土壤生物地球化学环境具有天然的异质性和区域性，而活跃的土壤微生物活动只有在高动态水流或液体环境中才能完成。由于毛细管力作用，土壤水通常储存在土壤颗粒或土壤缝隙中，或以水膜的形式吸附在土壤粗糙表面。在大多数土壤环境中，水膜的厚度以及连续性是限制细胞个体或微生物群落活动的关键因素。但与细菌不同，真菌的生长活动并不局限于水膜状态，真菌菌丝可以轻易突破气——液界面在土壤中形成致密的菌丝网络结构。据前人研究发现，亲水性菌丝表面附着的水膜可作为细菌迁移的“高速公路”，加速细菌群落的扩散。在接下来的大量琼脂模拟实验中此结论也得到进一步的验证，同时也支持了这一观点。现在，我们将从物理和化学角度对该现象做进一步的探索：（1）探究真菌菌丝在不同非生物条件（水分含量和养分浓度）下对细菌扩散的影响，并讨论细菌胞外附属物（细菌鞭毛，菌毛以及胞外聚合物）在该过程的作用。（2）当水分条件受到限制时，在琼脂表面不同菌株沿真菌菌丝运动时又会产生怎样的相互作用。（3）通过数学模型量化不同因素对细菌在真菌菌丝上活动的影响。
病毒是地球上数量最丰富的生物体，参与驱动和维持微生物多样性和群落结构以及物质和能量的循环。了解土壤环境中病毒与细菌之间的关联机制与互作模式，对于揭示土壤生态系统微生物多样性的维持和演变机制以及养分循环规律具有重要的理论和现实意义。然而，人们对于土壤病毒与微生物之间的互作过程机制及其生态效应的机理性认知仍然十分匮乏。本研究拟以土壤典型噬菌体及其宿主细菌为研究对象，通过构建基于多孔陶土土壤模型和原位显微观测技术的土壤原位微观观测实验平台，探究土壤微观环境条件及其动态变化对噬菌体和细菌互作过程的影响；并通过创建基于土壤微观孔隙和细菌个体的计算机仿真模型，模拟研究土壤微环境特征及其变化过程对噬菌体和细菌互作过程的影响和作用机制；明确噬菌体和细菌在土壤动态变化环境中的协同演变规律和共存模式，以及其对土壤微生物多样性的协同促进机制和碳氮循环的调控途径。
微生物之间相互作用很大程度上决定了土壤生态系统中微生物群落的组成和功能，是影响土壤养分循环的源动力之一。土壤解磷微生物能将难溶性无效态磷矿化形成作物能吸收利用的可溶性有效磷，提高土壤有效磷含量，进而促进植物对土壤磷的利用效率。因此，解磷微生物在农业生产中有着巨大的应用价值和研究意义。土壤具有特殊的空间异质性，其空隙结构及水分和养分条件时刻影响微生物的生长、运移与互作过程，进而影响解磷菌的功能表达以及有效磷的释放过程。本研究利用磷营养协同共生的菌株芽孢杆菌（Bacillus sp. N，解磷细菌）和贪噬菌（Variovorax sp. N4），探究不同土壤物理条件对土壤解磷微生物营养互作过程的影响；通过分子生物学和生物化学技术测定解磷功能的表达以及有效磷释放量的过程；并通过创建基于土壤微观孔隙和细菌个体的计算机仿真模型，明确微观水分条件与空间协同对土壤解磷微生物营养互作过程的影响机制。