1、1,2,前言 1 土壤生态学的发展及研究展望 1.1 土壤学发展简史 1.2 生态学发展简史 1.3 土壤生态学的研究体系和领域 1.4 土壤生态学研究展望 2 土壤生态在陆地生态系统中的地位 2.1 土壤生态系统是可解剖的实体 2.2 土壤是陆地生物所需水分的枢纽 2.3 土壤是能流的转化机 2.4 土壤是生物养分库 2.5 土壤是消毒净化器 3 土壤生态系统的结构特点和功能类型 3.1 土壤生态系统的结构特点 3.2 土壤生态功能系统的类型 3.3 土壤生态系统养分运转与调节,目录,3,4 土壤生态系统中生物及其功效 4.1 土壤生物类型与生物多样性 4.2 土壤生物生态 4.3 土壤生物
2、功效 4.4 人类活动对土壤生物的影响 4.5 土壤生物的开发利用及其保护 5 农田土壤生态系统养分循环通则 5.1 土壤生态系统养分循环 5.2 稻田土壤生态系统中养分循环特点 5.3 土壤生态系统养分循环与土壤生产力 6 土壤碳库的形成与转化 6.1 土壤生态系统中有机物质的生成与分解累积 6.2 影响土壤库中有机质分解与积累的因素 6.3 有机质对土壤库的影响 7 农业生态系统中能流传递特点 7.1 农业生态系统投能结构 7.2 农业土壤生态系统的能量流动特点 7.3 复合农业生态系统的能量流动,4,8 土壤生态系统的演变 8.1 白浆土与黑土生成的生态环境演变 8.2 包浆土与砂姜黑土
3、形成的生态环境演变 8.3 稻田白土与黄泥土的生成环境演变 8.4 白浆土类形成的生态环境比较 9 土壤生态系统空间格局 9.1 土壤生态样块的特点 9.2 土壤生态地带分异特点 9.3 土壤生态类型地域分异特点 10 章土壤生态分区概述 10.1 土壤生态分区的依据 10.2 土壤生态分区的原则与系统及地带分异特点 10.3 土壤区域分异特点土壤生态区、片与样板例举 11 土壤退化生态系统及其重建 11.1 全球土壤退化状况及其研究进展 11.2 土壤退化类型、成因、过程及其机制 11.3 土壤退化的综合评价 11.4 土壤退化的恢复与重建,5,12 原始土壤生态系统的形成与演化 12.1
4、高寒区原始土壤生态系统的发育特点 12.2 原始土壤生态系统的演替模式 13 湿地生态系统的特点及保护 13.1 湿地定义与分类 13.2 湿地形成特点 13.3 湿地生态系统的演变与环境 13.4 湿地的利用与保护 14 草原土壤生态系统的特点及其保育 14.1 草原土壤生态系统的特点 14.2 草原土壤营养元素循环 14.3 草原土壤生态系统的退化及其保育 15 森林土壤生态系统及其保护 15.1 森林生态系统的生产力 15.2 森林与土壤的相互作用 15.3 森林土壤生态系统的养分循环 15.4 森林生态系统的可持续发展,6,16 复合农林生态系统建设 16.1 复合农林生态研究的内容与
5、现状 16.2 复合农林生态系统的基本特征 16.3 复合农林系统的模型 16.4 复合农林系统的设计 17 矿业废弃地土壤生态系统复建 17.1 矿业废弃地物理性质与营养状况 17.2 废弃地不良的化学性质 17.3 矿业废弃地的生态复建 18 污染物在湿地生态系统食物链中的轨迹 18.1 湿地生态系统中的污染物及其迁移与转化 18.2 湿地生态系统污染物的生物富集 18.3 鹭鸟作为湿地生态系统污染的生物指示 19 章土壤生态系统保护与农业可持续发展 19.1 农业的发展与土壤生态系统的演替 19.2 土壤生态系统的特性与农业可持续发展 19.3 可持续农业土壤研究现状及存在问题,7,20
6、 章土壤生态系统与全球气候变化 20.1 土壤生态系统中环境气体的特点、产生机理和转移途径 20.2 影响环境气体排放的因素 20.3 土壤生态系统环境气体排放的调控 21 大型工程建设与生态环境评价 21.1 长江流域的生态与环境概况 21.2 大型水利工程环境评价系统 21.3 受工程影响的生态环境评价,8,1 土壤生态学的发展及研究展望,1.1 土壤学发展简史 1.2 生态学发展简史 1.3 土壤生态学的研究体系和领域 1.4 土壤生态学研究展望,9,1.1 土壤学发展简史,1）土壤学的知识积累时期（1500年） 2）土壤学的学派分化时期（1500 1800年） 3）土壤学的发展时期（
7、19世纪初20世纪70年代 ） 4）土壤生态系统时期 （ 20世纪70年代）,10,1）土壤学的知识积累时期（1500年）,古希腊人很早以前就把土壤视为一切生命的源泉，但对土壤尚无简单分类；古罗马公元一世纪科路美拉所著论农业一书中，把土壤分为肥土、瘦土、松土、紧土、湿土、干土六类，和同期的中国土壤分类相比，十分简单。我国夏代尚书的禹贡篇，书中根据土壤性质分土壤为“壤”、“黄壤”、“白壤”、“赤植垆”、“白坟”、“黑坟”、“坟垆”、“涂泥”、“清黎”等九类，并依其肥力高低，划分为三等九级。古代土壤分类主要集中体现在中国。,11,2）土壤学的学派分化时期（1500 1900年）,（1）农业化学派
8、：代表人物德国的李比希（JFLiebig， 18031873） （2）地质学派： 19世纪后半叶德国科学家法鲁（F.A.Fellow) （3）发生学派： 19世纪7080年代，俄罗斯科学家道库恰耶夫,12,3）土壤学的发展时期（ 19世纪初20世纪70年代 ）,19世纪中后期，土壤分类在西欧有了进展，有德国的法鲁（ F.A.Fallou 1862 ）、俄罗斯学者B.B道库恰耶夫等；到了20世纪30-50年代，土壤分类很活跃，出现了法国的库比纳、英国的Avery、法国的奥伯特、美国的马伯特及俄罗斯的威廉士。其中，马伯特的土壤分类1935-1954在我国应用，威廉士的发生分类1954-1984在我
9、国应用。,13,4）土壤生态系统时期 （ 20世纪70年代）,美国农业部1975年发表的土壤系统分类（Soil Taxonomy）是土壤诊断分类学派的代表。它继苏联的土壤发生学分类之后，成为目前世界土壤分类的新发展趋势。,土壤是一个整体，受环境条件的影响并同人和植物产生密不可分的互相作用，所以土壤生态系统的研究已受世人瞩目。 （1）以提高土壤肥力为主要目标 （2）土壤有毒物质的降解与消化 （3）土壤管理技术-土壤生态系统,14,1.2 生态学发展简史,1）生态学的知识积累及萌芽时期（1866年） 2）生态学的创立及发展时期（1866年19世纪末） 3）生态学的巩固及学派分化时期（ 19世纪初3
10、0年代） 4）生态系统生态学时期（ 20世纪30年代60年代 ） 5）人类生态学时期（ 20世纪70年代）,15,1）生态学的知识积累及萌芽时期（1866年）,采 樵 渔 猎,16,农 耕,17,生态学知识记载 中国：公元前1200年尔雅公元前200年管子地员篇公元前100年前后确立24节气、离经 欧洲：Aristotle(384-322,B.C)（亚里士多德 ：古希腊）Theophrastus(370-285,B.C)（西奥弗拉斯塔：植物名称的发展起源於4000多前，但首先將名称記录下的是Theophrastus 370-285B.C.他是亚里士多德的学生）,18,古籍 管子地员篇（约公元前
11、200年以前）曾详细记载了江淮平原上沼泽植物沿水分梯度的带状分布与水文土质环境的生态关系。,水面,19,水生植物分布,20,2）生态学的创立及发展时期（1866年19世纪末）,查尔斯罗伯特达尔文（Charles Robert Darwin，1809.2.121882.4.19英国）,21,生态适应与进化,22,生态适应,23,有关生态学的研究,R Boyle 动物生理生态的开始Reaumur 研究积温与昆虫发育生理的先驱 Al.deCandolle 现代积温理论 cL Willdenow ；T.Humboldt “植物群落”、“外貌” 等概念，并指出“等温线” T.Malthus “种群生态学
12、”Haeckel 首次提出了生态学定义C.Darwin 物种起源E Warming 植物生态学 A F.W Schimper 植物地理学,24,Malthus 1803年发表的人口论：,25,3）生态学的巩固及学派分化时期（ 20世纪初30年代）,26,生态学的第一次飞跃,这一时期是生态学理论形成，生物种群和群落由定性向定量描述，生态学试验方法发展的辉煌时期。生态学研究渗透到生物学领域的各个学科，形成了植物生态学，动物生态学，生态遗传学，生理生态学，形态生态学等分支学科，促进生态学从个体，种群等水平开展了广泛研究，并出现了一些研究中心和学术团体，是生态学发展出现第一个高峰。,27,学派分化,北
13、欧学派：以注重群落分析为特点 法瑞学派：植物群落生态学 英美学派：以研究植物群落演替和创建顶级群落著名 前苏联学派：注重建群种和优势种，重视植被生态和植被地理,28,4）生态系统生态学时期（ 20世纪30年代60年代 ）,1935年，坦斯利（A.G.Tansley）首先提出生态系统（Ecosystem）的概念； 1942年，前苏联苏卡切夫院士提出类似的名次“生物地理群落”（Geobiocenoce）; 1942年，林德曼（R.L.Lindeman）提出“十分之一”定律。,29,生态学的第二次飞跃,1935年，坦斯利(A.G.tansley) 首先提出生态系统(Ecosystem)的概念;广泛开
14、展了生态系统生态学的研究，生态学成为研究生态系统结够与功能的科学。,30,生态学的第三次飞跃,生态学研究与应用相结合形成了海洋生态学、土壤生态学、湖泊生态学、农业生态学、农田生态学、草原生态学、森林生态学等。 多学科的交叉渗透，使生态系统的研究得到迅速的发展，电子计算机的应用、自动记录仪器在野外工作中的应用、系统分析以及现代化计算方法，为生态系统的研究创造了条件。,31,研究方法：引入能量转换和物质流动,32,研究理论：引入系统论信息论控制论系统工程等理论。 20 世纪 30 年代到 50 年代，一系列和整体系统控制信息有关的科学相继诞生。30 年代，贝塔朗菲(L.V.Bertalanffy奥
15、地利)提出了系统论；1948 年美国科学家Nobert Wiener出版了控制论。在50年代，系统工程方法 ，包括线性规划 动态规划网络分析对策论排队论存储论系统可靠性分析等逐步成熟。,33,研究手段新技术方兴未艾计算机1945年美国宾州大学莫 克莱和埃克特研制成功第一部电子计算机(ENIAC),1949年英国剑桥大学研制成功第一部内存式电子计算机。计算机技术日新月异，计算机的应用和教育事业也蓬勃发展，计算机（尤其是微机）知识已成为现代人不可缺少的知识储备。3 S 技术RS(remote sensing):遥感GIS(Geographic information system)地理信息系统GP
16、S(Global position system):全球定位系统高新科技以生物技术材料科学信息技术环境科学为代表的高新科技时代已经到来,34,5）人类生态学时期（ 20世纪70年代）,生态学冲出了学术园地，被从高楼深院中请入社会实践及经济建设领域；生态学引起社会的广泛关注，各国提倡全民生态意识，报刊、杂志上讨论生态学的事例与日俱增；对生态学有兴趣的不仅有生物学家、生态学家、还有农学家、经济学家、地学家、社会学家、哲学家及政治家。,35,自然科学和社会科学的桥梁,研究领域日益扩大，不再限于生物学，而且渗透到地学、经济学以及农、林、牧、渔、医药卫生、环境保护、建筑等各个部门，不仅在自然科学，而且渗
17、透到社会科学，成为联系自然和社会科学的桥梁，从而使生态学成为举世瞩目的科学。,36,人类生态的重大计划,1962年，生态学开始被从高楼深院中请出来，以解决社会生活中的生态问题。有关重大事件如下：,37,“国际生物学计划”（IBP）,IBP是联合国教科文组织于1964年组织的一项全球范围的生态学研究计划，目的是通过世界科学家的努力和协作，去认识维持地球表面生态平衡的生物系统与环境系统的过程，IBP下设7个组： （1）陆地群落生物生产力组； （2）生物生产过程组； （3）陆地群落自然保护组； （4）海洋群落生物生产力组； （5）淡水群落生物生产力组； （6）人类适应组； （7）生物资源的利用与管理
18、组。,38,人与生物圈的主要研究项目MAB,（1）不断增加的人类活动对热带，亚热带森林生态系统的影响。 （2）不同的土地利用与管理方法对温带和地中海森林景观的生态影响。 （3）人类活动和土地利用方式对放牧地（热带稀树草原和温带半干旱至干旱地区牧场）的影响。 （4）人类活动对干旱和半干旱地区生态系统的影响，特别是灌溉的效果。 （5） 人类活动对湖泊、沼泽、河流、三角洲、海湾、沿海地带的价值和资源的影响。 （6）人类活动对山地和冻土带生态系统的影响。 （7）岛屿生态系统的生态学与合理利用。 （8）对自然区域和自然区域内遗传物质的保护。 （9）对陆地和水生生态系统的虫害管理以及肥力利用的生态学评价。
19、 （10）大型工程对人及其环境的影响。 （11）以能源利用为重点的城市生态系统问题。 （12）环境变化和人类人口的适应，人口统计与遗传结构之间的相互作用。 （13）环境质量的认识。 （14）环境污染及其对生物圈的影响。,39,国际地圈-生物圈计划 (IGBP),International Geosphere Biosphere Programme (IGBP)国际全球大气化学计划（IGAC） 全球海洋通量联合研究（JGOFS） 过去的全球变化（PAGES） 全球变化与陆地生态系统（GCTE） 水循环的生物学方面（BAHC） 海岸带海陆相互作用（LOICZ） 全球海洋生态系统动力学（GLOBEC
20、） 土地利用土地覆盖变化（LUCC）,40,IGBP计划还包括三个支撑计划 全球分析、解释与建模（GAIM） 数据与信息系统（IGBPDIS）：建立全球变化研究所 需要的全球资料和信息的处理、贮存、交流系统，特别要发展全球变化的空间遥感观测能力的资料的处理能力。 全球变化的分析、研究和培训系统（START）：在全球的代表性生态系统区域，主要在发展中国家，建立全球变化的区域研究中心。,41,现代生态学的特点,（1）生态系统生态学的研究成为主流。 （2）从描述性科学走向实验、机理和定量研究。 （3）现代生态学向宏观和微观两极发展。 （4）应用生态学发展迅速，实践应用性更强。 （5）人类生态学的兴起
21、和生态学与社会科学的交叉融合 。,42,1.3 土壤生态学的研究体系和领域,土壤生态学的理论体系与层次,43,土壤生态学的研究领域,44,土壤生态学的发展趋势,45,1）土壤生态学的一般问题,（1）土壤生态系统及土壤生态学的概念 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。土壤生态系统是陆地生态系统的一个亚系统，其结构组成包括：生产者。高等植物根系、藻类和化能营养细菌。消费者。土壤中的草食动物和肉食动物。分解者。细菌、真菌、放线菌和食腐动物等。参与物质循环的无机物质和有机物质。土壤内部水、气、固体物质等环境因子。 土壤生态学：是土壤学、生态学、地理学以及环
22、境科学相互交叉的一门具有广泛研究领域的新兴科学，以土壤生物为中心，研究土壤生物之间、土壤生物与土壤非生命环境间的相互作用。研究的主要内容有：土壤生态系统的结构、功能和人类活动对土壤生态系统的影响过程。,46,（2）土壤生态学的研究对象土壤与生物的关系 土壤与环境的关系 土壤与人类的关系,47,2）土壤生态系统的物质循环与能量流动研究,生态系统的物质循环与能量流动,48,物质循环与能量流动研究是土壤生态学的基本研究内容，也是土壤生态系统结构与功能、控制和优化的基础。物质循环研究主要包括物质在土壤-植物-大气系统各分室的输入、运移、传输、转化和输出的途径及其机理，养分的转化效率及其生态效应等。能量
23、流动研究主要包括成土过程中能量的消耗、农田水热收支平衡以及生物种群间能量动态的研究等。近些年来，涉及诸如森林生态系统、草原生态系统、农田生态系统以及复合农业生态系统等；研究的元素包括C、N、S、P及其它元素（Ca、Mg、K、Na、Fe 、Mn 、Si）与一些微量元素。今后的研究重点应在宏观、微观的基础上，加强土壤生态系统的物质和能量转化效率与提高作物生产力的关系、养分平衡与土壤肥力可持续性、养分丰缺及其诊断、预报、调控和管理方面的研究,49,3）土壤生物生态学研究,该领域的研究与土壤动物学、土壤微生物学紧密联系，但各有侧重。土壤生物生态学主要研究土壤生物与土壤环境之间的关系，包括土壤生物种群及
24、区系组成、生物间相互作用于食物链网状结构；土壤生物对成土过程、土壤性质、土壤肥力及土壤生态系统营养元素平衡的影响，以及土壤条件变化对土壤生物的作用等。近年来，有益微生物的农业应用、微生物净化环境以及根际环境与根际微生物的微域生态系统研究越来越受到重视。,50,4）土壤污染生态学研究,土壤污染是现代工农业生产过程中带来的次生环境问题。土壤污染对土壤结构、组成和性质、土壤肥力、土壤生物、作物生长以及土壤环境可产生明显影响。近期的研究内容包括：污染物质在土壤-植物系统中的迁移、转化与滞留行为；不同地域土壤-植物系统的结构、功能及其对不同类型污染物的承载能力；土壤污染对食物链影响的生态风险评价；土壤-
25、植物系统的净化功能以及土壤生态系统的污染综合治理和评价等。今后应加强土壤污染生态系统的动态监测、预报及综合治理等方面的研究与探索。,51,5）土壤环境与人体健康研究,土壤环境与人体健康使土壤生态学中研究土壤与人类关系的一个重要领域。土壤中的化学元素可通过食物链进入人体，影响人体健康。其研究内容包括：土壤元素的丰缺与健康；土壤微量元素的健康效应；土壤污染与健康。土壤中某些元素特别是微量元素的营养价值与医用研究将成为今后的一个重要方向。,52,6）土壤生态分区、评价、利用和管理研究,土壤生态分区和评价是土地资源合理开发利用和管理的重要依据。目前这方面的研究还处于探索阶段。生态分区是根据自然地理条件
26、、区域生态经济关系及农业生态经济系统结构功能的类似性和差异性，把整个区域划分为不同类型的生态区域。现有的区划方法有经验法、指标法、类型法、叠置法、聚类分析法等，根据分区的原则与指标，运用定性和定量相结合的方法，进行生态分区，并画出生态分区图。土壤生态分区南京土壤研究所在长江流域作了一些尝试，采用了土壤生态样快、土壤生态片、土壤生态区、土壤生态带四级分区单位。目前面临的问题是如何拟定通用的合理指标体系、评价原则与评价方法，还有待进一步探索。,53,54,55,56,57,土壤分区图,58,按照中国土壤系统分类(CST,1999)，依据土壤诊断层和诊断特性中国土壤分为三大土壤区域，十六个土壤地区：
27、 东南部湿润土壤区域 ：1 寒温带寒冻雏形土、正常灰土地区， 2 中温带冷凉淋溶土、湿润均腐土地区，3 暖温带湿润淋溶土、潮润雏形土地区，4北亚热带湿润淋溶土、水耕人为土地区，5中亚热带湿润富铁土、常湿雏形土区，6南亚热带湿润富铁土、湿润铁铝土地区，7热带湿润铁铝土、湿润富铁土地区。 中部干润土壤区域：1中温带干润均腐土、干润砂质新成土区，2温暖带干润、黄土正常新成土、干润淋溶土地，3高原温带干润均腐土、干润雏形土地区。 西北部干旱土壤区域：1中温带钙积正常干旱土、干旱砂质新成土区，2 暖温带盐积、石膏正常干旱土、干旱正常盐成土区，3 高原温带正常干旱土、寒冻雏形土地区4 高原温带粘化寒性干旱
28、土、灌淤干润雏形土地区，5 高原亚寒带钙积、寒性干旱土，区，6 高原寒带钙积寒性干旱土、干旱正常盐成土地区。,59,60,土壤生态分区、评价、利用和管理研究是综合性较强但难度较大的领域，也是研究的重点内容。如能同土壤景观生态结合起来，研究领域更加开阔，因生态景观的研究已引起国内外的注意，并成立了相应的国际组织。,61,1.4 土壤生态学研究展望,1）新理论、新方法的研究,新理论：耗散结构理论、生态界面理论、生态环境脆 弱带及系统论、体统分析方法等是今后发展的方向。 生态模型：物质循环、能量转换的数学模型，农业系统结构最优化模型等。,62,1）微观研究,（1）物质循环及能量转换过程及机理的研究不
29、同耕作制度，不同施肥条件下物质循环强度及与作物产量的关系等将成为今后的重点。能量转换、提高能量的利用率是土壤生态学研究的根本问题。此外，复合农业生态系统中能量传输过程及辅助能的投入、能量折算标准等也将是能量研究的重要方面。 （ 2）生物多样性保护湿地生物多样性保护陆地生物多样新保护水域生物多样性保护尤其是对提高土壤养分利用率、促进养分活化的土壤微生物 应开展研究，以便更好地保护土壤生物多样性。,63,2）宏观研究,（1）土壤生态系统演替的研究 （2）建立土壤生态系统研究网络 （3）资源生态与环境生态的研究 （4）复合农业生态系统中物流与能流的研究 （5）土壤生态与农业持续发展 （6）退化生态系统的恢复与重建,64,
