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1、第七章 微生物生态目 录第一节第一节 土壤微生物生态土壤微生物生态第二节第二节 空气微生物生态空气微生物生态第三节第三节 水体微生物生态水体微生物生态生态系统：是在一定时间和空间内由生物和生态系统：是在一定时间和空间内由生物和它们地生境通过能量流动和物质循环组成的它们地生境通过能量流动和物质循环组成的一个自然体。一个自然体。第一节第一节 土壤微生物生态土壤微生物生态土壤的生态条件土壤的生态条件微生物在土壤中的种类、数量和分布微生物在土壤中的种类、数量和分布土壤自净和污染土壤微生物生态土壤自净和污染土壤微生物生态土壤污染和土壤修复土壤污染和土壤修复土壤的生态条件土壤的生态条件营养：动植物的残体、
2、分泌物、排泄物营养：动植物的残体、分泌物、排泄物等提供丰富的无机营养及有机质以满足等提供丰富的无机营养及有机质以满足微生物生长发育的需要。微生物生长发育的需要。pH 3.58.5（大多数为（大多数为5.58.5）适合）适合大多数微生物生长需要。大多数微生物生长需要。渗透压渗透压 0.30.6Mpa 其中其中 G为为0.50.6Mpa，而，而G则为则为2.02.5Mpa，因，因此土壤的渗透压利于微生物摄取营养此土壤的渗透压利于微生物摄取营养氧气和水：团粒结构可以提供通气条件氧气和水：团粒结构可以提供通气条件同时可以保持水分同时可以保持水分温度：土层保温性较强温度：土层保温性较强保护层避免紫外的照
3、射保护层避免紫外的照射微生物在土壤中的种类、数量和分布微生物在土壤中的种类、数量和分布土壤中微生物的种类和数量土壤中微生物的种类和数量 微生物总数为微生物总数为108 109个个/g土（肥土）土（肥土）106 107个个/g土（贫瘠土）土（贫瘠土）微生物的种类分布规律为：微生物的种类分布规律为：细菌细菌放线菌放线菌真菌真菌藻类藻类原生动物原生动物微生物在土壤中的分布微生物在土壤中的分布横向：肥沃土壤中含有的微生物量高于贫瘠土横向：肥沃土壤中含有的微生物量高于贫瘠土壤，可以利用微生物含量表征土壤的肥沃度壤，可以利用微生物含量表征土壤的肥沃度同时具体微生物种类分布与土壤中物质含量有同时具体微生物种
4、类分布与土壤中物质含量有关，如森林中分解纤维素的微生物多，如霉菌、关，如森林中分解纤维素的微生物多，如霉菌、芽孢杆菌等；生产果胶酶的菌株多分布在蔬菜芽孢杆菌等；生产果胶酶的菌株多分布在蔬菜地或是果园土壤中。地或是果园土壤中。纵向：最表层微生物含量低，但随着深度的增纵向：最表层微生物含量低，但随着深度的增加，微生物含量增加，加，微生物含量增加，60cm以下微生物量有以下微生物量有所降低。所降低。我国各主要土壤的含菌量我国各主要土壤的含菌量(万万/克干土克干土)土类土类 地点地点 细菌细菌 放线菌放线菌真菌真菌暗棕壤暗棕壤 黑龙江呼玛黑龙江呼玛 2,327 612 13棕壤棕壤 辽宁沈阳辽宁沈阳
5、1,284 39 36黄棕壤黄棕壤 江苏南京江苏南京 1,406 271 6红壤红壤 浙江杭州浙江杭州 1,103 123 4砖红壤砖红壤 广东徐闻广东徐闻 507 39 11磷质石灰土磷质石灰土 西沙群岛西沙群岛 2,229 1,10515黑土黑土 黑龙江哈尔滨黑龙江哈尔滨 2,111 1,02419黑钙土黑钙土 黑龙江安达黑龙江安达 1,074 3192棕钙土棕钙土 宁夏宁武宁夏宁武 140 114草甸土草甸土 黑龙江亚沟黑龙江亚沟 7,863 2923嵝土嵝土 陕西武功陕西武功 951 1,0324白浆土白浆土 吉林皎河吉林皎河 1,598553滨海盐土滨海盐土 江苏连云港江苏连云港 4
6、66 410.4土壤自净和污染土壤微生物生态土壤自净和污染土壤微生物生态土壤自净：土壤对施入其中一定负荷的有土壤自净：土壤对施入其中一定负荷的有机物或是有机污染物具有吸附和生物降解机物或是有机污染物具有吸附和生物降解能力，通过物理、生化过程自动降解污染能力，通过物理、生化过程自动降解污染物使土壤恢复原有水平的净化过程。物使土壤恢复原有水平的净化过程。自净能力的大小取决于：微生物的种类、自净能力的大小取决于：微生物的种类、数量及其活性；土壤结构、通气状况等理数量及其活性；土壤结构、通气状况等理化性质。化性质。污染土壤的微生物生态：污染土壤的微生物生态：土壤中的土壤中的“土著土著”微生物微生物,会
7、因土壤受会因土壤受到污染而发生改变，出现大量耐受甚至到污染而发生改变，出现大量耐受甚至利用污染物的微生物群体。利用污染物的微生物群体。同时，可以利用土壤法对废水和生活污同时，可以利用土壤法对废水和生活污水进行生物处理。水进行生物处理。土壤污染和土壤修复土壤污染和土壤修复土壤污染：土壤中的污染物含量超过土壤土壤污染：土壤中的污染物含量超过土壤自净能力而影响土壤的生态条件。污染物自净能力而影响土壤的生态条件。污染物主要有农药、石油烃类、重金属等。主要有农药、石油烃类、重金属等。土壤污染的后果土壤污染的后果改造土壤理化性质、使土壤盐碱化、板结改造土壤理化性质、使土壤盐碱化、板结，从而破坏土壤生态平衡
8、；，从而破坏土壤生态平衡；植物吸收、富集污染物质，随食物链迁移植物吸收、富集污染物质，随食物链迁移进入人体；进入人体；或是被雨水冲刷进入水体，也会进入人体；或是被雨水冲刷进入水体，也会进入人体；进入河流等水源破坏水进入河流等水源破坏水 体质量，含有各种体质量，含有各种病原微生物进入水体，从而进入人体病原微生物进入水体，从而进入人体土壤修复：利用土壤中天然的微生物资土壤修复：利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株，甚至用构建的源或人为投加目的菌株，甚至用构建的具特异降解功能菌投加到各污染土壤中，具特异降解功能菌投加到各污染土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化，使土将滞留的污染物快速降解和转
9、化，使土壤恢复其天然功能。壤恢复其天然功能。土壤修复的工作步骤：土壤修复的工作步骤：调查污染地的本底资料，包括土壤的调查污染地的本底资料，包括土壤的理化性质、土壤结构如孔隙率、含氧理化性质、土壤结构如孔隙率、含氧量和温度，量和温度，“土著土著”微生物种群和数微生物种群和数量等；量等；制定治理方案，进行适当的可行性试制定治理方案，进行适当的可行性试验；验；技术实施技术实施影响土壤修复的因素：影响土壤修复的因素：微生物种：土著微生物；选育出的优势微生物种：土著微生物；选育出的优势菌株；利用质粒育种或基因工程构建工程菌株；利用质粒育种或基因工程构建工程菌等；菌等；微生物营养：微生物营养：C/N/P，
10、C/N25：1 溶解氧：溶解氧：5mg/L;鼓风时，鼓风时，812mg/L；含苯及低烷基苯时需要溶解氧为含苯及低烷基苯时需要溶解氧为20200mg/L 微生物的环境因子：适量的水、微生物的环境因子：适量的水、pH和温和温度度土壤修复工程土壤修复工程原位处理：两组泵完成，一组向土壤中注原位处理：两组泵完成，一组向土壤中注入微生物、水、营养及空气；另外一组则入微生物、水、营养及空气；另外一组则从土壤中向外抽取水，使微生物及营养在从土壤中向外抽取水，使微生物及营养在土壤中流动达到降解有机物的目的。土壤中流动达到降解有机物的目的。生物通风：针对污染较为严重的土壤，特生物通风：针对污染较为严重的土壤，特
11、别是原油泄漏的区域，需要溶解氧量大。别是原油泄漏的区域，需要溶解氧量大。与原位处理不同的是空气流动来完成。与原位处理不同的是空气流动来完成。挖掘堆置处理和反应器处理：类似于固体挖掘堆置处理和反应器处理：类似于固体废弃物的堆肥化。废弃物的堆肥化。第二节第二节 空气微生物生态空气微生物生态空气的生态条件：较强的紫外、比较干空气的生态条件：较强的紫外、比较干燥、温度变化大、缺乏营养等。因此，燥、温度变化大、缺乏营养等。因此，空气只是微生物的暂留场所空气只是微生物的暂留场所空气微生物的种类、数量和分布：微生空气微生物的种类、数量和分布：微生物来自于土壤、水体、动物排泄物等；物来自于土壤、水体、动物排泄
12、物等；室外空气中微生物数量与环境卫生状况、室外空气中微生物数量与环境卫生状况、绿化程度等因素有关。绿化程度等因素有关。种类比较繁多，类群不固定，主要是芽种类比较繁多，类群不固定，主要是芽孢杆菌、霉菌和放线菌的孢子等。而室孢杆菌、霉菌和放线菌的孢子等。而室内空气中存在大量的致病微生物，如金内空气中存在大量的致病微生物，如金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、沙门氏菌等。黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、沙门氏菌等。空气微生物的排放标准及生物净化空气微生物的排放标准及生物净化技术技术5001000个个/m3以上以上为污染空气。空为污染空气。空气微生物卫生标准可以浮游细菌数为气微生物卫生标准可以浮游细菌数为指标或以降落细
13、菌数为指标。空气污指标或以降落细菌数为指标。空气污染的指示菌以绿色链球菌为最合适。染的指示菌以绿色链球菌为最合适。空气微生物检测空气微生物检测空气微生物的测定方法空气微生物的测定方法 固体法：固体法：1）平皿菌落法：将营养琼脂培）平皿菌落法：将营养琼脂培养基铺入到养基铺入到90mm的无菌培养皿中，凝固的无菌培养皿中，凝固后打开皿盖置于待测点（通常设后打开皿盖置于待测点（通常设5个待测个待测点），点），510min后盖好皿盖，于培养箱后盖好皿盖，于培养箱中培养中培养48h后计菌落数。后计菌落数。奥梅梁斯基公式（个奥梅梁斯基公式（个/m2)C=N/(At）510000 用奥氏公式计算的浮游菌数比实
14、际细菌数用奥氏公式计算的浮游菌数比实际细菌数少少撞击法：利用真空泵等将含菌空气以撞击法：利用真空泵等将含菌空气以一定流速穿过狭缝，微生物的惯性较一定流速穿过狭缝，微生物的惯性较大，因此在改变方向时会大，因此在改变方向时会“吸吸”到营到营养琼脂平板上。养琼脂平板上。M/v*(1/)=含菌量含菌量 液体法：空气通入无菌水液体法：空气通入无菌水/无菌液体无菌液体培养基从而均匀地分布在介质中，涂培养基从而均匀地分布在介质中，涂于固体培养基上培养，计菌落数。由于固体培养基上培养，计菌落数。由液体菌浓可计算空气的含菌量。液体菌浓可计算空气的含菌量。空气微生物的检测点数空气微生物的检测点数 2030个测点数
15、为宜个测点数为宜 空气微生物的培养温度和时间空气微生物的培养温度和时间 37 48h（B）25 90h（真菌）（真菌）浮游菌最小采样量和最小沉降面积浮游菌最小采样量和最小沉降面积 确保测定结果的可靠性，要考虑最小采确保测定结果的可靠性，要考虑最小采样量样量 第三节第三节 水体微生物生态水体微生物生态水体微生物来源：水体微生物来源：固有微生物；固有微生物；来源于土壤的微生物；来源于土壤的微生物；来自生产和生活的微生物；来自生产和生活的微生物；来自空气微生物来自空气微生物 水体中的微生物群落水体中的微生物群落 海洋中微生物群落：海洋中微生物群落：海洋微生物群落分布：沿海带含量较高，外海海洋微生物群
16、落分布：沿海带含量较高，外海则含量较低；一般都为耐盐则含量较低；一般都为耐盐/嗜盐菌嗜盐菌海洋微生物群落的生态特征：海洋微生物群落的生态特征：底栖性微生物：不同地质结构，有机质含量不底栖性微生物：不同地质结构，有机质含量不同同,微生物分布不同。微生物分布不同。岩礁海岸底部：芽孢杆菌、溶胶杆菌等岩礁海岸底部：芽孢杆菌、溶胶杆菌等 沉积土有机物丰富：以腐败细菌为主沉积土有机物丰富：以腐败细菌为主 浮游性细菌：具鞭毛浮游性细菌：具鞭毛 附着性细菌：异养菌附着性细菌：异养菌 淡水微生物群落：淡水微生物群落：影响微生物的因素有水体类型影响微生物的因素有水体类型(是否流是否流动）、受污染程度、溶解氧、温度
17、、动）、受污染程度、溶解氧、温度、pH等等水体自净和污染水体的微生物生态水体自净和污染水体的微生物生态水体自净：水体中的微生物分解其中的有水体自净：水体中的微生物分解其中的有机质净化水体的过程机质净化水体的过程 自净过程：自净过程：污染物质进入水体后会沉淀至河底污染物质进入水体后会沉淀至河底 好氧微生物把有机物分解为简单有机物好氧微生物把有机物分解为简单有机物和无机物，溶解氧下降，导致鱼类、原生和无机物，溶解氧下降，导致鱼类、原生动物等死亡；厌氧微生物大量繁殖，进一动物等死亡；厌氧微生物大量繁殖，进一步分解有机物，产生步分解有机物，产生CO2、H2O、PO4-3、NH3、H2S等无机物。藻类利
18、用无机物等无机物。藻类利用无机物进行生长，释放氧气。进行生长，释放氧气。有机物进一步缺乏及其他条件影响致使细有机物进一步缺乏及其他条件影响致使细菌死亡菌死亡污污水水水体自净过程水体自净过程衡量水体自净的指标衡量水体自净的指标P/H：P代表光合自养型微生物；代表光合自养型微生物；H代表代表异养型微生物异养型微生物 P/H指数反映水体污染和自净程度。受指数反映水体污染和自净程度。受污染时，异养型微生物大量繁殖，则污染时，异养型微生物大量繁殖，则P/H低；自净过程中，有机物减少，自低；自净过程中，有机物减少，自养型微生物数量增加，则养型微生物数量增加，则P/H升高，最升高，最终维持一定水平。终维持一
19、定水平。氧浓度昼夜变化幅度和氧垂直曲线氧浓度昼夜变化幅度和氧垂直曲线 氧浓度昼夜的差异取决于微生物的种群、氧浓度昼夜的差异取决于微生物的种群、数量或水的深度等数量或水的深度等 光能自养微生物多，光能自养微生物多，P/H则高时，溶解氧则高时，溶解氧昼夜差异大；因此，水体刚污染时，溶解昼夜差异大；因此，水体刚污染时，溶解氧昼夜差异小，随着净化的进行，溶解氧氧昼夜差异小，随着净化的进行，溶解氧昼夜差异增大昼夜差异增大B B氧浓度氧浓度氧浓度氧浓度昼夜变化幅度昼夜变化幅度昼夜变化幅度昼夜变化幅度河流污染中氧浓度昼夜变化示意图河流污染中氧浓度昼夜变化示意图河流污染中氧浓度昼夜变化示意图河流污染中氧浓度昼
20、夜变化示意图污染水体的微生物生态污染水体的微生物生态污化系统：受污染的水体在水流方向上可污化系统：受污染的水体在水流方向上可以分为以下几个污化带以分为以下几个污化带 多污带：位于排污口的区段。水呈暗灰色，多污带：位于排污口的区段。水呈暗灰色，含大量有机物，含大量有机物，BOD高，溶解氧极低，产高，溶解氧极低，产生生H2S、CO2 及及CH4等气体；水体上面有等气体；水体上面有气泡；厌氧微生物和兼性异氧微生物为主。气泡；厌氧微生物和兼性异氧微生物为主。-中污带：多污带的下游。水呈灰色，溶中污带：多污带的下游。水呈灰色，溶解氧少，有机物量减少，解氧少，有机物量减少，BOD下降，上面下降，上面有泡沫
21、和浮泥。产生有泡沫和浮泥。产生NH3、氨基酸及、氨基酸及H2S。生物种类较多，有蓝藻、裸藻等生物种类较多，有蓝藻、裸藻等 -中污带：中污带：-中污带之后。有机物较少，中污带之后。有机物较少，BOD低，溶解氧上升。低，溶解氧上升。NH3 NO NO3 3-H2S SO42-藻类大量繁殖，水生植物出现藻类大量繁殖，水生植物出现寡污带：水体自净完成。有机物全部无机寡污带：水体自净完成。有机物全部无机化，化，BOD极低，极低，H2S消失，浓度低，溶解消失，浓度低，溶解氧正常。出现鱼腥藻、硅藻、变形虫等氧正常。出现鱼腥藻、硅藻、变形虫等水体有机污染指标水体有机污染指标 BIP指数：污化系统用指示生物定性
22、地指数：污化系统用指示生物定性地衡量水体有机污染程度。衡量水体有机污染程度。BIP=B/(A+B)100 其中其中 A有叶绿素的微生物数有叶绿素的微生物数 B无叶绿素的微生物数无叶绿素的微生物数 细菌菌落总数（细菌菌落总数（CFU）：指）：指1ml水样在营水样在营养琼脂培养基中于养琼脂培养基中于37下培养下培养24h所生长所生长出来的细菌菌落数。其中，生活饮用水的出来的细菌菌落数。其中，生活饮用水的CFU在在100个以下。个以下。总大肠菌群：包括埃希氏菌属、柠檬酸杆总大肠菌群：包括埃希氏菌属、柠檬酸杆菌属、肠杆菌属、克雷伯氏菌属等菌属、肠杆菌属、克雷伯氏菌属等在饮用水的微生物安全检测中，普遍采
23、用正在饮用水的微生物安全检测中，普遍采用正常的肠道细菌作为粪便污染指标，而不是直常的肠道细菌作为粪便污染指标，而不是直接测定肠道致病菌。总大肠菌群是指一群需接测定肠道致病菌。总大肠菌群是指一群需氧及兼性厌氧的，在氧及兼性厌氧的，在3737生长时能使乳糖发生长时能使乳糖发酵，在酵，在2424小时内产酸产气的革兰氏阴性无芽小时内产酸产气的革兰氏阴性无芽孢杆菌。总大肠菌群含量是指每升水样所含孢杆菌。总大肠菌群含量是指每升水样所含有的总大肠菌群的数目。水样中总大肠菌群有的总大肠菌群的数目。水样中总大肠菌群的含量，表明水被粪便污染的程度，而且间的含量，表明水被粪便污染的程度，而且间接表明有肠道致病菌存在
24、的可能性。国标值接表明有肠道致病菌存在的可能性。国标值33个个/L/L。主要利用主要利用EC培养基培养培养基培养24h,根据根据MPN表计表计算水样中大肠菌群的含量。算水样中大肠菌群的含量。水体富营养化水体富营养化水体富营养化的概念与发生水体富营养化的概念与发生 定义：水体中氮、磷营养过剩，藻类过度定义：水体中氮、磷营养过剩，藻类过度生长，造成生长，造成“水华水华”和和“赤潮赤潮”等现象。等现象。P：=20mg/m3 N：=20mg/m3与富营养化密切相关的藻类主要是蓝藻中的与富营养化密切相关的藻类主要是蓝藻中的微囊藻属及腔球藻属和鱼腥藻属等微囊藻属及腔球藻属和鱼腥藻属等 湖泊的富营养化与水中
25、的营养盐浓度有关湖泊的富营养化与水中的营养盐浓度有关外，还与水温和营养盐负荷有关。外，还与水温和营养盐负荷有关。LP=(25-50)Z0.6其中，其中，LP磷的表面负荷，磷的表面负荷，g/m2.a 系数系数25为容许负荷为容许负荷 系数系数50为危险负荷为危险负荷 Z为平均深度，为平均深度，m评价水体富营养化的方法和评价水体富营养化的方法和AGP 评价水体富营养化的方法：观察蓝藻等指评价水体富营养化的方法：观察蓝藻等指示生物；测定生物的现存量；测定原初生示生物；测定生物的现存量；测定原初生产力；测定透明度；测定含产力；测定透明度；测定含N、P的无机物的无机物 AGP：蓝藻的潜在生产力。将特定的
26、藻类：蓝藻的潜在生产力。将特定的藻类接种在天然水体接种在天然水体/废水中，在一定的光照废水中，在一定的光照和温度条件下，使藻类增长到稳定期为止，和温度条件下，使藻类增长到稳定期为止，通过测定干重或细胞数来测其生长量。通过测定干重或细胞数来测其生长量。测定测定AGP的方法的方法将培养液用滤膜或高压蒸汽灭菌器除去将培养液用滤膜或高压蒸汽灭菌器除去SS和杂菌。取和杂菌。取500mL置于置于L型培养管，接入羊型培养管，接入羊角月芽藻，将培养管放在往复振荡器上角月芽藻，将培养管放在往复振荡器上20光照光照40006000lX条件下振荡培养条件下振荡培养720d，取适量培养液用滤膜过滤，于，取适量培养液用滤膜过滤，于105烘干，称重，计算烘干，称重，计算1L藻类中的干重即藻类中的干重即为该水样的为该水样的AGP