土壤呼吸的意义精选(九篇)

第1篇：土壤呼吸的意义范文

关键词：水溶性有机碳（DOC）；土壤呼吸强度；CO2释放量

中图分类号：S153.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）15-3528-03

陆地生态系统碳储量及变化在全球碳循环和大气CO2浓度变化中起着重要作用[1，2]。在陆地生态系统中，土壤碳储量可占到植被的4倍，土壤碳库的动态变化过程包括土壤有机碳矿化和土壤腐殖化过程，对全球碳循环研究较为重要。土壤中水溶性有机碳（DOC）仅占土壤碳库中很小的一部分，但却是其中一种重要的、活跃的成分，它影响着土壤有机质的矿化过程[3]。由于土壤中固态物质较难被微生物降解，而DOC较易被利用，土壤有机碳在矿化前需要经过一个过程，即通过解聚和溶解加入DOC，才能被微生物有效利用[4，5]。DOC为土壤有机碳的矿化提供必要场所，因此在土壤有机碳矿化过程中具有重要意义。

DOC主要来源于枯落物、微生物、腐殖质及植物根系分泌物[6]。土壤表层DOC来源丰富、周转速度快，研究发现在土壤表层有93%的DOC被矿化，而在土壤深层仅有10%～44%的DOC被矿化[7]。由此可见，DOC在不同深度的更新速率、化学性质存在着差异。目前DOC对土壤碳的矿化及其造成的土壤CO2释放量变化的影响研究较少，研究不同深度DOC在土壤呼吸过程中所起到的贡献有一定意义。此外，气候变暖的大趋势下全球降水的空间格局正发生着变化，有研究发现近年来中国西部的降水总量虽然逐年减少，但强降水次数却有增加趋势[8，9]。高强度降水加大了土壤中DOC的淋溶强度，而DOC淋失后土壤呼吸强度的变化与全球温室气体含量有直接关系。由此可知，DOC对土壤呼吸强度的影响评价研究十分必要。本研究对刺槐林下不同深度的土壤进行去除DOC预处理，运用碱液吸收法测定59 d室内培养过程中CO2释放量，分析DOC在土壤呼吸中的作用，旨在评价DOC对土壤呼吸强度的影响程度。

1 材料和方法

1.1 材料

土样采自陕西省安塞县纸坊沟流域31年生刺槐林，样地海拔1 296 m左右，刺槐胸径23.8 cm，高度15～20 m，郁闭度0.75～0.80，间距4 m×4 m，坡度坡向为21.4 /SWW。林地下部草本植物主要由铁杆蒿（Artemisia gmelinii）、茭蒿（Artemisia giraldii）、达乌里胡枝子（Lespedeza dahuvicus）、长芒草（Stipa bungeana）等组成。挖掘3个剖面坑采集（20±2）、（40±2）和（60±2） cm深度土样，同深度土样均匀混合后，取1 000 g带回实验室在冰箱内保存。3深度供试验土样总有机碳含量/活性碳含量分别为2.45/0.16、1.98/0.11、1.78/0.06 g/kg。

1.2 方法

称取6组20、40和60 cm深度土样50 g分别放入18个250 mL洁净锥形瓶中，每组包括3深度土样各1个。其中3组在培养前进行去除DOC预处理，称取1 mm筛风干土样50 g放入预先称重的250 mL锥形瓶中，加入去离子水150 mL，在25 ℃下振荡1 h，静置5 h后小心抽去上层水分，称重并调整瓶内水土质量比为1∶1。

另3组土样装入锥形瓶，加入去离子水，调整水土质量比为1∶1，敞口放置两天以恢复微生物活性。将装有5 mL 0.4 mol/L的NaOH溶液的10 mL离心管小心斜靠在每个锥形瓶内，用橡胶塞密封锥形瓶后在（25±5） ℃的培养箱黑暗状态下培养，培养前一周每天通气一次，每次30 min，通气过程中注意关闭离心管塞。2～3天随时收集离心管中的碱液，并重新注入同量碱液。抽出的吸收液加2 mL 2 mol/L的BaCl2，摇匀后以酚酞为指示剂，用0.1 mol/L HCl滴定，中和未耗尽的NaOH，通过HCl消耗量来计算CO2的物质的量。培养后期根据前次碱液残留量估算碱液提取间隔，设置一空白锥形瓶做参照。培养时间为59 d，结果取同处理下3组的平均值。

2 结果与分析

试验结果显示（图1），20 cm土样培养过程中去除DOC土样CO2释放量明显少于原土样，59 d后去除DOC土样CO2累积释放量下降了30.1%；40 cm土样培养初期去除DOC土样CO2释放远小于原土样，培养5 d时CO2累积释放量去除DOC样品下降了69.5%，但在培养第8～59天，去除DOC土样CO2释放量增加并最终高于未去除DOC土样，第59天去除DOC土样的CO2累积释放量上升了48.7%；60 cm土壤在59 d培养过程的CO2累积释放量在两个处理间无显著差异。

3 结论与讨论

土壤中有机碳在矿化前要进行解聚和溶解，即在释放CO2前必须先进入土壤溶液[3]，DOC分解的难易程度决定了CO2释放量。去除DOC土样在培养过程中土壤有机碳（SOC）逐渐矿化分解，一部分产物补充了DOC的缺失[10]，因此对比分析的结果决定于原土样DOC和处理样SOC产生DOC的性质差异。本研究中DOC的去除减弱了微生物降解能力，进而抑制了微生物的繁殖，导致土壤呼吸强度减弱[4]。这种趋势在土壤浅层表现得尤为明显，培养过程中SOC分解产生的DOC并不能维持原有的CO2释放水平；随着土壤深度的增加，土壤样品微生物量和SOC活性逐渐下降，培养过程中SOC新分解DOC产物能够维持甚至超过原有CO2释放水平，造成40和60 cm土样没有明显下降表现[11]。在自然环境下，浅层土壤枯落物碎屑、腐殖质含量较高，微生物活动较为活跃，导致DOC来源丰富且性质活跃较易分解，而深层土壤中有限的微生物含量导致DOC以较小的速率变化。

对陕西黄土高原地区降水变化进行研究发现，从二十世纪九十年代末期以来，陕西省日降水量大于25 mm的强降水日数有增加趋势[10]，在强降水过程中，冲刷作用减弱了表层土壤呼吸强度。由于降水的冲刷作用对深层土壤的影响有限，深层SOC较难受到高强度的冲刷淋洗，表土层SOC呼吸强度的变化可能造成土壤强降水后呼吸强度的减弱。目前，DOC的移除对土壤呼吸的影响尚无一致的结论，尽管本试验发现在20 cm表土层CO2释放量变化明显，但40和60 cm在培养过程中没有出现一致的变化特点，显示了降水淋失对土壤呼吸强度影响的复杂性。

参考文献：

[1] 李克让，王绍强，曹明奎.中国植被和土壤碳贮量[J].中国科学（地球科学），2003，33（1）：72-81.

[2] 邓东周，范志平，王 红，等.土壤水分对土壤呼吸的影响[J].林业科学研究，2009，22（5）： 722-727.

[3] 杨玉盛，郭剑芬，陈光水，等.森林生态系统DOM的来源、特性及流动[J].生态学报，2003，23（3）：547-558.

[4] ELLERT B H，GREGORICH E G. Management induced changes in the actively cycling fractions of soil organic matter[A]. MCFEE W W， KELLY J M. Carbon Forms and Functions in Forest Soils[C]. Wisconsin， Madison，USA：Soil Science Society of America， 1995.119-138.

[5] KALBITZ K，KAISER K. Contribution of dissolved organic matter to carbon storage in forest mineral soils[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2008，171（1）：52-60.

[6] 王艮梅，周立祥.陆地生态系统中水溶性有机物动态及其环境学意义[J].应用生态学报，2003，14（11）：2019-2026.

[7] KALBITZ K，SCHMERWITZ J，SCHWESIG D，et al. Biodegradation of soil-derived dissolved organic matter as related to its properties[J]. Geoderma，2003，113（3-4）：273-291.

[8] 吴彩斌，雷恒毅，宁 平.环境学概论[M].北京： 中国环境科学出版社，2005.22.

[9] 杨文峰，郭大梅.陕西省强降水日数变化特征[J].干旱区研究，2011，28（5）：866-871.

第2篇：土壤呼吸的意义范文

关于开发土壤碳库固碳减排潜力的几点思考

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第3篇：土壤呼吸的意义范文

一、光的生态作用与生物的适应:

光是一个十分复杂而重要的生态因子，包括光强、光质和光照长度。光因子的变化对生物有着深刻的影响。

1．光强的生态作用与生物的适应

（1）光强与植物

光对植物的形态建成和生殖器官的发育影响很大。植物的光合器官叶绿素必须在一定光强条件下才能形成，许多其他器官的形成也有赖于一定的光强。在黑暗条件下，植物就会出现"黄化现象"。在植物完成光周期诱导和花芽开始分化的基础上，光照时间越长，强度越大，形成的有机物越多，有利于花的发育。光强还有利于果实的成熟，对果实的品质也有良好作用。不同植物对光强的反应是不一样的，根据植物对光强适应的生态类型可分为阳性植物、阴性植物和中性植物（耐阴植物）。在一定范围内，光合作用效率与光强成正比，达到一定强度后实现饱和，再增加光强，光合效率也不会提高，这时的光强称为光饱和点。当光合作用合成的有机物刚好与呼吸作用的消耗相等时的光照强度称为光补偿点。阳性植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能正常生长，其光饱和点、光补偿点都较高。阴性植物对光的需求远较阳性植物低，光饱和点和光补偿点都较低。中性植物对光照具有较广的适应能力，对光的需要介于上述两者之间，但最适在完全的光照下生长。

（2）光强与动物

光照强度与很多动物的行为有着密切的关系。有些动物适应于在白天的强光下活动，如灵长类、有蹄类和蝴蝶等，称为昼行性动物；另一些动物则适应于在夜晚或早晨黄昏的弱光下活动，如蝙蝠、家鼠和蛾类等，称为夜行性动物或晨昏性动物；还有一些动物既能适应于弱光也能适应于强光，白天黑夜都能活动，如田鼠等。昼行性动物（夜行性动物）只有当光照强度上升到一定水平（下降到一定水平）时，才开始一天的活动，因此这些动物将随着每天日出日落时间的季节性变化而改变其开始活动的时间。

2．光质的生态作用与生物的适应

（1）光质与植物

植物的光合作用不能利用光谱中所有波长的光，只是可见光区（400-760nm），这部分辐射通常称为生理有效辐射，约占总辐射的40-50%。可见光中红、橙光是被叶绿素吸收最多的成分，其次是蓝、紫光，绿光很少被吸收，因此又称绿光为生理无效光。此外，长波光（红光）有促进延长生长的作用，短波光（蓝紫光、紫外线）有利于花青素的形成，并抑制茎的伸长。

（2）光质与动物

大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近，但昆虫则偏于短波光，大致在250-700nm之间，它们看不见红外光，却看得见紫外光。而且许多昆虫对紫外光有趋光性，这种趋光现象已被用来诱杀农业害虫。

3．光照长度与生物的光周期现象

地球的公转与自转，带来了地球上日照长短的周期性变化，长期生活在这种昼夜变化环境中的动植物，借助于自然选择和进化形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式，这就是生物的光周期现象。

（1）植物的光周期现象

根据对日照长度的反应类型可把植物分为长日照植物、短日照植物、中日照植物和中间型植物。长日照植物是指在日照时间长于一定数值（一般14小时以上）才能开花的植物，如冬小麦、大麦、油菜和甜菜等，而且光照时间越长，开花越早。短日照植物则是日照时间短于一定数值（一般14小时以上的黑暗）才能开花的植物，如水稻、棉花、大豆和烟草等。日中照植物的开花要求昼夜长短比例接近相等（12小时左右），如甘蔗等。在任何日照条件下都能开花的植物是中间型植物，如番茄、黄瓜和辣椒等。光周期对植物的地理分布有较大影响。短日照植物大多数原产地是日照时间短的热带、亚热带；长日照植物大多数原产于温带和寒带，在生长发育旺盛的夏季，一昼夜中光照时间长。如果把长日照植物栽培在热带，由于光照不足，就不会开花。同样，短日照植物栽培在温带和寒带也会因光照时间过长而不开花。这对植物的引种、育种工作有极为重要的意义。

（2）动物的光周期现象

许多动物的行为对日照长短也表现出周期性。鸟、兽、鱼、昆虫等的繁殖，以及鸟、鱼的迁移活动，都受光照长短的影响。

二、温度的生态作用与生物的适应

任何生物都是在一定的温度范围内活动，温度是对生物影响最为明显的环境因素之一。

1．温度对生物生长的影响

生物正常的生命活动一般是在相对狭窄的温度范围内进行，大致在零下几度到50℃左右之间。温度对生物的作用可分为最低温度、最适温度和最高温度，即生物的三基点温度。当环境温度在最低和最适温度之间时，生物体内的生理生化反应会随着温度的升高而加快，代谢活动加强，从而加快生长发育速度；当温度高于最适温度后，参与生理生化反应的酶系统受到影响，代谢活动受阻，势必影响到生物正常的生长发育。当环境温度低于最低温度或高于最高温度，生物将受到严重危害，甚至死亡。不同生物的三基点温度是不一样的，即使是同一生物不同的发育阶段所能忍受的温度范围也有很大差异。

2．温度对生物发育的影响??有效积温法则

温度与生物发育的关系一方面体现在某些植物需要经过一个低温"春化"阶段，才能开花结果，完成生命周期；另一方面反映在有效积温法则上。有效积温法则的主要含义是植物在生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且植物各个发育阶段所需要的总热量是一个常数。用公式表示： k=n·(t-t0)式中，k为有效积温（常数），n为发育历期即生长发育所需时间，t为发育期间的平均温度，t0为生物发育起点温度（生物零度）。发育时间n的倒数为发育速率。有效积温法则不仅适用于植物，还可应用到昆虫和其他一些变温动物。在生产实践中，有效积温可作为农业规划、引种、作物布局和预测农时的重要依据，可以用来预测一个地区某种害虫可能发生的时期和世代数以及害虫的分布区危害猖獗区等。

3．极端温度对生物的影响

（1）低温对生物的影响

温度低于一定数值，生物便会受害，这个数值称为临界温度。在临界温度以下，温度越低生物受害越重。低温对生物的伤害可分为寒害和冻害两种。寒害是指温度在0℃以上对喜温生物造成的伤害。植物寒害的主要原因有蛋白质合成受阻、碳水化合物减少和代谢紊乱等。冻害是指0℃以下的低温使生物体内（细胞内和细胞间）形成冰晶而造成的损害。植物在温度降至冰点以下时，会在细胞间隙形成冰晶，原生质因此而失水破损。极端低温对动物的致死作用主要是体液的冰冻和结晶，使原生质受到机械损伤、蛋白质脱水变性。昆虫等少数动物的体液能忍受0℃以下的低温仍不结冰，这种现象称为过冷却。过冷却是动物避免低温的一种适应方式。

（2）高温对生物的影响

温度超过生物适宜温区的上限后就会对生物产生有害影响，温度越高对生物的伤害作用越大。高温可减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重要过程失调；破坏植物的水分平衡，促使蛋白质凝固、脂类溶解，导致有害代谢产物在体内的积累。高温对动物的有害影响主要是破坏酶的活性，使蛋白质凝固变性，造成缺氧、排泄功能失调和神经系统麻痹等。

4．生物对温度的适应

生物对温度的适应是多方面的，包括分布地区、物候的形成、休眠及形态行为等。极端温度是限制生物分布的最重要条件。高温限制生物分布的原因主要是破坏生物体内的代谢过程和光合呼吸平衡，其次是植物因得不到必要的低温刺激而不能完成发育阶段。低温对生物分布的限制作用更为明显。对植物和变温动物来说，决定其水平分布北界和垂直分布上限的主要因素就是低温。温度对恒温动物分布的直接限制较小，常常是通过其他生态因子（如食物）而间接影响其分布。

物候是指生物长期适应于一年中温度的节律性变化，形成的与此相适应的发育节律。例如大多数植物春天发芽，夏季开花，秋天结实，冬季休眠。休眠对适应外界严酷环境有特殊意义。植物的休眠主要是种子的休眠。动物的休眠有冬眠和夏眠（夏蛰）。植物对低温的形态适应表现在芽及叶片常有油脂类物质保护，芽具有鳞片，器官的表面有蜡粉和密毛，树皮有较发达的木栓组织，植株矮小，常呈匍匐、垫状或莲座状；对高温的适应表现在有些植物体具有密生的绒毛或鳞片，能过滤一部分阳光，发亮的叶片能反射大部分光线，以及叶片垂直排列，减少吸光面积等。动物对温度的形态适应表现在同类动物生长在较寒冷地区的比生长在温热地区的个体要大，个体大有利于保温，个体小有利于散热。

三、水的生态作用与生物的适应

水是生物最需要的一种物质，水的存在与多寡，影响生物的生存与分布。

1．水的生态作用

水是任何生物体都不可缺少的重要组成成分。各种生物的含水量有很大的不同。生物体的含水量一般为60~80%，有些水生生物可达90%以上，而在干旱环境中生长的地衣、卷柏和有些苔藓植物仅含6%左右。水是生命活动的基础。生物的新陈代谢是以水为介质进行的，生物体内营养物质的运输、废物的排除、激素的传递以及生命赖以存在的各种生物化学过程，都必须在水溶液中才能进行，而所有物质也都必须以溶解状态才能进出细胞。水对稳定环境温度有重要意义。水的密度在4℃时最大，这一特性使任何水体都不会同时冻结，而且结冰过程总是从上到下进行。水的热容量很大，吸热和放热过程缓慢，因此水体温度不象大气温度那样变化剧烈。

2．干旱与水涝对生物的影响

（1）干旱的影响

干旱对植物的影响：降低各种生理过程。干旱时气孔关闭，减弱蒸腾降温作用，抑制光合作用，增强呼吸作用，三磷酸腺苷酶活性增加破坏三磷酸腺苷的转化循环；引起植物体内各部分水分的重新分配。不同器官和不同组织间的水分，按各部位的水势大小重新分配。水势高的向水势低的流动；影响植物产品的质量。果树在干旱情况下，果实小，淀粉量和果胶质减少，木质素和半纤维素增加。植物受干旱危害的原因有能量代谢的破坏、蛋白质代谢的改变以及合成酶活性降低和分解酶活性加强等。

（2）水涝的影响

涝害首先表现为对植物根系的不良影响。土壤水分过多或积水时，由于土壤孔隙充满水分，通气状况恶化，植物根系处于缺氧环境，抑制了有氧呼吸，阻止了水分和矿物质的吸收，植物生长很快停止，叶片自下而上开始萎蔫、枯黄脱落，根系逐渐变黑、腐烂，整个植株不久就枯死。植物地上部分受淹，则使光合作用受阻，有氧呼吸减弱，无氧呼吸增强，体内能量代谢显著恶化，各种生命活动陷于紊乱，各种器官和组织变得软弱，很快变粘变黑、腐烂脱落。水涝对动物的影响，除直接的伤害死亡外，还常常导致流行病的蔓延，造成动物大量死亡。

3．生物对水分的适应

（1）植物对水分的适应

根据栖息地，通常把植物划分为水生植物和陆生植物。水生植物生长在水中，长期适应缺氧环境，根、茎、叶形成连贯的通气组织，以保证植物体各部分对氧气的需要。水生植物的水下叶片很薄，且多分裂成带状、线状，以增加吸收阳光、无机盐和co2的面积。水生植物又可分成挺水植物、浮水植物和沉水植物。生长在陆地上的植物统称陆生植物，可分为湿生、中生和旱生植物。湿生植物多生长在水边，抗旱能力差。中生植物适应范围较广，大多数植物属中生植物。旱生植物生长在干旱环境中，能忍受较长时间的干旱，其对干旱环境的适应表现在根系发达、叶面积很小、发达的贮水组织以及高渗透压的原生质等。 （2）动物对水分的适应。

动物按栖息地也可以分水生和陆生两类。水生动物主要通过调节体内的渗透压来维持与环境的水分平衡。陆生动物则在形态结构、行为和生理上来适应不同环境水分条件。动物对水因子的适应与植物不同之处在于动物有活动能力，动物可以通过迁移等多种行为途径来主动避开不良的水分环境。

四、土壤因子对生物的影响

土壤是陆地生态系统的基础，是具有决定性意义的生命支持系统，其组成部分有矿物质、有机质、土壤水分和土壤空气。具有肥力是土壤最为显著的特性。

1．土壤的生态学意义

土壤是许多生物的栖息场所。土壤中的生物包括细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物、轮虫、线虫、蚯蚓、软体动物、节肢动物和少数高等动物。土壤是生物进化的过渡环境。土壤中既有空气，又有水分，正好成为生物进化过程中的过渡环境。土壤是植物生长的基质和营养库。土壤提供了植物生活的空间、水分和必需的矿质元素。土壤是污染物转化的重要场地。土壤中大量的微生物和小型动物，对污染物都具有分解能力。

2．土壤质地与结构对生物的影响

土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，其中固体颗粒是组成土壤的物质基础。土粒按直径大小分为粗砂（2.0-0.2mm）、细粒（0.2-0.02mm）、粉砂（0.02-0.002mm）和粘粒（0.002mm以下）。这些大小不同的土粒的组合称为土壤质地。根据土壤质地可把土壤分为砂土、壤土和粘土三大类。砂土的砂粒含量在50%以上，土壤疏松、保水保肥性差、通气透水性强。壤土质地较均匀，粗粉粒含量高，通气透水、保水保肥性能都较好，抗旱能力强，适宜生物生长。粘土的组成颗粒以细粘土为主，质地粘重，保水保肥能力较强，通气透水性差。

土壤结构是指固体颗粒的排列方式、孔隙的数量和大小以及团聚体的大小和数量等。最重要的土壤结构是团粒结构（直径0.25-10mm），团粒结构具有水稳定性，由其组成的土壤，能协调土壤中水分、空气和营养物之间的关系，改善土壤的理化性质。

土壤质地与结构常常通过影响土壤的物理化学性质来影响生物的活动。

3．土壤的物理化学性质对生物的影响

（1）土壤温度

土壤温度对植物种子的萌发和根系的生长、呼吸及吸收能力有直接影响，还通过限制养分的转化来影响根系的生长活动。一般来说，低的土温会降低根系的代谢和呼吸强度，抑制根系的生长，减弱其吸收作用；土温过高则促使根系过早成熟，根部木质化加大，从而减少根系的吸收面积。

（2）土壤水分

土壤水分与盐类组成的土壤溶液参与土壤中物质的转化，促进有机物的分解与合成。土壤的矿质营养必需溶解在水中才能被植物吸收利用。土壤水分太少引起干旱，太多又导致涝害，都对植物的生长不利。土壤水分还影响土壤内无脊椎动物的数量和分布。

（3）土壤空气

土壤空气组成与大气不同，土壤中o2的含量只有10-12%，在不良条件下，可以降至10%以下，这时就可能抑制植物根系的呼吸作用。土壤中co2浓度则比大气高几十到上千倍，植物光合作用所需的co2有一半来自土壤。但是，当土壤中co2含量过高时（如达到10-15%），根系的呼吸和吸收机能就会受阻，甚至会窒息死亡。

（4）土壤酸碱度

土壤酸碱度与土壤微生物活动、有机质的合成与分解、营养元素的转化与释放、微量元素的有效性、土壤保持养分的能力及生物生长等有密切关系。根据植物对土壤酸碱度的适应范围和要求，可把植物分成酸性土植物（ph<6.5）、中性土植物（ph6.5-7.5）和碱性土植物（ph>7.5）。土壤酸碱度对土栖动物也有类似影响。

五、生物因子对生物的影响

生物有机体不是孤立生存的，在其生存环境中甚至其体内都有其他生物的存在，这些生物便构成了生物因子。生物与生物因子之间发生各种相互关系，这种相互关系既表现在种内个体之间，也存在于不同的种间。生物之间的相互关系，可以概括为八种类型（表1）。

表1 生物之间相互关系类型

类型 a b 特点 类型 a b 特点

竞争 － － 彼此互相抑制 共生 ＋ ＋ 彼此有利，分开后不能独立生活

捕食 + - a杀死或吃掉b 互惠 + + 彼此有利，分开能独立生活

寄生 + - a寄生于b，对b有害 偏利 + 0 对a有益，对b无影响

第4篇：土壤呼吸的意义范文

关键词：兽药抗生素；植物；土壤微生物；效应

中图分类号：S859.79 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2013）-01-0173-1

1 兽药市场抗生素销售情况

21世纪以来，随着科技和医疗水平的提高，大量抗生素被广泛投入于人和动物疾病的治疗及预防，这在保障人类健康和促进畜牧业发展方面起了重要作用。据调查，欧盟国家使用的兽药主要是抗生素和杀寄生虫类药物，兽药类抗生素约占所有兽药用量的70%以上。我国是抗生素的生产大国，2003年仅青霉素的产量就达28000t，占世界总产量的60%；土霉素产量为10000t，占世界总产量的65%；多西环素的产量也为世界第一。

2 禽畜抗生素在土壤中的残留状况

兽药抗生素来源畜牧养殖、水产养殖、宠物的排泄物及使用中的损失。研究表明，兽类抗生素药物只有15%可被吸收利用，大约85%未被代谢而以排泄物的形式直接排放至环境中。土壤中抗生素残留水平差异较大，一般在ug/kg和mg/kg等级。Hamscher等研究发现四环素和氯四环素浓度随着土层深度的增加有增加趋势；Martínez-Carballo等研究表明氯四环素在土壤中有较长持久性，在土壤中残留的水平大约为44.1ug/kg～32.3mg/kg。

3 抗生素对作物毒理研究现状

3.1 形态方面

抗生素对于植物的影响，一定程度上取决于植物对于抗生素的吸收，但是不同种类的抗生素在吸收量上有很大的区别。低浓度的土霉素胁迫对拟南芥幼苗的根长和株高显著抑制，但对其幼苗的侧根数量显著促进[1]；有研究表明在马铃薯组织培养中添加20mg/L氨苄西林钠或硫酸链霉素时，能有效抑制红菌染，提高试管苗生长势，缩短繁殖周期，而硫酸庆大霉素和盐酸林可霉素对马铃薯试管苗的生长有明显抑制作用；浓度为300mg/L的头孢霉素能显著促进阔叶猕猴桃外植体的不定芽分化，而大于200mg/L时显著抑制根的生长，羧苄青霉素对生根没有显著影响，但卡那霉素明显抑制生根。

3.2 生理方面

抗生素会对植物产生毒性胁迫。Farkas等发现杂豆和玉米对金霉素耐受性的差异与过氧化物酶（POD）和谷胱甘肽转移酶（GST）的表达有关。但现在还缺乏直接证据，对于植物吸收抗生素和毒性机理了解甚少，因此相关研究很有必要。有相关研究用不同浓度的盐酸氧氟沙星溶液处理水稻幼苗，随着盐酸氧氟沙星浓度的增加，胚乳中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性均呈先升后降的变化趋势，CAT活性逐渐降低[2]。有研究指出丙二醛作为脂质过氧化的产物可以很好反映氧化损伤程度。根中MDA对环丙沙星的响应和增加趋势比芽中明显，表示氧化损伤在根内比芽内更加明显，这与之前对根芽的生长抑制相符合。除了对于一些植物体内重要的酶的影响，有许多研究针对抗生素对于植物叶片内叶绿素的含量的影响。由于叶绿素的含量可以直接影响植物的光合作用，进一步作用于重要的农作物如水稻小麦等的产量，具有重要的生产意义。

4 抗生素对土壤微生物的影响

4.1对土壤微生物呼吸作用的影响

土壤呼吸作用可作为土壤微生物总活性的监测指标，以期为抗生素的环境风险提供实际评价依据。Beck和Thiele采用基质诱导呼吸法研究了磺胺间甲氧嘧啶和土霉素对不同土壤种类微生物呼吸强度的影响，结果可能由于土壤因子（如土壤有机质和矿物种类、含量、pH等）不同，使对抗生素的解吸和土壤吸附能力不同，从而影响抗生素的有效性。大部分抗生素都有其作用的标靶微生物，使标靶微生物受到抑制，土壤中的其他微生物就能获得更多的碳源。综上，抗生素对于土壤微生物呼吸强度影响原因可能使标靶微生物活性受到抑制，其他微生物活性反而增强，释放的二氧化碳增多；也可能是随着时间推移，土壤中微生物的耐受性增强。

4.2 对土壤微生物多样性的影响

目前关于农药造成土壤污染的研究已经较多，但有关抗生素对环境污染影响的研究仍较少。研究表明土壤微生物数目较原始土壤相比发生了变化，细菌数目随着抗生素浓度的升高呈整体减少的趋势。维持在较低浓度范围内的恩诺沙星对于微生物群落并无明显影响，随着浓度的增长，降低微生物群落的生物多样性。虽然在土壤中抗生素的残留量并不是特别高，但其对微生物群落、动物以及植物抗药性和生态毒性是绝对不能忽视的。

参考文献

[1] 杜亚琼，王子成，李霞.土霉素胁迫下拟南芥基因DNA甲基化的MSAP分析[J].生态学报，2011，31（10）：2846-2853.

第5篇：土壤呼吸的意义范文

关键词：污染土壤；危害；植物修复；技术

植物修复是利用某些植物对土壤重金属的超量吸收挥发以及对土壤中有机污染物降解等特殊功能，并与根际微生物协同作用，进行原位修复污染土壤的方法，这种方法费用低，效果显著，不影响环境，是一种极具发展潜力的“绿色产业”。植物修复的对象是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤及水体的一项绿色技术。

一、土壤污染的含义以及危害

土壤污染是指有毒有害污染物的数量和速度超过了土壤的容纳能力和净化速度，而通过多种途径进入土壤。造成土壤的物理、化学和生物学性质、组成及性状等发生变化，使土壤的自然动态平衡遭到破坏，从而导致土壤自然功能失调、土壤质量恶化、严重影响作物的生长发育和产品的质量，从而产生一定的环境效应，并可通过食物链对生物和人类构成危害。土壤污染的危害包括隐蔽性和滞后性、累积性和不可逆性、不易治理性和后果严重性。

二、植物修复技术的含义

植物修复技术包括利用植物超积累或积累的植物吸取修复，利用植物代谢功能的植物降解修复、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态功能的植物稳定修复、利用植物转化功能的植物挥发修复、利用植物根系吸附的植物过滤修复等技术；重金属、农药、石油和持久性有机污染物、炸药、放射性核素等是被植物修复的污染物。这种技术的应用关键在于筛选具有高产和高去污能力的植物，摸清植物对土壤条件和生态环境的适应性。

三、植物修复的研究和机理

1.植物修复的研究。植物修复是一项绿色技术，它是利用植物修复有毒重金属、有机物、放射性核素污染土壤、沉积物、地表水和地下水，是一项利用太阳能动力的处理系统。作为早期有机污染植物修复的研究对象是石油烃类，其修复机理已有较清楚的认识。

2.植物修复机理。植物修复技术是一种绿色的修复技术，已经引起人们极大兴趣和关注，植物修复技术是污染土壤修复技术中发展最快的领域。当前进行的土壤污染的植物修复机理包括植物提取作用、根际降解作用、植物挥发等作用。

3.植物修复技术的局限性。植物修复既是一种符合公众心理需求的新技术，是一条绿色的，生态的净化途径，而且也是一种经济有效的净化的方案。该技术对环境扰动少，可以说是真正意义上的“绿色修复技术”。但是植物修复技术也具有其局限性，这种局限性主要表现在：（1）目前发现的超富集植物所能累积的元素大多较单一，而土壤污染通常是多元素的复合污染。（2）超富集植物生产比较缓慢，生物量低，而且生长周期比较长，因此从土壤中提取的污染物的总量有限。（3）目前发现的超富集植物几乎都是野生植物，人们对其农艺性状、病虫害防治、育种潜力以及生理学等方面的了解还不够深刻，所以难以优化栽培和培育。（4）犹豫超富集植物的根系比较浅，只能吸收浅层土壤中的污染物，对较深层土壤中的污染物则无能为力。（5）异地引种对生物多样性的威胁，要引起足够的重视，这是一个不容忽视的问题。（6）植物器官往往会通过腐烂、落叶等途径使重金属污染物重返土壤，因此要将富集重金属的超富集植物进行收割并作为废弃物妥善处理。

4.植物修复技术发展前景

（1）植物修复涉及一系列技术，包括不同的植被类型，其作用对象、修复机理和能力都是不相同的。（2）利用放射性同位素标记技术，加强研究植物体内各种生理生化代谢途径对污染物胁迫下的适应性反应，如光合反应、呼吸代谢、激素应激对污染物胁迫是如何做出适应性改变的，还要加强研究污染物胁迫下植物次生代谢途径反应以及逆境信号传导途径。（3）从分子生物水平加强对植物解毒机理等基础理论的研究。应重点围绕根系来探索解毒机制和污染物在植物体内的运输机制，植物吸收污染物首先要经过根系，因此，要了解植物、土壤、微生物整个体系下各物质之间的相互作用。（4）植物一微生物联合修复技术可以成为一种很有发展前途的新型生物修复技术，需进一步完善其理论体系、修复机制和修复技术。

第6篇：土壤呼吸的意义范文

关键词：水涝胁迫适应性机理研究进展

按照Levitt的分类，水分胁迫包括干旱胁迫（水分亏缺）和水涝胁迫（洪涝）。水涝胁迫对植物产生的伤害称为涝害。涝害是世界上许多国家的重大灾害。随着全球环境的不断恶化,生态系统严重破坏,全球气候异常加剧,雨量分布极不均衡,局部地区水灾不断,土壤淹水现象更是极为常见，世界各国都非常重视防涝抗洪、水土保持等问题的研究。我国也是一个洪涝灾害比较严重的国家，大约有2/3国土面积存在不同程度的涝害，危害极大。认识植物对水涝胁迫响应的机理，揭示其适应机制,从而合理地选择和定向培育耐涝性品种，减轻淹水对农业生产的危害，对于我国的农业生产具有重要的理论和现实意义。

一、水涝胁迫对植物的危害

植物对水的需求是有一定限度的，水分过多或过少，同样对植物不利，水分亏缺产生旱害，抑制植物生长；土壤水分过多产生涝害，植物生长不好，甚至烂根死苗[1]。涝害会影响植物的生长发育，尤其是旱生植物在水涝情况下其形态、生理都会受到严重影响，大部分维管植物在淹水环境中均表现出明显的伤害，甚至死亡。但涝害对植物的危害主要原因不在于水自身，而是由于水分过多所诱导的次生胁迫而造成的。

1．水涝胁迫对植物细胞膜的影响

当植物处于水涝状态时，细胞内自由基的产生与清除之间的平衡遭到破坏，造成自由基的积累从而破坏膜的选择透性。晏斌等研究后认为，在涝渍胁迫下玉米体内正常的活性氧代谢平衡破坏，首先是SOD活性受抑制，导致O2-增生。故认为叶片的涝渍伤害可能主要是过量O2-积累产生MDA，引起蛋白质、核酸分子发生交联反应和变性、破坏膜和生物大分子物质，加快了衰老速度[2]。魏和平等以玉米为材料，研究淹水条件下叶片细胞超微结构的变化，发现首先液泡膜内馅逐渐松驰，叶绿体向外突出一个泡状结构，随后进一步破坏解体，且叶绿体结果破坏在液泡膜出现破裂之前，其次是线粒体、细胞核解体。后二者的破坏是淹水缺水造成还是细胞死亡过程中消化酶所致，尚须进一步研究。

2．涝害对植物物质代谢的影响

（1）水涝对植物光合作用的影响

土壤淹水后，不耐涝植物的光合速率迅速下降。虽然在一定时间内，甚至在较长时间内淹水并不引起植株叶片水分亏缺，有时还会提高叶片的水势，但仍会很快引起气孔关闭，叶片CO2扩散的气孔阻力增加。随淹水时间的延长，叶绿素含量下降，叶片早衰、脱落。土壤淹水不仅降低光合速率，光合产物的运输也有所下降[3]。渍水下净光合速率与产量的变化显著正相关，可作为耐涝性选择指标。淹水下，植物光呼吸酶活性受影响，光呼吸加强.水分胁迫下光呼吸具有特殊的防止光抑制作用，通过CO2循环有效耗散过剩能量，从而保护植物在逆境下的光抑制。

（2）水涝对植物呼吸作用的影响

涝害减少了植物组织与土壤间的气体交换，导致根部区域形成缺氧或厌氧环境，这是涝害各种反应中的主要决定因子。由于土壤中的氧气迅速亏缺，引起土壤和厌氧微生物产生了许多对植物有害的物质，这些有害物质将随着淹水的不同程度影响着植物的正常生长和发育。另外，植物体内淹水缺氧，导致根部厌氧代谢产生的乙醇、乙醛等物质对细胞具有毒性，对蛋白质结构造成破坏；产生的乳酸及液泡H+外渗等原因会导致细胞质酸中毒；发酵还会使线粒体结构破坏，细胞能荷下降，细胞中氧自由基增加，保护酶如SOD,POD等活性下降，质膜透性剧增，导致细胞严重的厌氧伤害[4].

（3）根际缺氧对矿质营养的影响

缺氧条件下，植物对土壤中矿质元素的吸收大大减少，主要原因是在缺氧条件下植物只能利用无氧呼吸产生的能量，无氧呼吸产生能量比有氧呼吸少得很多，必然会降低根系细胞ATP的浓度，削弱了根系主动吸收矿质的能力。在缺氧条件下，植物的蒸腾作用降低，蒸腾流流速减慢，矿质元素从根系运输到地上部分的数量减少；另外，缺氧条件下，土壤气体交换受阻，土壤中CO2浓度增大，氧气相对减少，好气性微生物数量减少，厌气性微生物增多，使土壤酸度增大，改变了土壤微环境，最后导致土壤矿质元素有效状况的改变，从而影响植物根系对有效矿质的吸收和积累。由于氧气亏缺导致土壤氧化还原电势降低，使某些离子还原成更可溶更有毒的形式(如硫化物H2S,FeS)。从而使细胞生理机能下降，从而引起根腐和木质化。

3．根际缺氧对植物激素的影响

土壤淹水后改变了植物内源激素的合成和运输，植株根内GA和CTK合成受阻，加剧叶片衰老和脱落。逆境条件下植物体内乙烯含量增加。一些研究者认为是缺水植物体内氧分压降低，诱导根中ACC合成基因促进根中ACC的合成，ACC随蒸腾液流由根系向地上部分运输，地上部分的ACC在通气条件下转变为乙烯[5]。近来已将乙烯在根系的合成更详细地研究清楚,在O2辐射进入根系组织的过程中，由于细胞壁的阻碍和代谢活跃皮层的存在，在根系组织中形成一种从根外层到根中柱部位低氧到缺氧的O2体积分数梯度，结果在缺氧中柱由不需要O2的ACC合成酶将ASM合成ACC，从中柱运ACC输到低氧皮层细胞，由需要O2的ACC氧化酶将ACC氧化成乙烯，再从根部运输到地上部分，促进茎的加粗、次生根的发育及叶片衰老脱落[6]。另外，在缺氧条件下，植物地上部分ABA合成加强，减小了向根系运输的数量，地上部分ABA质量分数随之增大，并进一步抑制ABA向根部的运输。同时缺氧也可能干扰赤霉素和细胞分裂素的合成。

二、植物对水涝胁迫的适应性机理

1．植物耐涝的形态学适应

（1）根系生长的表面化

在水涝胁迫条件下，有些植物根系表层化并且变细，根毛增多，根系能减少氧气在细胞中扩散的阻力，又不会形成根中部细胞的缺氧，还可以增加根系表面积，有利氧的吸收；一些深根植物对缺氧的适应是根部细胞间形成大量通气间隙，便于氧气扩散，根系生长在深层土壤中，也可以获得氧气，同时，有些植物如玉米、小麦、向日葵等，在水表层的茎节处会长出不定根，不定根伸长区内有发达的通气组织形成，使根内部组织孔隙度大幅提高。电镜细胞化学研究结果，不定根根尖细胞内ATP酶的分布高于正常根[7]。ATP酶活性上升，表明不定根根尖细胞具有较高细胞分裂能力和生理活性，根系氧气摄取和运输能力明显改善。

（2）形成根际通气组织。

诱发通气组织形成的原因是由于根系和微生物活动消耗氧气，根系的厌氧环境促进植物乙烯的生成和积累，覆盖根系的水又会通过降低乙烯的释放而加剧这种积累。乙烯浓度增加促进纤维素酶的活性，在酶的作用下，根尖皮层组织中细胞分离或部分皮层细胞崩溃，形成通气组织。可促进氧气扩散进根部，同时使根部的甲烷、H2S、CO2等气体排到体外,调节根际氧化势，排泄废气。

以往对植物耐涝形态学机理主要局限于根的研究，近年来国内外一些学者逐步对植物地上部在淹水状态下发生的形态学变化也进行了研究。目前，对植物淹水环境下形态学适应的相关研究仍较少，且局限于水稻、小麦等少数几种植物，因此，有待于进一步研究。

2．植物对淹水的代谢适应

（1）涝害胁迫下植物代谢途径的改变

有氧存在时植物不存在发酵途径，但在低氧时立即诱导出现，说明它们在植物适应低氧存活机制中起着重要作用。植物受涝时，由于根部区域缺氧不能进行正常的有氧代谢，而为了维持正常的或至少是最低的生命活动，能量的供应也是必不可少的。因此在厌氧条件下，细胞能量的供应主要依赖于无氧发酵途径产生ATP。在受涝时，主要有三种活跃的发酵途径：乙醇发酵途径、乳酸发酵途径和植物特有的丙氨酸发酵途径。但这三种途径是怎样又是在多大程度上对缺氧胁迫的耐性做出贡献以及它们之间是如何相互作用的仍不清楚。

在涝害胁迫时，除了发酵途径外，在有些植物中还存在磷酸戊糖途径和苹果酸代谢作为能量供应的补充，以减小发酵途径产生的乙醇、乳酸等有毒物质的毒害作用[8]。厌氧条件下，参与糖酵解过程的酶也发生变化，厌氧诱导表达出一类正常状况下不表达的糖酵解酶[9]。此外，有些湿地植物可能存在特殊的代谢，如使用PPi替代ATP作为高能磷酸的供体。低氧锻炼的玉米，根尖存活时间以及胞质酸化与ATP含量无关，暗示PPi在起作用[10]。

（2）涝害胁迫下蛋白质的合成

逆境下植物叶片游离脯氨酸累积，原因一是叶片组织多种酶活性降低，脯氨酸氧化受阻，造成游离脯氨酸积累；二是谷氨酸合成脯氨酸的速度增加。脯氨酸可提高植物细胞原生质渗透压，防水分散失以及提高原生质胶体的稳定性，从而提高植物体抗性[11]。植物抗逆性途径大多与蛋白质尤其是酶有关，在短时淹水逆境下，酶活性增强，但随时间延长这些酶的活性下降。许多研究结果表明在涝渍胁迫条件下，植物体内诱导合成了一些新的蛋白或酶类物质。一些耐水涝胁迫的植物，如水稻和稻稗，在氧胁迫条件下糖酵解代谢酶类的活性明显被促进，例如乙醇发酵、糖酵解代谢、磷酸戊糖代谢酶活性被促进，甚至三羧酸循环在缺氧条件下也有一定活性，这样湿生植物就可以在代谢上适应水涝胁迫所造成的缺氧生境。以玉米为材料在厌氧条件下的研究发现，玉米新合成两类蛋白：过渡多肽和厌氧多肽，并与糖酵解或糖代谢有关[12]。目前已克隆了一些与植物抗涝性相关的基因，主要是编码厌氧胁迫蛋白的基因、SOD酶基因、植物血红蛋白等。随着基因工程技术的完善，利用转基因技术培育抗涝性植物材料将成为未来抗涝性育种的重要手段。

目前，对于提高植物的耐涝性方面的研究仍然较少，有研究表明使用生长调节剂如PP333、BR-120、复合醇等及外源活性氧清除剂能有效缓解涝害，但在大田条件下，这些措施有一定的局限性。目前迫切需要确定可靠、直观的生理指标，从涝害下植株形态结构及代谢适应性分子机制入手，寻找适宜的耐涝基因，通过转基因技术选育抗淹耐涝品种。

参考文献

[1]赵可夫．植物对水涝胁迫的适应．生物学通报．2003，38（12）：11-14．

[2]晏斌，戴秋杰，刘晓忠等．玉米叶片涝渍伤害过程中超氧自由基的积累[J]．植物学报,1995,37(9):738-744．

[3]吕军．渍水对冬小麦生长的危害及其生理效应[J]．植物生理学通报，1994.20(3).221．

第7篇：土壤呼吸的意义范文

【关键词】有机肥 能量流动 物质循环

有机肥与绿色植物的新陈代谢类型：绿色植物能以光为能源，以外界环境中的无机物合成自身组成的有机物，所以绿色植物是自养生物。由于绿色植物是自养生物，所以绿色植物不需要从外界环境中吸收现成的有机物，当然也就不可能吸收有机肥中的有机物。植物从外界环境中需要获得的是水、二氧化碳、无机盐和太阳光能。

例题：有些植物如桃树、杏树在春天开花时，叶子尚未长出，开花时期植株需要的能量可能来自（ ）

A.春天植株从土壤中吸收的无机盐

B.春天植株从土壤中吸收的有机物

C.花瓣利用太阳能进行的光合作用

D.上一年贮存在植株体内的营养物质

解析：无机盐属于无机物，不能为植物生命活动提供能量，A错。桃和杏都是绿色植物，属于自养生物，所以并不从外界环境中吸收有机物，B也错。桃和杏的花瓣并不含有叶绿素，所以不能通过光合作用合成有机物，C不对。所以当植物在春天叶未生长时已经开花，其能量只能来自植物体内原来贮藏的有机物，故选D。

一、有机肥与生态系统的能量流动

当生态系统的能量被某一营养级的生物同化以后，最终的去向一般有三个，即被生物自身的呼吸作用所消耗，或者被下一个营养级的生物所捕食，或者最终被分解者所分解。现在的问题是：当某营养级的生物有机体10Kg被下一个营养级生物所捕食，是不是意味着该10Kg中的有机物所含有的能量就完全流入了下一个营养级呢？回答是否定的。因为动物在摄入食物后，其中的有机物并不能全部被动物体消化吸收，有一部分有机物会残留于动物粪便中，这部分有机物并没有被捕食者所同化。因此流入到下一个营养级的能量应该是下一个营养级的生物所同化的总能量，而不是摄入的有机物中的总能量。

例题：有一种金龟子专以象粪为食，假设大象体内同化能量有10000 Kj，则这些能量流入金龟子体内的能量有（ ）

A.1000KJ B.2000KJ

C.0KJ D.100KJ

解析：大象的同化能量不包括大象的粪便中有机物所包含的能量，而金龟子以象粪为食，没有获得大象的同化能量，故正确答案选C。

但在解答了该题后，有学生问，是不是金龟子绝对不能获得大象体内的能量呢？在教师向学生介绍了大象的肠上皮细胞经常脱落可混合在粪便中，大象脱落的毛发也可混在大象的粪便中，学生了解到当大象的肠上皮细胞和毛发被金龟子所食用后并同化，也有可能有少量能量由大象流入金龟子体内。所以题目中答案C设计为“几乎为0KJ”更为准确。

二、有机肥与生态系统的物质循环

有机肥中含有的无机物，一般可以直接被绿色植物所吸收;但其中含有的有机物必须经过分解者的分解作用转化为无机物才能被绿色植物所吸收。

例题：下图表示某农田生态系统一年中CO2的释放和消耗状况。有关叙述正确的是（ ）

注：①生产者呼吸释放量;②分解者呼吸释放量;③消费者呼吸释放量;④生产者光合作用消耗量

A.流经该农田生态系统的总能量可用④表示

B.②的量越小，说明该农田生态系统施用的有机肥料越多

C.消费者同化作用的大小可用③表示

D.该农田生态系统一年中CO2的释放量与消费量相等

解析：生产者的同化量可以用生产者所同化的CO2量来表示，而流经一个生态系统的总能量是这个生态系统的全部生产者所固定的太阳能的总量，所以生产者光合作用所消耗的CO2量就是流入该生态系统的总能量，A正确，选A。农田生态系统施用的有机肥料的多少，并不然与农田生产者的呼吸量成反比，所以B错误。③为消费者呼吸释放的CO2量，消费者同化的有机物除了一部分用于自身的呼吸作用，还有一部分要用于组成自己的身体，所以C不选。生态系统的物质循环具有全球性，所以就某一时间段某一具体的生态系统，其CO2的释放量与消费量是难以进行比较的，故D也错。

例题：“落红不是无情物，化作春泥更护花”，对其所涉及的生物学知识描述正确的是（ ）

A.残枝落叶中的有机物通过微生物的分解产生的物质可提高土壤肥力

B.土壤中的微生物如硝化细菌、圆褐固氮菌、反硝化细菌等都是需氧型生物

C.“中耕松土”有利于土壤中各种微生物的活动

D.土壤中的微生物在生态系统中的地位都是分解者

第8篇：土壤呼吸的意义范文

关键词土壤环境因子;有机污染物;迁移转化;影响

土壤农药污染是一全球性问题。随着环境问题在全球范围的不断变化,土壤环境污染化学已成为环境化学不可缺少的重要组成部分[1]。在北美、西欧和澳洲等国家,随着各种点源污染得到有效控制,人们关注的焦点逐渐转移到多介质非点源污染,另外土壤环境污染的研究也受到人们日益关注。在我国,受农药使用历史、施药技术以及产品结构等因素影响,土壤农药污染较为严重,制约食品安全与农业可持续发展。随着土壤有机污染物的类型不断增多,大量难降解的有机污染物进入土壤,造成环境的严重污染,影响了农业的可持续发展。土壤中的各种环境因子对有机污染物降解转化有一定的影响,因此,研究这些因子的相互作用,可促进有机污染物在土壤中的消除。

1土壤污染的现状

相对于大气环境和水环境而言,土壤环境的污染源更为复杂,作为有机农药、化肥的直接作用对象,并随着社会发展需求,使得土壤污染物的种类极为繁多。目前,全球生产和使用的农药已达1 300多种,其中被广泛使用的达250多种。我国也已经迈入了世界农药生产和使用大国,现在,我国每年施用逾80万~100万t的化学农药,其中有机磷杀虫剂占40%,高毒农药达到37.4%,且有的化学性质稳定、在土壤中存留时间长[2-4]。大量的农药流失到土壤中,造成土壤环境受到严重污染,影响了农业的可持续发展。造成我国土壤农药污染的农药主要是有机氯与有机磷2类。尽管1985年起,我国就已禁用有机氯农药,但因早期大量使用及其难降解性,土壤中仍有残留,造成作物污染。目前,土壤污染物可以分为传统污染物及新型污染物。

1.1传统污染物

一是传统化学污染物。其又可分为无机污染物和有机污染物两大类,其中传统无机污染物包括汞、镉、 铅、砷、铬等,过量的氮和磷等植物营养元素以及氧化物和硫化物等,传统有机污染物包括ddt、六六六、狄氏剂、艾氏剂和氯丹等含氯化学农药以及ddt的代谢产物dde和ddd,石油烃及其裂解产物,以及其他各类有机合成产物等。二是物理性污染物。指来自工厂、矿山的各种固体废弃物。三是生物性污染物。指带有各种病菌的城市垃圾和由卫生设施(包括医院、疗养院)排出的废水和废物以及农业废弃物、厩肥等。四是放射性污染物。主要存在于核原料开采、大气层核爆炸地区和核电站的运转,以锶和铯等在土壤环境中半衰期长的放射性元素为主。在这些众多的污染物种类中,以土壤的化学污染物最为普遍、严重和复杂[5]。

1.2新型污染物

近年来,土壤新型污染物受到关注,这类污染物的特点是在土壤环境中的浓度一般较低,但对生态系统的危害和对人体健康的影响较大。这些新型土壤污染物目前主要有四大类[6-7]:一是各种兽药和抗生素对土壤环境的污染。随着动物饲养业和畜牧业的发展,畜禽养殖污染中一个重要的问题就是这些兽药通过动物的排泄以及其他方式导致土壤环境的污染。与兽药污染相对应的是各种抗生素的土壤污染。随着医学事业的发展,各种抗生素将得到日益广泛的应用,由此导致的土壤污染可能会更加复杂。二是大部分溴化阻燃剂在土壤环境中有很高的持久性,能够通过食物链和其他途径累积在人体内,长期接触会妨碍人体大脑和骨骼的发育,并且可能致癌,因此引起人们关注。随着电子工业的不断发展以及各种电子产品的逐渐报废,各种阻燃剂将以各种方式进入土壤环境中,从而造成对土壤的污染。三是“特富龙”不粘锅中使用的化学物质“全氟辛酸铵”以及芳香族磺酸类污染物对土壤的污染。其中,全氟辛烷磺酸(pfos)是纺织品和皮革制品等防污处理剂的主要活性成分,在民用和工业化产品生产领域用途非常广泛。尽管目前尚没有土壤环境中存在含量的数据,但由于pfos本身的难分解性、生物高蓄积性和污染的广泛性,有关其土壤环境的污染问题势必将被暴露出来,并成为土壤环境污染化学面临的新课题。四是含有过敏源的植物及花粉对土壤的污染。在法国,近年来发现1种或许起源于北美的豚草属植物(ambrosiaartem isiifolia)及其花粉,特别是这种花粉由于含有多种潜在的过敏源,能在夏天导致严重的干草热以及哮喘疾病,成为引起人们关注的一种新型土壤污染物。

2土壤环境因子对有机污染的影响

土壤中的微生物、温度、水分、气候、土壤机械组成、含水率、植物根际环境、ph 值、二氧化碳浓度等因素对土壤中有机物的分解与转化有很大的影响。除了有机污染物本身的难降解性以及生物迁移性会对有机物降解速率和效果产生影响外,土壤环境因子也会对有机污染物的迁移转化造成一定的影响。

2.1土壤微生物

有机污染物在土壤中的降解分为非生物降解与生物降解两大类,在生物酶作用下,农药在动植物体内或是微生物体内外的降解即生物降解。微生物降解是指利用微生物降解有机污染物的生物降解过程,降解微生物有细菌、真菌和藻类。虽然在厌氧和需氧条件下多氯化合物都可以降解,但是在厌氧条件下降解速率更快。尽管在好气条件下土壤也有很多分解菌存在,但是在好气的旱田条件下,由于有机氯污染物被土壤吸附,生物活性降低,可以长期残留[8]。微生物降解是消除有机氯农药的最佳途径,通常药剂在土壤中的分解要比在蒸馏水中的分解快得多,将土壤灭菌处理后,药剂在大部分土壤中对有机污染物的分解速率明显受到抑制。

迄今为止,已从土壤、污泥、污水、天然水体、垃圾场和厩肥中分离得到可降解不同农药的活性微生物。活性微生物主要以转化和矿化2种方式,通过胞内或胞外酶直接作用于周围环境中的农药。尽管矿化作用是消除环境中农药污染的最佳方式,但是自然界中此类微生物的种类和数目十分缺乏,而转化作用却相当普遍,某一特定属种的微生物以共代谢方式实现对农药的转化作用,并同环境中的其他微生物以共代谢的方式最终将农药完全降解。

研究显示ddt的分解菌至少涉及30个属,其中包括细菌、酵母、放线菌、真菌以及藻类等微生物。六六六的分解菌除了很早知道的生芽孢梭芽孢杆菌和大肠杆菌外,matsu mura等人从各种环境中分离出71株有分解六六六能力的细菌、真菌菌株。这些分解菌包括好气性、基本嫌气性、嫌气性等各种细菌以及真菌[9]。

常规环境条件下能降解目标污染物的微生物数量少,且活性比较低,当添加某些营养物包括碳源与能源性物质或提供目标污染物降解过程所需因子,将促进与降解菌生长相关联的有机物的降解代谢,即微生物只能使有机污染物发生转化,而不能利用它们作为碳源和能源维持生长,必须补充其他可以利用的基质,微生物才能生长。在共代谢过程中,微生物通过酶来降解某些能维持自身生长的物质,同时也降解了某些非微生物生长必需的物质。

2.2土壤温度

气候变暖是当今全球性的环境问题,大气中co2浓度的不断增加对全球气候变化起着极其重要的作用。土壤中co2的排放主要来自土壤原有有机质和外源有机物(如植物的凋落物、根茬及人为的有机污染物投入)的分解过程[10]。全球气候不断增暖将改变各地的温度场、蒸发量和降水量,而这些变化又影响着土壤有机污染物的分解。

土壤温度影响土壤微生物和酶活性及土壤中溶质的运移,还影响土壤反应的速度和土壤呼吸速率,最终影响土壤中有机污染物的降解转化。在一定温度范围内,温度升高会促进土壤有机污染物的分解,但随着温度的进一步升高,土壤有机污染物对温度的响应程度降低。miko发现,在平均温度为5 ℃时,温度每升高1 ℃将会引起全球范围内10%土壤有机污染物的丧失;而在平均温度为30 ℃时,温度每升高1 ℃将会使得有机污染物丧失3%[11]。

但是,在冷冻条件下关于土壤有机污染物的分解和微生物的活性还存在分歧。neilson 研究了冷冻对碳和氮循环的影响,发现冷冻加快了土壤碳和氮的循环速率,但不同植被品种、土壤层次和冷冻程度所增加的幅度不同,而且在冷冻程度非常大时,会促进土壤呼吸和二氧化氮的流量和矿化。

2.3土壤ph值

土壤的ph值对有机污染物的吸附有很大的影响,一般来说,ph值越低,土壤对有机污染物的吸附能力越强。土壤酸碱性通过影响组分和污染物的电荷特性、沉淀溶解、吸附解吸和络合平衡来改变污染物的毒性,土壤酸碱性还通过土壤微生物的活性来改变污染物的毒性。ph值对有机污染物如有机农药在土壤中的积累、转化、降解的影响主要表现为:一是土壤的ph值不同,土壤微生物群落不同,影响土壤微生物对有机污染物的降解作用,这种生物降解途径主要包括生物氧化和还原反应中的脱氯、脱氯化氢、脱烷基化、芳香烃或杂环破裂反应等。二是通过改变污染物和土壤组分的电荷特性,改变两者的吸附、络合、沉淀等特性,导致污染物浓度的改变。

2.4土壤水分

土壤水分是土壤中水溶性成分的运输载体,也是土壤反应得以正常进行的介质。王彦辉认为森林土壤有机污染物的分解速率在很大程度上受控于环境条件,其中含水量起着决定性作用,最佳含水量为被分解物饱和含水量的70%～90%,极度干旱或水分过多都会限制土壤微生物的活动,明显降低土壤中有机污染物的分解速率[12]。但是,olivier认为在淹水条件下有机污染物料的分解速率加快,在长期的淹水条件下厌氧微生物反复利用腐解发酵的有机物料,会导致较低的净残留碳的矿化[13]。这与淹水、嫌气条件下有机物料的分解速率慢于旱地、分解量低于旱地的传统概念不同。

在非淹水条件下,温度对有机碳分解的影响随着分解时间的延长而逐步减小。淹水条件下培养7 d以后,温度对供试物料有机碳分解的影响不随培养时间的变化而变化。当土壤含水量为300、500 g/kg时,供试物料的有机碳分解最快,而土壤含水量为200 g/kg和淹水条件下的有机碳分解较慢,空白对照培养结果显示土壤有机碳的分解速率随着水分含量的提高而加快[14]。在相同的水热条件下,有机碳的分解量与土壤黏粒含量呈负相关。

不同的土壤含水量对土壤中植物残体的分解速率和土壤腐殖质组分(胡敏酸和富里酸) 数量的影响仍存在争议。由于常规研究土壤有机污染物动态变化的方法存在不足,所以可以通过同位素示踪方法(14c示踪法或13c自然丰度法)进一步定量研究。利用同位素示踪技术可以区分原有土壤有机质与外源有机物分解转化形成的土壤新有机质,从而了解土壤中植物残体分解转化的动态变化规律。

2.5土壤机械组成

土壤质地的差异形成不同的土壤结构和通透性状,因而对环境污染物的截留、迁移、转化产生不同的效应。由于黏土类富含黏粒,土壤物理性吸附、化学吸附及离子交换作用强,具有较强的保肥、保水性能,同时也把进入土壤中的污染物质的有机、无机分子、离子吸附到土粒表面保存起来,增加了污染物转移的难度。

在黏土中加入砂粒,可相对减少黏粒含量,增加土壤通气孔隙,可以减少对污染物的分子吸附,提高淋溶的强度,促进污染物的转移,但要注意到因此可能引起的地下水污染等问题。砂质土类的优点是有机污染物容易从土壤表层淋溶至下层,减轻表土污染物的数量和危害;但是有可能进一步污染地下水,造成二次污染。壤土的性质介于黏土和砂土之间,其性状差异取决于壤土中砂、壤粒含量比例,黏粒含量多,性质偏于黏土类,砂粒含量多则偏于砂土类。

一般而言,黏性土壤中的空气较砂性土壤少,好气性微生物活性受到抑制,土壤黏粒具有保持碳的能力,其含量影响外源有机物(有机化合物、植物残体)及其转化产物的分解速率。随着土壤黏粒含量的增加,土壤有机碳和土壤微生物量碳也增加,土壤有机碳与黏粒含量呈正相关,随着土壤黏粒含量的增加,碳、氮矿化量减少,但矿化部分的碳氮比并不受土壤质地的影响。

2.6气候及二氧化碳含量

气候变化通过影响土壤水分、溶质运移和温度的变化来影响微生物的活动,从而引起土壤中有机污染物含量的变化。凉爽季节向温暖季节转化会导致土壤有机碳的损失,热、湿润的气候有利于有机污染物的分解。在秋季和冬季,土壤中微生物数量增加;在春季积雪融化后,土壤中微生物数量迅速下降,这种微生物群落的动态变化与植物碳、氮的有效性相关联。

大气co2浓度升高提高了植物的光合作用,使20%～50%光合产物通过根系分泌或死亡输入土壤,从而间接影响土壤生态系统。有些学者认为co2浓度升高,会增加输入土壤的碳量,刺激土壤微生物的生长和活性,加强土壤的呼吸作用,增加了土壤中有机物的分解速率[15]。多数研究是在土壤—植物系统中进行的,co2浓度升高通过增加植物同化碳来增加根系生物量,从而增加土壤中碳量输入。于水强研究了土壤外部不同o2、co2浓度对土壤微生物的活性和土壤有机物分解及其组分的动态变化的影响,认为低co2浓度有利于有机物的分解和胡敏酸的形成,而高co2浓度有利于有机物的积累和富里酸的形成。

3结语

土壤是生态环境的重要组成部分,是人类赖以生存的主要资源之一,也是物质生物地球化学循环的储存库,对环境变化具有高度的敏感性。土壤的环境因子存在着不稳定性,但是通过研究最适合土壤中有机污染物降解转化的环境,可改变受污染严重的土壤中有机污染物的含量,改善环境质量,实现可持续发展。

4参考文献

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[6] 唐永銮,刘育民.环境学导论[m].北京:高等教育出版社,1987:178-180.

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[13] 张文菊,童立成,杨钙人,等.水分对湿地沉积物有机碳矿化的影响[j].生态学报,2005,25(2):249-253.

第9篇：土壤呼吸的意义范文

【关键词】：园林施工；树木移植；技术应用

1 、引言

随着社会的不断发展，城市建设要求的不断提高。园林施工逐渐成为城市建设中一项重要的工程。因为园林设计可以突出城市景观，通过施工建设可以形成整体协调配景模式。因此，其工程施工质量关系到城市环境的建设与发展，同时也受到越来越多人的重视。

2、 移植前的准备

树木的成功移植会促进城市的绿化工作，相反如果树木移植不成功会使环境绿化部门在人力、物力、财力上造成一定程度的损失，为了能够使树木成功进行移植，以下对树木移植前的前期准备工作和注意事项进行了介绍：首先，针对不同的风景园林区域选择最适宜的树种。树种的选择直接影响了树木能否成功进行移植以及后期能否成功存活，所以在选择树种时要以不同风景园林区域的土地特点和气候特点为依据，进而选择出最适宜的树种，使树木的移植成功率和存活率大大提高。其次，选择恰当的时间进行树木移植。选择适宜的时间可以提高树木的移植成功率和存活率，经过长期的试验和阅读相关书籍得出树木最适宜的移植时间是在每年的二月、三月、十一月以及十二月，在二月和三月进行树木移植可以使树苗进行快速的增长，在十一月和十二月进行树木移植，此时间内树木处于休眠阶段使树木存活率得到了很大的提高。其次，在树木进行移植前要做好一些准备工作。一是在树木移植前需要对风景园林区域的土壤条件进行改善，将垃圾进行彻底的清理，对土质不达到标准的土壤采用换土的方法，使树木在移植后有一个良好的生存环境。二是，在移植前计算好树木之间的间隔以及所要挖坑的大小及深度。树木之间保持一定的距离可以使树木获取充足的阳光和养分使其快速增长，目前，我国使用最多的树种之间的距离是3-4m，所以树木的种植间距可以以此为标准进行种植。

3 、园林施工中树木移植技术的应用

3.1 土质管理

3.1.1保证土质的通气性

树木移植之后根系需要呼吸，因此，应当保证土质的通气性，在移植过程中，不要将苗木根系埋植过深，同时覆土不宜过厚，以此避免存水，避免出现根系和土层错位的现象，保证土质的通气性。为了提升通气性，可以适当增加腐殖质或珍珠粉，轻轻压实即可。

3.1.2保证土质的营养性

树木移植之后对营养的需求较多，因此，应当保证土质的营养性，强化土肥，增加腐殖质，以此增加土壤营养，保证树木移植之后的健康生长。此外，还应当对土壤进行测定，去除土壤中不利于树木生长的成分。

3.1.3土质水分控制

土壤中水分的控制对于树木移植之后的成长至关重要，水分过多可能会导致土壤积水，影响透气性，不利于树木根系呼吸，甚至出现烂根；水分过少，则不利于树木对水分的吸收，不能保证树木正常生长的水分需要。因此，应当合理控制土质水分，低洼存水的地方，适当进行培土，避免存水；对于干旱地区应当科学浇水，保证水分充足。

3.2 修剪技术

树木移植之后的修剪对于保证地上部分与地下部分的平衡有着重要作用。对于针叶树种的树木来说，移植之后无需修剪，对于阔叶树种的树木来说，首先要修剪病虫害枝条，之后修剪过密的枝条。如果当地气温较高、水分缺失，则应当加重修剪力度，减少蒸腾作用，避免水分流失；如果当地湿度较大，土壤水分充足，则轻剪即可。

3.3 间隙控制技术

树木间隙对于其根系养分的吸收以及光照均匀程度有着重要的影响，因此，应当合理控制间隙。不要让树木之间的间隙太小，如果不考]对间隙的控制，单纯追求树木移植的数量，则很可能出现树木营养不良的现象，严重时可能导致树木死亡，严重影响了树木移植的成活率。

3.4 入坑填土

树木入坑填土步骤的专业性较强，入坑过程中，保证树坑深度在60～80cm，宽度在100～120cm，树根部要与树坑正对，树干不能倾斜。此外，在入坑的过程中注意力度，避免破坏树木根部。填土的过程中，选择均匀的细土作为填土土壤，从底部开始一层层不断夯实，保证均匀，夯实程度不宜过大，3层之后可以将树木向上提2～3次，保证土壤的通气性。移植后的树木稳定性较差，因此，应当根据当地的风向，采用竹木进行一定方向的支撑和固定。

4、 树木成功移植后的养护工作

在树木进行成功移植后，为了保证树木能够存活并且快速的增长需要做好后期的养护工作。

首先，需要保证树体内的水分代谢保持平衡。起挖和移植过程中会使树种的根系部位受到一定程的损伤，进而使树种吸收的水分不能达到成长的需要，导致大部分树种因为缺水而死亡，所以，保证树体内水分代谢平衡是非常重要的。可以通过以下两种方式尽量使水分代谢保持平衡，一种是对移植后的树木地面进行处理，树木在刚移植完成后或者是在高温的气候条件下水分蒸发的速度会比较快，需要给树木建立一个遮阳的小棚，减少水分蒸发，使树木能够茁壮的成长。另一种是对树木移植的地下土壤进行处理，对土壤进行相关指标的测定，在测定完成后根据不足之处做出相应的改善，使树种能够很好地进行呼吸作用，促进树种能快速增长。

其次，对移植后的树木补给营养液。给移植后的树木及时补充营养液可以提高其存活率，常用的营养补给具体方法是确定树木所缺的营养成分，根据所缺的营养成分配用适量的营养生长素，准备相应的输液瓶和输液管在树种的根部进行注射，树木在补给营养后可以有效的防止病虫害的侵袭，使其快速成长。

结束语

树木移植是园林施工中的重要技术，其对绿化效益、生态效益、树种保护等方面有着重要意义，因此，园林施工单位应当全方位掌握树木移植技术。

【参考文献】：

[1]贾力.园林施工中树木移植技术探讨[J].农业与技术，2015，35（12）：163.