土壤呼吸的意义范文第1篇

电影《后天》将历史上从未有过的、惊心动魄的旷世灾难真实地展现在我们眼前，再次唤起了人们对日益严重的温室效应及理论上可能引起的新冰河世纪威胁的关注。

导致全球气候变暖的真正原因究竟是什么?科学家们似乎尚无定论，但是它对全球经济发展和人类社会活动的影响无疑是巨大的。目前，科学界普遍认为导致全球变暖的原因主要有人口剧增导致的大气中二氧化碳的含量不断地增加，大气环境污染，海洋生态环境恶化，土地遭侵蚀、沙化等破坏，森林资源锐减，酸雨危害，物种加速灭绝，水污染，有毒废料污染，地球周期性公转轨迹的变动等等。

在过去很长时间内，自然系统和生物地球化学循环一直使全球碳库处于动态平衡中，但近代，特别是自工业革命以来的人类活动(像森林毁坏，农业活动，化石燃料的燃烧等)导致了碳库之间的极大改变。从全球尺度来看，1861年工业革命以后，温室气体快速增长，引起了全球气候变化等一系列严峻的全球性生态环境问题，严重影响到陆地生态系统的组成、结构和功能，给人类自身的生存和可持续发展带来巨大的挑战。目前，全球变暖已经成为世界主要的环境问题之一，而由于人类活动所导致的大气温室气体浓度的增加被认为是全球变暖的主要原因，其中二氧化碳的贡献率比其它温室气体的总和还多。这种由人类活动引起的碳循环紊乱导致大气中二氧化碳浓度的日趋升高，不仅引起了世界各国对全球变暖的关注，更引起我们对二氧化碳从陆地碳库特别是土壤中，进一步释放出来，与气候系统之间可能形成的反馈效应的担忧，因此对土壤呼吸的研究就不仅仅是一个乏味的科学问题了。

但是，为什么土壤呼吸是解决地球系统之谜的一个重要部分?土壤呼吸究竟指的是什么?

何为“土壤呼吸”

土壤呼吸是土壤释放二氧化碳的过程，严格意义上讲是指在未被扰动的土壤中产生的二氧化碳的所有代谢作用，包括三个生物学过程(即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸)和一个含碳矿物质的化学氧化作用即非生物学过程。

土壤是岩石圈表面的疏松表层，是所有陆地生态系统的基础。土壤呼吸近乎是陆地生态系统土壤与大气之间二氧化碳交换的唯一途径，直接决定着土壤中碳素周转的速度。土壤呼吸的微小变化将对全球碳收支平衡产生明显的影响，并影响未来大气中二氧化碳浓度的变化情形。随着全球变暖趋势的不断加强、全球土地利用和土地覆被方式的不断变化，将有可能在一定程度上减弱陆地生态系统对含碳物质的汇聚能力，同时增加土壤呼吸的强度；相反，如果采用合适的陆地生态系统碳管理政策和实施相应的技术却有可能相应增加陆地生态系统的汇聚碳能力。因此，充分认识不同生态系统土壤与大气含碳气体(二氧化碳、甲烷、一氧化碳)交换过程以及生物环境学机制已引起学术界的高度重视。

土壤呼吸的重中之重――森林土壤呼吸

森林土壤呼吸是陆地生态系统土壤呼吸的重要部分，其动态变化也将对全球碳平衡产生深远的影响。全球森林过度采伐和其他土地滥用导致土壤二氧化碳释放的增加量已占过去两个世纪因人类活动释放的二氧化碳总量的一半，是除化石燃烧外的另一重要因素。森林土壤呼吸也是目前已建立的长期监测碳循环的重要研究对象之一，对生态学、环境科学及地球表层系统科学意义重大。

1997年，《京都议定书》认可世界主要工业化国家可以通过增加森林吸收碳的功能来履行温室气体减排任务，而草地、农业等其他植被类型并不在此列，于是发达国家开始纷纷通过改善现有森林生态系统的管理和扩大森林面积来增加本国森林汇聚碳的能力。于是，一个新的森林概念“京都森林”应运而生。

土壤呼吸的意义范文第2篇

1材料与方法

1.1研究区域概况

本文以海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称海伦站)为平台, 海伦站地处我国东北黑土区的中心, 地理位置为 N47°6′, E126°8′, 海拔 240 m, 属于温带大陆性季风气候, 冬季寒冷干燥,夏季高温多雨, 雨热同季, 年均气温为 0.5~4 ℃, 年均降雨量为 500~600 mm, 68%集中在 5—9 月, 无霜期为 125~135 d, 作物生长期为 120 d。土壤为黄土母质发育的典型黑土, 土壤质地为粉壤质或粉黏质,黏粒含量约 40%[12]。

1.2试验材料与试验设计

试验开始于 1991 年, 种植方式采用小麦 玉米 大豆轮作, 一年一熟制。试验共设 5 个处理: 不施肥对照(CK)、施化肥 NP(NP)、施化肥 NK(NK)、施化肥 NPK(NPK)和化肥 NPK 与有机肥配施(NPKOM),每个处理 4 次重复, 各小区面积为 63 m2, 随机区组排列。化学氮肥为尿素、磷肥为(NH4)2HPO4、钾肥为 K2SO4。大豆和小麦春季播种时全部化肥作基肥;玉米 1/3 氮肥、全部磷肥、钾肥在春季播种时作基肥, 剩余 2/3 氮肥在拔节期作为追肥。有机肥为腐熟猪粪, 含碳量为 15.5%, 有机肥在每年 10 月份秋季整地时一次性施入。各作物的施肥量如表 1。

1.3气体样品的采集与计算

1.3.1CO2的采集与测定

气体样品采集于 2005—2007 年作物生长季, 种植作物分别为 2005 年小麦、2006 年玉米和 2007 年大豆。CO2气体采集方法参照参考文献[9], 采用静态箱法采集, 采气箱体积为 70 cm×20 cm×9 cm, 并配有 2 个混合器。采样箱底座分 2 种: 一种用于测定土壤呼吸(Rp), 作物根系可以自由进入采样箱底座内; 另一种用于测定土体呼吸(Rb), 即土壤微生物呼吸, 阻止作物根系进入采样箱底座。从作物出苗后的第 2 d 开始采样, 每周采样 2 次, 采集时间为每周一和周四上午 10:00—12:00 之间, 直至作物成熟。采用岛津气相色谱分析仪(Shimadzu GC 2010)测定 CO2浓度。通过标准气体和待测气体的峰面积计算待测气体浓度。

1.3.2计算方法

气体排放通量的计算:式中, FCO2为 CO2排放通量[mg(C)?m 2?h 1], ρ为标准状态下 CO2的密度, dc/dt 为气体浓度随时间的变化率, V 为采样箱的有效空间体积(16.8 dm3), A 为采样箱所覆盖的土壤面积(0.14 m2), T 为采样时采样箱内的气体温度。土壤累积呼吸量的计算:式中, M 为土壤累积呼吸量[kg(C)?hm 2], F 为 CO2排放通量, i 为采样次数, t 为采样时间即播种后天数。根际呼吸的计算: 根际呼吸(Rr)为土壤呼吸(Rp)减去同条件下的土体呼吸(Rb), 即 Rr=Rp Pb。

1.4植物样品的采集与分析

植物样品分别于 2005—2007 年作物成熟后采集。各小区采集完整的玉米植株 5 株, 大豆和小麦植株 10 株, 将植株的籽粒、秸秆和根分开, 在鼓风干燥箱内烘干, 测定植株各部分的生物量。随后将植株各部分粉碎研磨, 过 0.25 mm 筛, 采用元素分析仪(Elementar, Germany)测定植物样品各部分的碳含量。1.5 数据处理数据采用 Excel 2003 和 SPSS 11.0 软件分析。

2结果与分析

2.1黑土农田不同作物固碳特征

2005 年小麦总固碳量在 2 648~4 400 kg(C)?hm 2之间, 平均值为 3 655 kg(C)?hm 2。籽粒、秸秆和根系各部分碳含量的平均值分别为 1 513 kg(C)?hm 2、2 035 kg(C)?hm 2和 106 kg(C)?hm 2, 占植株总固碳量的 41%、56%和 3%(表 2)。不同施肥处理下, 小麦总固碳量的高低表现为 NPKOM>NPK>NP>NK>CK。NPKOM 处理下小麦的总固碳量比 NPK 处理高6%; NPK 处理比 NP 和 NK 分别高 6%和 30%; 而不施肥处理(CK)下, 小麦总固碳量分别为 NP、NK、NPK 以及 NPKOM 处理的 68%、83%、64%和 60%。可见, 均衡施用化肥与有机 无机肥配施能提高小麦固碳量。2006 年玉米总固碳量在 4 894~7 582 kg(C)?hm 2之间, 平均值为 6 513 kg(C)?hm 2, 是小麦固碳量的1.8 倍。玉米籽粒、秸秆和根系各部分碳量的平均值分别为 2 841 kg(C)?hm 2、3 294 kg(C)?hm 2和 378kg(C)?hm 2, 占总固碳量的 44%、51%和 5.8%(表 2)。不同施肥处理中, 玉米固碳量以 NPKOM 处理最高,比 NPK 处理高 13%。NPK 和 NP 处理玉米固碳量之间的差异不显著, 说明黑土钾含量较高, 土壤本身能够满足玉米生长的需要, 钾肥对玉米生长的促进作用并不明显。NK 处理下玉米固碳量要低于 NPK和 NP 处理, 分别比二者低 4%和 7%。而 CK 处理下,玉米固碳量显著低于化肥处理和有机 无机肥配施处理。施肥对玉米籽粒和秸秆碳量在植株总固碳量中所占比例的影响不明显, 但对玉米根部碳量的相对比例有较大影响, 以 NPKOM 和 NP 处理最高, 为69%和 68%, 而 NPK、 NK 和 CK 处理下 , 分别为50%、51%和 48%。2007 年大豆总固碳量在 3 409~4 840 kg(C)?hm 2,平均值为 4 025 kg(C)?hm 2(表 2), 这一数值比小麦的固碳量高出 10%, 但比玉米的固碳量低 38%。大豆籽粒、秸秆和根系碳量的平均值分别为 1 294kg(C)?hm 2、2 487 kg(C)?hm 2和 244 kg(C)?hm 2, 占植株总固碳量的 32%、62%和 6%。不同施肥处理下,大豆固碳量在处理之间的差异显著, 以 NPKOM 处理最高。NK 处理下大豆固碳量低于 NPK 和 NP 处理, 分别比二者低 18%和 13%。由于缺乏磷素, NK处理下大豆生长缓慢, 其固碳量与 CK 之间差异不显著。各施肥处理下大豆籽粒和根部的固碳量占总量的比例未表现出明显差异; 而秸秆碳量的相对比例以 CK 最高, 达 65%, 其他处理的差异不明显, 约为 60%~62%。

2.2黑土农田不同作物生长季土壤 CO2排放总量

2.2.1小麦生长季土壤 CO2排放总量

小麦生长季土壤 CO2排放总量在 1 721~3 206kg(C)?hm 2之间(图 1a), 平均值为 2 326 kg(C)?hm 2。土体呼吸 CO2排放量在 881~1 190 kg(C)?hm 2之间,而根际呼吸 CO2排放量在 786~2 016 kg(C)?hm 2之间，占土壤 CO2排放总量的比例较大, 为 46%~63%,说明在小麦生长季, 根际呼吸是土壤呼吸的主体,这与黄土旱塬区冬小麦的结果一致[13]。施肥是影响土壤 CO2排放的重要因素。小麦生长季, 土壤 CO2排放总量的高低表现为 NPKOM>NPK>NP>NK>CK, 这一趋势与小麦固碳量(生物量)一致。NPKOM 处理下土壤 CO2排放总量约是 NPK处理的 1.3 倍, 原因一方面在于土壤呼吸作用与作物生物量和净生产力密切相关[14], NPK 配施有机肥更有利于小麦生长, 使得小麦根系发达, 根际呼吸强度增加; 另一方面, 施用有机肥产生的激发效应提高了土壤中潜在矿化分解的有机碳含量。氮、磷、钾养分均衡施用下土壤 CO2排放总量高于 NP 和 NK处理, 分别高出 8.5%和 2.4%, 主要原因可能是充足的养分供给可促进作物根系生长, 根际呼吸旺盛,土壤 CO2排放总量较高。

2.2.2玉米生长季土壤 CO2排放总量

玉米整个生育期内, 土壤 CO2排放总量在2 850~5 305 kg(C)?hm 2之 间 , 平 均 值 为 3 813kg(C)?hm 2(图 1b), 其中土体呼吸 CO2排放量占排放总量的比例较小 , 为 20%~34%, 根际呼吸量为1 870~4 255 kg(C)?hm 2, 占土壤 CO2排放总量的66%~80%, 因此，玉米根系对土壤呼吸起着主导作用。玉米生育期内土壤 CO2排放总量高于小麦, 约为小麦的 1.6 倍, 主要原因可能是小麦的生育期较短, 根际呼吸量较低, 与黄斌等[15]对华北地区冬小麦和夏玉米的试验结果相一致。不 同 施 肥 处 理 下 , 土 壤 C O2排 放 总 量 以NPKOM 处理为最高, 比 NPK 处理高 29%。由于黑土钾含量非常高, 使得土壤 CO2排放总量在 NPK 与NP 处理之间差异较小。另外, NK 与 CK 处理间土壤呼吸量差异也不明显, 分别为 2 850 kg(C)?hm 2和2 916 kg(C)?hm 2, 可能由于长期施用氮钾肥, 加速了土壤中磷素的消耗, 磷素成为玉米生长的限制因素; 而不施肥处理, 土壤速效养分较低, 但速效磷含量高于 NK 处理, 因而 NK 和 CK 处理玉米生长缓慢, 根系呼吸量较低, 且差异不明显。本结果与孟磊等[16]对不同施肥方式下潮土玉米生长季土壤 CO2累积排放量的研究结果相一致。

2.2.3大豆生长季土壤 CO2排放总量

大豆生长季土壤 CO2排放总量在 3 378~5 250kg(C)?hm 2之间(图 1c), 平均值为 4 062 kg(C)?hm 2,其中土体呼吸约为 1 056~1 415 kg(C)?hm 2, 占土壤CO2排放总量的 25%~31%。与小麦和玉米相比, 大豆生长季土体呼吸略高于前两者, 可能由于前茬作物玉米的生物量较大, 凋落物较多, 促进了土壤微生物活动, 提高了土体呼吸强度。根际呼吸仍是土壤 CO2排放的主体, 为 2 322~3 835 kg(C)?hm 2, 占土壤 CO2排放总量的 69%~73%。大豆生长季土壤CO2排放总量的平均值是 3 种作物中最高的, 主要原因在于大豆是固氮作物, 所形成的根瘤具有较强的固氮能力, 促使大豆根际活动旺盛, 根系呼吸强度较高。另外, Fu 等[17]研究表明, 大豆对土壤有机质分解的激发效应为正效应, 可达 69.9%。丁洪等[18]研究也指出黑土区大豆生长季土壤 CO2的排放总量高于玉米。不同施肥处理下, 大豆农田系统土壤 CO2排放总量与玉米田的变化趋势一致,表现为 NPKOM>NPK>NP>NK>CK, 该结果与 Qiao 等[19]对黑土进行大豆盆栽试验测定土壤呼吸量时的研究结果相一致。

2.3黑土农田生态系统碳平衡的计算

科学家提出了净生态系统生产力(NEP)的概念以研究陆地生态系统的源汇关系问题, NEP 代表大气 CO2进入生态系统的净光合产量, 等于净初级生产力(NPP)与土壤微生物异养呼吸碳释放量(Rm)的差值。即 NEP=NPP Rm。本研究中以作物地上部与根部的总固碳量作为 NPP[15,20], 作物生长季土壤碳释放总量为 RS, 根据相关研究结果[21], 本研究取Rm=Rs×0.865 进行碳平衡计算。计算结果如表 3, 小麦、玉米和大豆生长季农田生态系统的 NEP 值均为正值, 表明黑土土壤 作物系统为大气 CO2的“汇”。各作物生长季, 3 种作物系统 NEP 值的高低表现为玉米>小麦>大豆, 平均值分别为 3 215 kg(C)?hm 2、1 643 kg(C)?hm 2和 512kg(C)?hm 2, 可见, 玉米生长季农田碳汇强度高于小麦和大豆。不同施肥方式是影响作物生长季农田生态系统碳汇强度的重要因素。如前所述, 3 种作物生长季土壤 CO2排放总量的高低均表现为 NPKOM>NPK>NP>NK>CK, 但 3 种作物碳平衡的结果有所不同。小麦生长季, 农田生态系统 NEP 表现为 NPK>NP>NPKOM>NK>CK, 均衡养分处理提高了作物的固碳能力, 从而增加了农田生态系统的碳汇强度;而 NPKOM处理中, 由于大量有机肥的施入所产生的“激发效应”, 促使土壤呼吸速率增强[22], 降低了农田生态系统的碳汇强度。大豆生长季农田生态系统 NEP 值的变化趋势表现为 NPK>NP>NK≈CK>NPKOM 。玉米生长季农田生态系统的 NEP值以 NK 处理为最高, 其次为 NP 和 NPK, 主要原因在于 NK 处理与 NP 和 NPK 处理的 NPP 值差异不大, 但后两者的土壤 CO2排放总量远高于 NK处理。

3讨论

作物的光合作用是农田生态系统有机碳输入的源头, 增加农田生产力, 维持较高的作物碳储量,对于提高农田生态系统的碳汇能力具有重要作用。华北平原高产粮区农田土壤 CO2累积排放量大约在5 650~7 060 kg(C)?hm 2之间, 土壤呼吸排放的碳大约是总净生物量碳的 48%~59%[23], 与华北平原等一年两熟地区相比, 东北地区采用一年一熟制, 其农田作物的固碳能力和土壤呼吸也相对较低。在东北地区, 主要农作物有大豆、玉米和小麦, 大豆和小麦同属于典型的C3作物, 其碳同化能力小于C4作物玉米。从土壤呼吸的角度来看, 作物生长季根际呼吸是土壤 CO2排放的主体, 因此, 土壤 CO2排放总量与作物的根际呼吸密切相关。Kuzyakov 等[22]利用示踪法研究植物 土壤系统中碳的转化, 指出小麦输送大约 20%~30%的同化碳到地下, 其中 1/2 作用于根系生长, 1/3 作用于根际呼吸; 而玉米在整个生育期 中 根 际 呼 吸 的 CO2达 作 物 净 光 合 产 物 的18%~25%[24]。大豆具有旺盛的根际呼吸, 同时其土体呼吸也高于其他 2 种作物, 故而土壤 CO2排放量高低表现为大豆>玉米>小麦。综上所述, 3 种作物中,玉米生长季农田生态系统的 NEP 值最大, 具有较高的碳汇强度; 而大豆生长季农田生态系统的 NEP 值最低, 其碳汇强度相对较弱。许多研究指出玉米和小麦农田生态系统是碳“汇”, 但由于耕作制度、田间管理及碳收支估算方法不同, 这些碳收支的结果并不一致[25 26]。

不同施肥管理措施影响着作物固定大气 CO2的能力和数量。研究表明, 均衡氮、磷、钾养分的施用以及有机 无机肥配施能够提升作物的生物量,进而提高作物的固碳量[27]。本研究中, 小麦、玉米和大豆 3 种作物对不同施肥管理方式表现出相似的响应规律, 不施肥和施氮钾化肥处理下, 由于养分供应不足, 作物的生物量较低, 相应固碳量也较低;提供均衡的氮、磷、钾养分后, 促进了作物生长, 作物固碳量也有所提高; 有机 无机肥配施, 不仅为作物生长提供了充足的养分, 也改善了土壤理化性质和微生物活性, 作物生长的土壤环境得以改善, 因此, 作物的生物量达到最高。作物生长季土壤 CO2排放总量与施肥方式密切相关, 均衡施用营养物质不仅可提高作物固碳量, 也提高作物根际呼吸强度,作物根际呼吸量与其生物量变化相一致。与本试验中黑土的变化趋势相似, 淋溶土[28]和潮土[29]等土壤类型中土壤呼吸量的高低也表现为化肥配施有机肥>化肥>无肥。从土壤 作物系统 NEP 值来看, 均衡施用化肥处理下农田生态系统固碳量的增加幅度远高于土壤 CO2排放量的增加幅度, 所以均衡施用化肥有利于增强农田生态系统碳汇强度[30 31]。有机肥施用后, 由于有机物质的“激发效应”使土壤 CO2累积排放量高于作物固碳量, 进而使其 NEP 值较低,这与李海波[20]的结果一致。

联合国气候变化框约(UNFCCC)把温室气体“汇”定义为从大气中清除温室气体的过程、活动和机制。从碳固定与排放的角度来衡量黑土农田生态系统的碳平衡状况来看, 黑土农田小麦 玉米 大豆轮作系统中 NEP 值为正值, 表明黑土农田生态系统是大气 CO2的“汇”。然而, 如果考虑籽粒的收获和作物秸秆的大量移出, 毋庸置疑, 农田生态系统的NEP 值将呈负值 , 黑土农田的源汇效应将发生改变。李俊等[32]对华北冬小麦 夏玉米轮作农田进行生态系统净碳交换量(NEE)估算时, 表明华北农田是大气 CO2的“汇”, 但考虑收获籽粒中的碳后, 农田由碳“汇”变成碳“源”, 年度的碳亏损量约为 1 075~3 405 kg(C)?hm 2。因此, 在农业生产中可以通过加大作物秸秆和根的投入, 使更多的碳积累于农田土壤碳库中, 从而实现农田固碳增“汇”的目的。

4结论

土壤呼吸的意义范文第3篇

土壤微生物重金属污染

0引言

所谓土壤重金属污染是指由于人类活动，使重金属含量明显高于原有含量，并造成环境质量恶化的现象。面对土壤重金属污染的加剧，迫切需要监测和防治重金属污染的有效措施。近几年兴起的微生物修复，引起人们越来越多的关注。

1重金属对土壤微生物生物量的影响

土壤微生物生物量在一定程度上能代表参与调控土壤中能量和养分循环以及有机质转化的对应微生物的数量。Dar研究指出砂壤土、壤土和粘土中施用0.75%的污泥，土壤微生物生物量碳增加7%-18%左右，砂壤土中增加较明显，壤土和粘土中则较少。Khan等试验研究了镉和铅对红壤中微生物的影响，当其浓度分别为30 ng/g和150 ag/g时导致生物量显著下降。

2重金属对微生物活性的影响

2.1重金属污染对土壤基础呼吸的影响

土壤呼吸是土壤与大气交换CO2的过程，是土壤碳素同化和异化平衡的结果。Fliebbach等报道在土壤中施人含低浓度重金属和高浓度重金属的淤泥时，其土壤呼吸强度会随着重金属浓度的增加而上升。Chander等研究认为，含高浓度重金属的土壤中微生物利用有机碳更多地作为能量代谢，以CO2的形式释放，而低浓度重金属的土壤中微生物能更有效地利用有机碳转化为生物量碳。

2.2重金属污染对土壤酶的影响

酶是一种生物催化剂，土壤中进行的各种生物化学过程，都是在酶的参与下实现的。Marzador等研究指出，在Pb污染土壤中脱氢酶活性的大小明显地受土壤水分含量的影响，但土壤水分变化对磷酸酶活性的影响不十分明显。因此，磷酸酶活性被认为是评价Pb污染土壤的一种较为合适的指标。

2.3重金属污染对土壤生化作用过程的影响

通常把土壤生化作用强度作为土壤微生物活性的综合指标之一。Wilke研究了几种重金属和非重金属污染物（如Cd、Cr、Pb）如对氮素转化的长期影响，发现除Se和Sn外，其它污染物均能抑制有机氮素的矿化作用。重金属污染引起微生物体内代谢过程的紊乱，也影响微生物的代谢功能，而微生物生理生化反应必然影响到土壤的生化过程，改变了土壤的质量状况。

3土壤重金属污染的微生物修复

微生物本身及其产物都能吸附和转化重金属。微生物还可以通过直接、间接的代谢活动溶解重金属离子。代谢产生的有机酸和氨基酸可溶解重金属及含重金属的矿物，也可以加速重金属元素从风化壳中的释放。

鉴于土壤微生物本身对重金属的吸附和转化，国内外已经开展了对微生物的金属抗性和生物修复的可行性研究，并将此技术应用于实践。这必将缓解土壤重金属污染的严重局面，带来健康的环境。充分利用微生物在土壤修复方面的特性，加强微生物修复的综合技术的研究，是治理不同重金属污染土壤的有效措施。

参考文献：

[1]陈怀满.土壤-植物系统中的重金属污染[M].北京：科学出版社， 1996.

[2]蒋先军，骆永明，赵其国.重金属污染土壤的微生物学评价[J].土壤，2000， 32，（3）： 130-134.

[3]王嘉，王仁卿，郭卫华.重金属污染对土壤微生物学影响的研究进展[J].山东农业科学，2006，1：101-104.

[4]Dar G H. Impact of lead and sewage sludge on soil microbial biomass and carbon and nitrogen mineralization. Environmental Contamination Toxicology， 1997， 58： 234-240.

[5]Khan K S.Effect of cadmium， lead on size of microbial bio-mass [J].Pedosphere， 1998， 8：27-32.

[6]Fliebbach A.， Martens R.， Reber H. Soil microbial biomass and activity in soils treated with heavy metal contaminated sewage sludge. Soil Biology and Biochemistry， 1994， 26： 1201-1205.

[7]Chander K.， Brookes P C. Synthesis of microbial biomass from added glucosein metal-contaminatedandnon-contaminatedsoilsfollowingrepeatedfumigation.SoilBiologyand Biochemistry， 1992， 24： 613-614.

土壤呼吸的意义范文第4篇

关键词：石油污染；土壤污染；治理技术

随着 工业 的 发展 ，石油的需求量大幅度增加，并且在开采、运输、贮藏、加工过程中，由于意外事故或管理不当，导致石油排放到农田、地下水、海洋，使环境遭受污染，直接危害人类生产与生活。据资料统计，目前每年有800多万吨石油进入世界环境，污染土壤、地下水、河流和海洋，其中石油对土壤的污染主要是破坏土壤结构影响土壤通透性，损害植物根部，阻碍根的呼吸与吸收，最终导致植物死亡。其次，被污染到土壤的石油芳香烃类物质对人及动物的毒性较大，其中的苯、甲苯、二甲苯、酚类等物质，如果经较长时间较大浓度接触，会引起恶心、头疼、眩晕等症状[1]。此外，石油中的多环芳烃类物质具有强烈的三致作用，能通过食物链在动植物体内逐渐富集，它在土壤中的富集更具危害。鉴于土壤污染的严重危害，治理土壤石油污染势在必行，已引起许多国家高度重视，不断采取措施，治理石油污染。

1．土壤石油污染现状及危害

1.1 土壤石油污染现状

石油工业是国家综合国力的重要组成部分，但石油开采石油化工行业的发展及石油产品的广泛使用，使石油污染成为世界性公害之一。当今世界石油总产量每年约22×108t。其中17.5×108t是由陆地油田生产的。仅石油污染一项每年全世界就有8×106t进入环境。美国环保署报道，在20世纪90年代已有10万个地下油罐存在不同程度的泄漏。

在植物修复的促进技术方面，目前主要侧重于如下两个方面的研究应用：一方面是综合促进技术的应用。主要采用土壤改良剂及其它农业措施以促进植物修复，如通过降低ph值、投加螯合剂。使用合适的化肥，改变土壤的离子组成来增加生物有效性，促进植物吸收。另一方面是基因工程技术的应用，通过育种和基因工程改良植物形状，使之更适合于进行植物修复。如改进植物根系结构的特性，增加植物降解酶的数量等。目前，对细菌与真菌在土壤石油类污染生物降解性的研究也表明，真菌要优于细菌，因此，筛选针对性的真菌孢子，选择合适的共生植物，接种形成有效的菌根是降解土壤有机污染的重要研究领域[12]。其优点是扩大了微生物与土壤的接触面积和作用时间，同时也增强了植物根系的吸收作用，特别有利于难降解的有机污染物的生物降解[13]。目前该技术还处于实验室研究阶段。

利用特殊的植物也能够降解、吸收部分有机污染物。最新的研究发现，某些有机污染物在土壤中有被“捕集”的倾向，并随着时间的推移变得比较稳定。这些被“捕集”的有机污染物的稳定性、释放行为、环境风险及其影响因素等问题，都可能会影响到植物修复的修复效率。聂发辉提出了新的评价系数即生物富集量系数，此系数的提出扩大了传统超富集植物的定义，使得富集质量分数未达某一水平但生物量很大的植物也能作为超富集植物[14]。超富集植物的研究，目前已有利用沙漠植物去除科威特石油污染土壤中的石油[15]。 

用于植物修复的最理想的植物应具有以下几个特性：① 即使在污染物浓度较低时也有较高的积累速率；② 能在体内积累高浓度的污染物；③ 能同时积累多种污染物；④ 生长快，生物量大； = 5 \* gb3 ⑤ 具有抗虫抗病能力，适应环境能力强； = 6 \* gb3 ⑥ 尽量避免选取可食用植物，而多选取非食用的树木、花草等[16]。

（2）动物修复技术

动物修复技术在国外有较长的研究史，国内的研究仍处于摸索阶段。它包括两方面内容：① 将生长在污染土壤上的植物体、粮食等饲喂动物，通过研究动物的生化变异来研究土壤污染状况；② 直接将土壤动物，如蚯蚓、线虫类饲养在污染土壤中进行有关研究。

土壤动物在土壤生态系统中起着分解有机质、改变土壤理化性质、保持土壤持水性和通透性、熟化土壤、促进物质循环等重要作用[17]。注意到蚯蚓等少数几种土壤动物对土壤熟化和修复起到的有利作用，尤其是蚯蚓，它是土壤中最常见的杂食性环节动物。它在土壤中不断钻洞挖穴，不断吞食含有机物质的土壤。每年经蚯蚓消化道排出的泥土每公顷约为8～12t，这些泥土是蚯蚓吞食的土壤经蚯蚓体内丰富的酶系统的作用后，而形成颗粒状的高度融合的有机无机复合肥——蚓粪。这些营养丰富的颗粒物以及蚯蚓本身运动对土壤的机械作用不仅改良了土壤的肥力同时提高了土壤的透气性和吸附能力。研究表明，蚯蚓的钻洞行为可使土壤的空气含量从8%提高到30%，土壤孔隙率从30%,提高到60%。由于蚯蚓是生活在潮湿的土壤中，通过皮肤进行呼吸。据报道在氧分压低至2533pa时仍可维持正常的呼吸，在缺氧条件下还能利用体内糖原的嫌气分解为生命活动提供能源。一般蚯蚓在水下可生存8-10d，大红蚯蚓甚至能在淹水的土壤中生存8～12个月[18]。 

鉴于上述蚯蚓的优点，我们是否可以考虑用土壤动物（如蚯蚓、昆虫和原生动物等）的捕食来修复土壤石油污染。

（3）微生物修复技术

微生物修复技术是利用天然存在或特别培养的微生物，在可调控的环境条件下将有毒污染物转化为无毒污染物的处理技术。降解过程可以通过改变土壤理化条件(温度、湿度、ph 值、通气及营养添加等) 来完成,也可接种经特殊驯化与构建的工程微生物提高降解速率。微生物修复技术是目前研究比较多而且相对比较成熟的一种技术。根据是否取土操作分为两大类，即原位生物修复和异位生物修复。原位生物修复是污染土壤不经搅动，在原位和易残留部位进行处理。原位生物修复包括投菌法、生物培养法、生物通气法等。异位生物修复是将污染土壤挖出，在场外或运至场外的专门场地进行处理的方法，主要方法有：土壤耕作法、土壤堆腐法、预制床法、生物反应器法等[19]。

除以上所述方法外，还有其他一些生物方法用于石油污染土壤的研究：① 酶法，添加一定的污染物于土壤中，待一固定时限后，分析酶活性变化，找出污染对土壤影响的界限[20]；② 土壤呼吸法，土壤呼吸作用受土壤中物质成分的影响较大，因此，可通过研究土壤呼吸来研究土壤污染状况；③ 生物降解法，研究土壤中的某种有机物降解状况也可以间接了解土壤污染状况； = 4 \* gb3 ④ 生物表面活性剂，投加表面活性剂可以增加石油烃类污染物质的表观溶解度, 促进微生物对石油烃类物质的获取和降解,提高生物可利用性,大幅度提高微生物的除油效果[21]； = 5 \* gb3 ⑤ 混合菌，环境中石油烃的降解是混合菌共同利用的结果,通常不同的降解菌降解不同类型的烃分子,原油降解是由多种石油烃降解菌协同完成的[22]； = 6 \* gb3 ⑥ 匀强电场和微生物联合修复法，外加电场刺激了微生物脱氢酶的分泌，对石油污染土壤的生物修复具有积极的促进作用[23]。

总之，土壤石油污染的生物修复技术无论是植物、动物还是微生物修复技术等都具有很宽广的 发展 前景，加强对生物降解烃类过程的研究，开发低成本、无污染、高效率的生物修复技术，使其更加完善、高效、成熟。

3．生物修复技术发展前景

随着石油 工业 的发展，石油污染土壤的面积正不断扩大，因此如何使石油污染土壤在较短时间内，经处理达到重复利用的标准，是亟待解决的问题。目前,石油污染环境治理方法主要有物理法、化学法和生物法三大类。近年来，生物修复技术在国内外都得到了较快的发展。一批具有特殊生理生化功能的植物、微生物应运而生，基因修饰、改造、克隆与基因转移等 现代 生物技术的渗透，推动了生物修复技术的进一步应用与发展[24]。石油污染土壤的生物修复技术与其他方法相比具有明显优势，比如：处理成本低，只为焚烧法的1/2～1/3[25]。处理效果好，生化处理后，污染物残留量可达到很低水平。对环境的影响小，无二次污染，最终产物二氧化碳、水和脂肪酸对人体无害，可以就地处理，避免了集输过程的二次污染，节省了处理费等。1989年,对受石油污染的alaska海滩进行的生物修复就是很成功的例子[26]。基于此,石油污染的微生物治理技术作为一种有效的治污手段具有广阔市场和发展前景。

4．存在问题

近年来，世界各国纷纷制定了石油污染土壤的修复与治理计划，并在短时间内已经取得很大进展，但在理论上和技术上还有许多问题尚待解决： ① 如何根据污染地带石油烃的组成，确定能在最短时间完成生物修复的微生物种群，尤其是筛选能迅速吞噬重质原油的物种[27]； ② 污染土壤迅速修复的环境条件是什么。筛选或驯化的降解菌一旦进入污染土壤，由于生物和非生物的胁迫作用，引入的微生物难以适应土壤环境，无法维持长期的降解活性，即便存活的降解菌在土壤中也难以达到良好的分散，限制了土壤整体降解能力与净化功能的提高。如何从本质上增强土壤中生物降解功能的多样性和持久性、增强土壤净化功能，是生物修复的关键所在。③ 石油烃生物降解机理及降解动力学的研究； ④ 营养供给对修复过程的影响以及营养成分对修复土壤种植过程的影响； ⑤ 物质迁移对修复结果和修复深度的影响;  = 6 \* gb3 ⑥ 如何提高沥青质、胶质和芳烃的去除效果； = 7 \* gb3 ⑦ 如何调控石油污染土壤的微生态环境非生物因子，增加石油污染土壤中降解微生物的数量和活性，成为提高石油污染土壤生物修复效率的关键问题[28]。研究这些方面的内容,对提高石油污染土壤的修复效能和规模化具有重要的作用。

土壤呼吸的意义范文第5篇

自学考试《植物营养与施肥》章节习题：第1章

第一章 植物营养与施肥原则

养分离子从土壤转入植物体内的两个过程：养分离子向根迁移和根对养分离子的吸收。

养分离子向根部迁移途径：截获、扩散、集流。

截获：是指根系在土壤里伸展过程中吸收直接接触到的养分。

对移动性小的离子较重要，如Cu、Mg。

扩散：是指土壤溶液中当某种养分的浓度出现差异时所引起的养分运动。速度较慢，每天只有几毫米。受离子浓度及含水量影响。如P、K。

集流(质流)：是因植物蒸腾作用而引起的土壤养分随土壤水分流动的运动。速度较快，但要求水分和离子浓度足够大。NO3-之类高溶解性的离子的主要吸收机制。 如N、Ca、B、Mo。

植物对离子态养分的吸收(阳离子吸收)：被动吸收、主动吸收。

被动吸收：养分进入根细胞内需消耗能量的属物理或化学的作用 (非代谢吸收)。是植物吸收养分的初级阶段。

主动吸收：凡是养分进入细胞内需要消耗能量的,具有选择性。如逆浓度吸收(代谢吸收)。

载体学说：生物膜上具有某些分子，它们有载运离子通过生物膜的能力，它们对某种离子具有专性结合点，因而可以选择性的运载某种离子通过生物膜。

载体学说比较完善的从理论上解释了关于离子主动吸收中的三个基本过程：

A 离子选择性吸收;B 离子通过质膜;C 在质膜中转移和离子吸收与代谢作用的密切关系。

离子泵学说：指离子泵可以在逆电化学势梯度的情况下将离子泵入或泵出细胞膜。

植物对有机态养分的吸收：究竟有机养分以什么方式进入根细胞，尚无肯定结论。

有机养料的吸收由膜上透过酶作为载体运入细胞，这个过程需消耗能量。

也有人用“胞饮”现象了解释有机物的吸收。如蓖麻、松树根尖都有这种现象。

叶部吸收(根外营养)：养分从叶片角质层和气孔进入,最后通过质膜进入细胞内。

根外营养：植物叶片(包括一部分茎)吸收养料并营养其本身的现象。

意义：当土壤环境和水分过多或过干等造成根系营养吸收受阻或作物生长后期根系活动衰退时，叶面吸收养料可以弥补根系吸收养料不足，但只能做为根系营养的一种补充，而不能代替。

叶面施肥可以解决生产中的某些特殊的问题(优点)：

1、土壤施用微量元素肥料，往往引起养分固定，有效性降低，施用效果差。采用叶面施肥即可快速，经济的矫治微量元素的缺乏，是微量元素施肥的主导措施。

2、叶面施肥,各种养分物质可直接从叶片进入体内，参与代谢过程，比土壤施肥快。

3、在胁迫条件下，如土壤干旱，养分有效性低，通过叶面施肥及时补充养分。

4、在作物迅速生长期，通过叶面施肥补充根系吸收的不足，发挥高产品种的潜力。

5、施用叶面喷肥，在蔬菜作物上可减少推荐施氮的25%，而维持同等产量，从而减少土壤残留矿质氮和植物体内硝酸盐含量，减少对地下水的污染。

6、在作物生育后期，根系活力下降土壤施肥不可能实施的情况下，通过叶面施肥可以促进灌浆，使籽粒饱满。

7、叶面施肥可以改善农产品品质。

缺点：由于大量元素需要量多，单靠叶面施肥就会供应不足。

根外施肥包括：叶面喷施、注射施肥、打洞填埋、涂抹。优点是：用肥少，收效快。

影响植物吸收养分的外界环境条件：光照、温度、水分、通气、反应、养分浓度、离子间相互作用。

光照：a)能量的供应：吸收养料需要能量,光照充足,光合作用强度大，吸收的能量多，养分吸收也多;b)酶的诱导和代谢途径上需要光照、硝酸还原酶的激活需要光;c)蒸腾作用：光可调节叶子气孔的开关，而影响蒸腾作用。

温度：在一定温度范围内，温度增加，呼吸作用加强，植物吸收养分的能力也随着增加。

水分： a)加速肥料的溶解和有机肥的矿化，促进养分释放;b)释放土壤中养分的浓度，并加速养分的流失。

通气：有利于有氧呼吸，也有利于养分的吸收。

主要从三个方面影响植物对养分的吸收：1.根系的呼吸作用;2.有毒物质的产生;3.土壤养分的形态和有效性。

土壤反应：在酸性反应中，植物吸收阴离子多于阳离子，而在碱性反应中，吸收阳离子多于阴离子。土壤反应直接影响土壤微生物的活动(生物作用)和土中矿物质的溶解和沉淀(化学作用)，因而间接影响了土壤中有效养分的多寡。

养分浓度：植物对土壤溶液中某些养分的吸收速率，决定于该养分的浓度，这种关系不是直线关系，而是一种渐近曲线。

养分全量：指某种营养元素在土壤中有效和无效态含量的总和。

有效养分：指植物可以直接吸收利用的那部分养分，包括水溶性、交换性、弱酸性。

光照对根系养分吸收的影响及具体原因：光照可通过影响植物叶片的光合强度而对某些酶的活性、气孔的开闭和蒸腾强度等产生间接影响，最终影响到根系对矿质养分的吸收。

当大量施肥，而土壤保持保肥性较弱时，会产生“二重图型”。

土壤pH对根系养分吸收的影响及具体原因：酸性反应时，根细胞的蛋白质分子带正电荷为主，故能多吸收外界溶液中的阴离子;碱性反应时，根细胞的蛋白质分子带负电荷为主，故能多吸收外界溶液中的阳离子。

根系对养分的调控机理：植物根系对养分吸收的反馈调节机理可使植物在体内某一养分离子的含量较高时，降低其吸收速率;反之，养分缺乏时，能明显提高吸收速率。净吸收速率的降低包括流入量的降低和溢泌量的增加。

酸性土壤上植物生长不良的原因：氢离子毒害;铝的毒害;锰的毒害;缺乏有效养分。

影响养分迁移的因素：土壤湿度、养分的吸附和固定、施肥。

列出土壤中养分向根表迁移的几种方式, 并说明氮磷钙各以那种方式为主? 它们在根际的分布各有何特点?

① 迁移方式: 截获、质流、扩散;② 氮以质流为主：土壤吸附弱，移动性强;磷以扩散为主：土壤固定强，土壤溶液中浓度低，移动性弱;③ 氮的根际亏缺区比磷大的多。

植物吸收养分特点：选择性，累积性，基因型差异。

离子间的相互作用：

a)拮抗作用：是指某一离子的存在能抑制另一离子的吸收。

b)协助作用：某一离子的存在能促进另一离子的吸收。

c)维茨效应：外部溶液中Ca2+ 、Mg2+、Al3+等二价及三价离子，特别是Ca2+能促进K+、Rb+及Br-的吸收，根里面的Ca2+并不影响钾的吸收。

植物营养的遗传性：植物对养分的吸收，运输和利用都属基因型，就是说，同一作物不同的品种吸收养分的速率和速率以及对养分的亲和力是不相同的。

植物的营养特性：

a)共性：所有植物生长发育必需16种元素。

b)个性：不同植物以及同一植物的不同生育期所需养分不同。

植物营养期：植物通过根系由土壤中吸收养分的整个时期。

植物营养的阶段性：一般作物吸收三要素的规律是：生长初期吸收的数量和强度都较低，随着生长期的推移，对营养物质的吸收逐渐增加，到成熟阶段，又趋于减少。

植物营养临界期：是指营养元素过多或过少或营养元素间的不平衡，对于植物生长发育起着明显不良的那段时间。

磷的营养临界期：大多数植物在幼苗期，具体如冬小麦在分蘖始期，棉花和油菜在幼苗期，玉米在三叶期。

氮的营养临界期：水稻在三叶期，本田在幼穗分化期，杂交水稻本田在分蘖期，棉花在现蕾期。小麦、玉米一般在分蘖期和幼穗分化期。

钾的营养临界期：水稻在分蘖初期和幼穗形成期。

植物营养效率期：指营养物质能产生效率的那段时期。

玉米氮素效率期在喇叭口到抽穗初期;小麦氮素在拔节到抽穗期;棉花氮素，磷素在开花结铃期，水稻氮素是分蘖期。

阳离子交换：被土壤负电荷吸引的阳离子可以被其他阳离子交换出来，所以称为交换性阳离子，它的总量称为阳离子交换量CEC。

作物吸钙作的能力：是指作物能吸收难溶性磷酸盐中磷的能力。

根的CEC较大的作物，对难溶性磷酸盐具有较大的吸收能力。因为它与Ca的结合能力较大，故能利用难溶性磷酸盐中的磷，根据CaO/P2O5的比率来衡量这一能力。

水稻根中有一条“乙醇酸途径” 可产生过氧化氢，是水稻根部产生氧化力的一条特殊代谢途径。施用氮肥能促进提高根系氧化力。

根际：是指作物根系对土壤理化、生物性质能产生显著影响的那部分特殊的“根区土壤” 通常指根表周围1-4mm土壤。

参与植物营养的微生物区可分为：细菌化营养类型、真菌化营养类型(区别在于在供给植物营养上，前者是细菌起主要作用，后者反之)

细菌化营养类型：固氮菌

真菌化营养类型：菌根，不仅能吸收水分和养分，转而营养植物，有的还能形成生长素，促进植株根系生长。

当土壤养分不足时，微生物和高等植物之间会竞争养分。

平衡施肥：均衡地供应作物各种必需的营养元素的施肥原则。

意义：能促进生态系统的良性循环，加速并扩大植物和动物的生产。

施肥方法：撒肥、带施、条施、穴施、深施、根外追肥(叶面喷施、注射施肥、打洞填埋、涂抹)。

土壤中的有机质不只可以供给有效磷，还可以活化土壤中的磷。

有机肥中的钾的有效性较高，植物能吸收利用。就钾肥而言，有机肥可以代替化学肥料。

有机肥优点：营养全面，肥效长，含有一定的有机质，促进微生物繁殖，改善土田理化性质，提高肥力，使废弃物再度利用，减少化肥投入，保护环境

缺点：肥效缓慢;有机质容积会释放有害物质;有机肥施肥数量大，耗费劳力。

无机肥优点：含量高，施用量少。

缺点：养分种类单一，长期施用会造成土田板结;肥效短而猛，易流失，污染环境;长期施用可抑制土田微生物的活动，导致土田的理化性质降低。