微生物在生态系统中的作用

三、微生物在生态系统中的作用

微生物是生态系统中的重要成员，在生态系统的结构组成和功能表达中起重要作用。

1.微生物是生态系统中的初级生产者

微生物中的光能及化能自养微生物是生态系统中的初级生产者，包括真核微型藻类、蓝细菌、红螺菌、着色菌、绿菌等光合细菌及硝化细菌、硫细菌、铁细菌等化能自养菌。这些微生物具有初级生产者所具有的两个明显特征，即可直接利用太阳能、无机物的化学能作为能量来源，另一方面其积累下来的能量又可以在食物链、食物网中流动，其在水体中的食物链可表示为:

微生物初级生产者(光合细菌等)→浮游动物→较大的无脊椎动物→捕食性鱼类(含混食性鱼类)→食鱼性鱼类

具有初级生产者能力的微生物主要有三个类群:

(1)微型藻类:这里包括原核藻类(蓝细菌、原绿菌目)及真核藻类。大多数藻类是专性光能自养型，利用光能作能源，利用无机碳化合物作碳源，以水作为电子供体进行放氧的光合作用;一些藻类能够选择H₂和H₂S为电子供体进行不释放氧的光合作用;也有一些藻类在光照条件下能同化简单的有机化合物，并能把它们变成原生质物质，但以有机物作为唯一能源时它们不能生长。

(2)光合细菌:光合细菌利用光作能源，以CO₂作碳源，大多利用H₂S作还原剂(电子供体)进行光能自养生长，有些是以有机化合物作碳源，进行光能异养生长。它们的生活环境一般是厌氧的，光合细菌主要包括紫色光合细菌、绿色光合细菌及其他光合细菌，光合细菌中大多为不产氧光合作用，但有的能进行产氧光合作用。紫色光合细菌:专性光能利用菌，光合性还原剂是H₂S、S⁰、硫化硫酸盐、H₂，专性厌氧，色素体系是细菌叶绿素a或d，细菌显紫色。绿色光合细菌:专性光能利用菌，光合性还原剂是H₂S、S⁰、硫化硫酸盐、H₂，专性厌氧，色素体系是细菌叶绿素c或d，细菌显绿色。

(3)化能自养细菌:化能自养细菌从无机物氧化中取得能量同化CO₂。主要包括硫氧化菌、铁锰氧化菌、硝化细菌、甲烷氧化细菌、氢细菌。硫氧化菌:它们能氧化元素硫、硫化物、硫化硫酸盐获得能量，主要是硫杆菌属和硫化叶菌属，广泛分布于水体和土壤中。铁、锰氧化菌:它们通过氧化二价铁和二价锰取得能量，但氧化所取得的能量很少，主要是氧化亚铁硫杆菌。硝化(作用)细菌:它们靠氧化氮的无机物取得能量。包括把铵氧化成亚硝酸的亚硝化菌和把亚硝酸氧化成硝酸的硝化菌。甲烷氧化菌:它们以氧化甲烷作为生长的能源，同时也能氧化其他的有机碳化物。氢细菌:它们从H₂的氧化中取得能量。

从能固定太阳能、化学能的微生物初级生产者开始的食物链和从直接固定太阳能的绿色植物开始的食物链一样都属于捕食食物链。微生物在另一类型的食物链即从分解动植物尸体或粪便中有机物颗粒开始的碎屑食物链中更显重要作用。异养微生物在分解动植物残体过程中也同化利用有机物产生大量的微生物生物量，这部分微生物可以成为碎屑食物链的始端。在水体中可以形成和前述光合细菌为起点的类似的食物链。这里的异养微生物实际上也可以看成与光能、化能微生物具同等地位的初级生产者。

2.微生物是有机物的主要分解者

微生物主要作为生物圈中的分解者而存在，其最大的价值也在于其分解功能。这类微生物称为异养微生物。它们分解生物圈内存在的动物和植物残体等复杂有机物质，并最后将其转变成最简单的无机物，再供初级者使用。我们可以设想，如果地球上没有异养微生物的分解作用，则历年累积下来的生物残体将会堆积成灾，同时也会由于无机物供应的缺乏，使初级生产者无法继续合成有机物质，最终导致生态系统平衡的破坏。

3.微生物是物质循环中的重要成员

微生物可以参与所有的物质循环，几乎所有的元素及其化合物都受到微生物的作用。微生物在物质循环中的关键作用、主要作用和独特作用尤其值得注意。微生物作为生态系统的主要分解者，它们的分解作用实际上是物质循环中的最关键过程，起关键作用。在一些元素的循环中微生物是主要的成员，起主要作用。而在一些过程中，只有微生物才能进行，起独特作用(参阅第四章微生物与生物地球化学循环)。

4．微生物是物质和能量的储存者

微生物和动物、植物一样也是生命有机体，是由物质组成和能量维持的生命有机体。在土壤、水体中有大量的微生物生物量，储存着大量的物质和能量。在农业土壤中微生物的C、N含量达到总量的5%、15%，固定在微生物生物量中的N、P、K和Ca大约是每公顷100kg、80kg、70kg和10kg。

5.微生物是地球生物演化中的先锋种类

微生物是最早出现的生物体，由微生物分化而进化成后来出现的动、植物。蓝细菌的产氧作用及其他细菌的固N作用改变了大气圈中的化学组成，提供可利用N源，并为后来的动、植物的出现打下基础。

微生物在生态系统中的作用是微生物的总体表现，微生物在任何区域或微观环境中的代谢功能是整体功能的一个组成部分。利用微生物消除污染，保护环境实际上是对微生物的生态功能的具体应用。