土壤微生物学是研究土壤中的微生物、它们的功能以及它们如何影响土壤特性的学科。 据信，在 2 到 40 亿年前，第一批古老的细菌和微生物出现在地球的海洋中。 这些细菌可以固定氮气，随着时间的推移繁殖，从而将氧气释放到大气中。 这导致了更高级的微生物，这些微生物很重要，因为它们会影响土壤结构和肥力。 土壤微生物可分为细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物。 这些群体中的每一个都具有定义它们及其在土壤中的功能的特征。

多达 100 亿个细菌细胞栖息在植物根部及其周围的每克土壤中，该区域被称为根际。 2011 年，一个团队在甜菜根部检测到超过 33,000 种细菌和古细菌。

根瘤菌的组成可以响应周围环境的变化而迅速变化。

细菌和古细菌是土壤中除病毒外最小的生物，它们是原核生物。 它们是土壤中最丰富的微生物，具有许多重要用途，包括固氮作用。

一些细菌可以在土壤中定殖矿物质，并有助于影响风化和这些矿物质的分解。 土壤的整体成分可以决定土壤中生长的细菌数量。 在该地区发现的矿物质越多，细菌的丰度就越高。 这些细菌还会形成聚集体，从而增加土壤的整体健康状况。

细菌最显着的特征之一是它们的生化多样性。 一种叫做假单胞菌的细菌属可以代谢多种化学品和肥料。 相比之下，另一种称为硝化细菌的属只能通过将亚硝酸盐转化为硝酸盐（也称为氧化）来获取能量。 梭菌属是细菌多功能性的一个例子，因为与大多数物种不同，它可以在缺氧的情况下生长，进行厌氧呼吸。 铜绿假单胞菌等几种假单胞菌能够使用硝酸盐作为末端电子受体进行有氧和厌氧呼吸。

氮通常是土壤和水中最具限制性的养分。 细菌负责固氮过程，即将大气中的氮转化为植物可以利用的含氮化合物（如氨）。 自养细菌通过氧化制造自己的食物来获取能量，就像硝化细菌一样，而不是以植物或其他生物为食。 这些细菌负责固氮。 与异养细菌相比，自养细菌的数量较少（与自养细菌相反，异养细菌通过消耗植物或其他微生物获取能量），但非常重要，因为几乎所有植物和生物都以某种方式需要氮。

放线菌是土壤微生物。 它们是一种细菌，但它们与真菌有一些共同特征，这些特征很可能是由于共同的栖息地和生活方式导致的趋同进化的结果。

尽管它们是细菌王国的成员，但许多放线菌与真菌具有相同的特征，包括形状和分枝特性、孢子形成和次级代谢产物的产生。

• 菌丝体以类似于真菌的方式分枝
• 它们形成气生菌丝体和分生孢子。
• 它们在液体培养物中的生长以不同的团块或颗粒形式出现，而不是像在细菌中那样以均匀的混浊悬浮液形式出现。

放线菌最显着的特征之一是它们产生抗生素的能力。 链霉素、新霉素、红霉素和四环素只是这些抗生素的几个例子。 链霉素用于治疗结核病和某些细菌引起的感染，新霉素用于降低手术过程中细菌感染的风险。 红霉素用于治疗某些由细菌引起的感染，例如支气管炎、百日咳（百日咳）、肺炎和耳、肠、肺、泌尿道和皮肤感染。

土壤中真菌丰富，但细菌更为丰富。 真菌在土壤中作为其他较大生物体、病原体、与植物或其他生物体的有益共生关系以及土壤健康的食物来源很重要。 真菌可以主要根据其用于繁殖的生殖孢子的大小、形状和颜色分为物种。 大多数影响细菌和放线菌生长和分布的环境因素也会影响真菌。