土壤生物.ppt

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1、第三章 土壤生物,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,土壤生物,土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，在土壤形成和发育过程中起主导作用,同时也是净化土壤有机污染物的主力军，也是评价土壤质量和健康状况的重要指标之一。,本章重点阐述土壤微生物的多样性及其功能。,土壤生物,二、土壤生物类型的多样性,土壤生物有:多细胞的后生动物 单细胞的原生动物 真核细胞的真菌（酵母、霉菌）和藻类 原核细胞的细菌、放线菌和蓝细菌 没有细胞结构的分子生物（如病毒）,第一节 土壤生物种类及其多样性,按其大小和形态分类微生物Micro-organism 20mm 蚯蚓,按其形态分类后生动物（

2、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）,土壤生物,土壤生物的种类：,第一节 土壤生物种类及其多样性,土壤动物,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,1、土壤动物的作用,土壤动物：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。,土壤生物,一、后生动物-蚯蚓和线虫,土居性的多细胞动物：线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫

3、、蜈蚣、轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫,第一节 土壤生物种类及其多样性,作用：植物残体破碎、混合,土壤生物,第一节 土壤生物种类及其多样性,屎克郎推粪球,土壤生物,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,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。,1、蚯蚓 是被研究最早（自1840年达尔文起）和最多的土壤动物。,第一节 土壤生物种类及其多样性,土壤生物,第一节 土壤生物种类及其多样性,蚯蚓,土壤生物,体形呈纺锤形，后部较尖，微型、透明的丝状动物。一万

4、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。,2、线虫,第一节 土壤生物种类及其多样性,土壤生物,所有的线虫都需要取食活的有机物质。取食方式有两种 1、刺吸式 吸食真菌、细菌，吸食原生质。2、把细菌整个吞下。食细菌线虫每年取食细菌的数量可达800kgha-1，吞食进的细菌仅有40-60%被破坏吸收，剩余的大部分又通过粪便排泄到土壤中，并且变得更加活跃。,线虫对植物的侵害非常广泛。包括番茄、豌豆、胡萝卜、苜蓿、草皮。如发育为虫瘿、结节、畸形根等,第一节 土壤生物种类及其多样性,土壤生物,第一节 土壤生物种类及

5、其多样性,原生动物,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。,第一节 土壤生物种类及其多样性,土壤生物,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10-100亿个(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。,第一节 土壤生物种类及其多样性,土壤生物,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、

6、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。,第一节 土壤生物种类及其多样性,土壤生物,原生动物,第一节 土壤生物种类及其多样性,三、微生物土壤生物中最活跃的部分,第一节 土壤生物种类及其多样性,土壤微生物：指生活在土壤中借用光学显微镜才能看到的微小生物。,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）,土壤生物,三、微生物,土壤中微生物 分布广 数量大 种类多 最活跃,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

7、。,第一节 土壤生物种类及其多样性,土壤微生物：,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,第一节 土壤生物种类及其多样性,土壤微生物的呼吸类型,根据土壤微生物对氧气要求的不同，可分为：,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,主要作用：调节植物生长的养分循环；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

8、材料的源和库。病原微生物。,土壤微生物：,第一节 土壤生物种类及其多样性,病原微生物对植物的危害：,草原局部溃疡,根部瘿瘤,第一节 土壤生物种类及其多样性,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）,原核微生物(procaryotes),古细菌(archaea)甲烷产生菌极端嗜酸热菌极端嗜盐菌,细菌(bacteria),二、土壤微生物种群的多样性 Diversity of soil micro-organism popu

9、lation,二、土壤微生物种群的多样性,（一）原核微生物,1、古细菌 古细菌包括甲烷产生菌、极端嗜酸热菌和极端嗜盐菌 现已探明生物适应特殊环境因子的遗传基因 普遍存在于质粒上。因此，有可能把这类生活在极端环境的古细菌作为特殊基因库，用以构建有益的新种。,第一节 土壤生物种类及其多样性,土壤细菌占土壤微生物总数的70%90%，但生物量不大特性 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,2、细菌-单细胞、无完整细胞核的生物。,第一节 土壤生物种类及其多样性,代谢强、

10、繁殖快。,土壤中最活跃的因素,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,嫌气纤维分解细菌,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/N的影响。,C/N,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。,根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用最为重要。,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。,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

11、植物提供氮营养的一类杆状细菌。,根瘤,根瘤菌,第一节 土壤生物种类及其多样性,根瘤,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%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,硝化过程：NH

12、4-NH2OH N2O NO2-NO3-,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,反硝化过程：NO3-NO2-NON2ON2,土壤放线菌：是指生活于土壤中呈丝状单细胞、革兰氏阳性的原核微生物。,在自然界分布很广，绝大多数为腐生，少数寄生。产生种类繁多的抗生素，据估计，已发现的4000多种抗生素中，有2/3是放线菌产生的，如链霉素、庆大霉素、利福霉素等。重要的属有：链霉菌属，小单孢菌属和诺卡氏菌属等。,3、放线菌-数量仅次于细菌,革兰氏染色法的意义就在于鉴别细菌，把众多的细菌分为两大类，

13、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。大多数化脓性球菌都属于革兰氏氏阳性菌，它们能产生外毒素使人致病，而大多数肠道菌多属于革兰氏阴性菌，它们产生内毒素，靠内毒素使人致病。,第一节 土壤生物种类及其多样性,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。主要链霉菌属，占70%90%；其次为诺卡氏菌属占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。作用：分解有机质，高温型的放线菌在堆肥中对其养分转化起着重要作用。,3、放线菌-数量仅次于细菌,第一节 土壤生物种类及其多样性,1、土壤真菌 有170个

14、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,（二）真核微生物,真菌(fungus/eumycota),藻类(alga),地衣(lichen),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,数量仅次于细菌和放线菌,第一节 土壤生物种类及其多样性,青 霉 属（Penicillium）曲 霉 属（Aspergillus）镰刀菌属（Fusarium）木 霉 属（Trichoderma）毛 霉 属

15、（Mucor）根 霉 属(Rhizopu),土壤真菌,第一节 土壤生物种类及其多样性,对土壤通气性非常敏感，霉菌在酸性土壤中能生活，在酸性土壤中具有明显的 优势。霉菌多数分布在有机质丰富的表层土壤中，较常见的有青霉、毛霉、链霉、和曲霉四个属的许种。霉菌的数量在正常情况下，每克土壤中有0.1-1百万 个，相当于每平方米100-1000亿个，其生物量可达每 英亩500-5000磅。霉菌是土壤中异养型微生物的重要部分。,霉菌,霉菌：是丝状真菌的俗称，意即“发霉的真菌”，它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体，但又不象蘑菇那样产生大型的子实体。在潮湿温暖的地方，很多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状、絮状或蛛网状

16、的菌落，那就是霉菌。指甲长霉菌 灰指甲病,第一节 土壤生物种类及其多样性,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。,第一节 土壤生物种类及其多样性,真菌菌落,第一节 土壤生物种类及其多样性,真菌孢子,第一节 土壤生物种类及其多样性,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，硅藻多则是土壤营养丰富的证明。藻类是土壤生物的先行者，对土壤的形成和熟化起重要作用，成为土壤有机质的最先制造者。,2、藻类,地衣

17、是真菌和藻类形成的不可分离的共生体。地衣广泛分布在荒凉的岩石、土壤和其他物体表面，地衣通常是裸露岩石和土壤母质的最早定居者。,3 地衣,地衣一、壳状地衣 二、叶状地衣 三、枝状地衣,第一节 土壤生物种类及其多样性,（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。,（二）土壤微生物的根基效应及其环境意义,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

18、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。,高等植物的根是生长在地下的营养器官，单株植物全部的根总称为根系。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,一、植物根系的形态,根际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）。,二、根际与根际效应,根际效应：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

19、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：根际微生物是指植物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,三、根际微生物,菌根：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,四、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

20、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,第四节 土壤生物活性及微生态平衡,复习题,1、土壤生态系统的特点是什么？2、土壤中主要有哪些生物？请举例说明。3、蚯蚓对土壤肥力有何影响？4、微生物在土壤肥力上的重要性是什么？,1.土壤生态系统中，生产者很少而分解者很多（）2.大水漫灌会造成土壤生物种群结构的变化（）3.霉菌属于真核生物而放线菌属于原核生物（）4.真菌适宜在碱性条件下生长而放线菌适宜在酸性环境（）5.根际的微生物数量比非根际多（）6.酸性土壤中的蚯蚓数量较中性钙质土壤中少（）7.真菌和放线菌都产生抗生素（）,课

21、堂测验（CHP03),在植物根系上生长的特殊的瘤，因寄生组织中建成共生的固氮细菌而形成。用来合成自身的含氮化合物（如蛋白质等）。,第一节 土壤生物种类及其多样性,第二节 影响土壤微生物活性的环境因素,一、温度,第一节 土壤生物种类及其多样性,二、水分及其有效性,只有少数微生物能在较高渗透压溶液中生长发育，这些微生物称为嗜渗菌（Osmophiles）或嗜盐菌(halophiles)，极端嗜盐菌(extreme halophiles)甚至能在15%30%盐浓度时生活。一般在土壤含水量为田间持水量的50-80%之间较好。,第一节 土壤生物种类及其多样性,三、pH,大多数细菌、藻类和原生动物的最适宜的

22、pH值为6.57.5，在pH4.010.0也可以生长。放线菌一般在微碱性即pH7.58.0最宜。酵母菌和霉菌则适宜于pH5.06.0的酸性环境,而生存范围可在pH5.09.0之间。,第一节 土壤生物种类及其多样性,四、氧气和Eh值,好氧性微生物需要在有氧气或氧化还原电位高，Eh值为100mv以上的条件下生长,最适Eh值为300400mv。厌氧性微生物必须在缺氧或氧化还原电位Eh值100mv以下的条件下生长。,第一节 土壤生物种类及其多样性,五、生物因素,土壤中微生物按照来源不同，可分为两种类型 土居性(土生土长的)客居性(外来的),土居性微生物本身也存在互生、共生、拮抗现象，它们间的互为生存、

23、互相制约使土壤微生物多样性，如后生动物破碎枯枝落叶，为原生动物提供食料，为微生物进行分解创造了条件。,第一节 土壤生物种类及其多样性,（一）土壤耕作 个案：Doran(1980)在美国内布拉斯加州研究了免耕土壤和常规耕土壤中两种土壤层中的微生物数量的比值发现免耕土壤的好氧菌和硝化细菌数量明显减少。,六、土壤管理措施,（二）杀生剂和其他化学制剂 杀菌剂、熏蒸剂及其杀伤力强的化学剂可造成土壤微生物区系的破坏，应禁用或慎用。,黑钙土 棕壤 灰壤 水稻土 砖红壤,一、不同类型土壤中微生物的数量和分布,第三节 土壤微生物区系的发生和分类,第三节 土壤微生物区系的发生和分类,图32 土壤团聚体中的细菌微菌

24、落（a）示微菌落和矿物质颗粒等（b）示团聚体的微孔与结构(引自Atlas,1987),第三节 土壤微生物区系的发生和分类,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。,第三节 土壤微生物区系的发生和分类,二、微生物与植物的关系,（一）根圈（际）微生物 根圈（rhizosphere）或根际，泛指植物根系及其影响所及的范围。根圈微生物与植物的关系更加密切。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5020之间。实行作物轮作，改变根圈微生物种群，有减轻或 消除病害的作用,消除土壤疾病。,第三节 土壤微生物区系的发生和分

25、类,（二）菌根,真菌的菌丝侵入植物根部后，和植物根组织生活在一起，称为菌根。其真菌称为菌根真菌,菌根又分为两类 外生菌根-菌丝侵入根部后，只在表皮细胞间隙扩展，并不侵入根细胞内部，这种菌根称为外生菌根。,第三节 土壤微生物区系的发生和分类,外生菌根对寄主植物的作用有：扩大寄主植物根的吸收面。菌根真菌能产生生长刺激素，促进植物生长。防御林木根部病害，起机械屏障，防御病菌侵袭。产生抑制病菌的抑菌物质和抗生素类物质。,第三节 土壤微生物区系的发生和分类,菌丝侵入根细胞内部，主要发生在许多未受外生菌根感染的种子植物以及热带林树种的根上，如玉米、洋葱、红三叶草、草莓及一些灌木和乔木包括枫树、黄白杨苏百合

26、、红木和苹果树。,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)。,第三节 土壤微生物区系的发生和分类,内生菌根,第三节 土壤微生物区系的发生和分类,丛枝菌根,第三节 土壤微生物区系的发生和分类,菌丝桥物质交换,第三节 土壤微生物区系的发生和分类,（三）共生固氮,（四）联合固氮,第四节 土壤生物活性及微生态平衡,（一）在土壤中已发现5060种酶，比较重要的酶：氧化还原酶、转化酶和水解酶。（二）酶在土壤中存在状态及特性 土壤酶较少游离在土壤溶液中，主要是吸附在土壤有机和矿质胶体上，并

27、以复合物状态存在。（三）环境条件对土壤酶活性的影响,一、土壤酶,第四节 土壤生物活性及微生态平衡,（一）植物激素（二）植物毒素（三）维生素和氨基酸（四）多糖,二、生物活性物质,第四节 土壤生物活性及微生态平衡,三、土壤的微生态平衡,1、土壤微生物之间的竞争A、对养分的竞争 B、抗生素的产生 C.对氧气的竞争 2、土壤条件对土壤微生物群落的制约 3、转基因产品对土壤微生态平衡的影响,第四节 土壤生物活性及微生态平衡,土壤生物对土壤肥力的影响：有机物质的分解和合成 有效养分含量 土壤物理结构 作物生长发育,参考文献.李阜棣，1996，土壤微生物学,北京:中国农业出版社陈文新，1990，土壤和环境微

28、生物学,北京:北京农业 大学出版社.E.A.PAUL and F.E.CLARK;1996，Soil Microbiology and Biochemistry(second edition).Academic Press.E.A.PAUL and F.E.CLARK:1989，Soil Microbiology and Biochemistry.Academic Press,第三章 土壤生物,第四节 土壤生物活性及微生态平衡,本章小结,了解土壤生态系统的基本特征和地位。重点了解土壤中的常见的生物的基本特性；联系实 际经验，认识土壤生物对农业生产的重要性。了解土壤生物在土壤中的分布及其生物活性。重点 掌握一些核心概念。正确认识土壤微生态平衡的含义、内容和意义。,Thank You!,