基础知识

        第一节 土壤和土壤组成 

第二节 土壤肥力 

第三节 土壤微生物——微生物的大本营 

第四节 自然界物质的生物循环 

第五节 土壤微生物与化肥

第六节 土壤微生物之间相互关系

第七节 植物根际微生物

第八节 化学农药与土壤微生物   

 

  第一节 土壤和土壤组成

       1. .土壤的概念：

    土壤是地球表面一层能够进行新陈代谢、培育植物的疏松物质。

 能够培育植物，具有土壤肥力是土壤的本质特征。

2. 土壤生态系统：

土壤和以土壤为基质的生物种群（包括动物、植物、微生物）紧密的联系在一起，构成一个有机整体，称为土壤生态系统。

一般人可能把土壤理解成“死”的东西，实际土壤是有生命力的。

3. 土壤的组成：
   固相：矿物质和有机质等固体物质。
   液相：土壤水分及其水溶物。
   气相：土壤空气中的气体。

   

                土壤中，固相、气相、液相示意图

4. 土壤固相

（1）颗粒状矿物质：

◆占土壤质量的95%以上，是土壤的基本骨架。

◆土壤矿物质不断风化，为微生物提供营养，包括硫、磷、钾、铁、镁、钙等常量元素以及硼、钼、锌、锰等微量元素。

（2）有机物质：主要存在于土壤表层，为植物和微生物生长提供营养（碳、氮）和能量。

◆新鲜有机质：动植物残体，包括高等植物的脱落细胞、根的分泌物、微生物残体和有机质肥料。

◆腐殖质：提高土壤肥力、改善土壤物理性状（是土壤有机质的主要组成部分）。

（3）腐殖质（humus）：

是一种黑色胶体物质，具有较强吸附性和保水性能。其基本成分是纤维素、木质素、淀粉、糖类、油脂、蛋白质等。在这些成分里，包含有大量的碳、氢、氧、氮、硫、磷和少量的铁、镁等元素，是植物和微生物的营养来源。有机物在土壤微生物的作用下分解成为简单化合物后，重新合成复杂的高分子化合物——腐殖质。

5. 土壤结构性

（1） 土壤结构：土壤中的土粒相互团聚，形成了形状、大小、数量和稳定程度都不同的土团、土块、或土片等团聚体，这种团聚体称土壤结构（或结构体）。

（2） 土壤的结构性：指土壤结构体的形状、大小、排列和相应的孔隙状况等综合性状。

土壤的结构性直接影响土壤水、肥、气、热状况，而且与土壤耕作也有密切关系，是土壤的重要物理性质。                

（3） 团粒结构：特点：疏松多孔，团粒内有毛管孔隙，团粒间有非毛管孔隙，能使土壤既保水又透水，并保持适宜的土壤空气和温度，有利于作物根系的伸展及对养分的保蓄和供应。

形成：团粒结构一般要经过多次（多级）的复合、团聚而形成，可概括为如下几步：单粒→复粒（初级微团聚体）→微团粒（二级、三级微团聚体）→团粒（大团聚体）。

         

         

                                    团粒的形成过程

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 第二节 土壤肥力

1. 土壤肥力的概念

 土壤肥力是土壤能不断地供应和调节植物生长发育所需要的水、肥、气、热的能力。土壤肥力是土壤的本质特征。
     ◆自然肥力：自然因素形成的肥力。
       人为肥力：由耕作、施肥、浇灌等人为因素作用形成的肥力

◆有效肥力：能为农作物即时利用的自然肥力和人工肥力。

  潜在肥力：不能即时利用的肥力。

  潜在肥力在一定条件下可转化为有效肥力。

2. 全面理解土壤肥力

衡量土壤肥力的指标不单是指肥料，也包含水、气、热等因素。例如：

◆农用微生物制品（微生物肥料）

◆有机肥料（有机质）

◆翻地是为了增加土壤透气性，保证植物根系呼吸（气）

◆冬天温室大棚秸秆还田，可增加地温3度左右（热）

◆向温室中施用“二氧化碳肥料”，提高光合效率（光）

    如果大量施用化肥，和其它肥力因素不协调，就会造成极大浪费。

3. 重视潜在土壤肥力的转化

土壤向植物提供养分的能力并不直接决定于土壤中养分的贮量，而是决定于养分有效性的高低。有效性高低又取决于该营养元素在土壤溶液中的浓度。

两种途径增加土壤溶液浓度：（1） 向土壤施用肥料。投入较大，浪费多。
                               （2） 把土壤固定化的肥料释放出来。投入小，产出大。      

土壤微生物在固定化肥料释放中发挥主要作用。

4. 肥料

（1） 肥料是植物生产过程中能够直接或间接为植物提供养分的物料。

（2） 按照肥料的作用可将肥料分为直接肥料和间接肥料。

直接肥料首先是用来满足植物生长所需要的养分。

间接肥料是优先用于土壤物理性质和化学性质的改良。

（3） 按照肥料的不同性质和不同特点来划分：

① 化学肥料，即我们常说的化肥，又称为无机肥料，是人们用物理和化学方法生产的肥料，如尿素、过磷酸钙、磷酸铵、硫酸钾等。它一般属于直接肥料。

② 有机肥料，是指含有大量有机物质的肥料，主要来源于动植物的有机残体、生活垃圾等经过处理以后而形成的肥料，如人粪尿、家畜粪尿、厩肥、堆肥、沤肥、绿肥等。

但有机肥料中的养分多为潜在性养分，必须经微生物分解转化为有效养分后才能被植物吸收利用。

③ 生物肥料，又称菌肥，是由一种或数种有益微生物活细胞制备而成的肥料，主要有根瘤菌剂、磷细菌剂、复合菌剂等，是一种间接肥料。

5. 有机肥料与化学肥料的的特点比较   

有机肥料	无机肥料
含有机质多，有显著的改良土壤作用	只能供给植物矿质养分，一般无改良土壤作用
有完全肥料之称，平衡营养	养分种类比较单一
养分含量低，用量大	养分含量高，施用量少
养分多为有机态，供肥时间长，肥效缓慢	肥效快，供应数量较多
既能促进植物生长，又能保水保肥	养分浓度大，容易挥发、淋失或发生强烈固定，降低肥料利用率

           1克土壤中微生物数量相当于山东省人口数量 

 

         土壤微生物的分类  

5. 土壤微生物的分布

◆土壤表面，微生物不易生存。

◆地表5~30cm的土层中微生物数量最多。

◆深层土壤微生物随土壤深度增加而减少。

◆土壤愈肥沃，微生物愈多。

6. 土壤微生物的作用

（1）有助于形成土壤结构。土壤微生物的代谢活动有助于土壤形成大的团粒结构。

（2）分解有机质。土壤中的有机物料，只有经过土壤微生物的作用，才能腐烂分解，释放出营养元素。

（3）代谢产物能促进土壤中难溶性物质的溶解。土壤微生物就好比肥料加工厂，将土壤中的矿质肥料加工成作物可以吸收利用的形态。 

（4）固氮作用。某些微生物可将空气中的氮气转化为植物能够利用的固定态氮化物。

（5）调节植物生长。植物共生的微生物可产生有机酸、氨基酸、维生素、生长素等各种有机营养物质，促进植物的生长。

第四节 自然界物质的生物循环

 在自然界，同时进行着化学元素的有机质化(生物合成作用)和有机质的无机质化（分解作用）。绿色植物是化学元素有机质化的主要推动者，而微生物是有机质分解的主要推动者。土壤中动植物残体和其他有机物，主要是在微生物参与下达到无机化和腐殖化。

 绿色植物和微生物都是以土壤为生活环境。所以土壤是自然界生物循环的基地。

 1.生物循环  

    

 2. 土壤微生物与有机质代谢

          

 3. 氮循环

（1） 氮素的同化作用：绿色植物和微生物在它们的生命活动中，吸取氨态氮和硝酸盐形成的无机氮，组成生物细胞原生质的组分(蛋白质、核酸等)，使无机态氮同化为有机态氮，这一过程为氮素的同化。

（2） 氮素的矿化作用

◆ 氨化作用：土壤中动植物残体的有机氮化物被微生物分解产生氨的生化过程，叫作氨化作用。

◆ 硝化作用：有机氮化物在矿化作用中产生的氨，经过硝化细菌的作用，氧化成硝酸盐，称为硝化作用

◆反硝化作用：在土壤通气不良的情况下，硝酸盐在反硝化细菌的作用下，还原成氨气和氮，这一过程叫反硝化作用。

◆固氮作用：分子态氮在生物体内还原为氨的过程，称为生物固氮作用。
     自生固氮菌属
     根瘤菌：与豆科植物共生 

氮素循环  

 

   4. 自然界碳循环  

   5. 磷循环

 （1）土壤中的磷有三种状态

    ① 有机磷化合物，是土壤中磷存在的重要形式，约占土壤磷含量的25％一60％；

    ② 不溶性磷酸盐；

    ③ 可溶性磷酸盐。

其中，只有可溶性磷酸盐能被植物吸收利用。

 （2） 磷在自然界主要通过三个途径进行循环

   ① 有机磷的矿化作用：有机磷化合物在微生物作用下转化分解，释放出其中的磷酸部分，并以无机磷酸盐状态存在于环境中．为植物所吸收利用。

   ② 磷的有效化(可溶化作用)：土壤中的不溶性磷酸盐可通过微生物生命活动过程中产生的酸类物质逐渐溶解，转化为水溶性的磷酸盐类。

   ③ 磷的同化作用：土壤中的无机磷化物通过生物细胞转变为有机磷，成为细胞的组成成分。

   第五节、土壤微生物与化肥  

  

1. 化肥损失

①氮肥：氨和尿素浅施可能挥发、硝酸被淋融、被反硝化造成脱氮作用而挥发。化肥氮素利用率一般只有60%，低的到30%。

②磷肥：固定化和淋融，主要是固定化。

③钾肥：主要是淋融。

2. 微生物提高化肥利用率

① 微生物和施用有机肥料结合，提高土壤有机质、腐殖质含量，形成良好土壤团粒结构，提高保水保肥能力。

② 刺激植物根系发育，增强根系吸收营养的面积和能力。

③ 有些微生物如解磷细菌、铁载体细菌可使固定化的肥料有效化。

④ 特殊微生物可抑制反硝化细菌生长，减轻脱氮作用。

第六节 土壤微生物之间相互关系

土壤中微生物的种类繁多，数量变化很大，各种微生物之间存在着相互联系影响，组成许多微生物群落。 

1. 基本利害关系

有利：一种微生物的生长和代谢对另一种微生物的生长产生有利的影响，如分泌生长刺激素，或分解有害物质，形成互惠关系。

有害：一种微生物对另一种微生物的生长产生有害影响，如分泌有毒物质，或彼此争夺养料，形成互害关系。

中性：两种微生物在一起，彼此对生长和代谢不表现明显的有利或有害的影响。

2. 微生物之间互惠关系

① 共生关系  两种微生物紧密的生活在一起，形成共生体。例如：藻类和真菌形成地衣。

② 互生关系  微生物之间比较松散的联合，对一方或双方有利。互生关系在土壤中是普遍存在的现象。

③ 接力关系  在物质转化链中，从复杂的有机物质转化为简单的无机物，经过许多步骤，各个步骤是由不同的微生物种类完成的，它们表现为接力关系。

3. 微生物间寄生、猎食和竞争关系

① 微生物之间的寄生。一种微生物寄生在另一种生物体上，从后者取得养料，前者称为寄生物，后者称为寄主。在寄生关系中，寄生物对寄主一般是有害的，因寄生物危害寄主，使后者发生病害或死亡。

② 微生物之间的猎食。在自然界中猎食作用(吞食作用)是微生物中的一个引人注目的现象。许多土壤微生物，特别是细菌．易于受到猎食者的袭击。一些原生动物以细菌为食物，如线虫。

③ 微生物之间的竞争。一种微生物的生长限制另一种微生物的生长。主要是因竞争有限的养料和其它物质而引起的。有的微生物接种到未灭菌的土壤中，生长很差，常常几天或几星期内就消失，这是由于微生物之间有害的相互竞争的结果。

4. 土壤微生物的拮抗作用

① 拮抗作用，两种微生物生活在一起时，一种微生物分泌的代谢产物抑制甚至杀死另一种微生物，这种现象称为拮抗作用。目前已知的抗生菌种类很多，包括细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物。研究最多的是放线菌。现在已知的抗生菌基本上是从土壤中筛选出来的。

② 抗生素，是一种由微生物所产生的特殊的次生代谢产物，既不参与细胞结构，也不是细胞的贮存养料，对产生菌本身无毒，但对其它微生物则有专一性拮抗作用。对敏感菌种在有效浓度很低的情况下，能够抑制它们代谢活性，甚至杀死它们。

③ 农用抗生素，农用抗生素是在医用抗生素发展的基础上开发的，但又不同于医用抗生素。医用抗生素在农业上的应用效果不理想。

④ 抗生菌和抗生素在土壤中的作用

土壤中生活着各种各样的抗生菌，分泌抗生素，无疑对土壤环境微生物种群的组成会有影响。在自然界微生物产生抗生素而抑制其周围环境的某种或某些微生物的活动是对复杂生态环境的适应，是种间竞争中保存自己的一个防卫机制。

第七节 植物根际微生物

根际：指植物根系直接影响的土壤范围，一般指从植物根面到距离几毫米的范围。

根际微生物：根际是一个特殊的生态环境，根际微生物与根外土壤微生物相比，无论在数量上还是种类上都有很大差别。

1. 根际微生物的数量表示方法

◆根际对微生物的影响用“根际效应”表示。

◆数量化表方法：根土比例(R/S)  —根际微生物数量和土壤微生物数量之比。

◆大量实验结果表明：一般R/S在5-20之间，土壤有机质含量越低 ，R/S越大。

◆植物根系向土壤中分泌大量物质，不同植物向土壤中分泌的物质组成不同。不同分泌物类型，造成植物根际微生物种群不同。

2、根际微生物对植物的影响

① 促进作用

◆营养  土壤中的有机质在微生物的作用下不断地进行着无机质化，植物所需要的无机养料的供应不只是靠土壤中和肥料中现成的无机成分，而主要是靠有机物质的不断无机质化。

◆促生  根际微生物能够合成多种植物生长素，生长素、赤霉素等，而且根面又多于一般根。

② 根际微生物对植物的抑制作用：

◆植物病原菌：土传病害—通常是维管束病害，症状明显。

◆植物根际中，有些微生物虽然没有致病性，但它们产生有毒物质抑制种子发芽和幼苗生长，因而降低作物产量。细菌、放线菌和真菌中部有一些种类产生对植物有毒的物质。

◆在同一土壤中，连续栽培同一作物，微生物分泌的有害物质在土壤里累积。虽然供应足够的肥料，土壤物理性状也没有变坏，但作物产量愈来愈低，这种现象称为“土壤疲乏”。

◆大田作物解决土壤疲乏的有效措施是进行合理轮作。由于不同的作物伴随着不同的微生物区系，因此进行轮作换茬时，也就改变着土壤中微生物区系和土壤微生物间的相互关系。

      第八节 化学农药与土壤微生物

1. 农药在土壤中的转化

◆农药本来是针对某些特定的有害生物而制备的，有一定的选择性，它在一定的浓度范围内对某些生物有毒害，而对其它生物无毒。但绝对专一性是不可能的。

◆土壤中的农药，一部分由化学分解而消失，而绝大部分是受微生物作用而转化，或者由有毒变无毒，或者由无毒变有毒，或者矿化，或者变为复合体。

◆有些农药易受微生物分解，有些则抗分解，能在土壤中持续很长时间。（农药残留问题）

两个重要问题：

第一，所有现代农药均是有机化合物，它们经过微生物代谢而改变或破坏其活性。微生物对农药有降解作用。（土壤中化学农药效果差的重要原因）

第二，这些化学农药进入土壤后，不仅杀死有害生物也可能杀死有益生物。

农药的持久性

2. 化学农药对微生物的影响

大部分微生物群体的数量不因施用除草剂、杀虫剂、杀菌剂而受很大影响。在许多除草剂及杀虫剂的使用浓度范围内，土壤微生物主要类群能正常生长，只在高浓度情况下，才对微生物群体的数量有影响。

3. 土壤化学处理

◆为了控制土壤真菌及线虫危害、或者为了消除长期连续栽培同一作物所造成的“土壤疲乏”现象，采用化学药剂薰蒸方法使土壤达到接近无菌的状态，这种处理叫土壤局部灭菌。

◆现用的化学薰蒸剂主要有甲基溴、三氯硝基甲烷(氯化苦)、二氯丙烯、二溴乙烯、甲基异构硫氰酸、甲醛及氨基甲酯等。

（1）氯化苦-三氯硝基甲烷

① 健康危害

n 侵入途径：吸入、食入、经皮吸收。

n 健康危害：蒸气强烈刺激眼和肺，具有全身毒作用。损害中、小支气管，导致中毒性肺炎和肺水肿。

② 禁止化学武器公约与氯化苦

氯化苦为《禁止化学武器公约》附表化学品清单及化学品举例之附表3化学品清单A类有毒化学品。

③ 氯化苦的重要用途

氯化苦主要作为熏蒸剂，用于粮食和土壤熏蒸。它被确认为啮齿动物、昆虫和仓库害虫的熏蒸剂。在土壤处理中能防治真菌、线虫等土传病害。

（2）石灰氮：别名：氰氨化钙；碳氮化钙

石灰氮是一种古老的化学肥料，已有100 余年的使用历史。我国在20 世纪60年代中期到70年代中期，石灰氮在农业上就有广泛的用途，如做水稻的基肥、调节土壤的酸性、补充植物的钙素。随着化肥工业的崛起，古老化肥品种逐渐退出市场。

国内外专家学者对石灰氮重新进行了深入研究，发现石灰氮在农业上的新用途-土壤消毒。

石灰氮是一种高效的土壤消毒剂，石灰氮分解的中间产物氰氨和双氰氨都具有消毒、灭虫防病的作用。

趁高温翻耕保护地土壤，每亩耕层土壤中施入石灰氮100公斤，作畦后灌水，覆盖透明塑料薄膜，密闭大棚，闷棚20-30 天。

由于石灰氮与高温的双重杀菌作用，可防治各种土传病害及地下害虫，特别是对真菌性病害效果较好。

其他消毒方法如氯化苦、溴甲烷熏蒸或蒸汽消毒法，操作安全性较差，而且杀死的不只是土壤中的病原菌，也包括其他有益微生物，消毒后的土壤易被病原菌侵染，常会发生意想不到的病害。

4. 化学处理对土壤微生物的影响

◆杀死了绝大部分真菌、放线菌。真菌数量4周到2年才恢复正常。放线菌1年后才恢复。

◆细菌在处理一周内，数量略有下降，接着细菌数显量上升，并大大超过未处理的土壤，直至16周后，数量仍比对照土壤中的高。以后逐渐地减少，降至未处理土壤水平。