环境工程微生物学：第七章微生物生态

1、1,第七章 微生物生态,2,7.1.1 生态系统和生物圈 1. 生态系统(ecosystem) 生态系统 是在一定时间和空间范围内，由生物与它们的生境通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。 生物圈(biosphere) 是地球上最大、最复杂的生态系统,7.1 生态系统,3,2. 生态系统的组成,生 态 系 统,环 境 条 件,生 物 群 落,能源：太阳辐射,生物代谢产物：CO2、O2、H2O、无机盐,媒质：水、大气、土壤,基质：砂、岩石泥土,其他环境条件：温度、pH,生产者：植物群落、藻类等,消费者：动物群落,分解者：异养微生物、原生动物及微型后生动物,4,3. 生态系统的功能 生物生产

2、能量流动 物质循环 信息传递,5,生产者,消费者,分解者,土壤,太阳能,能量,物质,生态系统中的物质循环和能量交换,6,7.1.2 生态平衡(ecological balance) 生态平衡是指生态系统的物质和能量输入输出在较长的时间内趋于相等，生态系统的组成、结构和功能长期处于稳定状态，即使有外来干扰，生态系统能通过自行调节能力恢复到原来的稳定状态,7,7.1.3 生态系统分类按生存环境分,流动水生态系统（江、河） 淡水生态系统 静水生态系统（湖、水库） 水生生态系统 海洋生态系统 滨海生态系统 大洋生态系统 荒漠生态系统 草原生态系统 陆生生态系统 稀树干生态系统 森林生态系统,8,7.1

3、.3 生态系统分类按生物群落分,动物生态系统,植物生态系统,微生物生态系统,9,7.2.1 土壤的生态条件 营养：有机物、无机元素、微量元素 pH：3.58.5，多数5.58.5 渗透压：0.30.6MPa 氧气和水 温度：具有较强的保温性 保护层,7.2 土壤微生物生态,10,7.2.2 土壤中微生物的种类、数量和分布,土壤中微生物的种类、数量,11,土壤中微生物的分布 水平分布取决于碳源； 垂直分布与紫外辐射、营养、水、温度等有关,微生物在不同土层的分布/(104个/g干土,12,7.2.3 土壤自净和污染土壤的微生物生态,1. 土壤自净 土壤自净是指土壤对施入其中一定负荷的有机物或有机污

4、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。 2. 土壤污染 土壤污染是指人类生产和生活过程中所产生的环境污染物，通过多种途径进入土壤，其数量和速度超过了土壤的环境容量和土壤净化速度的现象。 3 .污染土壤的生物修复,13,7.3.1 空气中微生物的种类、数量和分布 空气的生态条件 空气中的环境条件：空气中有较强的紫外辐射、较干燥、温度变化大、缺乏营养等特点。不适宜微生物生长繁殖。 存在状态：漂浮，短暂停留，以吸附于尘埃微粒上的形式存在。空气中的尘埃颗粒数与微生物数量有直接关系,7.3 空气微生物生态,14,7.3.2 空气微生物的卫生标准

5、及生物洁净技术 一般以室内1m3空气中细菌总数为5001000个以上为空气污染的指标。 空气污染的指示菌：绿色链球菌。 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。 我国规定室内空气细菌的卫生标准是：撞击法细菌总数4000CFU/m3，沉降法细菌总数 45/皿,15,以细菌总数评价空气的卫生标准,16,7.3.3 空气微生物检测 1. 空气微生物的测定方法 2. 空气微生物的检测点数 以2030个为宜，最少测点数56 3.空气微生物的培养温度和时间 一般细菌和细菌总数，3132，24或48h;真菌，25，96h,固体法,平皿落菌法,撞击法,液体法,17,7.4.1 水中微生物的

6、来源 1. 水中固有微生物 2. 来自土壤的微生物 3. 来自生产和生活的微生物 4. 来自空气的微生物,7.4 水体微生物生态,18,7.4.2 水体中的微生物群落 1. 海洋中微生物群落 群落分布： 水平分布：近海多，远海少 垂直分布： 010米少 1050米呈上升变化 50米以下数量减少 海底沉积物上多 生态特征：多数微生物耐盐或嗜盐，耐高渗透压，耐高静水压 有底栖性、浮游性和附着性细菌 2. 淡水中微生物群落 种类与土壤中的差不多，分布规律与海洋的相似,19,7.4.3 水体自净和污染水体的微生物生态,一) 水体自净 1. 水体中的食物链,阳光,一级 生产者,原生 动物,轮虫、浮游 甲

7、壳动物,鱼,其它 动物,人,废物、 排泄物,异养 细菌,20,2. 水体自净(selfpurification of water body) 水体自净是指水体接纳了一定量的有机污染物后，在物理、化学和水生生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。 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值,自净的基本原理,物理净化,化学净化,生物净化,21,3. 水体自净过程 有机污染物排入水体后被水体稀释，有机和无机固体沉入河底； 有机物被分解为简单有机物和无机物，DO急速下降，此时鱼类绝迹，厌氧菌大量繁殖，对有机物进行厌氧分解。 有机物被完全无机化，生成CO2、H2

8、O、PO43、NO3和SO42； 细菌死亡，DO上升，水质变清，高等水生动物重新出现，水体恢复到污染前的状态和功能，自净过程完成,22,自净过程中DO的变化 水体中DO含量取决于以下几个方面： 复氧：空气复氧，藻类光合作用放氧 耗氧：好氧微生物分解有机物耗氧 有机物浓度 ，耗氧速率复氧速率， DO 有机物浓度，耗氧速率复氧速率， DO DO min 有机物浓度 0，耗氧速率复氧速率， DO DO 饱和,23,4. 氧垂曲线（Oxygensag Curve） 河流受到污染后，河水中DO含量沿河流不同距离的变化情况用一条曲线来表示，叫做氧垂曲线,有机物浓度 ，耗氧速率复氧速率， DO 有机物浓度，

9、耗氧速率复氧速率， DO DO min 有机物浓度 0，耗氧速率复氧速率， DO DO 饱和,24,5. 衡量水体自净的指标 (1) P/H 指数：P代表光合自养型微生物，H代表异养型微生物， P/H 指数反映了水污染和自净程度。 被污染初始：有机物浓度高，H大量繁殖， P/H ，自净速率高； 自净过程：有机物减少，H，P， P/H ，自净速率 ； 自净完成： P/H 恢复到原有水平,25,2) 氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线,河流污染中氧浓度昼夜变化示意图,26,白天时，藻类光合作用放氧，夜晚藻类不放氧，还会由于呼吸作用消耗氧。氧浓度昼夜变化幅度有差异。 刚污染时，有机物多，藻类少，白天光合作

10、用弱，氧浓度昼夜变化幅度不大。 自净进行，有机物减少，藻类增多，氧浓度昼夜变化幅度增大。 到达D点时，氧浓度昼夜变化幅度达最大。 溶解氧恢复时，氧浓度昼夜变化幅度恢复,27,二) 污染水体的微生物生态 污化系统(saprobic system)：有机物排入河流后，在排污点下游进行正常自净过程，沿河流方向形成一系列污化带,28,2. 水体有机污染指标 (1) BIP指数：无叶绿素的微生物占所有微生物数的百分比,利用BIP值判断水体的污染程度,29,2) 细菌菌落总数(CFU)：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。 我国规定生活饮用水中的CFU100个/mL

11、。 (3) 总大肠菌群数：致病菌污染水体的间接指标 我国规定生活饮用水中的大肠菌群 3个/L,30,7.4.4 水体富营养化,1. 水体富营养化的概念 水体富营养化是指水体中氮、磷等元素含量过高而引起水体中藻类过度生长繁殖，使水体发生水华或赤潮。 水体富营养化的指标是：水中无机氮含量大于0.2-0.3mg/L，生化需氧量大于10mg/L，总磷含量大于0.01-0.02mg/L，pH为7-9的淡水中细菌总数超过10104个/ml，叶绿素含量大于10g/L。 一般认为：水中无机氮为300mg/L，总磷为20mg/L以上时，水体会发生富营养化,31,水花：淡水水体中的富营养化,32,赤潮：咸水水体中的富营养化,33,2. 评价水体富营养化的方法与AGP (1) 方法： 观察蓝藻等指示生物； 测定生物的现存量； 测定原始生产力； 测定透明度； 测定氮和磷等导致富营养化的物质,34,2) AGP(alg