微生物在物质循环中的作用

微生物在物质循环中的作用

在日常生活中，我们每个人都有这样的经历或体会，放置的水果、食物、衣物、木材等经过或长或短的时间，都要变质、发霉、腐烂，这就是微生物分解作用的结果。微生物的这种作用虽然会造成人类生存资源的损失，但对于生态系统乃至全球的生物的生存、延续和发展却是不可缺少的。

生态系统中的每一种生物在其生命活动过程中都要从周围的环境中吸收水分、能量和营养物质；在其生长、繁育等生命活动中又会不断向周围环境释放和排泄各种物质，死亡后的生物残体也要复归环境。生态系统中的每一种生物，其营养要求不尽相同，甚至是完全不同。地球上的生物可以分为三大类：植物、动物和微生物。绿色植物（包括光合作用微生物）以土壤中的无机化合物（如氨或硝酸盐、磷酸盐及其他无机矿物）、空气中的二氧化碳和氧气、以及水等为营养，利用太阳光能固定二氧化碳合成自身，为动物提供食物，是生态系统中的生产者；动物以植物或其他动物为食物，通过消化食物为自身提供能量和营养，是生态系统中的消费者；微生物则通过分解动、植物的残体或腐植质获得能量和营养来合成自身，同时将有机物分解成可供植物利用的无机化合物，是生态系统中的分解者。微生物可以把地球上死亡的动植物残体清扫得干干净净，将有机体分解成生产者生长所需要的元素，所以微生物被看成是生态系统中的“清道夫”。我们可以设想，如果没有微生物的分解作用，地球上的动、植物残体和有机物将得不到分解，那么至今为止几十亿年来生命活动的结果，将是把地球上所有的生命构成元素以动植物残体的形式堆积起来，植物生长的营养将会枯竭，生产者将不能生产，消费者将得不到食物，地球上的生命也就无法维持了。因此，微生物的分解作用是地球上生命波浪式发展、螺旋式进化的原动力之一。

一、在碳素循环中的作用

微生物是自然界中许多有机物的分解者，如果没有它们的作用，自然界中各类元素及物质就不可能被周而复始地循环利用，生态平衡就会破坏，整个生命世界就会绝灭，人类自然也就无法生存。

碳素是构成各种生物体最基本的元素，碳素循环包括CO₂的固定和CO₂的再生。植物和藻类，以及光合微生物，通过光合作用固定自然界中的CO₂，合成有机碳化合物，进而转化成各种有机碳化合物。动物以植物为食物，经过生物氧化释放出CO₂，动物、植物的尸体经微生物完全降解（即矿化作用）后，最终主要产物之一也是CO₂。地下埋藏的煤炭、石油等，经过人类的开发、利用，例如作为燃料，燃烧后也产生CO₂，重新加入碳循环。通过这些生物和非生物过程产生的CO₂，随后又被植物和光合微生物利用，开始新的碳素循环。

二、在氮素循环中的作用

氮素是构成生物体的另一种必需元素，自然界中的氮素循环包括许多转化作用。空气中的氮气被固氮微生物及植物与微生物的共生体固定成氨态氮，经过硝化微生物的作用转化成硝态氮，后者被植物或微生物同化成有机氮化物。动物食用含氮的植物，又转变成动物体内的蛋白质。动物、植物、微生物的尸体及排泄物被微生物分解后，又以氨的形式释放出来，这种过程叫做氨化作用。由硝化菌产生的硝酸盐在无氧条件下被一些微生物还原成为氮气，重新回到大气中，开始新的氮素循环。微生物在氮素循环中的几种作用归纳为：固氮作用、硝化作用、同化作用、氨化作用和反硝化作用。

三、在硫素循环中的作用

自然界中的硫和硫化氢被微生物氧化成为硫酸盐，后者被植物和微生物同化成为有机硫化物，构成其自身组分；动物食用植物和微生物，将其转化成为动物有机硫化物，当动、植物的尸体被微生物分解时，含硫的有机质主要是蛋白质降解成为硫化氢，进入到环境中。此外，环境中的硫酸盐在缺氧条件下，能被微生物还原成为硫化氢。微生物在自然界的硫循环中，参与了各个过程：脱硫作用、硫化作用、硫同化作用和反硫化作用（硫酸盐还原作用）。

四、在磷素循环中的作用

磷是包括微生物在内的所有生命体中不可缺少的元素。在生物大分子核酸、高能量化合物以及生物体内糖代谢的某些中间体中，都有磷的存在。在自然界中，磷的循环包括可溶性无机磷的同化、有机磷的矿化、不溶性磷的溶解等。可溶性的无机磷化物被微生物吸收后合成有机磷化物，成为生命物质结构组分（同化作用）。在土壤中，许多的细菌、放线菌和霉菌等含有植酸酶和磷酸酶，能够将含磷的有机物分解（异化作用），产生的无机磷化物可被植物吸收利用。土壤中的磷酸或可溶性的磷酸盐与土壤中的一些盐基结合，形成不溶性的磷酸盐。在天然水体中，大部分的磷存在于水下的沉积物中。不过，生活在土壤和水体中的一些微生物，通过代谢产生的硝酸、硫酸和有机酸又可将不溶性的磷酸盐溶解，从而使自然界中的磷素循环周而复始的不断进行。应当指出，如果人类活动将含磷物质大量排放到水环境中，可溶性磷酸盐浓度过高会造成蓝细菌及其他藻类大量增殖，即常说的富营养化作用，从而破坏环境的生态平衡。