大气是由多种气体组成的混合物，营养物质贫乏，理化条件多变，并非是微生物的天然生境。存在于大气中的微生物主要来自各种污染源。例如，① 寄生在人和动物体内的微生物，可以从呼吸道排出直接污染大气，也可以随排泄物（唾液、痰液、脓汁、粪便等）排至地面，然后随飞扬的灰尘进入大气。 ② 土壤里的微生物，可附着在细小的土壤颗粒上，并被风悬浮于大气中。③ 水体内的微生物，则可被水面吹起的小水滴和气溶胶携带至大气。污染大气的微生物种类较多。其中，八叠球菌、细球菌、枯草杆菌以及霉菌的孢子等对外界环境有很强的适应能力，可在大气中长期停留。
室外空气中的微生物数量与许多因素（人口密度、植物数量、土壤和地面的铺垫情况、以及气流、气温、湿度、日照等）有关。一般的垂直分布规律为：近地面空气中的微生物含量较大，随高度上升逐渐减少，至大气上层完全消失。室内空气中的微生物数量通常高于室外。在通风不良、人员拥挤时，菌体密度更高。在未经消毒的医院病房里，甚至可能出现大量的病原微生物，如结核杆菌、白喉杆菌、葡萄球菌、溶血链球菌、麻疹病毒、流行性感冒病毒等。空气的传播能力很强，一旦病原菌进人其中，便有可能使空气成为传播媒介，造成这些传染病流行。 2003 春 SARS 病毒即是主要通过空气飞沫近距离传播的。
某些微生物代谢产物，尤其是某些气态产物如甲烷、硫化氢和氮氧化物等，也可污染大气。由分布于沼泽、水稻田、江河海洋湖泊沉积物等厌氧生境中的产甲烷细菌产生的甲烷，硝化作用和反硝化作用过程中形成的氮氧化物，都是对全球气候变暖有重要贡献的温室效应气体。甲烷是仅次于二氧化碳的第二个重要的温室效应气体，且就单个分子而言，对于温室效应的贡献甲烷要比二氧化碳大好多倍。在富含硫氧化物的厌氧生境中，由硫酸盐还原细菌形成的硫化氢散发入大气，造成局部大气环境的污染，产生令人不愉快的恶臭气味，甚至可引起人类和动物的窒息和中毒。
防治大气微生物污染的措施是：① 室内通风，借助气流来稀释和排除室内的微生物。影剧院、礼堂、会议室等人员拥挤的场所，均应采取这一措施。这也是防治非典的一个有效方法。 ② 空气过滤，对空气清洁程度要求高的场所，如手术室、无菌实验室等，可采用过滤器过滤空气，以除去带菌尘埃。③ 空气消毒，用物理法或化学法杀灭空气中的微生物。物理法主要是用紫外线照射。化学法主要是喷洒或熏氯甲醛、乙酸、次氯酸钠（或漂白粉）、三乙烯乙二醇、过氧乙酸、丙二醇等化学药剂。
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