微⽣物:我们是⼟壤物质循环的发动机!

作者: 王清奎 赵学超

来源: 科普中国

发布日期: 2023-01-20 13:10:29

本文介绍了土壤微生物在土壤物质循环中的重要作用,包括它们的食物来源、对森林土壤碳库的贡献以及在不同气候条件下的活动差异。文章强调了土壤微生物残体对森林有机碳库的贡献,并指出通过促进土壤微生物残体的形成可以提高森林碳固存能力。

在⾃然界中微⽣物⽆处不在,⽽⼟壤是它们的⼤本营,也是它们⽣⻓和繁殖的天然“培养基”。⼟壤微⽣物是⼟壤中我们⾁眼难以看得⻅的所有微⼩⽣物的总称,主要包括细菌、真菌、放线菌和藻类等。它们是⼟壤的重要组成成分,但个体微⼩,⼀般以微⽶或毫微⽶来计算。在⼟壤中微⽣物的数量和种类惊⼈,1 克⼟壤中能有⼏亿到⼏百亿个,种类也有数千乃⾄数万种。其中细菌最多,放线菌、真菌次之,藻类较少。

它们在⼟壤的数量和种类是会根据⼟壤环境⽽不断变化的。⼟壤微⽣物对⼟壤的形成发育、物质循环和植物⽣⻓等都⼗分重要。可以说是⼟壤能够⽣产产品、净化⽔源,并成为最有效的⼆氧化碳封存场所的根本。和我们⼈类⼀样,微⽣物为了⽣存和保持健康的身体,也需要不断的从外界环境中获取⻝物。我们⼈类的⻝物都是按⻝物名称来称呼的,⽐如⼤⽶、⻄红柿、⽜⾁等等。

⽽微⽣物的⻝物主要是根据在它们身体⾥的⽣理作⽤来分类,如碳源、氮源、⽣⻓因⼦、⽔等。微⽣物经常⻝⽤的碳源物质主要有糖类、有机酸、⼆氧化碳、蛋⽩质等。⽽能被它们利⽤的氮源物质主要包括蛋⽩质及其降解产物、铵盐、硝酸盐、分⼦氮、脲、胺、酰胺等。除此之外,微⽣物还需要⻝⽤维⽣素、氨基酸、嘌呤和嘧啶等来满⾜⾃身⽣⻓的需要。

⽆机盐也是微⽣物⽣⻓所需的物质,⼀般有磷酸盐、硫酸盐以及含有钠、钾、钙、镁、铁等元素的化合物。⽔也是微⽣物⽣⻓的关键⼀环,主要是起到溶剂与运输介质的作⽤,不仅如此,⽔还能参与其细胞内⼀系列化学反应。森林⼟壤碳库是指存在于森林中的含碳的有机物质,是陆地⽣态系统中最重要的碳库。树⽊通过光合作⽤吸收⼤⽓中⼆氧化碳,维持⾃身的⽣⻓,并产⽣⼀些枯枝落叶和死亡的根系。

我们在⽇常⽣活中看到的枯枝落叶、枯死⽊、树桩和枯死的树根等都是森林⼟壤碳库的来源。⼟壤微⽣物将这些有机物作为⻝物来满⾜⾃身的⽣⻓和繁殖。⼟壤微⽣物的⽣命很短,⼀般为⼏⼗分钟到⼏⼩时或者⼏天,它们的繁殖能⼒⽐较强,在短时间内可以繁殖数倍乃⾄数⼗倍。微⽣物死亡后,其体内的⼀部分物质会被其他微⽣物吸收利⽤,⽽剩下的那些难分解物质就保留在⼟壤中。

我们称这些保留在⼟壤中的物质为⼟壤微⽣物残体,通常情况下能够⻓时间保留在⼟壤中,是森林⼟壤有机碳库的重要组成部分。⼟壤微⽣物残体主要包括细菌残体和真菌残体,它们都是森林⼟壤碳库的重要组成部分,但它们之间却⼜有不同。⾸先,细菌和真菌吃的“⻝物”不完全相同,对⻝物的吸收能⼒也存在差别。细菌由于⾃身的酶系统弱,“消化”这些⻝物消耗的能量较多,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对较少。

反之,真菌由于⾃⼰“消化能⼒强,吸收好,对⻝物利⽤率⾼”的原因,能产⽣更多的⽣物量。另外,⼟壤微⽣物死后细胞质会被其他微⽣物重新利⽤。⽽细胞壁经过周转逐渐形成微⽣物残体,但细菌和真菌之间在细胞壁组成物质的差异也会影响其微⽣物残体对⼟壤碳库的贡献。细菌细胞壁主要是由肽聚糖等相对易分解物质组成,⽽真菌细胞壁主要是由⼏丁质和⿊⾊素等难分解的物质组成。

因此,相⽐于细菌残体,真菌残体的可⻝性不好,⼤部分微⽣物不喜欢⻝⽤。经过⽇积⽉累,真菌残体对森林⼟壤有机碳库的贡献就会⾼于细菌残体。我国幅员辽阔,南北⽓候差别⼤,森林类型丰富。寒冷地区的森林以针叶树为主,⽣⻓季相对较短,枯枝落叶含有很多微⽣物不喜欢吃的难分解物质,不能满⾜⼟壤微⽣物的“胃⼝”。同时,和我们⼈类⼀样,微⽣物也挺“娇⽓”的,太热或太冷都不利于它们活动。

寒冷的⽓候使得⼟壤微⽣物在漫⻓的冬季进⼊“冬眠”状态,没有被微⽣物完全利⽤的有机物质就残留在⼟壤中;最终使得⼟壤微⽣物残体对寒冷地区森林⼟壤有机碳库的贡献低于温暖地区的森林。

森林是陆地⽣态系统最⼤的碳库,在维持⼟壤肥⼒、保障粮⻝安全和调控⽓候变化等⽅⾯发挥着⾄关重要的作⽤。⽽⼟壤微⽣物残体对森林有机碳库的贡献差不多达到了50%。因此,通过促进⼟壤微⽣物残体的形成有利于提⾼森林碳固存能⼒,增强森林⽣态系统的碳汇功能。所以,年复⼀年的积累使得⼟壤微⽣物残体对森林有机碳库的贡献不容忽视,千万别⼩瞧了这些⼩家伙哦!

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