天天快訊:微生物：我們是土壤物質(zhì)循環(huán)的發(fā)動機！

出品：科普中國

作者：王清奎 趙學超（中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所）

(資料圖片僅供參考)

監(jiān)制：中國科普博覽

在自然界中微生物無處不在，而土壤是它們的大本營，也是它們生長和繁殖的天然“培養(yǎng)基”。土壤微生物是土壤中我們?nèi)庋垭y以看得見的所有微小生物的總稱，主要包括細菌、真菌、放線菌和藻類等。

它們是土壤的重要組成成分，但個體微小，一般以微米或毫微米來計算。在土壤中微生物的數(shù)量和種類驚人，1克土壤中能有幾億到幾百億個，種類也有數(shù)千乃至數(shù)萬種，其中細菌最多，放線菌、真菌次之，藻類較少。它們在土壤的數(shù)量和種類是會根據(jù)土壤環(huán)境而不斷變化的。

圖1 顯微鏡下的微生物

（圖片來源：Veer圖庫）

土壤微生物的“食譜”

土壤微生物對土壤的形成發(fā)育、物質(zhì)循環(huán)和植物生長等都十分重要，可以說是土壤能夠生產(chǎn)產(chǎn)品、凈化水源，并成為最有效的二氧化碳封存場所的根本。

和我們?nèi)祟愐粯?，微生物為了生存和保持健康的身體，也需要不斷的從外界環(huán)境中獲取食物。我們?nèi)祟惖氖澄锒际前词澄锩Q來稱呼的，比如大米、西紅柿，牛肉等等，而微生物的食物主要是根據(jù)在它們身體里的生理作用來分類，如碳源、氮源、生長因子、水等。

微生物經(jīng)常食用的碳源物質(zhì)主要有糖類、有機酸、二氧化碳、蛋白質(zhì)等，而能被它們利用的氮源物質(zhì)主要包括蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物、銨鹽、硝酸鹽、分子氮、脲、胺、酰胺等。

除此之外，微生物還需要食用維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶等來滿足自身生長的需要，無機鹽也是微生物生長所需的物質(zhì)，一般有磷酸鹽、硫酸鹽以及含有鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等元素的化合物。水也是微生物生長的關(guān)鍵一環(huán)，主要是起到溶劑與運輸介質(zhì)的作用，不僅如此，水還能參與其細胞內(nèi)一系列化學反應。

土壤微生物殘體——森林土壤碳庫的重要組成部分

森林土壤碳庫是指存在于森林中的含碳的有機物質(zhì)，是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的碳庫。樹木通過光合作用吸收大氣中二氧化碳，維持自身的生長，并產(chǎn)生一些枯枝落葉和死亡的根系。我們在日常生活中看到的枯枝落葉、枯死木、樹樁和枯死的樹根等都是森林土壤碳庫的來源。土壤微生物將這些有機物作為食物來滿足自身的生長和繁殖。

土壤微生物的生命很短，一般為幾十分鐘到幾小時或者幾天，它們的繁殖能力比較強，在短時間內(nèi)可以繁殖數(shù)倍乃至數(shù)十倍。微生物死亡后，其體內(nèi)的一部分物質(zhì)會被其他微生物吸收利用，而剩下的那些難分解物質(zhì)就保留在土壤中，我們稱這些保留在土壤中的物質(zhì)為土壤微生物殘體，通常情況下能夠長時間保留在土壤中，是森林土壤有機碳庫的重要組成部分。

圖2森林生態(tài)系統(tǒng)中常見的微生物

（圖片來源：參考文獻1）

細菌殘體與真菌殘體，到底有啥不一樣？

土壤微生物殘體主要包括細菌殘體和真菌殘體，它們都是森林土壤碳庫的重要組成部分，但它們之間卻又有不同。首先，細菌和真菌吃的“食物”不完全相同，對食物的吸收能力也存在差別。細菌由于自身的酶系統(tǒng)弱，“消化”這些食物消耗的能量較多，更多的碳以呼吸的形式排放出去，而用于合成生物量的碳相對較少。反之，真菌由于自己“消化能力強，吸收好，對食物利用率高”的原因，能產(chǎn)生更多的生物量。

另外，土壤微生物死后細胞質(zhì)會被其他微生物重新利用，而細胞壁經(jīng)過周轉(zhuǎn)逐漸形成微生物殘體，但細菌和真菌之間在細胞壁組成物質(zhì)的差異也會影響其微生物殘體對土壤碳庫的貢獻。細菌細胞壁主要是由肽聚糖等相對易分解物質(zhì)組成，而真菌細胞壁主要是由幾丁質(zhì)和黑色素等難分解的物質(zhì)組成。

因此，相比于細菌殘體，真菌殘體的可食性不好，大部分微生物不喜歡食用。經(jīng)過日積月累，真菌殘體對森林土壤有機碳庫的貢獻就會高于細菌殘體。

微生物：天這么冷，我也不想干活啊！

我國幅員遼闊，南北氣候差別大，森林類型豐富。寒冷地區(qū)的森林以針葉樹為主，生長季相對較短，枯枝落葉含有很多微生物不喜歡吃的難分解物質(zhì)，不能滿足土壤微生物的“胃口”。

同時，和我們?nèi)祟愐粯?，微生物也挺“嬌氣”的，太熱或太冷都不利于它們活動。寒冷的氣候使得土壤微生物在漫長的冬季進入“冬眠”狀態(tài)，沒有被微生物完全利用的有機物質(zhì)就殘留在土壤中，最終使得土壤微生物殘體對寒冷地區(qū)森林土壤有機碳庫的貢獻低于溫暖地區(qū)的森林。

圖3森林土壤微生物殘體動態(tài)變化示意圖

（圖片來源：參考文獻2）

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫，在維持土壤肥力、保障糧食安全和調(diào)控氣候變化等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而土壤微生物殘體對森林有機碳庫的貢獻差不多達到了50%。

因此，通過促進土壤微生物殘體的形成有利于提高森林碳固存能力，增強森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能。所以，年復一年的積累使得土壤微生物殘體對森林有機碳庫的貢獻不容忽視，千萬別小瞧了這些小家伙哦！

參考文獻：

1.Peay, K.G., Kennedy, P.G., Talbot, J.M., 2016. Dimensions of biodiversity in the Earth mycobiome. Nature Reviews Microbiology 14, 434-447.

2.Zhao, X., Tian, P., Liu, S., Yin, P., Sun, Z., Wang, Q., 2022. Mean annual temperature and carbon availability respectively controlled the contributions of bacterial and fungal residues to organic carbon accumulation in topsoil across China"s forests. Global Ecology and Biogeography 1–12.

標簽： 土壤微生物 森林土壤 二氧化碳