出品：科普中國(guó)

作者：王清奎 趙學(xué)超（中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所）

(資料圖片僅供參考)

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

在自然界中微生物無(wú)處不在，而土壤是它們的大本營(yíng)，也是它們生長(zhǎng)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(xì)菌、真菌、放線菌和藻類等。

它們是土壤的重要組成成分，但個(gè)體微小，一般以微米或毫微米來(lái)計(jì)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(gè)，種類也有數(shù)千乃至數(shù)萬(wàn)種，其中細(xì)菌最多，放線菌、真菌次之，藻類較少。它們?cè)谕寥赖臄?shù)量和種類是會(huì)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(lái)源：Veer圖庫(kù)）

土壤微生物的“食譜”

土壤微生物對(duì)土壤的形成發(fā)育、物質(zhì)循環(huán)和植物生長(zhǎng)等都十分重要，可以說(shuō)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(chǎng)所的根本。

和我們?nèi)祟愐粯樱⑸餅榱松婧捅３纸】档纳眢w，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(lái)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(lái)分類，如碳源、氮源、生長(zhǎng)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(jī)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(lái)滿足自身生長(zhǎng)的需要，無(wú)機(jī)鹽也是微生物生長(zhǎng)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(zhǎng)的關(guān)鍵一環(huán)，主要是起到溶劑與運(yùn)輸介質(zhì)的作用，不僅如此，水還能參與其細(xì)胞內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng)。

土壤微生物殘?bào)w——森林土壤碳庫(kù)的重要組成部分

森林土壤碳庫(kù)是指存在于森林中的含碳的有機(jī)物質(zhì)，是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的碳庫(kù)。樹木通過(guò)光合作用吸收大氣中二氧化碳，維持自身的生長(zhǎng)，并產(chǎn)生一些枯枝落葉和死亡的根系。我們?cè)谌粘Ｉ钪锌吹降目葜β淙~、枯死木、樹樁和枯死的樹根等都是森林土壤碳庫(kù)的來(lái)源。土壤微生物將這些有機(jī)物作為食物來(lái)滿足自身的生長(zhǎng)和繁殖。

土壤微生物的生命很短，一般為幾十分鐘到幾小時(shí)或者幾天，它們的繁殖能力比較強(qiáng)，在短時(shí)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(huì)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?bào)w，通常情況下能夠長(zhǎng)時(shí)間保留在土壤中，是森林土壤有機(jī)碳庫(kù)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(lái)源：參考文獻(xiàn)1）

細(xì)菌殘?bào)w與真菌殘?bào)w，到底有啥不一樣？

土壤微生物殘?bào)w主要包括細(xì)菌殘?bào)w和真菌殘?bào)w，它們都是森林土壤碳庫(kù)的重要組成部分，但它們之間卻又有不同。首先，細(xì)菌和真菌吃的“食物”不完全相同，對(duì)食物的吸收能力也存在差別。細(xì)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(duì)較少。反之，真菌由于自己“消化能力強(qiáng)，吸收好，對(duì)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(xì)胞質(zhì)會(huì)被其他微生物重新利用，而細(xì)胞壁經(jīng)過(guò)周轉(zhuǎn)逐漸形成微生物殘?bào)w，但細(xì)菌和真菌之間在細(xì)胞壁組成物質(zhì)的差異也會(huì)影響其微生物殘?bào)w對(duì)土壤碳庫(kù)的貢獻(xiàn)。細(xì)菌細(xì)胞壁主要是由肽聚糖等相對(duì)易分解物質(zhì)組成，而真菌細(xì)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(xì)菌殘?bào)w，真菌殘?bào)w的可食性不好，大部分微生物不喜歡食用。經(jīng)過(guò)日積月累，真菌殘?bào)w對(duì)森林土壤有機(jī)碳庫(kù)的貢獻(xiàn)就會(huì)高于細(xì)菌殘?bào)w。

微生物：天這么冷，我也不想干活??！

我國(guó)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(zhǎng)季相對(duì)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(shí)，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?dòng)。寒冷的氣候使得土壤微生物在漫長(zhǎng)的冬季進(jìn)入“冬眠”狀態(tài)，沒(méi)有被微生物完全利用的有機(jī)物質(zhì)就殘留在土壤中，最終使得土壤微生物殘?bào)w對(duì)寒冷地區(qū)森林土壤有機(jī)碳庫(kù)的貢獻(xiàn)低于溫暖地區(qū)的森林。

圖3森林土壤微生物殘?bào)w動(dòng)態(tài)變化示意圖

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)2）

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)，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?bào)w對(duì)森林有機(jī)碳庫(kù)的貢獻(xiàn)差不多達(dá)到了50%。

因此，通過(guò)促進(jìn)土壤微生物殘?bào)w的形成有利于提高森林碳固存能力，增強(qiáng)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能。所以，年復(fù)一年的積累使得土壤微生物殘?bào)w對(duì)森林有機(jī)碳庫(kù)的貢獻(xiàn)不容忽視，千萬(wàn)別小瞧了這些小家伙哦！

參考文獻(xiàn)：

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(biāo)簽： 土壤微生物 森林土壤 二氧化碳