环境微生物 第七章 微生物生态

陆地生态系统包括陆地上的各类生物群落。
陆地生态系统具有鲜 明的空间结构。生物群 落在空间上有明显的垂 直和水平分布，即具有 三维空间结构和二维水
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平结构。
5、生态系统的特点
➢开放性(物质循环和能量流动) ➢运动性(相对稳定状态) ➢自我调节性(适应外界变化条件、维持系统动态平衡) ➢相关性(彼此相互联系) ➢演化性(产生、发展、消亡的周期性)
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三、土壤自净和污染土壤微生物生态
可降解的物质
存在于土壤中，最终会…… 消失?分解?……
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(一)土壤自净 1、概念
土壤对施入其中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。
2、土壤自净能力的大小
取决于土壤中微生物的种类、数量和活性； 取决于土壤结构、通气状况等理化性质。
所以，空气不是微生物生长繁殖的场所。
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二、空气微生物的种类、数量和分布
1）来源于土壤、水体及人类的生产、生活活动； 2）无原生的微生物区系，主要以气溶胶形式存在污染; 3）停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关； 4）数量取决于尘埃数量； 5）越近地面的空气，其含菌量越高； 6）种类主要为真菌和细菌，一般与其所在环境的微生物种类有关； 7）与人类的关系：
最广泛，所以通常就把这种技术称为土壤的生物修复
(Bioremediation)。
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2、生物修复技术的原理
(1)在土壤中存在着多种多样的微生物，这些微 生物能够适应变化了的环境，具有或产生酶，具 备代谢功能，能够降解或转化土壤中难降解的有 机物；
(2)进入土壤的有机化合物大部分应具有可生物 降解性，即在微生物作用下由大分子化合物转变 为简单小分子化合物的可能性；
生态系统＝生物群落+环境条件
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2、生态系统的结构
能源：太阳辐射
生物代谢产物：CO2、O2、H2O、无
生 环境条件 机媒盐质：水、大气、土壤
态
基质：砂、岩石、泥土
系
其他环境条件：温度、
统
pH……ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ植物群落、藻类、光合细菌
生产者： 及化能自养细菌
生物群落 消费者：动物群落
分解者或转化者：异物养及微微生型物后、生原动生物动
细菌 2327 1284 1406 1103 507 2229 2111 1074 140 7863 951 1598 466
放线菌 612 39 271 123 39 1105 1024 319 11 29 1032 55 41
真菌 13 36 6 4 11 15 19 2 4 23 4 3 0.4
原地，在异地用生物的、工程的手段进行处 理，使污染物降解，受污染的土壤恢复到原 有的功能。
主要的工艺类型包括土地耕作、堆肥化 和挖掘堆置处理(或叫处理床；预备床)。
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(3)生物反应器修复工艺
这种方式是将受污染的土壤挖掘起来，和水 混合后，在接种了微生物的生物反应装置内进 行处理，其工艺类似污水的生物处理方法，处 理后的土壤与水分离后，脱水处理再运回原地。 处理的出水视水质情况，直接排放或送入污水 处理厂继续处理。
注水井会由于细菌生长过多而阻塞；
(3)特定的微生物只降解特定类型的化学物质，状态
稍有变化的化合物就可能不会被同一微生物酶所破坏；
(4)这一技术受各种环境因素的影响较大，因为微生
物活性受温度、氧气、水分、pH等环境条件的变化影响；
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§7－3 空气微生物生态
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一、空气的生态条件
空气中有较强的紫外辐射，空气较干燥， 温度变化大，缺乏营养等特点。
1、土壤污染来源 2、污染物种类 3、土壤污染的后果
(二)土壤修复
1、土壤生物修复的概念 2、生物修复技术的原理 3、生物修复工艺 4、主要特点和优点 5、生物修复技术的局限性
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1、土壤污染来源
(1)含有机毒物和重金属的污水和废水的 农田灌溉； (2)含有机毒物和重金属的污、废水的土 地处理； (3)固体废物的堆放和填埋等的渗滤液； (4)地下储油罐泄漏以及喷洒农药； (5)工厂污水的随意排放；
第 七 章 微 生 物 生 态 系 统
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§7-1 生态系统
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一、生态系统和生物圈
(一)生态系统
1、生态系统的概念
生态系统是在一定时间和空间范围内由生物(包 括动物、植物和微生物的个体、种群、群落)与它 们的生境(包括光、水、土壤、空气及其他生物因 子)通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。 生态系统的概念亦可用一个简明的公式表达：
一般采用土著微生物处理，有时也加入经驯 化和培养的微生物以加速处理。
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注水井
抽水井
在这种工艺中经常采用各种工程化措施来 强化处理效果。这些措施包括泵处理【也称
P/T(Pump／Treatment)技术】、生物通气(Bioventing)、 渗滤(Percolation)、空气扩散等形式。
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(2)非原位处理工艺 该工艺是将受污染的土壤、沉积物移离
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(3)不同类型土壤中的各种微生物含量
表7-2-1 我国各主要土壤的含菌量(万/克干土) (据中国科学院南京土壤研究所资料)
土类 暗棕壤 棕壤 黄棕壤 红壤 砖红壤 磷质石灰土 黑土 黑钙土 棕钙土 草甸土 土娄土 白浆土 滨海盐土
地点 黑龙江呼玛 辽宁沈阳 江苏南京 浙江杭州 广东徐闻 西沙群岛 黑龙江哈尔滨 黑龙江安达 宁夏宁武 黑龙江亚沟 陕西武功 吉林皎河 江苏连云港
壤位于建筑物或公路下面不能挖掘和搬出时，可采取生物修复技术；
(4)处理成本低于热处理及物理化学方法，其处理费用约为热处
理费用的1/3～1/4；
(5)应用广泛，可处理各种不同种类的有机污染物，如石油、
炸药、农药、除草剂、塑料等，无论小面积或大面积污染均可应用，并 可同时处理受污染的土壤和地下水。
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5、生物修复技术的局限性
反应器可分为两种类型：生物反应器 (Bioreactor)和土壤泥浆反应器(Slurry reactor)，但也有人将这两种类型的反应器统 称为生物反应器。
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4、土壤生物修复技术的主要特点和优点
(1)不破坏植物生长所需要的土壤环境，土壤的物理、化学、 生物性质保持不变甚至优于原有的性质； (2)(对可降解)污染物降解完全，可将有机污染物降解为完 全无害的无机物(CO2和 H2O等)，没有二次污染问题； (3)处理形式多样，可就地处理，操作相对简单，如受污染土
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二、微生物在土壤中的种类、数量和分布
1、土壤中微生物的种类和数量 (1)土壤中所含的微生物数量很大，尤以细 菌最多。
每克土壤的含菌量大体上有一个十倍系列 的递减规律：
细菌(～108)>放线菌(～107)> 霉菌(～106)> 酵母菌(～105)> 藻类(～104)> 原生动物(～103)
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(2)通过土壤微生物的代谢活动，可改变土 壤的理化性质，进行物质转化，因此，土 壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。
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(二)生物圈
生存在地球陆地以上和海面以下各约10km 之间的范围，包括岩石圈、土壤圈、水圈和大 气圈内所有生物群落和人以及它们生存环境的 总体，叫生物圈。
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二、生态平衡
在一定的时期内，生产者、消费者和分 解者之间保持着一种动态平衡状态，系统 内的能量流动和物质循环在较长时期内保 持稳定。这种状态就是生态平衡，又称自 然平衡。
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本节框架
一、土壤的生态条件 二、微生物在土壤中的种类、数量和分布 三、土壤自净和污染土壤微生物生态 四、土壤污染和土壤生物修复
(一)土壤的污染及其不良后果 (二)土壤修复
1、概念 2、原理 3、生物修复工艺 4、主要特点和优点 5、局限性
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土壤是微生物最良好的天然培养基， 它具有微生物所必需的营养和微生物 生长繁殖及生命活动所需的各种条件。
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2、污染物种类
有机农药，酚类物质、氰化物、石 油、多环芳烃、洗涤剂、重金属以及 有害微生物、高浓度耗氧有机物等。
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3、土壤污染的后果
(1)有机、无机毒物过多滞留、积累在土壤 中，改变了土壤理化性质，使土壤盐碱化、 板结。毒害植物和土壤微生物，破坏土壤生 态平衡。 (2)土壤中的毒物被植物吸收、富集，浓缩， 进入食物链，毒害人畜；被雨水冲刷流入河 流、湖泊或渗入地下水，造成水体污染。
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3、生态系统的功能
生态系统是自然界的基本功能单元，其功 能主要表现在生物生产、能量流动、物质 循环和信息传递。它们是通过生态系统的 核心——生物群落实现的。
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4、生态系统的类 型
生态系统根据大环境条件的不同，通常可分为两 大类，即水生生态系统和陆地生态系统。
水生生态系统包括海洋、河流、湖泊和沼泽等水域。
在生物修复中起作用的微生物，根据其来源 可分为三类：土著微生物、外来微生物和基因 工程菌。
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3、修复工艺 生物修复工艺可分为三大类型: ❖原位处理(in situ) ❖非原位处理(ex－situ) ❖生物反应器(Bioreactor)。
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(1) 原位处理工艺
该工艺是污染土壤不经搅动、挖出和运输, 直接向污染部位提供氧气、营养物或接种， 以达到降解污染物目的的生物修复工艺
(1)微生物不能降解所有进入环境的污染物，污染物的难
降解性、不溶性以及与土壤腐殖质或泥土结合在一起常常使生物修复不能 进行。特别是对重金属及其化合物，微生物也常常无能为力；
(2)这一技术在应用时要对污染地点和存在的污染物 进行详细的具体考察，如在一些低渗透的土壤中可 能不宜使用原位生物修复，因为这类土壤或在这类土壤中的
(3)污水和废物中含有的病原微生物会通过 各种途径进入人体，危害健康。
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1、土壤生物修复的概念
广义的 土壤生物修复包括利用土壤中的各种生 物——植物、土壤动物和微生物吸收、降解和转 化土壤中的污染物，使污染物的浓度降低到可接 受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的 物质。
狭义的 土壤生物修复，就是利用微生物的作用将 土壤中有害的有机污染物降解为无害的无机物 (CO2和 H2O)或其它无害物质的过程。这种技术应用
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(二)污染土壤的微生物生态
污(废)水长期灌溉会引起土壤“土著”微生 物区系和数量的改变，并诱导产生分解各种污
染物的微生物新品种，这是诱_导_?_变__异___的结果。
如果污(废)水灌溉量适中，不超过土壤自 净能力是不会造成土壤污染的。
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四、土壤污染和土壤生物修复
(一)土壤的污染及其不良后果
传播动、植物疾病;造成食品及发酵生产中的污染。 39
三、空气微生物的卫生标准及生物 洁净技术
1、空气微生物的卫生标准
目前还没有统一的卫生标准，一般以室内1m3 空气中细菌总数为500～1000个以上作为空气 污染的指标。
中性土和偏碱性土适合细菌和放线菌生长，酸性土适 合霉菌和酵母菌生长。
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2、微生物在土壤中的分布
(1)土壤中微生物的水平分布取决于碳源： 即不同地区有不同的碳源，相应就会有不 同的微生物。 (2)土壤中微生物的垂直分布与紫外辐射 的照射、营养、水、温度等因素有关。不 同深度，微生物数量和种类都不同。
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然而，生态系统的自行调节能 力是有限度的，超越了生态阈限， 自行调节能力的降低或丧失就会 导致一系列连锁反应：各生物群 落的种类和数量减少，各生物群 落间的数量比例失调，能量流动 和物质循环发生障碍，整个生态 系统平衡失调。
破坏生态平衡的因素有自然因素和人为 因素。
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§7-2 土壤微生物生态
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4、氧气和水：土壤具有团粒结构，有无数小孔隙为 土壤创造通气条件。土壤的团粒结构还起毛细管的 作用，具有持水性，为微生物提供了水分。
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5、温度：土壤的保温性较强，一年四季温度 变化不大，即使冬季地面冻结，一定深度土壤 仍保持着一定的温度，可供微生物生长需要。
6、保护层：几毫米厚的表层土是保护层，使 土壤中的微生物免遭太阳光中紫外辐射的直接 照射致死。
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一、土壤的生态条件
1、营养：土壤中有大量动、植物残体，植物根系的分泌 物，还有人和动物的排泄物；有微生物生长发育所需的大 量无机元素和微量元素。
2、pH：土壤pH范围在3.5～8.5之间，多数在5.5～8.5 之间，甚至不少土壤的pH接近中性，适合大多数微生物 生长需要。
3、渗透压：土壤的渗透压通常在0.3～0.6Mpa之间，G －杆菌体内的渗透压为0.5～0.6Mpa，G+球菌体内的渗透 压为2.0～2.5Mpa。所以，土壤中的渗透压对微生物是等 渗或低渗环境，仍有利于微生物摄取营养。