第二章　土壤组成与基本性质

第一节　土壤生态系统的组成及其环境生态意义

生态系统是指在一定空间内共同栖居着的所有生物与环境之间通过不断的物质循环和能量流动过程而形成的统一整体（杨持，2008）。土壤环境体系是由生物—土壤—水—环境复合界面上不断进行的物质循环和能量流动，具备生态系统的主体特征。因此，可将土壤生态系统定义为土壤生物与其所在的土壤环境相互作用而形成的物质循环与能量流动的统一整体。由土壤介质供给微生物所需的食物与能量，这些物质与能量主要源于植物的光合作用与新陈代谢。因为植物根系吸取了土壤的矿质营养与水分，通过同化作用转化为自身的组成成分，其死后的残体亦可为土壤动物与微生物所粉碎、分解与消耗，将有机物储存的物质与能量部分地转化为有效养分与热能释放出来，一部分有机物则转化为腐殖质储存在土壤中，从而使土壤变得更肥沃。肥沃的土壤又为植物和微生物创造更好的生长与发育环境。如此循环发展，土壤与植物之间相互作用、相互促进、相互制约的紧密关系不断改善了土壤生态系统的功能，同时也改善了植物的生长条件，从而促进植物固定与利用更多的太阳辐射能，提高生态系统的初级生产力，微生物活性的提高则会加速生态系统分解作用。植物生物量增加，就为整个生物界的生存繁育提供了物质和能量基础。所以，土壤生态系统就是整个生态系统最基础、最关键的环节，对生物的生存起着决定性的作用。

土壤生态系统包括土壤生物、土壤矿物质、土壤有机质、土壤水溶液及土壤气体5个部分，其中土壤矿物质与有机质构成土壤的固相部分，与土壤水相及气相等粒间物质共同构成土壤的非均质各向异性的三相结构（图2.1）。在土壤生态系统中，土壤生物为土壤生态系统的核心，其他4部分则构成土壤生物所处的动态环境，同时土壤植物根系与微生物、植物根系与动物、土壤微生物之间又相互影响、互为环境，以上各部分共同作用，进行不间断的物质与能量的迁移与转化，构成动态的土壤生态系统，形成了土壤环境中各种生物化学过程及环境污染物在土壤环境体系中的迁移和转化。

一、土壤矿物质

土壤矿物质是土壤固相部分的主体，一般占到土壤固相总质量的95%左右，构成土壤的“骨骼”。其中粒径<2μm的矿质胶体作为土壤体系中最活跃的部分，对土壤环境中元素的迁移、转化和生物、化学过程起着重要的作用，影响土壤的物理、化学与生物学性质和过程。因此，研究土壤矿物质的组成及其分布对于鉴定土壤质地、分析土壤性质、考察土壤环境中物质的迁移转化有着重要的意义和作用，而且和土壤的污染与自净能力也密切相关。

（一）元素组成

土壤的化学组成很复杂，几乎包括地壳中的所有元素（表2.1）。其中氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、碳、钛10种元素占土壤矿物质总量的99%以上，这些元素中以氧、硅、铝、铁四种元素含量最多，四者共占地壳中所有元素的88.7%以上[根据克拉克第（1924）、菲尔斯曼（1939）和泰勒（1964）的估计，地壳的化学元素组成与表2.1稍有不同，但总的趋势是一致的。]，但植物必需营养元素含量低且分布很不平衡。

注：本表来源于维诺格拉多夫，1950，1962。

（二）矿物组成

土壤矿物按岩石风化程度及来源可分为原生矿物和次生矿物。其中原生矿物是由岩石直接风化而来，未改变晶格结构和化学性质的部分；而原生矿物进一步风化、分解，则形成化学构成和性质均发生变化的次生矿物。原生矿物和次生矿物相互搭配，构成了土壤样品中不同粒径及组成的组分，共同决定了土壤的粒级、结构及基本性质。

1.原生矿物

在风化过程中没有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物成为原生矿物。原生矿物以硅酸盐和铝酸盐为主，如石英、长石、云母、辉石、角闪石等，主要为土壤的砂粒和粉砂粒等粒径较大的组分，对土壤环境中污染物的吸附等迁移过程影响较小，其含量高低对土壤质地及因此决定的土壤修复技术的效果和适用性可能有不同程度的影响。

2.次生矿物

原生矿物经物理、化学风化作用，组成和化学性质发生变化，形成的新矿物称次生矿物。次生矿物以黏土矿物为主，同时也包括结晶层状硅酸盐矿物，此外还有Si、Al、Fe氧化物及其水合物，如方解石、高岭石等。其中，层状硅酸盐和含水氧化物类是构成土壤黏粒的主要成分，因此，土壤学上将此两类矿物称为次生黏粒矿物（对土壤而言简称黏粒矿物，对矿物而言简称黏土矿物），它是土壤矿物中最活跃的组分，其具有的荷电性和高吸附性使其成为土壤环境中污染物质的集中分布成分，亦可作为物理分离等修复技术按土壤组分分而治理的依据。

3.主要成土矿物及其性质

（1）石英　一般为白色透明，含有杂质时呈其他颜色。石英是最主要的造岩矿物，分布最广，为酸性岩浆的主要成分，在沉积岩石中常呈不透明或半透明晶粒，烟灰色，油脂光泽。石英的伴生矿物是云母、长石。石英硬度大，化学性质稳定，不易风化，岩石风化后，石英形成砂粒，含砂粒多的土壤含盐极少，形成的母质养分一般贫乏，酸性也较强。

（2）正长石　晶体短柱状，肉红色、浅黄色、浅黄红色等，玻璃光泽，完全解离，硬度6.0。正长石在岩石中呈晶粒，长方形的小板状，板面具有玻璃光泽。伴生矿物为石英、云母等。正长石易风化，风化后形成黏土矿物高岭石等，可为土壤提供大量钾养分。正长石类矿物一般含氧化钾16.9%。

（3）斜长石　常呈板状晶体，白色或灰白色，玻璃光泽，完全解离，硬度6.0～6.5。伴生矿物主要是辉石和角闪石。斜长石比正长石容易风化，风化产物主要是黏土矿物，能为土壤提供K、Na、Ca等矿物养分。

（4）云母　云母根据化学成分不同分为白云母和黑云母。

白云母，常见片状、鳞片状。白云母无色透明或浅色（浅黄、浅绿）透明。极完全解理，薄片具有弹性，珍珠光泽，硬度2.0～3.0。白云母较难风化，风化产物为细小的鳞片状，强烈风化后能形成高岭石等黏土矿物，对土壤中农药等污染物有较强的吸附性。

黑云母为深褐色或黑色，其他性质同白云母。黑云母主要分布在花岗岩、片麻岩中，伴生矿物是石英、正长石等。黑云母较白云母易于风化，风化物为碎片状，因此黑云母很少能看见。

（5）角闪石　角闪石呈细长柱状，深绿至黑色，玻璃光泽，完全解理，硬度5.0～6.0。角闪石主要分布在岩浆岩和变质岩中的片麻岩和片岩中。在岩石中呈针状或纤维状。伴生矿物为正长石、斜长石和辉石，角闪石易风化，风化产物为黏土矿物。

（6）辉石　呈短柱状、致密块状，棕至暗黑色，条痕灰色，中等解理，硬度5.5。辉石多呈晶粒状，伴生矿物为角闪石、斜长石、辉石等，较角闪石难风化，风化物为黏土矿物，富含Fe。

（7）橄榄石　橄榄石呈粒状集合体出现，橄榄绿色，玻璃光泽或油脂光泽。橄榄石为超基性岩的主要组成矿物，伴生矿物为斜长石、辉石，不与石英共生，易风化，风化产物有蛇纹石、滑石等。蛇纹石呈绿色，玻璃光泽或油脂光泽，断口上有时呈蜡状光泽，相对密度2.5，硬度2.0～4.0。

（8）方解石　方解石为次生矿物，呈菱面体，半透明，乳白色，含杂质时呈灰色、黄色、红色等，完全解理，玻璃光泽，与稀盐酸反应生成CO2气泡。方解石分布很广，是大理岩、石灰岩的主要矿物，常为砂岩、砾岩的胶结物，也可在基性喷出岩气孔中出现。方解石的风化主要是受含CO2的水的溶解作用，形成重碳酸盐随水流失，石灰岩地区的溶洞就是这样形成的。

（9）绿泥石　绿泥石种类多，成分变化大，结晶体呈片状、板状，一般呈鳞片状存在。暗绿色至绿黑色。完全解理，玻璃光泽至珍珠光泽。绿泥石由黑云母、角闪石、辉石变质而成。存在于变质岩中，如绿泥片岩。绿泥石较难风化，风化物为细粒。

（10）白云石　白云石呈弯曲的马鞍状、粒状、致密块状等，灰白色，有时带微黄色，玻璃光泽，性质与方解石相似，但较稳定，与冷盐酸反应微弱，只能与热盐酸反应，粉末遇稀盐酸起反应，这是与方解石的主要区别。白云石是组成白云岩的主要矿物，也存在与石灰岩中。白云石风化物是土壤Ca、Mg养分的主要来源。

（11）磷灰石　磷灰石呈致密块状、土状等，灰白、黄绿、黄褐等色，不完全解理，硬度5.0。在矿物上加钼酸铵，再加一滴硝酸即有黄色沉淀生成，这是鉴别磷灰石的主要方法。磷灰石以次要矿物存在于岩浆岩和变质岩中。磷灰石较难风化，风化产物是土壤磷养分的重要来源。

（12）石膏　石膏呈板状、块状，无色或白色，玻璃光泽，硬度2.0，是干旱炎热气候条件下的盐湖沉积。常作为土壤改良剂。

总之，矿物质作为构成土壤的基本物质，又是植物矿物营养的源泉，是全面影响土壤肥力高低的一个重要因素。土壤中的矿物质来自岩石的风化物，而岩石又是由矿物质组成的，不同的矿物质构成不同的岩石。不同的岩石经过风化作用，形成土壤的矿物质，所以矿物能影响土壤的理化性质和土壤养分状况，同时，土壤矿物对体系中污染物的分布与迁移转化有重要的影响。

（三）土壤矿物质的环境生态意义

（1）提供植物、微生物等土壤生物体生命活动所需的营养元素　土壤矿物质按其含量的高低分为常量元素与微量元素，其含量和性质会决定土壤中生物体生命活动的强弱。

（2）造成土壤元素背景值差别　矿物质含量高低是决定土壤元素背景值的内在因素，其决定的不同地区土壤环境中元素的丰缺可能会造成天然的水土病，属于环境健康领域的重要研究内容。另外，土壤原有矿物质含量与人为或自然源对土壤环境的输入相结合，共同影响土壤环境中各元素的含量高低，对土壤生态环境质量共同造成影响。

（3）影响土壤修复技术的选择　土壤中铁、锰等作为固有的矿物质组分，不作为土壤污染物进行调控，同时还可影响土壤修复技术的选择，如选择化学氧化技术则高锰酸钾作氧化剂时其被还原产生的MnO2不会成为土壤的二次污染物，同样含铁化合物可以作为芬顿氧化体系的添加剂而不对土壤产生二次污染。

二、土壤有机质

土壤有机质是土壤发育过程的重要标志，对土壤性质影响重大，是土壤固相的重要组成成分之一。广义上，土壤有机质是指各种形态存在于土壤中的所有含碳的有机物质，包括土壤中的各种动、植物残体，微生物及其分解和合成的各种有机物质。狭义上，土壤有机质一般是指有机残体经微生物作用形成的一类特殊、复杂、性质比较稳定的高分子有机化合物（腐殖酸）。

土壤有机质是土壤固相的组成成分，一般占到土壤总重的5%左右。尽管有机质含量只占固相总量的很小一部分，但它对土壤的形成与发育、土壤肥力、环境保护及农林业可持续发展等方面都有着极其重要的意义。一方面，它含有植物生长需要的各种元素，也是土壤微生物活动的能量来源，对土壤物理、化学和生物学性质都有着深远的影响。另一方面，土壤有机质对重金属、农药等各种有机、无机污染物的行为都有显著的影响。而且土壤有机质对全球碳平衡起着重要的作用，被认为是影响全球温室效应的重要因素。

（一）土壤有机质的来源

1.微生物

微生物是最早出现在母质中的有机质，虽然这部分来源相对较少，但微生物是最早的土壤有机质来源，也是土壤发育过程中的重要作用因素。

2.植物

地面植被残落物和根系是土壤有机质的主要来源，如树木、灌丛、草类及其残落物，每年都向土壤提供大量有机残体，对森林土壤尤为重要。森林土壤相对农业土壤而言具有大量的凋落物和庞大的树林根系等特点。我国林业土壤每年归还土壤的凋落物干物质量按气候植被带划分，从高到低依次为热带雨林、亚热带常绿阔叶林和落叶阔叶林、暖温带落叶阔叶林、温带针阔混交林、寒温带针叶林。热带雨林凋落物干物质量可达16700kg/（km2·a），而荒漠植物群落物干物质量仅为530kg/（km2·a）。

3.动物

蚯蚓、蚂蚁、鼠类、昆虫等的残体和分泌物，亦是土壤有机质的来源之一，这部分来源虽然很少，但对土壤有机质的转化也是非常重要的。

4.施入土壤的有机类物质

人为施入土壤中的各种有机肥料（厩肥、堆沤肥、腐殖酸肥料、污泥以及土杂肥等），工农业和生活废渣等土壤添加物或改良剂，还有各种微生物制品等，对土壤尤其是现代农业土壤中有机质的改变有重要的影响。

5.进入土壤的有机污染物

通过人为与自然途径进入土壤环境的有机污染物如石油烃类、氯代烃、POPs等也是土壤有机质来源的特殊种类。尤其对于污染严重的土壤样品，有机污染物可能是土壤有机质的主要来源。如有研究表明，我国油田开发造成的落地原油可使个别地区土壤中石油烃含量达到10%，由此带来土壤有机质含量达到15%以上。

（二）土壤有机质的组成

1.物质组成

土壤有机质主要包括以下几个部分。

（1）未分解的动植物残体　它们仍保留着原有的形态等特征。

（2）分解的有机质　经微生物的分解，已使进入土壤中的动、植物残体失去了原有的形态等特征。有机质已部分或全部分解，并且相互缠结，呈褐色。包括有机质分解产物和新合成的简单有机化合物。

（3）腐殖质　特殊性有机质，指有机质经微生物分解后再合成的一种褐色或暗褐色的大分子胶体物质。与土壤矿物质土粒紧密结合，是土壤有机质存在的主要形态类型，占土壤有机质总量的85%～90%。

2.化学组成

各种动、植物残体的化学成分和含量因动植物种类、器官、年龄等不同而有很大的差异。一般情况下，动植物残体主要的有机化合物有碳水化合物、木质素、蛋白质、树脂、蜡质等。

（1）碳水化合物　碳水化合物是土壤有机质中最重要的有机化合物，碳水化合物的含量大约占有机质总量的15%～27%，包括糖类、纤维素、半纤维素、果胶质、甲壳质等。

糖类有葡萄糖、半乳糖、六碳糖、木糖、阿拉伯糖、氨基半乳糖等。虽然各土类间植被、气候条件等差异悬殊，但上述各糖的相对含量都很相近，在土壤剖面分布上，无论绝对含量或相对含量均随深度而降低。

纤维素和半纤维素为植物细胞壁的主要成分，木本植物残体含量较高，两者均不溶于水，也不易化学分解和微生物分解，是土壤有机质中性质较稳定的部分。

（2）木质素　木质素是木质部的主要组成部分，是一种芳香性的聚合物，较纤维素含有更多的碳。木质素在林木中的含量约占30%，木质素的化学构造尚未完全清楚，关于木质素中是否含氮的问题目前尚未阐明。木质素作为土壤有机质中最稳定的组分，难被细菌分解，但在土壤中可不断被真菌、放线菌所分解。14C研究指出，有机物质的分解顺序为：葡萄糖>半纤维素>纤维素>木质素。

（3）含氮化合物　动植物残体中主要含氮物质是蛋白质，它是构成原生质和细胞核的主要成分，在各植物器官中的含量变化很大，见表2.2。

蛋白质由各种氨基酸构成，其蛋白质的平均氮含量为10%，其主要组成元素除此之外为碳、氢、氧，某些蛋白质还含有硫（0.3%～2.4%）或磷（0.8%）。

一般含氮化合物易为微生物分解，生物体中常有一少部分比较简单的可溶性氨基酸可为微生物直接吸收，但大部分的含氮化合物需要经过微生物分解后才能被利用。

（4）脂溶性物质　树脂、蜡质、脂肪等有机化合物均不溶于水。而溶于醇、醚及苯中，都是复杂的化合物。

脂溶性物质有很多种，主要都是多元酚的衍生物，易溶于水，易氧化，与蛋白质结合形成不溶性的，不易腐烂的稳定化合物。木本植物木材及树皮中富含脂溶性物质，而草本植物及低等生物中则含量很少。

（三）土壤有机质的含量

土壤学中把耕层土壤有机质含量在20%以上土壤称有机质土壤，20%以下土壤则为矿质土壤。

土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关，如表2.3和表2.4所列，草甸土可高达20%或30%以上，但漠境土和砂质土壤不足0.5%。目前，我国土壤有机质含量普遍偏低，耕层有机质大多数在5%以下，东北土壤有机质较多，华北、西北大多在1%左右，个别1.5%～3.5%，旱地土壤有机质也较少。

（四）土壤腐殖质

除未分解的动、植物组织和土壤生命体等以外的土壤中有机化合物的总称。土壤腐殖质不是一种纯化合物，而是代表一类有着特殊化学和生物特性、构造复杂的高分子化合物。由此可知，腐殖质是土壤中有机物存在的一种特殊形式，是土壤有机质存在的主要形态。土壤腐殖质作为与土壤矿物质主体结合紧密的部分，其提取和分析难度较大，很难对其化学组分进行分析。因此，通常按其提取的难易进行人为操作定义上的划分，将土壤腐殖质物质分为胡敏酸、富啡酸和胡敏素3个组分。其相对分子质量常在几至几百万之间变动，一般情况下，土壤腐殖质中富啡酸平均相对分子质量最小，胡敏素平均相对分子质量最大，而胡敏酸则处于二者之间。

腐殖质作为土壤有机胶体的主体，对土壤的吸附性、稳定性等具有重要的影响。腐殖质吸水能力很强，对于保持土壤水分含量有一定作用；由于腐殖质中含有羧基、酚羟基、醚基、酮基等多种酸性、中性及碱性官能团，使其表现出多种性质，如离子交换、对金属离子的配位作用、氧化-还原性及生理活性等。可见，腐殖质不仅是土壤养分的主要来源，而且对土壤的物理、化学和生物学性质都有重要影响，是重要的土壤肥力指标。

（五）土壤有机质的转化

土壤有机质在水分、空气和土壤生物的共同作用下，发生极其复杂的转化过程，这些过程综合起来可归结为两个对立的过程，即土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程。

1.矿质化过程

土壤有机质在生物作用下，分解为简单的无机化合物二氧化碳、水、氨和矿质养分（磷、硫、钾、钙、镁等简单化合物或离子），同时释放出能量的过程。

土壤有机质的矿化过程分为化学的转化过程、动物的转化过程和微生物的转化过程。有机化合物进入土壤后，一方面在微生物酶的作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放出二氧化碳、水和能量，所含氮、磷、硫等营养元素在一系列特定反应后，释放成为植物可利用的矿质养料，同时释放出能量。这一过程为植物和土壤微生物提供了养分和活动能量，并直接或间接地影响着土壤性质，同时也为合成腐殖质提供了物质基础。

（1）化学的转化过程　降水可将土壤有机质中可溶性的物质淋出。这些物质包括简单的糖、有机酸及其盐类、氨基酸、蛋白质无机盐等。约占5%～10%水溶性物质淋溶的程度决定于气候条件（主要是降水量）。淋溶出的物质可促进微生物生长增殖，从而促进其残余有机物的分解。此过程对森林土壤尤为重要，因森林常有下渗水流可将地表有机质（枯落物）中可溶性物质带进地下供林木根系吸收。

（2）动物的转化过程　从原生动物到脊椎动物，大多数以植物及植物残体为食。在森林土壤中，生活着大量的各类动物，如温带针阔混交林下每公顷蚯蚓可达258万条，可见动物对有机质的转化起着极为重要的作用。

机械转化：动物将植物或残体碎解，或将植物残体进行机械的搬迁及与土粒混合，可促进有机物被微生物分解。

化学转化：经过动物吞食的有机物（植物残体）中未被动物吸收的部分，经过肠道，以排泄物或粪便的形式排到体外，此类分解或半分解过程促进了有机质的转化。

（3）微生物的转化过程　土壤有机质的微生物的转化过程是土壤有机质转化的最重要、最积极的进程。

①微生物对不含氮有机物的转化。不含氮的有机物主要指碳水化合物，主要包括糖类、纤维素、半纤维素、脂肪、木质素等。其中，单糖简单易分解，而多糖类则较难分解；淀粉、半纤维素、纤维素、脂肪等分解缓慢，木质素最难分解，但在表性细菌的作用下可缓慢分解。

葡萄糖在好气条件下，在酵母菌和醋酸细菌等微生物作用下，生成简单的有机酸（醋酸、草酸等）、醇类、酮类。这些中间产物在空气流通的土壤环境中继续氧化，最后完全分解成二氧化碳和水，同时放出热量。

②微生物对含氮有机物的转化。土壤中含氮有机物可分为两种类型：一是蛋白质型，如各种类型的蛋白质；二是非蛋白质型，如几丁质、尿素和叶绿素等。土壤中含氮有机物在土壤微生物的作用下，最终分解为无机态氮（N-N和N-N）。

③微生物对含磷有机物的转化。土壤有机态的磷经微生物作用，分解为无机态可溶性物质后，才能被植物吸收利用。

土壤表层有26%～50%的磷是以有机磷状态存在的，主要有核蛋白、核酸、磷脂、核素等，这些物质在多种腐生性微生物作用下，分解的最终产物为正磷酸及其盐类，可供植物吸收利用。在嫌气条件下，很多嫌气性土壤微生物能引起磷酸还原作用，产生亚磷酸，并进一步还原成磷化氢。

④微生物对含硫有机物的转化。土壤中含硫的有机化合物如含硫蛋白质、胱氨酸等，经微生物的腐解作用产生硫化氢。硫化氢在通气良好的条件下，在硫细菌的作用下氧化成硫酸，并和土壤中的盐基离子生成硫酸盐，不仅消除硫化氢的毒害作用，而且能成为植物易吸收的硫养分。

在土壤通气不良条件下，已经形成的硫酸盐也可以还原成硫化氢，即发生反硫化作用，造成硫素散失，当硫化氢积累到了一定程度时，对植物根素有毒害作用，应尽量避免。

另外，土壤酶在有机质转化过程中亦具有重要的作用。土壤中的酶的来源有三个方面：一是植物根系分泌酶；二是微生物分泌酶；三是土壤动物区系分泌释放酶。土壤中已发现的酶有50～60种。研究较多的有氧化还原酶、转化酶和水解酶等。酶是有机体代谢的动力，因此，可以想象酶在土壤有机质转化过程中所起的巨大作用。

综上，进入土壤的有机质是由不同种类的有机化合物组成，即有一定生物构造的有机整体。其在土壤中的分解和转化过程不同于单一有机化合物，表现为整体性的动力学特点。植物残体中各类有机化合物的大致含量范围是：可溶性有机化合物（糖分、氨基酸）5%～10%，纤维素15%～60%，半纤维素10%～30%，蛋白质2%～15%，木质素5%～30%。它们的含量差异对植物残体的分解和转化有很大影响。

2.腐殖化过程

土壤腐殖质的形成过程称为腐殖化作用。腐殖化作用是一系列极其复杂过程的总称，其中主要是由微生物为主导的生化过程，但也可能有一些纯化学的反应。整个作用现在还很不清楚，近年的研究虽提供了一些新的论据，但均非定论。目前，一般的看法是，腐殖化作用可分为两个阶段。

第一阶段，产生腐殖质分子的各个组成成分。如多元酚、氨基酸、多肽等有机物质。

第二阶段，由多元酚和含氮化合物缩合成腐殖质单体分子。此缩合过程，首先是多元酚在多酚氧化酶作用下氧化为醌；然后醌和含氮化合物（氨基酸）缩合，最后腐殖质单体分子继续缩合成高级腐殖质分子。

土壤有机质转变为腐殖质的过程，可用腐殖化系数表示：

　　（2.1）

矿化与腐殖化作为土壤环境中有机物在微生物作用下相反的两个变化方向，二者共同决定了有机物在土壤中的变化方向与最终产物。在土壤有机污染物的微生物降解过程中，更需要关注腐殖化对有机物的作用，尤其是腐殖化带来的转化中间产物的络合及相互作用，对土壤环境的毒理学特性可能产生重要的影响，对有机污染土壤生物修复技术的评估具有重要的意义，是有机污染土壤体系中物质迁移转化过程的重要因素。

3.影响土壤有机质转化的因素

（1）土壤特性　气候和植被在较大范围内影响土壤有机质的分解和积累，而土壤质地在局部范围内影响土壤有机质的含量。

（2）土壤pH值　土壤pH值通过影响微生物的活性而影响有机质的降解。大多数细菌活动的最适pH在中性附近（pH=6.5～7.5），放线菌的最适pH略偏碱，真菌则最适于酸性条件下（pH=3～6）活动。pH值过低（<5.5）或过高（>8.5）对一般的微生物都不大适宜。

（3）土壤温度　0℃以下，有机质分解速率很小；0～35℃ ，提高温度可促进有机质的分解，温度每升高10℃，土壤有机质最大分解速率提高2～3倍；一般土壤微生物最适宜的温度范围约为25～35℃，超过这一范围，微生物的活动会受到明显的抑制，从而使微生物主导下的有机质分解速率降低。

（4）土壤水分和通气状况　土壤微生物的活动需要适宜的含水量，但过多水分导致进入土壤的氧气减少，从而改变土壤有机质的分解过程的产物。因此，适宜的土壤孔隙度及土壤质地是保证土壤具有综合较优的水分和通气状况的前提，从而有利于土壤中有机质的转化。

（5）植物残体的特性　新鲜多汁的有机质较干枯秸秆易于分解；有机质的细碎程度影响其与外界因素的接触面，密实有机质的分解速率比疏松有机质缓慢；有机质C/N比对其分解速率影响很大，土壤中的有机质经过微生物的反复作用后，在一定条件下，C/N或迟或早会稳定在一定的数值；S、P等作为微生物活动必需的营养元素，当缺乏时也会抑制土壤有机质的分解。

（六）土壤有机质的作用及其环境生态意义

1.土壤有机质的作用

（1）植物营养的主要来源　有机质含有极为丰富的氮、磷、钾和微量元素，可为植物生长提供营养元素。有机质分解后产生的二氧化碳是供给植物光合作用的原料，是生态系统初级生产力的基础。

（2）刺激根系的生长　腐殖质物质可在很稀的浓度（10-6～10-3）下以分子态进入到植物体，可刺激根系的发育，促进植物对营养物质的吸收。

（3）改善土壤的物理状况　促进土壤团粒结构的形成，是良好的土壤胶结剂。

（4）具有高度保水、保肥能力　腐殖质是一种土壤胶体，有巨大的比表面积，有巨大的吸收代换能力。黏土颗粒的吸水率为50%～60%，而腐殖质的吸水率为500%～600%，是目前土壤改良中常用的保水、保肥剂。

（5）具有络合作用　腐殖质能和磷、铁、铝离子形成络合物或螯合物，避免难溶性磷酸盐的沉淀，提高有效养分的数量。另外，腐殖质还可通过络合，螯合等作用对重金属进行固定，在土壤和底泥等介质的修复中近年得到了应用。

（6）促进微生物的活动　为微生物提供营养物质。

（7）提高土壤温度的作用　有机质为暗色物质，一般是棕色到黑褐色，吸热能力强，可改善土壤热状况。

2.土壤有机质的环境生态意义

基础土壤学中重点关注土壤有机质在土壤肥力保持及其影响等方面的作用，而环境土壤学则更看重土壤有机质的生态与环境效应。

（1）有机质对农药等有机污染物的固定作用　土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲和力，对有机污染物在土壤中的生物活性、残留、生物降解、迁移和蒸发等过程有重要的影响；极性有机污染物可以通过离子交换、氢键、范德华力、配位体交换、阳离子桥等各种不同机理与土壤有机质结合；对于非极性有机污染物则可以通过分配机理与之结合；可溶性腐殖质能增加农药从土壤向地下水的迁移；腐殖物质还能作为还原剂改变农药的结构；一些有毒有机化合物与腐殖物质结合后，可使其毒性降低或消失。

（2）有机质对重金属的固定与吸附　土壤环境体系中，土壤有机胶体腐殖质会与金属元素形成腐殖物质-金属离子复合体，从而固定和吸附一定量的重金属离子，对土壤中重金属离子的毒性和生物有效性有重要的影响；同时，重金属离子的存在形态也受腐殖物质的配位反应和氧化还原反应的影响，从而影响土壤溶液体系中重金属离子的浓度，对其迁移和转化产生一定的影响。有机质除对土壤体系中重金属的作用外，腐殖酸对无机矿物也有一定的溶解作用，对土壤环境的营养水平、物质迁移等均有一定的影响。

（3）土壤有机质对全球碳平衡的影响　土壤有机质是全球碳平衡过程中非常重要的碳库，土壤有机质的总碳量在（14～15）×1017g，约为陆地生物总碳量的2.5～3倍；每年因土壤有机质分解释放到大气的总碳量为68×1015g，而全球每年因焚烧燃料释放到大气的碳仅为6×1015g，是土壤呼吸作用释放碳量的8%～9%。从全球看，土壤有机碳水平的变化，对全球气候变化的影响不亚于人类活动向大气排放的影响。

三、土壤水溶液

土壤液相作为充填在固相物质孔隙中的重要部分，包括土壤水分和溶解在水相体系的无机离子、有机组分等，是土壤的重要组成部分之一。它在土壤形成过程中起着极其重要的作用，因为形成土壤剖面的土层内各种物质的转移，主要是以溶液的形式进行的，也就是说，这些物质随同液态土壤水一起运动。同时，土壤水分在很大程度上参与了土壤内进行的许多物质的迁移转化过程，如矿物质风化、有机化合物的合成和分解等。不仅如此，土壤水是作物吸水的最主要来源，它也是自然界水循环的一个重要环节，处于不断地变化和运动中，势必影响到作物的生长和土壤中许多化学、物理和生物学过程。

（一）土壤水的类型和性质

土壤学中的土壤水是指在一个大气压下，在105℃条件下能从土壤中分离出来的水分（图2.2）。土壤中液态水数量最多，与植物的生长关系最为密切。液态水类型的划分是根据水分受力的不同来划分的，这是水分研究的形态学观点。在土壤学中，一般按照存在状态将土壤液态水大致分为如下几种类型。

1.吸湿水

干土从空气中吸着水汽所保持的水称为吸湿水。把烘干土放在常温、常压的大气之中，土壤的重量逐渐增加，直到与当时空气湿度达到平衡为止，并且随着空气湿度的高低变化而相应的作增减变动。

土壤的吸湿性是由土粒表面的分子引力作用所引起的，一般来说，土壤中吸湿水的多少，取决于土壤颗粒表面积大小和空气相对湿度。由于这种作用力非常大，最大可达一万个大气压，所以植物不能利用此水，称之为紧束缚水。

2.膜状水

土粒吸足了吸湿水后，还有剩余的吸引力，可吸引一部分液态水成水膜状附着在土粒表面，这种水分称为膜状水。

重力不能使膜状水移动，但其自身可从水膜较厚处向水膜较薄处移动，植物可以利用此水。但由于这种水的移动非常缓慢（0.2～0.4mm/d），不能及时供给植物生长需要，植物可利用的数量很少。当植物发生永久萎蔫时，往往还有相当多的膜状水。

3.毛管水

毛管水属于土壤自由水的一种，其产生主要是土壤中毛管力吸持的结果。根据土层中地下水与毛管水是否相连，可分为毛管悬着水和毛管上升水两类。

4.重力水

降水或灌溉后，不受土粒和毛管力吸持，而在重力作用下向下移动的水，称为重力水。植物能完全吸收重力水，但由于重力水很快就流失（一般两天就会从土壤中移走），因此利用率很低。

5.地下水

在土壤中或很深的母质层中，具有不透水层时，重力水就会在此层之上的土壤孔隙中聚积起来，形成水层，这就是地下水，即狭义地下水，指的是含水层中可以运动的饱和地下水，而广义的地下水则是包括所有地面以下，赋存于土壤和岩石空隙中的水。地下水往往具有水质好、分布广、便于开采等特征，是生活饮用水、工农业生产用水的重要水源。

在干旱条件下，土壤水分蒸发快，如地下水位过高，就会使水溶性盐类向上集中，使含盐量增加到有害程度，即所谓的盐渍化；在湿润地区，如地下水位过高，就会是土壤过湿，植物不能生长，有机残体不能分解，形成沼泽化。

（二）土壤水分含量及其有效性

1.土壤水分含量

土壤水分含量，又称土壤含水量、土壤湿度，有时也称之为土壤含水率，是表征土壤水分状况的重要指标。

（1）土壤质量含水量　土壤质量含水量即土壤中水分的质量与干土的比例，又称为重量含水量。土壤质量含水量相当于对于干燥无水的土壤颗粒中添加水分，其水分所占的干土的比例。其计算公式为：

　　（2.2）

式中，“干土”指的是在105℃条件下烘干的土壤，是计算土壤质量含水量的通用基准。值得注意的是，环境土壤学、污染土壤修复等相关领域关于水分含量、污染物含量、营养物含量等很多表示含量和浓度的公式及内容，经常用干土作为基准，以去除土壤水分含量对各指标的影响，以便于统一和比较。

（2）土壤容积含水量　土壤容积含水量为土壤总容积中水分所占的比例，又称容积湿度。它表示土壤中水分占据土壤孔隙的程度和比例，可度量土壤孔隙中水分与空气含量相对值。其计算公式为：

　　（2.3）

2.土壤水分的有效性

土壤水分的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度。不能被植物吸收利用的水称为无效水，能被植物吸收利用的水称为有效水。

土壤学中水分的有效范围主要是土壤萎蔫系数至田间持水量间的水分，其中土壤萎蔫系数是指植物发生永久萎蔫时土壤中尚存留的水分含量，它用来表明植物可利用土壤水的下限，土壤含水量低于此值，植物将枯萎死亡。而田间持水量是指在地下水较深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允许水分充分下渗，并防止其水分蒸发，经过一定时间，土壤剖面所能维持的较稳定的土壤水含量（土水势或土壤水吸力达到一定数值），是大多数植物可利用的土壤水上限。土壤萎蔫系数和田间持水量与土壤性质密切，一般情况下：黏土>壤土>砂土。因此，土壤最大有效水分含量即为田间持水量与土壤萎蔫系数的差值（图2.3）。

3.影响土壤水分状况的因素

（1）气候　降雨量和蒸发量是两个相互矛盾的重要因素，在一定条件下，难以人为控制。因此，气候可以从宏观上影响甚至决定土壤的水分。

（2）植被　植被的蒸腾消耗土壤的水分，而植被可以通过降低地表径流来增加土壤水分。

（3）地形和水文条件　地形和水文条件作为间接生态因子，通过保持水分的难易等影响土壤的水分含量。地形地势的高低，影响土壤的水分。在园林绿化生产中，要注意平整土地。对易遭水蚀的地方，要注意修成水平梯田。在植物修复过程中，也可参考进行大田实验，以保证土壤的水分。

（4）土壤的物理性质　土壤质地、土壤结构、土壤密实度、有机质含量都对土壤水分的入渗、流动、保持、排除以及蒸发等，产生重要的影响。在一定程度上，决定着土壤的水分状况。与气候因素相比，土壤物理性质是比较容易改变的而且是行之有效的。

（5）人为影响　主要是通过灌溉、排水等措施，调节土壤的水分含量。

（6）污染物含量及组成　通过各种人类活动等途径进入土壤环境体系的污染物特别是有机污染物由于其辛醇-水分配系数高，憎水性强，较易吸附于土壤颗粒或滞留在土壤孔隙中阻碍土壤颗粒上水分的吸附和土壤孔隙中水分的吸持与通透，从而降低土壤水分的含量。图2.4为油田区污染土壤中水分含量与土壤石油烃含量的关系。

在受石油烃污染的土壤样品中，当含油量超过8%时，土壤含水率一般不超过5%；土壤含油量低于8%时，含水率则随油田区气候条件、土质等因素的变化而具有差异性。

四、土壤气体

（一）土壤气体的数量与组成

土壤气体作为土壤的重要组成之一，对土壤微生物活动、营养物质、土壤污染物质的转化以及植物的生长发育都有重要的作用。土壤气体来源于大气，但组成上与大气有差别，近地表差别小，深土层差别大。土壤气体与大气组成的关系参见表2.5。由于土壤生物（根系、土壤动物、土壤微生物）的呼吸作用和有机质的分解等原因，土壤气体的CO2含量一般高于大气，约为大气含量的5～20倍；同时，由于生物消耗，土壤气体中的O2含量则明显低于大气。土壤通气不良时，或当土壤中的新鲜有机质状况以及温度和水分状况有利于微生物活动时，都会进一步提高土壤气体中CO2的含量和降低O2的含量。同时，当土壤通气不良时，微生物对有机质进行厌氧性分解，产生大量的还原性气体，如CH4、H2S等，而大气中一般还原性气体极少。此外，在土壤气体的组成中，经常含有与大气污染相同的污染物质。土壤气体和组成不是固定不变的，土壤气体与土壤水分同时存在于土体孔隙内，在一定容积的土壤中，在孔隙度不变的情况下，两者所占的容积比数量，土壤气体随土壤水分而变化，而且呈相应的消长关系。

（二）土壤气体的运动

土壤气体的运动又称为土壤气体更新，指的是土壤气体与近地层大气的交换过程。

1.土壤气体的对流

土壤气体的对流是指土壤与大气间由总压力梯度推动的气体的整体流动，也称为质流。土壤与大气间的对流总是由高压区向低压区流动。

土壤气体对流可以下式描述：

　　（2.4）

式中　qv——空气的容积对流量（单位时间通过单位横截面积的空气容积）；

k——为通气孔隙透气率；

η——土壤气体的黏度；

∇p——土壤气体压力的三维梯度；

负号表示方向。

2.土壤气体的扩散

扩散是促使土壤与大气间气体交换的最重要物理过程。在此过程中，各个气体成分按照它们各自的气压梯度而流动。由于土壤中的生物活动总是使O2和CO2的分压与大气保持差别，所以对O2和CO2这两种气体来说，扩散过程总是持续不断进行的。因此，土壤学中把这种土壤从大气中吸收O2，同时排出CO2的气体扩散作用，称为土壤呼吸。

土壤气体扩散的速率与土壤性质的关系可用Penman公式表示：

　　（2.5）

式中　dp/dt——扩散速率（p为气体扩散量，t为时间）；

Do——气体在大气中的扩散系数；

A——气体通过的截面积；

S——土壤孔隙度；

Le——空气通过的实际距离；

p1、p2——分别为在距离Le两端的气体分压；

β——比例常数。

上式说明土壤气体的扩散速率与扩散截面积中的空隙部分的面积（AS）以及分压梯度成正比，与空气通过的实际距离成反比。因此，土壤大孔隙的数量、连续性和充分程度是影响气体交换的重要条件。土壤大孔隙多，互相连通而又未被充水，就有利于气体的交换。但如果土壤被水所饱和或接近饱和，这种气体交换就难以进行。

（三）土壤通气性的生态和环境意义

1.对植物的直接影响

土壤气体为植物的呼吸作用提供必需的氧气。在通气良好的条件下，土壤中的根系长、颜色浅、根毛多，根的生理活动旺盛。缺氧时，根系短而粗、色暗、根毛大量减少，生理代谢受阻。当土壤气体中氧的浓度低于9%～10%时，根系发育就受到影响。低于5%时，大部分的植物根系就会停止发育。

2.对土壤微生物生命活动和养分转化的影响

通气良好时，好气微生物活动旺盛，有机质分解迅速、彻底，植物可吸收利用较多的速效养分；通气不良时，有机质分解和养分释放慢，还会产生有毒的还原物质（如硫化氢等）。

3.对土壤中污染物迁移转化的影响

土壤气体可以为微生物、植物、原生动物等污染物生物转化的功能主体提供生命活动必需的氧气，影响甚至决定其生命活动水平，从而改变土壤中污染物的生物转化与降解周期。如污染土壤生物修复过程中，通气可在一定程度上提高有机污染物的生物降解速率。

五、土壤生物

土壤生物作为土壤生态系统的核心部分，其数量、活性、种群组成、多样性构成了土壤发育及其特点的核心要素。同时，在污染土壤生物修复过程中作为功能主体，其区系组成更是决定了土壤环境体系中污染物的去除效率和机制。土壤生物主要包括土壤动物、土壤微生物及高等植物根系。

（一）土壤动物及其生态环境意义

土壤动物指长期或一生中大部分时间生活在土壤或地表凋落物层中的动物。它们直接或间接地参与土壤中物质和能量的转化，是土壤生态系统中不可分割的组成部分。土壤动物通过取食、排泄、挖掘等生命活动破碎生物残体，使之与土壤混合，为微生物活动和有机物质进一步分解创造了条件。土壤动物活动使土壤的物理性质（通气状况）、化学性质（养分循环）以及生物化学性质（微生物活动）均发生变化，对土壤形成及土壤肥力发展起着重要作用。近年，随着土壤动物在环境生态毒理学分析中的应用，其对生态环境的指示乃至修复功能也受到了关注。

1.原生动物

原生动物是生活于土壤和苔藓中的真核单细胞动物，属原生动物门，相对于原生动物而言，其他土壤动物门类均为后生动物。原生动物结构简单、数量巨大，只有几微米至几毫米，而且一般每克土壤中有104～105个原生动物，在土壤剖面上分布为上层多，下层少。已报道的原生动物有300种以上，按其运动形式可把原生动物分为3类：①变形虫类（靠假足移动）；②鞭毛虫类（靠鞭毛移动）；③纤毛虫类（靠纤毛移动）。从数量上以鞭毛虫类最多，主要分布在森林的枯落物层；其次为变形虫类，通常能进入其他原生动物所不能到达的微小孔隙；纤毛虫类分布相对较少。原生动物以微生物、藻类为食物，在维持土壤微生物动态平衡上起着重要作用，可使养分在整个植物生长季节内缓慢释放，有利于植物对矿质养分的吸收。

2.土壤线虫

线虫属线形动物门的线虫纲，是一种体形细长（1mm左右）的白色或半透明无节动物，是土壤中最多的非原生动物，已报道种类达1万多种，每平方米土壤的线虫个体数达105～106条。线虫一般喜湿，主要分布在有机质丰富的潮湿土层及植物根系周围。线虫可分为腐生型线虫和寄生型线虫，前者的主要取食对象为细菌、真菌、低等藻类和土壤中的微小原生动物。腐生型线虫的活动对土壤微生物的密度和结构起控制和调节作用，另外通过捕食多种土壤病原真菌，可防止土壤病害的发生和传播。寄生型线虫的寄主主要是活的植物体的不同部位，寄生的结果通常导致植物发病。线虫是多数森林土壤中湿生小型动物的优势类群。

3.蚯蚓

土壤蚯蚓属环节动物门的寡毛纲，是被研究最早（自1840年达尔文起）和最多的土壤动物。蚯蚓体圆而细长，其长短、粗细因种类而异，最小的长0.44mm，宽0.13mm；最长的达3600mm，宽24mm。身体由许多环状节构成，体节数目是分类的特征之一，蚯蚓的体节数目相差悬殊，最多达600多节，最少的只有7节，目前全球已命名的蚯蚓大约有2700多种，中国已发现有200多种。蚯蚓是典型的土壤动物，主要集中生活在表土层或枯落物层，因为它们主要捕食大量的有机物和矿质土壤，因此有机质丰富的表层，蚯蚓密度最大，平均最高可达每平方米170多条。土壤中枯落物类型是影响蚯蚓活动的重要因素，不具蜡层的叶片是蚯蚓容易取食的对象（如榆、柞、椴、槭、桦树叶等），因此，此类树林下土壤中蚯蚓的数量比含蜡叶片的针叶林土壤要丰富得多（柞树林下，每公顷294万条蚯蚓，而云杉林下仅每公顷61万条）。蚯蚓通过大量取食与排泄活动富集养分，促进土壤团粒结构的形成，并通过掘穴、穿行改善土壤的通透性，提高土壤肥力。因此，土壤中蚯蚓的数量是衡量土壤肥力的重要指标。

土壤中主要的动物还包括蠕虫、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、蚂蚁、蜘蛛及昆虫等。

（二）土壤微生物及其生态环境意义

土壤微生物是指生活在土中借用光学显微镜才能看到的微小生物。包括细胞核构造不完善的原核生物，如细菌、蓝细菌、放线菌，和具完善细胞核结构的真核生物，如真菌、藻类、地衣等。土壤微生物参与土壤物质转化过程，在土壤形成和发育、土壤肥力演变、养分有效化和有毒物质降解等方面起着重要作用。土壤微生物种类繁多、数量巨大，其中以细菌量为最大，约占70%～90%。在每克肥土中可含25亿个细菌，70万个放线菌，40万个真菌，5万个藻类以及3万个原生动物。土壤微生物主要包括细菌、真菌、放线菌和藻类等，其特点主要是在土壤环境中数量高、繁殖快。土壤中的微生物分布十分不均匀，受空气、水分、黏粒、有机质和氧化还原物质分布的制约。另外，土壤微生物在土壤生态系统的物质循环起着重要的分解作用，具体包括分解有机质、合成腐殖质等，对土壤总的代谢活性至关重要。土壤细菌、真菌等微生物对有机污染物的降解和对重金属的转化或固定已成为土壤生物修复的重要研究内容。

由于植物残体是土壤微生物主要营养和能量的来源，因而肥沃土壤和有机质丰富的森林土壤微生物数量常较多，缺乏有机质的土壤微生物数量较少。表2.6是我国几种土壤的微生物数量。

注：引自《中国土壤》，1987。

1.土壤细菌

（1）土壤细菌的一般特点　土壤细菌是一类单细胞、无完整细胞核的生物。它占土壤微生物总数的70%～90%，每克土中100万个以上细菌。细菌菌体通常很小，直径为0.2～0.5μm，长度约几微米，因而土壤细菌所占土壤体系重量并不高，但由于其数量庞大，变异性与适应性好，故对土壤生态系统中污染物的转化有重要作用。细菌的基本形态有球状、杆状和螺旋状三种，相应的细菌种类则为球菌、杆菌和螺旋菌。

土壤细菌中与有机物转化有关的常见属有节杆菌属（Arthrobacter）、芽孢杆菌属（Bacillus）、假单胞菌属（Pseudomonas）、土壤杆菌属（Agrobacterium）、产碱杆菌属（Alcaligenes）和黄杆菌属（Flavobacterium）。

（2）土壤细菌的主要生理群　土壤中存在中各种细菌生理群，其中主要的有纤维分解细菌，固氮细菌、氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌等。它们在土壤元素循环中起着主要作用。

2.土壤真菌

土壤真菌是指生活在土壤中菌体多呈分枝丝状菌丝体，少数菌丝不发达或缺乏菌丝的具有真正细胞核的一类微生物。土壤真菌数量约为每克土含2万～10万个繁殖体，虽数量比土壤细菌少，但由于真菌菌丝体长，真菌菌体远比细菌大。据测定，每克表土中真菌菌丝体长度约10～100m，每公顷表土中真菌菌体质量可达500～5000kg。因而在土壤中细菌与真菌的菌体质量比较接近，可见土壤真菌也是构成土壤微生物生物量的重要组成部分。

土壤真菌是常见的土壤微生物，它适宜酸性，在pH值低于4.0的条件下，细菌和放线菌已难以生长，而真菌却能很好增殖。所以在许多酸性森林土壤中真菌起了重要作用。我国土壤真菌种类繁多、资源丰富，分布最广的有青霉属（Penicillium）、曲霉属（Aspergillus）、木霉属（Trichoderma）、镰刀菌属（Fusarium）、毛霉属（Mucor）和根霉属（Rhizopus）。

土壤真菌属好氧性微生物，通气良好的土壤中多，通气不良或渍水的土壤中少；土壤剖面表层多，下层少。土壤真菌为化能有机营养型，以氧化含碳有机物质获取能量，是土壤中糖类、纤维类、果胶和木质素等含碳物质分解的积极参与者。

3.土壤放线菌

土壤放线菌是指生活于土壤中呈丝状单细胞、革兰氏阳性的原核微生物。土壤放线菌数量仅次于土壤细菌，通常是细菌数量的1%～10%，每克土中有10万个以上放线菌，占了土壤微生物总数的5%～30%，其生物量与细菌接近。常见的土壤放线菌主要有链霉菌属（Streptomyces）、诺卡菌属（Nocardia）、小单胞菌属（Micromonospora）、游动放线菌属（Actinoplanes）和弗兰克菌属（Frankia）等。其中链霉菌属占了70%～90%。

土壤中的放线菌和细菌、真菌一样，参与有机物质的转化。多数放线菌能够分解木质素、纤维素、单宁和蛋白质等复杂有机物。放线菌在分解有机物质过程中，除了形成简单化合物以外，还产生一些特殊有机物，如生长刺激物质、维生素、抗菌素及挥发性物质等。

4.土壤藻类

土壤藻类是指土壤中的一类单细胞或多细胞、含有各种色素的低等植物。土壤藻类构造简单，个体微小，并无根、茎、叶的分化。大多数土壤藻类为无机营养型，可由自身含有的叶绿素利用光能合成有机物质，所以这些土壤藻类常分布在表土层中。也有一些藻类可分布在较深的土层中，这些藻类常是有机营养型，它们利用土壤中有机物质为碳营养，进行生长繁殖，但仍保持叶绿素器官的功能。

土壤藻类可分为蓝藻、绿藻和硅藻三类。蓝藻亦称蓝细菌，个体直径为（0.5～60）×10-3μm，其形态为球状或丝状，细胞内含有叶绿素a、藻蓝素和藻红素。绿藻除了含有叶绿素外还含有叶黄素和胡萝卜素。硅藻为单细胞或群体的藻类，它除了有叶绿素a、叶绿素b外，还含有β胡萝卜素和多种叶黄素。

土壤藻类可以和真菌结合成共生体，在风化的母岩或瘠薄的土壤上生长，积累有机质，同时加速土壤形成。有些藻类可直接溶解岩石，释放出矿质元素，如硅藻可分解正长石、高岭石，补充土壤钾素。许多藻类在其代谢过程中可分泌出大量黏液，从而改良了土壤结构性。藻类形成的有机质比较容易分解，对养分循环和微生物繁衍具有重要作用。在一些沼泽化林地中，藻类进行光合作用时，吸收水中的二氧化碳，放出氧气，从而改善了土壤的通气状况。

5.地衣

地衣是真菌和藻类形成的不可分离的共生体。地衣广泛分布在荒凉的岩石、土壤和其他物体表面，地衣通常是裸露岩石和土壤母质的最早定居者。因此，地衣在土壤发生的早期起重要作用。

（三）高等植物根系

高等植物根系作为土壤生物的重要组成部分，是植物吸收水分和养分的主要器官，另外土壤中的重金属、有机物等污染物亦是通过植物根系的吸收、转运到达植物地上部分，对植物的生长发育起着不可忽视的作用，同时对土壤系统中污染物的富集和去除也扮演了重要的角色，植物修复已成为目前世界范围内广泛使用的绿色生物修复技术。另外，在土壤生态系统的生成和发育过程中，植物根系和微生物、土壤动物等共同作用，在水分的参与下，形成了特定的土壤水、肥、气、热条件，对土壤的生产力和净化能力都有重要的影响。