土壤生态学复习思考题.doc

土壤生态学考试复习提纲1、土壤动物的生态功能主要表现在哪些方面？答：主要表现在如下几个方面： 土壤动物能够促进有机物分解和能量流动土壤动物可以促进养分循环和转化土壤动物有利于土壤肥力的保持和提高土壤动物对土壤微生物的能起到调节作用土壤动物对作物生产影响，寄生线虫对植物的危害很大，但一些食微线虫能促进植物生长土壤动物对污染物的迁移转化和土壤修复有影响土壤动物可以作为土壤质量的生物指示2、土壤动物与土壤肥力的保持有何关系？答：土壤动物如蚯蚓对土壤结构有明显的改善作用接种蚯蚓能降低土壤的容重蚯蚓活动影响着土壤的pH和交换性能蚯蚓能维持土壤的C、N平衡3、简要论述陆地生态系统养分循环的特征，及其对区域环境的影响能量流动和物质循环是生态系统的两个基本过程，其中能量流动是单方向的，能量流经生态系统最终以热的形式消散，而物质的流动是循环式的，各种物质都能以可被植物利用的形式重返环境。陆地生态系统养分循环是物质循环的一部分，因此它也是循环式的，可用库和流两个概念加以描述。陆地生态系统的养分循环主要有碳、氮、磷和硫的循环，这些循环对区域生态环境有重要影响：（1）碳循环与温室气体（CO2.CH4.CO）;（2）氮循环与富营养化，三个固氮过程:高能固氮、生物固氮、工业固氮；四种基本生物化学反应：胺化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用；（3）磷循环的贮存库是沉积岩，始于岩石风化，终于水中的沉积，以固态进行，因而缓慢；没有气体的参加，长远看有可能成为农业生产的限制因子，磷的库存量和迁移量会直接影响碳、氮等元素的循环；（4）硫的贮存库是岩石，以FeS2的形式存在。海洋也是巨大的硫库；硫循环属于沉积型、也属于气体型。沉积阶段的沉积物只有通过风化和分解才被释放出来；气体阶段可以子全球范围内进行流动；与算沉降、温室效应乃至臭氧层耗损有关。4、叙述土壤呼吸及主要的影响因素。土壤呼吸是土壤释放CO2的途径。土壤呼吸作用：碳以CO2的形式从土壤向大气圈的流动。它主要是指未受扰动的土壤中产生CO2的代谢作用，包括3个生物学过程和1个非生物学过程：生物学过程；植物根呼吸、土壤微生物呼吸、土壤动物呼吸非生物学过程：含碳物质的化学氧化作用5、谈谈微生物在氮素循环中的作用。微生物在氮素循环中占有十分重要的地位，许多氮的转化过程都是由微生物来完成的。氮的主要转化过程包括：氮素的矿化和固定(Nitrogen mineralization and Ammonium fixation)；硝化作用（Nitrification）；硝酸还原作用（Nitrate Reduction）；反硝化作用（Denitrification）；固氮作用（Nitrogen fixation）。有机氮的矿化作用是指土壤有机质碎屑中的氮素，如可溶性氨基酸、短肽、蛋白质和不溶性蛋白质、结构性含氮物质如几丁质和肽葡聚糖以及核酸等，在土壤动物和微生物的作用下，由难以被植物吸收利用的有机态降解转化成可被植物吸收利用的NH4+的过程。氮矿化速率决定了土壤中用于植物生长的氮素的可利用性，是生态系统氮素循环最重要的过程之一。生态系统土壤氮矿化受土壤有机质、土层深度、pH值和盐碱度等土壤理化性质影响，也受凋落物、群落类型和植物组成的影响，如凋落物基质C/N比，凋落物质量，还受土壤动物与土壤微生物的影响。氮素固定过程是将NH4+结合成氨基酸的过程。该过程取决于微生物生长时对氮的需求，也与基质碳的有效性和非生物参数紧密相关。真菌的C : N比较大，一般范围变动于15:1-4.5 : 1，而细菌的C : N比较小，变动范围通常在 3 : 1-5 : 1之间。业已证明，土壤微生物的C : N比通常为5 : 1-8 : 1。硝化作用就是把氨转化为硝酸盐的过程，这个过程是通过微生物来实现的。首先由亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）把氨转化成亚硝酸盐，再由硝化杆菌属（Nitrobacter）把亚硝酸盐转化为硝酸盐。这两类细菌是专性需氧微生物，在大多数生长环境中它们是生长在一起的，由于亚硝酸盐到硝酸盐的转化速度很快，因此亚硝酸盐的含量很低。影响硝化作用的因素有土壤酸度、通气性、湿度和温度。硝酸还原作用是同硝化作用相反的过程。一些细菌、真菌和蓝细菌在氨基酸和蛋白质的合成过程中，将NO3-还原成-NH2 。亚硝酸盐和羟胺（NH2OH）是其中间产物；O2不抑制该过程。但NH4+的存在或还原性含氮有机代谢物会抑制这个过程。微生物将NO3-还原成NO2- ，并进一步还原为逸散到大气中的气态的N2O和N2的过程称为反硝化作用。土壤反硝化作用的产生条件：存在具有代谢能力的反硝化微生物；合适的电子供体；嫌气条件或O2的有效性受到限制；N的氧化物，如NO3-、NO2-、NO或N2O作为末端电子受体。影响反硝化作用速率的因素有土壤硝酸盐含量、碳的有效性、土壤含水量、土壤pH和温度。在环境中,氮素的主要贮库是以气态氮存在于大气中,约占大气体积的80%.一般来说,存在于大气中的氮素生物是不能直接利用的。因此,氮素循环中最关键的是把气态氮固定下来，成为无机的氮化物。具有固氮作用的微生物只限于原核生物，其中包括各个不同类群的微生物。至今没有见到真核生物能够固氮。6、试述磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acids，PLFA）分析技术测定土壤微生物群落结构多样性的原理和方法磷脂由甘油、2分子脂肪酸和1分子磷酸基团(PO4)组成。脂肪酸特别是磷脂脂肪酸是活细胞的基本组成部分，是有用的生物标记物，因为其具有结构多样性，并具有很高的生物特异性。它可以作为活性微生物生物量的代表，因为生物死后磷酸基团很快就消耗掉了，在贮藏物中也没有发现其存在，在生物量组成中有相对恒定的比例。通过多元统计比较总的PLFA的类型，其在类型上发生变化就意味着在微生物群落上发生变化。特定的PLFA发生变化，可以作为特定生物群变化的指示。PLFA分析技术测定土壤微生物群落结构多样性的方法包括：初提（Initial Extraction）；1-25g 干土；氯仿：甲醇：磷酸缓冲液(2.0:1.0:0.8)；离心，过滤并除去氯仿相；N2干燥。脂肪分离（Lipid Separation）；用固相硅酸提取柱； 用下述化学试洗提分离脂类：中性脂类使用氯仿；醣脂类使用丙酮； 磷脂使用甲醇皂化/甲基化（Saponification/Methylation）；用2M KOH溶解在MeOH；GC分析（GC analysis）； 气相色谱分离脂肪酸甲脂； 利用标准物确定峰高和出峰时间。数据分析和解释（Data Analysis and Interpretation）。 多元统计分析数据。7、试述根的基本生态学功能根除了吸收水分和养分、固着和支持植物外，还具有以下生态学功能：1) 根是连结地上生态系统和地下生态系统的主要纽带；2) 根为土壤生态系统提供了初级能量来源，对土壤生态系统的的碎屑食物网及生物组成份有决定性作用；植物根在生长发育和新陈代谢活动中进入到土壤中的分泌物、溢泌物、脱落物及死亡残体数量很大；3) 根域微生物系统中发生的生物相互作用以及根际动态过程十分活跃，对土壤生态系统能量转化和养分周转以及植物生长发育有重要影响；4) 根对土壤生态环境的改善作用。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。 8、试述根系生物量测定的方法。主要有挖掘收获法、土钻法和间接估算法等。挖掘收获法虽耗时费力，但目前却是最为准确的方法。土钻法较为方便，木本和草本植物根系没定均可使用，但钻孔的数量和位置的设定十分关键。对于树木的大根，用年轮测量法测定生物量的年增加量最为准确。有时考虑到实测困难，可用间接法估算。即假设植物根系/地上部有一定比例关系(多在0.2-1.0之间)，由地上部分的生物量推算出根系生物量。90年代初发展的Minirhizotron微根窗法通过联系数码照相可以原位的、动态的监测根系动态（生长和死亡）；另一种方法是碳同位素示踪技术，如通过标记及随后监测根系14C和13C的含量变化。9、什么是根际？根际效应有那些表现？根际是指植物根系直接影响的土壤范围。根际范围的大小因植物种类不同而有较大的变化，同时，也受植物营养代谢状况的影响，因此，根际并不是一个界限十分分明的区域。通常根际范围为距活性根1-2mm的土壤和根表面及其黏附的土壤。根际效应表现有：根系碳淀积。根分泌、溢泌的单糖、多糖、有机酸和氨基酸等有机化合物可能多达数十种，总量可达植物光合产物的10%；随根系衰老、细根、根毛和衰老细胞脱落进入土壤，Bowen(1993)估计其总量超过根分泌物和溢泌物。这些物质一方面改变了土壤的化学组成，另一方面为根际生物提供了丰富的能量和营养来源。根际的微生物效应。植物根际的微生物数量和活性常高于根外土壤，通常用根际土和根外土微生物数量的比值（R/S）表示土壤根际微生物效应。细菌的根际效应较高(5 -20之间,高的达100) ，而真菌的根际效应相对较低; 除了原生动物以外，根际土壤中的基他微型土壤动物如螨类和线虫等也较为丰富，可能与它们取食微生物的特性有关; 培养计数法获得的多数资料表明，根际微生物中以G-的杆菌占优势，其中最重要的一个属是假单胞杆菌属(Pseudomonas) 。除此之外，存在根际的化学效应，根分泌的有机酸导致根际土壤酸化。10、土壤微生物可以分为哪些类群？各自有何生物学特点？细菌为原核生物，基本形态有球状、杆状和螺旋状；细菌细胞的直径一般在0.5-1m，长为1-2m；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。细菌的繁殖方式为裂殖，快速生长、繁殖的能力意味着细菌能迅速适应环境变化。细菌能在大部分土壤中行自由生活，数量巨大（1010 /g），种类繁多，代谢类型丰富多样；细菌细胞具有细胞被膜，主要由糖被、细胞壁和细胞膜组成。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)。放线菌是原核微生物，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 m，后者在10-50 m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。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，Thorn(1997)将真菌归为4个类群：运动真菌，接合菌，子囊菌纲和担子菌纲；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；除了酵母菌外，大部分真菌都是好氧性微生物，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。11、试述土壤微生物的生态功能。土壤微生物是土壤生物的重要组分之一，几乎所有土壤过程都直接或简介地与土壤微生物有关。土壤微生物的生态功能主要有： 分解土壤有机质和促进腐殖质形成；吸收、固定并释放养分，对植物营养状况的改善和调节有重要作用；与植物共生、促进植物生长，如豆科植物的结瘤固氮、内生及外生菌根促进植物对水分和养分的吸收；在土壤微生物的作用下，土壤有机碳、氮不断分解是土壤微量气体产生的重要原因；在有机物污染和重金属污染治理中起重要作用；是土壤质量变化的敏感指标。12、什么是土壤微生物量？有那些主要的测定方法？土壤微生物量是指土壤中活的微生物数量, 只占土壤有机物质的3%左右。微生物的生长同化与死亡矿化构成了土壤养分内循环的“源”。主要包括土壤微生物量碳、氮、硫、磷等。 熏蒸培养方法(FI): Jenkison & Powlson (1976) 用氯仿熏蒸土壤后再进行培养时，其CO2的释放量大幅度增加，比没有熏蒸的土壤要高得多，并且发现培养期间CO2的释放量与原来土壤中的微生物量存在着非常显著的相关性，从而通过测定一定培养时间内土壤CO2的释放量，就可以计算土壤微生物量； 熏蒸直接提取法(FE): Vance et al. (1987) 提出，现在用得最广泛的一种方法； 底物诱导呼吸法(SIR) ：自然状态下，土壤中微生物的代谢活动如呼吸量一般都很低，但当加入易分解的有机物时，土壤微生物的代谢活动迅速加强，在几分钟内就上升到很高的数量，并保持几个小时没有太大的变化，此时的呼吸量与土壤原始的微生物数量密切相关，可以反映土壤原始微生物量的高低。 精氨酸氨化法(Arginine ammonification)： Alef & Kleiner发现土壤中有50多种细菌能够利用精氨酸做为其碳和氮的来源。当向土壤加入精氨酸水溶液，并培养一段时间后，土壤中的NH4+-N大量增加,通过测定浸提液中NH4+-N的含量，就可以估计土壤微