第七章ppt

1、2024年3月16日7時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間和空間范圍內(nèi)由生物（動(dòng)物、植物和微生物的個(gè)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(dòng)和物質(zhì)循環(huán)所組成的一個(gè)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(shí)15分,生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)和功能,2024年3月16日7時(shí)15分,生態(tài)系統(tǒng)的基本功能單位,生物生產(chǎn)能量流動(dòng)物質(zhì)循環(huán)信息傳遞,2024年3月16日7時(shí)15分,,2024年3月16日7時(shí)15分,生態(tài)系統(tǒng)中的幾個(gè)名詞,個(gè)體：指某一具體的生物單個(gè)個(gè)體，具有生長(zhǎng)、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(gè)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(shí)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(fù)到原來(lái)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(shí)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(yíng)養(yǎng) 土壤內(nèi)有大量的有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)（動(dòng)植物

4、的殘?bào)w、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(zhǎng)繁殖。 3．滲透壓 土壤內(nèi)通常為0.3~0.6MPa，而在微生物（細(xì)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(yíng)養(yǎng)。4．氧氣和水 土壤具有團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，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(qiáng)的保溫性，其變化幅度要小于空氣。 6．保護(hù)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(yíng)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(shí)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(gè)/克；在貧瘠土中為幾百萬(wàn)~幾千萬(wàn)個(gè)/克。從種類上看，以細(xì)菌最多，達(dá)70

6、~90%，其次為放線菌、真菌，以及藻類、原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物等。 從生物量上來(lái)看，放線菌的量幾乎可以與細(xì)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(shí)15分,Proportion of different soil microorganisms in soil,2024年3月16日7時(shí)15分,,2024年3月16日7時(shí)15分,Microb

7、ial number and biomass in cultivated field soil（15 cm）,2024年3月16日7時(shí)15分,Main types of soil microorganisms,2024年3月16日7時(shí)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(duì)進(jìn)入其中的一定負(fù)荷的有機(jī)物或有機(jī)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(dòng)分解污染物使土壤恢復(fù)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(gè)容量，就會(huì)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(jié)構(gòu)、通氣狀況等理化性質(zhì)。土壤有團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，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(qiáng)烈的吸附、過濾和生物降解作用。,2024年3月16日7時(shí)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(jìn)行土壤灌溉時(shí)，要十分小心，要注意：（1）要根據(jù)物質(zhì)和植物的特點(diǎn)，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(zhì)的污水。這是因?yàn)檫@些物質(zhì)會(huì)在生物體內(nèi)積累、富集，最終會(huì)影響到人類自己。,2024年3月16日7時(shí)15分,■土壤污染和土壤生物修復(fù),1．土壤污染及其后果 來(lái)源：廢水（農(nóng)田灌溉和土地處理）、固體廢棄物、油庫(kù)泄漏或農(nóng)藥的使用等。 污染物質(zhì)：農(nóng)藥、石油類、氨、重金屬等。 易降解的污染物在

10、土壤中會(huì)被逐漸分解，而難降解物質(zhì)和重金屬等會(huì)在土壤中停留和積累，甚至進(jìn)入地下水中。,2024年3月16日7時(shí)15分,土壤污染物的來(lái)源,2024年3月16日7時(shí)15分,,土壤污染的后果： （1）改變土壤的性質(zhì)，破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)； （2）污染物通過食物鏈遷移或進(jìn)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(shí)15分,,2．土壤修復(fù) 土壤生物修復(fù)

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(zhì)加快降解和轉(zhuǎn)化的速度，使土壤恢復(fù)其天然功能。 有關(guān)污染環(huán)境的修復(fù)（生物修復(fù)），是目前環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。,2024年3月16日7時(shí)15分,污染土壤修復(fù)技術(shù)體系,按修復(fù)場(chǎng)地分類（1）原位（in situ）修復(fù)： 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(dòng)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(dòng)力學(xué)方法； 原位微生物修復(fù)方法； 植物－微生物聯(lián)合修復(fù)方法等。,2024年3月16日7時(shí)15分,,（2）異位（ex situ）修復(fù)： 氣提法； 泥漿反應(yīng)器修復(fù)； 土壤耕作法； 土壤堆腐；

13、 焚燒法； 客土法； 預(yù)制床； 淋洗/萃取； 淋洗－生物反應(yīng)器聯(lián)合修復(fù)；,2024年3月16日7時(shí)15分,按照技術(shù)類別分類（1）物理化學(xué)修復(fù)： 加熱方法；穩(wěn)定固化法；淋洗；萃取；電動(dòng)力學(xué)等（2）生物修復(fù)： 微生物修復(fù)；生物通氣、泥漿反應(yīng)器、預(yù)制床等 植物修復(fù)；濕地修復(fù)；菌根修復(fù)等； 植物－微生物聯(lián)合修復(fù)

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

15、,,,,,2024年3月16日7時(shí)15分,,生物反應(yīng)器修復(fù)系統(tǒng)示意圖,,,,,,,,,,,2024年3月16日7時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)15

16、分,◆30m3/h處理能力淋洗修復(fù)工程,2024年3月16日7時(shí)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(duì)高濃度土壤污染。 対象：●VOCs、●水銀、●農(nóng)藥、●油等； 優(yōu)點(diǎn)：可使VOCs完全實(shí)現(xiàn)無(wú)害化； 日處理能力可達(dá)200t。,2024年3月16日7時(shí)15分,實(shí)際工程,污染土壤,外熱裝置,修復(fù)土壤,焚燒裝置,煙囪,熱交換,填埋,熱

17、解氣體,化學(xué)試劑,◆熱處理典型流程：,2024年3月16日7時(shí)15分,處理墻：,2024年3月16日7時(shí)15分,,,,土地耕作,Composting,生物通風(fēng),強(qiáng)化堆置,,,一般混合處理,2024年3月16日7時(shí)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(yíng)養(yǎng)等， 這些特點(diǎn)決定了空氣不是微生物生長(zhǎng)繁殖的場(chǎng)所。,2024年3月16日7時(shí)15分,空氣中的微生物來(lái)源于： 土壤（飛揚(yáng)

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(dòng)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(xì)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(duì)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(zhì)。 也與環(huán)境衛(wèi)生狀況有關(guān)，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(shí)15分,,2024年3月16日7時(shí)15分,,空氣微生物的衛(wèi)生指標(biāo)及生物潔凈技術(shù),2024年3月16日7時(shí)15分,,2024年3月16日7時(shí)15分,三、空氣微生物的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及生物潔凈技術(shù),空氣是人類與動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)，一般以室內(nèi)1m3空氣中細(xì)菌總數(shù)為500~1000個(gè)以上作為空氣污染的指標(biāo)?？諝馕廴镜闹甘揪匝?/p>

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(shù)多用備有高效過濾器的空氣調(diào)節(jié)除菌設(shè)備，它既達(dá)到恒溫控制又可提供無(wú)菌空氣。,2024年3月16日7時(shí)15分,,生物潔凈室 生物潔凈室也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)國(guó)家采用美國(guó)1967年頒發(fā)的航空宇宙局(NASA)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格，對(duì)民用生物潔凈環(huán)境要求可能過高。 根據(jù)最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18883-2002（室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）：

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

22、的測(cè)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(cè),2024年3月16日7時(shí)15分,,2024年3月16日7時(shí)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(lái)源：水體中固有的； 來(lái)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(jī)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(shí)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(jī)污染物后，在物理的、化學(xué)的和水生物(微生物、動(dòng)物和植物)等因素的綜合作用后得到凈化，水質(zhì)恢復(fù)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(jī)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(jī)和無(wú)機(jī)固體物沉降至河底 水體中好氧細(xì)菌利用溶解氧把有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單有機(jī)物和無(wú)機(jī)物 水體中的溶解氧逐漸恢復(fù) 自凈過程完成,2024年3月16日7時(shí)15分,食物鏈,陽(yáng)光 一級(jí)生產(chǎn)者 原生動(dòng)物 輪蟲、浮游甲殼動(dòng)物 魚 其它動(dòng)物 異氧細(xì)菌

25、 廢物、排泄物 人,,,,,,,,,,,,,,2024年3月16日7時(shí)15分,,水體自凈過程,2024年3月16日7時(shí)15分,,衡量水體自凈的指標(biāo) 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(shí)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(yīng)用污化系統(tǒng)時(shí)，要注意兩點(diǎn)： （1）只適用于有機(jī)污水（無(wú)毒）； （2）只能定性描述。,2024年3月16日7時(shí)15分,,水體有機(jī)污染指標(biāo) 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(wú)葉綠素的微生物數(shù)。所以BIP的含義是無(wú)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(yán)重污染水,2024年3月16日7時(shí)15分,2.細(xì)菌菌落總數(shù)（CFU),細(xì)菌菌落總數(shù)是指1ml水樣在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中，于37℃培養(yǎng)24h后所生長(zhǎng)出來(lái)的細(xì)菌菌落總數(shù)。它用于指示被檢的水源水受有機(jī)物污染的程度，為生活飲用水作衛(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

28、在我國(guó)規(guī)定1ml生活飲用水中的細(xì)菌菌落總數(shù)在100個(gè)以下。 具體測(cè)定方法請(qǐng)參考教材實(shí)驗(yàn)九（乙）,2024年3月16日7時(shí)15分,,2024年3月16日7時(shí)15分,,2024年3月16日7時(shí)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(gè)指標(biāo)。 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(duì)人較安全，在環(huán)境中的存活時(shí)間與致病菌相近，而且檢驗(yàn)技術(shù)較簡(jiǎn)便，因而被選中，一直沿用至今。 在我

29、國(guó)規(guī)定1L生活飲用水中的總大腸菌群數(shù)在3個(gè)以下。大腸菌群的測(cè)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(cè)定； 濾膜法則適用于飲用水和低濁度的水源水。 具體實(shí)驗(yàn)步驟參見教材,2024年3月16日7時(shí)15分,水體富營(yíng)養(yǎng)化▲概念,（一）水體富營(yíng)養(yǎng)化的概念和發(fā)生 水體從貧營(yíng)養(yǎng)向富營(yíng)養(yǎng)的發(fā)展，是一個(gè)自然的、緩慢的過程。在天然情況下，需要千百萬(wàn)年的時(shí)間。

30、由于某些因素，特別是人類的活動(dòng)，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷等）大量進(jìn)入水體，促使水體中的藻類過量繁殖，造成水體出現(xiàn)富營(yíng)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(zhǎng)的限制因子，當(dāng)?shù)土椎臐舛仍黾?，就?huì)造成藻類的大量繁殖。 與富營(yíng)養(yǎng)化有關(guān)的藻類主要是藍(lán)藻中的微囊藻屬、腔球藻屬和魚腥藻屬等。 富營(yíng)養(yǎng)化的危害： 消耗溶解氧，造成水體缺氧，魚類等無(wú)法生存； 藻類分泌有毒物質(zhì)，死亡腐敗等，影響

31、水質(zhì)； 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(shí)15分,,,2024年3月16日7時(shí)15分,,2024年3月16日7時(shí)15分,,（二）水體富營(yíng)養(yǎng)化的評(píng)價(jià) 常用的方法有：觀察藍(lán)藻等指示生物； 測(cè)定生物量； 測(cè)定原初生產(chǎn)力； 測(cè)定透明度； 測(cè)定N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 AGP（藻類潛在生產(chǎn)力的測(cè)定）,2024年3月16日7時(shí)15分,,（三）水體富營(yíng)養(yǎng)化的防治 防止天然水體富營(yíng)養(yǎng)化的根本措施