土壤是以固相物質為主的多相的復雜體系。它是巖石圈經過生物圈、大氣圈和水圈長期和深刻的綜合作用影響形成的。因此,土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的組成要素或子系統(tǒng)。以土壤為中心由土壤與其環(huán)境條件組成的系統(tǒng)稱為土壤生態(tài)系統(tǒng)。它有各種復雜多變的組成,特定的結構、功能和演變規(guī)律。在土壤生態(tài)系統(tǒng)中,物質和能量流不斷地由外界環(huán)境向土壤輸入,通過土體內的遷移轉化,必然會引起土壤成分、結構、性質和功能的改變,從而推動土壤的發(fā)展與演變;物質和能量流從土壤向環(huán)境的輸出,也必然會導致環(huán)境成分、結構和性質的改變,從而推動環(huán)境的不斷發(fā)展。然而,土壤生態(tài)系統(tǒng)也具有一定調節(jié)FAG為,以保持相對平衡和穩(wěn)定。所以土壤生態(tài)系統(tǒng)是一個為物質流和能量流所貫穿的開放系統(tǒng),當人們從土壤中索取生物產品時,如果過度,而不給土壤歸還或補充從其中取走的成分,最后必將受懲罰。
土壤在陸地生態(tài)系統(tǒng)中處于各環(huán)境要素緊密交接的地帶,是連接各環(huán)境要素的樞紐,也是結合無機界和生物界的中心環(huán)節(jié)。因此,土壤生態(tài)系統(tǒng)是控制陸地生態(tài)系統(tǒng)的中央樞紐,是所有環(huán)境要素物質和能量遷移轉化最為復雜和活躍的場所。而且,由于土壤和植物密切聯(lián)系,構成陸地生態(tài)系統(tǒng)的核心,使土壤成為陸地生物食物鏈的首端。
應該強調指出,土壤生態(tài)系統(tǒng)既是自然生態(tài)系統(tǒng),也是人類智慧和勞動可以支配的人工生態(tài)系統(tǒng)或復合生態(tài)系統(tǒng)。土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能是和土壤的功能一致的。
1.土壤生態(tài)系統(tǒng)的組成
土壤生態(tài)系統(tǒng)與其他自然生態(tài)系統(tǒng)的組成一樣,主要分為:生命有機體部分,即植物和土壤微生物等;非生命無機環(huán)境部分,即太陽光、大氣、母巖與母質,地表形態(tài)及土壤礦物質、水分和空氣等。土壤生態(tài)系統(tǒng)的生物部分,根據在系統(tǒng)中物質與能量遷移轉化中的作用,又可分為三個部分:生產者、消費者和分解者。
(1)第一性生產者
第一性生產者也叫初級生產者,包括所有的綠色植物和利用化學能的細菌等,是生態(tài)系統(tǒng)中最積極和最穩(wěn)定的因素。生產者主要是指綠色植物,綠色植物能利用光能把CO2和HO2轉變成碳水化合物,即通過光合作用把一些能量以化學鍵能的形式儲存起來,為以后利用做準備。它們是土壤生態(tài)系統(tǒng)的基石,同時也是農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基礎。因為沒有第一性生產者,任何生態(tài)系統(tǒng)都不會有物質流和能量流。
(2) 消費者
消費者是不能用無機物質制造有機物質的生物。它們直接或間按地依枚于土產有所制造的有機物質,被稱為異養(yǎng)生物。根據食性的不同可分為以下幾類。草食動物是以植物為營養(yǎng)的動物,又稱植食動物,是初級消費者,如昆蟲、嚙齒類、馬、牛、羊等;肉食動物是以草食動物或其他動物為食的動物。據其在食物鏈中所處的位置,又可以分為:一級消費者、二級消費者和三級消費者。
(3)分解者
分解者又稱還原者,主要是細菌、真菌和某些腐生生活的原生動物和小型土壤動物(例如甲蟲、白蟻、某些軟體動物等)。它們把酶分泌到動植物殘體的表面或內部,酶能把生物殘體消化為極小的顆?;蚍肿?,并最終分解為無機物質歸還到環(huán)境中,再被生產者利用。
它們在生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動中,具有重要的意義,大約有90%的初級生產量,都須經過分解者分解回還大地;所有動物和植物的尸體和枯枝落葉,都必須經過分解者進行分解,如果沒有還原者的分解作用,地球表面將堆滿動植物的尸體殘骸,一些重要元素就會出現短缺,生態(tài)系統(tǒng)就不能維持。雖然,從能量的角度來看,分解者對生態(tài)系統(tǒng)是無關緊要的,但從物質循環(huán)的角度看,它們是生態(tài)系統(tǒng)不可缺少的重要部分。
2.土壤生態(tài)系統(tǒng)的結構
達到平衡的土壤生態(tài)系統(tǒng)具有一定的結構特征。首先,依據土壤生態(tài)系統(tǒng)中地表和土壤環(huán)境條件的差異以及與此相關聯(lián)的生物群體的種類、數量和它們在生態(tài)系統(tǒng)中所起的作用,可以劃分出土壤生態(tài)系統(tǒng)的垂直結構和水平結構。垂直結構一般由如下三個主要層次構成。
(1) 地上生物群體層
主要為綠色植物(喬木、灌木、草本植物等)組成的生物群體,是進行光合作用的主要場所,所占空間的高度范圍依植物種類而異。
(2)土被生物群落層
包括地面(枯枝落葉層)及植物擔系所及的土被層的生物群體。本層是土壤生物群體(土壤動物、微生物、藻類等)的主要聚積層,是有機質生物累積、分解、轉化,礦物質風化、淀積、遷移轉化,水分淋溶、蒸發(fā)蒸騰,以及能量輸入輸出、交換的最為復雜和活躍的場所。
(3)土被底層與風化殼生物群體層
土被底層與風化殼生物群體層生物群體劇減,生物有機體少,是土壤生態(tài)系統(tǒng)礦質元素的主要補給基地。其垂直結構有的很復雜,如森林土壤生態(tài)系統(tǒng),不論其地上生物群體(植物和動物)還是土被生物群體層,層狀分布都異常明顯;而有的土壤,如荒漠土壤或原始土壤生態(tài)系統(tǒng),都較為簡單。
其次,土壤生態(tài)系統(tǒng)不僅具有垂直結構,由于土壤環(huán)境條件的空間分異,土壤生物群落組合也可產生水平差異。而且具有一定的水平結構或空間格局。