微生物如何參與自然界的磷素循環

『壹』 生物地球化學循環的磷循環

磷主要以磷酸鹽形式貯存於沉積物中，以磷酸鹽溶液形式被植物吸收。但土壤中的磷酸根在鹼性環境中易與鈣結合，酸性環境中易與鐵、鋁結合，都形成難以溶解的磷酸鹽，植物不能利用。而且磷酸鹽易被徑流攜帶而沉積於海底。磷質離開生物圈即不易返回，除非有地質變動或生物搬運。因此磷的全球循環是不完善的。磷與氮、硫不同，在生物體內和環境中都以磷酸根的形式存在，因此其不同價態的轉化都無需微生物參與，是比較簡單的生物地球化學循環。
磷是生命必需的元素，又是易於流失而不易返回的元素，因此很受重視。據觀察，某些含磷廢物排入水體後竟引致藻類暴發性生長，這說明自然界中可利用的磷質已相當缺乏。岩石風化逐漸釋放的磷質遠不敷人類的需要，而且磷質在地表的分布很不均勻。目前開採的磷肥主要來自地表的磷酸鹽沉積物，因此應該合理開采和節約使用。同時應注意保護植被，改造農林業操作方法，避免磷質流失。

『貳』 試述微生物與自然界氮素循環的關系。

微生物在自然界物質循環中的作用:微生物種類繁多，繁殖迅速，環境適應力強，分布廣泛，因此在自然界物質循環的過 程中發揮著重要的作用。自然界的物質循環是合成和分解兩個對立過程的統一，主要包括 C、 N、S 和 P 四種元素的循環。微生物是生物圈重要的生產者和有機物的主要分解者，它們的活 動是自然界物質正常循環的基礎。 微生物在碳素循環中的作用主要體現在同化和產生 CO2 上， 自養微生物可以利用 CO2 合成有機物，異養微生物則可以分解有機物產生 CO2。自然界中的 氮素絕大部分以大多數生物不能直接利用的 N2 的形式存在， 微生物在氮素的轉化和合成過程 中發揮著重要的作用。自然界中的 NH3 大多數是微生物合成的；不同氮素之間的相互轉化也 需要微生物的參與；只有微生物才能分解有機物中的氮。微生物在自然界氮素循環中的作用 形式主要有固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用以及同化作用。自然界中存在的硫 素絕大部分不能被大多數生物直接利用，只有通過微生物的轉化後才能被其它生物吸收和利 用； 有機物中硫素的分解同樣離不開微生物。 微生物利用和轉化硫素的方式主要有脫硫作用、 同化作用、硫化作用和反硫化作用。自然界中存在許多難溶的一般不能被植物所利用的無機 磷化物，微生物的活動能促進磷在生物圈中的有效利用；許多微生物具有很強的分解核酸、 卵磷脂和植酸等有機磷化物的能力，它們轉化、釋放的磷酸可供其它生物吸收利用。 關鍵詞 微生物 自然界 物質循環 作用 0 引言 自然界的物質循環主要包括兩個方面：一是無機物的有機質化，即生物合成作用；另一個是 有機物的無機質化，即礦化作用或分解作用。這兩個過程相輔相成，構成了自然界的物質循 環。微生物是生物圈的三大成員之一，它們種類繁多，代謝途徑多樣，酶活性高，繁殖迅速， 適應環境能力強，廣泛分布於自然界中，無論是陸地、水域、空氣、動植物以及人體的外表 和內部的某些器官，甚至在一些極端環境中都有微生物存在。總而言之，微生物是生物圈的 重要成員，在自然界的物質循環過程中具有重要的作用。概括起來有以下兩個方面的作用： 第一， 微生物是生物食物鏈中的生產者之一； 第二， 是有機物質的主要分解者(黃秀梨,1998)。 以光能自養的藻類、藍細菌和光合細菌為代表的微生物可以直接利用空氣中的 CO2 通過光合 作用合成有機物，在無機物的有機質化過程中起著重要的作用；以異養型微生物為主的分解 者，在有機質的礦化過程中起著主要作用。具體而言微生物在自然界物質循環中的作用體現 在以下四個方面(徐孝華,1991)。 1 微生物在碳素循環中的作用 碳是構成各種生物體最基本的元素，是有機物和生物細胞的結構骨架，沒有碳就沒有生命。 碳素循環包括 CO2 的固定和 CO2 的再生。 1.1 微生物在 CO2 的固定中的作用 一些光能自養微生物， 如藻類、 光合細菌和藍細菌等可通過光合作用直接利用自然界中的 CO2 合成有機碳化物，進而轉化為各種有機物；化能自養菌能利用化學能同化 CO2。微生物合成 的有機物在數量和規模雖遠不及綠色植物，但在一些特殊環境(如植物難以生存的水域)中具 有相當重要的作用(王家玲等,1988)。 1.2 微生物在 CO2 的再生中的作用 異養微生物可以利用動植物和微生物屍體中的有機物，微生物可分泌活性很高的酶分解其它 生物難分解的木質纖維素和甲殼素(梁小兵等,2001；黃福貞,1996)，細菌可將顆粒態的有機 物(POM)分解成可被生物利用的可溶性有機物(DOM)（宋金明，2000） 。細菌是 DOM 最主要的利 用者，它們在利用這些有機物的同時，不斷地將其分解以獲取生長所需的能量，同時產生大 量 CO2(Munster,1993)。自然界中的有機物的分解則以微生物為主，水生細菌利用 DOM 進行 的次級生產可消耗初級生產量的 30~60%(Coke,1998)。 2 微生物在氮素循環中的作用 氮是核酸和蛋白質的主要成分， 是構成生物體的必需元素。 雖然佔大氣體積 78%的氣體是 N2， 但所有動植物和大多數微生物都不能直接利用 N2。 作為自然界最重要的初級生產者的植物所 需要的氮―銨鹽、硝酸鹽等無機氮化物，在自然界為數不多，只有將大氣中的 N2 進行轉化和 循環，才能滿足植物體對氮素的需要。氮素循環包括微生物的固氮作用、氨化作用、硝化作 用、反硝化作用以及同化作用，這其中的每一種作用都離不開微生物的參與。 2.1 固氮作用 分子態氮被還原成氨或其它氮化物的過程稱為固氮作用。自然界氮的固定有兩種方式，一是 非生物固氮，即通過雷電、火山爆發和電離輻射等固氮以及人工合成氨，非生物固氮形成的 氮化物在數量上遠不能滿足自然界生物生長的需要；二是生物固氮，即通過微生物的作用固 氮，自然界生物生長所需要的氮大部分通過這種作用提供。生物固氮不僅經濟，而且不破壞 環境，在 N2 的轉化中佔有重要地位。湖水沉積物中含有大量的固氮菌(Peptea,1993)，能夠 固氮的微生物均為原核生物，主要有細菌、放線菌和藍細菌(徐孝華,1991)。 2.2 氨化作用 微生物分解含氮有機物產生氨的過程稱為氨化作用。氨化作用在農業生產中十分重要，施入 土壤中的各種動植物殘體和有機肥，包括綠肥、堆肥和廄肥都含有豐富的含氮有機物。這些 有機物須通過各類微生物的作用，將其氨化後才能被植物吸收和利用。水中的氨化細菌有助 於水體中氮的循環和水的清潔，湖的底泥中氨化細菌相當活躍(Genovese,1994)。 2.3 硝化作用 微生物將氨氧化成硝酸鹽的過程稱為硝化作用。硝化作用是自然界氮素循環中不可缺少的一 環。硝化作用分兩個階段進行，每個階段都離不開微生物的作用。第一階段是氨在亞硝化細 菌的作用下被氧化為亞硝酸鹽。第二階段是亞硝酸鹽在硝化細菌的作用下被氧化為硝酸鹽。 土壤中固氮細菌的數量多於硝化細菌(金鈞然,1991)。 2.4 同化作用 銨鹽和硝酸鹽是植物和微生物良好的無機氮類營養物質，它們可被植物和微生物吸收利用， 合成氨基酸、蛋白質、核酸和其它含氮有機物。湖泊中具有同化作用的細菌有助於淡水魚對 蛋白質的利用(Shivokene,1996)。 2.5 反硝化作用 微生物還原硝酸鹽， 釋放出分子態氮和/或 N2O 的過程稱為反硝化作用或脫氮作用。 反硝化作 用是造成土壤氮素損失的重要原因之一。反硝化作用一般只在厭氧條件下進行，在農業生產 上常採用中耕鬆土的辦法抑制反硝化作用。從整個氮素循環來說，反硝化作用是有利的。水 體中的反硝化細菌有助於碳的循環(宋金明,2000)。 湖水沉積物中含有大量的反硝化細菌， 如 果沒有反硝化作用，自然界的氮素循環就會被中斷，硝酸鹽將會在水體中大量蓄積，對人類 的健康和水生生物的生存就會造成極大的威脅(Peptea,1998)。 3 微生物在硫素循環中的作用 硫是生命物質所必需的元素之一，是一些必需氨基酸和某些維生素、輔酶等的成分。自然界 中的硫和 H2S 經微生物氧化生成硫酸根離子，再經植物和微生物同化還原成細胞成分之一的 有機硫化物。生命體死亡後，屍體中的有機硫化物，通過微生物的分解，以 H2S 和 S 的形式 返回自然界。另外硫酸根離子在缺氧環境中可被微生物還原成 H2S。總之，自然界中硫素循 環的形式主要有脫硫作用、同化作用、硫化作用和反硫化作用(徐孝華,1991)。 3.1 脫硫作用 動植物和微生物屍體中的含硫有機物被降解成 H2S 的過程稱為脫硫作用。含硫有機物大都含 有氮素，在微生物分解中，既產生 H2S，也產生 NH3，因此生成 H2S 的脫巰基過程和生成 NH3 的脫氨基過程常同時進行。一般的氨化微生物都有此作用。 3.2 硫化作用 即 H2S、S 或 FeS 等在微生物的作用下被氧化生成 H2SO4 的過程。在農業生產上,微生物硫化 作用形成的 H2SO4,不僅可作為植物的硫素營養源，而且有助於土壤中礦質元素的溶解，對農 業生產有促進作用。自然界能氧化無機硫化物的微生物主要有硫磺細菌和硫化細菌(黃秀 梨,1998)。 3.2.1 硫磺細菌 能將 H2S 氧化為 S，貯積在細菌體內，當環境中缺少 H2S 時，細胞內貯積的硫粒能繼續被氧 化生成 H2SO4，其種類主要有：1) 無色硫磺細菌，不含光合色素；2) 光能自養硫磺細菌， 含有菌綠素和其它類胡蘿卜素，在厭氧條件下進行光合作用(周德慶,1993)。 3.2.2 硫化細菌 能將 S 或還原性硫化物氧化為 H2SO4 的細菌，細胞內無硫粒，專性或兼性化能自養型細菌， 主要是硫桿菌屬(Thiobacillus)的一些種(夏淑芬、張甲耀,1988)。 3.3 同化作用 植物和微生物可將硫酸鹽轉變成還原態的硫化物,然後再以巰基等形式固定到蛋白質等成分 中。 3.4 反硫化作用 硫酸鹽在厭氧條件下被微生物還原成 H2S 的過程稱為反硫化作用。在通氣不良的土壤中所進 行的反硫化作用，會使土壤中的 H2S 含量升高，對植物的根部產生毒害。海底沉積物中生長 著大量的反硫化細菌(宋金明,2000)。參與此過程的微生物是硫酸鹽還原菌。 4 微生物在磷素循環中的作用 磷也是生物體的重要組成元素之一，自然界中存在許多難溶性無機磷化物，它們一般不能被 植物所利用。微生物的活動能促進磷在生物圈中的有效利用。磷素循環主要表現為磷酸根的 有效化和無效化過程的轉變。岩石和土壤中含有的難溶性磷酸鹽礦物能在許多微生物產生的 有機酸和無機酸作用下轉變為可溶性的磷酸鹽。 微生物在降解有機物的過程中同時也降解了其中所含的有機磷化物，許多微生物具有很強的 分解核酸、卵磷脂和植酸等有機磷化物的能力，它們轉化、釋放的磷酸可供其它生物吸收利 用(

『叄』 微生物在自然界循環中作用，涉及環節及作用！

微生物是生態系統的重要組成成員
特別是作為分解者分解系統中的有機物，對生態系統乃至整個生物圈的能量流動、物質循環發揮著獨特的、不可替代的作用。見下圖
由於微生物在生態系統中特殊地位與作用，特別是微生物降解環境污染物的巨大潛力，使其在控制污染、修復污染環境中發揮重要作用。微生物對植物生長的促進和其他有益作用，也有助於緩解生態破壞，恢復受損生態系統。