土壤细菌占地球生物量中的很大一部分,并且促进关键的土壤过程,如碳循环和养分有效性。但是,尽管经过了几十年的研究,生活在土壤中的细菌仍未获得较多的理解,这是因为这些细菌物种有数万种。大多数细菌物种仍未得到描述,它们并不与现有的基因组记录相匹配,并且在实验室中尚未成功地培养。虽然土壤菌群的多元化水平惊人,但含量丰厚且在一系列土壤类型中都能被找到的细菌分类群则绝对很少。但就是这绝对较少的细菌,主导着全球土壤的生态进程,对营养循环、土壤肥力等发生重要影响。
细菌是最小的单细胞原核生物(0.5~1×1.0~2.0微米)。然而,尽管它们的个体微小,它们仍然是土壤中最丰富的微生物类群,通常比其他类群数量更多,可能相当于土壤中微生物生物量的一半。在一块健康的农田中,每克土壤中细菌的数量可达约为3亿个,每亩地可以高达大约100公斤湿重。
根据在土壤中的存在情况,细菌被分为两类:土生土长的(即真正的居民)或土著的微生物侵略者或外来者。
细菌存在于各种土壤中,无论是温度低于冰点的北极地区,还是温度非常高的干旱沙漠。土壤土壤生物菌以革兰氏阳性细菌为主,如芽孢杆菌类细菌,其作用主要是将大分子有机质分解为小分子有机酸,或者称腐殖酸。这个阶段的有机酸或腐殖酸并不能被作物直接吸收,直接浇灌作物根部,有可能产生负面作用。根圈生物菌:以革兰氏阴性菌为主,如具备根际促生功能的氢氧化细菌、固氮细菌、放线菌、根外真菌、菌根菌等。根圈微生物作用是将前述腐殖酸或有机酸转化为氨基酸供作物根部或菌根菌吸收,更可以利用空气中的氮素为作物提供增量养分。
许多细菌具有形成孢子的能力,孢子形成坚硬的外壳,有助于细菌在所有不利环境中生存。此外,细菌的数量和类型还受土壤类型及其微环境、有机质、耕作方式等因素的影响,它们在耕地中的数量比没有开垦的土地中多;在根际最大,在非根际土壤中较少,这可能是由于土壤中的通风情况和养分的有效性。细菌不是在土壤溶液中自由存在的,而是与土壤颗粒紧密结合或嵌入有机基质中;即使添加了土壤分散剂,细菌也不会完全从土壤颗粒中分离出来,作为单个细胞在土壤中分布。土壤团聚体内部含有较高水平的革兰氏阴性菌,而外部含有较高水平的革兰氏阳性菌。这可能是与土壤团聚体的形成、运动、表面变化和细菌的生命周期有关。土壤圈的菌在市场上很多,例如芽孢类,占据农业部登记的生物菌或生物菌肥的95%以上,这些生物菌都属于土壤分解或发酵菌。
1925年,温诺格拉斯基(Winogradsky)将土壤微生物,特别是细菌,分为两大类:自生生物和发酵生物。土壤中的自生(腐殖质利用)或本地种群总是均匀和恒定的,因为它们的营养来源于本地土壤有机质(如节杆菌Arthrobacter和诺卡氏菌Nocardia)。而发酵型(机会型)细菌需要外部能源,正常情况下,它们在土壤中的种群数量较低(如假单胞菌Pseudomonas和芽孢杆菌Bacillus)。当向土壤中添加特定的底物时,发酵型细菌的数量会迅速增加,当添加的底物耗尽时,发酵型细菌的数量又会逐渐减少。属于这一类的有纤维素分解菌、氮利用细菌,以及那些将氨分解成硝酸盐的细菌。土壤细菌也可根据其营养需要分为,氨基酸型、B族维生素型、氨基酸+B族维生素型、酵母或土壤抽提物中的不明生长因子型、以及土壤抽提物+酵母抽提物型。土壤中B族维生素和其他生长因子的来源很难解释,科学家们也正在用更多的方法破解这一难题。土壤细菌在土壤的形成、养分的循环、作物的生长方面有着非常重要的作用,比如有机物分解、生物转化、沼气生产、固氮等。