中国科学院、南京农业大学：《土壤生态学》第二讲 微生物与物质循环

微生物与物质循

▪ 微生物与物质循环

生态系统的重要功能 」能量流动 生食食物链( grazing food chain) 腐食食物链( detritus food chain) 物质循环 能量元素∶○、C、H、N 营养元素P、K、Na、Oa、Mg、S等 微量元素:Fe、Mn、CO等

生态系统的重要功能 ▪ 能量流动 生食食物链（grazing food chain） 腐食食物链（detritus food chain） ▪ 物质循环 能量元素：O、C、H、N 营养元素：P、K、Na、Ca、Mg、S等 微量元素：Fe、Mn、Co等

微生物在碳循环中的作用

▪ 微生物在碳循环中的作用

Carbon cycle/recycle CO, in atmosphere B Plants, algae, cyanobacteria Animal Fixation respiration respiration Wood and fossil fuels Consumption CHa+CO2 Plants Animals Dissolved Decomposition Photosynthesis Soil and Dead water microbes organisms Aquatic Plants, algae, bacteria cyanobacteria Fossil b Dead organisms fuels XCluding aquatic animals Copyright @2001 Benjamin Cummings, an imprint of Addison Wesley Longman, Inc

Carbon cycle/recycle

Carbon Cvcle (CH2O)n Photosynthesis Organic compounds Algae Green pla R Plants Chemolithotrophic Animals bacteria Microorganisms Methanotrophs Anoxic Methanogens Homoacetogens Sedimentation and fermentation (Methyl Anaerobic micro- compounds and acetate Anoxygenic organisms including phototrophic bacteria phototroph bacteria ganIc compo (CH2O)n Summary of aerobic and aerobic transformations of carbon

Summary of aerobic and aerobic transformations of carbon Carbon Cycle

微生物在碳素循环申的作用 口有机残体成分的周转 一有机残体在土壤中的分解速度及产物 动植物残体进入土壤后迅速遭微生物分解,开始时分解迅涑,几 个月后分解速率降至较低水玊,较难分解的部分残留在土壤中,易分 解的物质如糖类、淀粉、纤维素等在微生物矿化过程中有一部分碳组 成了微生物细胞和微生物产物,也存留在土壤中。 有机残体降解中微生物类群的交替过程 有机质分解的不同时期,发育着不同类型的微生物,其优势群不 断交替变化。 有机质分解过程中物质转化与C小N比的关系 碳氮磷硫等营养元素在微生物分解残替过程中的去向一是被微 生物固定还是释放到土壤供植物利用,在很大程度上取决于有机残体 的C比。较低的C∧N比有利于释放供植物利用,而较高的C/N比则可 引起氨素不足而导致分解速率降低或影响植物生长 口上壤有机质的形成 土壤有机质由正在分解的残留物,担负分解残留物的生物所形成 的副产品,微生物本身和抗性更强的土壤腐质酸盐所组成

微生物在碳素循环中的作用 ❑ 有机残体成分的周转 ➢ 有机残体在土壤中的分解速度及产物 动植物残体进入土壤后迅速遭微生物分解，开始时分解迅速，几 个月后分解速率降至较低水平，较难分解的部分残留在土壤中，易分 解的物质如糖类、淀粉、纤维素等在微生物矿化过程中有一部分碳组 成了微生物细胞和微生物产物，也存留在土壤中。 ➢ 有机残体降解中微生物类群的交替过程 有机质分解的不同时期，发育着不同类型的微生物，其优势群不 断交替变化。 ➢ 有机质分解过程中物质转化与C/N比的关系 碳氮磷硫等营养元素在微生物分解残替过程中的去向—是被微 生物固定还是释放到土壤供植物利用，在很大程度上取决于有机残体 的C/N比。较低的C/N比有利于释放供植物利用，而较高的C/N比则可 能引起氮素不足而导致分解速率降低或影响植物生长。 ❑ 土壤有机质的形成 土壤有机质由正在分解的残留物，担负分解残留物的生物所形成 的副产品，微生物本身和抗性更强的土壤腐质酸盐所组成

微生物在到素循环中的作用 微生物在氨秦循环中占有十分重要 一的地位,许多复的转化过程都是由微生 物来完成的。氮的主要转化过程包括 氮素的矿化和固定 Nitrogen mineraliza ion and Ammonium fixation) ■硝化作用( Nitrification) 硝酸还原作用( Nitrate Reduction) 反硝化作用( Denitrification) 固氮作用( Nitrogen fixation

微生物在氮素循环中的作用 微生物在氮素循环中占有十分重要 的地位，许多氮的转化过程都是由微生 物来完成的。氮的主要转化过程包括： ▪ 氮素的矿化和固定(Nitrogen mineralizat ion and Ammonium fixation) ▪ 硝化作用（Nitrification） ▪ 硝酸还原作用（Nitrate Reduction） ▪ 反硝化作用（Denitrification） ▪ 固氮作用（Nitrogen fixation）

Nitrogen Cycle/ Recycle Free nitrogen gas N2) (N2)in atmosphere Decomposition Protein Leguminous Nonsymbiotic Azotobacter Industrial pa Besrinckia, fixation dead cells Cyanobacteria fertlizer Fixation (N,O) Decay organisms (aerobic and anaerobic bacteria Symbiotic Denitrifying bacteria and tungi Rhizobium (Pseudomonas, Bradyrhizobium Bacillus licheniformis Assimilation Ammonia Paracoccus (NO2) Ammonification H denitrificans and others Nitrosomonas Key Nitrification Ammon fication \(NO2) Fixation Nitrfication Nitrobacter Dendtntication Copyright e 2001 Benjamin Cummings, an imprint of Addison Wesley Longman, Inc

Nitrogen Cycle/Recycle

Nitrogen Cycle Nitrification NO similation NH2 groups Nitrogen of protein fixation NO. NHa_OXic Anoxic sImilation groups No. protein Ammonification Nitrogen fixation NO NoO Denitrification

Nitrogen Cycle

Biogeochemical Cycles Nitrification Nitrogen NO Nitrobacter Nitrosomonas aorNH2 groups Cyano of protein Rhizobium NO Azoth Beijerinckii Oxic Anoxic lation groups Nitrogen N protein fixation De Clostridium pasteurianum Pseudomonas, Bacillus and other facultative NO Anoxygenic phototrophic NO N2 bacteria aerobes Denitrification

Biogeochemical Cycles: Nitrogen