第七章ppt

1、2024年3月16日7時15分,第二篇,微生物生態(tài)與環(huán)境生態(tài)工程中的微生物作用,2024年3月16日7時15分,第七章 微生物生態(tài),主要內(nèi)容： 土壤生態(tài)系統(tǒng)及其微生物 空氣生態(tài)系統(tǒng)及其微生物 水體生態(tài)系統(tǒng)及其微生物,2024年3月16日7時15分,第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)和生物圈▲生態(tài)系統(tǒng) 是在一定時間和空間范圍內(nèi)由生物（動物、植物和微生物的個體、種群、群落）與它們的生境（光、水、土壤、空氣及其他生物因子）通過能量

2、流動和物質循環(huán)所組成的一個自然體。 生態(tài)系統(tǒng)=生物群落+環(huán)境條件,2024年3月16日7時15分,生態(tài)系統(tǒng)組成、結構和功能,2024年3月16日7時15分,生態(tài)系統(tǒng)的基本功能單位,生物生產(chǎn)能量流動物質循環(huán)信息傳遞,2024年3月16日7時15分,,2024年3月16日7時15分,生態(tài)系統(tǒng)中的幾個名詞,個體：指某一具體的生物單個個體，具有生長、發(fā)育、繁殖和死亡的過程，是組成種群的單位。種群：是生活在同一特

3、定空間的同一生物種的所有個體的集合，是生物群落的組成單位。群落：生活在同一特定空間共建或區(qū)域的所有生物種群的集合體，是生態(tài)系統(tǒng)的組成單位。生物圈：生態(tài)系統(tǒng)組成生物圈。,2024年3月16日7時15分,,▲生態(tài)平衡 生態(tài)系統(tǒng)能通過自行調(diào)節(jié)的能力恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)——生態(tài)平衡?！鷳B(tài)系統(tǒng)的分類,2024年3月16日7時15分,第二節(jié) 土壤微生物生態(tài),一、土壤的生態(tài)條件 1．營養(yǎng) 土壤內(nèi)有大量的有機和無機物質（動植物

4、的殘體、分泌物、排泄物等） 2．pH 3.5~8.5，多為5.5~8.5；適合于大多數(shù)微生物的生長繁殖。 3．滲透壓 土壤內(nèi)通常為0.3~0.6MPa，而在微生物（細菌）體內(nèi)，G+為2.0~2.5 MPa，G-為0.5~0.6 Mpa。所以，土壤是等滲或低滲溶液，有利于微生物吸收水份和營養(yǎng)。4．氧氣和水 土壤具有團粒結構，有孔隙，可以通氣和保持水分。土壤中氧氣的含量要少于空氣中，一般為7~8%。 5

5、．溫度 土壤具有較強的保溫性，其變化幅度要小于空氣。 6．保護層 表面幾毫米厚的土壤，可以使下面的微生物免受紫外線的直接照射。 綜合以上各方面，所以說，土壤具備了微生物所需要的營養(yǎng)和各種環(huán)境條件，是微生物良好的天然培養(yǎng)基。,2024年3月16日7時15分,,微生物在土壤中的種類、數(shù)量和分布,1.數(shù)量和種類 在肥土中，微生物數(shù)在幾億~幾十億個/克；在貧瘠土中為幾百萬~幾千萬個/克。從種類上看，以細菌最多，達70

6、~90%，其次為放線菌、真菌，以及藻類、原生動物和微型后生動物等。 從生物量上來看，放線菌的量幾乎可以與細菌相等。2.分布 水平分布——不同類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,2024年3月16日7時15分,Proportion of different soil microorganisms in soil,2024年3月16日7時15分,,2024年3月16日7時15分,Microb

7、ial number and biomass in cultivated field soil（15 cm）,2024年3月16日7時15分,Main types of soil microorganisms,2024年3月16日7時15分,,■土壤自凈和污染土壤微生物生態(tài)▲土壤自凈1．土壤自凈 土壤對進入其中的一定負荷的有機物或有機污染物具有吸附和生物降解能力，通過各種物理、生化過程自動分解污染物使土壤恢復到原有水平

8、的凈化過程，稱土壤自凈。 土壤自凈是有一定限度的，即自凈容量。如果超過這個容量，就會造成土壤污染。土壤自凈能力的大小取決于土壤中微生物的種類、數(shù)量和活性；取決于土壤結構、通氣狀況等理化性質。土壤有團粒結構，并棲息著極為豐富、種類繁多的微生物群落，這使土壤具有強烈的吸附、過濾和生物降解作用。,2024年3月16日7時15分,,▲污染土壤微生物生態(tài)土地是天然的生物處理廠，可用土地法處理廢水，生活污水和易被微生物降解的工業(yè)廢水經(jīng)土地處理后

9、得到凈化。 進行土壤灌溉時，要十分小心，要注意：（1）要根據(jù)物質和植物的特點，合理灌溉；（2）不能超過自凈容量；（3）不能用含有有毒或難以降解物質的污水。這是因為這些物質會在生物體內(nèi)積累、富集，最終會影響到人類自己。,2024年3月16日7時15分,■土壤污染和土壤生物修復,1．土壤污染及其后果 來源：廢水（農(nóng)田灌溉和土地處理）、固體廢棄物、油庫泄漏或農(nóng)藥的使用等。 污染物質：農(nóng)藥、石油類、氨、重金屬等。 易降解的污染物在

10、土壤中會被逐漸分解，而難降解物質和重金屬等會在土壤中停留和積累，甚至進入地下水中。,2024年3月16日7時15分,土壤污染物的來源,2024年3月16日7時15分,,土壤污染的后果： （1）改變土壤的性質，破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)； （2）污染物通過食物鏈遷移或進入水體，危害人類健康； （3）各種病原微生物可能通過各種途徑傳播。,2024年3月16日7時15分,,2．土壤修復 土壤生物修復

11、是利用土壤中的天然微生物或人為加入特定菌株，使土壤中的污染物質加快降解和轉化的速度，使土壤恢復其天然功能。 有關污染環(huán)境的修復（生物修復），是目前環(huán)境科學領域的熱點之一。,2024年3月16日7時15分,污染土壤修復技術體系,按修復場地分類（1）原位（in situ）修復： 污染土壤氣體提取法(SVE)； 井中汽提法（In-well Vapor Stripping）； 生物通氣； 空氣

12、攪動法（Air Sparging） 原位沖洗、淋洗； 加熱方法； 處理墻方法； 原位穩(wěn)定—固化方法； 電動力學方法； 原位微生物修復方法； 植物－微生物聯(lián)合修復方法等。,2024年3月16日7時15分,,（2）異位（ex situ）修復： 氣提法； 泥漿反應器修復； 土壤耕作法； 土壤堆腐；

13、 焚燒法； 客土法； 預制床； 淋洗/萃??； 淋洗－生物反應器聯(lián)合修復；,2024年3月16日7時15分,按照技術類別分類（1）物理化學修復： 加熱方法；穩(wěn)定固化法；淋洗；萃??；電動力學等（2）生物修復： 微生物修復；生物通氣、泥漿反應器、預制床等 植物修復；濕地修復；菌根修復等； 植物－微生物聯(lián)合修復

14、；菌根菌劑聯(lián)合修復等；（3）物理化學－生物聯(lián)合修復： 淋洗－反應器聯(lián)合修復等。,2024年3月16日7時15分,典型修復技術的流程及原理,原位修復技術（1）原位生物修復一般流程：,生物修復原位處理方式示意圖,,,,,,,2024年3月16日7時15分,（2）生物通風技術一般流程：,生物通風原位處理方式示意圖,,,,,,2024年3月16日7時15分,異位修復技術（1）泥漿反應器技術一般流程：,反應器系統(tǒng)示意圖,

15、,,,,,2024年3月16日7時15分,,生物反應器修復系統(tǒng)示意圖,,,,,,,,,,,2024年3月16日7時15分,（2）挖掘堆置法：,挖掘堆置法系統(tǒng)示意圖,2024年3月16日7時15分,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,桶箱,空氣過濾器和泵,,礫石層,,污染土壤,（3）土壤耕作法：,2024年3月16日7時15分,,◆土壤淋洗法　対象：●重金屬、●農(nóng)藥、●油等,,,,,2024年3月16日7時15

16、分,◆30m3/h處理能力淋洗修復工程,2024年3月16日7時15分,,,,,,◆熱處理：　 直接加入使污染物揮發(fā)或分解，間接加熱使污染物揮發(fā)； 針對高濃度土壤污染。 対象：●VOCs、●水銀、●農(nóng)藥、●油等； 優(yōu)點：可使VOCs完全實現(xiàn)無害化； 日處理能力可達200t。,2024年3月16日7時15分,實際工程,污染土壤,外熱裝置,修復土壤,焚燒裝置,煙囪,熱交換,填埋,熱

17、解氣體,化學試劑,◆熱處理典型流程：,2024年3月16日7時15分,處理墻：,2024年3月16日7時15分,,,,土地耕作,Composting,生物通風,強化堆置,,,一般混合處理,2024年3月16日7時15分,第三節(jié) 空氣微生物生態(tài),空氣的生態(tài)條件紫外線、干燥、溫度變化大、缺乏營養(yǎng)等， 這些特點決定了空氣不是微生物生長繁殖的場所。,2024年3月16日7時15分,空氣中的微生物來源于： 土壤（飛揚

18、的塵土把微生物帶至空中）； 水體（水面吹起的小水滴）； 人和動物（皮膚脫落物、呼吸道等）空氣中的微生物只是短暫停留，是可變的，沒有固定類群。 在空氣中存活的微生物，主要是有芽孢的細菌、有孢子的霉菌、放線菌及各種胞囊。 取決于多種因素的影響：空氣的相對濕度、紫外線、塵土顆粒的數(shù)量和大小以及微生物本身的性質。 也與環(huán)境衛(wèi)生狀況有關，如綠化。,●空氣微生物的種類、數(shù)量和分布,2024年3月16日

19、7時15分,,2024年3月16日7時15分,,空氣微生物的衛(wèi)生指標及生物潔凈技術,2024年3月16日7時15分,,2024年3月16日7時15分,三、空氣微生物的衛(wèi)生標準及生物潔凈技術,空氣是人類與動植物賴以生存的極重要因素，也是傳播疾病的媒介。為了防止疾病傳播，提高人類的健康水平，要控制空氣中微生物的數(shù)量。目前，空氣還沒有統(tǒng)一的衛(wèi)生標準，一般以室內(nèi)1m3空氣中細菌總數(shù)為500~1000個以上作為空氣污染的指標。空氣污染的指示菌以咽

20、喉正常菌叢中的綠色鏈球菌為最合適，綠色鏈球菌在上呼吸道和空氣中比溶血性鏈球菌易發(fā)現(xiàn)，且有規(guī)律性。生物潔凈技術多用備有高效過濾器的空氣調(diào)節(jié)除菌設備，它既達到恒溫控制又可提供無菌空氣。,2024年3月16日7時15分,,生物潔凈室 生物潔凈室也沒有統(tǒng)一標準，大多數(shù)國家采用美國1967年頒發(fā)的航空宇宙局(NASA)標準。該標準要求嚴格，對民用生物潔凈環(huán)境要求可能過高。 根據(jù)最新的國家標準GB/T18883-2002（室內(nèi)空氣質量標準）：

21、 對菌落總數(shù)的指標是2500cfu/m3，使用的測定方法為撞擊法（即采用撞擊式空氣微生物采樣器，在營養(yǎng)瓊脂平板上，37℃，48h）,2024年3月16日7時15分,空氣微生物衛(wèi)生標準可以浮游細菌數(shù)為指標或以降落細菌數(shù)為指標。 飄浮在空氣中的細菌稱浮游細菌。浮游細菌附著在塵粒上，故浮游細菌的數(shù)量與塵粒的數(shù)量和粒徑有關。浮游細菌在一定條件下緩慢地降落下來成為降落菌。它的數(shù)量取決于浮游細菌的數(shù)量，浮游細菌和降落菌有一定關系。 空氣中微生物

22、的測定： 落菌數(shù)（平皿落菌法） 浮菌數(shù)（撞擊法、液體法等） 需要專門的微生物空氣采樣器,空氣微生物檢測,2024年3月16日7時15分,,2024年3月16日7時15分,第四節(jié) 水體微生物生態(tài)●水體中的微生物群落,水體：天然水體和人工水體 水體中的微生物來源：水體中固有的； 來自土壤（徑流）； 生產(chǎn)和生活（廢棄物）； 空氣（降雨等）。 水體中的微生物種類很多，微生物在水體中的分布和數(shù)量受水體類型、有機物的含量、微生物

23、的拮抗作用、雨水沖刷、河水泛濫、工業(yè)廢水、生活污水的排放量等因素的影響。,2024年3月16日7時15分,●水體自凈和污染水體的微生物生態(tài),▲水體自凈1．概念 河流（水體）接納了一定量的有機污染物后，在物理的、化學的和水生物(微生物、動物和植物)等因素的綜合作用后得到凈化，水質恢復到污染前的水平和狀態(tài)，叫作水體自凈。任何水體都有其自凈容量。自凈容量是指在水體正常生物循環(huán)中能夠凈化有機污染物的最大數(shù)量。2．自凈過程 水體自凈過程大

24、致如下： 污染物排入水體后被水體稀釋，有機和無機固體物沉降至河底 水體中好氧細菌利用溶解氧把有機物分解為簡單有機物和無機物 水體中的溶解氧逐漸恢復 自凈過程完成,2024年3月16日7時15分,食物鏈,陽光 一級生產(chǎn)者 原生動物 輪蟲、浮游甲殼動物 魚 其它動物 異氧細菌

25、 廢物、排泄物 人,,,,,,,,,,,,,,2024年3月16日7時15分,,水體自凈過程,2024年3月16日7時15分,,衡量水體自凈的指標 1.P/H指數(shù)： P-光合自養(yǎng)型微生物； H-異養(yǎng)型微生物； 2.氧濃度晝夜變化幅度和氧垂直曲線,2024年3月16日7時15分,▲污水水體的微生物生態(tài),污化系統(tǒng)（1）多污帶 （2）α中污帶 （3）β中污帶 （4）寡污帶

26、 應用污化系統(tǒng)時，要注意兩點： （1）只適用于有機污水（無毒）； （2）只能定性描述。,2024年3月16日7時15分,,水體有機污染指標 1.BIP指數(shù)： B BIP=—— * 100% A+B,其中：A為有葉綠素的微生物數(shù)，B為無葉綠素的微生物數(shù)。所以BIP的含義是無葉綠素的微生物數(shù)占總微生物數(shù)的百分比。,BIP值0-8

27、 清潔水 8-20 輕度污染水 20-60 中度污染水 60-100 嚴重污染水,2024年3月16日7時15分,2.細菌菌落總數(shù)（CFU),細菌菌落總數(shù)是指1ml水樣在營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中，于37℃培養(yǎng)24h后所生長出來的細菌菌落總數(shù)。它用于指示被檢的水源水受有機物污染的程度，為生活飲用水作衛(wèi)生學評價提供依據(jù)。

28、在我國規(guī)定1ml生活飲用水中的細菌菌落總數(shù)在100個以下。 具體測定方法請參考教材實驗九（乙）,2024年3月16日7時15分,,2024年3月16日7時15分,,2024年3月16日7時15分,,3.總大腸桿菌群用以間接指示水體被糞便污染的一個指標。 大腸菌群被選作致病菌的間接指示菌的原因是：大腸菌群是人腸道中正常寄生菌，數(shù)量最大，對人較安全，在環(huán)境中的存活時間與致病菌相近，而且檢驗技術較簡便，因而被選中，一直沿用至今。 在我

29、國規(guī)定1L生活飲用水中的總大腸菌群數(shù)在3個以下。大腸菌群的測定方法： 常用的方法有多管發(fā)酵MPN法和濾膜法 多管發(fā)酵MPN法適用于飲用水、水源水，特別是渾濁度高的水中的大腸桿菌的測定； 濾膜法則適用于飲用水和低濁度的水源水。 具體實驗步驟參見教材,2024年3月16日7時15分,水體富營養(yǎng)化▲概念,（一）水體富營養(yǎng)化的概念和發(fā)生 水體從貧營養(yǎng)向富營養(yǎng)的發(fā)展，是一個自然的、緩慢的過程。在天然情況下，需要千百萬年的時間。

30、由于某些因素，特別是人類的活動，使營養(yǎng)物質（氮、磷等）大量進入水體，促使水體中的藻類過量繁殖，造成水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化。在淡水水體中稱為“水華”，在海水中為“赤潮”。在水體中，一般氮和磷是藻類生長的限制因子，當?shù)土椎臐舛仍黾?，就會造成藻類的大量繁殖?與富營養(yǎng)化有關的藻類主要是藍藻中的微囊藻屬、腔球藻屬和魚腥藻屬等。 富營養(yǎng)化的危害： 消耗溶解氧，造成水體缺氧，魚類等無法生存； 藻類分泌有毒物質，死亡腐敗等，影響

31、水質； 改變水體生態(tài)系統(tǒng)，引起生物群落的演替。,2024年3月16日7時15分,,,2024年3月16日7時15分,,2024年3月16日7時15分,,（二）水體富營養(yǎng)化的評價 常用的方法有：觀察藍藻等指示生物； 測定生物量； 測定原初生產(chǎn)力； 測定透明度； 測定N、P等營養(yǎng)物質。 AGP（藻類潛在生產(chǎn)力的測定）,2024年3月16日7時15分,,（三）水體富營養(yǎng)化的防治 防止天然水體富營養(yǎng)化的根本措施