2-7 土壤因子

2．7土壤因子2．7．1土壤对林木的影响土壤是地壳表层经风化、腐殖化作用及其产物的移动而形成的疏松部分。土壤是母岩、气候、地形、生物和时间对地球表面作用的总结果。土壤有明显地带性。土壤肥力系指及时满足植物对水、肥、气、热要求的能力。它是林木速生丰产的基础，是土壤物理、化学、生物特性的综合表现。森林土壤是在森林植被下产生和发育起来的。森林土壤具有其它土壤不具备的三种成立因素，即森林死地被物、林根系和依靠森林生存的特有生物。土壤是最基本的生产资料。2．7．1土壤对林木的影响2．7．1．1土壤的物理性质与林木生长2．7．1．2土壤化学性质与林木生长2．7．1．3土壤生物与林木的生长2．7．1．1土壤的物理性质与林木生长土壤物理性质，包括母岩、土层厚度、土壤质地、土壤结构和土壤孔隙度等。讨论母岩、土层厚度旨在说明土壤潜在的pH值和矿质元素含量的变化以及树木根系可分布的空间范围和水分养分的贮量；讨论土壤质地则说明土壤水分、空气和热量的变化规律。(1)母岩土壤是由母岩风化而成，岩石风化物对土壤性状的影响，主要表现在物理和化学性质两方面，如：土层厚度、质地、结构、水分、空气、温度、养分、酸碱度及交换量等。林业土壤主要是自然土壤，重视母岩的影响。酸性土母岩：花岗岩、砂岩和页岩等钙质土母岩：石灰岩等花岗岩、片麻岩属粒状结晶岩，风化物富含硅酸，常形成砂壤或壤质土，通透性良好，N、P、K、Ca、Mg含量丰富，呈微酸反应；石灰岩风化形成的土壤富含钙，质地黏重，常呈中性或微碱性反应。母岩不同还影响森林树种的组成和优势程度(2)土层厚度土层厚度影响土壤养分、水分总贮量和根系分布的空间范围，所以土层厚度是决定森林生产力的重要因素。影响土层厚度的因素很多，如土壤母质与地形。土层厚度影响森林组成、结构、林木生长和森林生产力。土层厚度一般划分为：深厚＞100cm中等51--100cm浅薄＜50cm(3)土壤质地组成土壤矿质颗粒的相对比例或重量百分比称为----土壤质地。即石砾、沙、粉沙、粘粒的相对含量。根据质地可将土壤区分为砂土、壤土和黏土三大类。砂土颗粒组成较粗，含砂粒多、黏粒少，土壤黏结性小，孔隙多且大，土壤疏松，通气透水良好，蓄水性差，保肥性差；壤土质地均匀，砂、粉、黏粒大致等量混合，通气透水，保水保肥；黏土以黏粒、粉粒较多，砂粒少，质地黏重，保水保肥能力强，通气透水性差。(4)土壤结构土壤结构----指土壤颗粒的排列方式。如团粒状、块状、柱状、核状、碎屑状，片状。其中以团粒结构最理想，可协调土壤水分、空气、养分关系，改善土壤理化性质。森林死地被物所形成的腐殖质可与矿物颗粒互相黏结成团聚颗粒，能促进良好结构的形成。森林凋落物的组成和土壤动物的活动(如蚯蚓)对土壤结构有重要影响。森林内发育良好的土壤结构。森林采伐后遭受雨淋将受到破坏。(5)土壤水分土壤水分来源于降水、灌溉和地下水补给。它不仅对林木本身必需，且养分只有溶于水才能被吸收。土壤水分过多，则土壤O2缺乏，CO2过剩，抑制根呼吸和养分吸收，根系易腐烂；土壤水分缺乏，会使树木发生永久萎蔫，有机质分解剧烈，土壤贫瘠化。(6)土壤空气土壤空气影响根系呼吸、生理机能和土壤微生物的种类、数量和分解。土壤中，植物根系、动物和微生物的呼吸作用和有机质的分解，不断消耗O2，放出CO2，使土壤空气中，O2和CO2的含量明显不同于大气。土壤空气中CO2含量相对较高是由于植物、动物、微生物呼吸和有机质分解的结果；CO2会降低pH值、影响土壤养分的有效性。若土壤O2低于最低水平，某些细菌为获得O2而把硝酸变为亚硝酸。(7)土壤温度土壤温度直接影响植物根系生长、吸水力，从而影响全株生长。土壤温度还制约着土壤中多种理化和生物作用的速度，从而间接影响植物生长。不同植物对土壤温度要求不同。温带木本植物根系生长的最低温度在2～5℃，温暖地区的植物，根系生长要求温度较高。土壤温度高低，还影响根系形态。土壤温度影响植物的吸水力和水分在土壤中的黏滞性。2．7．1．2土壤化学性质与林木生长(1)土壤酸碱度(2)土壤无机元素(3)土壤有机质(1)土壤酸碱度①土壤酸碱度是土壤各种化学性质的综合反映。它对土壤中各种营养元素的转化和释放、土壤有机质的合成和分解、土壤微生物的活动和土壤动物等都有着重要的影响。②土壤酸碱度常用pH值表示。根据pH值可把土壤分为酸性土(pH6.5)、中性土(pH6.5～7.5)、碱性土(pH7.5)。③pH值影响土壤养分的有效性。一般pH6～7时，土壤养分的有效性最强，最有利于植物生长；④土壤pH值还影响土壤微生物活动。酸性土壤中，一般不利于细菌的活动。根瘤菌、氨化细菌、硝化细菌大多生长在中性土壤中，在酸性土壤中难以生存。真菌比较耐酸碱，所以植物的一些真菌病常在酸性或碱性土壤中发生。⑤森林群落的种类成分和结构，影响土壤pH值。针叶树叶片含灰分少，多含树脂和单宁等酸性物质，所以针叶林下的土壤常呈酸性反应。阔叶树叶片含灰分较多，林下土壤酸度较弱。⑥土壤pH值影响森林群落的种类成分。(2)土壤无机元素土壤无机元素（土壤养分元素）包括植物生长不可缺少的7种大量元素(N、P、K、Ca、Mg、S、Fe)和6种微量元素(B、Cu、Zn、Mo、Mn、Cl)，它们主要来源于土壤中矿物质和有机质的分解。大量元素微量元素腐殖质是无机元素的贮藏库，通过矿质化过程从腐殖质中缓慢地释放可供植物利用的养分。植物对各种元素的需求量不同，通过合理的施肥，可以有效地提高林木的产量和质量。林木对养分元素要求可分为：耐瘠薄树种和不耐瘠薄树种。(3)土壤有机质土壤有机质由生物遗体、分泌物、排泄物以及它们的分解产物组成，包括非腐殖质和腐殖质两大类。非腐殖质是原来动、植物组织及其部分分解的产物。腐殖质是土壤微生物分解有机质时，重新合成的具有相对稳定的多聚体化合物。土壤腐殖质是植物营养的重要碳源和氮源腐殖质是植物所需各种矿质营养的重要来源土壤腐殖质还是异养微生物的重要养料和能源，促进植物吸收养分能力和增强代谢活动。土壤有机质能改善土壤的物理和化学性质有利于团粒结构的形成，能有效地调节植物对土壤水、肥、气、热的要求，从而促进植物的生长。一般来讲，土壤有机质含量越多，土壤动物和微生物的种类、数量也越多，土壤肥力就越高森林土壤和荒原土壤有机质含量较高，但这类土壤一经开垦后，有机质逐渐被分解消耗，又得不到足够的补充，于是生态环境中的养分循环失去平衡，有机质含量迅速降低，环境退化严重时出现荒漠化。生产上常用施加有机肥料来提高土壤肥力，确保稳产高产。我国近年来的退耕还林还牧工程，在生态环境建设中发挥了重要的作用。2．7．1．3土壤生物与林木的生长土壤生物包括土壤中的微生物、动物、植物根系，它影响有机质积累、粉碎、分解、养分的释放，从而影响林木生长。(1)土壤微生物(2)土壤动物(3)林木根系(1)土壤微生物土壤微生物----指生活在土壤中的细菌、真菌、放线菌和藻类。据报道，1g肥沃土壤中含真菌几千至几十万个；放线菌几十万至几百万个；细菌几百万至几千万个。森林土壤中微生物种类多，数量大，对林木产生重大影响。微生物是生态系统中的分解者或还原者，它们使有机物质腐烂，释放出养分，促成了养分的循环。土壤微生物直接参与土壤矿质化和腐质化过程。矿质化作用----是复杂的有机物分解为简单无机物的过程，矿质化的结果，释放出无机养分，供植物吸收利用。腐殖化作用----是动植物残体经微生物分解转变为多元酚、氨基酸和糖类等中间产物，这些产物又在微生物分泌的酶的作用下重新合成为含氮的高分子化合物即腐殖质，腐殖质在土壤中比较稳定，利于养分积蓄。土壤中的某些细菌、真菌与某些植物形成根瘤和菌根，可以改善土壤营养状况。根瘤是一种根瘤细菌，从根毛侵入后发育成瘤状物。菌根是土壤中真菌与树木根系的共生体，即菌丝侵入树木根的表层细胞壁或细胞腔内形成一种特殊结构的共生体称菌根。形成菌根的真菌称为根菌，具有菌根的植物称为菌根植物。根据真菌菌丝在根系着生状况，可分为外生型、内生型、内外兼生型三类。外生型菌根内生型菌根内外兼生型菌根土壤微生物对土壤肥力和植物营养也有不利的一面，如有些土壤微生物是引起植物致病的病原菌；在某些条件下，有些微生物的活动能引起养分损失，如反硝化细菌，在通气不良的条件下，可引起氮的挥发损失；还有些微生物分解活动所产生的有毒物质或还原性物质有害于植物。(2)土壤动物土壤动物通常分为：大型，体长大于10mm，如脊椎、软体、节肢动物和蚯蚓；中型：体长在0.2～10.0mm，如螨、弹尾虫、大型线虫；小型：体长小于0.2mm，如线虫、原生动物、较小的螨。土壤动物综合作用为机械粉碎。纤维素和木质素经嚼食后，分解为排泄物，可供微生物再分解利用。如蚯蚓取食有机物和泥土，然后将排泄物排于土表或洞穴，其排泄物含有N、C、Ca、Mg、P等。(3)林木根系林木根系死亡后，增加土壤下层的有机物质和阳离子交换量，促进土壤结构形成；根系腐烂后其孔道可改善土壤通气性，利于重力水下排；根系的分泌物、根围的微生物均能促进矿物和岩石的分化。根围(rhizosphere)指微生物种群数量和种类组成受根影响的土壤范围，是植物与土壤相互作用的主要场所。2．7．2森林对土壤的影响森林土壤系指森林植被下发育的土壤，是相对于草原、荒漠或其他植被类型下发育的土壤而言。一般来说，森林土壤受人为干扰较小，土壤剖面保持较完整，土表积累有深厚的森林凋落物，土壤剖面中根系和石砾含量较多，含有大量依赖于森林生存的土壤生物。此外，树木根系是森林土壤区别性的组成成分，影响土壤肥力的变化，如土壤中营养物质的积累和消耗、腐殖质的聚积，土壤结构的形成及土壤微生物的活动。森林的根系是防止水土流失，减少泥石流的重要因素。2．7．2．1森林土壤的形成与剖面构造森林土壤的形成依赖于母质、气候、生物、地形和时间五大自然成土因素。母质是岩石及其风化产物，是形成土壤的基质；气候是直接的水、热和空气条件；地形重新分配气候因素；生物有机体通过生命代谢活动进行物质的合成与分解，丰富土壤的基质，以有机物的方式积累化学能；时间是上述成土过程的累积因素。此外，森林土壤发生还决定于3种特有的成土因素，即森林凋落物、林木根系和依赖于现有森林的特有的土壤生物。土壤的形成过程就是建立在地质大循环和生态系统内营养物质的生物循环的基础上。植物在母岩上的定居和进行的生命代谢活动，将可溶性养分积累和保存下来。在森林环境条件下，形成了特有的森林土壤剖面构造。土壤形态是土壤的外部特征。土壤形成后，各层的差异主要反映在形态特征上。主要形态特征有颜色、质地、结构、湿度、紧实度、孔隙度、新生体、侵入体、根系含量、石砾含量等。通过野外观察土壤剖面的形态特征，可以判断出土壤的一些重要性质。2．7．2．2森林凋落物和森林死地被物对森林土壤的影响(1)森林凋落物一年中降落到地表的叶片、小枝、花、果、树皮及森林其他残体统称为森林凋落物。森林凋落物是土壤有机质的主要来源。按干重计，森林凋落物各成分占总重量的百分比：叶为60％～70％，非叶凋落物为27％～31％，下层林木的凋落物量变化较大，平均为9％。所以凋落物中数量最多的是上层林木的叶片。森林每年归还凋落物于林地的数量因气候带(纬度)、树种组成、林龄、土壤条件而变化，一般变动于0．5～7～12t／hm2之间，平均为2～4t／hm2。凋落物年降落量一般随纬度降低而增加；常绿树种较落叶树种的森林凋落物约高13％；土壤条件愈肥沃，凋落物数量愈多。森林郁闭前，凋落物随林龄增加而增加。就营养元素含量而言，一般阔叶树凋落物每年归还土壤的主要营养元素较针叶树多。(2)森林死地被物森林死地被物层----是由森林当年的、累积的凋落物、生物残骸和在某种程度上分解了的有机残余物组成的层次。森林死地被物蓄有大量的有机质、氮和矿质元素，是土壤养分