碳素是构成各种生物体最基本的元素，没有碳就没有生命，碳素循环包括CO2的固定和CO2的再生。绿色植物和微生物通过光合作用固定自然界中的CO2合成有机碳化物，进而转化为各种有机物；植物和微生物进行呼吸作用获得能量，同时释放出CO2。动物以植物和微生物为食物，并在呼吸作用中释放出CO2。当动、植物和微生物尸体等有机碳化物被微生物分解时，又产生大量CO2。另有一小部分有机物由于地质学的原因保留下来，形成了石油、天然气、煤炭、等宝贵的化石燃料，贮藏在地层中。当被开发利用后，经过燃烧，又复形成CO2而回归到大气中。

微生物参与了固定CO2合成有机物的过程，但数量和规模远远不及绿色植物。而在分解作用中，则以微生物为首要。据统计地球上有90％的CO2是靠微生物的分解作用而形成的。经光合作用固定的CO2，大部分以纤维素、半纤维素、淀粉、木质素等形成存在，不能直接被微生物利用。对于这些复杂的有机物，微生物首先分泌脑外酶将其降解成简单的有机物再吸收利用。由于微生物种类及所处条件不一，进入体内的分解转化过程也各不相同。在有氧条件下，通过好氧和兼性厌氧微生物分解，被彻底氧化为CO2；在无氧条件下，通过厌氧和兼性厌氧微生物的作用产生有机酸、CH4、H2和CO2等。

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