海洋覆盖了地球表面的 71 ％，其平均深度为 4km ，一般的含盐量范围为 3.2 ％～4.0 ％。海洋生境的特点是有机质等营养物含量低、含盐量高和温度低。海水的ｐH 值多为碱性（ 8.3 ～ 8.5 ）， 100 ｍ以下的温度为 0 ～ 5 ℃ ，表层的温度变化也不超过 35 ℃ 。此外，深海底层还有很高的静水压力。阳光入射水体的深度一般为 10 ～ 100 ｍ，由于阳光中含的紫外光对表层微生物有致死作用，因而使海水中的微生物总量以表面稍下的层次最多，由此向上和向下时均减少，下至底层时又可因厌氧菌的生长而增加。海洋中真菌的数量和种类远比土壤为少。海洋原生动物的数量以浅海底淤泥和表层最多，主要有鞭毛虫、肉足虫和纤毛虫 3 大类。
水生生境主要包括湖泊、池塘、溪流、河流、港湾和海洋。水体中微生物的数量和分布主要受到营养物水平、温度、光照、溶解氧、盐分等因素的影响。含有较多营养物或受生活污水、工业有机污水污染的水体有相应多量的细菌，如港湾 ( 河流入海口 ) 具有较高的营养水平，其水体中也有较高的微生物数。在水体中，特别是在低营养浓度水体中，微生物倾向于生长在固体的表面和颗粒物上，它们要比悬浮和随水流动的微生物能吸收利用更多的营养物，常常有附着器和吸盘，这有助于附着在各种表面上。微生物在较深水体 ( 如湖泊 ) 中具有垂直层次分布的特点。
在光线充足好氧的沿岸带 (littoral zone) 、浅水区 (limnetic zone) 分布着大量光合藻类和好氧微生物，如假单胞菌、噬纤维菌、柄细菌、生丝微菌等。深水区 (profundal zone) 位于光补偿水平面以下，光线少、溶解氧低，可见紫色和绿色硫细菌及其他兼性厌氧菌。湖底区 (benthic zone) 是厌氧的沉积物，分布着大量厌氧微生物，主要有脱硫弧菌、甲烷菌、芽孢杆菌、梭菌等。
海洋微生物具有耐压、嗜冷和低营养要求的特点。藻类是海洋中的主要初级生产者，多分布在浅海区和远洋表层，种类包括绿藻、褐藻、硅藻、裸藻和金藻等中的许多类群。藻类主要分布在 50 ｍ的深度范围内，因能利用光能同化CO2合成有机物而成为海洋生物食物链的起始生物，也是其它海洋生物和鱼的饵料。海洋细菌多为 G- 并具色素和鞭毛，常见的细菌种类以假单胞菌属、弧菌属及黄杆菌属为主。在海底污泥中主要有严格厌氧的脱硫弧菌(desulfovibrio) 和产甲烷细菌等。海水中的化能自养菌多为硝化细菌。
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