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土壤生态系统

土壤生态系统是土壤中生物与非生物环境的相互作用通过能量转换和物质循环构成的整体。

土壤与其他地上部生物和地下部生物之间进行复杂的物质与能量的迁移、转化和交换,构成一个动态平衡的统一体,成为生物同环境间进行物质和能量交换的活跃场所。

土壤生态系统是陆地生态系统的一个亚系统,其结构组成包括:①生产者。高等植物根系、藻类和化能营养细菌。②消费者。土壤中的草食动物和肉食动物。③分解者。细菌、真菌、放线菌和食腐动物等。④参与物质循环的无机物质和有机物质。⑤土壤内部水、气、固体物质等环境因子。土壤生态系统的结构主要取决于构成系统的生物组成分及其数量,生物组成分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。土壤生态系统的功能主要表现在系统内物质流和能流的速度、强度及其循环和传递方式。不同土壤生态系统的上述功能各不相同,反映了土壤生产力相异的实质。土壤生态系统的结构和功能可通过人为管理措施加以调节和改善。土壤中物质转化和能量流通的能力和水平、土壤生物的活性,土壤中营养物质和水分的平衡状况及其对环境的影响等,是土壤生态系统研究的主要内涵。

稳定的土壤生态系统具有一定的结构特征:①垂直结构。一般由三个层次构成:第一层为生物群体层,它是植物进行光合作用的主要场所,所占空间的高度依植物种类而异;第二层是生物地被层,包括地面的生物群体及植物根系所及的土层,其中土壤动物和土壤微生物丰富,生物物质的累积、分解、转化、矿质元素的淋溶、淀积以及水分蒸发蒸腾的活跃场所;第三层是土壤底层和岩石风化层,生物有机体少,是土壤矿质养分元素与水分补给的基地。②水平结构。一般有三种格局:均匀分布,生物种群的分布是均匀的,在二维空间上各占有一定的面积;簇生分布,生物种群在空间上间断地成群分布;随机分布,土壤生态系统中多数生物种的分布都呈随机分布。

土壤生态系统的功能

土壤生态系统的功能是土壤生物与土壤环境相互作用的结果。生态学家从生物地球化学观点出发,认为土壤是地球表层系统中,生物多样性最丰富,生物地球化学的能量交换、物质循环(转化)最活跃的生命层。环境科学家认为土壤是重要的环境因素,是环境污染物的缓冲带和过滤器。农业科学工作者和广大农民认为土壤是植物生长的介质,更关心影响植物生长的土壤条件,土壤肥力供给、培肥及持续性。土壤学家和农学家则更多地关注发育于地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔结构表层。

综合不同领域科学家的关注层面,土壤生态系统的功能包括如下几个方面:

(1)土壤是地球绿地生态系统的基础

绿地生态系统中,土壤作为最活跃的生命层,事实上是一个相对独立的子系统。土壤在陆地生态系统中的作用包括:①保持生物多活性、多样性和生产性;②对水体和溶质流动起调节作用;③对有机、无机污染物具有过滤、缓冲、降解、固定和解毒作用;④具有储存并循环生物圈及地表的养分和其它元素的功能;

(2)土壤是地球表层系统自然地理环境的重要组成部分

土壤圈覆盖于地球陆地的表面,处于其它圈层的交接面上,成为它们连接的纽带,构成了组合无机界和有机界即生命和非生命联系的中心环境。

(3)土壤是人类农业的生产基地

自然界中,植物的生长繁育必须以土壤为基础,土壤在植物生长繁育中有下列不可取代的特殊作用:①营养库的作用;②养分转化和循环作用;③雨水涵养作用;④生物的支撑作用;⑤稳定和缓冲环境变化的作用。

1、土壤生物的生态功能

土壤生物的生态功能可以简单概括为如下几方面。

(1)有机质的分解

90-的土壤有机质是由微生物所分解的。土壤动物如螨、节足动物、蚯蚓和白蚁破碎有机体,并传播分解微生物的繁殖体,使碳的分解程度大大简化,它们被称为分解者。土壤分解者可以被用来进行垃圾管理和污染土壤的净化。

(2)养分循环

养分循环与有机质的分解有关,主要是依靠微生物完成,但其分解的速率却取决于原生动物、线虫等微小的取食者,同时较大的动物加速处理“热”粪便。土壤生物的养分循环是农业和林业形成的基础,高效的地上养分循环同样是保持良好水质的基础。特殊的土壤细菌参与了自养生物的要素形成,它们并不依靠有机质作为食物源。

(3) 生物扰动

作物的根和蚂蚁、白蚁、蚯蚓以及其它的大型土壤动物所打的通道、细孔,所形成的团聚体和堆积物深深地影响土壤中的水、气状况,因而为其它土壤生物建立和改善微栖居环境,是保持农业和林业土壤结构的基础。引入生物扰动者有时利于分解土壤中的有机污染物。

(4)土壤病虫害控制

在自然的生态系统中,发生病虫害的机会相对较少,但农业上却很常见。这在很大程度上被认为是植物种类单一引发的农业生态系统对有害土壤生物的抵抗力下降。这些病虫害的抗源或拮抗生物在生物种类丰富的系统中很常见。因此,在农业和林业上利用这些生物抗源或拮抗生物的潜力很大。

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