土壤学——国家级精品课程3

土壤生物主要内容(重点)：教学目标与要求：教学方式与手段：课时安排与进度：1.土壤生物多样性2.影响土壤微生物活性的环境因素（重点）3.土壤微生物区系的发生和分布4.土壤生物活性及表征了解土壤中的主要生物种类，认识土壤生物的多样性；重点掌握影响土壤微生物活性的各种因素；了解土壤细菌、真菌、防线菌、蚯蚓、线虫等生物的特性及对土壤肥力的影响。幻灯，动画演示；案例分析；课时数：2课时提纲第一节土壤生物的种类及其多样性第二节影响土壤微生活性的环境因素第三节土壤微生物区系的发生和分布第四节土壤生物活性及表征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—被忽视的生物王国！土壤生物在生态系统中，生物按其功能可分为∶生产者和分解者。土壤生态系统的特点是∶1、生产者占的比例很小。藻类是土壤中唯一能进行光合作用的生物，土壤生态系统中的有机物主要来自于地上部分的植物残体。2、分解者无论在数量和功能上都是十分重要的。第一节土壤生物种类及其多样性一、土壤生态系统及其特征土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性分解者可分为∶–第一消费者∶以植物残体为食，最先对植物残体分解的动物和微生物；–第二消费者∶包括食肉动物和消耗低等植物的食微植物者；–第三消费者∶以第二消费者为食物的食肉动物。土壤生物广义上应包括土壤微生物、土壤动物和高等植物的根系。土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性土壤生态系统和生物学过程的特征∶–1、在时空上的变异。新鲜底物上的生物活性的变化则是随时间的变化而不同的。–2、生态系统具有在时空上的等级结构。–3、瞬间事件:由于微生物活动的动态变化有时很大，瞬间事件可在机短的时间内影响其活性。如干湿和冻融交替。土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性动物(Fauna)全部异养大型动物：主要食草和食腐性脊椎动物田鼠节肢动物白蚁、甲虫及其幼虫、千足虫环节动物蚯蚓软体动物蜗牛、蛞蝓主要捕食性脊椎动物鼹鼠、蛇节肢动物蜘蛛、中型动物：主要食腐性节肢动物螨、弹尾虫(跳虫)环节动物线蚓主要捕食性螨微型动物：食腐性、捕食性、食真菌、细菌线虫线虫原生动物变形虫、纤毛虫高等植物：自养植物根、根毛、微生物：褐藻、二元体异养真菌酵母、霉菌、蘑菇放线菌链霉菌等异养和自养细菌好气细菌、厌气细菌蓝细菌蓝细菌主要自养土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性图4-2土壤食物网的简化示意图土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性图4-1土壤生物的主要类群示意图土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性二、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）土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性土壤生物的种类：土壤生物微生物动物植物土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性一、后生动物土居性的多细胞动物：线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性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、蚯蚓土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性正在交配的蚯蚓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第一节土壤生物种类及其多样性土壤是许多昆虫发育的摇篮请看精彩的昆虫世界—第一节土壤生物种类及其多样性土壤生物＊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。＊习性表皮失水很快，干燥时变为胞囊，湿润时又重新活动。＊食性可分为三类∶1、以腐败的有机质为食的2、以其他线虫、细菌、原生动物为食的3、寄生在高等植物根系的2、线虫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，吸食的原生质。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、畸形根等土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性线虫螨（mite)土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性＊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。土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性原生动物的特点是∶A、单细胞，结构简单，数量大，分布广B、既可有性生殖，也可无性生殖在一定条件下可形成孢囊C、与生者相比，个体较小，不同土壤中种类不同，但一般均为表层较多。土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性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、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。土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性原生动物土壤生物第一节土壤生物种类及其多样性三、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。1公斤土壤可含：5亿个微小动物。5亿个细菌，近10亿个真菌100亿个放线菌土壤微生物：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第一节土壤生物种类及其多样性第一节土壤生物种类及其多样性主要作用：•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%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、细菌第一节土壤生物种类及其多样性（1）节杆菌属（Arthrobacter）①很强的抗旱性，土壤经过15天干燥，芽孢细菌仅剩1/3左右，其他细菌几乎全部消失，而节杆菌仍保持90%的存活率。②很强的耐饿性和广食性，可降解土壤中难分解的物质和多种化学农药。第一节土壤生物种类及其多样性（2）芽孢杆菌属（Bacillus）土壤中最普遍的是蜡质芽孢杆菌（B.cereus）。热带和亚热带土壤中的绝对嗜热菌能在65～75℃生长，40℃以下停止生长，如酸热芽孢杆菌（B.acidocaldarius）和嗜热脂肪芽孢杆菌(B.stearothermophilus),对高温环境中的物质转化起重要作用。第一节土壤生物种类及其多样性（3）假单胞菌属（Pseudomonas）一部分为腐生菌，一部分兼性寄生菌，是土传性植物病害的病原菌。青枯假单胞菌（Ps.solanacearum）是茄科植物病原菌托拉氏假单胞菌(Ps.tolasii)是蘑菇褐斑病的病原菌嗜冷性假单胞菌是冷藏食品、制品的有害菌。在降解土壤、水体中的农药和除草剂处理石油废水中能发挥重要作用。第一节土壤生物种类及其多样性（4）土壤杆菌属（Agrobacterium）（5）产碱杆菌属（Alcaligenes）反硝化产碱杆菌(Al.denitrificans)，在硝酸盐存在的厌氧条件下，靠氧化有机质取得能源，并以硝酸盐中的氧作为电子受体而产生氮气。（6）黄杆菌属（Flavobacterium）化能异养菌，培养时需要某些氮素物质和复合维生素，因而分离后的培养物难以保存和培养。能用于净化污水。第一节土壤生物种类及其多样性土壤中重要的各种细菌生理群：•纤维分解细菌•固氮细菌•硝化细菌•亚硝化细菌•硫化细菌•氨化细菌在土壤碳、氮、磷、硫循环中担当重要的角色。第一节土壤生物种类及其多样性细菌菌落第一节土壤生物种类及其多样性根瘤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104～106变动。☆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。☆高温型的放线菌在堆肥中对其养分转化起着重要作用。3、放线菌第一节土壤生物种类及其多样性4、蓝细菌（Cyanobacterium）☆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☆在施有机肥料的土壤中常见。☆粘细菌是已知的的最高级的原核生物，具备形成子实体和粘孢子的形态发生过程。☆具有很强的抗逆性。第一节土壤生物种类及其多样性1、土壤真菌有170个属，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（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，通气好的表层土壤中，•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。第一节土壤生物种类及其多样性地衣是真菌和藻类形成的不可分离的共生体。地衣在土壤发生的早期起重要作用。3、地衣（Lichens）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。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、温度表3－2按生长温度划分的微生物类型类型温度（℃）界限生境最低最适最高低温型专性嗜冷兼性嗜冷0以下0上下15以下203020以下35极地或大洋深处海水和冷藏箱，寒冷地带冻土中温型0上下254050哺乳动物生活的地方，土壤表层以下的耕作层高温型嗜热极端嗜热30304560809070100以上温泉、堆肥和土壤表层热泉、地热喷口、海底火山口、热带土壤表层第一节土壤生