土壤微生物

土壤是微生物生存的最佳场所。土壤具有微生物生长所需的各种条件。首先，土壤富含有机物，可以为微生物提供碳、氮和能量。同时，有丰富的无机矿物质为微生物的生长提供矿物质营养。土壤良好的保水性保证了微生物生长和繁殖所需的水分。土壤的孔隙储存了大量的空气，可以满足好氧微生物的需要。此外，土壤的酸碱度接近中性，渗透压在3至6个大气压之间，这与微生物生长和繁殖所需的渗透压相似。在土壤中，温度相对稳定。所有这些都能满足微生物生长和繁殖的要求。因此，土壤实际上是“微生物的天然培养基”。这里微生物的种类和数量最多。据估计，一克肥沃的土壤通常含有数亿到数十亿的微生物。贫瘠的土壤每克含有数百万到数千万的微生物。不仅有非细胞微生物，还有细胞微生物、藻类和原生动物。

土壤微生物大多是细菌，通常占土壤微生物总数的70% ~ 90%。它们主要是腐生细菌，少数是自培养的。尽管细菌很小，但由于数量众多，它们的生物量很高。所谓的生物量是指每单位体积活细胞的重量。据估计，如果土壤中细菌的生物量为每亩耕层半英尺深的土壤300，000公斤，那么这一土壤深度的细菌活重为每亩180 ~ 460公斤。基于3%的土壤有机质含量，所含细菌的干重约为土壤有机质的1%，约占土壤重量的3/10000。由于它们体积小、数量多、与土壤接触的表面积大，它们成为土壤中最大的生活表面和最活跃的生活因素，不断与周围环境交换物质。

不同类型的土壤、不同深度的土层、不同季节、降雨量、土壤反应、耕作制度等都会影响细菌的分布和活动。一般来说，富含有机物的黑钙比缺乏有机物的灰土含有更多的细菌。表层土壤的数量和类型也比深层土壤多。特别是硝化细菌、纤维素分解细菌和非共生固氮细菌随着土壤深度的增加而急剧减少。土壤中有机质的矿化在春秋两季最为严重，因此细菌数量会相应增加。土壤中的空气和水是相反的。过多的降雨会减少由于阻塞和通风导致的需氧细菌的数量。土壤中过多的酸或碱不利于许多细菌的生长。耕作可以改善土壤的空气和水分状况，促进好氧细菌的活性，并促进有机物的分解。

土壤中放线菌的数量也很大，仅次于细菌，每克土壤中含有数百万至数千万的菌体和孢子，约占土壤中微生物总数的5% ~ 30%。他们大多数喜欢富含有机物的碱性温暖土壤。虽然放线菌的数量少于细菌，但土壤中的生物量并不低于细菌，因为其体积比细菌大几十倍到几百倍。放线菌比细菌更耐干燥，可以存在于干燥的土壤甚至沙漠中。随着土壤深度的增加，它们比细菌减少得慢。因此，深层土壤中的放线菌往往比其他微生物多。

真菌主要分布在土壤表面。因为它们喜欢酸性，所以它们在酸性森林土壤中更丰富。真菌的数量比细菌和放线菌少，每克土壤只含有数万到数十万种真菌。然而，由于其菌丝厚，个体体积比细菌和放线菌大，它们的生物量也相当大。土壤中的真菌包括霉菌、酵母、担子菌等。这些真菌通常具有很强的分解能力。许多真菌能分解纤维素、木质素和其他许多微生物不能分解的物质，从而有助于改善土壤结构和土壤肥力。

此外，土壤中还含有藻类和原生动物。藻类具有光合色素，可以通过光合作用增加土壤中的有机物。原生动物是土壤中的小型异养动物。它们吞噬各种有机物质、藻类和真菌。它们在土壤中物质的转化以及藻类和真菌数量的调节中起着重要作用。

从上面可以看出，土壤中微生物的数量非常大，它们的数量和类型远远超过任何更高的生物量。那么，这些鲜为人知、不寻常的生物有什么用呢？

事实上，微生物非常有用。它们对土壤的形成、自然界物质的转化以及动植物的生长都有很大的影响。

起初，地球表面也是由各种岩石组成的。地表岩石在风、日、雨等自然力的作用下逐渐风化，形成岩石碎块。同时，表层土壤中也有一些原始微生物，其中许多是自养固氮微生物，它们可以利用岩石碎片中的无机盐为生长和繁殖提供能量，并且可以将空气中游离的n2以稳定的状态固定下来，这样原始土壤就有了可供植物利用的氮源。这样，各种植物开始在土壤中生长，植物的生长进一步改善了土壤的结构和物质组成。植物的生长吸引了许多动物定居下来。植物的枯枝落叶、动物排泄物、分泌物和尸体最终会落入土壤中，土壤中的其他微生物分解这些富含有机物的动植物残体和废物，从而产生腐殖质，这是土壤中最重要的成分，它是一层黑色、粘性和动态的土壤有机成分。有了它，土壤就有了良好的团聚体并能保持持久的肥力，所以成熟的土壤是矿物、岩石中的水和空气、动植物中的有机物和微生物的混合物。腐殖质是有机物和微生物的混合物，是土壤最重要的成分。

土壤中的各种微生物在自然物质的转化中发挥着极其重要和不可替代的作用。

植物生长需要多种营养物质，其中氮是植物最重要的营养物质之一。空气中富含n2，但植物不能直接使用n2。n2必须转化为矿物n2，供植物使用。现在，化肥被广泛用于农田？？化工厂合成氮肥。然而，合成氮肥是有限的，世界上所有合成氮肥厂的年产量只有4000万吨左右。这不能满足日益增长的氮肥需求。目前，世界每年需要大约1.75亿吨氮肥。土壤中含有许多固氮微生物，如产甲烷菌、根瘤菌、光合固氮菌和蓝细菌，它们每年能直接从空气中固定1亿吨以上的氮，供自己和植物使用。微生物固氮不同于人工固氮，它需要大量投资来建造工厂，消耗大量能源并产生大量污染物。它们的固氮只能在常温常压下进行。

矿质氮和其他成分如磷、钾和硫被植物吸收，植物开始生长并进行生命活动。在这些过程中，植物利用光能进行光合作用，固定cO2，合成葡萄糖、淀粉和纤维素。同时，含氮物质也被用来合成含氮有机物质。这些碳水化合物和含氮有机物质通过生态系统的食物链一步一步传递，使碳水化合物和含氮有机物质进入食草动物和食肉动物以及我们的人体进行我们的生活活动。

植物的枯枝落叶、动物生命活动过程中排出的各种排泄物和分泌物以及动物死亡后的残留物再次进入土壤。但是这些东西是由有机物组成的，它们不能直接用作植物的营养物质。此时，微生物需要展示它们的才能。

土壤和动植物中含有各种腐生微生物。这些微生物开始吞噬动物和植物的尸体和废物。

对于淀粉和纤维素多糖，微生物利用其体内包含的各种水解酶将它们降解成葡萄糖，然后葡萄糖被分解成有机酸(如乳酸、乙酸等)。)，醇类(如酒精、甲醇等。)、甲烷、H2等。在各种酶的作用下。之后，这些中间产物被进一步氧化成cO2和水。从而将它们释放回大气和土壤中。

对于含氮有机物质(主要是蛋白质)，它们被降解成肽、氨基酸等。通过蛋白水解酶。氨基酸可以分解成胺、碳水化合物、氨等。通过脱氨和脱羧。这些物质可以进一步分解成硝酸、二氧化碳、水等。然而，土壤中的一些其他细菌，如硝化细菌和反硝化细菌，可以转化土壤中的硝酸盐，一些可以被还原成n2并返回到大气中以实现物质的循环运输。

除了上述碳元素和氨元素，土壤中的微生物还能转化硫、磷、铁、铜等元素。实现物质循环。

正是由于自然界中存在的微生物的转化，地球这个物质资源有限的星球才能经历一代又一代的生命循环，这样地球上的物质资源才不会枯竭，地球上的生命才会代代延续。

不仅如此，储存在土壤中的微生物和转移到动植物中的微生物在动植物的生长和发育中也起着极其重要的作用，具体作用将在后面的章节中讨论。