第七章微生物生态

2020/6/251环境工程微生物学授课教师:李丽颖张环2020/6/252环境工程微生物学微生物学基础非细胞病毒具细胞原核——真核（类群，形态构造，特点）生理特征生长繁殖遗传变异酶代谢生长繁殖自然环境中的微生物生态物质循环氧，碳，氮，磷，硫等物质的循环微生物生态系统土壤大气水体天然水体生态污染水体生态污染环境中生态水污染控制中的生物处理方法，原理好氧厌氧深度处理除氮，脱磷水源水微生物处理饮用水消毒甲烷消化活性污泥生物膜法有机固体废弃物处理废气的生物处理营养生存因子（T,pH,O2等）第一篇（1-6章）第二篇（七，八章）第二篇（九-十一章）2020/6/253第二篇微生物生态与环境生态工程中的微生物作用环境微生物基础教学课件2020/6/254第二篇微生物生态生态系统水体生态微生物在物质循环中的作用水环境污染控制与治理中的微生物原理废水、污水深度处理中的微生物原理有机固体与废气的微生物处理第二篇环境微生物基础教学课件土壤生态2020/6/255第一章微生物生态第一节生态系统第二节土壤微生物生态第三节水体微生物生态第二章微生物在环境物质循环中的作用第一节氧循环第二节碳循环第三节氮循环第四节硫循环第三章水环境中的污染控制与治理的生态工程及微生物学原理第一节好氧污（废）水的生态系统及生物处理原理第二节厌氧污（废）水的生态系统及生物处理原理第四章污废水深度处理和微污染水源水的微生物处理第一节污、废水深度处理——微生物脱氮，脱磷第二节微污染水处理生物原理及生态系统第三节饮用水卫生学原理第五章有机固体废弃物和废气的微生物处理第一节有机固体废弃物的微生物处理第二节废气的微生物处理环境微生物基础教学课件第二篇√√2020/6/256环境微生物基础教学课件第七章微生物生态第一节生态系统几个基本概念，生态系统的基本功能2020/6/257研究微生物在自然条件下，微生物群体的生活状态、活动规律。分布规律及群落特征物质循环中的作用——阐明污染物处理的机理与其他生物的关系——驱害补益2020/6/258环境微生物基础教学课件一、生态系统（ecosystem）和生物圈（biosphere）第一节生态系统各种生态系统2020/6/259环境微生物基础教学课件生态系统就是在一定时间和空间范围内由生物（包括动物，植物和微生物个体、种群、群落）与它们的生活环境（包括光、水、土壤、空气和其它生物因子）通过能量的流动和物质循环组成的一个自然体。＋环境条件生态系统＝生物群落（一）生态系统（ecosystem）2020/6/2510环境微生物基础教学课件四个基本组成：环境、生产者、消费者、分解或转化者。环境生产者分解或转化者消费者2020/6/2511环境微生物基础教学课件环境条件生物群落能源：太阳辐射生物代谢产物:CO2H2OO2无机盐媒质：水、大气、土壤基质:砂、岩石、泥土生产者：植物群落，藻类，光合细菌和化能自养微生物消费者:动物群落分解者和转化者:异养微生物，原生动物，微型后生动物生态系统2020/6/2512生态系统功能•生物生产植物藻类和光合细菌就能利用太阳光、H2O、CO2、无机物，将二氧化碳和水合成蛋白质，糖类和脂肪。环境微生物基础教学课件O6H6OOHCO12HCO226126阳光222020/6/2513生态系统功能•能量流动和物质循环环境微生物基础教学课件生态系统能量的源头是什么？问题？？？怎么输入到生态系统的？太阳能生产者的光合作用能量怎样流动？食物链逐级递减营养级热能2020/6/2514生态系统功能•物质循环环境微生物基础教学课件生产者(绿色植物)消费者(动物)还原者(细菌、真菌)环境(土壤、空气、水)本质特征：循环过程按营养级逐级递减，但回到环境中的能重新被利用。2020/6/2515生态系统功能•信息传递。生态系统中信息传递多种多样，有强有弱，连成一个统一体。营养信息、化学信息、物理信息和行为信息等，构成信息网。环境微生物基础教学课件2020/6/2516•个体（individual）：某一具体的生物单个个体，具有生长，发育，繁殖和死亡的过程。•种群(population)：生活在同一特定空间的同一生物种的所有个体的集合体，生物群落的组成单位。•群落(community)：生活在同一特定的空间或区域的所有生物种群的集合体，是生态系统的组成部分。环境微生物基础教学课件几个概念2020/6/2517（二）生物圈（biosphere）生存在地球陆地以上的海面以下各约10Km的范围，包括岩石圈，水圈，大气圈，土壤圈内所有的生物群落和人以及它们生存环境的总体，叫生物圈。环境微生物基础教学课件2020/6/2518二、生态平衡环境微生物基础教学课件生态系统的稳定性（stability）功能组成结构自身的调节能力抵抗力resistance恢复力resilience2020/6/2519环境微生物基础教学课件第二节土壤微生物生态1.土壤的生态条件2.微生物在土壤中的种类、数量和分布3.土壤自净和污染土壤微生物生态4.土壤污染和土壤生物修复2020/6/2520环境工程微生物学•固体物质——土壤矿物质、有机质和微生物等。•液体物质——土壤水分。•气体——土壤孔隙中的空气。环境微生物基础教学课件2020/6/25211．营养：大量的有机和无机物质（动植物的残体、分泌物、排泄物等）。2．pH：3.5~8.5，多为5.5~8.5；适合于大多数微生物的生长繁殖。3．渗透压：土壤是等渗或低渗溶液，通常为0.3~0.6MPa，而在微生物（细菌）体内，G+为2.0~2.5MPa，G-为0.5~0.6Mpa。一、土壤的生态条件环境微生物基础教学课件2020/6/25224．氧气和水：土壤具有团粒结构，有孔隙，可以通气和保持水分。土壤中氧气的含量要少于空气中，一般为7~8%。5．温度：具有较强的保温性，其变化幅度要小于空气，适宜的温度10~25℃。6．保护层：表面几毫米厚的土壤，可以使下面的微生物免受紫外线的直接照射。土壤具备了微生物所需要的营养和各种环境条件，是微生物良好的天然培养基。环境微生物基础教学课件2020/6/25231.数量和种类同一土体由于微环境的通气、水分、营养等状况都存在着差异，致使不同微生物呈立体分布。每克肥土中通常含有几亿至几十亿个微生物，贫瘠土壤每克也有几百万至几千万个微生物。二、微生物在土壤中的种类、数量和分布陈华癸，1950年出版了奠基性刊物《土壤微生物》。环境微生物基础教学课件2020/6/2524细菌＞放线菌＞真菌＞藻类＞原生动物70~90%5~30%环境微生物基础教学课件2020/6/25252.分布水平分布——不同类型的土壤（碳源不同）中所含微生物不同;垂直分布——同一土壤不同深度，微生物的分布不同。环境微生物基础教学课件较少5~20cm较多根系周围多耕作层20cm以下较少2020/6/2526土壤对进入其中的一定负荷的有机物或有机污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，称土壤自净。三、土壤自净和污染土壤微生物生态1．土壤自净环境微生物基础教学课件2020/6/2527环境微生物基础教学课件自净能力2020/6/2528注意：（1）要根据物质和植物的特点，合理灌溉；（2）不能超过自净容量；（3）不能用含有有毒或难以降解物质的污水。2．污染土壤的微生物生态环境微生物基础教学课件土地是天然的生物处理厂，可用土地法处理废水、生活污水，易被微生物降解的工业废水经土地处理后得到净化。进行土壤灌溉时，要十分小心。2020/6/2529人工湿地环境微生物基础教学课件2020/6/25301．土壤污染来源：废水（农田灌溉和土地处理）、固体废弃物、油库泄漏或农药的使用等。污染物质：农药、石油类、氨、重金属等。四、土壤污染和土壤生物修复环境微生物基础教学课件2020/6/2531土壤污染的特点★土壤污染具有隐蔽性和滞后性。★土壤污染的累积性。★土壤污染具有不可逆转性。环境微生物基础教学课件2020/6/25322．土壤修复土壤生物修复是利用土壤中的天然微生物或人为加入特定菌株，使土壤中的污染物质加快降解和转化的速度，使土壤恢复其天然功能。环境微生物基础教学课件2020/6/2533微生物营养：C:N:P微生物：土著微生物、优势菌种、基因工程菌土壤生物修复技术的关键溶解氧：通气良好的土壤溶解氧在5mg/L左右环境因子：适量的水、pH和温度环境微生物基础教学课件2020/6/2534环境工程微生物学土壤生物修复工程1.微生物修复法环境微生物基础教学课件2.植物修复法2020/6/25352020/6/2536（1）原位处理：加入营养盐、氧、微生物强化降解过程。特点：工艺简单，费用低，但处理速度较慢。※生物通风：气体流动，用于处理因储油罐泄漏而污染的土壤。1.微生物修复法环境微生物基础教学课件2020/6/25372020/6/2538环境工程微生物学②异位生物修复a.现场处理法-需转移；b.预制床法-挖掘堆置；c.堆制处理法-堆肥；d.生物反应器法；e.厌氧生物修复法。环境微生物基础教学课件2020/6/25392020/6/25402.植物修复法（1）植物提取（2）植物降解（3）植物稳定苜蓿蒲公英蘑菇环境微生物基础教学课件2020/6/25412020/6/25422020/6/25432020/6/2544环境微生物基础教学课件第三节水体微生物生态1.海洋水体微生物群落及分布特征2.淡水水体微生物群落及分布特征3.污水自净-氧垂曲线4.污水中微生物生态特征——污化系统5.水体的微生物监测指标2020/6/2545一、海洋中的微生物群落•嗜盐或耐盐；耐高渗透压；耐高静水压；嗜静水压；耐低温。•数量：港口海水中含菌105/mL；外海，人类活动较少，10～250/mL。环境微生物基础教学课件天津工业大学1．海洋中微生物特点海洋水体的特点：高盐、高静水压、低温等2020/6/25460～10m浮游藻类较多，如绿藻，硅藻，甲藻等。2．微生物种类随海水深度变化，微生物的种类和数量也不同。25～50m微生物数量随海水深度增加而增加。微生物的数量随海水深度增加而减少。海底沉积物厌氧菌，兼性厌氧菌，厌氧异养菌及硫酸还原菌环境微生物基础教学课件10m50m0m2020/6/25473.海洋中微生物•古菌：嗜盐菌、嗜压菌、嗜冷菌•单胞菌属，弧菌属，黄色杆菌属，无色杆菌属，芽孢杆菌属。•按栖息地分为底栖性细菌，浮游性细菌和附着性细菌。环境微生物基础教学课件2020/6/2548水体的类型受污染程度有机物含量溶解氧量环境微生物基础教学课件天津工业大学1.影响淡水微生物分布的因素光照水温pH水深河流、湖泊贫营养湖、富营养湖光合细菌好氧菌、厌氧菌二、淡水中的微生物群落2020/6/2549•浮游性细菌属：革兰氏阴性杆菌，柄细菌，丝联菌属•嘉氏铁柄细菌，赤色纤发菌，浮游球衣菌，贝日阿托氏菌属，发硫菌属•假单胞菌属•藻类•原生动物、微型后生动物。环境微生物基础教学课件天津工业大学2.主要的微生物80~95%环境微生物基础教学课件2020/6/2550三、水体自净河流在接纳了一定的有机物之后，在物理，化学及生物的因素综合作用下，水质恢复到污染前的水平和状态，叫水体自净。环境微生物基础教学课件天津工业大学环境微生物基础教学课件2020/6/2551环境微生物基础教学课件天津工业大学在正常情况下，水体单位时间内通过正常生物循环中能够同化有机污染物的最大数量称为同化容量或自净容量。环境微生物基础教学课件自净容量2020/6/2552环境微生物基础教学课件天津工业大学1.过程a.物理作用（作用弱）：有机污染物排入水体后被稀释，有机和无机固体沉降到河底；b.化学作用（作用弱）环境微生物基础教学课件2020/6/2553环境微生物基础教学课件天津工业大学c.生物作用——食物链（作用强）：环境微生物基础教学课件阳光↓一级生产者→原生动物→轮虫、浮游甲壳动物→鱼→其他动物异养细菌废物、排泄物人2020/