本发明涉及水质净化微生物生态系统及其应用。水质净化微生物生态系统，该系统包括多孔土质滤材层，所述的多孔土质滤材层由多孔土质滤材堆积构成，多孔土质滤材为由火山灰性土烧制成，具有空隙直径为0.1-4μm，每升比表面积1-5万M²、颗粒直径1-10mm的通水性过滤材料，并在所述的多孔土质滤材层中植入多种硝化菌群，多种硝化菌群包括亚硝化细菌、硝化细菌与反硝化细菌群。本发明所述的水质净化微生物生态系统采用多孔土质滤材，不仅具有大量的有效吸附面积，同时具有土壤的一般特性，即具有离子交换力、具有微量元素，因此适合植入多种硝化菌群物，也满足了生态微景观中水草和鱼的生长繁育。