自然地理学原理（第三版）第8章 生物地球化学循环（一）

生物地球化学循环：是指生命有机体及其产物通过新陈代谢与周围无机环境之间反复不断地进行物质和能量的交换过程。其介质是水和空气，因此，它与大气的运动和水循环密切相关。

自然界中的 生物地球化学循环与土壤和生物的发生、发展紧密地联系在一起，形成了大气-水-土壤-生命系统物质和能量的复杂流动网络，主要包括物质和能量的吸收、同化、排放、分解、归还、流失等过程。

随着社会发展，人类活动（温室气体的排放和环境污染）与生物地球化学循环的相互影响越来越大。

第1节 土壤的组成

土壤：是指位于陆地表层和浅水域底部、由有机物质和无机物质组成的、具有一定肥力而能够生长植物的疏松层，其厚度从数厘米到数米不等。土壤在地球表面所构成的连续疏松覆盖层称为土壤圈。

土壤是一种类生物体，土壤的本质和生命力所在是土壤肥力。土壤肥力的大小与土壤的组成成分、土体结构和土壤的理化性质密切相关。

一、土壤的无机组成

土壤中最基本的组分是矿物质，其质量占土壤固体物质的90％以上。土壤的无机组成指的是土壤中矿物质的成分结构，包括两大类：

一类是原生矿物，指在物理风化过程中产生的未改变化学成分和结晶构造的造岩矿物，如石英云母长石等属于土壤矿物质的粗质部分，通常形成沙粒和粉沙，是土壤各种化学元素的最初来源。

另一类是次生矿物，指岩石在化学风化过程中新生成的土壤矿物，包括简单盐类，铁铝氧化物和次生铝硅酸盐，后者是土壤矿物质中最细小的部分，又称黏土矿物，其形成的黏粒具有吸附和保存呈离子态养分的能力，使土壤具有保肥性。铝硅酸盐黏土是温带土壤常见的次生矿物，铁铝氧化物是热带土壤常见的次生矿物。

二、土壤的有机组成

土壤中的有机部分指来源于生物体的土壤物质，其质量只占 5％左右。

土壤中的生物类群分为两大类：微生物-植物区系和动物区系。

微生物-植物区系：对土壤发育过程的影响主要是化学作用，

组成

作用

细菌

分解有机残体，固氮和硝化作用

放线菌

耐旱，分解有机残体和腐殖化作用

真菌

分解耐腐殖有机质，强酸性土壤中分解有机残体

藻类

光合作用，增加土壤中有机质的含量

动物区系：对土壤发育过程的影响包括物理作用和化学作用。

组成

作用

原生动物

以微生物-植物或有机残体为食，通过消化作用改变土壤的有机组成，并加速土壤有机质的分解

其他

通过其在土壤中的穿行、钻形和挖穴等，使得土壤团聚、粉碎，促进有机质和矿物质的充分混合，形成土壤孔隙增加土壤的通气性和透水性

土壤中的有机部分主要分为两类：原始组织及其部分分解的有机质和腐殖质。

原始组织：包括高等植物未分解的根、茎、叶，动物分解原始植物组织，向土壤提供的排泄物和死亡之后的尸体等。这是土壤有机部分的最初来源。主要累积于土壤表层，占土壤有机部分总量的10 ％ -15 ％。

腐殖质：有机组织经由微生物合成的新化合物，或者由原始植物组织变化而成的、比较稳定的分解产物便是腐殖质，占土壤有机总量的85 ％-90％。腐殖质是一种复杂化合物的混合物，通常呈黑色或棕色，胶体状，具有比土壤无机组成中的黏粒更强的吸持水分和养分离子的能力，因此，少量的腐殖质就能显著提高土壤的生产力。

三、土壤水分

按存在方式，土壤水分为吸湿水、毛管水和重力水，以溶液的形式存在。

土壤溶液是土壤中的水及其所含溶质的总称，包含溶解了的各种盐类，这些盐类多数是植物生长所必需的养分。

四、土壤空气

土壤空气来源于大气，存在于未被水分占据的孔隙中，其性质于大气圈中的空气明显不同。

1土壤空气不是连续分布的，由于不易于交换，局部孔隙之间的空气组成是不同的；

2土壤空气一般含水量高于大气，在土壤含水量适宜时，土壤空气的相对湿度接近 100％；

3土壤空气中二氧化碳的含量明显高于大气，氧气的含量略低于大气，氮气的含量与大气相当，这是植物根系的呼吸和土壤微生物对有机残体的好气性分解，消耗了土壤孔隙中的氧气，同时产生了大量的二氧化碳的缘故。

关于土壤腐殖质的理解这才恍然大悟！虽然是生物分解之后的产物，但分解未进行到底，自身仍是以含碳的天然高分子有机物为主，仍是有机物而不是无机物。

腐殖质来源：动植物残体、动物排泄物等大分子有机物，先经微生物初步分解（矿化、破碎），再通过微生物合成、聚合作用，形成结构稳定的深色高分子有机化合物——腐殖质。简单流程：生物残体（有机物）→微生物分解转化→腐殖质。

区分：无机物和有机物

微生物完全彻底分解腐殖质，最终会生成CO₂、水、铵根、无机盐，这一步才叫矿化作用，产物是无机物；而腐殖质只是分解中途、经过改造留存的稳定有机质，并未彻底矿化，因此仍属于有机物。