1、2018年9月29日2时9分,第二篇,微生物生态与环境生态工程中的微生物作用,2018年9月29日2时9分,第七章 微生物生态,主要内容： 土壤生态系统及其微生物 空气生态系统及其微生物 水体生态系统及其微生物,2018年9月29日2时9分,第一节 生态系统,生态系统和生物圈生态系统 是在一定时间和空间范围内由生物（动物、植物和微生物的个体、种群、群落）与它们的生境（光、水、土壤、空气及其他生物因子）通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。 生态系统=生物群落+环境条件,2018年9月29日2时9分,生态系统组成、结构和功能,2018年9月29日2时9分,生态系统的基本功能单位,生物生产能量
2、流动物质循环信息传递,2018年9月29日2时9分,2018年9月29日2时9分,生态系统中的几个名词,个体：指某一具体的生物单个个体，具有生长、发育、繁殖和死亡的过程，是组成种群的单位。种群：是生活在同一特定空间的同一生物种的所有个体的集合，是生物群落的组成单位。群落：生活在同一特定空间共建或区域的所有生物种群的集合体，是生态系统的组成单位。生物圈：生态系统组成生物圈。,2018年9月29日2时9分,生态平衡 生态系统能通过自行调节的能力恢复到原来的稳定状态生态平衡。生态系统的分类,2018年9月29日2时9分,第二节 土壤微生物生态,一、土壤的生态条件 1营养 土壤内有大量的有机和无机物质
3、（动植物的残体、分泌物、排泄物等） 2pH 3.58.5，多为5.58.5；适合于大多数微生物的生长繁殖。 3渗透压 土壤内通常为0.30.6MPa，而在微生物（细菌）体内，G+为2.02.5 MPa，G-为0.50.6 Mpa。所以，土壤是等渗或低渗溶液，有利于微生物吸收水份和营养。4氧气和水 土壤具有团粒结构，有孔隙，可以通气和保持水分。土壤中氧气的含量要少于空气中，一般为78%。 5温度 土壤具有较强的保温性，其变化幅度要小于空气。 6保护层 表面几毫米厚的土壤，可以使下面的微生物免受紫外线的直接照射。 综合以上各方面，所以说，土壤具备了微生物所需要的营养和各种环境条件，是微生物良好的天
4、然培养基。,2018年9月29日2时9分,微生物在土壤中的种类、数量和分布,1.数量和种类 在肥土中，微生物数在几亿几十亿个/克；在贫瘠土中为几百万几千万个/克。从种类上看，以细菌最多，达7090%，其次为放线菌、真菌，以及藻类、原生动物和微型后生动物等。 从生物量上来看，放线菌的量几乎可以与细菌相等。2.分布 水平分布不同类型的土壤中所含微生物不同 垂直分布同一土壤的不同深度，微生物的分布不同,2018年9月29日2时9分,Proportion of different soil microorganisms in soil,2018年9月29日2时9分,2018年9月29日2时9分,Mic
5、robial number and biomass in cultivated field soil（15 cm）,2018年9月29日2时9分,Main types of soil microorganisms,2018年9月29日2时9分,土壤自净和污染土壤微生物生态土壤自净1土壤自净 土壤对进入其中的一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解能力，通过各种物理、生化过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程，称土壤自净。 土壤自净是有一定限度的，即自净容量。如果超过这个容量，就会造成土壤污染。土壤自净能力的大小取决于土壤中微生物的种类、数量和活性；取决于土壤结构、通气状况等理化
6、性质。土壤有团粒结构，并栖息着极为丰富、种类繁多的微生物群落，这使土壤具有强烈的吸附、过滤和生物降解作用。,2018年9月29日2时9分,污染土壤微生物生态土地是天然的生物处理厂，可用土地法处理废水，生活污水和易被微生物降解的工业废水经土地处理后得到净化。 进行土壤灌溉时，要十分小心，要注意：（1）要根据物质和植物的特点，合理灌溉；（2）不能超过自净容量；（3）不能用含有有毒或难以降解物质的污水。这是因为这些物质会在生物体内积累、富集，最终会影响到人类自己。,2018年9月29日2时9分,土壤污染和土壤生物修复,1土壤污染及其后果 来源：废水（农田灌溉和土地处理）、固体废弃物、油库泄漏或农药的
7、使用等。 污染物质：农药、石油类、氨、重金属等。 易降解的污染物在土壤中会被逐渐分解，而难降解物质和重金属等会在土壤中停留和积累，甚至进入地下水中。,2018年9月29日2时9分,土壤污染物的来源,2018年9月29日2时9分,土壤污染的后果： （1）改变土壤的性质，破坏土壤生态系统； （2）污染物通过食物链迁移或进入水体，危害人类健康； （3）各种病原微生物可能通过各种途径传播。,2018年9月29日2时9分,2土壤修复 土壤生物修复是利用土壤中的天然微生物或人为加入特定菌株，使土壤中的污染物质加快降解和转化的速度，使土壤恢复其天然功能。 有关污染环境的修复（生物修复），是目前环境科学领域的
8、热点之一。,2018年9月29日2时9分,污染土壤修复技术体系,按修复场地分类（1）原位（in situ）修复： 污染土壤气体提取法(SVE)； 井中汽提法（In-well Vapor Stripping）； 生物通气； 空气搅动法（Air Sparging） 原位冲洗、淋洗； 加热方法； 处理墙方法； 原位稳定固化方法； 电动力学方法； 原位微生物修复方法； 植物微生物联合修复方法等。,2018年9月29日2时9分,（2）异位（ex situ）修复： 气提法； 泥浆反应器修复； 土壤耕作法； 土壤堆腐； 焚烧法； 客土法； 预制床； 淋洗/萃取； 淋洗生物反应器联合修复；,2018年9月29
9、日2时9分,按照技术类别分类（1）物理化学修复： 加热方法；稳定固化法；淋洗；萃取；电动力学等（2）生物修复： 微生物修复；生物通气、泥浆反应器、预制床等 植物修复；湿地修复；菌根修复等； 植物微生物联合修复；菌根菌剂联合修复等；（3）物理化学生物联合修复： 淋洗反应器联合修复等。,2018年9月29日2时9分,典型修复技术的流程及原理,原位修复技术（1）原位生物修复一般流程：,生物修复原位处理方式示意图,2018年9月29日2时9分,（2）生物通风技术一般流程：,生物通风原位处理方式示意图,2018年9月29日2时9分,异位修复技术（1）泥浆反应器技术一般流程：,反应器系统示意图,2018年
10、9月29日2时9分,生物反应器修复系统示意图,2018年9月29日2时9分,（2）挖掘堆置法：,挖掘堆置法系统示意图,2018年9月29日2时9分,桶箱,空气过滤器和泵,砾石层,污染土壤,（3）土壤耕作法：,2018年9月29日2时9分,土壤淋洗法対象：重金属、农药、油等,2018年9月29日2时9分,30m3/h处理能力淋洗修复工程,2018年9月29日2时9分,热处理： 直接加入使污染物挥发或分解，间接加热使污染物挥发； 针对高浓度土壤污染。 対象：VOCs、水银、农药、油等； 优点：可使VOCs完全实现无害化； 日处理能力可达200t。,2018年9月29日2时9分,实际工程,污染土壤,
11、外热装置,修复土壤,焚烧装置,烟囱,热交换,填埋,热解气体,化学试剂,热处理典型流程：,2018年9月29日2时9分,处理墙：,2018年9月29日2时9分,土地耕作,Composting,生物通风,强化堆置,一般混合处理,2018年9月29日2时9分,第三节 空气微生物生态,空气的生态条件紫外线、干燥、温度变化大、缺乏营养等， 这些特点决定了空气不是微生物生长繁殖的场所。,2018年9月29日2时9分,空气中的微生物来源于： 土壤（飞扬的尘土把微生物带至空中）； 水体（水面吹起的小水滴）； 人和动物（皮肤脱落物、呼吸道等）空气中的微生物只是短暂停留，是可变的，没有固定类群。 在空气中存活的微
12、生物，主要是有芽孢的细菌、有孢子的霉菌、放线菌及各种胞囊。 取决于多种因素的影响：空气的相对湿度、紫外线、尘土颗粒的数量和大小以及微生物本身的性质。 也与环境卫生状况有关，如绿化。,空气微生物的种类、数量和分布,2018年9月29日2时9分,2018年9月29日2时9分,空气微生物的卫生指标及生物洁净技术,2018年9月29日2时9分,2018年9月29日2时9分,三、空气微生物的卫生标准及生物洁净技术,空气是人类与动植物赖以生存的极重要因素，也是传播疾病的媒介。为了防止疾病传播，提高人类的健康水平，要控制空气中微生物的数量。目前，空气还没有统一的卫生标准，一般以室内1m3空气中细菌总数为50
13、01000个以上作为空气污染的指标。空气污染的指示菌以咽喉正常菌丛中的绿色链球菌为最合适，绿色链球菌在上呼吸道和空气中比溶血性链球菌易发现，且有规律性。生物洁净技术多用备有高效过滤器的空气调节除菌设备，它既达到恒温控制又可提供无菌空气。,2018年9月29日2时9分,生物洁净室 生物洁净室也没有统一标准，大多数国家采用美国1967年颁发的航空宇宙局(NASA)标准。该标准要求严格，对民用生物洁净环境要求可能过高。 根据最新的国家标准GB/T18883-2002（室内空气质量标准）： 对菌落总数的指标是2500cfu/m3，使用的测定方法为撞击法（即采用撞击式空气微生物采样器，在营养琼脂平板上，
14、37，48h）,2018年9月29日2时9分,空气微生物卫生标准可以浮游细菌数为指标或以降落细菌数为指标。 飘浮在空气中的细菌称浮游细菌。浮游细菌附着在尘粒上，故浮游细菌的数量与尘粒的数量和粒径有关。浮游细菌在一定条件下缓慢地降落下来成为降落菌。它的数量取决于浮游细菌的数量，浮游细菌和降落菌有一定关系。 空气中微生物的测定： 落菌数（平皿落菌法） 浮菌数（撞击法、液体法等） 需要专门的微生物空气采样器,空气微生物检测,2018年9月29日2时9分,2018年9月29日2时9分,第四节 水体微生物生态水体中的微生物群落,水体：天然水体和人工水体 水体中的微生物来源：水体中固有的； 来自土壤（径流
15、）； 生产和生活（废弃物）； 空气（降雨等）。 水体中的微生物种类很多，微生物在水体中的分布和数量受水体类型、有机物的含量、微生物的拮抗作用、雨水冲刷、河水泛滥、工业废水、生活污水的排放量等因素的影响。,2018年9月29日2时9分,水体自净和污染水体的微生物生态,水体自净1概念 河流（水体）接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的和水生物(微生物、动物和植物)等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态，叫作水体自净。任何水体都有其自净容量。自净容量是指在水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大数量。2自净过程 水体自净过程大致如下： 污染物排入水体后被水体稀释，有机和无机
16、固体物沉降至河底 水体中好氧细菌利用溶解氧把有机物分解为简单有机物和无机物 水体中的溶解氧逐渐恢复 自净过程完成,2018年9月29日2时9分,食物链,阳光 一级生产者 原生动物 轮虫、浮游甲壳动物 鱼 其它动物 异氧细菌 废物、排泄物 人,2018年9月29日2时9分,水体自净过程,2018年9月29日2时9分,衡量水体自净的指标 1.P/H指数： P-光合自养型微生物； H-异养型微生物； 2.氧浓度昼夜变化幅度和氧垂直曲线,2018年9月29日2时9分,污水水体的微生物生态,污化系统（1）多污带 （2）中污带 （3）中污带 （4）寡污带 应用污化系统时，要注意两点： （1）只适用于有机污
17、水（无毒）； （2）只能定性描述。,2018年9月29日2时9分,水体有机污染指标 1.BIP指数： B BIP= * 100% A+B,其中：A为有叶绿素的微生物数，B为无叶绿素的微生物数。所以BIP的含义是无叶绿素的微生物数占总微生物数的百分比。,BIP值0-8 清洁水 8-20 轻度污染水 20-60 中度污染水 60-100 严重污染水,2018年9月29日2时9分,2.细菌菌落总数（CFU),细菌菌落总数是指1ml水样在营养琼脂培养基中，于37培养24h后所生长出来的细菌菌落总数。它用于指示被检的水源水受有机物污染的程度，为生活饮用水作卫生学评价提供依据。 在我国规定1ml生活饮用水
18、中的细菌菌落总数在100个以下。 具体测定方法请参考教材实验九（乙）,2018年9月29日2时9分,2018年9月29日2时9分,2018年9月29日2时9分,3.总大肠杆菌群用以间接指示水体被粪便污染的一个指标。 大肠菌群被选作致病菌的间接指示菌的原因是：大肠菌群是人肠道中正常寄生菌，数量最大，对人较安全，在环境中的存活时间与致病菌相近，而且检验技术较简便，因而被选中，一直沿用至今。 在我国规定1L生活饮用水中的总大肠菌群数在3个以下。大肠菌群的测定方法： 常用的方法有多管发酵MPN法和滤膜法 多管发酵MPN法适用于饮用水、水源水，特别是浑浊度高的水中的大肠杆菌的测定； 滤膜法则适用于饮用水
19、和低浊度的水源水。 具体实验步骤参见教材,2018年9月29日2时9分,水体富营养化概念,（一）水体富营养化的概念和发生 水体从贫营养向富营养的发展，是一个自然的、缓慢的过程。在天然情况下，需要千百万年的时间。 由于某些因素，特别是人类的活动，使营养物质（氮、磷等）大量进入水体，促使水体中的藻类过量繁殖，造成水体出现富营养化。在淡水水体中称为“水华”，在海水中为“赤潮”。在水体中，一般氮和磷是藻类生长的限制因子，当氮和磷的浓度增加，就会造成藻类的大量繁殖。 与富营养化有关的藻类主要是蓝藻中的微囊藻属、腔球藻属和鱼腥藻属等。 富营养化的危害： 消耗溶解氧，造成水体缺氧，鱼类等无法生存； 藻类分泌有毒物质，死亡腐败等，影响水质； 改变水体生态系统，引起生物群落的演替。,2018年9月29日2时9分,2018年9月29日2时9分,2018年9月29日2时9分,（二）水体富营养化的评价 常用的方法有：观察蓝藻等指示生物； 测定生物量； 测定原初生产力； 测定透明度； 测定N、P等营养物质。 AGP（藻类潜在生产力的测定）,2018年9月29日2时9分,（三）水体富营养化的防治 防止天然水体富营养化的根本措施是将各种污水和废水中的氮和磷的排放量控制在低水平。 加强对水体富营养化的研究，探索其发生的机理，及时预报，减少对人类生活和生产的损失。,
