第七章微生物生態微生物環境研究微生物生態學的目的為人類利用微生物資源和控制微生物提供依據；創造有利條件，使水污染控制在更高層次上得以發展。第一節生態系統一、生態系統和生物圈二、生態平衡三、生態系統的分類一、生態系統和生物圈

生態系統(ecosystem)是在一定時間和空間范圍內由生物與它們的生境通過能量流動和物質循環組成的一個自然體。可用下式表述：生態系統=生物群落+環境條件生態系統的功能包括：生物生產、能量流動、物質循環、信息傳遞。生物生產：太陽能→植物體能量流動：植物→草食動物→肉食動物→微生物物質循環：營養物質在食物鏈之間處于不斷循環之中形成物質循環。信息傳遞：物理信息、化學信息、行為信息個體：指某一具體的生物單個個體，具有生長、發育、繁殖和死亡的過程。種群：是生活在同一特定空間的同一生物種的所有個體的集合體，是生物群落的組成單位。群落：生活在同一特定空間或區域的所有生物種群的聚合體，是生態系統的組成部分。生物圈：生存在地球陸地以上和海面以10km之間的范圍，包括巖石圈、土壤圈、水圈和大氣圈內所有生物群落和人以及他們生存環境的總體。生物圈是地球上所有生態系統的組合。二、生態平衡生態系統是開放系統，當能量和物質的輸入大于輸出時，生物量增加；反之，生物量減少。如果輸入和輸出在較長時間趨于相等，生態系統的組成、結構和功能將長期處于穩定狀態。雖然各生物群落有各自的生長、發育、繁殖及死亡過程，但動物、植物和微生物等群落的種群、數量，它們的數量比均保持相對穩定。即使有外來干擾，生態系統能通過自行調節的能力恢復到原來穩定的狀態，這就是生態平衡。地球上的生態危機厄爾尼諾、拉尼娜現象酸雨臭氧空洞

土壤退化生物多樣性減少…………三、生態系統的分類水體生態系統陸地生態系統淡水生態系統海水生態系統河流生態系統湖泊生態系統水體生態系統陸地生態系統動物生態系統植物生態系統土壤微生物生態系統生存環境生存狀態微生物生存狀態水體微生物生態系統空氣微生物生態系統微生物生態系統第二節土壤微生物生態一、土壤微生物生態二、微生物在土壤的種類、數量和分布三、土壤自凈和污染土壤微生物生態四、土壤污染和土壤生物修復一、土壤微生物生態土壤——“微生物的天然培養基”土壤中微生物的數量最大，類型最多，是人類利用微生物資源的主要來源，也是微生物在自然界中最大的儲藏庫。一、土壤微生物生態土壤對微生物生存的影響因子包括以下幾個方面：營養；pH；滲透壓；氧氣和水；溫度；保護層。二、微生物在土壤的種類、數量和分布土壤中的微生物含量是衡量土壤肥力的指標之一。肥沃土：1×108~1×109個微生物/克土貧瘠土：1×106~1×107個微生物/克土土壤中細菌最多，約占所有微生物的70％～90％。（一）微生物在土壤的種類、數量水平分布——取決于土壤的碳源種類（一）微生物在土壤的分布垂直分布——取決于土壤生態條件（溫度、水、光照……）空隙多——好氧微生物空隙少——厭氧微生物…………油田地區土壤——降解石油微生物森林地區土壤——降解纖維素微生物含動、植物殘體土壤——腐生異養菌…………三、土壤自凈和污染土壤微生物生態土壤自凈：土壤對施入其中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來水平的凈化過程，稱土壤自凈。土地——天然的生物處理廠污水長期灌溉會引起土壤“土著”微生物區系和數量的改變，并誘導產生分解各種污染物的微生物新品種。土壤中穩定存在的“土著”微生物：

節細菌、諾卡氏菌如果用污水對農田進行灌溉，只要不超過土壤自凈能力是不會引起土壤污染的。四、土壤污染和土壤生物修復土壤的污染物主要有：農藥、石油烴類、NH3、重金屬等。土壤污染的不良后果：破壞土地的生態平衡；有毒有害物質滲入到地下水中，危害人類；各種病原微生物會通過各種途徑進入人體引起人體疾病。四、土壤生物修復土壤的生物修復：是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株，甚至用構建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中，將滯留的污染物快速的降解和轉化，使土壤恢復其天然的功能。土壤修復的關鍵因素：微生物種——“土著”微生物、選育的優勢菌種、基因工程菌；微生物的營養——需要適宜的營養比例；溶解氧；環境因子。2.土壤生物修復工程土壤生物修復工程形式：原位生物修復——簡單，費用低，效率低；

生物通風——較原位法有所強化；挖掘堆置和反應器處理等方法——效果好，費用高。第三節空氣微生物生態一、空氣的生態條件二、空氣微生物的種類、數量和分布三、空氣微生物的衛生標準及生物潔凈技術四、空氣微生物檢測一、空氣的生態條件

空氣生態條件特點：紫外輻射較強，較干燥，溫度變化大，缺乏營養。空氣中微生物只是暫時停留。微生物在空氣中停留時間的長短由風力、氣流和雨、雪等氣象條件所決定，但它最終要沉降到土壤、水中、建筑物和植物上。二、空氣微生物的種類、數量和分布空氣中微生物的種類和所處的地理位置有關的，其數量也是如此，不同場所上空微生物的數量如下表所示：場所畜舍宿舍城市街道市區公園海洋上空北緯80°微生物(1~2)×1062×1045×1032001~20空氣中的微生物還隨著海拔高度而變化，一般來說，海拔越高，微生物數量越少。單位：個/m3空氣三、空氣微生物的衛生標準及生物潔凈技術清潔程度細菌總數(單位：個/m3)最清潔的空氣（有空調）1~2清潔空氣<30普通空氣31~125臨界環境~150輕度污染<300嚴重污染>301以細菌總數評價空氣的衛生標準：外部大環境的衛生潔凈技術主要靠綠化環境，搞好生態環境，局部環境主要可通過空氣過濾器來實現。四、空氣微生物檢測空氣中微生物的檢測可通過：固體法：（1）平皿落菌法；（2）撞擊法液體法空氣微生物的測點數越多越準確，以20~30個點為宜，最少測點數為5~6個。采樣后的培養溫度和時間一般是37℃和48h。第四節水體微生物生態水體中微生物的來源主要有四個方面：1.水體中固有的微生物2.來自土壤的微生物3.來自生產和生活的微生物4.來自空氣微生物一、水體的微生物群落（一）海洋中微生物群落1.群落分布在近海由于自然和人為的影響，微生物含量比遠海要多。在海洋不同的深度，由于陽光和溶解氧的變化，微生物的含量呈一定的變化規律。一、水體的微生物群落2.群落的生態特征底棲性細菌浮游性細菌附著型細菌海洋微生物特征：

耐鹽、嗜鹽、耐高滲透壓、耐凈水壓力（二）淡水微生物群落貧營養湖：湖泊形成初期，生物生產力低，水中有機物少，湖底沉積物少，細菌數量少，有機物分解能力弱，耗氧量低，含大量溶解氧，為貧養湖。富營養湖：隨著河流不斷向湖泊輸送養料和泥沙，生物種類和數量增多。湖底沉積的有機物豐富，細菌數量增加，分解有機物速率提高，無機物增加，表水層陽光充足，浮游藻類大量繁殖，生物生產力提高，為富營養湖。二、水體自凈和污染水體的微生物生態陽光一級生產者原生動物輪蟲、浮游甲殼動物魚其他動物人廢物、排泄物異養細菌(藻類、光合細菌、水生植物)（一）水體自凈由于天然水體的各種生物和微生物之間構成的一個生物循環的生物鏈，因而水體有一個自凈的能力。二、水體自凈和污染水體的微生物生態水體自凈過程和各種水生生物隨水流距離或時間的變化如圖所示。水體自凈：水體接納了一定量的有機污染物后，在物理的、化學的和水生物的因素的綜合作用下得到凈化，水質恢復到污染前的水平和狀態。水體自凈容量：是指在水體正常生物循環中能夠凈化有機污染物的最大數量。水體自凈過程：

污染物被稀釋，固體物沉至河底；好氧菌首先分解有機物，耗盡水中溶解氧，此時魚蝦絕跡，原生動物、后生動物死亡，厭氧菌此時大量繁殖，分解有機物，有機物無機化；氧垂曲線上升，逐漸恢復至原有水平；細菌死亡，水體恢復清潔。（二）污水體系的微生物生態當有機物排入河流后，在排污點的下游進行著正常的自凈過程。沿著河流方向形成一系列連續的污化帶：

多污帶：水呈暗灰色，渾濁，有機物含量高，溶解氧極低，水生生物種類極少，以厭氧菌和兼性厭氧菌為主，種類多，數量大，大量寡毛類動物，水上有氣泡，無顯花植物，魚類絕跡；

-中污帶：水呈灰色，半厭氧狀態，細菌數量較多，有少量藻類和原生動物；

-中污帶：有機物較少，溶解氧濃度較高，細菌數量較少，藻類大量繁殖，水生植物出現，原生動物種類較多；

寡污帶：標志水體自凈過程完成，有機物全部無機化，細菌極少，溶解氧正常。原生動物種類多，有水生植物和魚類。

細菌菌落總數(CFU)：細菌菌落總數是指1ml水樣在營養瓊脂培養基中于37℃培養24h后所生長出來的菌落總數。

總大腸菌群：水源水中細菌菌落總數不能說明污染物的來源，因此通常用大腸菌群數來判斷水的污染源和安全程度。由于糞便的污染，水源水中通常含有致病菌，其典型的代表有：痢疾桿菌——痢疾賀氏菌(Shigelladysenteriae)、副痢疾賀氏菌(Shigellaparadysenteriae)、傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphi)、甲型、乙型和丙型的副傷寒沙門氏菌(Salmonella

paratyphi)及霍亂弧菌(Vibriocholerae)等。

為什么采用大腸菌群作為指示致病菌污染水體的指標？

因為大腸菌群是人腸道中正常寄生菌，數量大，對人較安全，在環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。（一）水體富營養化的概念與發生水體富營養化：由于某些自然因素，尤其是人類將富含氮、磷的城市生活污水和工業廢水排放入自然水體中，使得自然水體中的氮、磷營養過剩，促使水體中藻類過量生長，使淡水水體發生“水華”，使海洋發生“赤潮”,造成水體富營養化。后果：其結果由于水體中藻類和異養細菌的代謝活動，耗盡了水中的溶解氧，大量藻類覆蓋在水面，大氣中的氧不易溶于水，造成水體缺氧，使浮游動物和魚類無法生存。加上藻類分泌致臭、致毒物而嚴重影響水質。三、水體富營養化赤潮水華水體富營養化現象（二）評價水體富營養化的方法與AGP評價水體富營養化的方法：觀察藍藻等指示生物；測定生物的現存量；測定原始生產力；測定水體透明度；測定氮和磷等導致富營養化的物質。AGP——藻類生產的潛在能力：把特定的藻類接種在天然水體或廢水中，在一定的光照度和溫度條件下培養，使藻類增長到穩定期為止，通過測干