土壤生物學

在土壤生態系統中，不同種類的微生物常混居在一起，形成土壤微生物群落。它們在生長繁殖過程中常要求相似的環境條件，並在生活過程中彼此具有一定的聯繫。微生物不僅與土壤自然環境發生相互作用，在微生物群落內部、微生物與其他生物環境之間也彼此聯繫、相互影響。

基本介紹

• 中文名：土壤生物學
• 外文名：soil biology

組成成分

土壤是地球外表的疏鬆部分，其組成常因各種因素（自然的和人為的）的影響而變化，主要由礦物質、 水、空氣、有機質和生物等5部分組成。一般說來，礦物質所占的體積不到土壤體積的1/2，空氣和水的體積約占土壤體積的1/2，孔隙和有機質一般占3～6%。生物所占的體積不到1%，但卻是土壤的重要組成成分，是土壤肥力和作物生長必不可少的。

顆粒及影響

土壤顆粒大小不等、形狀不一。顆粒外面常包有一層厚薄不等的水膜。顆粒表面積的大小隨顆粒體積的大小而異，顆粒愈小，總的表面積也愈大。同時由於顆粒的大小、形狀和排列的不同，顆粒間所形成的孔隙的大小、數量和性質也不相同。大的孔隙直徑大於100微米，可使空氣迅速進入土壤；小的孔隙直徑小於30微米，可以儲存植物和微生物所需的水分；中等孔隙直徑界於30～100微米之間，對土壤中空氣的流通，水分的運轉極為重要。水和空氣在土壤中的存在又往往是相互矛盾的；通氣良好，水分就可能不足；反之，孔隙中的水分多，空氣就缺乏。此外，土壤中二氧化碳的含量常比空氣中的大十倍到百倍，這種二氧化碳多而氧少的現象，隨著土層深度的增加而愈加顯著。氧不足，好氧性微生物代謝過程的速度就會減慢甚至停止，就會有害於植物的生長發育。

基本組成元素

土壤的化學組成雖然常有變化，但若干種基本元素總是存在的；矽最多，鋁、鐵次之，鈣、鎂、鉀、錳、鈉、磷、硫等又次之。土壤水液中含有溶解的無機鹽，含量雖然很低，但一般是能滿足土壤生物生命活動的需要的。

土壤有機質

土壤有機質是腐殖質的前體。主要是植物、動物和微生物的屍體，以及生物排泄物等的混合物，還含有極少量的生長刺激素、抗菌素和酶等，有機質的含量只要達到了土壤總重量的0.1～2.0%以上，土壤微生物即能活動增殖，其餘各類生物也可以生活。

酶

土壤中含有多種酶，有的酶是土壤生物分泌的，有的酶則是細胞死後釋放出來的。土壤中的酶在催化土壤中多種生化反應、保持土壤的生物學平衡，以及淨化土壤等方面，都有重要意義。

生物組成

土壤中的生物數量大、種類多，包括多種微生物、植物和動物，其中最多的是微生物，如細菌、放線菌、真菌和藍藻等，每公頃肥沃土壤表層有幾噸到幾十噸的微生物。它們生理習性各不相同，在不同的環境條件下，分別起著不同的作用（見土壤微生物學。土壤中的植物主要是一些小型藻類、各種植物的根系以及枯枝落葉等。土壤動物小的要用顯微鏡才能看到，如原生動物、輪蟲、小線蟲等；大的肉眼就可看到，如蝸牛和蛞蝓、蜈蚣和馬松、各種較大的昆蟲和蚯蚓以及多種齧齒目（鼠類）和食蟲目（鼴鼠）哺乳動物等；介乎二者之間的如各種小蜘蛛、蟎類和小型昆蟲等。它們以微生物、別的土壤動物或植物為食，或以土壤中的有機質為食；有的一生都在土壤中度過，有的僅在其生活史中的一段時間在土壤中度過;有的營穴居生活，在土壤中挖掘通道、打洞作窩；有的則生活於現成的土壤孔隙之中或生長於土表廢渣之下。土壤動物的種類很多，數量也很大，每公頃土壤表層有幾百千克到幾噸。

生物分布影響

土壤中生物是雜居的，種的組成和量的多寡，要受土質、 土層、 食物、季節、耕作措施等因素所制約。表層土壤中有機質含量較高，空氣較充足，食物較豐富，植物根系、土壤動物和微生物也就比較多，生物學活性也比較旺盛；隨著土層的加深，生物種類和數量就漸次減少，這是垂直分布規律。土壤生物中絕大部分是異養的，以有機物為生，而有機物是愈近植物根部愈多，所以土壤生物也是愈近根部愈多。較大的土壤動物大多是好氣性的，在通氣良好、濕度較大、溫度適中而近中性的肥沃土壤中數量很多、最活潑。藻類具有葉綠素，是自養的，在有機質缺乏而日光充足的地方數量較多。真菌喜酸，在森林土壤中較多；一般土壤系中性或微鹼性，細菌占優勢；乾燥而貧瘠的土壤中則放線菌較多。土壤生物之間的相互關係，複雜而多樣化，包括共生、捕食、寄生、偏害寄生、共棲和互惠共生等。合理地利用土壤生物之間的相互關係，可以很好地為農業生產服務。利用昆蟲和地下小動物的病原菌，如病毒、細菌、真菌等生產微生物農藥，可以防治地下害蟲和田間害獸；利用能產生抗菌素的放線菌、真菌等生產農用抗菌素，能有效地防治作物的多種病害；利用硫化細菌可以氧化硫黃產生硫酸，降低土壤的pH值，以抑制放線菌，防止馬鈴薯的瘡痂病；利用根瘤菌、真菌等生產細菌肥料可以使一些樹木和豆科作物的幼苗茁壯成長，提高產量；合理地安排輪作，利用前作作物根際微生物對後作作物根際微生物的拮抗關係，可以減低或防止後作作物的病害（如中國北方有的地區種大蒜之後種白菜，白菜腐爛病就大大減少）；將能分解秸稈的纖維素分解菌和固氮菌結合起來施用，前者不斷為後者提供不含氮的有機物，後者能固定空氣中的氮，又滿足了前者的需要，這樣既保證了土壤中碳素的轉化，又提高了土壤的含氮量，還可以通過它們的代謝產物，促進土壤團粒結構形成，不斷提高土壤肥力等等。

肥力過程

肥沃土壤中，大量有機質的形成和團粒結構的形成是一個生物學過程，所有的土壤生物（動、植物和微生物）都直接或間接參與了這一過程。

生物與有機質

土壤中的自養細菌和含有葉綠素的藻類和藍藻，通過光合作用，可以把無機元素和簡單化合物轉化為有機質，並進一步合成為原生質。異養生物如異養細菌、真菌等都是直接或間接從自養生物取得有機物的，它們分解並吸收自養生物的原生質合成為新的有機物；而在分解過程中所放二氧化碳和有機或無機酸又直接作用於礦物質。土壤動物則以微生物或植物為食，死後又為微生物所分解，從而又豐富了土壤的有機質。植物根的生長能改善土壤條件，死後分解也增加了土壤的有機質。影響成土作用的因素很多，而且是相互制約的，這裡列舉的只是一些生物學因素。

團粒結構形成

土壤結構和土壤肥力是密切相關的，良好的土壤結構的形成離不開土壤生物的作用。植物根系把土體分成大量的團粒，許多土壤生物，如真菌中的腐殖霉屬(Humicola)、長蠕孢屬(Hel-minthosporium)等均可合成一些有機物質或類似於土壤腐殖質的物質，把微團粒粘結起來；菌體本身的侵入，也可機械地把團粒固結起來。土壤動物如蚯蚓和某些昆蟲可以通過吞食消化而把植物的殘餘有機物與土壤攪拌混合，搬運到土壤下層，這樣就為微生物的生長提供了適宜條件，而微生物的作用又使腐殖質形成得更多，更利於土壤團粒的形成；會鑽穴的動物不但能改善土壤的通氣和透水狀況，也便於不會打洞的動物活動，並且由於它們常把枯枝落葉搬進洞內和土壤混合，因而也有加速腐殖質的形成，改善土壤結構和提高肥力的作用。總之，土壤的性質影響著其中的生物群落的組成和活動；而生物群落的組成狀況和活動又不斷改變著土壤的性質。在一定的條件下，如土壤中有機質含量在0.1～0.2%以上，氣溫、水分適宜，又有必要的空氣，土壤生物群落就可以發展擴大，活動頻繁，使有機質不斷分解、合成、增長，團粒結構不斷形成，提高土壤肥力，並且形成良性循環。反之，如果長期施用化肥，土壤中有機質日益減少，土壤生物群落也大大縮小，土壤團粒結構受到破壞或不再形成，就必然降低土壤的肥力並形成一種惡性循環。因此，要保持和提高土壤肥力，就必須在施用化肥的同時，也施用適量的有機肥料。使土壤中的有機質保持在0.1～0.2%以上，給土壤生物的生存和發展提供有利條件。

與農業生產

土壤生物對農業生產既有有害的一面，也有有利的一面，通常情況下後者是主要的。

病原菌

土壤中隱藏著各種病原菌，可以引起許多動、植物病害。引起棉花根部腐爛的是真菌，多主瘤梗孢菌(Phy-matotrichum omniverum)和蛇孢腔菌(Ophiobolus gra-minis)，菌絲從土壤侵至根部，隨後其他生物接踵而來，常常導致絕產。一些地下害蟲和小動物，常常咬斷植物的根，使作物嚴重減產。有些土壤生物和農作物競爭氮、磷、鉀，或者降低作物根部氮的濃度，或把硝酸銨、硫酸銨等易被作物吸收的養料，還原成不能被植物吸收、利用，甚至有害的物質，造成不利於生長的環境條件而使農作物減產。有些土壤生物能產生磷化氬、類臭素等毒素，使作物中毒等等。

有機質

土壤中有機質一般都不少，但植物不能直接利用，必須通過多種生物的轉化，有機質分解，產生無機態氮、磷、鉀、硫等離子才能供植物吸收利用；另一方面，當土壤中無機鹽類過多時，某些土壤生物又可把它們轉化成有機質，暫時儲存起來。此外，根瘤菌和某些藍藻還能提高土壤中氮的含量，這不僅對豆科作物有利，還可促進後作作物的生長，硫化細菌等的活動能產生各種無機酸和有機酸，可以提高土壤中不溶性鹽類的溶解度，幫助作物取得可溶性養料；有的土壤生物可以產生植物生長刺激素和抗菌素，既促進了作物的生長，又提高了作物的抗病能力。

微生物

植物是土壤生物特別是土壤微生物的食物製造者，通過植物根群的分泌物，可招來大量的微生物，且愈近根部愈多。作物不同，根群分泌物的質和量也不同，招引來的微生物的種類和數目也不一樣，不同生長時期的植物，根群分泌物也有差異，其根際微生物的組成和數量也不會相同。植物還可分泌生長刺激物質和抗菌物質，直接抑制某些土壤生物的生長；也可以通過改變土壤的pH值改變某些無機養料的溶解度從而間接影響到土壤生物的活動。

作物、土壤和土壤生物三者之間，關係異常密切，它們互相制約、互相影響，一個環節發生了變化，其他環節也隨之變化，但在一定條件下它們又可趨於平衡。運用土壤生物學的知識，正確地掌握三者之間的關係，合理地安排農業技術措施，就可以長期保持和提高土壤肥力，使農業不斷增產。

生物環境保護

農業上為了提高產量，施用化學農藥以防治害蟲、雜草、病原菌等，同時也帶來了污染土壤的問題。農藥用量愈來愈大，污染土壤的範圍也愈來愈廣，農藥在環境中的動向愈來愈受到人們的注意，因為化學農藥大多是沒有選擇性的，既可殺死有害的對象，也可消滅有益的生物，從而破壞了生態平衡。化學農藥有的易於分解，在土壤中保留的時間不長；有的則難於分解，半衰期很長，殘毒問題很嚴重。殘毒留於土壤中，會危害作物、牲畜和人類，作物吸入農藥後儲存於體內，牲畜吃了即轉移到身體各部和乳汁中，人吃了這種乳肉，就會危害健康，甚至通過生殖遺傳影響到子孫後代。但一般說來，農藥在土壤中遲早是要被土壤生物分解的；而農藥的被分解，又受土壤類型、耕作措施、作物類型以及微生物的種類和數量所制約。熟悉土壤生物學一般規律，採取相應措施，可以加速農藥的分解，有助於防止土壤污染。運用土壤生物學知識，逐步用生物防治法代替化學農藥，如用蘇雲金桿菌防治松毛蟲，用多角體病毒防治棉蛉蟲、菜尺蠖，用細菌肥料代替化肥等，乃是從根本上防治土壤污染的戰略措施。