碳元素是构成生物体各种有机物质的主要元素，约占有机物干重的50％。碳素循环是自然界基本、重要的物质循环，主要包括空气中CO2通过光合作用形成有机化合物，以及有机物被分解为CO2释放到大气中的作用。微生物在碳素循环中的作用极其重要，既参与固定CO2的光合作用，又参与再生CO2的分解作用。

　　(1)C02的固定  CO2固定是CO2逐步被还原为碳水化合物的生化反应过程，主要通过绿色植物和藻类、蓝细菌、光合细菌等微生物的光合作用束实现。光合作用是地球上重要的生物化学过程之一，其实质是转化光能为化学能，把空气中的CO2还原为细胞有机碳。此外，硝化细菌、硫化细菌等化能自养菌也可固定C02。

　　(2)CO2的再生  由绿色植物和微生物等自养生物转化C02生成的有机碳，通过食物链在生态系中转移。食物链各营养级机体的呼吸作用释放出CO2，机体的排泄物和尸体被异养微生物*氧化为CO2并释放至大气中，供自养生物利用。自然界的碳素循环不是独立进行的，与氧、氢循环相耦联。

　　有机物分解过程涉及的微生物和发生的生化反应在很大程度上取决于氧气的有无。在有氧条件下，有机物被好氧和兼性厌氧的异养微生物分解，终代谢产物为CO2和水，参与分解的微生物包括真菌、细菌和放线菌。在厌氧条件下，除发酵，有机物的分解几乎*是细菌的作用。微生物在厌氧条件下分解有机物释放能量少，细胞得率低，有机物分解速率慢，基质降解不*，产物主要是有机酸、醇、CO2、H2等。产甲烷细菌利用有机物厌氧分解中产生的H2和CO2作为底物进行代谢活动，从而使有机物继续分解；生成的CH4逸入好氧环境中，被甲烷氧化菌氧化为CO2。

　　自然界碳循环的基本过程如下：大气中的二氧化碳（CO2）被陆地和海洋中的植物吸收,然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。

　　1、有机体和大气之间的碳循环

　　绿色植物从空气中获得二氧化碳，经过光合作用转化为葡萄糖，再综合成为植物体的碳化合物，经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。动、植物死后,残体中的碳,通过微生物的分解作用也成为二氧化碳而终排入大气。大气中的二氧化碳这样循环一次约需20年。

　　一部分（约千分之一）动、植物残体在被分解之前即被沉积物所掩埋而成为有机沉积物。这些沉积物经过悠长的年代，在热能和压力作用下转变成矿物燃料——煤、石油和天然气等。当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时，其中的碳氧化成为二氧化碳排入大气。人类消耗大量矿物燃料对碳循环发生重大影响。

　　2、大气和海洋之间的二氧化碳交换

　　二氧化碳可由大气进入海水，也可由海水进入大气。这种交换发生在气和水的界面处，由于风和波浪的作用而加强。这两个方向流动的二氧化碳量大致相等，大气中二氧化碳量增多或减少，海洋吸收的二氧化碳量也随之增多或减少。

　　土壤中的真菌和异养细菌是上述有机质的主要分解者。进入土壤的有机质分为可溶性及不溶性两大类。可溶性有机质包括简单的糖类、有机酸和氨基酸等，其分子量不大，可被大多数微生物直接吸收、代谢。不溶性有机质数量较大，主要为蛋白质、核酸、油脂、淀粉、纤维素、半纤维素、木质素以及几丁质等。这些物质分别靠土壤中具有相应酶活性的微生物群进行分解。例如，纤维素诱导纤维素分解菌合成纤维酶，分泌至细胞外，将纤维素分解成纤维二糖，然后进一步分解成单糖，单糖像其他可溶性物质一样，可进入微生物的细胞代谢。难分解的芳香族化合物通过微生物的转化形成腐殖质，构成土壤有机质主体。腐殖质仍可被微生物分解，不过相当缓慢。微生物分解有机质,一部分碳构成微生物细胞结构,被暂时固定；一部分碳通过呼吸作用变成二氧化碳释放。待微生物死亡后，有机质又遭分解，释放出二氧化碳。