在自然界中,磷的循环包括可溶性无机磷的同化、有机磷的矿化、不溶性磷的溶解等。微生物分解含磷化合物的作用,基本上分为有机磷化合物的分解和无机磷化合物的分解两个方面。前者主要是微生物产生的各种酶参与的结果,如核酸或磷脂只有在相应的酶的作用下才能分解。
有机磷化合物在土壤这个复合体中变化十分复杂,往往形成一些极难分解的产物,如植酸在酸性土壤中易与铁、铝结合而形成极难分解的化合物;有机磷化合物在泥炭、腐殖质中,可与某些有机质形成络合物等。这些复杂的物质只有在微生物相应酶的作用下才能分解。如芽孢杆菌对植酸的水解是根际有效磷的一个重要来源;研究荧光假单胞菌和解磷巨大芽孢杆菌分解卵磷脂和核酸的结果表明,磷酸酶是上述有机磷化合物分解的主要因素。此外,这两种细菌对腐殖酸的分解能力也与它们分泌的多酚氧化酶的强度有关。
微生物促进磷有效化的另一重要方面,是对土壤中无机磷的溶解作用。这主要是它们在生命活动中酸的作用结果。微生物产生的酸,一类是无机酸,如在呼吸作用中产生的碳酸,化能自养细菌产生的硝酸根、硫酸根等,对这一类酸的作用现已比较明确。微生物产生的有机酸种类很多,大都有溶磷作用。对这一类物质的研究,已日渐引起重视。现在已知植物根际微生物对许多不溶性磷酸盐有溶解作用,并已从根际分离出多种溶磷微生物。这些微生物可以产生甲酸、乙酸、丙 酸、乳酸、乙醇酸等有机酸,都有溶磷的特性。其中以α-羟基酸的反应最顺利。微生物产生的有机酸中还有葡萄糖酸,对难溶性磷酸盐也有溶解作用。这种酸及一些羟基酸,可与钙、铁等离子构成络合物,从而提高了磷酸盐的溶解度,络合物的稳定性越大,磷酸盐的溶解度越高。已知形成葡萄糖酸的细菌多系假单胞菌属。这种酸往往在细菌转化糖时形成,对多种矿物有溶解作用,甚至可以溶解难溶的天然磷灰石。另据对巨大芽孢杆菌等细菌研究的结果,这些细菌产生的有机酸类主要是乳酸和柠檬酸;在土壤中,它们产生葡萄糖酸的量则大于乳酸或乙醇酸。可以认为微生物在代谢过程中通过呼吸作用分解糖类等碳源,可以产生多种有机酸。这些有机酸在土壤中对无机磷化合物的溶解起着重要作用。
在微生物参与的磷的转化中,与上述有效化过程相对立而存在着有效磷的固定化过程。微生物需要吸收一定量的可溶性磷,合成菌体物质,因而将可溶性磷转化为有机磷化合物。微生物吸收的可溶性磷有的是原来存在于土壤中的,有的是由施肥而加入土壤的,另外的是微生物分解有机磷化合物或无机磷化合物的产物。这些可溶性磷经微生物吸收后合成为微生物体的有机磷化合物而暂时被固定。只有微生物个体死亡后,才以有机磷形式参与生物循环而分解释放出来。
总之,土壤中的磷在很多情况下是无效态的。因此,利用微生物的作用促进土壤中的有效化过程,提高植物的磷素营养和作物产量,就成为土壤微生物学一项重要任务。
可溶性的无机磷化物被微生物吸收后合成有机磷化物,成为生命物质结构组分(同化作用)。在土壤中,许多细菌、放线菌和霉菌等含有植酸酶和磷酸酶,能够将含磷的有机物分解(异化作用),产生的无机磷化物可被植物吸收利用。土壤中的磷酸或可溶性的磷酸盐与土壤中的一些盐基结合,形成不溶性的磷酸盐。在天然水体中,大部分的磷存在于水下的沉积物中。不过,生活在土壤和水体中的一些微生物,通过代谢产生的硝酸、硫酸和有机酸又可将不溶性的磷酸盐溶解,从而使自然界中的磷素循环周而复始地不断进行。应当指出,如果人类活动将含磷物质大量排放到水环境中,可溶性磷酸盐浓度过高会造成蓝细菌及其们藻类大量增殖,即常说的富营养化作用,从而破坏生态平衡。