土壤生物公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学第三章土壤生物第三章土壤生物SOIL ORGANISMS第1页第1页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学 土土壤壤生生物物活活性性(biological activity)和和肥肥力力直直接接或或间间接接地地与与土土壤壤生生物物相相关关。土土壤壤生生物物是是土土壤壤含含有有生生命命力力主主要要成成份份，在在土土壤壤形形成成(soil formation)和和发发育育过过程程(development process)中中起起主主导导作作用用(the leading effects)。也也是是评评价价土土壤壤质质量量(soil quality)和健康情况和健康情况(health level)主要指标之一。主要指标之一。本章重点阐述土壤微生物多样性及其功效。第2页第2页土壤生物：是土壤中含有生命力主要构成土壤生物：是土壤中含有生命力主要构成部分，主要包括土壤微生物、土壤动物、部分，主要包括土壤微生物、土壤动物、高等植物根系。高等植物根系。土壤特有各种条件有助于微生物和生存，土壤特有各种条件有助于微生物和生存，形成奇特食物网。形成奇特食物网。第3页第3页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学第一节第一节 土壤生物构成土壤生物构成 第4页第4页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学第5页第5页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学按其功效分类按其功效分类 Classification according to their functions生产者生产者Producers:plantsfix C from atmospheric CO2 during photosynthesis.消费者消费者Consumers:feed on plants and other organisms.分解者分解者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.寄生者寄生者Parasites按照能量起源：自养型按照能量起源：自养型 异养型异养型第6页第6页 土壤中微生物分布广、数量大、种类多，土壤中微生物分布广、数量大、种类多，是土壤生物中最活跃部分。它们参与土壤有是土壤生物中最活跃部分。它们参与土壤有机质分解，腐殖质合成，养分转化和推动土机质分解，腐殖质合成，养分转化和推动土壤发育和形成。壤发育和形成。一、土壤微生物一、土壤微生物（一）土壤微生物种群（一）土壤微生物种群(micro-organism)1 1公斤土壤可含公斤土壤可含5 5亿个细菌亿个细菌,100,100亿个放线亿个放线菌和近菌和近1010亿个真菌，亿个真菌，5 5亿个微小动物。亿个微小动物。第7页第7页土壤中食物链关系土壤中食物链关系第8页第8页节杆菌属（节杆菌属（Arthrobacter）芽孢杆菌属（芽孢杆菌属（Bacillus）假单胞菌属（假单胞菌属（Pseudomonas）土壤杆菌属（土壤杆菌属（Agrobacterium）产碱杆菌属（产碱杆菌属（Alcaligenes）黄杆菌属（黄杆菌属（Flavobacterium）原核微生物原核微生物(procaryotes)1 1古细菌古细菌(archaea)极端环境特殊基因库p甲烷产生菌甲烷产生菌p极端嗜酸热菌极端嗜酸热菌p极端嗜盐菌极端嗜盐菌2 2细菌细菌(bacteria)（7090%7090%）第9页第9页BACTERIA 细菌细菌个体微小，个体微小，1 1微米左右微米左右1mm=1000um1um=1000nm第10页第10页形状多为棒状形状多为棒状或或杆状杆状Bacteria 细菌细菌第11页第11页土壤细菌数量很大（占土壤微生物总数土壤细菌数量很大（占土壤微生物总数70-70-90%90%），但生物量不大。），但生物量不大。代谢强、繁殖快。代谢强、繁殖快。土壤中最活跃原因Bacteria 细菌细菌第12页第12页土壤中细菌作用土壤中细菌作用分解有机质分解有机质参与碳循环、氮循环参与碳循环、氮循环改进土壤结构改进土壤结构净化土壤净化土壤病害病害第13页第13页p根瘤菌根瘤菌固氮细菌固氮细菌p苜蓿根毛尖上根瘤菌苜蓿根毛尖上根瘤菌Bacteria 细菌细菌第14页第14页3 3放线菌放线菌(actinomyces)p以孢子或菌丝片断存在，细胞数以孢子或菌丝片断存在，细胞数10104 4-10-106 6/g/g土。土。p肥土比廋土多，耕地比林地多，春秋季比夏冬季肥土比廋土多，耕地比林地多，春秋季比夏冬季多。多。p最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好土壤中，最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好土壤中，转化土壤有机质。转化土壤有机质。第15页第15页ACTINOMYCETES 放线菌放线菌第16页第16页4 4蓝细菌蓝细菌（Cyanobacterium）是是光光合合微微生生物物，行行光光能能无无机机营营养养，过过去去称称为为蓝蓝（绿绿）藻藻，由于原核特性现改称为蓝细菌，与真核藻类区别开来。由于原核特性现改称为蓝细菌，与真核藻类区别开来。5 5粘细菌粘细菌(myxomycota)土壤中数量不多，施有机肥土壤中常见，是已知最高级土壤中数量不多，施有机肥土壤中常见，是已知最高级原核生物，具备形成子实体和粘孢子形态发生过程。原核生物，具备形成子实体和粘孢子形态发生过程。第17页第17页真菌真菌(fungusfungus/eumycota)藻类藻类(alga)地衣地衣(lichen)真核微生物真核微生物(Eukaryotic microorganisms)森林土壤和酸性土壤中占优势森林土壤和酸性土壤中占优势单细胞或多细胞真核原生生物单细胞或多细胞真核原生生物硅藻、绿藻、黄藻硅藻、绿藻、黄藻土壤生物先行者土壤生物先行者真菌和藻类形成不可分离共生体真菌和藻类形成不可分离共生体在土壤发生早期起主要作用在土壤发生早期起主要作用第18页第18页FUNGUS 真菌真菌酵母菌酵母菌p蘑菇蘑菇p霉菌霉菌p菌根菌根第19页第19页ALGA 藻类藻类第20页第20页非细胞型生物即分子生物分子生物病毒(virus)l一个活细胞内寄生物，超显微非细胞生物，一个活细胞内寄生物，超显微非细胞生物，只是一个核酸。只是一个核酸。l靠其宿主代谢系统帮助复制核酸，合成蛋靠其宿主代谢系统帮助复制核酸，合成蛋白质等组分，然后再装配而得以繁殖。白质等组分，然后再装配而得以繁殖。l离体条件下，以无生命化学大分子状态长离体条件下，以无生命化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性。期存在并保持其侵染活性。第21页第21页（二）土壤微生物指标及其表征（二）土壤微生物指标及其表征采用老式办法可培养土壤微生物只占总数采用老式办法可培养土壤微生物只占总数一小部分，因此现在往往通过生物化学、一小部分，因此现在往往通过生物化学、分子生物学等技术来分析土壤微生物数量、分子生物学等技术来分析土壤微生物数量、群落结构及活性。群落结构及活性。最常见指标有：最常见指标有：土壤微生物量、土壤微生土壤微生物量、土壤微生物多样性、土壤酶。物多样性、土壤酶。第22页第22页第23页第23页第24页第24页1 土壤微生物量土壤微生物量 普通用微生物碳量表示。普通用微生物碳量表示。微生物氮、磷、硫。微生物氮、磷、硫。常见分析办法：成份分析法、底物诱导法、常见分析办法：成份分析法、底物诱导法、熏蒸法。熏蒸法。2 土壤微生物多样性土壤微生物多样性3 土壤酶土壤酶第25页第25页二、土壤动物第26页第26页四川农业大学资源环境学院土 壤 学1 1 原生动物原生动物(protozoa)原生动物在土壤中作用有：原生动物在土壤中作用有：调整细菌数量增进一些土壤生物活性参与土壤植物残体分解 单细胞单细胞真核生物（简称原虫）。真核生物（简称原虫）。结构简朴，结构简朴，数量多、分布广。表土多，底土少。数量多、分布广。表土多，底土少。第27页第27页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学纤毛虫纤毛虫细菌和小鞭毛虫细菌和小鞭毛虫为食为食p变形虫变形虫动、植物碎屑动、植物碎屑为食为食p鞭毛虫鞭毛虫取食细菌取食细菌第28页第28页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学2 2 后生动物后生动物(metazoan)一、土壤生物类型多样性 后生动物由小土居性多细胞动物，主要包括线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫等混合构成。第29页第29页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学NEMATODES IN SOILS土壤中线虫土壤中线虫第30页第30页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学SPRINGTAILS IN SOILS土壤中节肢动物土壤中节肢动物第31页第31页三、土壤中植物根系三、土壤中植物根系高等植物根系只占土壤体积高等植物根系只占土壤体积1%,但其呼吸作但其呼吸作用却占土壤用却占土壤1/41/3。1 根际（根际（rhizosphere)通常指受植物根系影响土壤区域。直接与通常指受植物根系影响土壤区域。直接与植物根系接触土壤植物根系接触土壤根面，根面是根际根面，根面是根际内层，普通将围绕根面内层，普通将围绕根面15mm薄层作为根薄层作为根际土壤。际土壤。第32页第32页根际效应产生原因：根系分泌物根际效应产生原因：根系分泌物渗出物：渗出物：完整细胞非代谢流出低分子化合完整细胞非代谢流出低分子化合物，如糖、氨基酸。物，如糖、氨基酸。分泌物：分泌物：根部代谢分泌物根部代谢分泌物植物粘液：植物粘液：根冠细胞等产生粘液。根冠细胞等产生粘液。粘胶粘胶:根面凝胶状物质根面凝胶状物质溶解产物：溶解产物：老化细胞自溶产生物质老化细胞自溶产生物质第33页第33页2 菌根概念与分类 菌根是指土壤中某些真菌与植物根共生体。菌根真菌与植物之间建立互相有利、互为条件生理整体，并各有形态特性，这是真核生物之间实现共生关系典型代表。菌根作用主要是扩大根系吸取面，增长对原根毛吸取范围外元素（特别是磷）吸取能力。菌根真菌菌丝体既向根周土壤扩展，又与寄主植物组织相通，一方面从寄主植物中吸取糖类等有机物质作为自己营养，另一方面又从土壤中吸取养分、水分供应植物。第34页第34页3 根瘤根瘤 能与豆科植物共生能与豆科植物共生形成根瘤，并将空气形成根瘤，并将空气中氮还原成氨供植物中氮还原成氨供植物营养一类革兰氏阴性营养一类革兰氏阴性菌。菌。第35页第35页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学第二节第二节 土壤微生物环境影响原因土壤微生物环境影响原因 Influenced factors of soil organism activity一、温度一、温度二、水分及其有效性二、水分及其有效性三、三、pH四、氧气和四、氧气和Eh值值五、生物原因五、生物原因六、土地管理办法六、土地管理办法第36页第36页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学 温度是影响微生物生长和代谢最主要环境原因。微生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，即停物生长需要一定温度，温度超出最低和最高程度时，即停止生长或死亡。止生长或死亡。一、温度一、温度 Temperature 最适生长温度最适生长温度高温型高温型 嗜热型嗜热型 45-60极端嗜热极端嗜热 80-90 中温型中温型 25-40 低温型低温型 兼性嗜冷兼性嗜冷 20-30专性嗜冷专性嗜冷 15温度温度生长速度生长速度第37页第37页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学 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，用水活度表示。度表示。二、水分及其有效性二、水分及其有效性 Water and its availability一些微生物生活环境水活度水活度环境（或材料）微生物（代表种类）1.000.901.000.980.950.900.800.750.70纯水普通农业土壤海水人为环境或一些土壤环境人为环境或一些土壤环境人为环境或少许特殊土壤环境人为环境或少许特殊土壤环境人为环境或少许特殊土壤环境柄杆菌、螺菌柄杆菌、螺菌大多数微生物大多数微生物假单胞菌、弧菌假单胞菌、弧菌大多数大多数G+杆菌杆菌G+球菌、毛霉、镰胞菌球菌、毛霉、镰胞菌拜耳酵母、青霉拜耳酵母、青霉盐杆菌、盐球菌、曲霉盐杆菌、盐球菌、曲霉嗜干燥真菌嗜干燥真菌第38页第38页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学三、三、Acidity/alkalinity 酸碱度酸碱度（pH）最适最适pH范围范围n大多数细菌、藻类和原生动物大多数细菌、藻类和原生动物 6.5-7.5n放放线线菌菌 7.5-8.0n酵母菌和霉菌酵母菌和霉菌 5.0-6.0n真真菌菌 酸酸性性土壤土壤n嗜嗜酸酸菌菌acidophiles/嗜嗜碱碱菌菌alkalinophiles 极极低低/高高普通土壤普通土壤pH范围为范围为49，能维持各类微生物生长发育。，能维持各类微生物生长发育。第39页第39页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学 结构良好、通气旱作土壤中有较丰富好氧性微生物生结构良好、通气旱作土壤中有较丰富好氧性微生物生长发育。长发育。淹水下层土壤，覆盖秸秆土壤，或是用新鲜有机肥土淹水下层土壤，覆盖秸秆土壤，或是用新鲜有机肥土壤，厌氧性微生物占优势。壤，厌氧性微生物占优势。四、氧气和四、氧气和Eh值值 O2 and redox potential(Eh)n好氧性微生物：好氧性微生物：需要需要O2，最适，最适Eh为为300-400mV，表表层土壤层土壤n厌厌氧氧性性微微生生物物：必必须须缺缺O2，最最适适Eh为为 棕壤棕壤 灰壤灰壤 水稻土水稻土 砖红壤砖红壤土壤有机质含量与微生物数量关系密切。土壤有机质含量与微生物数量关系密切。一一、土壤微生物分布、土壤微生物分布第42页第42页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学 土壤剖面在土壤不同层次中，因为水分、养分、通气、温度、pH等原因差异及不同微生物特异性，致使微生物在土壤剖面中分布不均。普通来说，表土层微生物数量最多，随层次加深，数量降低。第43页第43页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学 各种团聚体是微生物在土壤中生活微环境。团聚体内外条件不同，微生物分布也不同。土壤团聚体中微生物数量和分布土壤团聚体中微生物数量和分布第44页第44页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学二、土壤生物之间互相作用二、土壤生物之间互相作用竞争关系竞争关系互生关系互生关系共生关系共生关系拮抗关系拮抗关系捕食关系捕食关系寄生关系寄生关系第45页第45页土土 地地 信信 息息 系系 统统四川农业大学资源环境学院土 壤 学作业作业教材教材56页页1、3、6、8第46页第46页土壤微生物主要作用：土壤微生物主要作用：n调整植物生长养分循环调整植物生长养分循环 n产产消消温温室室气气体体(CO2,CH4,NO,N2O,CO等等)，影响全球气候改变影响全球气候改变n分解有机废物分解有机废物 n保留物种、基因保留物种、基因n引起人、畜、植物病害引起人、畜、植物病害第47页第47页