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토양생물은 썩은 유기물을 먹고 사는 현미경적 세포에서부터 다른 토양생물을 먹고 사는 작은 포유류에 이르기까지 그 크기가 다양하며, 토양의 비옥도·구조·배수·통풍 등의 유지에 중요한 역할을 담당한다.

이들은 또한 동식물의 조직을 파괴하여 저장되어 있는 영양물질을 방출시키고 식물이 이용할 수 있는 형태로 전환시키기도 한다(분해). 토양생물이 수행하는 기능은 대부분 유익한 것이므로 토양 내에 토양생물의 수가 많으면 그 토양이 비옥하게 되는 경향이 있다. 비옥한 토양 1㎡ 내에는 약 10억 개 정도의 토양생물이 살 수 있다.

토양생물은 크기에 따라 인위적으로 보통 5가지의 무리로 나누어진다.

첫번째는 세균·방선균·조류(藻類) 등을 포함하는 원생생물이다. 2번째는 크기가 100㎛(마이크로미터,1㎛=10^-6m) 이하의 미소동물군으로서 다른 미생물들을 먹고 사는데 단세포성 원생동물, 작은 편형동물, 선형동물, 윤형동물, 완보동물 등이 이에 포함된다. 3번째는 중형동물군으로 미소동물군보다 크기가 다소 크며 미생물, 부식물, 살아 있는 식물 등을 먹고 사는 매우 다양한 구성원들로 이루어진다.

썩은 식물을 먹고 사는 선형동물·응애류·톡토기류, 곰팡이류를 먹고 사는 낫발이류, 썩은 식물 등을 먹고 사는 소각류 등이 이에 포함된다. 4번째 무리는 대형동물군으로서 역시 매우 다양한 동물들이 이에 포함된다. 가장 흔한 예는 곰팡이, 세균, 썩은 식물 등을 먹고 사는 흰색의 체절성 벌레인 물지렁이류(potworm)이다. 식물을 먹는 민달팽이류·복족류·배각류 등과 다른 생물이나 썩은 물질을 먹는 순각류, 딱정벌레와 그들의 애벌레 및 파리류의 애벌레도 포함된다.

5번째 무리인 거대동물군은 가장 크기가 큰 토양생물로 이루어져 있으며 표토에 사는 가장 중요한 생물로 크기가 제일 큰 지렁이류가 이에 포함된다. 지렁이는 유기물들을 부수고 이들을 표토에서 하층토까지 수직으로 옮기면서 토양을 통풍시키는 과정에서 장(腸) 내로 토양과 유기물을 통과시킨다. 이 과정은 토양의 비옥화에 매우 중요할 뿐만 아니라 식물 및 그외의 생물이 살아갈 수 있도록 토양의 구조를 바꾸는 효과를 가져온다.

이것은 지구상의 모든 토양을 10년마다 2.5㎝ 깊이로 파헤치는 것과 같다. 거대동물군에는 또한 뱀·도마뱀·흙파는쥐류·오소리·토끼·멧토끼류·생쥐·두더지류 같은 모든 종류의 굴파는 동물들이 포함된다.

토양생물이 수행하는 가장 중요한 역할 중의 하나는 썩은 동식물 내의 복잡한 유기물질들을 부수어 식물이 다시 이용할 수 있도록 하는 것인데 이 과정에서 토양생물은 많은 자연적 순환과정, 그중에서도 탄소·질소·황 등의 순환에 있어 촉매제 역할을 한다. 탄소순환은 식물에서부터 시작되는데, 식물은 대기 중의 이산화탄소와 물을 결합시켜 잎·줄기·열매 같은 식물의 조직을 만든다.

동물은 식물을 섭식하여 식물조직을 동물조직으로 전환시킨다. 동물이 죽어 부패된 조직은 다시 토양생물에 의해 분해되며, 이 과정에서 이산화탄소가 발생하고 탄소순환은 끝난다. 단백질은 생물조직의 기본성분이며, 질소는 모든 단백질을 구성하는 필수원소이다. 식물이 이용할 수 있는 형태로서의 질소의 양은 토양의 비옥성을 결정하는 기초가 된다.

따라서 질소순환을 용이하게 하는 토양생물의 역할은 매우 중요하다(질소순환). 식물이나 동물이 죽으면 토양생물은 이들의 체내에 있는 복잡한 단백질·폴리펩티드·핵산 등을 분해하여 식물의 조직을 형성하는 데 이용되는 암모늄 이온·질산염·아질산염 등을 생산한다. 세균과 남조류도 대기 중의 질소를 직접 고정시킬 수 있으나 식물의 생장에 있어서는 뿌리혹박테리아와 콩과식물 및 몇몇 수목과 관목 사이의 공생 관계에서 이루어지는 질소고정이 더욱 중요한 역할을 한다.

뿌리혹박테리아는 숙주로부터 증식과 분열에 필요한 물질들을 얻고 대신 숙주식물의 뿌리혹 내에서 질소를 고정시킴으로써 식물이 이용할 수 있는 형태의 질소를 숙주식물에게 공급해준다.

토양생물은 또한 황의 순환에도 관여하는데 이는 대개 토양생물이 토양에 풍부한 황화합물을 분해하여 식물생장에 필수원소인 황을 식물이 이용할 수 있도록 함으로써 이루어진다. 소택지와 습지에서 흔히 나는 달걀 썩는 냄새는 이들 토양미생물에 의해 생산되는 황화수소 때문이다.

합성비료의 발달로 농업에 있어서 토양생물의 중요성이 감소되기는 했지만 이들은 산림지대에서, 특히 나뭇잎 등의 식물성 물질로 이루어진 최종 유기물질인 부식토가 만들어지는 데 매우 중요한 역할을 담당한다. 나뭇잎이 떨어졌을 때 대부분의 동물은 이를 바로 먹을 수 없다. 그러나 나뭇잎의 수용성 물질들이 용탈된 이후에 곰팡이나 그외의 다른 미생물군이 침범해 이들을 부드럽고 유연하게 만들면 각양각색의 무척추동물들이 이에 침범할 수 있게 된다.

다지류, 쥐며느리, 파리류의 애벌레, 톡토기, 지렁이 등은 이 나뭇잎들을 구조적으로 크게 변화시키지는 않지만 이러한 나뭇잎 찌꺼기를 보다 단순한 화합물로 분해시키는 1차 분해자가 생장하기에 적절한 상태로 만들어준다. 2차 분해자라고 불리는 무리도 있는데 이들은 1차 분해자의 분해산물을 더욱 분해시킨다. 톡토기류 같은 몇몇 동물은 1차 분해자와 2차 분해자 모두에 해당된다. 따라서 나뭇잎의 유기물질은 끊임없이 분해되고 재분해되어 결국 최종적으로 남게 되는 부식물은 원래 나뭇잎 찌꺼기인 유기물질의 1/4 정도뿐이며, 점차적으로 이 부식토는 두더지나 토끼 같은 동물들의 구멍파기나 지렁이의 활동 등에 의해 토양 속에 섞이게 된다.

어떤 토양생물들은 특히 같은 지역에 1가지 농작물만 계속 반복해서 재배할 경우 이 농작물의 뿌리를 먹는 생물의 증식을 촉진시킴으로써 해충이 되기도 하지만 토양생물은 환경을 회복시켜주는 생명·죽음·분해의 순환과정에서 필수적인 요소이다.