作用—即根际生物间的物质和能量交换以及信息传递。生根际生物之间的相互作用包括对生长空间、水分和养分等资源的竞争及捕食、互利、拮抗等关系。根系分泌物和挥发性物质在根际对话中起着“语言”和传递信号的作用。典型的例子是植物与微生物之间形成共生。在缺氮条件下,豆科植物根系会分泌黄酮类和异黄酮类物质,启动根瘤菌结瘤基因的表达,最终导致根瘤菌侵染根系并形成根瘤。在此,黄酮类物质是根系与微生物间对话的“语言”。 根系在土壤中的分布1.垂直分布(Vertical distribution) 土壤剖面中一般上层的养分浓度较高,所以单位土壤根系的生物量和长度通常伴随土壤深度而下降; 然而,非生物条件对根系分布深度的影响在不同植物种类之间存在巨大差异。2. 水平分布(Horizontal distribution)根系在土壤中的水平分布往往受制于临近植物,当然也与植物本身的地上部冠层广度、根冠比及土壤资源因素有关;例如,在高 强度牧食生态系统中,草食者能够决定根系生物量的水平分布。根系水平隔离的生态学意义:根系的空间隔离减少资源水分、养分)的干扰性竞争,对于植物种间共存及群落组成和多样性具有重要意义。 根系的生态功能有哪些?
除了吸收水分和养分、固着和支持植物外,还具有以下土壤生态功能: 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中的淀积物(分泌物、脱落物及死亡残体)数量很大; 2)根系周围丰富的土壤生物群落是土壤生态系统健康状况的总体反映;根系与土壤生物的相互作用不仅对土壤屑食物网结构有决定性作用,而且对土壤生态系统能量转化和养分周转有重要影响3) 一般地,根系对土壤的总体作用大于植物地上凋落物的作用根对土壤生态环境具有改善作用。植物根通过直接和间接的物理、化学和生物学作用对土壤性质产生显著影响 4)根际过程十分活跃,根是连结地上生态系统和地下生态系统的主要纽 带,可以在较大的时空尺度上发生影响。根系生物量、分布、呼吸及根际生物、物理和化学过程已经成为全球变化生态学中备受重视的研究领域。实际上,根际过程的研究已经成为了
解土壤生态过程的窗口。
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枝后形成侧根特殊根:有时植物根的形态和机能会发生特异化而形成特殊种类的根如贮藏根、气生根和菌根等。根构型,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。基根(即基部侧根)的生长初始角度(即基根与土壤水平面的夹角)来确定根构型类型: 当大部分基根初始角度小于40°时, 为浅根型; 初始生长角度大于60°为深根型; 介于浅根型和深根型之间的类型为中间型排根(Herringbone)和叉状分枝根(dichotomous)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,如排根对土壤资源(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真菌鞘, 抑制根系伸长。 凋落物分解速率的影响因素。
凋落物性质,凋落物的理化性质是影响分解进程和土壤生物群落的重要因素,主要包括养分元素、可溶性碳水化合物、纤维素、木质素、蛋白质、氨基酸、脂类、酚类、丹 宁及叶片硬度等的测定。凋落物的性质(质量)也受到影响植物生长的各种因素的 影响。凋落物的数量一般反映了地上部初级生产力的大小,当然因气候(水热条件)、土壤肥力、植物种类及人类管理方式而异。值得注意的是,土壤食物网内的生产者资源除了凋落物和根系外,还有一种来自地上部的间接凋落物(次级生产者),主要来自大型牧食者、小型植食者及更高营养级生物的排泄物与尸体。动物的尸体和排泄物也是土壤生态系统重要的有机物来源。虽然土壤生物群落(分解者:微生物和土壤动物) 也是影响分解过程的重要因素,但是有关分解预测模型尚没有包括它。凋落物分解过程中养分释放机制极其复杂, 因
凋落物种类、土壤生物群落、分解阶段和元素本身性质的不同而异;凋落物混合分解并非单一种类分解的简单叠加, 因基质的化学组成影响分解者的多样性、丰富度和生理活性, 进而影响其分解速率; 凋落物混合分解中可能存在无效应、促进效应和抑制效应。
全球变暖通过增强土壤微生物活性而加速凋落物的分解。 虽然全球变暖对凋落物化学组成的直接影响不大,但可以通过影响植被的物种组成来间接改变凋落物的产量、化学 性质和分解。CO 2浓度升高增加凋落物产量, 并通过影响凋落物质量(高C /N、木质素/N 比等)和生物群落(微生物数量和活性)而影响分解过程。研究显示, CO 2浓度升高下, 植物群落组成变化对养分循环的影响远大于单纯CO2浓度变化的影响。 凋落物性质的评价指标?
凋落物性质(看前面)目前普遍采用的衡量凋落物分解速率大小的指标主要有 CO2释放速率、凋落物分解系数( k 值) 及质量损失率。凋落物分解速率模型凋落物分解速率的预测指标可分为3类,即环境指标(如实际蒸散量)、凋落物物理质量(如叶抗张强度)和化学质量指标(如C/N比、木质素/N比和C/P比等)。
何为凋落物尼龙网袋法?如何利用网袋法研究土壤动物对分解的贡献?
尼龙网袋法(litter bag method) 操作简单,是野外测定凋落物分解速率最常用的方法。除此之外, 在室内控制条件下的缩微实验(microcosm experiment) 也得到了广泛应用。除了直接比较土壤动物添加与否对凋落物分解的贡献外,不同类型土壤动物对凋落物分解的影响可以 用不同孔径大小的网袋进行研究。例如,孔径5mm的网袋允许所有土壤生物(微生物、微型、中型和大型土壤动物)进入;孔径2mm的网袋排除了大型土壤动物;孔径0.1mm的排除了大型和中型土壤动物孔径0.05mm的仅仅允许微生物进入。 论述尼龙网袋法研究凋落物分解的优缺点。
尼龙网袋法操作简单,是野外测定凋落物分解速率最常用的方法。除此之外, 在室内控制条
件下的缩微试验也得到了广泛应用。优点:操作简单,分解过程在自然环境中进行,适用范围广,可以用不同孔径大小的网袋研究不同类型土壤动物对凋落物分解的影响。缺点:凋落物本身被压实,物理结构及通气状况变差;网袋内的水分条件可能较高;网孔大小难免会限制某些土壤动物进入;采样过程中难免会有损失;凋落物可能被土壤等污染,但难以清洁。 第四章土壤微生物 论述题:真菌的基本性质。
真菌的基本性质真菌是真核微生物,主要包括霉菌、酵母菌和担子菌;真菌的分类多样性不断变化,已知真菌超过72000种,真正的土壤真菌大约15000种;真菌以形成菌丝体获取资源而著名,都是异养的,并且能够产生大量的酶类,在降解植物多聚物纤维素和木质素以及其他复杂的有机大分子方面特别重要,真菌的生物修复潜力很大;除了酵母菌外,大部分真菌都是好氧的;真菌对水和酸度的耐受力与细菌不同,注意酵母菌是适应液体环境的单细胞子囊菌真菌的适应能力强,几乎能在所有的生境和基质上生活;通过孢子的传播能力也很强。真菌细胞壁主要成分是多糖,其次是蛋白质、类脂;真菌细胞壁多糖主要有几丁质、纤维素、葡聚糖、甘露聚糖;低等真菌细胞壁以纤维素为主,酵母菌以葡聚糖为主,而高等真菌则以几丁质为主。真菌常见于稳定的共生体中,与绿藻或蓝绿藻共生形成地衣(lichen); 地衣是重要的土壤开拓者,在受到干扰土壤或裸地的恢复和稳定中具有重要作用;真菌的利弊,真菌通过菌丝纠葛和胞外多糖促进团聚体形成。真菌生态类型多样,大小范围很广,生长速率变化很大,但一般不及细菌那样生长迅速;但从土壤生物量看,真菌一般占优势,特别在贫营养土壤中,真菌是营养库的重要组分;土壤真菌的体积有些在显微镜下才能看到,而有些能覆盖15hm ;真菌的数量可由生殖繁殖体(CFUs,每克土壤菌落形成单位)或菌丝长度(每克土壤100-1000 μm)来估算。真菌和细菌(含放线菌) 是土壤生态系统最重要的生物组分和分解者; 在土壤生物中,真菌和细菌不仅在数量及生物量上占绝对优势,而且在有机
物质分解以及相关联的养分再循环和能源流动过程中起关键作用;大量微生物的存在及其活性,是土壤肥力保持和土壤发生演变的活跃因素,也是土壤具有净化机能的主要原因;真菌和细菌还与初级生产者有直接或间接的广泛联系。细菌基本性质原核细胞生物,最简单的微生物细胞基本形态可以球状、杆状和螺旋状;表示细菌大小通常用微米(μm),细菌细胞的直径一般在0.5~1μm,长为1~2μm;细菌细胞的体积小使之具有特殊优势,比表面积大使其能更有效从环境中交换营养;球菌比杆菌或螺旋菌更能在严酷的环境中生存。快速生长、繁殖的能力意味着细菌能迅速适应环境变化,这在生态、环境中具有重要意义;细菌能在大部分土壤中行自由生活,数量巨大种类繁多,代谢类型丰富多样;土壤中细菌经常处于环境和资源制性的休眠或饥饿状态,会变成直径小于0.3 μm发育不全的细菌,但会迅速爆发;在固体培养基上几天内可形成聚集在一起的细胞团块:菌落 (colony),注意肉眼可见的菌落大约由100万个细胞组成!所有细菌都有多层结构保护以免受到外部环境的损害,这一系列多层结构统称细胞被膜(Cell envelope),主要由糖被、细胞壁和细胞膜组成。糖被是包围细胞壁的大分子外衣,外衣可能是:1)黏液层(Slime layer),碳水化合物的疏松的非正式聚合物;2)荚
膜(Capsule),结合在细胞壁上的坚韧的蛋白质层。细胞壁所具有的坚韧的保护性主要依靠
大分子肽聚糖,细菌的两种细胞壁类型分别是革兰氏阳性(GP)和革兰氏阴性 (GN)。 微生物研究方法中土壤样品采集、保存和预处理中需要注意的事项 。(Actinomycete) 放线菌是原核微生物,但是其特殊性使得它经常与细菌分开探讨;从形态上放线菌更像真菌,细长的细胞分之成丝状体或菌丝,但比真菌的菌丝细,前者大约1-2 μm,后者在10- 50 μm之间; 放线菌细胞壁含有N-乙酰胞壁酸与二氨基庚二酸,而不含几丁质和纤维素;放线菌不仅产生抗生素、酶和维生素,而且具有很强的分解纤维素、石蜡、琼脂和角蛋白的能力,在物质循环和土壤质量中具有重要作用。测定土壤微生物生物量的主要方法。古菌