土壤微生物在土壤健康及土壤生态系统中的作用

      土壤微生物不仅调节群落多样性，还影响土壤抵抗能力和再生修复能力，这对保持土壤肥力和可持续生产极其重要。土壤微生物作为养分循环的“调配器”，主导着不同养分元素化合物及交换通量的方向转变，它们运用广泛，包括自然温室气体减排和污染物降解，对维护农田生态环境至关重要。因此，它们是维持土壤健康的核心和关键。

      一、土壤微生物对土壤净碳平衡的贡献及对有机质的分解与释放的作用

      土壤有机物含量是衡量土壤健康度的重要标准，土壤微生物在同化和分解有机物方面发挥了决定性的作用，由此土壤微生物直接影响着土壤的净碳平衡。同时，土壤中的自养微生物是CO₂转化为有机碳的重要“触发器”，在提高有机碳库累积中发挥关键作用。

      微生物能够分解有机物质，将其转化为无机养分，进而释放到土壤中去；微生物通过腐殖质酶、蛋白酶的分泌，将复杂的有机物分解为简单的有机物，然后进一步分解为脂肪酸、糖类、氨基酸等，使其能够被植物吸收利用。

      二、土壤微生物对氮素转化过程与生物固氮作用

      氮素的有效性关乎农业产量，而土壤中氮素转化过程对此起了很大影响。在土壤中，微生物通过氮素转化过程，将有机氮转化为无机氮，从而促进了氮素的有效利用。具体而言，微生物参与了氮素的氨化、硝化、返硝化等关键过程。其中。氨化是微生物将有机氮分解为氨，再进一步合成氨基酸。硝化过程中，一部分微生物将氨氧化为亚硝酸，接着被其他微生物氧化为硝酸盐。而反硝化则是将硝酸盐还原为氮气等形式，从而使氮素在环境中发生循环。

      部分微生物还可以促进土壤固氮。大部分来自豆科植物和根瘤菌共生固氮，还有部分是联合固氮，如蓝细菌、褐球固氮菌和梭菌参与的自生固氮。这为土壤提供了重要的氮素来源，为作物生长提供了有效的氮。

      三、土壤微生物对磷的转化吸收和转运的作用

      土壤中有效磷含量对于维持土壤健康和植物正常生长极为关键。区别于氮素，土壤中的磷大多数情况下以有机物或无机物形式存在，并被固定于土壤矿物质，难以被作物直接吸收，从而限制了农产品产量。微生物在此过程中扮演了极其重要的角色，对于土壤磷有效性起到积极调节作用。其主要职责包括：(1)无机磷溶解；(2)有机磷矿化；(3)磷吸收转运等。

      四、土壤微生物对土壤团聚体的贡献

      土壤团聚体能够支持根系发育、防止土壤侵蚀、存储碳质以及保持水分，因此，具有优良团聚体结构的土壤才能更好维持正常功能。一方面，土壤团聚体为微生物提供生存环境，不同粒径团聚体的特点会导致微生物种类、数量、多样性及功能上的差异；另一方面，微生物也对土壤团聚体生成起到主导作用。首先，土壤有机质能促进团聚体形成并维持土壤结构稳定，同时，微生物及其残骸是土壤有机碳的主要来源，这揭示了微生物、大型生物及植物与土壤物理性质紧密联系。研究显示，田间土壤接种灭菌土壤明显提升了团聚体稳定性，证实了土壤微生物构建有机生态系统的重要性。

      土壤微生物通过多种手段推动团聚体形成：如(1)微生物利用自身电荷借助静电引力粘结土壤颗粒；(2)借助胞外聚合物促使土壤颗粒牢固团结；(3)通过真菌菌丝和放线菌菌丝将土粒紧密束缚。集群分布的微生物始终发挥协同控制效应，尤其是真菌更利于大团聚体形成，而细菌及其代谢产物则更利于微团聚体的形成。细菌和真菌产生的胞外多糖在维持土壤微团聚体稳定性方面亦发挥着重要作用。

      五、土壤微生物对作物病虫草害的防御机制

      土壤微生物在抵御生物和非生物威胁方面发挥着至关重要的作用，它们能够改善土壤抗病能力。噬菌体不仅通过 "专性猎杀" 高效裂解病原菌和原生动物，还可以选择利用捕食作用直接降低病原菌丰度。此外，丰富多样的土著微生物及多样化微生物其高效利用资源的特点，构成了抵挡病原菌繁殖的核心防线，具有较强竞争力的微生物群体构成了相互制衡的环境，有效预防了病原体肆虐，从而降低了土传疾病的发生率。

      同时，土壤微生物也是植物防治地面病虫害的重要保障，它们能直接或间接地影响昆虫取食行为。例如，土壤中植物内生菌的数量会极大影响昆虫对植物叶片的咬食程度。此外，根际微生物也可诱导植物的系统抗性，调节植物形态特征间接影响昆虫取食。因此，土壤或根际微生物的组成及多样性及其与植物相互作用，对维持植物正常生长和降低病虫害敏感性起着决定性的作用。

      在抑制杂草发生方面，一种是直接利用活体微生物对杂草进行侵染，使杂草患病死亡；另一类是微生物代谢产物类除草剂，可以产生对杂草的生长有抑制效果的毒素或者抗生物质，以此对杂草进行防治；还有一种是通过微生物的代谢活动，争夺了杂草种子的生存空间，从而可以起到抑制杂草种子萌发的的作用。因此，土壤微生物的活动还可以有效的减少杂草的危害。

      六、土壤微生物可适当缓解土壤重金属污染

      关于土壤微生物在应对重金属污染的环境挑战上，部分微生物展现出了惊人的适应力，拥有耐受甚至固定重金属的能力，对于降低土壤中重金属的有效生物活性有着重大贡献。利用这类微生物钝化土壤中的重金属是一种高效且绿色环保的重金属修复策略。微生物能通过与土壤重金属离子配合并结合，形成化合键吸附土壤重金属，降低土壤重金属的生物利用效率和生物毒性。

      七、土壤微生物对于清除化学农药残留的贡献

      虽然农药极大提升了农作物产量并推动农业朝着高效管理迈进，然而农药残留在土壤中的问题也不可小觑。研究表明，杀菌处理后，土壤中的吡虫啉、啶虫脒和噻虫嗪等农药残留的降解速度明显赶不上未经杀菌处理的土壤。在此过程中，微生物发挥着决定性的作用。通过进行酶促反应和非酶促反应等过程，微生物已成为清除土壤中残留农药的关键力量。

      小结