土壤对植物的生态作用

0        引言
“万物土中生”。除了极少数水生植物和寄生植物之外，植物生长发育所必须的水分、养料、温度和空气都由土壤供给，土壤是植物生长发育的基地。植物要在土壤里扎根和进行呼吸作用，需要土壤有适宜的温度和通气条件；作物正常生长发育，要从土壤中吸收水分和养料^[1]。土壤及时满足植物对水、肥、气、热等要求的能力称为土壤肥力。肥力是土壤最本质的特征，通常说土壤肥瘦、好坏，主要是反映土壤肥力的高低。肥沃的土壤同时能满足植物对水、肥、气、热的要求，是植物丰产的基础。土壤之所以重要是因为它是植物生存的重要生态环境。在研究土壤和植物的关系中，要了解土壤性状及其对植物生长发育影响，从而能动地去改良土壤，合理施肥，提高土壤肥力，创造适合于植物生长发育的土、肥条件，为夺取作物的高产稳产创造条件^[2]。
1        土壤性状与植物的关系

土壤包括以下各种成分：土壤空气、土壤水分、土壤有机体和土壤无机体、还有各种不同的生物特别是物生物及其活动的产物—腐殖质。土壤中的所有这些成分以及它们之间的相互关系都影响着土壤的性质和土壤肥力，从而影响植物生长^[3]。
1.1         土壤空气
土壤空气是植物生长发育不可缺少的因素。它影响植物根系的呼吸作用，进而影响整个植物的生理机能；同时也影响着土壤微生物的活动，归根结底是影响植物营养条件的重要因素。
土壤的空气基本来源于大气，只有很小一部分气体来源于土壤本身的生化反应。土壤空气中氮含量占80%；氧和二氧化碳占20%。由于微生物、动物和植物根系的呼吸作用和大量有机质的分解，土壤中氧的含量大大减少（大气中氧为20%；土壤中为10%～12%），同时又使土壤中二氧化碳的含量大大增加，超过空气中二氧化碳含量的几十倍到几百倍（大气中二氧化碳含量为0.03%；土壤则高大2%以上；通气不良的情况下，还会增高到5%以上）。
土壤空气过分流通和不流通都不好，过分流通，有机质迅速损失，养分释放太快；过分不流通，有机质难以分解，缺乏养料供应，是还原产物影响作物正常生长。最好是土壤具有一定的通气性，使好气分解与嫌气分解能同时并进，既有利于腐殖质的形成，又使作物有有效养分可以利用。可见，土壤空气是构成土壤肥力的重要部分。在农业生产上要经常调节土壤的通气状况，促进土壤空气与大气进行交换，也是获得高产的重要措施之一。
1.2         土壤水分
植物生长发育所需要的水分必须是土壤环境中的水分。它来自降雨、降雪或地下水上升以及水蒸气的凝结。养分只有溶于水中才能被植物吸收。养分的运输也只有通过水的运行才能输送到植物体的各个部分。矿物养分的溶解和转化，有机物的分解与合成等等，也都只有在水分存在并且直接参与下才能进行^[4]。同时，水分还能调节土壤温度。
土壤水分过少，则不能满足植物正常生理活动的需要，并且好气性细菌分解活动过于旺盛，造成土壤有机质含量贫乏。如果土壤水分过多，尤其是地下水位过高时，土壤空气不流通，氧气缺乏，助长嫌气细菌活动，产生硫化氢等有毒物质，阻碍根系的呼吸和养分的吸收，使根系腐烂，种子不能萌发。此外，水分过多还引起养分流失，降低土壤的肥力。因此保持土壤水分的平衡，适时调节土壤水分和空气的关系，对于植物的生长是十分重要的。如何才能建立起合理的土壤水分关系呢？关键是改良土壤。具备团粒结构的土壤才能自动调节土壤水分的均匀，改善土壤水、肥、气的矛盾，为植物的生长发育提供了良好的生活条件。
1.3         土壤温度
土壤温度一方面制约着各种盐类的溶解速度，土壤气体的交换和水分的蒸发，土壤中各种微生物的活动以及土壤有机质分解的速度和养分的转化等，因而影响到土壤的各种性状而间接影响植物生长。另一方面，土壤温度对植物也有直接的影响，如影响植物种子萌发和扎根出苗。各种种子发芽要求一定的土温，如小麦发芽的最低温度为1℃～2 ℃，最适28 ℃；玉米和南瓜发芽的最低 是10 ℃～11 ℃，最适是24 ℃。土温还影响根系生长和呼吸以及根系的吸收能力，根系的呼吸能力一般是随土温减低而减弱，这是因为低的土温抑制根系的生长和降低其代谢，从而减弱其吸水作用；同时低的土温使根系的呼吸强度降低而影响对矿质的吸收。在生产上可以采取适当的措施来克服土温过低的影响，如用排灌措施保持秧田多接受阳光，增加土温。
1.4         土壤酸碱度
土壤酸碱度是指土壤溶液的酸性和碱性，常用PH值来表示。
土壤过酸或过碱都会引起植物蛋白质的变性和酶活性的迟钝而使植物死亡；另一方面，土壤酸碱度影响无机盐分的溶解和土壤微生物的活动，而间接影响植物的营养。此外，土壤酸碱性还影响微生物的活动。通常硝化细菌和好气性固氮细菌都不能在酸性较大的土壤里共存，所以酸性反应不利于硝化作用，许多豆科植物的根瘤菌也会因土壤酸性增加而死亡，自生固氮菌在土壤PH4.5～5时虽可生存，但实际上已失去了固定分子氮的能力。
因此，植物不能在过酸或过碱的土壤里生长，一般植物能生长的范围在土壤酸度3.5～9之间，最适宜的范围是在5-8之间，常见的农作物大都适宜于中性土壤。
1.5         土壤生物
土壤中微生物的数量非常庞大，据计算，在一克土壤里，微生物的数目可达数千万乃至数十亿个；种类也相当复杂，主要有细菌、防线菌、真菌、藻类等。
土壤微生物的作用非常大，除了担当物质循环中的还原者外，固氮菌能把土壤中游离的80%以上氮分子固定成为植物肥料；有的植物没有真菌（菌根）的共生便不能生存。此外，微生物生命活动中产生的有机酸、生长素、氨基酸等，可成为植物的营养物质。有些微生物所合成的胡敏酸及有些微生物所产生的吲哚乙酸和其他的生长刺激物质对植物的生长有明显的刺激作用。有些细菌可使硫化氢、甲烷等有毒气体氧化成无毒的物质。
土壤中有的微生物是有害的，特别在土壤通气不良或有机物质存在（如未腐熟的厩肥、秕杆等）的情况下，所产生的硫化氢、醛等，对植物有害，还有些致病细菌可以侵入植物体内引起病害。
2        土类与植物的关系
我们常见的生态土类有盐碱土、砂土、酸性土、钙质土。长在不同类型土壤上的植物由于长期适应，产生了相应的植物生态类型。例如盐碱地环境里生长的是盐生植物和碱生植物；酸性环境中生长的是酸性植物；钙质土环境里生长的则是喜钙植物。
2.1         盐碱土植物
盐碱土是盐土和碱土的总称。所谓盐土，是指土壤中可溶性盐含量相当于土重的%以上，有的可打3%以上。对于植物生长来说，土壤含盐量在0.2%以下，对植物无妨碍；在0.2%～0.5%之间仅对幼苗有危害；在0.5%～1%之间，大多数植物不能生长，只有一些耐盐性强的植物，如棉、西瓜、甜菜等可以生长；1%以上，则只有特殊适应于盐土的植物才能生长。在生理上，根据抗盐能力的强弱可分为积盐性植物、排盐性植物、不透盐性植物^[5]。
盐土和碱土对植物的害处有以下几反面^[6]：a） 盐分浓度过大，植物的根或种子均不能在土壤盐溶液中吸取足够的水分，甚至细胞中的水分还向盐溶液中倒渗，引起植物生理干旱而枯萎死亡；b） 直接伤害植物组织，尤其是碳酸钠和碳酸钾，常常引起植物死亡；c） 盐分浓度过大，原生质受害，蛋白质合成受损，致使含氮中间产物的积累，出现“自身中毒”现象；d） 高盐浓度下，气孔不能关闭，使植物枯萎死亡；e） 碱土的碱性过大，破坏了土壤结构，植物无法生存。
对于盐碱土植物生态的研究是生物脱盐，改良盐碱土的重要方面。盐碱土的改良有水利和农业措施，如洗盐排水，用有机肥或酸性肥料中和碱性，改良土壤结构等。此外，通过植物改良盐碱土也是重要的一环，如我国北方不少地区有用种水稻结合排水洗盐等来改良盐碱土的，一般说，种水稻2年至3年后，盐分大多洗去，这样，在改土过程中同时可得到收益。
2.2         沙土植物
在荒漠、半荒漠海滨及草原分布的地带性或非地带性的沙丘上，由于具有温度变化剧烈、基质贫瘠、流动性大、表层干旱等特点，因而限制了许多植物在这样的生境生长和分布，只有那些有特殊适应能力的植物才能在这样的生境中生存、发展。这类植物通常称之为沙生植物。
沙的流动性是沙生植物适应于当被沙淹没时能在被沙埋没的基干上长出不定根；在暴露的根系上也能长出不定芽。沙生植物的根系特别发达，水平根和根状茎有的可以长达几米，十几米或二十几米以上，紧附着沙土，这就是沙生植物的固沙作用。利用沙生植物固沙和改造沙生生阱特点，是根治沙地的最有效办法。例如用沙竹、沙米、沙拐枣、籽蒿、绵蓬等来固定流动沙丘，这些植物借其强大的根系固着沙丘，减少沙的流动性，使流动沙丘逐渐固定为半固定或固定沙丘。再在其上种油蒿、沙荠、花棒等，以进一步固定沙丘，其枯枝落叶并增加了沙丘有机质和蓄水保水的能力。当这些植物形成郁闭时，这种植物小环境更起了改变沙地气候的作用。以后就可以逐步在上面造林治沙，种植庄稼。
2.3         钙土植物
这类植物是与酸土植物相对而言的，两者对土壤钙盐的要求是两个极端。钙土植物只有在石灰性含钙丰富的土壤中才能生长，所以又称喜钙植物。
石灰性土壤的特点，主要是富含碳酸钙，土壤呈碱性反应，钙对植物的生态作用，在于钙直接影响植物的代谢，同时钙对土壤的物理结构、化学反应、营养状况以及土壤微生物发生影响。南天竹、柏、西伯利亚落叶松等都是著名的钙土植物，蜈蚣草、铁钱蕨、野花椒、黄连木等亦属此类。
2.4         酸性植物
这一类植物能生长在酸性土壤上，也就是说它们生长在土壤却钙、多铁铝的环境里，所以又称为非钙植物。在土壤缺钙的情况下，土壤坚实、通气不良、容易缺水、水温较低、呈酸性或强酸性。越橘、杜鹃、酸模、茶、马尾松、芒萁以及许多兰科及酸沼中的植物是典型的酸性植物。它们在钙土上是不能生长的。
3        土壤污染与植物的净化作用
工业“三废”不仅污染大气、水域、也同样污染土壤，影响植物的生长，甚至严重影响农、林、牧业的发展，并进而影响人体健康。
土壤被污染后，土质变坏，结构被破坏，土壤变板结，并使土壤贫瘠化和盐碱化，甚至不能生长植物，成为不毛之地。就是生长在上面的植物也因为吸收了土壤中的有毒元素而受到污染，人、畜食后发生病害，严重的会致死。日本神岗山开采铅锌矿排放含镉废水是第二次世界大战的事，到50年代已采取废水治理措施，此后河水中含镉很少。但事隔十几年的今天该地区骨疼病人反而日渐增多，原因就是土壤受镉污染20年后仍然含镉并转移到稻米中，而人吃了给地区稻米受到严重毒害之故。重金属元素如镉、砷、铅等对土壤的污染特别严重。
如何净化被污染的土壤？除了消除污染源、调换已被污染的土壤；调整土壤的酸碱度，如对被污染而反碱的土壤可施磷酸等，也可以通过控制土壤酸度来降低土壤中镉的活性，并抑制土壤对镉的吸收等办法外，利用植物对重金属元素或有毒元素的选择吸收作用来消除土壤中的有害元素也是重要的一方面。因为植物对元素具有选择吸收的能力，有的植物吸收和积蓄这种元素，有的则选择吸收另一种元素。有的植物甚至能把某些稀有元素或者在土壤中含量极少的元素积累在身体中，如蕨类植物中的横须贺蹄盖蕨（Athyrium yokoscense）能吸收镉，如干种紫云英积累硒，许多毛莨属及菊科植物体内积有锂，在松体内积蓄铝，浮萍能积累金、镭等等，植物的这种能力一方面可以作为找矿时的参考，用作为指示植物；另一方面也可以作为植物吸收和净化土壤污染之用。
4        结语
做为万物生长的根基，生命的摇篮。土壤对植物有重要的生态作用，它不仅提供了植物生长发育所必须的水分、养料、温度和空气，同时植物生命活动所需要的各种不同矿质元素的吸收和运输也与土壤环境密不可分。土壤是植物生存的重要的生态环境。
长在不同类型的土壤上的植物，由于长期适应，可以产生出相应的植物生态类型，这说明植物对土壤因子的变化可以作出不同的反应和适应，同时植物对受污染的土壤还有改造和恢复的能力。
土壤仅作为影响植物的一个方面的因素，还有阳光、空气、水分、温度等重要生态因子。因此，在研究中，我们要注意把各个因子综合起来，又要全力找出一定条件下的主导因子，从而为我们采取相应的管理措施提供依据，这是研究植物生态的一个重要方面。
参考文献：
[1] 云南大学生物系生态地植物学组.植物生态与植物群落基本知识[M].北京:科学出版社，1976:101-102
[2] 唐廷贵.植物生态浅说[M].上海:上海科学技术出版社，1984:63-65.
[3] 赵儒林，洪必恭，高兆彬，等.植物生态学概要[M].江苏:江苏科学技术出版社，1983:135-136.
[4] 张大勇.植物生活史进化与繁殖学[M].北京:科学出版社，2004:89-90.
[5] 王晓燕.松嫩平原南部地区盐碱植被的初步研究[J].中国草地，1989,03：32.
[6] 赵可夫.盐分过多对植物的伤害作用和伤害机理[J].曲埠师院学报(植物抗盐生理专刊)，1984：5-12.

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