微生物是如何參與生態(tài)環(huán)境物質(zhì)循環(huán)的？作用機(jī)制有哪些？
小楊 / 2025-12-16 09:17:46
百歐博偉生物：微生物是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的核心驅(qū)動(dòng)者，通過(guò)分解、轉(zhuǎn)化、合成等代謝活動(dòng)，推動(dòng)碳、氮、磷、硫等關(guān)鍵元素在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境之間往復(fù)流動(dòng)，維系生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。以下是主要元素循環(huán)中微生物的作用機(jī)制：
碳循環(huán)：連接有機(jī)碳與無(wú)機(jī)碳的關(guān)鍵紐帶
碳循環(huán)的核心是二氧化碳和有機(jī)碳的相互轉(zhuǎn)化，微生物在兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)起決定性作用：
分解作用（有機(jī)碳→無(wú)機(jī)碳）：動(dòng)植物殘?bào)w、排泄物等有機(jī)碳源，無(wú)法被植物直接吸收。土壤中的腐生細(xì)菌（如
芽孢桿菌）、真菌（如
木霉、
曲霉） 會(huì)分泌胞外酶，將復(fù)雜有機(jī)物（纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)）分解為葡萄糖、氨基酸等小分子物質(zhì)，再進(jìn)一步通過(guò)呼吸作用分解為 CO? 釋放到大氣中，供植物光合作用利用。
合成作用（無(wú)機(jī)碳→有機(jī)碳）：光合微生物（如藍(lán)細(xì)菌、綠藻）和化能自養(yǎng)微生物（如
硝化細(xì)菌），能利用 CO? 合成自身有機(jī)物，將無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳，進(jìn)入食物鏈傳遞。
特殊環(huán)節(jié)：產(chǎn)甲烷古菌在厭氧環(huán)境（如沼澤、沼氣池）中，可將有機(jī)物分解產(chǎn)生的乙酸、氫氣等轉(zhuǎn)化為甲烷（CH?），甲烷進(jìn)入大氣后可通過(guò)氧化作用轉(zhuǎn)化為 CO?，重新參與循環(huán)。
氮循環(huán)：調(diào)控氮素形態(tài)轉(zhuǎn)化的“操盤手”
氮是生物必需的營(yíng)養(yǎng)元素，但大氣中 N? 占比約 78%，多數(shù)生物無(wú)法直接利用。微生物主導(dǎo)了氮循環(huán)的5 個(gè)核心步驟，實(shí)現(xiàn)氮素形態(tài)的逐級(jí)轉(zhuǎn)化：
生物固氮：固氮微生物（如根瘤菌、藍(lán)細(xì)菌、固氮菌）通過(guò)固氮酶，將大氣中的 N? 轉(zhuǎn)化為 氨（NH?），氨進(jìn)一步形成銨鹽（NH??），供植物吸收。其中根瘤菌與豆科植物共生，固氮效率最高。
氨化作用：動(dòng)植物殘?bào)w、排泄物中的含氮有機(jī)物（蛋白質(zhì)、核酸），被氨化細(xì)菌（如
枯草芽孢桿菌）、真菌 分解，釋放出 NH?/NH??，回歸土壤。
硝化作用：在有氧條件下，亞硝化細(xì)菌 將 NH?? 轉(zhuǎn)化為 亞硝酸鹽（NO??），隨后 硝化細(xì)菌 再將 NO?? 轉(zhuǎn)化為 硝酸鹽（NO??）。硝酸鹽是植物吸收氮素的主要形式。
反硝化作用：在缺氧環(huán)境中，反硝化細(xì)菌（如
假單胞菌、
梭菌） 將 NO?? 逐步還原為 NO、N?O，最終釋放為 N? 回到大氣，完成氮循環(huán)的閉環(huán)。
同化作用：植物和微生物直接吸收 NH??、NO??，合成自身蛋白質(zhì)、核酸等含氮有機(jī)物，進(jìn)入食物鏈。
磷循環(huán)：活化難溶性磷的“解鎖者”
磷主要以難溶性磷酸鹽的形式存在于巖石和土壤中，植物難以直接利用。微生物通過(guò)兩種方式參與磷循環(huán)：
溶解作用：解磷細(xì)菌（如
巨大芽孢桿菌）、解磷真菌（如
青霉） 分泌有機(jī)酸、磷酸酶，將土壤中的難溶性磷溶解為 可溶性磷酸鹽（H?PO??），供植物吸收。
轉(zhuǎn)化與傳遞：微生物吸收可溶性磷合成自身核酸、細(xì)胞膜磷脂，當(dāng)微生物死亡后，體內(nèi)磷被分解釋放，重新回到土壤中循環(huán)利用。
硫循環(huán)：轉(zhuǎn)化硫素形態(tài)的“調(diào)節(jié)器”
硫是蛋白質(zhì)（含硫氨基酸）的重要組成元素，微生物推動(dòng)硫在無(wú)機(jī)態(tài)與有機(jī)態(tài)之間轉(zhuǎn)化：
硫化作用：在有氧條件下，硫化細(xì)菌（如
硫桿菌） 將土壤中的硫化物（如 H?S）氧化為 硫酸鹽（SO?²?），硫酸鹽可被植物吸收，用于合成含硫有機(jī)物。
反硫化作用：在厭氧環(huán)境中，反硫化細(xì)菌（如
脫硫弧菌） 將 SO?²? 還原為 H?S，H?S 一部分釋放到大氣中，一部分可被硫化細(xì)菌再次氧化，形成循環(huán)。
有機(jī)硫轉(zhuǎn)化：動(dòng)植物殘?bào)w中的有機(jī)硫，被微生物分解為 H?S、SO?²? 等無(wú)機(jī)硫，重新進(jìn)入循環(huán)。
綜上，微生物通過(guò)代謝活動(dòng)打破了元素在不同形態(tài)間的壁壘，讓物質(zhì)在無(wú)機(jī)環(huán)境和生物群落之間高效流轉(zhuǎn)，是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)不可或缺的核心環(huán)節(jié)。
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