一、钙循环

钙是细胞胞质中的重要溶质，是许多酶活性和细胞壁稳定所不可缺少的成分，影响膜透性与鞭毛的运动，因此是所有的微生物所不可缺少的营养物质，特别在某些特殊的细胞组成部分(如内生孢子)中是主要组分。

钙的生物地球化学循环主要是不同钙盐(主要是CaCO₃和Ca(HCO₃)₂)的沉淀和溶解。CaCO₃难溶解，而Ca(HCO₃)₂是高溶解性的。

HCO₃^－和CO₃^2－之间的平衡受CO₂的影响，CO₂溶于水成为H₂CO₃，pH值对H₂CO₃的形成产生强烈的影响，氢离子浓度的提高可以促进碳酸盐的溶解，降低氢离子浓度则可以促进盐的沉积。

微生物的各种代谢活动产生的代谢产物和对环境的改变可以对钙盐的产生及溶解、沉淀产生重要的影响。在一个有足够缓冲能力的碱性中性环境中，微生物厌氧和好氧代谢产生的CO₂可以与钙(富含Ca环境)形成CaCO₃。氨化作用、硝酸盐还原、硫酸盐还原使环境碱度升高，这有助于CaCO₃的形成。然而对钙盐溶解和沉积产生重要影响的是光合作用。海水中的钙盐的溶解和沉积是重要的例子，海水中钙盐平衡如下:

Ca(HCO₃)2CaCO₃+H₂O+CO₂

如果光合作用中通过同化作用移去CO₂，则平衡向CaCO₃倾斜，导致难溶解的碳酸盐沉积。大量研究证明珊瑚礁的碳酸盐沉积是珊瑚虫共生体中藻类光合作用CO₂的结果(图4-13)。

微生物产生的有机酸(发酵)和无机酸(硝化作用或硫氧化)对CaCO₃的溶解和运动有重要影响。钙易于和磷酸盐发生反应，形成不溶性的不易被生物利用的三磷酸盐(Ca₃(PO₄)₂)。

3Ca²⁺+2PO₄─→3－Ca₃(PO₄)₂

微生物产生的有机酸和无机酸溶解这种沉淀的磷酸盐，这个过程影响土壤和沉积物中磷的运动。

图4-13　导致形成海水中珊瑚礁的钙的反应