第六章土壤圈文档格式.docx
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11.龚子同等.中国土壤系统分类(理论、方法、实践).北京:
科学出版社,1999.
12.胡双熙.陇东和陇中黑垆土的发生与演变.土壤学报,31(3)
13.胡双熙.天山中段冰川环境变迁与高山土壤的形成演化.土壤学报,35
(2)
二、每课时单元教案
1.教学时数
5学时
2.教学方式(手段)
讲授法
3.师生活动设计
提问和探讨
4.讲课提纲、板书设计
5.教学内容
第一节土壤圈的物质组成及特性(第1~4课时)
一、土壤及其土壤肥力的概念
土壤是地球陆地表面能够生长植物的疏松表层,是一个独立的自然体。
由于人类对土壤的利用方式不同,对土壤产生不同的概念。
土壤的基本属性和本质特性是具有肥力。
土壤肥力是指土壤为植物生长不断地供应和协调养分、水分、空气和热量的能力。
土壤中养分、水分、空气、热量四大肥力因素不是孤立的,而是相互联系和相互制约的。
二、土壤圈在地理环境中的地位和作用
土壤圈在地理环境中总是占据一定的不变位置,处于地球大气圈、水圈、生物圈和岩石圈之间的界面上,是地球各圈层中最活跃最富生命力的圈层之一,它们之间不断地进行物质循环与能量平衡。
三、土壤形态
土壤形态是指土壤与土壤剖面外部形态特征。
如土壤剖面构造、土壤颜色、质地结构,结持性,孔隙度等。
(一)土壤剖面与土壤发生层次
土壤剖面是指从地表垂直向下的土壤纵剖面,也可理解为完整的垂直土层序列。
它是由性质和形态各异的土层重叠在一起构成的。
这些土层大致呈水平状,是由土壤成土过程中物质发生淋溶、淀积、迁移和转化形成的。
(二)土壤的物质组成
土壤是由固相、液相和气相等三相物质组成的
(一)土壤矿物质
土壤矿物质是土壤的主要组成物质,构成土壤的“骨骼”。
按成因可以分为土壤矿物质基本上来自成土母质,原生矿物质和次生矿物质
原生矿物质:
各种岩石受到不同程度的物理风化而未经化学风化的碎屑物,其原有的化学组成和晶体结构均未改变。
次生矿物质:
由原生矿物质经风化后重新形成的新矿物。
土壤次生矿物分为三类:
简单盐类、此生氧化物类和次生铝硅酸盐类
(二)土壤有机质
土壤有机质概指土壤中动植物残体微生物体及其分解和生成的物质
土壤有机质的化学组成
包括碳水化合物、含氮化合物、水质素、含硫含磷化合物。
土壤微生物对有机质转化的作用
土壤中的细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物等是土壤有机质转化的主要动力
有机质转化的两个过程
1矿物化过程:
进入土壤的动植物残体在土壤微生物的参与下,把复杂的有机质分解为简单有机质的过程
2腐殖质化过程:
进入土壤的动植物残体在土壤微生物的作用下分解后再缩合和聚合成一系列黑色高分子有机物的过程
(三)土壤水分
土壤水分是土壤重要组成成分和重要的肥力因素。
它不仅是植物生活所必需的生态因子,而且也是土壤生态系统中物质和能量流动的介质,它存在于孔隙中。
土壤水分类型
土壤水分主要分为
吸湿水、毛管水和重力水
吸湿水土壤颗粒表面张力所吸收的水汽,不能移动,植物不能吸收。
毛管水毛管孔隙中毛管力所吸附保存的水分,是自由液态水,是土壤中植物利用的有效水分。
有两种:
毛管上升水和毛管悬着水。
重力水土壤水分含量超过田间持水量(毛管悬着水达最大值)时沿土壤非毛管孔隙向下移动的多余水分
(四)土壤空气
主要来自于大气,组成成分和大气基本相似,质和量上与大气有所不同。
土壤生物生命活动的影响二氧化碳比大气中含量高而氧气含量比大气低。
土壤空气中的水汽大于70%,大气中小于4%,相差甚远土壤固氮微生物能固定一部分氮气,增加土壤氮素含量,而土壤中进行的硝化作用和氮化作用,氮素又转化为氮气和氨释放到大气中,二者基本保持平衡。
五、土壤物质之间的相互作用
(一)土壤机械组成
组成土壤的大小不同的土粒按不同比例混合在一起表现出来的土壤粗细状况称土壤的机械组成或土壤质地。
(一)土壤胶体的性质
土壤胶体是指土壤中高度分散粒径在1~100mm之间的物质。
土壤胶体的种类:
按其成分和性质有三类
1土壤矿物质胶体,包括次生硅酸盐,简单的铁、铝氧化物,二氧化硅。
2有机胶体,包括腐殖质有机酸蛋白质及其衍生物等大分子有机化合物。
3有机无机复合胶体,土中有机胶体和无机胶体通过各种键(桥)力相结合的有机-无机复合体。
土壤胶体的性质:
1巨大的表面和表面能
2带电性
3分散和凝聚性
土壤的离子交换
土壤胶体表面与溶液介质中电荷符号相同的离子相交换。
(三)土壤溶液
土壤溶液是土壤中水分及其所含溶质的总称,溶液中所含物质有以下几类:
不纯净降水及其在土壤中接纳的溶解性气体
无机盐类
有机化合物类
无机胶体类
络合物类
土壤的酸碱反应土壤中的酸性和碱性物质解离出H+和HO–数量中和
土壤的氧化还原反应氧化剂m++n电子≒还原剂
土壤的缓冲性土壤加酸或加碱时具有缓冲酸碱度改变的能力
第二节土壤形成与地理环境的关系(第5~8课时)
一、成土因素学说
二、成土因素对土壤形成的作用
(一)母质因素
岩石风化的产物称成土母质,简称母质木质是土壤形成的物质基础
(二)气候因素
气候因素影响土壤水热状况,而水热状况又直接或间接地影响岩石的风化过程高等植物和低等植物及微生物的活动土壤溶液和土壤空气的迁移转化过程,因此决定了土壤中的物理、化学和生物的作用过程,影响土壤形成过程的方向和强度。
(三)生物因素
土壤形成的生物因素包括植物、土壤微生物和土壤动物,它们是土壤有机质的制造者和分解者,是土壤发生发展过程中最活跃因素。
(四)地形因素
不同地形影响地表水热条件的重新分配。
主要表现在不同高度坡度和坡向等对太阳辐射的吸收和地面辐射的差异。
地形支配着地表径流
地形影响成土母质的分配
地形影响土壤的发育过程
(五)时间因素
土壤发育的时间(成土年龄)可说明土壤在历史进程中发生发展和演变的动态过程,是研究土壤特性和发生分类的重要基础。
(六)人类生产活动
人类生产活动对土壤形成和性质的影响是有意识有目的的,是在认识土壤客观性质的基础上对土壤进行利用改造定向施肥,创造不同熟化程度的耕作土壤。
三、土壤形成的基本规律
自然土壤形成的基本规律是地质大循环与生物小循环过程矛盾的统一
地质大循环,是指结晶岩石矿物在外力作用下发生风化变成细碎而可溶物质,被流水搬运迁移到海洋经过漫长的地质年代变成沉积岩,当地壳上升,沉积岩又露出海面成为陆地,再次受到风化淋溶。
生物小循环,是指植物吸收利用大循环释放出来的可溶性养分,通过生理活动制造成植物的活有机体,当植物有机体死亡之后,在微生物的分解作用下,又重新变为可被植物吸收利用的可溶性有机物。
四主要成土过程
1.原始成土过程在裸露的岩石表面或薄层岩石风化物上着生细菌、放线菌真菌等微生物,即后生长藻类,再后生长地衣、苔藓,它们开始积累有机物并为高等植物生长创造条件。
2.灰化过程土体亚表层SiO2残留R2O3及腐殖质淋溶及淀积的过程。
3.粘化过程土体中粘土矿物的生成和聚集过程。
4.富铝化过程土壤形成中土体脱硅富铝铁的过程。
5.钙化过程碳酸盐在土体中淋溶淀积的过程
6.盐渍化过程土体上部易溶性盐类的聚集过程。
7.碱化过程土壤吸收复合体上交换性钠占阳离子交换量30%以上,pH大于9,呈碱性反应,并引起土壤物理性质恶化的过程。
8.潜育化过程低洼积水地区土体发生还原的过程
9.潴育化过程土壤形成过程中的氧化还原过程
10.白浆化过程土壤表层由于土体上层滞水而发生的潴育漂洗过程。
11.腐殖质化过程在生物因素影响下,在土体中尤以土体表层进行的腐殖质累积过程。
12.泥炭化过程有机质以植物残体形式的累积过程。
13.土壤的人为熟化过程在人类合理耕作利用改良及定性培育下,使土壤向着肥力提高的方向发展的过程。
第三节土壤的分类及空间分布规律(第9~12课时)
一、土壤分类
(一)国外土壤分类
1.前苏联
强调土壤的与成土因素和地理景观之间的相互关系,以成土因素及其对土壤的影响作为土壤分类的理论基础,以成土过程和土壤属性(土壤形态、土壤物理、土壤化学、矿物及生物等)作为土壤分类的依据。
土壤分类系统中分土类、亚类、土属、土种、亚种、变种、土系、土相等8级。
2.美国
分类的具体指标是可以直接感知和定量测量的土壤属性,土壤类型划分只要一句土壤的诊断层和诊断特性。
诊断层:
凡是用于鉴别土壤类型,在性质上有一系列定量说明的土层。
诊断特性:
用于鉴别土壤类型的依据是具有定量说明的土壤性质。
土壤分类系统按土纲、亚纲、土类、亚类、土族、土系6级,共分出11个土纲。
(二)中国的土壤分类
1.中国土壤发生学分类
以成土因素、成土过程和土壤属性作为基础。
分类系统采用土纲、亚纲、土类、亚类、土属、土种、变种7级,以土类和土种为基本分类单元,共分12土纲,27亚纲,60土类,234亚类。
2.中国土壤系统分类
以诊断层和诊断特性作为分类的基础,以定量化、标准化为特点
二、土壤空间分布规律
土壤分布的地带性规律是指广域土壤与大气和生物条件相适应的分布规律。
它包括由于大气候生物条件纬度、经度及海拔高度变化所引起的土壤地带性分布规律。
(一)土壤分布与地理环境的关系
(二)土壤的水平分布规律
1.纬度地带性分布规律
两种表现形式:
区域性的
全球性的(由北而南的冰沼土带、灰化土带和砖红土带)
太阳辐射从赤道向两极递减,气候生物等成土因子也按纬度方向呈有规律的变化,地带性土壤大致呈平行于纬线并以纬线呈带状分布
2.干湿度地带性规律
海陆分布的态势不同,水分条件和生物因素从沿海向内陆发生有规律的变化,土壤带从沿海向内陆呈大致平行于经线的带状分布。
(三)土壤的垂直地带分布规律
土壤的垂直地带性是指随山体海拔升高,热量递减,降水在一定高度内递减,超出一定高度后降低,引起植被等成土因素按海拔高度发生有规律的变化。
三、土壤的地域分布规律
(一)土壤的中域分布规律
(二)土壤的微域分布规律
四、耕作土壤分布规律
•同心圆式分布
•阶梯式分布
•棋盘式分布
•框式分布
五、世界土壤分布
第四节土壤类型特征(第13、14课时)
中国土壤分类系统把中国土壤划分出14个土纲:
有机土、人为土、灰土、火山灰土、铁铝土、变性土、干旱土、盐成土、潜育土、均腐土、富铝土、淋溶土、雏形土和新成土。
第五节土壤资源的合理利用和保护(第15、16课时)
一、土壤资源的概念
土壤资源是土地资源的重要组成部分是土地资源的基础。
土壤资源具有一定生产力,其生产力高低除了与土壤的自然属性有关外很大程度上决定于人类的生产科学技术水平。
二、世界及我国土壤资源概况
(一)世界土壤资源概况
(二)我国土地资源概况
三、土地资源开发利用中存在的问题
(一)耕地逐年减少,人地矛盾突出
(二)土壤侵蚀的危害
(三)土壤退化生产力下降
(四)土壤盐碱化
(五)土地沙化
(六)土壤污染
四、土壤资源和合理利用和保护
(一)扩大耕地面积、盘活土地存量
(二)综合整治,合理布局
(三)改造土壤资源的障碍因素
1.防治土壤侵蚀
2.改良盐碱土
3.改良沙土地
4.防治土壤污染
5.培肥土壤提高单位面积产量
第七章生物群落与生态系统
第一节地球上的生物界
第二节生物与环境
第三节生物种群和生物群落
第四节生态系统
第五节陆地和水域生态系统
第六节社会-经济-自然复合生态系统
第七节生物多样性及其保护
教学重点:
认识、理解并掌握生物与环境的关系、生物种群和生物群落的概念、生态系统的结构与功能及生态平衡、陆地和水域生态系统的类型和特征、农业和城市生态系统的主要特点、生物多样性的价值及保护等
教学难点:
生态系统的结构与功能及生态平衡
在野外认识植物分类、生态系统的特点。
在图书馆文献信息系统或者网络上,检索“生态学”,分题名检索和关键词检索,看有哪些图书、论文和网站与之有关,并了解该领域的新进展。
1.北京大学等.植物地理学.北京:
2.华东师范大学等.动物生态学.北京:
人民教育出版社,1981.
3.中国植被编辑委员会.中国植被.北京:
科学出版社,1980.
4.E.P.Odum.生态学基础.北京:
5.孙儒泳,李博等.普通生态学.北京:
高等教育出版社,1993.
6.蔡晓名等.普通生态学.北京:
北京大学出版社,1995.
7.国家环保局编.中国的生态农业.北京:
中国环境科学出版社,1991.
8.陈灵芝主编.中国的生态农业.北京:
科学出版社,1993.
9.“中国生物多样性保护行动计划”总报告编写组,中国生物多样性保护行动计划.北京:
中国环境科学出版社,1994.
10.“中国生物多样性国情研究报告”编写组.中国生物多样性国情研究报告.北京:
中国环境科学出版社,1998.
18学时
第一节地球上的生物界(第1、2课时)
一、原核生物界
原核生物是一类起源古老、细胞结构简单不具备核膜、没有明显细胞核的原始生物,包括细菌和蓝藻。
二、原生生物界
•原生生物界是由原核生物进化而来的另一类微生物,有机体以单细胞的为主,也有一些群体。
细胞内都具有核膜包围起来的真正的细胞核属真核生物。
有些原生生物细胞内含有叶绿素和其他色素为光合作用的自养生物,有些不含有色素为非光合作用的异养生物。
原生生物主要生活于水中和潮湿的陆地环境中。
三、植物界
•是一种真核多细胞生物,单细胞者很少。
绝大多数植物的细胞中含有叶绿素和其他色素,属于能够利用太阳能制造有机物的自养生物,极少数是非绿色的寄生物。
•包括藻类和高等植物。
四、真菌界
真菌属于真核生物,在二界分类系统中划归植物界,但是又具有很多特征故列为一个独立的生物界。
五、动物界
•动物属于体内不含光合色素的真核一样生物。
•构成躯体的细胞没有细胞壁;
体内的细胞因生理功能不同发生了分化,形成了许多组织,一定种类的组织联合起来司某种生理机能而成为器官,许多不同的器官再联合为器官系统。
•动物界的种类非常繁多形体结构与净化程度差异很大,因此被划分为许多类群,其中主要有环节动物、软体动物、节肢动物、脊索动物。
第二节生物与环境(第3~6课时)
从生态学观点看,环境是指生物有机体或生物群体所在空间内的一切事物和要素的总和。
生物是主体,环境是相对主体而言的,它包括非生物的所有自然要素也包括主体生物之外的其他一切动植物。
一、生态因子作用的一般特点
(一)概念
•环境中对生物的生长、发育、繁殖、行为和分布有影响的环境要素叫生态因子
(Ecologicalfactors).
生态因子种生物生存不可缺少的那些因子称作生存条件(Existingconditions)当一个或几个生态因子的质或量低于或高于生物生存所能忍受的临界限度时,生物的生长发育、繁殖就会受到限制,甚至引起死亡,这些接近或超过耐性上下限的生态因子称作限制因子。
(二)生态因子对生物的作用的一般特点
1)综合性 各种生态因子并非孤独地对
• 生物发生作用,而是相互制约、相互影响,
• 并共同在一起对生物产生影响。
2)非等价性 诸因子中必有1~2个是起关键作用的主导因子而其他因子的作用相对小些。
3)不可替代性 都不可缺少,一个因子的缺失不能用另一个因子来代替。
4)限制性 地球上各种生态因子的变动幅度非常大,而每种生物所能忍受的范围却有一定的限度。
(三)生态幅
生物在其生存过程中对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限,上限和下限之间就是生物的对这种生态因子的耐受范围或称作生态幅(ecologicalamplitude),其中包括最适宜范围。
二、生态因子与生物
生物生态环境中的生态因子主要有光、温度、水、空气、土壤、周围其他生物等。
(一)光和生物
光的性质、光照强度和光照时间的长短对生物的生长、发育、形态特征、生殖、行为和地理分布都有明显影响。
(二)温度与生物
各种生物对温度都有一定的适应范围。
在此范围内生物体内的生物化学过程才能正常进行。
(三)水和生物
生命起源于水环境。
水是所有生物生存不可缺少的重要因素。
(四)空气和生物
空气对生物的影响包括空气化学成分和空气运动两方面。
(五)土壤与生物
1.土壤是陆生植物生长发育的基地和营养库,它具有供应和调节植物生活中所需水分养料和空气等条件的双重作用。
2.土壤和植物之间以极大的接触面积进行着频繁的物质交换。
土壤供应植物的水分和矿质营养元素植物的代谢产物和枯叶又促进土壤的形成和影响其理化性质。
3.土壤的酸碱度影响矿质营养盐类的溶解度,从而影响矿质元素被植物吸收利用的有效性。
4.土壤中易溶性盐类含量过高时发生盐渍化现象,使土壤溶液浓度过高,渗透压增大、植物吸收水分困难,出现生理性干旱,种子发芽和植株生长不良,限制了一般植物的生存。
5.对动物来说,土壤是不大其更为稳定的生活环境,其温度和湿度的变化幅度小得多,因此土壤常成为动物极好的隐蔽场所,在土壤中可以躲避高温、干燥、、大风和阳光直射等不利因素的影响。
(六)生物之间的关系
1.竞争(Competition)
种间竞争的结果是发生生态分离.
•高斯的竞争排斥原理(competitiveexclusionprinciple):
生态学(或生态位)上相同的两个物种不可能在同一地区内共存。
•对事物生存空间和其他条件具有相似或相同要求的不同物种,为了自身生存,相互间都力求抑制对方,从而给对方都带来不利影响,谓之竞争。
2.寄生作用(Parasitism) 一种物种的个体(寄生物)生活在另一个物种个体(寄主)的体内或体表,并从其体液或组织中吸取营养以维持生存。
寄生常降低寄主生物的抵抗力,但并不一定导致寄主生物的死亡。
3.捕食作用(Predation)
•捕食生物袭击并捕杀被捕食者生物作为食物。
•捕食者生物因获得食物而受益,被捕食者或猎物则受到抑制(植物)或死亡(动物)。
•捕食并不总是有害的,一方面不是这作为一种自然选择的力量淘汰了有疾病衰老或有其他方面不理想的被捕食者,可以说是一种天然的质量控制法。
另一方面通过捕食作用可以调节生物种群的数量,维持生物种群间和生物与环境负荷间的平衡。
•原始合作(Cooperation)
•与互利共生(Mutualism)
•原始合作又称互助,在一起生活的两个物种彼此从中都受到利益,但他们并不需要互相依赖,可以单独生存。
•互利共生则是两个不同物种的有机体密切地结合在一起,在共同的生活中双方均获得利益,但彼此不能分开单独生存。
三、生物对环境的适应
生物的适应(Adaptation)
•是指生物的形态结构、生理机能、个体发育和行为等特征与其长期生存的一定环境条件相互统一。
生物对环境的适应有趋同适应和趋异适应类。
趋同适应(Convergentadaptation)是指亲缘关系相当疏远的不同种类的生物,由于长期生活在相同或相似的环境中,通过变异和选择,形成相同或相似的适应特征和适应方式的现象。
趋异适应(Divergentadaptation)或称辐射适应是指同一种生物的若干个体,在不同环境条件下长期生活,形成了不同的适应特征和适应方式。
第三节生物种群和生物群落(第7~9课时)
一、种群及其一般特征
生态学上把占据着一定空间或地区的同种生物的个体群叫做种群。
(一)种群的数量和密度
在一定的空间中某种生物个体的总体数目为种群的数量或大小;
在单位空间或面积内的个体数目叫做种群的密度。
(二)种群的年龄结构和性比
若按龄级(如1~5龄,5~10龄等)或繁殖状况(如繁殖前期,繁殖期,繁殖后期)分组,计算各龄级的个体数目与种群总个体数目的比例即为年龄结构。
(三)种群中个体的水平分布格局
•种群的成群分布形式较为普遍。
•形成因素:
•环境资源分布不均匀
•植物的繁殖往往以母株为扩散中心
•动物的社会行为使其结合成群
(四)出生率和死亡率
•出生率(Birth rate)
泛指生物产生新个体的能力,包括生产、孵化、出芽、分裂等多种形式。
.死亡率(Death rate)是指中群中个体死亡的速率,是种群个体数量衰减的因素。
(五) 种群增长
是指随时间的变化,一个种群内个体数目的增减变化情况。
在自然的条件下,由于制约因素的存在,种群的数量是稳定地在一定的范围。
(六) 种内关系
•表现形式:
•竞争、领域性和婚配制度
•种内竞争具有调节种群数量动态变化的作用。
二、生物群落及其特征
若干个生物种群有规律地结合在一起,形成为一个多生物种、完整而有序的生物体系,即生态群落。
(一)种类组成
•概念
1.物种多样性(Speciesdiversity) 生态群落中物种数目的多少(丰富度)和各物种个体数目的多少(均匀度)两个参数的结合。
2.多样性梯度(Diversitygradient)物种多样性的表现。
•生态位(Niche)群落中每一个生物中所占据的小生境(住所,空间)和它的功能(作用)结合起来。
•优势种(Dominant species) 个体数量多生物量大职业覆盖地面的程度也大,生活能力强和对生境具有明显影响的生物种群。
建群种(Construc