微生物生态与环境生态工程中的微生物作用

微生物生态与环境生态工程中的微生物作用第一页，共三十七页，编辑于2023年，星期二土著微生物：authochthonousmicroorganism指在一定给定的生境中生存、生长和进行活跃代谢的微生物，并且这些微生物能与来自其他群落的微生物进行有效的竞争，它从生理方面完全适应了这一生境的物化条件。外来微生物：allochthonousmicroorganism指来自于其他生态系统的微生物，这些微生物不能在这一生境中长期生活下去。第二页，共三十七页，编辑于2023年，星期二第二节土壤微生物生态

一、土壤的生态条件1、营养：丰富的营养2、pH：适合大多数微生物生长。3、渗透压：等渗或低渗环境。4、氧和水：团粒结构中可保持大量空气和水。5、温度：保温性强，变动幅度小，10-25℃6、保护层：吸收紫外线。第三页，共三十七页，编辑于2023年，星期二二、微生物在土壤中的种类、数量和分布（一）种类和数量土壤中的微生物可粗分为两大类：土著微生物、外来微生物。一般土壤微生物指的是土著微生物。种类主要有细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物五类。数量上以细菌最多→放线菌→真菌→藻类→原生动物。但生物量真菌常比细菌大，放线菌接近细菌。pH的变化可引起微生物种类和数量的变化.第四页，共三十七页，编辑于2023年，星期二1、细菌：杆状的居多，球状的较少，G+较多，主要是异养菌。2、放线菌：链霉菌属、诺卡氏菌属最多，小单胞菌也很普遍，随土壤深度增加而减少比细菌慢。3、真菌：大多是好氧性的。存在于10cm以内的顶层土壤中，30cm以下就很少4、藻类和蓝细菌：多栖息于多水的表层土壤。季节性变化明显，春秋多冬夏少。5、原生动物：最多的是鞭毛虫，其次是肉足类，纤毛虫较少。（二）微生物在土壤中的分布水平分布垂直分布第五页，共三十七页，编辑于2023年，星期二三、土壤自净和污染土壤的微生物生态（一）土壤自净

土壤对施入其中一定负荷的有机物或有机物污染物具有吸附和生物降解能力，通过各种物理、生物化学过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程。自净能力取决于土壤中微生物的种类和数量，以及土壤自身的理化性质如土壤团粒结构、有机物含量、pH值、阴阳离子的种类和含量等。土壤容量指土壤对污染物的最大承受量或负荷量。第六页，共三十七页，编辑于2023年，星期二（二）污染土壤的微生物生态

污水长期灌溉会引起土壤微生物生态的变化：区系和数量改变。（1）

产生可分解各种污染物的微生物种类。（2）

重金属的作用。

第七页，共三十七页，编辑于2023年，星期二隐蔽性和潜伏性不可逆性和长期性后果严重性特点四、土壤污染和土壤生物修复（一）土壤的污染及其不良后果土壤污染的后果破坏土壤生态平衡随食物链危害人体健康致病微生物的存在

第八页，共三十七页，编辑于2023年，星期二（二）

土壤修复

土壤生物修复是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株，构建特异的基因工程菌株加入污染土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化，恢复土壤的功能。费用省环境影响小最大限度地降低污染物浓度可用于其他技术难以应用的土地可同时处理污染土壤和地下水

优点不能降解所有的污染物要对地点和存在污染物进行考察微生物活性受温度和环境条件的影响不能将污染物全部去除

局限性第九页，共三十七页，编辑于2023年，星期二1、土壤生物修复的工作步骤：①

调查本底资料②

选择技术路线，进行可处理性试验技术咨询→列出方案→确定最佳技术→设计小试和中试③

技术实施第十页，共三十七页，编辑于2023年，星期二引入土壤的大多数基因工程菌在无外加碳源的条件下，不能在土壤中生存和增殖，目的基因表达的产物对微生物本身的活动并无益处，有时还会降低基因工程菌的竞争力。解决这一问题的途径是为基因工程菌创建一个生态位使其能利用土著菌不能利用的选择性基质.加入后会造成土壤微生物系统的暂时失衡，土著微生物需要一段时间来适应，基因工程菌就可利用这段时间来建立自己的生态位。2、土壤生物修复技术的关键（1）微生物种①

土著微生物②外来微生物③基因工程菌第十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期二（2）微生物营养：土壤和地下水中，尤其是地下水中，氮、磷都是限制微生物活性的重要因素。因此要保持一定的C：N：P比值，一般以土壤微生物C：N=25：1，污水好氧生物处理BOD5：N：P=100：5：1作为参考值。（3）溶解氧：溶解氧是现场处理的关键因素。土壤结构、土质、污染物数量的不同，溶解氧含量也不同。为了增加溶解氧，可以采用一些工程的方法：鼓风、添加产氧剂。（4）微生物的环境因子第十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期二（1）微生物修复①原位处理：

直接采用生物修复技术，不需要将土壤挖出和运输，一般采用土著微生物处理。先钻注水井、抽水井，通过向地面上抽水推动地下水在地层流动，促进微生物的分布和营养物质的运输，保持氧供应。工艺较简单，费用较省，但处理时间较长，而且在长期的生物修复过程中，污染物可能会进一步扩散到深层土壤和地下水中。

适用于处理污染时间较长，状况已基本稳定的地区或污染面积大的地区。2、土壤生物修复工程第十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期二生物通风bioventing：是改进和强化原位处理的一种方法。通常用于地下储油罐泄漏造成的轻度污染土壤的生物修复。第十四页，共三十七页，编辑于2023年，星期二②异位生物修复

主要包括现场处理法、预制床法、堆制处理法、生物反应器和厌氧生物处理法a、现场处理法

土壤耕作处理是现场处理土壤污染常用的方法。被污染的废物施在土壤上，通过施肥、灌溉和加石灰等管理措施，保持氧气、水分和pH的最合适值，并进行耕作以改善土壤的通气状况，确保在污染废物和下面土层中污染物的降解。第十五页，共三十七页，编辑于2023年，星期二b、预制床（

挖掘堆置）法：预制床的底面为渗透性低的物质，如高密度的聚乙烯或粘土。将污染土壤转移到预制床上，通过施肥、灌溉，调节pH，有时还加入微生物和表面活性剂，使其最适合污染物的降解。C、堆制处理法将受污染的土堆挖掘起来运输到一个经过各种工程准备（布置防止渗漏底，通风管道等）的地点堆放，形成上升的斜坡，并在此进行生物修复的处理，处理后的土壤再运回去。第十六页，共三十七页，编辑于2023年，星期二D、反应器处理：将污染土壤置于一专门的反应器中处理。反应器可使土壤与微生物及其他添加物如营养盐，表面活性剂等彻底混合，能很好的控制降解条件，因而处理速度快，效果好。生物反应器处理的过程为：先挖出土壤与水1：2混合，然后转入反应器。为了提高降解速率，常在反应器中加入已被驯化的微生物。处理后的土壤与水分离后再运回原地。第十七页，共三十七页，编辑于2023年，星期二（2）植物修复技术植物生物修复是利用植物体内对某些污染物的积累、植物代谢过程对某些污染物的转化和矿化，植物根圈与根茎的共生关系增加微生物的活性的特点，加速土壤污染物降解速度的过程。植物修复的方式包括植物提取、植物降解和植物稳定化三种。植物生物修复是一项利用太阳能动力的处理系统，具有处理费用低，减少场地破坏等优点而受到普遍重视。第十八页，共三十七页，编辑于2023年，星期二第三节空气微生物

第十九页，共三十七页，编辑于2023年，星期二一、空气的生态条件有较强的紫外辐射、干燥、温差大、缺乏营养、高空缺氧，不适合微生物生长。空气不是微生物生长繁殖的场所。二、空气微生物种类、数量和分布来源：都是在水体、土壤和高等生物中生长，并由空气尘埃、土粒等搬运进入大气的。微生物在空气中的存活时间取决于空气的相对湿度、紫外辐射的强弱、尘埃颗粒的大小和数量，微生物的适应性及对环境的抵抗能力。第二十页，共三十七页，编辑于2023年，星期二室外空气中微生物数量与环境卫生状况和绿化程度有关。室外空气中主要存在着真菌、细菌、藻类的孢子和原生动物的胞囊。细菌以产芽孢、有色素的为主。

室内空气中微生物的数量与人员密度、活动情况、空气流通程度、室内卫生状况关系很大。

三、空气微生物的卫生标准及卫生洁净技术

卫生标准一般以500-1000个微生物/m3作为空气污染的指标。空气微生物卫生标准可以浮游细菌或降落菌为指标。第二十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期二四、空气微生物检测（一）

测定方法1、固体法（1）平皿落菌法

琼脂平板打开后暴露空气5-10min，培养48h，计算菌落数奥氏公式：C=1000×50N/（A×t）N=菌落数，A=捕集面积，t=暴露时间。

此法计算的浮游菌数比实际的菌少。没有考虑尘埃粒子大小、数量、气流情况、人员密度和活动情况。

第二十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期二（2）撞击法:

用吸风机或真空泵将含菌空气以一定流速穿过狭缝，平板与狭缝间隔2mm，平板以一定转速旋转，一般转动一周，取出后37℃培养48h，计算菌落：C=1000×平板菌落数/（气流量L×时间tmin）第二十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期二2、液体法

将一定体积的含菌空气通入无菌蒸馏水或无菌液体培养基，将细菌阻留于无菌水中，然后取一定量菌液涂布琼脂平板，或取一定量菌液倒平板。（二）

空气微生物的检测点数：20-30为宜，至少5-6个（三）

培养温度时间：37℃培养48h（四）

浮游菌最小采样量和最小沉降面积第二十四页，共三十七页，编辑于2023年，星期二第四节水体微生物生态

第二十五页，共三十七页，编辑于2023年，星期二营养：一般江河湖泊和池塘的营养较丰富，湖岸区域比湖中央含有机物质多。海水和盐湖含有较高盐分，但其他营养缺乏，雨水基本上是蒸馏水。温度：淡水变化在0-36℃。海洋表面水，两极-1.7℃，在热带和亚热带25-35℃，深海常常是0℃上少许，90%海水小于5℃。溶解氧：氧在水中溶解度较小，是水环境中最重要的限制因子之一。静水湖泊中氧易被好氧微生物耗尽，江河流域可由于水的流动不断补充氧。溶解氧在一定范围内随温度的降低而增加。第二十六页，共三十七页，编辑于2023年，星期二pH：淡水pH在3.7-10.5之间，大多数湖水平均pH7左右，海水pH一般维持在8.0-8.3之间。适合微生物生长。光：水体中光合带的范围10-100m，清澈水体中可达200m，水体表面微生物数量较下层少。水体中微生物的来源：水中固有微生物来自土壤微生物来自生产和生活微生物来自空气微生物第二十七页，共三十七页，编辑于2023年，星期二二、水体自净和污染水体的微生物生态（一）

水体自净1、水体自净过程河水接纳了一定量的有机污染后，能进行自我调节，利用物理、化学和生物作用将水质恢复到污染前的水平——水体自净。物理作用有氧化还原反应、吸附沉淀反应、酸碱中和、硝酸盐和磷酸盐的释放等，最重要的是生物作用，即微生物对有机物无机物的同化和异化作用。任何水体都有自净容量，即水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大数量。第二十八页，共三十七页，编辑于2023年，星期二污水第二十九页，共三十七页，编辑于2023年，星期二水体自净可分为几个阶段：（1）

污染阶段：有机物浓度大量增加。好氧细菌开始分解有机物，氧被消耗下降至零。厌氧细菌大量繁殖呈直线上升，有机物经厌氧分解后产生PO43-、NH3、H2S，NH3、H2S被硝化细菌和硫化细菌氧化为NO3-、SO42-。（2）

分解阶段：有机物浓度由于分解而显著下降，水体复氧速度小于耗氧速度。随着河流的流动，有机物含量渐渐下降，复氧速度慢慢大于好氧速度，原生动物开始大量出现，异养菌数量明显下降。（3）

恢复阶段：有机物浓度下降到最低点，异养菌数量减少，原生动物也减少。溶解氧恢复到原先水平。藻类大量生长。（4）清水阶段：自净过程完成，各项指标恢复到未污染前水平

第三十页，共三十七页，编辑于2023年，星期二2、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。可反应水体污染的自净程度。（2）氧浓度昼夜变化第三十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期二（二）污染水体的微生物生态

多污带α-中污带β-中污带寡污带水色暗灰色浑浊灰暗，水面有泡沫黄绿灰清澈有机物大量，主要是未分解的蛋白质、糖类减少，蛋白质分解为氨基酸、NH3氨盐、NO3-、NO2-、有机物很少被矿化，有机物极少溶解氧极低或无少量多多BOD非常高高低很低H2S多较高少无底泥FeS，黑色Fe2S3→Fe（OH）3，不呈黑色Fe2O3几乎全被氧化细菌数108/ml106-107/ml104/ml102-103/ml生物种类少，厌氧菌、兼性厌氧菌为主少多多个别优势种很强强弱弱水生植物无很少少多主要生物类群污水原生动物（颤蚓，按蚊幼虫藻类，原生动物，蠕虫、轮虫蓝细菌、绿藻、硅藻、原生动物、甲壳动物、鱼类、昆虫鱼腥藻、硅藻、黄藻、轮虫钟虫变形虫、水蚤、甲壳动物、鱼、水生植物第三十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期二2、水体有机污染指标（1）

BIP指数：水污染生物指数biologicalindexofwaterpollution。无叶绿素微生物占所有微生物总数的比值BIP=B/（A+B）×100%

污染前污染

净化开始持续结束P/H：高下降最低点上升高BIP：0~8上升60~100下降0~8第三十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期二（2）

细菌菌落总数（CFU）colonyformingunit：指1ml水样在琼脂培养基中37℃24h培养后所生长出的菌落总数。用于指示被检的水源受有机物污染的程度。CFU只能说明被生活污水污染的程度，不能说明来源，通常用大肠菌群数来判断水体是否被粪便污染。第三十四页，共三十七页，编辑于2023年，星期二（3）

总大肠菌群totalcoliform原理：天然水体由于粪便污染导致致病性微生物污染，但致病菌通常数量