2012年7月7日 星期六

酸性土壤

本省由於氣候高溫多雨,土壤淋洗強烈,再加上普遍實施集約耕作,使得土壤中的鹼性陽離子大量的被淋洗及被作物攝取,以及長期大量的使用產酸肥料,因此使得本省土壤酸化情形甚為普遍。根據調查顯示,本省酸性耕地土壤面積佔全耕地總面積的65 ~ 75%,而其中屬強酸性者(pH < 5.5)則佔28%,另本省100公尺以上,1000公尺以下坡地中,強酸性者即佔76%,由此可見,強酸性土壤為本省最大宗的問題土壤。


土壤酸度的特性


土壤酸鹼度(pH)可由土壤溶液中氫離子(H+)和鋁離子(Al3+)活性的高低來決定,即土壤酸鹼度(pH) = - log [H+],所以pH的高低可作為土壤酸度和鹼度的間接指標。土壤pH值愈低表示土壤愈酸。一般而言,pH每差1個單位,則土壤溶液中的氫離子(H+)濃度差10倍,譬如說,pH5的土壤,其土壤溶液中所含H+濃度為pH 6的土壤的10倍,而pH4的土壤則比pH6的土壤多含100倍的H+。依土壤溶液中所含H+Al3+的多寡,可將土壤酸度分成下列幾級:


土壤酸度的分級



































pH()



解析



分級



備註



< 4.4



極度酸性



對大部分作物而言太酸



4.5 ~ 5.0



極強酸



對大部分作物而言太酸



5.1 ~ 5.4



強酸



對許多作物而言太酸



5.5 ~ 6.0



中酸性



對部分作物而言太酸



6.1 ~ 6.5



微酸性



適合大部分作物生長



6.6 ~ 7.3



中性



適合大部分作物生長



酸性土壤的成因


1. 母質:酸性岩石由於所含之鹼性陽離子(Ca+Mg+K+Na+)量較少,故其經風化所形成的土壤,pH通常較低。


2. 降雨和淋洗:強烈的降雨和過度的淋洗,會使土壤膠體之鹼性陽離子被淋失,而遺留者多為酸性陽離子(H+Al+Mn2+),故土壤呈酸性。


3. 耕作:許多管理方式會影響酸性土壤的形成,如:


(1) 作物生長時會吸收土壤中的鹼性陽離子,一旦作物收穫且從土壤移除,相對地土壤中的鹼性陽離子亦隨之減少。


(2) 土壤沖蝕會造成鹼性陽離子的流失而助長土壤酸度的增加。


(3) 長期大量的使用產酸肥料(包括化學酸性及生理酸性肥料),常遺留酸性H+於土壤中,故助長酸性土壤的形成。本省常用之硫胺,尿素,過磷酸鈣和氯化鉀均屬產酸肥料,長期大量的使用此類肥料,會助長酸性土壤的生成。


強酸性土壤的問題所在


每一種作物都有它適宜生長的土壤pH範圍,若超出此適宜範圍,作物的正常生長將受到影響,嚴重者可能導致死亡。同時,土壤pH值的高低亦會影響土壤中植物所需養分的有效性及養分在土壤中的轉換以及根圈有益微生物的活性。強酸性土壤普見低肥力及潛存毒害物質之問題,因而使一般作物的生長和品質降低。簡言之,強酸性土壤的問題在於:


1.    除了表二所列的作物外,其他的作物的根系在強酸性下,其生長將受阻,因此根系養分及水分的吸收能力降低,繼而作物的品質和產量亦隨之降低。


2.    磷被土壤組成分(尤其是結晶或非結晶性鐵或鋁氧化物)固定量大,因而降低磷的有效性,甚至造成磷缺乏的現象。


3.    有益的鹼性陽離子(Ca2+Mg2+K+)易遭淋失,因而造成鈣、鎂和鉀缺乏的現象。


4.    鐵、鋁和錳溶出量太多,因而對作物造成毒害作用,其中又以鋁毒害為最常見者。


5.    部分微量要素(如銅、鋅和硼等)易因強烈淋洗而從土壤流失,致發生微量要素缺乏的現象。


6.    土壤中微生物活性差,致減緩部分養分(如氮、磷和硫)在土壤中之轉換,而使該等養分之有效性低。


7.    鉬溶解度低,除易發生作物之鉬缺乏外,亦將導致氮素同化作用的降低。


8.    土壤有機質含量低。


土壤

土壤


土壤是一種自然體,由數層不同厚度的土層(soil horizon)所構成,主要成分是礦物質。土壤和母質的差異主要是表現在形態特徵或物理、化學、礦物等性質。在工程方面土壤被認為是表岩屑(regolith)或是鬆動的岩石物質。這種解釋嚴格來說(或者以環境科學的角度來說)並不正確:土壤是由母質(岩石),經過風化作用後所形成的,其特性與母質不盡相同。土壤經由各種風化作用和生物的活動產生的礦物和有機物混合組成,存在著固體、氣體和液體等狀態。疏鬆的土壤微粒組合起來,形成充滿間隙的土壤,而在這些孔隙中則含有溶解溶液(液體)和空氣(氣體)。因此土壤通常被視為有三種狀態 。大部分土壤的密度為1~2 g/cm³。地球上大多數的土壤,生成時間多晚於更新世,只有很少的土壤成分的生成年代早於第三紀。


 


土壤有六大功能:


 


1.無機質、有機質的循環利用


2.生物棲息地(包含地面上及土壤層中)


3.部分生物巢穴的地基


4.水分供應、涵養及淨化


5.必須營養成分之提供


6.支持某些生物(如植物)生長


 


土壤形成條件


成土作用是由物理、化學、生物和人為過程對土壤母質的綜合效應。基岩風化產生的母質就是土壤形成的來源。土壤的形成涉及到土壤剖面中的邊界層或地面層,它們因為母質的增加,損失,改變和易位構成土壤。風化後自岩石中而來的礦物質經由許多作用交互影響,從而生成次生礦物及其他在水中溶解度不同的化合物,這些成分會隨著水或者生物活動而被帶到其他地方。土壤內部物質受到不同環境因素的改變,從而形成各種土壤獨特的外觀。在溫暖地區頻繁大雨,溼熱的氣候條件下,盡管很少有有機物質,植物仍然很快就生長在玄武岩上。植物為了在貧乏的岩石上存活,開始用特殊的營養方式維生,例如溶解鳥糞。發展中的植物根系與菌根真菌獨自或聯合,很快逐步分解了多孔熔岩並積累了有機質。但即使如此,主要的孔破碎熔巖在這個植物根上成長將可被視為土壤。土母質、地區性氣候條件、地形地貌、生物勢和時間這5個典型因素之間動態的相互作用影響了土壤的形成及演變方式,並且對土壤「生命」循環的進行方式產生影響。


 


母質構成土壤的原材料叫做母質。它包括:風化的原始基層巖;次要的從其他地點運來的輔助材料,如崩積層和沖積層;沈澱物已存在,但在其它方式混合或改變-舊土壤形成,包括泥炭或高山腐殖質的有機物;人為的材料,如垃圾填埋場或礦物廢料。  少量土壤直接地底巖破裂形成。這些土壤通常被稱為「殘積土」,並與他們的母質有大致相同的化學性質。大部分土壤源於通過風力、水力和重力被運到其他地點的材料產生。其中一些材料可能移動了數英裏或只有幾英尺。風吹材料稱為黃土,覆蓋在北美洲中西部地區和亞洲中部以及其他地點。在南北緯度,冰磧物是許多土壤的組成部分,他們在大山附近形成,是冰川冰移動的地面的產物。冰可以把巖石和大石頭打破成較小的碎片,也可以整理材料成不同尺寸。隨著冰川的冰融化,融化的水也移動和整理材料並排序、整理和從他們原始位置改變距離。土壤側面更深的區域可能有與他們沈澱的水、冰塊或風相對不變的材料。


 


土壤一般分成六層:O層是枯枝落葉層,A層是腐殖質層。E層是淋溶層。以上三層為表土層。B層是澱積層。C層是風化層。R層是岩石層。以上三層為心土層。


 


土壤來自岩石、無機物、有機物,主要由礦物質、空氣、水、有機物構成。地球表面形成 1厘米厚的土壤,約需要 300 年或更長時間。


 


「資源」是對人類可以利用而言的,因此,土壤資源是指在一定科學技術條件下和一定時間內可以為人類利用的土壤。土壤的形成與保護確保生物的生存。


 


氣候 土壤的形成極大地依賴於氣候和土壤的不同氣候帶縣顯示與眾不同的特點。溫度和濕度的影響風化和浸出。風動作沙子和其它粒子,尤其是在乾旱地區,幾乎沒有植被。的類型和數量的降水影響,土壤形成的影響的運動離子和粒子通過土壤,協助發展不同土壤剖面。季節性和每日溫度波動影響的效力,水風化母岩的物質和影響土動力學,凍融是一種情感的機制,打破了岩石和其他綜合材料。溫度和降水率影響的生物活性,化學反應速率和類型的植被覆蓋。


 


氣候土壤的形成激發的依靠氣候,不同氣候帶的土壤也顯示了有特色的特徵。溫度和水分影響到了風化和瀝濾程度。風可以移動沙子和其他碎粒,特別在很少有植物覆蓋的乾燥地區。降水的類型和數量通過土壤影響離子和粒子的移動而影響土壤形成,協助了發展不同土壤剖面。季節和日常溫度波動在母基岩物質和影響土壤動力、冰凍和融化時風化影響水的效力是一個打破岩石和其他結實物質的作用結構。溫度和降水率影響生物活動、化學反應速率和其他植物被覆的種類。


 


 


 


 


生物因素植物、動物、真菌、細菌與人類會影響土壤的形成。動物與微生物混合土壤並形成洞穴與孔隙,使得水氣語氣體能夠在土壤內移動。同樣的,植物的根系會在土壤中形成通道。其中植物的主根(taproot)能夠深入土壤數公尺,穿透許多不同土壤層,將土壤剖面中深層土壤之養分帶至上層土壤。植物的細根會再淺層土壤展開,部分的根很容易腐爛,腐爛後的殘留於土壤中的植體會加土壤中有機直的含量。微生物,其包括了真菌與細菌,可以幫助土壤儲存養分並會影響植物的根與土壤中養分化學交換。人類的活動亦會影響土壤的形成,包括藉由移除土壤的植被使得土壤被沖蝕,混合不同土壤層,使得被翻攪至上層為風化的土層開始風化,並重新開始土壤的形成過程。


 


植被也有許多不同的方式來影響土壤的形成,其可以避免雨水沖刷土壤表面防止表面徑流(surface runoff)。植物也可以遮蔽下方土壤,使土壤保持較低溫度與降低蒸發散量進而保留更多的水分。植物也會藉由蒸散作用(transpiration)來加速土壤水分的散失。植物也可以和成新的化學物質,藉此來打破或者形成土壤顆粒。植物的類型與數量是由氣候、地形、土壤特性與生物因子來決定。土壤因子包含了密度、深度、化學組成、酸鹼度(pH)、溫度與濕度,這些因子都會大幅的影響植物的類型與其生長的地點。死亡後的植物、落葉與莖在土壤中,而微生物會分解這些有機物質使其與土壤上層混合,這樣的過程亦是土壤形成過程的一部份。


 


時間時間是上述所有形成條件中必須的條件。隨著時間的推移,土壤變化特徵依賴於其他的形成因素,土壤的形成需要時間,並與其他因素的相互影響。土壤是不斷在變化的。例如,最近的洪水沉積物因為有沒有足夠的時間作用,便難以形成土壤。而表面物質被覆蓋,並且形成土壤的過程將一再循環。長時間所造成的變化及其影響使得土壤層的形成,也意味著簡單的土壤組成是罕見的。雖然土壤能夠長時間穩定,但最終生命週期的土壤,是脆弱且易受侵蝕的。儘管土壤退化和倒退是不可避免的,大部分土壤週期皆是長時間且肥沃的。


 


土壤形成因素影響其存在的土壤中,即使「穩定」的情況是持久的,有些是數百萬年。土壤表面物質被吹走或沖走。增加、減少和取代,土壤經常受到新的條件。不管是緩慢或快速的變化,取決於氣候、地貌狀況,和生物因素。


 


土層土層的命名基於土層材料的組成,這些材料反映出了土壤形成的特殊進程的持續時間。使用字母的短手記號和數字他們標記。他們對顏色、大小、質地、結構、濃度、根的數量、pH值、空隙、邊界特徵和是否有小瘤或凝固物描述和分類。任何土壤側面層沒有大部分的層隱藏在下面,土壤可能有幾個或許多層。


 


暴露的母質層有利於決定生產最初的土壤適合植物生長。有機殘留物的積聚物下生長,積累的有機層叫做森林地被物。生物有機體移植和打破有機材料,使其他植物和動物可以生活在有用的營養物中,並且足夠的時間之後,一個出眾的有機表層形式連同腐殖質叫做A層。


 


分類為了了解不同土壤之間的關系以及它的特定用途,所以把土壤分類。第一個土壤分類系統是俄羅斯科學家Dokuchaev在1880年左右開發的。它被美國和歐洲研究者修改並且開發這個系統通常使用到了1960年代。它基於土壤的特別形態取決於他們的材料和母質的觀點。在20世紀60年代,不同的分類系統開始出現,他們側重於土壤形態而不是他們的材料和母質。自那時以來,分類系統又經歷了進一步的修改。


 


排列這是土壤分類的最高級別。以後綴「sol」結束。在美國分類法中,這十個排列是:


 


新成土 (Entisol) - 主要為在土壤中缺乏由重要成土過程中任何一組所遺留下來之標誌能成為區分特徵,亦可無附屬特性。故新成土共有之獨具性質為係礦物質土壤物質並缺乏明顯的土壤化育層次,可發生於任何氣候下。缺乏化育層的理由,可能為頑固的母質;硬而緩慢溶解岩石;缺乏足夠的時間可供化育層的形成與在坡地上侵蝕速度超過土壤化育層的形成。一般言之,新成土黏粒缺乏位移情形,有機物少量聚積。


膨轉土 (Vertisol) - 此類土壤為具有規則性之土壤混攪或騷動作用及有阻止其診斷或鑑別層次發育之成土過程的標緻。又因為有土壤物質之移動作用,故其診斷或鑑別性質有很多附屬性質,例如當土壤乾時,總體密度甚高,當溼潤時導水度甚低,當土壤溼潤後再乾燥,土表有相當起伏與由於有罅隙,可使土壤甚速乾燥。膨轉土共有之獨具性質為黏粒含量高,隨水分含量變化,體積有顯著改變,在若干季節中有深寬罅隙,有斷面擦痕,幾軋地形,與楔形構造之粒團和水平層次呈某角度之傾斜。


弱育土 (Inceptisol) - 弱育土獨具之性質為在一年中有半年以上時間或有連續3個月以上時間是溫暖季節期間,土壤含有水分可有效於植物生長,有一個或一個以上曾受改變或稍具位移性質(除碳酸鹽類或無定形矽酸外)集中現象之土壤化育層次。質地細於壤質細砂土,含有若干可風化性礦物,黏粒成份具有中至高能量之陽離子保持力。弱育土除在較乾環境外,幾乎在任何環境下皆可生成,土層常較淺,且多數位於相當年輕之地表面。


旱境土 (Aridisol) - 旱境土所共有之獨具性質,為一年中有很長時期缺乏有效水分以供中性植物生長,可有一個或一個以上之土壤化育層,表土層不受腐植質之污染,而使顏色呈顯著加深,與缺乏深寬罅隙。在土壤溫度溫暖之程度足夠植物生長之大多數時間內,缺乏有效水分,與在土壤溫度高於8°C時,從不會含有效水分可連續供植物生長長達90天。旱境土為乾旱地區之主要土壤,地表處僅有少量有機碳聚積,常有大量之碳酸鹽類與黏粒聚積。


黑沃土 (Mollisol) - 黑沃土所獨具之性質為有一暗棕至黑色之披被層(Mollic epipedon),構成A與B化育層總厚之1/3或以上,或其厚度大於25cm,具有明顯構造,或當乾時呈軟的構造,在A1化育層與B化育層中其可萃取陽離子以鈣佔優勢,佔優勢之結晶性黏土礦物具有中或高陽離子交換能力,若土壤在50cm內有深寬罅隙,則在此深度以內,若干化育層中黏粒含量為<30%。


淋澱土 (Spodosol]) - 淋澱土至少在上部層序中,由支配性成土程序位移腐植質與鋁,或腐植質鋁與鐵作為無定形物質而造成之標緻。淋澱土所獨具之性質為一具高陽離子交換能量之黑色或帶紅色之無定形物質聚積的B化育層,即所謂的淋澱層(Spodic horizon)。在多數未經擾動的土壤,均有一灰白層覆蓋於B層之上。淋澱土所具有之附屬特性為溼潤或溫溼,壤質或砂質質地,有高的pH依賴交換能量及鹽基含量很少。


淋餘土 (Alfisol) - 淋餘土與極育土相較,係屬高鹽基森林土。成土過程的標誌,為有層狀結晶格子黏粒移位,鹽基不過分缺乏,常見之層序組合為具有一淡色或黑癠披被層覆蓋在一黏聚層之上。氣候環境多屬溫暖,且在植物生長季節常有3個月以上能供給中性植物有效水分。典型的淋餘土中之有機物穿透淺,有顯著的黏粒聚積,黏粒聚積層次可厚可薄,而與整個鹽基飽和度皆屬中等偏高,且整個剖面變化不大。


極育土 (Ultisol) - 極育土與淋餘土相比較,極育土屬低鹽基森林土,經強烈淋溶作用之標緻,極育土共有之獨具性質為有一黏聚層,鹽基貯藏量低,特別在較低之化育層中是如此,年平均土溫度均高於8°C。極育土一般黏粒含量有先隨深度之增加而增加,然後再降低之趨勢。陽離子交換容量大多數為中至低等,隨深度而遞減之鹽基飽和百分率係反射於植物之鹽基循環或肥料之施用。極育土分佈地區溫暖而有水分供給,故施肥可成高生產地。


氧化土 (Oxisol) - 氧化土之獨具性質為除石英外,大多數礦物皆受極度風化而成為高嶺土與游離氧化物,黏粒部份僅具有甚低活性,為壤質或黏質質地。氧化物土為發生在熱帶或亞熱帶地區,係地表有長期間之安定處之特徵性土壤,發育形成時必在溼潤氣候下。典型的氧化物土之有機碳含量高、陽離子交換能量低與黏粒含量隨深度而減少。


有機質土 (Histosol) - 有機質土所獨具性質為在上部80cm內含有甚高之有機物,一般有機物厚度在80cm內,有一半以上土層至少含有20~30%,或富含有機物之層次係停落在岩石上或岩石之粗碎塊上。此類土壤皆為由於在水中聚積,且多少曾進行分解之植物殘體所組成,但亦有若干係由森林落葉枯枝或蘚苔植物在過溼環境下與可以自由排水情形下生成。


灰燼土 (Andisols)- 灰燼土是指土壤剖面中有60%以上的厚度具有火山灰土壤性質(Andic soil properties)的土壤,通常在火山爆發後生成。灰燼土的主要特性為:(1)容積比重很低,一般為小於900公斤/立方公尺。(2)無定形物質很多,草酸可萃取鐵鋁含量多(一般大於2%)。(3)對磷酸具有強吸附力。因此灰燼土通常很輕,為強酸性土壤,施磷肥效果低。主要分布於陽明山國家公園的大部分地區,土體表面30~50cm大部分為黑色物質,中間為由安山岩風化的物質,大多呈黃棕色,底層為安山岩。


冰凍土 (Gelisols)- 冰凍土之獨具性質為生成於永遠凍結地帶(permafrost zone),其定義為土壤表層下100cm為永凍狀態,或是在表層100cm內含有永凍物質(Gelic materials)而200cm以下處於永凍狀態。


森林土壤學

 


森林土壤學是土壤科學的重要分支。近幾十年來,特別是近20多年來.森林土壤學在理論研究和林業生產實踐中取得了較大的進展,從已往巨視的認識土壤、弄清土壤的發生、分類和一些基本的理、化性質.發展到從微視頒域去揭示森林土壤的組成架構,研究森林土壤組成架構與其功能的關係,並能動地發展到合理地利用森林土壤資源,因地製宜地選擇合適的樹種,或引進外地樹種.探索在不同立地條件下如何合理地利用森林土壤資源,維護、提升森林土壤生產力的綜合逾徑,以及對低產土地的改良和利用。當今,隨著世界人口在不斷增長,耕地面積逐漸縮小,每年對木材、纖維和其它林產品的要求量在日益


增長.迫切要求合理地利用有限的森林土壤  源,提升森林土壤生產力。為此,文中從森林土壤組成、架構、性質與功能一致性這個原理出發,重點論述森林土壤的物理性質、化學性質、生物化學活性以及森林土壤微生物等方面的研究進展.闡述維護和提升森林土壤生產力的途徑。


1 森林土壤物理性質的研究


林土壤物理性質的研究,相比之下是進展較為緩慢的領域。但近幾十年來,隨著教學、物理學在土壤物理學中不斷滲透以及遙感技術和電子計算機的應用,使這個分支學科在理論探討以及生產實踐上的應用都有較快的發展。如美國和澳大和亞等國在土壤水分管理方面的研究,西歐諸國在土壤架構與在農地工作方面的研究等.


1.1 囊林土壤水分的研究


土壤水分是構成土壤肥力的重要原素之一[3],也是土壤物理學的重要研究領域用能量的觀點去研究土壤水分問題,是土壤物理研究中的重大進展。美國的物理學家Buck─ingham E.在這方面作出了傑出貢獻[?。他提出。在土壤中影響水分運動和平衡的力是守恆的,並第一次進行了土壤水分勢能的測定,確定了土壤水分含量和勢能之問的相關關系。Buckingham E.的另一個重要貢獻是,把Darcy定律延伸到對未飽和的土壤中水分運動進行研究,首先提出了土壤的電導率概念,並確定了電導率與土壤水分含量之問的相關關係。土壤水勢概念出現於60年代,70年代末引入我國,科學工作者開始用定量的、連續的能量觀點,即從熱力學、機械力學、分子動力學原理來定義土壤水分的能量狀況,代替以定性為主問斷的形態學觀點研究土壤水分的性質和狀況。水勢概念國內外已廣泛應用於林業生產實踐,其主要優點是,用統一的概念和單位說明土壤一植物一大氣連續系統中的水分關係。以及在一定條件下,隨時觀測土壤中水分動態變化狀況,而不破壞土壤。當今,以水的能量觀點去研究土壤水分,已成為近代土壤水分研究的主要趨勢。這種辦法,在森林土壤研究領域,特別是在森林土壤水分動態、水分脅迫對林術生長和代謝的影響,以及林地排水等方面已得到廣泛的應用。


用中子法測定土壤水分,被認為是用間接方法涮定土壤水分最準確、最簡捷的一種方法口︰。此法的優點是原地定位監測而不必破壞土壤,已被引入森林土壤研究之中。


1.2 土壤磁性研究


該項研究工作始於50年代,但直到70年代才進入系統化,我國學人劉孝義、俞勁炎等於70年代後期將土壤磁性研究介紹到我國。土壤磁性研究在土壤分類、改良、鑑定等方面獲得了廣泛的應用。蘇俄學人用磁性方法測定了黑鈣土的成土年齡l近1 0年來,我國對全國主要土壤的磁化率剖面作了系統測定[‘],從中了解到各種成土過程如腐殖質、潛育、富鋁化對土壤磁性消長的影響,並設想把土壤磁測數據用於土壤鑑定,或作為土壤分類指標之一。運用磁化水灌溉土壤,改良鹽鹼地或灌溉果樹,收到了較好的增產效果。目前,森林土壤生態系統的磁性研究基本上仍屬空白,有待開拓。此外。還有一個研究土壤學的現代方法,就是運用紫外沈降法對土壤顆粒成分進行分析測定[1 。主要原理是根據土壤的過磷酸鈉溶液,在吸收紫外光線時。具有特徵的沈降分散密度,透過對沈降分教密度測定,進而對顆粒的組成及含量進行分析。該分析方法主要優點;測出的結果具有很好的重現性}能測出不同粒徑的顆粒組成及含量,使土壤顆粒成分的任意分類成為可能。該方法利用超音波處理土壤溶液,使製備試樣標準化,並不破壞土壤顆粒組成。


2 森林土壤化學的研究


土壤化學是土壤科學的基礎學科,在3O年代時,土壤化學僅限於普通的土壤化學分析,後來隨著化學理論和分析技術的發展,土壤膠體化學、土壤電化學、土壤生物化學和土壤環境保護研究也相應地得到了發展。在我國,電化學方法在土壤研究中的應用已達到國際先進水準,並具有自己的特點[1]。隨著分析技術的發展。已把普婕的重量、容量分析、比色分析等提升到一個新的水準。運用原子吸收光譜、等離子發射光譜、紅外光譜、紫外光譜、核磁共振高壓液相色譜以及凝膠滲透色譜等技術,揖示森林土壤無機和有機物質的組成 結梅,特別是闡明有機物質在森林土壤中的功能。國外7O年代在農業上確定了腐殖酸類的基本架構單元,如蘇俄學人KononoBa、加拿大學人Griffith S.M.和SchnitzerM.等分別做了大量工作。作者曾研究了臥龍自然保護區5個不同植被森林土壤腐殖質具有基本相似的組成架構[5],並揭示了不同植被帶滲濾水中的可溶性有機物質主要組分的組成架構,酚和苯羧酸是其主要架構單元。近年來,研究腐殖酸類的分子架構及分子量}I起國內外很多學人的重視,腐殖酸類的應用和功能,展現了一幅新的前景。蘇俄學人正在研究腐殖酸類的固氮功能[1 ,這為人類利用空氣中搏離態氮,從理論上和實踐上揭開了新的篇章。運用紫外線分析法測定土壤中碳酸鹽礦物的組成,其測定的準確度很高[1 。熱分析方法也被廣泛地應用於對土壤中碳酸鹽的測定[1 。土壤的氧化還原性質被認為是土壤肥力和土壤形成過程的重要指標,是製定經營措旖、改良和利用土壤的重要依據[1 ,在森林土壤逸一領域中這一指標主要指示林地的排水狀況.凝膠色譜法被應用於研究土壤腐殖酸類的分級組成及腐殖酸的性質,其研究結果能較好地應用於解釋森林土壤的形成過程、肥力及土壤分佈的區域[1為了提升森林土壤的肥力和生產力,森林土壤化學重視對林木營養元素的研究。自l9世紀中期李比希(J.Von liebig)提出植物礦質營養理論以來,很多學人在森林與土壤相互影響、森林自身的生物循環、桔落物分解對土壤性質的影響嗌 ,以及森林土壤化學性質變化對森林生長、養分循環的影響諸方面做了大量的工作。在林業生產實踐之中已經逐漸地認識到,僅從大量元素的全量或常規分析的速效量去研究森林生長與營養元素之問的關係,很多問題難以得到圓滿的解釋。作者在某些二茬杉木幼齡林難成活的區域,經分析發現其土壤中N、P、K含量並不低,就是一個很好的例證。微量元素對森林生長的影響越來越引起重視,這與森林土壤中很多重要的化學回應和生物化學回應就是在微量元素參與之下進行的有著密不可分的關係。Zn、Cu、Mn、Mo、B等就是土壤中某些酵或輔酵的組成部分,其倦化作用的專一性很強,不可互相代替EIR]眾多學人在研究不同立她條件下不同樹種與土壤化學性質相互影響時,巳注意到不同樹種對土壤化學性質的特異影響和要求。作者透過對生長不良的杉木幼葉和生長良好的杉木幼葉進行對比分析,發現二茬生長不良的杉木幼葉明顯缺少Mg和P。近年來,稀土元素的應用對林木生長起到了明顯的增產效果鑑於不同樹種具有不同的生理生化特徵,對土壤中不同營養元素的需求量也不同,因此研究不同樹種在不同生長期對各種營養元素需求的動態平衡定量值[1 ,研究土壤中水、肥、氣、熱各原素與營養元素平衡、協調及其與林木生長的關係,是森林土壤化學面臨的重要課題。


3 森林土壤生物化學活性的研究


土壤生物,特別是土壤微生物,參與土壤中複雜有機物質的分解和再合成,參與N、c、S、P等的循環,使土壤成為特殊的生物一有機一無機複合體.其中很多化學回應是在酵的僵化之下進行的,因此,國際上對土壤酵活性的研究是比較活躍的.許多學人認為,生物的趨向性發展同酵促回應是聯繫在一起的。一些學人認為,酵活性水準取決於土壤微生翱有機體、動物區系、高等植物根系的生命活動產物及死細胞釋放出的內酵的總和。)(∞“ee認為,釋放酵的數量取決於生物的代謝活動.在國際上對土壤中水解酵類和氧化還原酵類活性的研究比較活躍,特 I是50年代之後,由於分子生物學的傑出成就,對土壤森林土壤研究幾十方面的進展,酵研究的發展.產生了積極的影響。許多學人發表文章和專著.論述研究各類土壤酵活性的原理和方法,酵活性在土壤發生、分類領域中的應用.土壤酵與土壤肥力以及森林生產


力之間的相互關係。許多學人認為,酵活性可以作為土壤生物活性和土壤肥力的指標,並指出評價生草灰化土壤時,應以蛋白酵和脫氧酵的總的活性為標準。rbyp“ryllo~ 和HayMOB(1977)認為,蛋白酵活性可作為診斷典型的黑鈣土有效肥力的指標。我國學人鄭宏元、張德生、周禮凱曾對土壤酵活性與土壤肥力關係進行過較多研究。余新妥等學人經研究認為,杉木人工林多代連栽產量下降、甚至栽不活,很可能是由於連栽杉木林地裡多酚氧化酵活性過高造成土壤中毒的緣故。Zhang的試驗結果表明,杉木連栽林地的土壤抽提物對杉木生長有抑制作用口。


游離氨基酸是土壤中具有生物活性的化合物,也是腐殖質的架構單元,游離氮基酸通常是作為土壤中生物循環的重要環節之一而引起科學工作者的重視[1 目前浙江林學院姜培坤等正在做這項工作,並已取得初步成果。


4 森林土壤微生物的研究


森林土壤微生物活性是土壤性質的重要組成部分,土壤微生物學的基本內容是闡明微生物在土壤物質轉化中的作用.以及與土壤肥力及林木營養的密切關係,土壤中三大類微生物數量,即細菌、放線菌和真菌的數量多少,通常是作為森林土壤生物活性高低的重要標誌之一。隨著科學的發展,把不同屬、種微生物的數量分佈,作為土壤肥力的指示[9]。在森林土壤生態的研究中,通常把芽孢杆菌、螢光杆菌以及一些有色細菌出現的數量多少,作為森林土壤肥力高低的重要標誌。在放線菌分類之中,通常認為灰色菌絲群和諾卡氏菌出現多少,是土壤肥力高低的指示;分枝杆菌出現較多,則被認為是土壤肥力較低的


指示}在真菌分類之中,通常把木霉和曲霉以較高比例出現,看作是肥力較高的指示。在森林土壤定位研究中,通常把三大類微生物數量分佈和不同種、屬微生物季節性動態變化,作為森林土壤生物活性動態變化和森林土壤生產力動態變化的重要標誌。在森林生產力較高的林地裡,通常不僅是微生物數量分佈較多,而且出現的種屬也較多。微生物區系分析廣泛地應用於對土壤生態環境質量的評價,應用於土壤衰退程度和森林生產力高低的評價。


微生物肥料的廣泛應用已有較長的歷史了,1886~1888年同,(}L Hel|reg|)應用微生物方法分離鑑定了根瘤菌,根瘤菌廣泛地應用於豆科樹種固氮,豆科樹種與楊樹混交可以有效地促進楊樹的生長。70年代發現根瘤菌能夠在榆科的Parasponia屬植物上結瘤。近年來,法蘭克氏菌廣泛地應用於非豆科樹種固氮,從而為非豆科樹種固氮開辟了新的途徑。已發現共有7個目8科24屬的幾百種植物能同法蘭克氏菌共生固氨們。據初步統計,細菌中已有100多個種被用於製作細菌肥料,其提升森林土壤生產力的效用是多方面的,如磷細菌可轉化土壤中無效磷為有效磷,鉀細菌可轉化土壤中無效鉀為有效鉀,有些細菌的代謝產物有刺激林木生長的效用。外生菌根真菌在林業上的廣泛應用已顯出成效,尤其是對針葉樹種如濕地松、馬尾橙等在沒有使用過菌根真菌的區域,外生菌根真菌促進林木生長的效果就更為明顯 對闊葉樹種也有菌根真菌應用的報道。此外,已證實土壤中的非共生固氮菌對提升林地土壤含氨量也有顯著效果,這方面正日益引起森林土壤學人的重視。


5 森林土壤的定位研究


森林的輪伐期較長,因此需要對森林土壤進行長期的定位研究。在林業發達的國家,如美國、英國、蘇俄、瑞典、芬蘭等國,堅持對森林土壤進行長期的定位研究,並且自60年代以來,已形成一個全球性的試驗網,研究不同立地條件、不同林分下土壤水、肥、氣、熱的動態變化。自二次大戰以後,莫斯科大學土壤系在校國內一直堅持長期的定位研究,研究內容包括︰森林生長與土壤性質變化的關係I滲濾水及土壤水溶液的化學成分;土壤中空氣組成及其含量}土壤中大量元素、微量元素的含量以及土壤微生物區系組成等。國際上許多學人運用氣相色譜法研究土壤空氣中O2、N2、CO︰、CHl、Hzs、N O等的含量∞] 前蘇聯學人A.K.fptleBa等對土壤中可移動的營養特如氮化物、灰分元索等的含量,它們的生物循環及其在土壤中的動態平衡,進行了長期的定位研究,並發現這些物質對植物的生長、發育及土壤生產力均具有特殊的意義[ 。我國學人對主要造林樹種(如杉木、楊樹、落葉松、泡桐、馬尾松、櫟類、按樹等)的林地土壤正堅持長期的定位研究,研究土壤理、化、生物活性的動態變化及其與林木生長的關系,以便為製定合理的營林措施提供科學的依據。為此,森林土壤學人在枯枝落葉層、土壤和滲濾水的組成架構及季節動態,以及林地土壤的水分動態、生長回應等方面,都做了大量工作。


6 森林土壤生產力的維護和提升


人工林地力衰退已 f起各國林業工作者的普遍關注。早在1923年,德國Weidmann就曾報道丁下撒克遜第二、三代雲杉林的生長置大幅度下降現象。接著Roth於1943年、Kosa於1947年,先後報道了在瑞典挪威也有類似的現象。1966年Keeves曾報導南澳輻射松(P s radmta)生產力平均下降了25%。Julia Evans在《人工林長期生產力-90年代現狀》中,指出速生人工林連作斬獲置下降[9]。我國對人工林地力衰退的注意始於6O年代,並開展了對連作杉木林生長置下降的研究,證實杉木人工林在第一代就有較明顯的土壤肥力下降,第二代杉木人工林和第一代相比,平均生長置下降lO ~15 。第三代杉木人工林和第一代相比,平均生長量下降40 ~50 。更為嚴重的是,一些地區第二代杉木人工林的幼苗成活率很低,甚至不能成活。這種情況在江西省大崗山和浙江省麗水地區實驗林場等地均有發現。其它樹種人工林如桉樹、落葉松、木麻黃、桐樹等均存在明顯的、程度不同的地力衰退。


如何維護和提升森林土壤的生產力,永續利用有限的森林土壤資源,對此各國學人均在做認真的探討。我國學人在實踐活動中發現,透過營造混交林、更換樹種、保留枯枝落葉、施肥、培育優良品種等,可以有效地提升林木生長置。我國華北地區成功地利用枸樹和刺槐混交,明顯地促進了枸樹的生長,在我國中亞熱帶地區,利用火力楠等闊葉樹種與杉木混交,促進了杉木的生長,提升了土壤的肥力[B]。透過問伐、發育林下植被,能明顯地改奔林土壤研究幾個方面的進展。


90年代,我國林業工作者和土壤工作者舉行了林地地力衰退問題的討論會,並出版了論文集。展望未來,如何合理地開發利用有限的森林土壤資源,維護和提升森林土壤的生產力,防止地力衰退,將是森林土壤學面臨的重要任務。為了實現這一宏偉目標,森林土壤學必須加強對土壤組成、架構、性質與土壤功能關係的研究,實行巨視與微視研究相結合、理論與實踐相結合,加強多學科密切協作,努力運用高新技術,把森林土壤學的研究提升到一個新的水準。


 


2012年7月1日 星期日

黑尾虎頭蜂 VS 棕長腳蜂

 


黑尾虎頭蜂


(胡蜂科 / 胡蜂亞科) 體長 25 - 33mm,前胸背板黑褐色,腹部1-2節端部具黃色環紋,第3節以後黑色, 此為命名的由來。台灣有七種虎頭蜂,本種又稱姬虎頭蜂 、 黑尾胡蜂、 雙金環虎頭蜂, 分布於於低海拔山區,4-5月築巢於土穴、石穴或樹洞中,一般肉食性常出沒於其他弱小的蜜蜂或長腳蜂蜂巢搶食蛹、幼蟲,常出現在蓮霧、龍眼、水梨吸食掉落的腐果,只要不去騷擾就可以安心的觀察和拍照。


台灣常見有七種虎頭蜂,但台灣生物網記錄10種如下:


黃腰虎頭蜂Vespa affinis (Linnaeus, 1764)
擬大虎頭蜂 Vespa analis Fabricius, 1775
黑腹虎頭蜂 Vespa basalis Smith, 1852
費邊胡蜂Vespa crabro Linnaeus, 1758
雙金環虎頭蜂 (黑尾、姬)Vespa ducalis Smith, 1852
中國大虎頭蜂(台灣、中華) Vespa mandarinia Smith, 1852
黃腳虎頭蜂(黃跗) Vespa velutina Lepeletier, 1836
威氏虎頭蜂 Vespa vivax Smith, 1870
Vespa simillima Smith, 1868
Vespa soror Buysson, 1905




 


棕長腳蜂


(胡蜂科 / 長腳蜂亞科)體長約 22 - 40 mm 外觀近似褐長腳蜂但本種體型大很多,體色紅褐色,從頭部至腹部為單純的紅褐色具光澤,前胸背板無斑,腹背具淺黑色的斑紋,褐長腳蜂腹部的黑斑較發達、近腹端黑色。本種又稱棕馬蜂,分布於低、中海拔山區,於4-8月常見於花叢獨自飛行,翅膀震動的聲音很大。本種為台灣最大的長腳蜂,民間有人抓此蜂浸酒當補品,在享受佳餚時卻不知受害找者的苦痛,想想,還是尊重生命,珍惜萬物,多積慈悲,為生態環保盡一份心力吧!

本亞屬有4種,為
棕馬蜂(棕長腳蜂) Polistes (Gyrostoma) gigas (Körby & Spence, 1826)
家馬蜂(家長腳蜂) Polistes  (Gyrostoma) jadwigae Dalla, Torre, 1904
陸馬蜂(黃長腳蜂) Polistes (Gyrostoma) rothneyi gressitti Van der Vecht., 1968
烏胸馬蜂 (褐長腳蜂)Polistes (Gyrostoma) tenebricosus tenebricosus Lepeletier, 1836


 




 


白痣珈蟌

白痣珈蟌 Matrona cyanoptera Hamalainen & Yeh, 2000  [特有]


(珈蟌科體長53-82mm,雄蟲胸、腹部綠色具藍色金屬光澤,翅膀深藍色不具翅痣,未熟雄蟲翅膀褐色,雄蟲腹端有尾鋏,雌蟲體色綠色或灰褐色,翅膀褐色,翅痣白色,本種以雌蟲命名。本屬一種,普遍分布於低海拔山區的淺溪或靜水湖泊,喜歡停棲葉端或在近水面上飛行,雄蟲色澤鮮艷,體態優美,常出現在溪流旁邊的樹林,喜歡陽光。