微生物与自然界氮循环的关系。

微生物在自然物质循环中的作用:微生物种类多，繁殖快，环境适应性强，分布广，因此在自然物质循环中起着重要的作用。自然界中的物质循环是合成和分解两个对立过程的统一，主要包括C、N、S、p四种元素的循环，微生物是生物圈的重要生产者和有机物的主要分解者，它们的活动是自然物质正常循环的基础。微生物在碳循环中的作用主要体现在同化和生产CO2。自养微生物可以利用CO2合成有机物，异养微生物可以分解有机物产生CO2。自然界中的氮大部分以N2的形式存在，不能被大多数生物直接利用。微生物在氮的转化和合成中起着重要的作用。自然界中的NH3大多是由微生物合成的。不同氮素之间的相互转化也需要微生物的参与；只有微生物才能分解有机物中的氮。微生物在自然氮循环中的主要形式有固氮、氨化、硝化、反硝化和同化。自然界中的大部分硫不能被大多数生物直接利用，只有经过微生物的转化才能被其他生物吸收利用；有机物中硫的分解也离不开微生物。微生物利用和转化硫的途径主要有脱硫、同化、硫化和反硫化。自然界中有许多难溶的无机磷化物，一般植物不能利用。微生物的活动可以促进生物圈中磷的有效利用。许多微生物具有很强的分解核酸、卵磷脂、植酸等有机磷化合物的能力，它们转化释放的磷酸可被其他生物吸收利用。微生物天然物质循环0简介天然物质循环主要包括两个方面:一是无机物的有机化，即生物合成；另一个是有机质的无机质，即矿化或分解。这两个过程相辅相成，形成自然界的物质循环。微生物是生物圈的三大成员之一。它们种类多，代谢途径多样，酶活性高，繁殖快，适应环境能力强。它们广泛分布于自然界，无论是土地、水、空气、动植物，还是人体外部和内部的一些器官，甚至是一些极端环境中。总之，微生物是生物圈的重要成员，在自然界的物质循环中起着重要的作用。总结起来有以下两个作用:第一，微生物是生物食物链中的生产者之一；其次，它是有机物的主要分解者(黄秀丽，1998)。微生物，如光自养藻类、蓝藻、光合细菌等，可以直接利用空气中的CO2，通过光合作用合成有机物，在无机物的有机化过程中起着重要的作用。分解者，主要是异养微生物，在有机质矿化中起主要作用。具体来说，微生物在自然物质循环中的作用体现在以下四个方面(徐小华，1991)。1微生物在碳循环中的作用碳是各种生物最基本的元素，是有机物和生物细胞的结构骨架。没有碳，就没有生命。碳循环包括CO2固定和CO2再生。1.1微生物在CO2固定中的作用一些光自养微生物，如藻类、光合细菌、蓝藻等，可以直接利用自然界中的CO2，通过光合作用合成有机碳化物，然后转化为各种有机物；趋化性自养细菌可以通过化学能同化CO2。微生物合成的有机物虽然在数量和规模上远不如绿色植物，但在一些特殊环境(如植物难以生存的水域)中发挥着重要作用(王家岭等，1988)。1.2微生物在CO2再生中的作用异养微生物可以利用动物、植物和微生物尸体中的有机质，可以分泌高活性的酶来分解在其他生物中难以分解的木质纤维素和几丁质(梁小冰等，2001；黄福珍，1996)，细菌能将颗粒有机物分解为可生物降解的可溶性有机物(宋，，2000)。细菌是DOM的主要用户。它们在利用这些有机物的同时，不断分解它们以获得生长所需的能量，同时产生大量的CO2(Munster，1993)。自然界有机物的分解以微生物为主，水生细菌利用DOM的二次生产可消耗初级生产的30 ~ 60%(可乐，1998)。2微生物在氮循环中的作用氮是核酸和蛋白质的主要成分，是生物体必需的元素。虽然占大气体积78%的气体是N2，但所有动植物和大多数微生物都不能直接利用N2。植物作为自然界最重要的初级生产者，对铵盐、硝酸盐等无机氮化物的需求很少。只有通过转化和回收大气中的N2，它们才能满足植物对氮的需求。氮循环包括固氮、氨化、硝化、反硝化和同化，每一个过程都离不开微生物的参与。2.1固氮分子氮被还原成氨或其他氮化物的过程称为固氮。自然界有两种固定氮的方法。一种是非生物固氮，即通过闪电、火山爆发和电离辐射以及人工氨合成来固氮。非生物固氮形成的氮量远远不能满足自然界生物生长的需要。第二种是生物固氮，即通过微生物的作用来固定氮，自然界中生物生长所需的大部分氮都是通过这种作用来提供的。生物固氮不仅经济，而且不破坏环境，在N2的改造中发挥着重要作用。湖泊沉积物中含有大量的固氮菌(Peptea，1993)，能够固氮的微生物都是原核生物，主要是细菌、放线菌和蓝藻(徐小华，1991)。2.2氨化作用微生物分解含氮有机物产生氨的过程称为氨化作用。氨化在农业生产中非常重要。各种动植物残体和有机肥，包括绿肥、堆肥和粪肥，都含有丰富的含氮有机质。这些有机物必须经过各种微生物的氨化作用，才能被植物吸收利用。水中的氨化细菌有助于水中氮的循环和水体的清洁，湖泊沉积物中的氨化细菌相当活跃(Genovese，1994)。2.3硝化作用微生物将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用。硝化作用是自然界氮循环中不可或缺的一部分。硝化分两个阶段进行，每个阶段都离不开微生物的作用。在第一阶段，氨被亚硝化细菌氧化成亚硝酸盐。第二阶段，亚硝酸盐在硝化细菌的作用下被氧化成硝酸盐。土壤中固氮菌的数量多于硝化细菌(金，1991)。2.4同化作用铵盐和硝酸盐是植物和微生物良好的无机氮营养物质，可被植物和微生物吸收利用，合成氨基酸、蛋白质、核酸等含氮有机物。湖中同化细菌有助于淡水鱼对蛋白质的利用(Shivokene，1996)。2.5反硝化作用微生物还原硝酸盐并释放分子氮和/或N2O的过程称为反硝化作用或反硝化作用。反硝化作用是土壤氮素流失的重要原因之一。反硝化作用一般只在厌氧条件下进行，农业生产中常采用中耕松土的方法抑制反硝化作用。反硝化作用有利于整个氮循环。水中反硝化细菌对碳循环的贡献(宋，，2000)。湖泊沉积物中含有大量的反硝化细菌。没有反硝化作用，自然氮循环就会被打断，硝酸盐就会在水中积累，对人体健康和水生生物的生存造成极大的威胁(Peptea，1998)。3微生物在硫循环中的作用硫是生命物质的必需元素之一，也是某些必需氨基酸、某些维生素和辅酶的成分。自然界中的硫和H2S被微生物氧化生成硫酸根离子，被植物和微生物同化，还原为细胞成分之一的有机硫化物。生命死亡后，尸体中的有机硫化物通过微生物的分解，以H2S和S的形式回归自然。此外，在缺氧环境中，硫酸根离子可以被微生物还原成H2S。总之，硫在自然界循环的形式主要有脱硫、同化、硫化和反硫化(徐小华，1991)。3.1脱硫将动物、植物和微生物尸体中的含硫有机物降解成H2S的过程称为脱硫。含硫有机化合物大多含有氮。在微生物分解过程中，H2S和NH3都会产生，因此H2S的脱巯基过程和NH3的脱氨过程往往同时进行。一般氨化微生物都有这种作用。3.2硫化是H2S、硫或FeS在微生物作用下被氧化成H2SO4的过程。在农业生产中，微生物硫化形成的H2SO4不仅可以作为植物硫营养的来源，而且有助于土壤中矿质元素的溶解，可以促进农业生产。自然界中能氧化无机硫化物的微生物主要有硫细菌和硫化细菌(黄秀丽，1998)。3.2.1硫细菌能将H2S氧化成S并储存在细菌中。当环境中缺乏H2S时，储存在细胞中的硫颗粒可继续被氧化成H2SO4，其主要类型有:1)无色硫细菌，不含光合色素；2)光自养硫细菌，含有细菌素等类胡萝卜素，在厌氧条件下进行光合作用(周德清，1993)。3.2.2硫化细菌能将S或还原性硫化物氧化成H2SO4，细胞内无硫颗粒，为专性或兼性自养细菌，主要为硫杆菌的某些种(夏淑芬，张家耀，1988)。3.3同化植物和微生物可以将硫酸盐转化为还原态的硫化物，然后以巯基的形式固定在蛋白质和其他成分中。3.4脱硫在厌氧条件下，硫酸盐被微生物还原成H2S的过程称为反脱硫。在通风不良的土壤中脱硫会增加土壤中H2S的含量，对植物的根系有害。海底沉积物中生长着大量的抗硫化物细菌(宋，，2000)。参与这一过程的微生物是硫酸盐还原菌。微生物在磷循环中的作用磷也是生物体的重要元素之一。自然界中有许多难溶的无机磷化物，一般植物不能利用。微生物活动可以促进生物圈中磷的有效利用。磷循环主要表现在磷酸盐的有效转化和无效转化过程中。岩石和土壤中所含的不溶性磷酸盐矿物，在许多微生物产生的有机酸和无机酸的作用下，可以转化为可溶性磷酸盐。微生物在降解有机物的过程中，也会降解其中所含的有机磷化合物。许多微生物具有很强的分解核酸、卵磷脂、植酸等有机磷化合物的能力，它们转化释放的磷酸可被其他生物吸收利用(