《土壤生物》PPT课件

土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 土壤有机质土壤腐殖质矿质化过程腐殖化过程存在于土壤中的所有含碳的有机物质，它包括土壤中的各种动植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机物质。是除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机物质的总称。是土壤中一类性质稳定，成分、结构极其复杂的高分子化合物。矿质化过程是指土壤动、植物残体及腐殖质物质，在微生物的作用下，分解成简单无机化合物的过程。有机物质进入土壤后,在进行矿化作用的同时,还进行腐殖化作用（有机物质在土壤中形成更加复杂的有机质-腐殖质,这种过程称为腐殖质过程,又叫腐殖化过程。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 第 三 章 土 壤 生 物SOIL ORGANISMS 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 土 壤 生 物 活 性 (biological activity)和 肥 力 直接 或 间 接 地 与 土 壤 生 物 有 关 。 土 壤 生 物 是 土 壤 具有 生 命 力 的 主 要 成 分 ， 在 土 壤 形 成 ( s o i l formation)和 发 育 过 程 (development process)中 起 主 导 作 用 (the leading effects)。 也 是 评 价 土壤 质 量 (soil quality)和 健 康 状 况 (health level)的重 要 指 标 之 一 。 本章重点阐述土壤微生物的多样性及其功能。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 Contents 3.1 Soil organism diversity 土 壤 生 物 多 样 性3.2 Influenced factors of soil organism activity 影 响 土 壤 微 生 物 活 性 的 环 境 因 素3.3 Formation and distribution of soil microflora 土 壤 微 生 物 区 系 的 发 生 和 分 布 3.4 Soil organism activity and its represents 土 壤 生 物 活 性 及 表 征 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 有 机 组 分 6% 无 机 组 分 94% 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% 第 一 节 土 壤 生 物 多 样 性 Soil organism diversity 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 按 其 功 能 分 类 Classification according to their functions 生 产 者 Producers: plantsfix C from atmospheric CO2 during photosynthesis. 消 费 者 Consumers: feed on plants and other organisms. 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 Parasites一 、 土 壤 生 物 类 型 的 多 样 性 Diversity of soil organism species 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 按 其 大 小 和 形 态 分 类 Classification according to size 微 生 物 Micro-organism 0.2mm微 (原 生 )植 物 Microflora 0.2mm 细 菌 、 放 线 菌 、 丝 状 菌 、 藻 类原 生 动 物 Microfauna 20mm 蚯 蚓 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 按 其 形 态 分 类 后 生 动 物 （ 多 细 胞 ） 原 生 动 物 （ 单 细 胞 ） 微 生 物真 核 微 生 物 ： 真 菌 和 藻 类原 核 微 生 物 ： 细 菌 、 放 线 菌 和 蓝 细 菌分 子 生 物 （ 无 细 胞 结 构 ， 如 病 毒 ） 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 （ 一 ） 后 生 动 物 (metazoan) 一、土壤生物类型的多样性 后 生 动 物 由 小 的 土 居 性 的 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 组 成 。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 NEMATODES IN SOILS土 壤 中 的 线 虫 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 SPRINGTAILS IN SOILS土 壤 中 的 节 肢 动 物 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 （ 二 ） 原 生 动 物 (protozoa)原 生 动 物 在 土 壤 中 的 作 用 有 ：调 节 细 菌 数 量增 进 某 些 土 壤 的 生 物 活 性参 与 土 壤 植 物 残 体 的 分 解 单 细 胞 真 核 生 物 （ 简 称 原 虫 ） 。 结 构 简 单 ，数 量 多 、 分 布 广 。 表 土 多 ， 底 土 少 。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 纤 毛 虫细菌和小鞭毛虫为食p 变 形 虫动、植物碎屑为食p鞭 毛 虫取食细菌 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 土 壤 中 微 生 物 分 布 广 、 数 量 大 、 种 类 多 ，是 土 壤 生 物 中 最 活 跃 的 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 壤 的 发 育 和 形 成 。（ 三 ） 微 生 物 (micro-organism)1公 斤 土 壤 可 含 5亿 个 细 菌 ,100亿 个 放 线菌 和 近 10亿 个 真 菌 ， 5亿 个 微 小 动 物 。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 土 壤 微 生 物 主 要 作 用 ：n调 节 植 物 生 长 的 养 分 循 环 n产 消 温 室 气 体 (CO2, CH4, NO, N2O, CO等 )，影 响 全 球 气 候 变 化n分 解 有 机 废 物 n保 存 物 种 、 基 因n引 发 人 、 畜 、 植 物 病 害 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 土 壤 中 的 食 物 链 关 系 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 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）(一 ） 原 核 微 生 物 (procaryotes)1古 细 菌 (archaea)p甲 烷 产 生 菌p极 端 嗜 酸 热 菌p极 端 嗜 盐 菌2细 菌 (bacteria)二 、 土 壤 微 生 物 种 群 的 多 样 性 Diversity of soil micro-organism population 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 BACTERIA 细 菌 个 体 微 小 ， 1微 米 左 右 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 形 状 多 为 棒 状 或 杆状Bacteria 细 菌 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 土 壤 细 菌 数 量 很 大 （ 占 土 壤 微 生 物 总 数 的 70-90%） ，但 生 物 量 不 大 。 代 谢 强 、 繁 殖 快 。土壤中最活跃的因素Bacteria 细 菌 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 土 壤 中 细 菌 的 作 用 分 解 有 机 质 参 与 碳 循 环 、 氮 循 环 改 善 土 壤 结 构 净 化 土 壤 病 害 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 p 根 瘤 菌 固 氮 细 菌 p 苜 蓿 根 毛 尖 上 的 根 瘤 菌Bacteria 细 菌 3放 线 菌 (actinomyces)p 以 孢 子 或 菌 丝 片 断 存 在 ， 细 胞 数 104-106/g土 。p 肥 土 比廋土 多 ， 耕 地 比 林 地 多 ， 春 秋 季 比 夏 冬 季多 。p 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 。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 ACTINOMYCETES 放 线 菌 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 ，由 于 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) 土 壤 中 数 量 不 多 ， 施 有 机 肥 土 壤 中 常 见 ， 是 已 知 最 高级 的 原 核 生 物 ， 具 备 形 成 子 实 体 和 粘 孢 子 的 形 态 发 生 过 程 。 真 菌 ( /eumycota)藻 类 (alga)地 衣 (lichen)（ 二 ） 真 核 微 生 物 (Eukaryotic microorganisms)森 林 土 壤 和 酸 性 土 壤 中 占 优 势单细胞或多细胞的真核原生生物硅藻、绿藻、黄藻土壤生物的先行者真菌和藻类形成的不可分离的共生体在土壤发生早期起重要作用 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 FUNGUS 真 菌 酵 母 菌 p 蘑 菇p 霉 菌 p 菌 根 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 ALGA 藻 类 （ 三 ） 非 细 胞 型 生 物 即 分 子 生 物 病 毒 (virus)l一 种 活 细 胞 内 的 寄 生 物 ， 超 显 微 的 非 细 胞生 物 ， 只 是 一 种 核 酸 。l靠 其 宿 主 代 谢 系 统 的 协 助 复 制 核 酸 ， 合 成蛋 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 的 化 学 大 分 子 状 态长 期 存 在 并 保 持 其 侵 染 活 性 。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 Nutrition mode The sources of carbon and energy 异 养 型 Heterotrophs C : organic material 数 量 多 Chemoheterotrophs (化 能 有 机 营 养 型 / 化 能 异 养 型 ) 种 类 ： 腐 生 、 寄 生 energy : chemical oxidation Photoheterotrophs (光 能 有 机 营 养 型 / 光 能 异 养 型 ) 种 类 ： 红 螺 菌 energy : light 自 养 型 Autotrophs C: inorganic sources 数 量 少 Chemoautotrophs (化 能 无 机 营 养 型 / 化 能 自 养 型 ) 种 类 ： 亚 硝 酸 /硝 酸 /硫 氧 化 /铁 /氢 细 菌 energy : chemical oxidation Photoautotrophs (光 能 无 机 营 养 型 / 光 能 自 养 型 ) 种 类 ： 藻 类 、 光 合 细 菌 energy : light三 、 土 壤 微 生 物 营 养 类 型 的 多 样 性 Diversity of nutrition mode 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 oxygen requirements？ Aerobes (好 氧 性 微 生 物 ) 有 氧 呼 吸 requirement for oxygen 实 例 ： 细 菌 、 霉 菌 、 放 线 菌 、 藻 类 、 原 生 动 物 作 用 : 彻 底 氧 化 , 释 放 能 量 Obligate anaerobes (厌 氧 性 微 生 物 ) 无 氧 呼 吸 require an absence of oxygen 实 例 : 梭 菌 、 产 甲 烷 细 菌 、 脱 硫 弧 菌 作 用 : 部 分 氧 化 Facultative anaerobes (兼 厌 氧 性 微 生 物 ) 兼 性 呼 吸 normally require oxygen but may adapt to oxygen deficit 实 例 : 酵 母 菌 、 大 肠 杆 菌 作 用 : 氧 化 、 还 原 四 、 土 壤 微 生 物 呼 吸 类 型 的 多 样 性 Diversity of respiration type 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 第 二 节 影 响 土 壤 微 生 物 活 性 的 环 境 因 素 Influenced factors of soil organism activity一 、 温 度二 、 水 分 及 其 有 效 性三 、 pH四 、 氧 气 和 Eh值五 、 生 物 因 素六 、 土 地 管 理 措 施 土 地 信 息 系 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 重 要 的 环 境 因 素 。 微生 物 生 长 需 要 一 定 的 温 度 ， 温 度 超 出 最 低 和 最 高 限 度 时 ，即 停 止 生 长 或 死 亡 。一 、 温 度 Temperature 最 适 生 长 温 度 高 温 型 嗜 热 型 45-60 极 端 嗜 热 80-90 中 温 型 25-40 低 温 型 兼 性 嗜 冷 20-30 专 性 嗜 冷 15温度生长速度 土 地 信 息 系 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 的 基 本 条 件 之 一 。 水 分 对 微 生 物 的 影响 不 仅 决 定 它 的 含 量 ， 更 重 要 决 定 水 的 有 效 性 。 水 分 的 微 生 物 有 效性 ， 用 水 的 活 度 表 示 。二 、 水 分 及 其 有 效 性 Water and its availability某 些 微 生 物 生 活 环 境 的 水 活 度水 活 度 环 境 （ 或 材 料 ） 微 生 物 （ 代 表 种 类 ）1.000.901.000.980.950.900.80 0.750.70 纯 水一 般 农 业 土 壤海 水人 为 环 境 或 某 些 土 壤 环 境人 为 环 境 或 某 些 土 壤 环 境人 为 环 境 或 少 量 特 殊 土 壤 环 境人 为 环 境 或 少 量 特 殊 土 壤 环 境人 为 环 境 或 少 量 特 殊 土 壤 环 境柄杆菌、螺菌大多数微生物假单胞菌、弧菌大多数G+杆菌G+球菌、毛霉、镰胞菌拜耳酵母、青霉盐杆菌、盐球菌、曲霉嗜干燥真菌 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 三 、 Acidity/alkalinity 酸 碱 度 （ pH） 最 适 pH范 围n 大 多 数 细 菌 、 藻 类 和 原 生 动 物 6.5-7.5n 放 线 菌 7.5-8.0n 酵 母 菌 和 霉 菌 5.0-6.0n 真 菌 酸 性 土 壤n 嗜 酸 菌 acidophiles/嗜 碱 菌 alkalinophiles 极 低/高一 般 土 壤 pH范 围 为 49， 能 维 持 各 类 微 生 物 生 长 发 育 。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 结 构 良 好 、 通 气 的 旱 作 土 壤 中 有 较 丰 富 的 好 氧 性 微 生物 生 长 发 育 。 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 。四 、 氧 气 和 Eh值 O2 and redox potential (Eh)n 好 氧 性 微 生 物 ： 需 要 O2， 最 适 Eh为 300-400mV， 表层 土 壤n 厌 氧 性 微 生 物 ： 必 须 缺 O2， 最 适 Eh为 棕 壤 灰 壤 水 稻 土 砖 红 壤土 壤 有 机 质 含 量 与 微 生 物 数 量 关 系 密 切 。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 在 土 壤 的 不 同 层 次 中 ， 由 于 水 分 、 养 分 、 通 气 、温 度 、 pH等 因 素 的 差 异 及 不 同 微 生 物 的 特 异 性 ，致 使 微 生 物 在 土 壤 剖 面 中 的 分 布 不 均 。 一 般 来 说 ， 表 土 层 微 生 物 数 量 最 多 ， 随 层 次加 深 ， 数 量 减 少 。 二 、 土 壤 剖 面 中 微 生 物 的 数 量 和 分 布 土 地 信 息 系 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 的 微 环 境 。团 聚 体 内 外 的 条 件 不 同 ， 微 生 物 的 分 布 也 不 一 样 。三 、 土 壤 团 聚 体 中 微 生 物 的 数 量 和 分 布 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 根 圈 微 生 物菌 根 （ mycorrhiza) 共 生 固 氮联 合 固 氮四 、 微 生 物 与 植 物 根 的 联 合 根 圈 （ rhizosphere)或 根 际 ： 植 物 根 系 及 其 影 响 所 及 的范 围 。 根 圈 微 生 物 效 应 ： 用 根 /土 比 值 （ R/S)表 示 ， 即 根 圈 土壤 微 生 物 与 近 邻 的 非 根 圈 土 壤 微 生 物 数 量 之 比 。 根 土 比 一般 在 50-20之 间 。 存 在 于 树 木 根 活 性 部 分 的 真 菌 菌 丝 ， 是 真 菌 和 植 物 根的 共 生 联 合 体 。 对 于 改 善 植 物 营 养 、 调 节 代 谢 和 增 强 植 物抗 逆 性 有 一 定 作 用 。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 l土 壤 微 生 物 区 系 分 布 特 征 Distribution characteristics of soil microflora 绝 大 多 数 分 布 在 土 壤 矿 物 质 和 有 机 质 颗 粒 表 面 ， 无 机 -有机 -生 物 复 合 体 （ 团 聚 体 ） 高 等 植 物 根 系 周 围 含 有 种 类 多 ， 数 量 多 ， 活 性 强 的 微 生 物群 ， 根 际 微 生 物 在 土 壤 剖 面 中 具 有 垂 直 分 布 特 点 表 层 比 底 层 多 在 地 域 上 具 有 地 带 性 分 布 的 特 点 种 类 和 数 量 随 土 壤 熟 化 而 增 加 多 种 共 存 相 互 促 进 相 互 制 约 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 一 、 土 壤 酶 Soil enzymel 土 壤 酶 种 类 和 功 能F氧 化 还 原 酶 类F水 解 酶 类F转 移 酶 类F裂 解 酶 类第 四 节 土 壤 生 物 活 性 及 表 征 土 壤 酶 主 要 来 自 微 生 物 、 土 壤 动 物 和 植 物 根 。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 土 壤 酶 主 要 是 吸 附 在 土 壤 有 机 质 和 矿 质 胶体 上 ， 并 以 复 合 体 状 态 存 在 。 吸 附 酶 的 能 力 ： 有 机 质 矿 物 质 ； 微 团 聚 体 大 团 聚 体 ； 细 粒 部 分 粗 粒 部 分 。 酶 与 有 机 质 或 粘 粒 结 合 ， 使 其 受 到 保 护 ，增 加 稳 定 性 ， 防 止 被 蛋 白 酶 或 钝 化 剂 降 解 。l 酶 在 土 壤 中 存 在 状 态 及 特 性 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 土 壤 物 理 性 质l 环 境 条 件 对 土 壤 酶 活 性 的 影 响l质 地 Texture: 质地粘重土壤酶活性比轻质地土壤的强。l结 构 Structure: 小团聚体的土壤酶活性较大团聚体的强。l水 分 Moisture: 渍水条件降低转化酶活性，但能提高脱氢酶活性。l温 度 Temperature: 适宜温度下酶活性随温度升高而升高。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 土 壤 化 学 性 质l 土 壤 有 机 质含量和组成及有机矿质复合体组成、特性决定土壤酶的稳定性。l 土 壤 pH: 磷酸酶活性：碱、中、酸性土壤中均有，最适pH为4.0-6.7和8.0-10。 脲酶活性：中性土壤中最高。 脱氢酶活性：碱性土中最高。l 化 学 物 质 的 抑 制 作 用 : 许多重金属、废金属离子、有机化合物包括杀虫剂、杀菌剂均对土壤酶活性有抑制作用。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 土 壤 耕 作 管 理l 耕 翻 ：通常会降低上层土壤酶活性。l 灌 溉 : 增加脱氢酶、磷酸酶活性，但降低转化酶活性。l 施 用 无 机 肥 料 : 影响有增有减。l 农 药 使 用 ：影响不大，影响持续几个月。 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 多 糖 (polysaccharide)植 物 激 素 (phytohormone)植 物 毒 素 (phytotoxicant)维 生 素 和 氨 基 酸 (vitamin and amino acid)二 、 生 物 活 性 物 质 土 地 信 息 系 统 四川农业大学资源环境学院 土 壤 学 作 业土壤微生物的作用？土壤中的生物按照其形态分为三类：后生动物、原生动物和微生物。影响土壤微生物活性的主要环境因素有：温度、水分及其有效性、pH、氧气和氧化还原电位、生物因素、土壤管理措施。土壤微生物区系分布特征？土壤中生物活性物质主要有两大类：土壤酶和生物活性物质