土壤生态学

1．连作障碍产生原因及如何消除障碍连作指的是在同一个地块连续多年种植同一种或同一科作物。连作障碍指的是在正常栽培和管理条件下，由于连作所引起的产量下降、品质变劣、病虫害滋生、生育状况变差等现象，连作障碍在保护地蔬菜栽培上最为常见，也最难克制。引起连作障碍的原因是多方面的，但归根结底还是由于作物和土壤两个系统内部诸多因素综合作用的表现。产生连作障碍的四大原因作物自毒作用某些作物可通过地上部淋溶、根系分泌和作物残茬腐解等途径释放一些物质，对同茬或下茬同种或同科作物生长发育产生抑制作用，这种现象叫自毒作用。多年连作，势必引起的自毒作用越来越明显，连作障碍就会出现，连作时间越长，障碍越严重。土壤有益微生物减少、有害微生物增加由于连作，形成了特殊的土壤环境，使固氮菌、根瘤菌、光合菌、放线菌、硝化细菌、氨化细菌、菌根真菌等有益微生物的生长繁殖受到抑制，而有害微生物大量滋生，土壤的微生物区系发生变化。特别是保护地蔬菜和复种指数最高，一年四季不歇地，病虫害源不断积累，导致土传病害发生较重，而且发现很多新的病源菌导致的病害发生，形成了近年来的“用药不治病”的现象。土壤性质变坏，次生盐渍化及土壤酸化严重在片面地追求高产的诱惑下，农民朋友近年来大量地施入高含量的化学肥料和未经腐熟的动物粪便、人粪尿等，导致土壤中盐分过量。由于这些盐分不能被充分淋溶，所以大量积聚在土壤耕层中，就产生了土壤次生盐渍化及酸化，从而降低了pH值，影响了土壤养分的有效性，引发生理性病害，这种现象在保护地尤其常见。线虫危害线虫是作物寄生虫，主要破坏作物的根系，影响其正常生长，而且防治难度大。在特定情况下，连作会引起线虫的大发生，如保护地蔬菜，由于多年连作线虫虫口密度过大，导致毁棚；大姜产区，连作几年后就会因为线虫而引起严重的姜癞病。农作物连作障碍的防治施肥测土配方，平衡施肥，调节营养，以有机肥为主，有机肥和无机肥相结合。管理轮作间作，优种嫁接。如西瓜用南瓜砧木嫁接，预防线虫和土传病害。栽培土壤消毒，药治菌补。针对连作引起的土传病害和线虫，可用杀菌剂和杀线剂进行土壤消毒和处理，但是考虑到有益微生物同时也被杀灭，必须在土壤处理后增施一定的生物菌肥。微生物在循环中作用：S：自然界中的硫和硫化氢被微生物氧化成为硫酸盐，后者被植物和微生物同化成为有机硫化物，构成其自身组分；动物食用植物和微生物，将其转化成为动物有机硫化物，当动、植物的尸体被微生物分解时，含硫的有机质主要是蛋白质降解成为硫化氢，进入到环境中。此外，环境中的硫酸盐在缺氧条件下，能被微生物还原成为硫化氢。微生物在自然界的硫循环中，参与了各个过程：脱硫作用、硫化作用、硫同化作用和反硫化作用（硫酸盐还原作用）。N:氮素是构成生物体的另一种必需元素，自然界中的氮素循环包括许多转化作用。空气中的氮气被固氮微生物及植物与微生物的共生体固定成氨态氮，经过硝化微生物的作用转化成硝态氮，后者被植物或微生物同化成有机氮化物。动物食用含氮的植物，又转变成动物体内的蛋白质。动物、植物、微生物的尸体及排泄物被微生物分解后，又以氨的形式释放出来，这种过程叫做氨化作用。由硝化菌产生的硝酸盐在无氧条件下被一些微生物还原成为氮气，重新回到大气中，开始新的氮素循环。微生物在氮素循环中的几种作用归纳为：固氮作用、硝化作用、同化作用、氨化作用和反硝化作用。C:微生物是自然界中许多有机物的分解者，如果没有它们的作用，自然界中各类元素及物质就不可能被周而复始地循环利用，生态平衡就会破坏，整个生命世界就会绝灭，人类自然也就无法生存。碳素是构成各种生物体最基本的元素，碳素循环包括CO2的固定和CO2的再生。植物和藻类，以及光合微生物，通过光合作用固定自然界中的CO2，合成有机碳化合物，进而转化成各种有机碳化合物。动物以植物为食物，经过生物氧化释放出CO2，动物、植物的尸体经微生物完全降解（即矿化作用）后，最终主要产物之一也是CO2。地下埋藏的煤炭、石油等，经过人类的开发、利用，例如作为燃料，燃烧后也产生CO2，重新加入碳循环。通过这些生物和非生物过程产生的CO2，随后又被植物和光合微生物利用，开始新的碳素循环。P:磷是包括微生物在内的所有生命体中不可缺少的元素。在生物大分子核酸、高能量化合物ATP、以及生物体内糖代谢的某些中间体中，都有磷的存在。在自然界中，磷的循环包括可溶性无机磷的同化、有机磷的矿化、不溶性磷的溶解等。可溶性的无机磷化物被微生物吸收后合成有机磷化物，成为生命物质结构组分（同化作用）。在土壤中，许多的细菌、放线菌和霉菌等含有植酸酶和磷酸酶，能够将含磷的有机物分解（异化作用），产生的无机磷化物可被植物吸收利用。土壤中的磷酸或可溶性的磷酸盐与土壤中的一些盐基结合，形成不溶性的磷酸盐。在天然水体中，大部分的磷存在于水下的沉积物中。不过，生活在土壤和水体中的一些微生物，通过代谢产生的硝酸、硫酸和有机酸又可将不溶性的磷酸盐溶解，从而使自然界中的磷素循环周而复始的不断进行。应当指出，如果人类活动将含磷物质大量排放到水环境中，可溶性磷酸盐浓度过高会造成蓝细菌及其它藻类大量增殖，即常说的富营养化作用，从而破坏环境的生态平衡。在人类干扰的农田生态系统中有哪些常见的线虫类型：植食性，食细菌，食真菌，食藻类，捕食性，杂食性。农田生态系统中主要的营养类群植物寄生线虫,食真菌线虫,食细菌线虫,捕食杂食性线虫人工干扰的农田生态系统中主要的营养类群是植物寄生线虫危害植物的主要线虫根结线虫,胞囊线虫,滑刃线虫,茎线虫,粒线虫,短体（根腐）线虫线虫如何产生危害根结线虫危害植物根部，形成根结，造成根系发育受阻和腐烂，植株地上部分衰弱和枯死。胞囊线虫主要危害植物根系，造成根系衰弱，甚至腐烂，使地上部分矮化黄萎，开花少，甚至全株死亡。茎线虫危害植物地下部分的块茎、块根、鳞茎等，造成畸形或糜烂，危害植物地上部分造成局部畸形。滑刃线虫危害植物地上部分，也可危害幼芽、叶片、茎、树干和种子等，造成幼芽扭曲畸形变色，侵染叶片造成枯斑和叶尖干枯，危害树干造成整株迅速枯死。农田生态系统：耕地林地人工干扰的农田生态系统：耕地耕地：水田、旱地、水浇地水田：水稻根结线虫、水稻干尖线虫、胞囊线虫（胞囊线虫只危害禾本科植物）、短体线虫、潜根线虫（寄生于水稻和水生植物根部,是分布广、危害大的一类内寄生线虫）旱地：小麦胞囊线虫,马铃薯腐烂茎线虫,马铃薯金线虫根结线虫病防治现状:农业防治:农业防治主要有田间管理（施肥或其它物质、水淹、嫁接）、轮作、抗病品种应用等。化学防治:化学防治是病害综合防治中的主体,在根结线虫防治中仍占有重要地位。但杀线虫剂的应用从原来的高毒、高残留向低毒、高效、低残留方向发展。物理防治:物理防治主要通过对带线虫的苗木进行处理,从而预防线虫通过苗木进行远距离传播,这一方法主要用于处理调运的苗木。具体的方法有热处理、射线和超声波处理等。生物防治:根结线虫病的生物防治包括天敌真菌、细菌及其代谢产物和植物源杀线虫剂等的利用。线虫的分类:（1）按营养方式划分有植食性线虫、食菌性线虫、食真菌性线虫、食藻类线虫、捕食性线虫、杂食性线虫。（2）按照是否寄生划分：约2000种为植物寄生性线虫，5000种是动物寄生性线虫，13000种是非寄生性线虫（生活在海洋、淡水、土壤中）。（3）在土壤中的主要种类：杂食性线虫、食菌性线虫、植食性线虫是土壤中的优势种群。土壤微生物在土壤形成过程中的作用:1.地质循环和生物循环的相互作用促进土壤形成：生物小循环中，植物、动物有机体死亡后归还土壤，经微生物分解与合成转化为植物可以吸收的可溶性养分和腐殖质，促进了植物营养元素在土壤表成的集中和积累，成为土壤肥力形成与发展的关键。2.土壤形成过程中有机质的积累和转变：土壤有机质在微生物的作用下，包括有机质的矿化过程和腐殖化过程。3.土壤腐殖质的形成：微生物在形成腐殖质的过程中还是依靠酶的作用。土壤微生物在分解有机质中的作用:土壤微生物是有机物的主要分解者，土壤动物在多数情况下主要起一种破碎作用，其呼吸量在土壤呼吸总量中的比例较小。微生物分解有机质的一般途径:1、复杂有机质分解为简单有机质2、简单有机物质的有氧分解:（1）微生物彻底氧化有机物质为CO2:（2）微生物不完全氧化有机物质生成有机酸3、简单有机物质的无氧分解:糖类和其他简单有机物质，在缺氧环境中，由厌氧菌或兼氧性微生物通过发酵作用或无氧呼吸进行分解。发酵作用不能彻底分解，因而生成一些不完全氧化和还原态的产物，如一些分子结构简单的有机酸类、醇类、醛类、酮类或碳氢化物等。影响分解作用的因素：⑴有机物自身的影响⑵非生物环境因子的影响⑶生物因素的影响土壤微生物在分解矿物质中的作用:土壤微生物的代谢产物能促进土壤中难溶性物质的溶解。例如磷细菌能分解出磷矿石中的磷，钾细菌能分解出钾矿石中的钾，以利作物吸收利用，提高土壤肥力.另外，尿素的分解利用也离不开土壤微生物。土壤微生物在土传病害中的地位土传病害发生的原因：1、忽视有机质的施用，导致土壤生物种类和数量减少，其中也包括一些能够抑制土传病害的有益微生物，如放线菌、木霉素、芽孢杆菌。2、大量和高频次地使用化肥、农药、除草剂等化学品，对土壤的良性菌伤害严重，是中性菌变成恶性菌，从而导致土传病害加重。3、抑制自己的对手减少后，那么危害植物的病源菌在病残体中更容易越冬、成活。4、土传病害加重后，大范围大剂量用药，更加破坏了土壤微生物生态平衡，使病害防治起来越来越难。5、不重视生物菌肥的施用。从土传病害的原因中，我们可以知道土壤微生物在地位是不可替代的，同时，土壤中存在一些抗生性微生物，他们能够分泌抗生素，抑制病原菌的繁殖，防治土传病原菌对作物的危害。土壤微生物对农药的降解：农药进入环境以后，经受生物学与非生物学多种因素的影响。现已了解，环境中有机农药的消失，主要是由于微生物对农药的降解作用。其最为直接的证据是，当将土壤经高压灭菌或加入微生物抑制剂时，其中所含农药的降解速度便会大大降低，甚至不被降解。微生物降解农药的途径：1、酶促的作用:（1）、微生物一农药或者分子中之某部分作为能源和碳源。（2）、微生物通过共代谢作用使农药降解（3）、去毒代谢作用2、非酶促的作用:（1）、脱卤作用（2）、脱烃作用（3）、酰胺及酯的水解（4）、氧化作用（5）、还原作用（6）、环裂解（7）、缩合或共轭形成土壤微生物对重金属的转化：微生物特别是细菌、真菌在重金属的生物转化中起到重要作用，微生物可以改变重金属在环境中的存在状态，会是化学毒性增强引起严重环境问题，还可以浓缩重金属，病通过食物链积累，另一方面，微生物直接或者间接的作用可以去除环境中的重金属，有助于改善环境。微生物对重金属有转化能力，Se,Pb,Cd,Sn,As,Mg等重金属也可以甲基化转化，微生物虽不能降解重金属，但可以通过对重金属的转化，控制其转化途径，可以达到减轻毒性的作用。土壤微生物对塑料的降解塑料：制品因其容易生产，用途广泛，不易变质，日益成为生产及生活中的必需品，数量成倍增加。然而，正因为它不易衰变，持久性强，塑料废弃物成为污染土壤的一个重要污染物，在农业上，地膜的使用也带来了很大的环境问题。塑料可被微生物作用，但分解速度极慢，属于极难生物降解的顽固化合物，研究者发现，如塑料聚合物先经过不同程度的光降解作用，就可以使继后的生物降解泳衣的多。经光解后的塑料成为粉末状，如果分子量降到5000以下，便易于为微生物所利用，光解后的聚丙烯塑料及聚乙烯塑料，在土壤微生物区系的作用下约一年后即完成矿化。土壤质量指标体系包括哪些层次土壤肥力与农作物性状：土壤质地，土壤结构，土壤容重，导水率，土壤孔隙度，耕层厚度，土壤持久性，有机质，速效NPK，电导率，PH，阳离子交换量土壤环境质量：背景值，污染指数，环境容量，污染物有效性，污染物浓度土壤生物指标：总有机碳/微生物量碳，微生物量/总生物量，C/N,细菌，真菌，潜在矿化N，酶活性：脱氨酶，磷酸酶，硫酸酯酶，土壤呼吸，微生物区系：脂肪酸分析/氨基酸分析，节肢动物，蚯蚓土壤生态质量：种群丰富度，多样性指数，优势性指数，均匀度指数，杂草，土壤侵蚀状况生物修复:利用特