《土壤生物与生态学》教学大纲

一、基本信息   

课程名称

土壤生物与生态学

课程编号

ARGE3114

英文名称

Soil Biology and Ecology

课程类型

专业选修课

总学时

理论学时

24

实验学时

12

实践学时

学分

预修课程

生态学，土壤学

适用对象

农业资源与环境专业

课程简介

（200字左右）

土壤生物与生态学是土壤学、微生物学以及生态学等交叉的一门具有学科，它以土壤生物群落为中心，研究土壤生物之间、生物与非生物环境之间的相互作用及生物化学，特别关注土壤生物群落结构、多样性的决定因素及它们与土壤生态过程（生态系统服务功能）之间的关系，以揭示土壤复杂的土壤生态系统功能及其机制；并强调理论和应用知识相结合的科学研究途径，为持续利用土壤生态系统服务、建设生态文明社会发挥越来越重要的作用。

二、教学目标及任务  

理论知识方面：了解国内外土壤生态学的发展概况和趋势，理解土壤生物和生态学日益在科学、教育和应用领域日益受到的原因，掌握土壤生态学和土壤生态系统的基本概念、理论框架和主要内容。在回顾土壤生境的基础上，主要讲授土壤生命系统中的生物组分、生物化学及相互作用，如根系、微生物、土壤动物、土壤酶等的特征及它们与无机环境的相互关系，特别需要学生树立土壤食物网的概念，理解土壤中不同营养级生物之间的相互关系在生物地球化学循环中的重要性；此外，需要学生了解土壤生态学的前沿知识，如土壤生物群落多样性和功能的关系，地上部和地下部生物的联动关系，土壤生物多样性和功能之间的关系。另外，介绍土壤生态学研究常用和最新的技术方法及原理。最终的目标是使学生牢固树立土壤作为一种重要资源在农业生产乃至整个生态系统结构和功能持续发展中的地位和作用。

实验技能方面：学习和了解土壤生物和生态学实验的基本原理、操作和技能，理解土壤生物研究方法样品采集和保存的特点和意义。掌握土壤生态学中以土壤生物及生态过程为研究目标的新鲜土壤和凋落物样品的采集和预处理，以测定各种土壤生物类群及土壤生态过程，包括野外正确设置土壤和凋落物采样点选点、正确收集和保存新鲜土壤和凋落物样品等。掌握土壤动物的分离、提取、计数、显微镜观察和标本制备等主要微型土壤动物的鉴定步骤。此外，掌握土壤微生物量、和土壤酶活性等重要土壤生态功能指标的测定。通过训练培养学生的野外采样和室内操作技能、观察能力，以便为学生今后开展土壤生态学的工作和研究奠定基础。

三、学时分配 

章节

章节内容

讲课

实验

实践

合计

第一章

绪论

2

第二章

土壤生物的生境

2

第三章

土壤生态系统的初级生产者: 根系

3

第四章

土壤生态系统的次级生产者：土壤微生物

3

3

第五章

土壤生态系统的次级生产者：土壤动物

6

6

第六章

土壤生态系统的生化过程：土壤酶

3

3

第七章

土壤生态系统的主要生态功能：分解过程

3

第八章

土壤生态学面临的热点问题

2

合计

24

12

36

四、教学内容及教学要求

第一章  绪论

第一节  土壤生态学的概念与发展概况

第二节  土壤生态系统的结构和功能

习题要点：土壤生态学和土壤生态系统的定义、土壤生态系统的结构、土壤生态系统的功能及学习土壤生态学的意义

本章重点、难点：本章的重点是土壤生态学的研究对象、土壤生态学和土壤生态系统的定义。难点是土壤生态学的研究范畴、学习意义以及土壤生态系统结构和功能的含义。

本章教学要求：使学生（1）了解学习土壤生态学的背景和意义，了解土壤生态学的起源、形成与发展；（2）理解土壤生态学与其它学科的关系和最新发展趋势，即不仅要掌握生物与环境相互作用的一般原理，更要关注人类活动下土壤生态过程的变化以及对人类生存的影响；（3）掌握土壤生态学和土壤生态系统的定义，掌握土壤生态系统结构和功能的含义。

第二章  土壤生物的生境

第一节  土壤物理结构

第二节  土壤溶液化学

第三节  土壤生境的空间格局

习题要点：土壤生境的空间尺度、土壤初级和次级结构、土壤溶液的化学要素及土壤生境空间格局的生态学意义

本章重点、难点：本章的重点是土壤结构和土壤生境的概念、土壤物理结构在不同尺度上的表现。难点是土壤生态学研究的尺度概念的理解及土壤生境的空间异质对土壤生物多样性和生态功能等的重要性。

本章教学要求：使学生（1）了解学习土壤生境的含义，特别是与传统意义上的土壤物理性质和化学性质的差异；（2）理解土壤生境的尺度概念，不同土壤生境与土壤生物群落及生态功能的关系；（3）掌握土壤生态系统中土壤生境的空间格局的重要生态学意义。

第三章  土壤生态系统的初级生产者:根系

第一节  根系结构、种类和功能

第二节  根际及根际过程

第三节  根系研究法

习题要点：根系的种类和功能、根际的概念、根系分泌物和根际淀积物的组成、根际过程的范畴、主要的根系研究法及根系对土壤生态系统结构和功能方面的影响

本章重点、难点：本章的重点是根际和根际过程的了解，从生态学角度看根系的功能及与土壤环境的关系，主要根系研究法的介绍。难点是根系的种类划分、根际过程概念的理解及在土壤生态过程中的地位。

本章教学要求：使学生（1）了解根系及根系功能，特别是根系的生态功能，了解各种根系研究法的应用领域和优缺点；（2）理解根际和根际过程，通过根际过程的学习思考根际研究在整个土壤生态系统甚至陆地生态系统中的地位，通过对不同根系研究法的学习激发学生创新根系研究方法的重要性；（3）掌握根际、根系分泌物和根际过程，深刻认识根际微域的高生物活性的原因和生态学意义。

第四章  土壤生态系统的次级生产者：土壤微生物

第一节  土壤细菌

第二节  土壤真菌

第三节  土壤微生物研究法

习题要点：细菌和真菌的基本性质、微生物的时空分布、土壤微生物的主要生态功能、土壤微生物研究法中的生理、生化和分子生物学技术，主要土壤微生物学指标的测定原理和用途

本章重点、难点：本章的重点是土壤微生物群落在分解、养分转化等方面的生态功能，联系土壤生境的学习理解土壤微生物的时空分布，及主要土壤微生物指标的测定原理和用途。难点是土壤细菌和真菌两大类群在基本性质及功能过程的差异、土壤微生物在典型土壤功能中的地位及影响因素，另外快速发展的微生物研究技术需要学生具备牢固的微生物学、生物化学和微生物学知识才能有效理解课程内容。

本章教学要求：使学生（1）了解土壤微生物的基本性质，特别是细菌和真菌的各自特性，了解土壤微生物研究法的传统和前沿技术；（2）理解土壤微生物主要生态功能，如有机物分解和养分转化，另外，理解微生物群落和时空分布特点及与主要生态功能的关系；（3）掌握土壤微生物群落在土壤生态系统中的作用及相关的研究方法和技术。

第五章  土壤生态系统的次级生产者：土壤动物

第一节  微型土壤动物（原生动物和线虫）

第二节  中型土壤动物（弹尾虫和螨类）

第三节  大型土壤动物（大型节肢动物和寡毛纲）

第四节  土壤动物研究法

习题要点：土壤动物的概念、分类及各种分类方法的优缺点、土壤动物的主要生态功能、微型土壤动物线虫的营养类群、土壤动物的时空分布和影响因素、土壤动物与微生物之间的相互作用

本章重点、难点：本章的重点是土壤动物丰富类群的了解，特别是各种人为划分的分类方法的优缺点，此外土壤动物主要类群生活习性、生态功能及动物与微生物相互关系也是重点。难点是某些动物类群的认识，这需要借助大量图片和实验观察；另外，土壤动物的分离、保存和鉴定也需要与实验教学配合。

本章教学要求：使学生（1）了解土壤动物的概念、分类及相关研究方法，了解不同类群的生活习性及时空分布；（2）理解不同土壤动物类群的生态功能、时空分布及影响因素，特别是土壤动物与微生物相互关系在其发挥生态功能中的作用；（3）掌握土壤动物的关键类群的生活习性、生境及在土壤食物网结构中的位置，为今后整体认识土壤食物网奠定基础。

第六章  土壤生态系统的生化过程：土壤酶

第一节  土壤酶的种类和功能

第二节  土壤酶研究法

习题要点：土壤酶的概念、酶的作用机制、参与碳、氮、磷、硫循环的关键酶的种类和作用机理、土壤酶的作用特点及土壤酶活性的影响因素、土壤酶活性研究的意义、土壤酶活动测定方法的弊端

本章重点、难点：本章的重点是土壤酶种类和活性的介绍及土壤酶活性研究的重要性，另外，结合生物地球化学循环讲授不同酶在主要元素循环中的地位。难点是酶的作用机制、土壤酶活性的影响因素，土壤酶研究法的进展及评价。

本章教学要求：使学生（1）了解土壤酶的概念、酶的特点及酶研究的主要方法，了解各种元素地球化学循环中酶的地位；（2）理解土壤酶活性的影响因素，特别是结合当前人类活动的影响，另外土壤酶与当前重要土壤生态功能的关系；（3）掌握土壤酶的特殊性及某些关键酶在碳氮转化过程中的作用机制，还需掌握土壤酶测定方法的优缺点。

第七章  土壤生态系统的主要生态功能：分解过程

第一节   有机物分解和养分转化过程

第二节   有机物分解过程研究法

习题要点：有机物分解过程的主要阶段、影响分解过程的生物和非生物因素、分解过程中主要养分元素的转化和释放特点、有机物分解产物的去向、分解过程在土壤生态系统结构和功能方面的地位

本章重点、难点：本章的重点是分解过程和主要养分元素转化过程的认识，及分解和养分转化过程中的主要影响因素。难点是不同分解阶段的产物及生物、非生物影响因素，特别是分解过程中养分转化与有机物质量、土壤生物群落的关系。

本章教学要求：作为土壤生态系统的最重要功能，有机物的分解在传统生态学研究中已经受到重视，而今伴随人类对碳循环及土壤资源可持续利用的重新认识，本章的内容为今后学生开拓了视野。通过本章的学习，可以使学生（1）了解有机物分解的基本过程及影响因素，了解有机物分解和养分转化过程的重要性及主要的研究方法；（2）理解分解过程中土壤生物群落和有机物质量的地位及后二者的协同关系，通过主要养分元素转化过程的学习，激发学生思考协调碳氮转化在缓解温室效应及可持续利用土壤资源中的重要意义；（3）掌握分解和养分转化过程中有机物种类（质量）、土壤生物（微生物和土壤动物）及外界环境（温度和湿度）的关系。

第八章  土壤生态学面临的热点问题

第一节  土壤食物网

第二节  土壤生物多样性和功能

第三节  地上部和地下部生态系统的整合

习题要点：土壤食物网的组成、土壤生物多样性在不同层次上的含义、土壤生物多样性的主要影响因素、土壤生物多样性和生态功能之间的可能关系、地上部和地下部生态系统整合的意义

本章重点、难点：本章的重点是关键概念的理解，如土壤食物网、土壤生物多样性，另外强互学生认识地上部和地下部生态系统属于不可分割的整体也是教学中的重点；难点是土壤生态学前沿若干具有挑战性问题的掌握，如土壤生物多样性和生态功能之间的可能关系、地上部和地下部生态系统的联动关系及了解这些问题对于人类发展的重要价值。

本章教学要求：使学生（1）了解土壤生物群落是相互联系的整体、土壤生物多样性是人类发展的宝贵财富及地上部和地下部生态系统是有机的整体；（2）理解土壤食物网内复杂的营养结构及土壤生物多样性的多层次含义（分子、物种、营养级和功能），理解土壤生物多样性在提供人类生态服务方面的重要价值；（3）掌握土壤生态学面临的若干挑战和机遇，特别是对整个生态学研究领域关注的共同问题，如食物网结构、生物多样性、生态功能、地上部和地下部生态系统的联动关系等。

五、考核方式及要求 

本课程为新开选修课，参考教材主要以国内外最新出版的土壤生态学专著及本实验室老师相关研究积累为主。采用理论、实验教学和课堂讨论的组合方式，突出启发式教学，鼓励学生通过英文文献的查阅，加强对若干热点科学问题的进行理解和思考，培养学生的探索能力。因此考核方式分为5部分：（1）平时成绩占总考核成绩的30％，主要是在教师提问或启发下的讨论和发言课堂表现等；（2）期末撰写课程论文占总考核成绩的40％；（3）实验成绩占总考核成绩的30％:  以学生平时的动手能力和实验报告成绩为考核依据。

六、推荐教材及教学参考书 

推荐教材：

1. 《土壤生态学》，曹志平主编，化学工业出版社，标准书号：ISBN 978-7-122-00752-0，2007

2. 《Fundamentals of Soil Ecology》, Coleman, D. C., Crossley, D. A., Jr., and Hendrix, P. F. eds., Elsevier–Academic Press, New  York, 2004

教学参考书：

1. 《土壤动物研究法手册》，土壤动物研究法手册编写组，中国林业出版社，标准书号：ISBN 9787503819766，1988

2.《Soil Ecology》, Lavelle, P., and Spain, A. V. eds., Kluwer Academic, Dordrecht, 2001

3. 《Biological Diversity and Function in Soils》, Bardgett, R., Usher, M., and Hopkins, D. W., eds., Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 2005

4. 《Soil Microbiology, Ecology, and Biochemistry》， Eldor A. Paul. ed., Elsevier–Academic Press, 4th，标准书号：ISBN 978-0-12-546807-7，San Diego, 2015

大纲修订人：刘满强，陈小云，胡 锋

大纲审定人：

修订日期：  2014年5月5日