土壤生态学

土壤生态学

二、土壤生态系统的结构和功能

土壤生态系统的结构

主要包括构成系统的生物组成（种类）及其数量，生物组成在系统中的时空分布和相互之间的营养关系，以及非生物组成分的数量及其时空分布。

生物组份：初级生产者：根系、藻类光能和化能自养细菌；

消费者：植食、菌食和肉食性土壤动物；

分解者：土壤微生物、土壤动物；土壤酶和其他生物活性物质。

非生物组份是土壤生态系统的重要构成部分，是土壤生物的栖居环境和生命活动的物质基础。

土壤生态系统的生物组分和非生物环境之间的相互作用不但赋予了土壤生态系统的机构特质，而且决定着系统的功能。因此，土壤生态系统结构分析是功能研究的基础。

结构方面的具体研究内容详见下表（人类活动干扰对土壤生态系统机构的影响非常重要，未单独列出）。

土壤生态系统的功能

1、生态系统的功能可以简单地理解为保持生态系统运行的过程。有时生态系统的功能

又称为生态系统过程；

2、和其它生态系统一样，土壤生态系统系统的功能也主要包括能流、物质循环和信息

流等过程，它们是生态系统得以保持和发展的动力；

3、结构与功能的关系密不可分：一定的生态系统结构决定了其具有特定的功能或过程

格局，而功能又反作用于结构。因而生态系统机构和功能的演进或退化总是相伴进行的；

能量流

生物与环境之间，生物与生物之间能量的传递和转化的过程称为生态系统能量流，简称能流。

土壤生态系统的能流以植物和土壤藻类等初级生产者光合作用固定太阳能为开端，然后这些生物或其残体中的能量进一步沿食物链向下传递，同时伴随着向环境的消散：

土壤生态系统能流的研究内容

1、初级生产者的能量（光能）同化量、呼吸量、总初级生产力和净初级生产力及其分配；

2、次级生产者的能量摄取量、同化量、排泄分泌量、呼吸量和次级生产力；

3、能量的输入和输出，在各隔室中的流通量和现存量，最终建立能流模型，揭示能量沿土壤碎屑食物网的流动规律；

4、土壤生物群落或系统演替中的能流特征以及干扰对能流过程的影响。

物质循环

物质通过一定的途径进入到生物体，再从生物体返回到环境的过程称为物质循环。物质循环是生物与环境相互作用形成的复杂过程，是生态系统的重要功能。

养分循环的概念

生物生命必需的营养元素的循环叫做养分循环。水分是养分循环的重要载体，往往是相互伴随的过程。

有毒有害物质的循环

一些有毒有害物质在沿食物链转移中会发生浓聚作用。在环境污染问题十分突出的今天，这些物质的循环及危害收到更多的关注。

生物地球化学循环

从大范围（如区域或全球）考察物质在环境与生物间的交换时，物质循环称之为生物地球化学循环。从生物圈整体看，生物地球化学循环有水循环和气态型循环，其主要储存库是大气圈或水圈；另一种是沉积型循环，其主要储存库为地壳。

●土壤生态系统的初级生产者是指能利用太阳能或简单无机物质制造食物的自养生物，包括绿色植物、土壤藻类以及某些光能和化能自养细菌。

●高等植物主要通过地下部根系（及调落物）与土壤进行着频繁的物质和能量交换；根系的生长发育以及其代谢产物对土壤生物成分及非生物环境有重要影响

●当然，根系也是土壤生态系统影响植物及地上部生态系统的关键枢纽。目前，地下部和地上部生态学研究的整合也迫切需要对根系的深入理解。

主要研究内容

一、根系种类和功能简介

二、根系的自然属性及面临问题

三、根系在土壤中的分布

四、根系在土壤中的可塑性和觅食策略

一、根系种类和功能简介

1、根的种类

●胚根和主根：植物种子胚中与胚芽对应的原根称为胚根，种子发芽后胚根伸长便形成主根；

●不定根：除种子外，植物茎、叶部也可形成根，这些根统称为不定根包括节根和冠根；

●侧根：主根和不定根伸长并分支后形成侧根；

●特殊根：有时植物根的形态和机能会发生特异化面形成特殊种类的根如贮藏根、气生根和菌根等。

二、根的种类

●生态学研究中还经常根据根的直径大小进行分类，以反映不同级别侧根的分布于功能。

●基本分成两类

一类是粗根，指直径>2-5mm的根；

另一类是细根，直径在2-5mm以下

2、根的基本功能

除了吸收水分和养分、固着和支持功能外，还具有以下生态功能: 1)根为土壤生态系统提供了初级能量来源，根在生长发育和新陈代谢活动中进

入到土壤中的分泌物、溢泌物脱落物及死亡残体数量最大，对土壤生态系统的碎屑食物网结构有决定性作用；

2)根际微生物过程十分活跃，对土壤生态系统能量转化和养分周转以及植物生

长发育有重要影响

文献阅读：

Gregory P J. Roots, rhizosphere and soil: the route to a better understanding of soil science? Eur. J. Soil Sci., 2006,57:2~12.

•This paper brierly reviews the knowledge on roots and root-soil interactions，with emphasis on chemical and physical changes in addition to microbiology.

三、根系的自然属性及面临问题

1、自然属性

1）构型

根系在生长介质中的空间分布，实质上主要反映的是主根和侧根的相对构型。

根构型的研究

●根构型决定了根系与土壤接触的面积，与土壤对资源的利用密切相关；

●排根和叉状分支根，前者对土壤资源（特别是P）的利用更有效；

●根构型具有可塑性，对于根系吸收异质性分布的养分具有重要作用；

●根构型也受到微生物的强烈影响，例如：外生菌根在根尖形成fungal sheath，

抑制根系伸长。

●目前根构型研究存在不少技术上的困难，现有的方法，整个取样和测量过

程既耗时费力、又存在较大误差，很难实现根系的原位取样和准确测量；

●华南农业大学根系生物学研究中心严小龙课题组在这方面的研究进展显著，