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第12章 微生物与自然界中的物质循环 市政工程：胡贵州 指导老师：胡锋平教授 目录 12.1 概述 12.2 碳素循环 12.3 氮素循环 12.4 硫素循环 12.5 磷素循环 12.6 其他元素的微生物转化 参考文献 12.1 概述 12.1.1 生物地球化学循环 组成生命物质的元素不断地在非生命物质状态和有生命物质状态之间循环，组成地球上的物质循环。 生物所需要的 各种化学元素，通过生物的生命活动，一方面被合成为有机物，另一方面被分解成无机物。 微生物在有机物矿化作用中的重要作用，与其生理生态特性有关。 例如，微生物分布的普遍性，可以使各种自然环境中的死亡有机体都被分解氧化；微生物的易变异性的特性为人工合成有机物的降解提供了可能。 动的碳素循环才能完成，生命才能维持。 12.2.2 微生物在碳素循环中的作用 光合作用 参与光合作用的微生物主要是藻类、蓝细菌和光合细菌，将大气中和水中的CO2合成为有机碳化物。特别是在水环境中，主要的光合生物是微生物，在有氧区域以蓝细菌和藻类占优势，无氧时以光合细菌占优势。 分解作用 自然界中有机碳化物的分解，主要是微生物的作用。有机碳化物在陆地和水域的有氧条件，通过好养微生物分解为CO2；在无氧条件中，通过厌氧微生物发酵，被不完全氧化成有机酸、CO2、H2、CH4。 能氧化分解有机碳化物的微生物： 细菌：枯草芽孢杆菌、梭菌属等 真菌：青霉菌、曲霉菌和根霉菌等 放线菌：链霉菌属和小单孢菌属等 12.3 氮素循环 12.3.1 自然界中的氮素循环 氮素 氮素是核酸及蛋白质的主要成分，是构成生物体的必须元素。氮气占大气中的体积比达到79%左右，但动植物都不能直接利用分子态氮。只有将分子态氮进行转化和循环，才能满足植物体对氮素营养的需要。 生物固氮 1、自生固氮：固氮效率较低； （1）根瘤菌 生物固氮 2、共生固氮：（2）蓝细菌 （3）弗兰克菌; 3、联合固氮作用; 氮化作用 有机氮化物在微生物作用下分解产生氨的作用。氨化微生物主要有：蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、腐败梭菌等； 硝化作用（在有氧条件下） 氨在微生物作用下氧化成硝酸盐的过程； 硝化作用的两个过程： 亚硝化阶段：氨被氧化成亚硝酸盐， 靠亚硝化细菌完成； 硝化阶段：亚硝酸盐被氧化成硝酸 盐，靠硝化菌完成； 反硝化作用（在无氧条件下完成） 硝酸盐在微生物作用下还原，释放出分子态氮和NO2的过程； 12.4 硫素循环 12.4.1 自然界中的硫素循环 硫素 硫是生物的重要营养元素，是一些必需氨基酸和某些维生素、辅酶等的成分，生物对硫的需求量大约为氮素的1/10。自然界中，硫素以S、S2-、S6+的形式存在。 硫素循环 12.4.2 微生物在硫素循环中的作用 分解作用 动物、植物和微生物尸体中的有机硫化物，被微生物降解成无机物的过程； 在有氧时，分解产物是SO2-;无氧时，分解产物中累积H2S和有气味的硫醇等。 同化作用 微生物利用SO2-和H2S组成本身细胞物质的过程； 还原态无机硫的氧化作用 微生物氧化H2S、元素硫或硫化亚铁等生成硫酸盐的过程。能氧化无机硫化物的微生物主要是硫细菌，大体分成3类:硫磺细菌、无色氧化硫细菌、有无色氧化硫细菌。 无机硫化物的还原作用 在无氧条件下，微生物将硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐和次亚硫酸盐还原成硫化氢的过程，亦称为反硫化作用； 反硫化作用具有高度特异性，主要由脱硫弧菌属来完成。 H2S的毒性 H2S是与氰化氢有同样水平的毒性物质，水中H2S含量达到0.1mg/L时，会显著影响鱼苗的生长和鱼卵的存活。 H2S高等植物根的毒害也很大，如浓度达到2-3mg/L即对柑橘类根产生影响。 H2S对管道的影响