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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研究所）

監製：中國科普博覽

在自然界中微生物無處不在，而土壤是它們(men) 的大本營，也是它們(men) 生長和繁殖的天然“培養(yang) 基”。土壤微生物是土壤中我們(men) 肉眼難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(men) 是土壤的重要組成成分，但個(ge) 體(ti) 微小，一般以微米或毫微米來計算。在土壤中微生物的數量和種類驚人，1克土壤中能有幾億(yi) 到幾百億(yi) 個(ge) ，種類也有數千乃至數萬(wan) 種，其中細菌最多，放線菌、真菌次之，藻類較少。它們(men) 在土壤的數量和種類是會(hui) 根據土壤環境而不斷變化的。

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育、物質循環和植物生長等都十分重要，可以說是土壤能夠生產(chan) 產(chan) 品、淨化水源，並成為(wei) 最有效的二氧化碳封存場所的根本。

和我們(men) 人類一樣，微生物為(wei) 了生存和保持健康的身體(ti) ，也需要不斷的從(cong) 外界環境中獲取食物。我們(men) 人類的食物都是按食物名稱來稱呼的，比如大米、西紅柿，牛肉等等，而微生物的食物主要是根據在它們(men) 身體(ti) 裏的生理作用來分類，如碳源、氮源、生長因子、水等。

微生物經常食用的碳源物質主要有糖類、有機酸、二氧化碳、蛋白質等，而能被它們(men) 利用的氮源物質主要包括蛋白質及其降解產(chan) 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，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(guan) 鍵一環，主要是起到溶劑與(yu) 運輸介質的作用，不僅(jin) 如此，水還能參與(yu) 其細胞內(nei) 一係列化學反應。

土壤微生物殘體(ti) ——森林土壤碳庫的重要組成部分

森林土壤碳庫是指存在於(yu) 森林中的含碳的有機物質，是陸地生態係統中最重要的碳庫。樹木通過光合作用吸收大氣中二氧化碳，維持自身的生長，並產(chan) 生一些枯枝落葉和死亡的根係。我們(men) 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(wei) 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(wei) 幾十分鍾到幾小時或者幾天，它們(men) 的繁殖能力比較強，在短時間內(nei) 可以繁殖數倍乃至數十倍。微生物死亡後，其體(ti) 內(nei) 的一部分物質會(hui) 被其他微生物吸收利用，而剩下的那些難分解物質就保留在土壤中，我們(men) 稱這些保留在土壤中的物質為(wei) 土壤微生物殘體(ti) ，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森林生態係統中常見的微生物

（圖片來源：參考文獻1）

細菌殘體(ti) 與(yu) 真菌殘體(ti) ，到底有啥不一樣？

土壤微生物殘體(ti) 主要包括細菌殘體(ti) 和真菌殘體(ti) ，它們(men) 都是森林土壤碳庫的重要組成部分，但它們(men) 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。細菌由於(yu) 自身的酶係統弱，“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，而用於(yu) 合成生物量的碳相對較少。反之，真菌由於(yu) 自己“消化能力強，吸收好，對食物利用率高”的原因，能產(chan) 生更多的生物量。

另外，土壤微生物死後細胞質會(hui) 被其他微生物重新利用，而細胞壁經過周轉逐漸形成微生物殘體(ti) ，但細菌和真菌之間在細胞壁組成物質的差異也會(hui) 影響其微生物殘體(ti) 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組成，而真菌細胞壁主要是由幾丁質和黑色素等難分解的物質組成。

因此，相比於(yu) 細菌殘體(ti) ，真菌殘體(ti) 的可食性不好，大部分微生物不喜歡食用。經過日積月累，真菌殘體(ti) 對森林土壤有機碳庫的貢獻就會(hui) 高於(yu) 細菌殘體(ti) 。

微生物：天這麽(me) 冷，我也不想幹活啊！

我國幅員遼闊，南北氣候差別大，森林類型豐(feng) 富。寒冷地區的森林以針葉樹為(wei) 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，不能滿足土壤微生物的“胃口”。

同時，和我們(men) 人類一樣，微生物也挺“嬌氣”的，太熱或太冷都不利於(yu) 它們(men) 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，沒有被微生物完全利用的有機物質就殘留在土壤中，最終使得土壤微生物殘體(ti) 對寒冷地區森林土壤有機碳庫的貢獻低於(yu) 溫暖地區的森林。

圖3森林土壤微生物殘體(ti) 動態變化示意圖

（圖片來源：參考文獻2）

森林是陸地生態係統最大的碳庫，在維持土壤肥力、保障糧食安全和調控氣候變化等方麵發揮著至關(guan) 重要的作用，而土壤微生物殘體(ti) 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(ti) 的形成有利於(yu) 提高森林碳固存能力，增強森林生態係統的碳匯功能。所以，年複一年的積累使得土壤微生物殘體(ti) 對森林有機碳庫的貢獻不容忽視，千萬(wan) 別小瞧了這些小家夥(huo) 哦！

編輯：孫晨宇

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.

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