解动、植物残体,腐殖物质（,85-90%,）,第4页,三、土壤有机质含量和组成,1.,含量,普通把耕层含有机质,20%,以上土壤，称为,有机质土壤,，在,20%,以下土壤，称为,矿质土壤,(mineral soil),。耕作土壤表层有机质通常在,5%,以下。,土壤有机质含量与,气候、植被、地形、土壤类型、农耕办法,亲密相关。,当前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言，北方土壤有机质含量高于南方土壤。,第5页,第6页,土壤有机质,0.5%,5%,0.5-2.0%,7%,第7页,四川土壤有机质含量（,%,）,OM%,4.00,3.01,4.00,2.01,3.00,1.01,2.00,0.61,1.00,0.60,水田,%,1.29,6.19,39.9,51.99,0.63,0.004,旱地,%,3.14,5.52,18.72,46.26,24.66,1.10,第8页,2.,组成,动植物残体及微生物体,土壤有机质 上二类分泌物、排泄物及中间分解产物,腐殖质（稳定高分子化合物）：主体。,第9页,土壤腐殖质（,soil humus,）,是除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外有机物质总称。,由非腐殖物质,（,Non-humic substances,）,和腐殖物质,（,Humic substances,）,组成，通常占土壤有机质,90%,以上。,腐殖物质,：由多酚和多醌类物质聚合而成；,含芳香环结构，黄色至棕黑色，非晶形高分子,有机化合物；,最难降解，普通占土壤有机质,60-80%,。,第10页,非腐殖物质,：有特定理化性质、,结构已知,；,约占土壤腐殖质,20-30%,；,碳水化合物、蛋白质和氨基酸、脂肪、蜡,质、木质素、核酸等；,相对轻易被降解，存在时间短；,氮、磷、硫营养主要。,第11页,(1),元素组成,(elementary composition),有机质水分占,75%,，干物质占,25%,。,干物质中元素组成,(%):,C H O N,和灰分元素,44 8 40 8,（,C/N,为,10,左右）,第12页,(2),化学组成,(chemical composition),有机物料化学组成：,碳水化合物,：约占,60%,，纤维素和半纤维素为主，少量淀粉和糖类。,木质素,：占,10%,30%,，平均,25%,，木本植物较多，草 本植物较少，难分解，腐殖质主要起源。,蛋白质等含氮化合物,：占,1,15%,，平均,10%,。,脂蜡质、单宁等,：占,1,8%,，平均,5%,。,灰分,：燃烧后留下灰，草本多于木本，占,2,7%,。,第13页,土壤有机质化学成份,:,纤维素 半纤维素 木质素 蛋白质 脂肪、树脂等,%,2,10,0,2,30,50,28,35,1,8,第14页,第二节 土壤有机质分解和转化,矿质化过程（,Mineralization,）,指复杂有机质在微生物作用下，转化为简单无机物,(H,2,O,；,CO,2,等,),并释放出能量过程。,第15页,一、碳水化合物矿质化,多糖,单糖,CO,2,+H,2,O+heat(,多）好气条件下,有机酸,heat,（少）半嫌气条件,CH,4,、,H,2,、,H,2,S+heat,（极少）嫌气,水解酶作用,己糖,淀粉,半纤维素,纤维素；,糖类物质分解是土壤中生物物活动主要能源（生物热）,。（,45,千卡热,/g,有机物）,第16页,危害：,在低温、嫌气条件下,有机酸变为,CO,2,和,H,2,O,过程受到妨碍,产生有机酸累积,从而造成植物根系萎缩、腐烂。,如：,甲酸,3.210,-3,M,、乙酸,4.610,-3,M,、正丁酸,710,-4,M,，,就会对植物根系产生较严重危害。,处理方法：,排水晒田、施草木灰（中和酸、补充,K,素）,有机肥施用前进行堆沤。,第17页,蛋白质,多肽,氨基酸,氨,NH,3,硝酸根,NO,3,-,蛋白酶,肽酶,氨化细菌,硝化细菌,水解作用,（,hydrolyzation),氨化作用（,ammonification),硝化作用（,nitrification),任何条件下,好气,条件下,二、含氮化合物矿质化,同化吸收,第18页,N,素生物固定或有效化过程与有机物,C/N,比亲密相关,:,C/N,25,时，产生,N,素生物固定,C/N,25,时，产生,N,素有效化。,豆科绿肥（三叶草等）,C/N,小，施入土壤后能提供,N,素（,N,素有效化）。,禾本科作物秸秆,C/N,大，直接还田易造成,M,与作物争夺,N,素，造成,N,素生物固定。,秸秆还田应配施化学,N,肥：普通亩施秸秆,300,400kg,，需要配施化学纯,N 3,4kg,。,第19页,含磷和硫,化合物分解,正磷酸盐,H,2,PO,4,-,、,HPO,4,=,、,PO,4,+3,、,正硫酸盐,HSO,4,-,、,SO,4,=,好气条件,偏磷酸盐和次磷酸盐,H,3,PO,3,、,H,3,PO,2,、,H,3,PO,4,正硫酸盐、,H,2,S,(,黑根、毒害）,嫌气条件,三、含磷和硫化合物分解,第20页,四、植物残体,(dead plant part),分解和转化,可溶性有机化合物以及部分类似有机物进入土壤后,头几个月,很快矿化。残留在土壤中木质素、蜡质以及第一阶段未被矿化植物残体碳相对迟缓分解。,五、土壤腐殖物质,(,humic substances),分解和转化,腐殖质经过,物理化学作用,和,生物降解,，使其芳香结构关键与其复合简单有机物,分离,，或是整个复合体,解体,。,释放简单有机物质被分解（矿化）、转化，酚类聚合物被氧化。被释放芳香族化合物（如酚类）参加新腐殖质形成。,第21页,有机质矿化率：,土壤有机质每年矿质化作用损失量占土壤有机质总量百分数。,矿化率普通在,1%,3%,。,因为土壤有机质矿化率与有机氮矿化率同时，因而可经过测定土壤有机氮矿化率来代表有机质矿化率。,有机质矿化结果,：,为植物和土壤微生物提供养分及活动能量；为合成腐殖质提供物质能源。,第22页,六、影响土壤有机质转化原因,1,、植物有机残体特征（内在性质）,(1),物理状态：,多汁、幼嫩残体，粉碎残体易于分解（秸秆还田注意粉碎）。,(2),化学性质（有机组分）,糖类、淀粉、蛋白质等易分解；木质素、纤维素、脂蜡质、单宁等难分解；半纤维素、果胶介于中间。,富含蛋白质残体利于矿化；富含木质素残体利于生成腐殖物质。,使用富含木质素有机肥，生成腐殖质较多，改土效果好（猪粪与牛粪改土区分）。,第23页,猪粪：,猪粪质地较细密，氨化细菌较多，,易分解，肥效快，利于形成腐殖质，改土作用好,。猪粪肥性柔和，后劲足，属温性肥料。适于各种农作物和土壤、腐熟后猪粪可用于稻田，也可用于旱土，,可作基肥使用，也可作追肥使用,。,牛粪：,牛粪质地细密，含水量高，,通气性差，腐熟迟缓，肥效迟缓,，发酵温度低，属冷性肥料。为加速分解，可将鲜牛粪稍加晒干，再加马粪或羊粪混合堆沤，可得疏松优质肥料。如混入钙镁磷肥或磷矿粉，肥料质量更高。牛粪中碳素含量高、氮素含量低，,碳氮比大,，施用时要注意配合使用速效氮肥。,牛粪普通只作基肥使用,。,第24页,(3),植物残体碳氮比（,C/N,）,土壤微生物,C/N,比值平均为,8:1,，即吸收,1,份,N,需要,8,份,C,，但微生物代谢,C,只有,1/3,进入微生物细胞，其余以,CO,2,释放所以，微生物同化,1,份,N,到体内，须要约,24,份,C,。,当有机残体,C/N,25:1,时，其,N,源不足，须从土壤中吸收无机,N,来补充（氮生物固定），造成与植物对,N,源暂时性竞争，有机质分解慢。,当有机质,C/N,降至,25:1,以下，分解加紧，同时释放出无机,N,。,第25页,植物残体,C/N,改变大，禾本科秸杆,C/N,多大于,30:1,。施用水稻、玉米、麦类等高,C/N,秸杆，分解早期应防止氮“生物固定”。方法是：,1,）,堆腐一段时期再施用,；,2,）,配施适量氮化肥,（普通秸杆,300-400kg/mu,，配施,N 3-4kg/,亩）,。,氮原因值：,100,克有机质分解时固定无机氮克数。,第26页,激发作用*,（,Priming effect),：,土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有机质降解，这种矿化作用称之,激发作用,。,激发效应能够是,正,、,也能够是,负。,第27页,2.,土壤环境条件（微生物活动条件）,(1),土壤温度,(temperature),25,35,条件下，,M,活动最为旺盛，利于,OM,矿质化分解，提供作物所需养分。,(2),土壤湿度和通气情况,(soil humidity and aeration status),要求水分充分而通气良好。,水少气多,:,好气,M,活动旺盛,OM,矿质化分解,释放养分,水多气少,:,嫌气,M,活动受抑制,OM,腐殖化合成腐殖质,第28页,最适水气情况为：即田间持水量,60,80%,，,按土水势,-300,-1000hPa,（百帕）或,mbar,（毫巴）。,干湿交替,(wetting and drying cycle),有利于有机质分解与转化。,(3),土壤,pH,细菌最适,pH 6.5,7.5,，放线菌稍高，真菌较低。,pH,低于,5.5,，高于,8.5,，普通微生物都不太适宜。,(4),质地,：质地愈粘重，愈难分解，腐殖化系数愈高。,(5),其它条件,：土壤盐浓度低于,0.2%,，无重金属污染等。,第29页,第三节 土壤腐殖物质形成和性质,第30页,一、土壤腐殖质形成,（一）腐殖化作用,(humification),腐殖质,(humus),：土壤腐殖质是土壤中一类性质稳定，成份、结构极其复杂高分子化合物。,腐殖化作用,(humification),：进入土壤中有机质,又重新合成,腐殖质过程。,腐殖化过程也就是有机碳从一个有机碳形式转化为另一个有机碳形式，也叫,有机碳周转,。它是一个极端复杂生物过程。,第31页,土壤腐殖质形成路径,第32页,（二）土壤腐殖化过程,-,腐殖质形成过程（假说阶段）,腐殖化过程是以微生物为主导生物和生化过程，还有一些纯化学过程。,有机质形成份为两个阶段：,第33页,第一阶段：,分解阶段,：,有机残体降解产生,产生了合成腐殖质,原始材料,：,（,1,）芳香核：主要由,木质素降解所产生,。,酚类氧化成醌所产生。,（,2,）支链化合物：一些含氮有机化合物，如氨基酸、肽类等。,第二阶段：,合成阶段,：将分解转化基本材料在微生物作用下经过缩合和聚合合成结构复杂腐殖质。,多元酚理论,（较为盛行）,第34页,第35页,（三）,腐殖化系数,（,humification coecient,）：单位重量,有机碳,在土壤中,分解一年后残留碳量,。与有机残体,木质素,含量呈正相关。,土壤腐殖物质分解速率小，周转速度慢（年周转量为,1.1%,），从而能较长时间维持土壤有机质水平。,富里酸（,Fulvic acid,）,C14,年纪,0,500,年；,胡敏酸（,Humic acid,）,C14,年纪,1000,2500,年；,胡敏素（,Humin,）平均,C14,年纪在,1000,年以上。,第36页,二、土壤腐殖质,-,粘土矿物复合体,游离态 极少,结合态,占绝大多数,腐殖质,有机质与粘粒矿物和阳离子结合，形成,有机无机复合体,；,52-98%,土壤有机质集中在粘粒部分,。,第37页,粘土矿物,-,腐殖质复合体,第38页,土壤,用稀碱,（,NaOH,）,去除了动植物,残体细土样,溶液,（腐殖酸）,Humic acids,黑色残余物,黑腐素,（胡敏素）,humin,酸化,（,HCl,）,黄色溶液,（黄腐酸、富啡酸,富里酸）,Fulvic acid,，,FA,褐色沉淀,褐腐酸,胡敏酸,humic acid,，,HA,用乙醇,溶解,溶解,吉玛多,美朗酸,碱溶后加电解质,NaCL,沉淀,灰色腐殖酸,溶液,棕色腐殖酸,水浮选、手挑、静,电吸附或采取比重,1.8,或,2.0,重液浮选,（轻组）,三、土壤腐殖酸分组,第39页,四、土壤腐殖酸性质,1.,物理性质,(physical property),(1),分子量、形状、颜色,A,、,分子量,：,很大，几至几百万。分子量大小与单体和聚合度相关。,Humin HA FA,。,B,、,形状,：,短棒形，,疏松多孔，似海棉,；比表面积远比粘土矿物和金属氧化物大。,C,、,颜色,：,分子量愈大，颜色愈深（,HA,分子量大，褐色；,FA,分子量小，呈淡黄色）,第40页,A,、,溶解性,(dissolution),FA:,水,（呈强酸性反应）、,酸、碱都可溶,（它一切盐类都能溶于水）,；,HA:,水和酸不溶，碱可溶（一价金属离子盐类易溶于水，两价离子盐类难溶于水，三价离子盐类不溶于水）；,humin:,水、酸、碱都不溶。,(2),溶解性与吸水性,B,、,吸水性,亲水胶体,，吸水能力是硅酸盐粘土矿物,4-5,倍，最大吸水量可达其重量,500%,。,第41页,2.,化学性质,(chemical property),(1),元素组成,(elementary composition),C,、,H,、,O,、,N,、,P,、,S,为主，,及少许,Ca,、,Mg,、,Fe,、,Si,等灰分。,含,C,量为,55,60%,，平均,58%,，,100/58,1.724,（试验测定土壤有机质时，测出含,C,量后,1.724,即得土壤有机质含量,OM%,C%1.724,）,C:N:P:S,100:10:1:1,120:10:1:1,(C/N,为,10:1,12:1),第42页,(2),功效团,(functional group),含有,羧基,、醇羟基、羰基、醇基、氨基,及酚羟基等各种功效团,功效团解离造成腐殖酸带电。如：,R,COOH,R,COO,H,R,OH R,O,H,腐殖酸总酸度：羧基和酚羟基总量。总酸度越大，分子活性越强。普通较高总酸度意味着有较高阳离子交换量和络合容量。,第43页,(3),带电性,因为含各种官能团，官能团发生解离，在普通土壤,pH,条件下带负电荷，从而可吸附其它阳离子（,有机质保肥性机制所在,）。,腐殖酸阳离子吸附量,500,1200cmol(+)/kg,，远高于硅酸盐粘土矿物。,(4),腐殖酸具弱酸特征,能,缓冲酸、碱；,与,Ca,2+,、,Fe,3+,、,Al,3+,及铁、铝氧化物,络合（螯合）,形成复合体。,第44页,3.,分子结构特征,(character of molecular structure),由,脂肪族,和,芳香族,结构组成份聚合而成，分子结构极其复杂,有机高分子化合物,。,单体中有芳核结构物质，芳核上有各种取代基。,4.,腐殖酸络合性,络合物稳定性随,pH,值升高而增大。,在,Ph4.8,时能与,Fe,、,Al,、,Ca,等离子形成可溶性络合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。,第45页,5.,腐殖质稳定性与变异性,（,1,）稳定性,在温带条件下，普通植物残体,半分解周期,少于,3,个月，植物残体形成新有机质,半分解期,为,4.7-9,年，而胡敏酸,平均停留,时间为,780-3000,年，富里酸,平均停留,为,200-630,年。,第46页,（,2,）腐殖质变异性,HA/FA,值*,：,表示胡敏酸与富里酸含量比值。是表示土壤腐殖质成份变异指标之一,。,普通我国,北方,土壤，尤其干旱区与半干旱区土壤腐殖质以胡敏酸为主，,HA/FA,比大于,1.0,而在温暖潮湿,南方,酸性土壤中，土壤中以富里酸为主，,HA/FA,比普通小于,1,.,在同一地域，,水稻土,腐殖质,HA/FA,比,大于旱地。,在同一地域，,熟化程度高,土壤,HA/FA,比较高。,第47页,第四节 土壤有机质作用及管理,（一）提供植物养分,有机质,养分完全，,是植物吸收,C,、,N,、,P,、,S,和微量元素主要起源，,且,肥效稳而持久,。,土壤每年释放,CO,2,达,1.3510,11,吨，相当于陆地植物需要量；,植物所需养分中,N 95%,以上，,P 20-50%,，,S 38-94%,是由有机质分解供给,促进有机物质矿质化。,其它营养：,K,、,Na,、,Ca,、,Mg,、,S,、,Fe,、,Si,等营养元素。,一、土壤有机质在土壤肥力方面作用,第48页,（二）促进养分有效化,(effectuation),OM,矿质化和腐殖化过程中产生,有机酸和腐殖酸，,增加土壤中矿质养分溶解度；,有机酸和富啡酸,络合,一些金属离子（如,Fe,），使其保留于土壤溶液中不致沉淀，而提升其有效度。同时,降低金属离子对,P,固定，提升,P,有效性。,经过络合，减轻强酸性土铁、铝毒害。,第49页,（三）改进土壤肥力特征,1,、物理性质,：,促进良好结构体形成,(,胶结剂,-,胡敏酸,多糖）,降低土壤粘性、粘着性、胀缩性和可塑性，改进土壤耕性；,降低土壤砂性，提升保蓄性；,促进土壤升温。机理以下,1.,进入土壤植物组织，每千克干物质大约有,16.745220.9320KJ,热。含有机,4%,土壤每英亩耕层土壤有机物质潜能为,6.2810,9,6.988810,9,KJ;,相当于,2050,吨无烟煤热量。（土壤参加了能量传递）应用实例：保护地蔬菜育秧和越冬,2.,腐殖质黑色有利于吸热增温,3.,导热性较大,第50页,2,、化学性质,（,1,）影响土壤表面性质,（,2,）影响土壤电荷性质,可变电荷,（,3,）影响土壤,保肥性,（,4,）影响土壤,络合性质,（,5,）影响土壤,缓冲性,（弱酸和弱酸盐）,第51页,3,、生物性质,（,1,）,影响根系生长,（,2,）影响植物抗旱性,(,增强了细胞渗透性和刺激根系下扎）,（,3,）影响植物物质合成与运输,（,4,）药用作用。,不良作用：有机物质分解中间产物如各种有机酸毒害问题应该注意,第52页,二、有机质在生态环境上作用,（一）有机质对重金属污染影响,(1),络合作用,形成不溶性螯合物，阻滞其在土壤中迁移和向水体转移，减轻重金属,(heavy,metal),污染。比如，胡敏酸对金属离子键合总容量为,200,600mol/g,。,(2),腐殖酸经过,络合和还原作用,影响重金属离子存在形态。胡敏酸将有毒,Cr,6+,还原为,Cr,3+,，并与之形成稳定螯合物而限制动植物对其吸收。,(3),腐殖酸对矿物有一定,溶解作用,。,第53页,（二）有机质对农药等有机污染物固定作用,腐殖质中腐殖酸可,溶解、吸附,农药，如,DDT,易溶于,HA,；,富啡酸能增加农药从土壤向地下水迁移。从而降低或消除农药残留及毒害,(toxicity of pesticide residue),第54页,（三）土壤有机质对全球碳平衡影响,土壤有机质是全球碳平衡,主要碳库,。全球土壤有机质总碳量大约是陆地生物总碳量,2.5,3,倍。,每年土壤有机质生物分解（呼吸作用）向大气释放,CO,2,总碳量远远高于焚烧燃料释放碳量。,土壤有机质水平不停下降，对全球气候改变影响将不亚于人类活动向大气排放,CO,2,影响。,（四）对环境不良影响,还原气体产生,CH,4,、,H,2,S,等,第55页,第56页,一个碳原子旅程,据,Garrels,等（,1975),计算：,在大气圈中停留,4,年；,在生物圈中停留,11,年；,在海洋上层水域停留,385,年；,在深海中停留,10,万年；,在地壳中停留,3.4210,8,第57页,三、土壤有机质管理,土壤有机质（碳）动态平衡,土壤有机质含量并非能够无限提升，在稳定生态系统中最终到达一个稳定值。,第58页,$,怎样提升土壤有机质含量？,1,、坚持两个标准,平衡标准,经济标准,2.,提升有机质含量办法,（,1),合理耕作制度（退化或熟化）,合理耕作制度可促进土壤有机质含量提升并维持较高水平。,第59页,主要有机肥源包含：,绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼肥、河泥、塘泥,、,有机、无机肥料配合施用,（,2,）施用有机肥,（,3,）种植绿肥 田菁 紫云英 紫花苜蓿等,休闲绿肥、套作绿肥,养用结合：因地制宜、充分用地、主动养地、养用结合,第60页,（,4,）秸秆还田,要注意秸秆,C/N,比、破碎度、埋压深度以及土壤墒情、,播种期远近、化肥施用量等,第61页,第62页,第63页,什么叫有机农业？,欧洲把有机农业描述为，一个经过使用有机肥料和适当耕作和养殖办法，以到达提升土壤长期有效肥力系统。有机农业生产中依然能够使用有限矿物物质，但不允许使用化学肥料。经过自然方法而不是经过化学物质控制杂草和病虫害。,“有机农业”是指遵照有机农业生产指标，在生产中不采取基因工程取得生物及其产物，不使用化学合成农药、化肥、生长调整剂、饲料添加剂等物质，而是遵照自然规律和生物学原理，协调种植业和养殖业平衡，采取一系列可连续发展农业技术，维持连续稳定农业生产过程。,第64页,(,一,),基本概念,(,二）问答题,1.,土壤有机质,2.,土壤腐殖质、腐殖酸,3.,矿化作用,4.,腐殖化作用,7.,腐殖化系数,8.C/N,1.,什么叫土壤有机质,?,包含哪些形态,?,其中哪种最主要,?,2.,增加土壤有机质方法有哪些,?,你认为最有效是哪种,?,3.,叙述土壤有机质在土壤肥力上意义和作用,?,4.,水田腐殖质含量普通比旱地高,?,为何,?,5.,影响土壤有机质转化条件是什么,?,其中最主要条件是哪一个,?,为何,?,6,C/N,意义,第65页,重点掌握,掌握土壤有机质与土壤腐殖质概念，二者有何异同。,掌握碳水化合物、含,N,化合物转化过程及产物，重点掌握影响转化原因中,C/N,详细内容和基本原理。,掌握土壤有机质对土壤肥力、农作物产量、品质以及环境保护所产生影响。,了解提升土壤有机质标准和路径，以及为何一再强调增施有机肥，以培肥土壤科学道理。,第66页,第五节 土壤生物,(,Soil Organism),微生物,微生物与植物共生体,原生动物,大型动物,土壤生物种类,第67页,一、土壤微生物,土壤微生物,(soil microorganisms),是指生活,在土壤中借用光学显微镜才能看到微小生物。土壤微生物参加土壤物质转化过程，在土壤形成和发育、土壤肥力演变、养分有效化和有毒物质降解等方面起着主要作用。,1,3,2,4,图,1,：古细菌（产甲烷菌）图,2,：细菌（金黄色葡萄球菌）图,3,：真菌（青霉菌）图,4,：病毒（,T4,噬菌体）,第68页,（一）土壤微生物种群类型,节杆菌属（,Arthrobacter,）,芽孢杆菌属（,Bacillus,）,假单胞菌属（,Pseudomonas,）,土壤杆菌属（,Agrobacterium,）,产碱杆菌属（,Alcaligenes,）,黄杆菌属（,Flavobacterium,）,1.,原核微生物(,procaryotes,),(1),古细菌(,archaea,),(2),细菌(,bacteria,),第69页,(3),放线菌(,actinomyces),(4),蓝细菌（,Cyanobacterium,）是光合微生物，行光能无机营养，过去称为蓝（绿）藻，因为原核特征现改称为蓝细菌，与真核藻类区分开来。,(5),粘细菌(,myxomycota),第70页,土壤细菌,土壤细菌是一类单细胞、无完整细胞核生物。它占土壤微生物总数,70%-90%,。,细菌基本形态有：,球状、杆状,和,螺旋状。,土壤细菌常见属有：节杆菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、土壤杆菌属、产碱杆菌属和黄杆菌属。,第71页,土壤中细菌生理群：,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,22-30,，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，包含热纤梭菌、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,60-65,，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显著减弱,；,纤维分解细菌活动也受到分解物料,C/N,影响。,C/N,第72页,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作用。,固氮菌,根瘤菌,与豆科植物共生固氮作用最为主要。,第73页,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,第74页,氨化细菌,微生物分解含氮有机化合物释放氨过程称为,氨化过程,含氮有机,化合物,多肽、氨基酸等,简单含氮化合物,NH,3,生态习性：,最适土壤含水量,为田间持水量,50%75%,；,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影响,第75页,硝化细菌,微生物氧化氨为硝酸并从中取得能量过程称为,硝化过程,生态习性：,属化能无机营养型，适宜在,pH6.68.8,或更高范围内,生活；好气性细菌；最适温度为,30,。,NH,3,亚硝酸,亚硝酸细菌,硝酸,硝酸细菌,参加硝化过程土壤,微生物为,硝化细菌,第76页,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,。,由微生物推进,氮素循环,第77页,2.,真核微生物(,eukaryotic microorganisms),真菌(,eumycota),藻类,(alga),地衣,(,lichens,),3.,非细胞型生物即分子生物,病毒(,virus),第78页,土壤真菌,土壤真菌：,是指生活在土壤中菌体多呈分枝丝状菌丝体，少数菌丝不发达或缺乏菌丝具真正细胞核一类微生物。,生态习性：,适宜酸性；好气性微生物；化能有机营养型。,作用：,是土壤中糖类、纤维类、果胶和木质素等含碳物质分解,主动参加者。,主要土壤真菌：,分布最广是青霉属、曲霉属、木霉属、镰刀菌属、毛霉属和根霉属。,第79页,土壤藻类,土壤藻类,是指土壤中一类单细胞或多细胞、含有各种色素低等植物。,苏州市河道里蓝藻,巢湖里蓝藻,第80页,藻类是含叶绿素低等植物，有些能进行光合作用，本身合成有机质，它们主要生活在土壤表层。,地表藻类能够和土壤颗粒粘结在一起，增加土壤表面强度，可使土壤侵蚀显著减轻。,另外蓝绿藻可固定,N,素。,第81页,土壤中藻类主要是,绿藻,和,硅藻,。,土壤藻类,是土壤生物先行者，可经过光能自养能力。成为土壤上最先有机物质制造者之一。荒地和干燥沙漠土壤中腐殖质多来自土壤藻类。,依据藻类生长情况，可判断出,土壤肥力情况和性质。,第82页,地衣,(lichen),是真菌和藻类形成不可分离,共生体,。,地衣广泛分布在荒凉岩石、土壤和其它物体表面，地衣通常是裸露岩石和土壤母质最早定居者。,地 衣,第83页,（二）土壤微生物营养类型,依据微生物对,营养和能源要求,，普通可将其分为四大类型：,化能有机营养型,(chemoorganotrophy),化能无机营养型,(chemolithotrophy),光能有机营养型,(photoorganotrophy),光能无机营养型,(photolithotrophy),化能异养型，,所需能量和碳源直接来自土壤有机物质。,化能自养型，,无需现成有机物质，能直接利用空气中二氧化碳或无机盐类生存细菌。,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。,光能自养型，,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。,第84页,(,三,),土壤微生物呼吸类型,依据土壤微生物对氧气要求不一样，可分为：,好氧微生物,有氧呼吸,在有氧环境中生长，以氧分子为呼吸基质氧化时最终电子受体,兼性微生物,兼,氧呼吸,在有氧和无氧环境中均能进行呼吸土壤微生物（酵母菌、大肠杆菌）,厌氧微生物,无氧呼吸,在嫌气条件下进行无氧呼吸，以无机氧化物（,NO,3,-,、,SO,4,2-,、,CO,2,）作为最终电子受体，经过脱氧酶将氢传递给其它有机或无机化合物，并使之还原,第85页,（四）影响土壤微生物活性环境原因,温度是影响微生物生长和代谢最主要环境原因。微生物生长需要一定温度，温度超出最低和最高程度时，即停顿生长或死亡。,最适温度、最高限、最低限,中温型、高温型、低温型,1.,温度,第86页,水是微生物细胞生命活动基本条件之一。水分对微生物影响不但决定它含量，更主要决定水有效性。水分微生物有效性，用水活度（,a,）表示。,2.,水分及其有效性,第87页,酸碱度（,pH,值）对微生物生命活动有很大影响。每种微生物都有其最适宜,pH,值和一定,pH,值适应范围。大多数细菌、藻类和原生动物最适宜,pH,值为,6.5-7.5,，在,pH4.0-10.0,也能够生长。,嗜酸菌、嗜碱菌,3.pH,第88页,通气情况或氧化还原电位（,Eh,值）高低对微生物生长有一定影响。所以，结构良好、通气旱作土壤中有较丰富好氧性微生物生长发育。,4.,氧气和,Eh,值,第89页,土壤中微生物按照起源不一样可分为：,土居性,(,土生土长,),和客居性,(,外来,),两种类型。,土居性微生物,(,edaphon),因为长久生活在土壤中，对土壤环境有较强适应性，当土壤环境变恶劣时，能存活下来，环境好转时又重新繁殖。,5.,生物原因,第90页,6.,土壤管理办法,常规耕作、覆盖减耕和免耕(,zero tillage,),等耕作办法对土壤微生物影响程度是不一样。,a,土壤耕作,(,soil tillage,),大田施用除草剂,(,herbicide,),和叶面杀虫剂,(,insecticide,),剂量极少会使土壤到达足以直接伤害土壤微生物。,b,杀生剂和其它化学制剂,(,chemicals,),第91页,二、植物根系及其与微生物联合,植物根系经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：,首先对土壤养分循环、土壤腐殖质积累和土壤结构改良起着主要作用；,另首先作为微生物营养物质，大大刺激了根系周围土壤微生物生长，使根周围土壤微生物数量显著增加。,第92页,植物根系形态,高等植物根是生长在地下营养器官，单株植物全部根总称为根系。林木根系有不一样形态，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,第93页,根际与根际效应,根际,(rhizosphere),是指植物根系直接影响土壤范围。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区域是距活性根,1-4,毫米土壤和根表面及共其粘附土壤（也称根面）。,采集根际土壤惯用方法：,将植物连根带土挖掘出来，抖掉根上大土块，,将紧贴于根上薄层土壤剥或洗下来,。,重点掌握,第94页,根际效应,(rhizosphere effect),：,因为植物根系细胞组织脱落物和,根系分泌物为根际微生物提供了丰富营养和能量，所以，在植物,根际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,微生物是指植物根系直接影响范围内土壤微生物。,数量：,总来说，根际微生物数量多于根外,类群：,因为受到根系选择性影响，根际微生物种类通常要比根外少,什么是根际效应？,根系生命活动产生,根与根之间相互作用,根与微生物间相互作用,第95页,左：供,NH,4,+,使根际,pH,降低，供,NO,3,-,使根际,pH,升高,右：三叶草固,N,时根际,pH,发生改变,第96页,缺 铁,第97页,根还原作用使根际,Mn,变为低价（白色）,水稻根际,Eh,升高，,Fe,被氧化为红色,(,锈纹锈斑,),第98页,根系分隔,根系交叉,0.5 mmol NO,3,-,/L,第99页,根系交叉,根系分隔,第100页,Cortr.,+VAM,+Rhiz,+VAM,+Rhiz,根,/,冠,1.67 1.75 1.72 1.07,根瘤量 固氮酶活性,第101页,对照,VAM,固氮细菌,VAM真菌,固氮细菌,562,827,685,1217,引自：S.Mohamdes Plant 80:1 98,295-297,1987,单独和双接种VAM真菌和固氮细菌,对番茄生长影响（田间试验）,处理,叶面积,(cm,2,),茎叶干重,(g/株),茎叶含,氮量,(%),茎叶含,磷量,(%),产量,(g/小区),6.4,9.14,10.5,12.2,2.8,2.98,3.56,3.56,0.31,0.35,0.31,0.37,9894,11538,10911,11775,VAM:Glomas fasiculatum,固氮菌：,Azobacter vinelandij,第102页,菌 根,菌根,(mycorrhiza),：,是指一些真菌侵染植物根系形成共生体。已发觉有菌根植物有二千各种，其中木本植物数量最多。,菌根真菌与植物,共生特点,外生菌根,内生菌根,内外生菌根,第103页,第104页,菌根对寄主植物作用主要有：,扩大了寄主植物根吸收范围，作用最显著是提升了植物对磷吸收,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，促进了植物根系生长，促进植物体内水分运输，增强植物抗旱性能,增强植物对重金属毒害抗性，缓解农药对植物毒害,促进共生固氮,第105页,土壤生物学性质改良,对于园林土壤来讲，不良生物学性质，包含,生物活性低下以及有害生物过多,两种情况。,生物活性低原因,，主要是有机质和矿质营养缺乏，另外还与土壤物理性质不良相关。,改良路径,：关键是增加有机质含量，,增施有机肥,；,疏松土壤,、使土壤有良好水气热情况；,接种有益微生物或施用微生物肥料,。,第106页,处理方法：,土壤消毒。,对于绿地，在播种或移栽前要对土壤进行消毒，可杀灭有害病原微生物、害虫和杂草种子。对于温室大棚，需年年消毒。,高温消毒：,在土壤中埋设导管，将土壤密封好，通入热蒸汽，温度在,80100,时，,10,分钟可完成消毒。,药品消毒：,福尔马林、溴甲烷、硫酰氟、硫酸亚铁等。,土壤有害生物多，可引发严重病虫害。,第107页,三、土壤动物,土壤动物（,soil zoon,）,指长久或一生中大部分时间生活在土壤或地表凋谢物层中动物。,它们直接或间接地参加土壤中物质和能量转化，是土壤生态系统中不可分割组成部分。,第108页,作用,1,、破碎土壤中生物残体，为微生物活动和有机物质深入分解创造条件,2,、改变土壤物理、化学以及生物学性质，对土壤形成及土壤肥力发展起着主要作用,第109页,土壤动物分类,系统分类,主要土壤动物门类见表,按体型大小分类