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土壤生物学【土壤生物学】在土壤生态系统中 ， 不同种类的微生物常混居在一起 ， 形成土壤微生物群落 。它们在生长繁殖过程中常要求相似的环境条件 ， 并在生活过程中彼此具有一定的联繫 。微生物不仅与土壤自然环境发生相互作用 ， 在微生物群落内部、微生物与其他生物环境之间也彼此联繫、相互影响 。
基本介绍中文名：土壤生物学
外文名：soil biology
组成成分土壤是地球外表的疏鬆部分 ， 其组成常因各种因素（自然的和人为的）的影响而变化 ， 主要由矿物质、 水、空气、有机质和生物等5部分组成 。一般说来 ， 矿物质所占的体积不到土壤体积的1/2 ， 空气和水的体积约占土壤体积的1/2 ， 孔隙和有机质一般占3～6% 。生物所占的体积不到1% ， 但却是土壤的重要组成成分 ， 是土壤肥力和作物生长必不可少的 。颗粒及影响土壤颗粒大小不等、形状不一 。颗粒外面常包有一层厚薄不等的水膜 。颗粒表面积的大小随颗粒体积的大小而异 ， 颗粒愈小 ， 总的表面积也愈大 。同时由于颗粒的大小、形状和排列的不同 ， 颗粒间所形成的孔隙的大小、数量和性质也不相同 。大的孔隙直径大于100微米 ， 可使空气迅速进入土壤；小的孔隙直径小于30微米 ， 可以储存植物和微生物所需的水分；中等孔隙直径界于30～100微米之间 ， 对土壤中空气的流通 ， 水分的运转极为重要 。水和空气在土壤中的存在又往往是相互矛盾的；通气良好 ， 水分就可能不足；反之 ， 孔隙中的水分多 ， 空气就缺乏 。此外 ， 土壤中二氧化碳的含量常比空气中的大十倍到百倍 ， 这种二氧化碳多而氧少的现象 ， 随着土层深度的增加而愈加显着 。氧不足 ， 好氧性微生物代谢过程的速度就会减慢甚至停止 ， 就会有害于植物的生长发育 。基本组成元素土壤的化学组成虽然常有变化 ， 但若干种基本元素总是存在的；硅最多 ， 铝、铁次之 ， 钙、镁、钾、锰、钠、磷、硫等又次之 。土壤水液中含有溶解的无机盐 ， 含量虽然很低 ， 但一般是能满足土壤生物生命活动的需要的 。土壤有机质土壤有机质是腐殖质的前体 。主要是植物、动物和微生物的尸体 ， 以及生物排泄物等的混合物 ， 还含有极少量的生长刺激素、抗菌素和酶等 ， 有机质的含量只要达到了土壤总重量的0.1～2.0%以上 ， 土壤微生物即能活动增殖 ， 其余各类生物也可以生活 。酶土壤中含有多种酶 ， 有的酶是土壤生物分泌的 ， 有的酶则是细胞死后释放出来的 。土壤中的酶在催化土壤中多种生化反应、保持土壤的生物学平衡 ， 以及净化土壤等方面 ， 都有重要意义 。生物组成土壤中的生物数量大、种类多 ， 包括多种微生物、植物和动物 ， 其中最多的是微生物 ， 如细菌、放线菌、真菌和蓝藻等 ， 每公顷肥沃土壤表层有几吨到几十吨的微生物 。它们生理习性各不相同 ， 在不同的环境条件下 ， 分别起着不同的作用（见土壤微生物学 。土壤中的植物主要是一些小型藻类、各种植物的根系以及枯枝落叶等 。土壤动物小的要用显微镜才能看到 ， 如原生动物、轮虫、小线虫等；大的肉眼就可看到 ， 如蜗牛和蛞蝓、蜈蚣和马松、各种较大的昆虫和蚯蚓以及多种齧齿目（鼠类）和食虫目（鼹鼠）哺乳动物等；介乎二者之间的如各种小蜘蛛、螨类和小型昆虫等 。它们以微生物、别的土壤动物或植物为食 ， 或以土壤中的有机质为食；有的一生都在土壤中度过 ， 有的仅在其生活史中的一段时间在土壤中度过;有的营穴居生活 ， 在土壤中挖掘通道、打洞作窝；有的则生活于现成的土壤孔隙之中或生长于土表废渣之下 。土壤动物的种类很多 ， 数量也很大 ， 每公顷土壤表层有几百千克到几吨 。生物分布影响土壤中生物是杂居的 ， 种的组成和量的多寡 ， 要受土质、 土层、 食物、季节、耕作措施等因素所制约 。表层土壤中有机质含量较高 ， 空气较充足 ， 食物较丰富 ， 植物根系、土壤动物和微生物也就比较多 ， 生物学活性也比较旺盛；随着土层的加深 ， 生物种类和数量就渐次减少 ， 这是垂直分布规律 。土壤生物中绝大部分是异养的 ， 以有机物为生 ， 而有机物是愈近植物根部愈多 ， 所以土壤生物也是愈近根部愈多 。较大的土壤动物大多是好气性的 ， 在通气良好、湿度较大、温度适中而近中性的肥沃土壤中数量很多、最活泼 。藻类具有叶绿素 ， 是自养的 ， 在有机质缺乏而日光充足的地方数量较多 。真菌喜酸 ， 在森林土壤中较多；一般土壤系中性或微硷性 ， 细菌占优势；乾燥而贫瘠的土壤中则放线菌较多 。土壤生物之间的相互关係 ， 複杂而多样化 ， 包括共生、捕食、寄生、偏害寄生、共栖和互惠共生等 。合理地利用土壤生物之间的相互关係 ， 可以很好地为农业生产服务 。利用昆虫和地下小动物的病原菌 ， 如病毒、细菌、真菌等生产微生物农药 ， 可以防治地下害虫和田间害兽；利用能产生抗菌素的放线菌、真菌等生产农用抗菌素 ， 能有效地防治作物的多种病害；利用硫化细菌可以氧化硫黄产生硫酸 ， 降低土壤的pH值 ， 以抑制放线菌 ， 防止马铃薯的疮痂病；利用根瘤菌、真菌等生产细菌肥料可以使一些树木和豆科作物的幼苗茁壮成长 ， 提高产量；合理地安排轮作 ， 利用前作作物根际微生物对后作作物根际微生物的拮抗关係 ， 可以减低或防止后作作物的病害（如中国北方有的地区种大蒜之后种白菜 ， 白菜腐烂病就大大减少）；将能分解秸秆的纤维素分解菌和固氮菌结合起来施用 ， 前者不断为后者提供不含氮的有机物 ， 后者能固定空气中的氮 ， 又满足了前者的需要 ， 这样既保证了土壤中碳素的转化 ， 又提高了土壤的含氮量 ， 还可以通过它们的代谢产物 ， 促进土壤团粒结构形成 ， 不断提高土壤肥力等等 。肥力过程肥沃土壤中 ， 大量有机质的形成和团粒结构的形成是一个生物学过程 ， 所有的土壤生物（动、植物和微生物）都直接或间接参与了这一过程 。生物与有机质土壤中的自养细菌和含有叶绿素的藻类和蓝藻 ， 通过光合作用 ， 可以把无机元素和简单化合物转化为有机质 ， 并进一步合成为原生质 。异养生物如异养细菌、真菌等都是直接或间接从自养生物取得有机物的 ， 它们分解并吸收自养生物的原生质合成为新的有机物；而在分解过程中所放二氧化碳和有机或无机酸又直接作用于矿物质 。土壤动物则以微生物或植物为食 ， 死后又为微生物所分解 ， 从而又丰富了土壤的有机质 。植物根的生长能改善土壤条件 ， 死后分解也增加了土壤的有机质 。影响成土作用的因素很多 ， 而且是相互制约的 ， 这里列举的只是一些生物学因素 。团粒结构形成土壤结构和土壤肥力是密切相关的 ， 良好的土壤结构的形成离不开土壤生物的作用 。植物根系把土体分成大量的团粒 ， 许多土壤生物 ， 如真菌中的腐殖霉属(Humicola)、长蠕孢属(Hel-minthosporium)等均可合成一些有机物质或类似于土壤腐殖质的物质 ， 把微团粒粘结起来；菌体本身的侵入 ， 也可机械地把团粒固结起来 。土壤动物如蚯蚓和某些昆虫可以通过吞食消化而把植物的残余有机物与土壤搅拌混合 ， 搬运到土壤下层 ， 这样就为微生物的生长提供了适宜条件 ， 而微生物的作用又使腐殖质形成得更多 ， 更利于土壤团粒的形成；会钻穴的动物不但能改善土壤的通气和透水状况 ， 也便于不会打洞的动物活动 ， 并且由于它们常把枯枝落叶搬进洞内和土壤混合 ， 因而也有加速腐殖质的形成 ， 改善土壤结构和提高肥力的作用 。总之 ， 土壤的性质影响着其中的生物群落的组成和活动；而生物群落的组成状况和活动又不断改变着土壤的性质 。在一定的条件下 ， 如土壤中有机质含量在0.1～0.2%以上 ， 气温、水分适宜 ， 又有必要的空气 ， 土壤生物群落就可以发展扩大 ， 活动频繁 ， 使有机质不断分解、合成、增长 ， 团粒结构不断形成 ， 提高土壤肥力 ， 并且形成良性循环 。反之 ， 如果长期施用化肥 ， 土壤中有机质日益减少 ， 土壤生物群落也大大缩小 ， 土壤团粒结构受到破坏或不再形成 ， 就必然降低土壤的肥力并形成一种恶性循环 。因此 ， 要保持和提高土壤肥力 ， 就必须在施用化肥的同时 ， 也施用适量的有机肥料 。使土壤中的有机质保持在0.1～0.2%以上 ， 给土壤生物的生存和发展提供有利条件 。与农业生产土壤生物对农业生产既有有害的一面 ， 也有有利的一面 ， 通常情况下后者是主要的 。病原菌土壤中隐藏着各种病原菌 ， 可以引起许多动、植物病害 。引起棉花根部腐烂的是真菌 ， 多主瘤梗孢菌(Phy-matotrichum omniverum)和蛇孢腔菌(Ophiobolus gra-minis) ， 菌丝从土壤侵至根部 ， 随后其他生物接踵而来 ， 常常导致绝产 。一些地下害虫和小动物 ， 常常咬断植物的根 ， 使作物严重减产 。有些土壤生物和农作物竞争氮、磷、钾 ， 或者降低作物根部氮的浓度 ， 或把硝酸铵、硫酸铵等易被作物吸收的养料 ， 还原成不能被植物吸收、利用 ， 甚至有害的物质 ， 造成不利于生长的环境条件而使农作物减产 。有些土壤生物能产生磷化氩、类臭素等毒素 ， 使作物中毒等等 。有机质土壤中有机质一般都不少 ， 但植物不能直接利用 ， 必须通过多种生物的转化 ， 有机质分解 ， 产生无机态氮、磷、钾、硫等离子才能供植物吸收利用；另一方面 ， 当土壤中无机盐类过多时 ， 某些土壤生物又可把它们转化成有机质 ， 暂时储存起来 。此外 ， 根瘤菌和某些蓝藻还能提高土壤中氮的含量 ， 这不仅对豆科作物有利 ， 还可促进后作作物的生长 ， 硫化细菌等的活动能产生各种无机酸和有机酸 ， 可以提高土壤中不溶性盐类的溶解度 ， 帮助作物取得可溶性养料；有的土壤生物可以产生植物生长刺激素和抗菌素 ， 既促进了作物的生长 ， 又提高了作物的抗病能力 。微生物植物是土壤生物特别是土壤微生物的食物製造者 ， 通过植物根群的分泌物 ， 可招来大量的微生物 ， 且愈近根部愈多 。作物不同 ， 根群分泌物的质和量也不同 ， 招引来的微生物的种类和数目也不一样 ， 不同生长时期的植物 ， 根群分泌物也有差异 ， 其根际微生物的组成和数量也不会相同 。植物还可分泌生长刺激物质和抗菌物质 ， 直接抑制某些土壤生物的生长；也可以通过改变土壤的pH值改变某些无机养料的溶解度从而间接影响到土壤生物的活动 。作物、土壤和土壤生物三者之间 ， 关係异常密切 ， 它们互相制约、互相影响 ， 一个环节发生了变化 ， 其他环节也随之变化 ， 但在一定条件下它们又可趋于平衡 。运用土壤生物学的知识 ， 正确地掌握三者之间的关係 ， 合理地安排农业技术措施 ， 就可以长期保持和提高土壤肥力 ， 使农业不断增产 。生物环境保护农业上为了提高产量 ， 施用化学农药以防治害虫、杂草、病原菌等 ， 同时也带来了污染土壤的问题 。农药用量愈来愈大 ， 污染土壤的範围也愈来愈广 ， 农药在环境中的动向愈来愈受到人们的注意 ， 因为化学农药大多是没有选择性的 ， 既可杀死有害的对象 ， 也可消灭有益的生物 ， 从而破坏了生态平衡 。化学农药有的易于分解 ， 在土壤中保留的时间不长；有的则难于分解 ， 半衰期很长 ， 残毒问题很严重 。残毒留于土壤中 ， 会危害作物、牲畜和人类 ， 作物吸入农药后储存于体内 ， 牲畜吃了即转移到身体各部和乳汁中 ， 人吃了这种乳肉 ， 就会危害健康 ， 甚至通过生殖遗传影响到子孙后代 。但一般说来 ， 农药在土壤中迟早是要被土壤生物分解的；而农药的被分解 ， 又受土壤类型、耕作措施、作物类型以及微生物的种类和数量所制约 。熟悉土壤生物学一般规律 ， 採取相应措施 ， 可以加速农药的分解 ， 有助于防止土壤污染 。运用土壤生物学知识 ， 逐步用生物防治法代替化学农药 ， 如用苏云金桿菌防治松毛虫 ， 用多角体病毒防治棉蛉虫、菜尺蠖 ， 用细菌肥料代替化肥等 ， 乃是从根本上防治土壤污染的战略措施 。