第七章 土壤微生物生态

环境工程微生物（周群英）第七章 土壤微生物生态，分享了土壤微生物生态、空气微生物生态、水体微生物生态的知识，一起来看。

第七章 微生物生态

• 生态系统 生态平衡相关概念
  • 1.生态系统
    • 1.定义
    • 2.组成：环境 生产者 消费者 分解者
    • 3.结构：生态系统
      • 生物群落
      • 环境条件
    • 4.功能
      • 生物生产+能量流动+物质循环+信息传递
  • 2.名词解释
    • 个体
    • 种群
    • 群落
    • 生物生产
    • 物质循环
    • 能量流动
    • 信息传递
      • 物理信息 化学信息 行为信息
    • 生物圈
    • 生态平衡
    • 生态阈限
• 土壤微生物生态
  • 土壤微生物生态
    • 1.土壤微生物生态条件
      • （1）营养：含大量有机无机物质
      • （2）PH：多为5.5～8.5.适合大多数微生物需要
      • （3）渗透压：土壤的渗透压对微生物是等渗或低渗环境，有利于微生物摄取营养。
      • （4）氧气和水：土壤具有团粒结构，有孔隙，具有持水性，可为微生物提供氧气和水分。
      • （5）温度：土壤保温性强，一年四季温度变化不大，适合微生物生长。
      • （6）保护层：表层土是保护层，可使土壤微生物免受紫外辐射的照射。
    • 2.土壤微生物的种类和数量
      • 在任何土质中：细菌量 放线菌 真菌 藻类 原生动物 微型后生动物
    • 3.微生物在土壤中的分布
      • 水平分布和垂直分布均不同，受营养 水 温度等因素
  • 土壤自净
    • ✅土壤对施入一定负荷的有机污染物具有吸附和生物降解的能力，通过各种物理 生化过程自动分解污染物是土壤恢复到原有水平的净化过程。
  • 土壤污染
    • 1.污染源
      • （1）含有机毒物和重金属的污废水农田灌溉和土地处理；
      • （2）固体废物的堆放和填埋的渗虑液进入土壤；
      • （3）地下储油罐泄露和农药喷洒等。
    • 2.污染物质
      • 农药 石油类 氨 重金属等。
    • 3.土壤污染的后果
      • （1）对土壤本身：改变土壤理化性质，使土壤盐碱化 板结；
      • （2）对土壤中的生物：毒害植物和微生物 破坏土壤生态平衡
      • （3）对人类：土壤中的毒物被植物吸收 富集 浓缩，随食物链迁移 转移到人体，威胁人类健康
      • （4）造成二次污染：被污染的土壤被雨水冲刷流入河流等水体，造成水体污染，污染物及病原微生物又随水源进入人体，毒害人类。
  • 土壤修复
    • ✅土壤生物修复：利用土壤中的天然微生物或人为投加目的菌株，甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化，使土壤恢复天然功能的过程。
    • 1.土壤修复步骤
      • （1）调查污染地的本底资料，包括土壤的理化性质，土壤结构，含氧量和温度等“土著”微生物种群和数量等。
      • （2）制定方案，进行适当的可行性试验。
      • （3）技术实施。
    • 2.修复技术的关键（影响修复效果的因素）
      • （1）微生物种类
        • a-“土著”微生物
          • 目前用的较多，具有经济性，但效果较差；
        • b-从污染土壤选育优势菌种，经过扩大培养接种到污染土壤中
          • 容易实施+收效快+效果好
        • c-用质粒育种或基因工程构建工程菌并接种到污染土壤中。
          • 有不容性，工程菌受到“土著”微生物的排他作用
      • （2）营养
        • C/N=25:1 或BOD5:N:P=100:5:1，试验时加以调整
      • （3）溶解氧
        • a-通气良好的土壤溶解氧在5mg/L左右；
        • b-适量的过氧化氢有增氧作用
        • c-鼓风机向地下鼓风，有增氧作用
      • （4）环境因子
        • 适量的水 PH 温度
    • 3.土壤生物修复工程
      • 微生物修复技术
        • 原位生物修复
          • 工艺简单+费用低-but处理速度慢
        • 异位生物修复
          • 现场处理法
          • 预制床法🛏️
          • 堆置处理法
          • 生物反应器
          • 厌氧生物修复法
      • 植物修复技术
        • 植物提取
        • 植物降解
        • 植物稳定化
• 空气微生物生态
  • 1.空气的生态条件
    • 空气空气具有紫外线辐射较强，较干燥，温度变化大，缺乏营养性等特点，所以空气不是微生物生长繁殖的场所。
  • 2.空气中微生物的来源
    • a-土壤飞扬的尘土，把微生物带到空中。
    • b-水体：小水滴飞溅可将水中微生物带至空中
    • c-人和动物的干燥脱落物，呼吸道产生的微生物可进入空气中。
    • d-敞开的污废水生物处理系统中可通过机械搅拌，鼓风曝气等可使水中的微生物以气溶胶的形式飞溅到空中。
  • 3.空气微生物的检测
    • （1）固体法
      • 平皿菌落法
      • 撞击法
      • 过滤法
    • （2）液体法
      • 测定空气中的浮游微生物（浮游细菌）
  • 4.空气中的微生物种类
    • 空气微生物没有固定类群，在空气中存活时间较长的主要有芽孢杆菌，霉菌和放线菌的孢子，野生酵母菌，原生动物及微型后生动物的胞囊。
  • 5.空气污染指示菌——绿色链球菌（易发现，有规律性）
• 水体微生物生态
  • 1.水体微生物的来源
  • 2.微生物群落
  • 3.水体自净
    • ✅ 水体自净：河流接纳了一定量的有机污染物后，在物理的-化学的-生物的（微生物动物植物的）因素的综合作用下得到净化，水质恢复其原有的水平和状态，这叫做水体自净。
    • ✅自净容量：在水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大数量。
    • ✅氧垂曲线：在河流受到大量有机物污染时，由于微生物对有机物的氧化分解作用，水体中溶解氧发生变化，随着污染源到河流下游一定距离内溶解氧由高到低，再到原来溶解氧水平可绘制出一条溶解氧变化曲线称之为氧垂曲线。
    • （1）水体自净过程
      • a-有机污染物排入水体后被水体稀释，有机和无机固体物质沉降至河底；
      • b-水体中的好氧菌利用溶解氧把有机物分解为简单有机物和无机物，并用以组成自身有机体。水中溶解氧急速下降，有大量动物死亡，厌氧细菌大量繁殖，对有机物进行厌氧分解，有机物经细菌完全无机化后，产物为二氧化碳，水，磷酸根氨，硫化氢等，氨气和硫化氢继续在硝化细菌和硫化细菌作用下，生成硝酸根和硫酸根。
      • c-在液氧菌分解有机物时，水中大量溶解氧被消耗，复氧速率<耗氧速率，氧垂曲线下降。在最缺氧点，有机物的耗氧速率=复氧速率。再往下游，有机物逐渐减少，复氧速率>耗氧速率，氧垂曲线上升。如果河流不再被有机物污染，河水中的溶解氧恢复到原来水平甚至达到饱和。
        • （1）耗氧原因
          • （1）有机物的生物氧化；
          • （2）硝化作用：水中存在氨，硝化作用会耗溶解氧
          • （3）水底沉泥的分解
          • （4）水生植物的呼吸作用
          • （5）无机还原性物质的影响
        • （2）复氧原因
          • （1）空气中的氧通过河流水面不断地溶入水中
          • （2）水生植物光合作用产生氢
        • （3）从溶解氧角度看
          • 若Gp点的溶解氧量大于有关规定的量,说明污水排放未超过水体自净能力;若排入有机污染物过多，超过水体的自净能力，则Gp点低于规定的最低溶解氧含量,甚至在排放点的下一段会出现无氧状态，此时氧垂曲线中断，说明水体已经污染。在无氧情况下，水中有机物因厌氧微生物作用进行厌氧分解，产生里H2S-甲烷等，水质变坏，腐化发臭。
      • d-随着有机物越来越少和其他条件（温度光照等）使细菌死亡，水体呈自净状态。
    • （2）衡量水体自净的指标
      • P/H指数
        • P代表光能自养微生物，H代表光能异养微生物；
        • P/H反映水体污染和自净程度：P/H指数低，自净速率高
        • 随着水体自净过程：P/H指数先下降后上升然后恢复到原有水平
      • 氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线
        • 水体中的溶解氧是由空气中的氧溶于水而得到补充，同时也靠光能自养型微生物光合作用放出氧得到补充。
    • （3）污化系统：4带
    • （4）水体有机污染指标
      • A.BIP指数：无叶绿素的微生物占所有微生物的百分比。
        • BIP=B/（A+B)·100%
        • BIP值越大，水污染越严重
      • B.细菌菌落总数
        • 平皿计数法
      • C.总大肠菌群
  • 4.水体富营养化
    • ✅水体富营养化：由于某些因素，人类将富含氮磷的城市生活污水和工业废水排入湖泊，海洋，河流使水体中的氮磷营养过剩，促使水体中藻类过量生长，导致但淡水水体发生水华，海洋发生赤潮，造成水体富营养化。
    • (1)评判标准
      • 一般认为，水体中无机氮为300mg/m3，总磷为20mg/m3以上，水体发生富营养化。
    • (2)评价水体富营养化的方法
      • a-观察蓝细菌和藻类等指示生物；
      • b-测定生物的现存量
      • c-测定原初生产力；
      • d-测定透明度；
      • f-测定N，P等导致富营养化的物质
      • 防止水体富营养化，需要用三级处理方法处理废水，脱氮除磷，严格控制污染物质的排放浓度和排放总量
    • （3）AGP：藻类潜在生产能力