第七章--微生物生态课件

第七章 微生物生态课件第一节第一节 生态系统生态系统第二节第二节 土壤微生物生态土壤微生物生态第三节第三节 空气微生物生态空气微生物生态第四节第四节 水体微生物生态水体微生物生态二、生态平衡二、生态平衡1、定义：、定义：在一定条件下，生态系统处于动态平衡，即生物种群相对稳定，能量和物质循环与系统的组成、功能相对平衡，这种平衡状态就是生态平衡。2、环境容量：、环境容量：在自我调节恢复其原来平衡状态范围内，环境系统所能承受的外来干扰（如：污染物的排放）的最大限度。三、生态系统的分类三、生态系统的分类水体生态系统水体生态系统陆地生态系统陆地生态系统淡水生态系统淡水生态系统海水生态系统海水生态系统河流生态系统河流生态系统湖泊生态系统湖泊生态系统水体生态系统水体生态系统陆地生态系统陆地生态系统动物生态系统动物生态系统植物生态系统植物生态系统土壤微生物生态系统土壤微生物生态系统生生存存环环境境生生存存状状态态微微生生物物生生存存状状态态水体微生物生态系统水体微生物生态系统空气微生物生态系统空气微生物生态系统微生物生态系统微生物生态系统三、生态系统的分类三、生态系统的分类 根据生物群落分：动物、植物及微 生物生态系统。微生物生态系统：微生物生态系统：是各种环境因子（物理、化学、生物）对微生物区系的作用和微生物区系对外界环境的反作用。研究意义：研究意义：利用微生物在自然界的作用，改造自然保护环境。了解微生物在自然界作用的同时，模拟微生物的作用过程，应用于环保工作。第二节第二节 土壤微生物生态土壤微生物生态一、土壤微生物生态一、土壤微生物生态二、微生物在土壤的种类、数量和分布二、微生物在土壤的种类、数量和分布三、土壤自净和污染土壤微生物生态三、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四、土壤污染和土壤生物修复一、土壤的生态条件一、土壤的生态条件 土壤具有绝大多数微生物生活所需土壤具有绝大多数微生物生活所需的各种条件，是自然界微生物生长繁殖的各种条件，是自然界微生物生长繁殖的良好基地。土壤是微生物资源的巨大的良好基地。土壤是微生物资源的巨大宝库，事实上，许多对人类有重大影响宝库，事实上，许多对人类有重大影响的微生物种大多是从土壤中分离获得的，的微生物种大多是从土壤中分离获得的，如大多数如大多数产生抗生素产生抗生素的放线菌分离自土的放线菌分离自土壤。壤。一、土壤微生物生态一、土壤微生物生态土壤对微生物的生存的影响包括以下几个方面：土壤对微生物的生存的影响包括以下几个方面：1.营养；营养；2.pH；3.渗透压；渗透压；4.氧气和水；氧气和水；5.温度；温度；6.保护层。保护层。1、营养：、营养：壤含有丰富的动植物和微生物残体，可供壤含有丰富的动植物和微生物残体，可供微生物作为碳源、氮源和能源。土壤含有大量微生物作为碳源、氮源和能源。土壤含有大量而全面的矿质元素，供微生物生命活动所需。而全面的矿质元素，供微生物生命活动所需。2、pH：接近中性、适合大多数微生物生长。土接近中性、适合大多数微生物生长。土壤的壤的 pH 值范围在值范围在 3.510.0 之之 间，多数在间，多数在 5.58.5 之间。而大多数微生物的适宜生长之间。而大多数微生物的适宜生长 pH 也在这一范围。即使在较酸或较碱性的土壤中，也在这一范围。即使在较酸或较碱性的土壤中，也有较耐酸、喜酸或较耐碱、喜碱的微生物发也有较耐酸、喜酸或较耐碱、喜碱的微生物发育繁殖，各得其所地生活着。育繁殖，各得其所地生活着。3、渗透压、渗透压：土壤的渗透压对微生物是等渗或低渗环境，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。有利于微生物摄取营养。4、氧和水：、氧和水：土壤中的水分都可满足微生物对水分的需土壤中的水分都可满足微生物对水分的需求。不论通气条件如何，都可适宜某些微生物类求。不论通气条件如何，都可适宜某些微生物类群的生长。通气条件好可为好氧性微生物创造生群的生长。通气条件好可为好氧性微生物创造生活条件；通气条件差，处于厌氧状态时又成了厌活条件；通气条件差，处于厌氧状态时又成了厌氧性微生物发育的理想环境。土壤中的通气状况氧性微生物发育的理想环境。土壤中的通气状况变化时，生活其间的微生物各类群之间的相对数变化时，生活其间的微生物各类群之间的相对数量也起变化。量也起变化。5、温度：、温度：土壤温度变化幅度小而缓慢，这一特性土壤温度变化幅度小而缓慢，这一特性极为有利于微生物的生长。如土壤温度夏季比极为有利于微生物的生长。如土壤温度夏季比空气温度低，而冬季又比空气温度高。土壤的空气温度低，而冬季又比空气温度高。土壤的温度范围恰是中温性和低温性微生物生长的适温度范围恰是中温性和低温性微生物生长的适宜范围。宜范围。6、保护层：、保护层：免于太阳直射，紫外线杀死微生物。免于太阳直射，紫外线杀死微生物。二、土壤中微生物的种类、数量与分布二、土壤中微生物的种类、数量与分布（一）种类与数量（一）种类与数量 土壤中微生物的类群、数量与分布，由于土壤质地、发育历史、肥力、季节、作物种植状况、土壤深度和层次等不同而有很大差异。l g 肥沃土壤，如菜园土中常可含有 几亿到几十亿个甚至更多的微生物，而在贫瘠土壤如生荒土中仅有几百万到几千万个微生物，甚至更低。土壤微生物中细菌最多，作用强度和影响最大，放线菌和真菌类次之，藻类和原生动物等数量较少，影响也小。土壤中细菌可占土壤微生物总量的70-90%,其生物量可占土壤重量的 1/10000 左右，是土壤中最大的生命活动面，也是土壤中最活跃的生物因素，推动着土壤中的各种物质循环。细菌占土壤有机质的 1%左右。土壤中的细菌大多为异养型细菌，少数为自养型细菌。土壤细菌有许多不同的生理类群，如固氮细菌、氨化细菌，纤维分解细菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫酸盐还原细菌、产甲烷细菌等在土壤中都有存在。土壤中的微生物含量是衡量土壤肥力的指标之一。土壤中的微生物含量是衡量土壤肥力的指标之一。肥沃土：肥沃土：11081109个微生物个微生物/克土克土贫瘠土：贫瘠土：11061107个微生物个微生物/克土克土根据土壤性质的不同，如根据土壤性质的不同，如pH、酸碱性、水分、透气性等，酸碱性、水分、透气性等，土壤中所含的微生物数量和种类各不相同。土壤中所含的微生物数量和种类各不相同。微生物在土壤中的分布随土层深度的增加而减少。微生物在土壤中的分布随土层深度的增加而减少。（二）分布（二）分布 水平分布由水平分布由碳源决定碳源决定；垂直分布由；垂直分布由紫外线、水、温度、营养等有关。一般紫外线、水、温度、营养等有关。一般在在5-205-20厘米处最多厘米处最多。根据土壤微生物各类群在土壤中的根据土壤微生物各类群在土壤中的发育特点，可以分为发育特点，可以分为土著性区系土著性区系和和发酵发酵性区系性区系两类：两类：土著性微生物区系：土著性微生物区系：是那些对新鲜有机物质不很敏感、常年维持在某一数量水平上，即使由于有机物质的加入或温度、湿度变化而引起数量变化，其变化幅度也较小的那些微生物。如革兰氏阳性球菌类、色杆菌、芽孢杆菌、节杆菌、分枝杆菌、放线菌、青霉、曲霉、丛霉等。发酵性微生物区系：发酵性微生物区系：是那些对新鲜有机物质很为敏感，在有新鲜动植物残体存在时可爆发性地旺盛发育，而在新鲜残体消失后又很快消退的微生物区系。包括各类革兰氏阴性无芽孢杆菌、酵母菌、以及芽孢杆菌、链霉菌、根霉、木霉、镰刀霉等。发酵性微生物区系的数量变幅很大。三、土壤自净和污染土壤微生物生态三、土壤自净和污染土壤微生物生态土壤自净：土壤自净：土壤对施入其中一定负荷的有机物或有机污染物有吸附和生物降解能力，通过各种物理、化学过程自动分解污染物使土 壤恢复原有水平的净化过程。自净能力取决于土壤团粒结构好坏及微生物种类、数量和活性等。四、土壤污染和土壤生物修复四、土壤污染和土壤生物修复（一）土壤污染及其不良后果（一）土壤污染及其不良后果1 1、污染来源：、污染来源：未经处理的粪便、垃圾、城市生活污水、未经处理的粪便、垃圾、城市生活污水、以及饲养场和屠宰场的污物等，均可带入有害以及饲养场和屠宰场的污物等，均可带入有害的微生物种群，造成土壤污染。其中，以传染的微生物种群，造成土壤污染。其中，以传染病医院未经消毒处理的污水和污物危害最烈。病医院未经消毒处理的污水和污物危害最烈。2 2、不良后果：、不良后果：破坏土地的生态平衡；有毒有害物质渗入破坏土地的生态平衡；有毒有害物质渗入到地下水中，危害人类；各种病原微生物会通到地下水中，危害人类；各种病原微生物会通过各种途径进入人体引起人体疾病。过各种途径进入人体引起人体疾病。（二）土壤的生物修复（二）土壤的生物修复 污染环境的生物修复（bioremediation）早在上一世纪 80 年代就开始了。生物修复也曾称生物恢复(biorestoration)、生物清除(bioelimination)、生物再生(bioeclamation)和生物净化(biopurification)等。即是人为地利用和加强生物的代谢活动和其代谢产物降解和富集有毒有害污染物，从而恢复被污染环境的生产价值或景观价值的一个受控和自发进行的生物学过程。生物修复的基本方法：一是进行生物扩增，即种植或接种具有降解和富集功能的植物或微生物；二是进行生物性刺激，即施加生物活性物质，刺激和促进土著微生物的生长和增殖，发挥其分解作用。第一种方法是针对污染环境的主要污染物，选择具有降解这种污染物的微生物，通过发酵工程获得大量活性微生物，直接投加入污染土壤和水体，使污染环境中能降解这种污染物的微生物种群在数量上有极大的人为增强，促使污染物在较短时间内能得到有效降解乃至完全消除。第二种方法是运用给污染环境添加有针对性的营养物、电子受体和表面活性剂等物质，给污染环境中的有关微生物种群创造提高生物活性的条件，有利于微生物对污染物的降解和转化。可利用于污染环境生物修复的生物可以有植物、动物和微生物。如利用芦苇发达的根系分解芳香族化合物，利用某些能富集重金属的植物来处理重金属污染土壤。利用蚯蚓分解农药污染土壤等。但微生物是污染环境自净和修复的主要贡献者。1 1、土壤生物修复的基本措施：、土壤生物修复的基本措施：（1）微生物的种：土著微生物、外来微生物、基因工程菌（2）添加微生物的营养：需要一定的C、N、P比（3）DO：是关键因素，可加氧化剂或用鼓风机（4）添加表面活性剂：帮助微生物吸附污染物（5）微生物的环境因子：水、PH、温度等适宜2 2、主要工艺：、主要工艺：污染环境生物修复可用原位污染环境生物修复可用原位(in situ in situ)和异位和异位（ex situ ex situ）或离位或离位(off situ off situ)两种不同方式进两种不同方式进行。行。（1 1）原位处理工艺：）原位处理工艺：是在污染环境原地进行技术性生物治理，提供氧是在污染环境原地进行技术性生物治理，提供氧气、微生物或营养物以降解污染物，不需将污染的土气、微生物或营养物以降解污染物，不需将污染的土壤或水体转移。壤或水体转移。在大面积污染情况下，利用原位修复方法进行生物在大面积污染情况下，利用原位修复方法进行生物修复，如可用投加活菌，投加各种有效物质刺激微生修复，如可用投加活菌，投加各种有效物质刺激微生物大量增殖，改善污染土壤和水体的通气条件，促进物大量增殖，改善污染土壤和水体的通气条件，促进相关微生物的大量增殖与快速降解。相关微生物的大量增殖与快速降解。主要包括：主要包括：泵处理工艺、生物通气工艺泵处理工艺、生物通气工艺（2）异位处理工艺 是将污染土壤或水体转移至指定地点进行集中处理。在污染环境是一种少量可转移的情况时，可利用异位修复方式进行生物修复，如利用生物反应器法(bioreactor)或堆肥工艺等。特点：处理效果好，但费用高。第三节第三节 空气微生物生态空气微生物生态一、空气的生态条件一、空气的生态条件二、空气微生物的种类、数量和分布二、空气微生物的种类、数量和分布三、空气微生物的卫生标准及生物洁净技术三、空气微生物的卫生标准及生物洁净技术四、空气微生物检测四、空气微生物检测一、空气的生态条件一、空气的生态条件 空气是传播微生物的重要介质，空气本身缺乏微生物生活所必需的营养物，空气中有较强的空气中有较强的紫外辐射，紫外辐射，日光对微生物也具有很强的杀菌作用，另外空气一般是干燥的，温度变化大，温度变化大，因此空气不是微生物生活的良好环境。虽然空气中微生物数量较多，但只是暂时停虽然空气中微生物数量较多，但只是暂时停留。微生物在空气中停留时间的长短由风力、气留。微生物在空气中停留时间的长短由风力、气流和雨、雪等气象条件所决定，但它最终要沉降流和雨、雪等气象条件所决定，但它最终要沉降到土壤、水中、建筑物和植物上。到土壤、水中、建筑物和植物上。二、空气中微生物的种类和数量二、空气中微生物的种类和数量 空气中的微生物主要来源于带有微生物菌体及孢子的灰尘，这类微生物大多数是腐生性的，还来源于人和动物，它们大多数是通过呼吸道排出的，其中也包含有病原微生物，悬浮在大气中。空气中微生物的分布随环境条件及微生物的抵抗力不同而呈现不同的分布规律。空气中存在较多的、存活时间较长的是各种真菌、放线菌的孢子及细菌芽胞。空气中微生物的数目决定于尘埃的总量。空气中微生物的种类和所处的地理位置有关的，其数量也空气中微生物的种类和所处的地理位置有关的，其数量也是如此，不同场所上空微生物的数量如下表所示：是如此，不同场所上空微生物的数量如下表所示：场所场所畜舍畜舍宿舍宿舍城市街城市街道道市区公市区公园园海洋上空海洋上空北纬北纬80微生物微生物(12)10621045103200120 空气中的微生物还随着海拔高度而变化，一般来说，空气中的微生物还随着海拔高度而变化，一般来说，海拔越高，微生物数量越少。海拔越高，微生物数量越少。单位：个单位：个/m3三、空气微生物的卫生标准及生物洁净技术三、空气微生物的卫生标准及生物洁净技术清洁程度清洁程度细菌总数细菌总数(单位：个单位：个/m3)最清洁的空气（有空调）最清洁的空气（有空调）12清洁空气清洁空气 30普通空气普通空气31125临界环境临界环境150轻度污染轻度污染 301以细菌总数评价空气的卫生标准：以细菌总数评价空气的卫生标准：外部大环境的卫生洁净技术主要靠绿化环境，搞好生外部大环境的卫生洁净技术主要靠绿化环境，搞好生态环境，局部环境主要可通过态环境，局部环境主要可通过空气过滤器空气过滤器来实现。来实现。空气微生物的卫生标准：以空气微生物的卫生标准：以咽喉正常菌丛的绿色链球咽喉正常菌丛的绿色链球菌为宜。菌为宜。四、空气微生物检测四、空气微生物检测空气中微生物的检测可通过：空气中微生物的检测可通过：1.固体法：固体法：（1）平皿落菌法；（）平皿落菌法；（2）撞击法撞击法撞击法撞击法2.2.液体法液体法 空气微生物的测点数越多越准确，以空气微生物的测点数越多越准确，以2030个个点为宜，最少测点数为点为宜，最少测点数为56个。个。采样后的培养温度和时间一般是采样后的培养温度和时间一般是37和和48h。第四节第四节 水体微生物生态水体微生物生态一、水体的微生物群落一、水体的微生物群落二、水体自净和污染水体的微生物生态二、水体自净和污染水体的微生物生态三、水体富营养化三、水体富营养化水体中微生物的来源主要有四个方面：水体中微生物的来源主要有四个方面：1.水体中固有的微生物水体中固有的微生物2.来自土壤的微生物来自土壤的微生物3.来自生产和生活的微生物来自生产和生活的微生物4.来自空气微生物来自空气微生物 水是一种良好的溶剂。水中往往溶解水是一种良好的溶剂。水中往往溶解着一定量的无机和有机物质，可供微生物生着一定量的无机和有机物质，可供微生物生长繁殖。然而，清洁水体的微生物含量并不长繁殖。然而，清洁水体的微生物含量并不高，通常每高，通常每 ml ml 水中只有几十至几百个细菌。水中只有几十至几百个细菌。清洁水体的微生物以自养菌为主，对人类无清洁水体的微生物以自养菌为主，对人类无害。常见的化能自养型细菌有硫细菌、铁细害。常见的化能自养型细菌有硫细菌、铁细菌、鞘细菌。光能自养型细菌有绿细菌、紫菌、鞘细菌。光能自养型细菌有绿细菌、紫细菌和蓝细菌。细菌和蓝细菌。1 1、水体中微生物的来源：、水体中微生物的来源：土壤、空气、动植物尸体、人和动物土壤、空气、动植物尸体、人和动物的排泻物、工业及生活污水。的排泻物、工业及生活污水。2 2、种类：种类：水中存在的微生物水中存在的微生物90%90%为革兰氏阴为革兰氏阴性菌，主要有弧菌、假单胞菌、黄杆菌等。性菌，主要有弧菌、假单胞菌、黄杆菌等。鞘细菌及有柄附生细菌也常见于水体中。鞘细菌及有柄附生细菌也常见于水体中。一、水体中的微生物群落一、水体中的微生物群落（一）海洋中的微生物群落（一）海洋中的微生物群落1、特点：、特点：1）嗜盐，真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能）嗜盐，真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的。生长的。2）低温生长，除了在热带海水表面外，在其它海水中发）低温生长，除了在热带海水表面外，在其它海水中发现的细菌多为嗜冷菌。现的细菌多为嗜冷菌。3）大多数海洋细菌为）大多数海洋细菌为G-细菌，并具有细菌，并具有运动能力。运动能力。4）耐高压（特别是生活在深海的细菌）耐高压（特别是生活在深海的细菌）。5）更明显的垂直分层分布（透光区、）更明显的垂直分层分布（透光区、无光区、深海区、超深渊海区）无光区、深海区、超深渊海区）2、种类：、种类：（1）底栖性细菌：）底栖性细菌：（2）浮游性细菌：）浮游性细菌：（3）附着性细菌：）附着性细菌：（二）淡水微生物群落（二）淡水微生物群落 河流、湖泊、小溪和池塘等水体中微生物种类河流、湖泊、小溪和池塘等水体中微生物种类和土壤中的相似。分布规律和海洋的相似。影响微和土壤中的相似。分布规律和海洋的相似。影响微生物群落和分布、种类和数量的因素主要有：水体生物群落和分布、种类和数量的因素主要有：水体类型、受污（废）水污染程度、有机物的含量、水类型、受污（废）水污染程度、有机物的含量、水温、温、pH及水深等。及水深等。（二）淡水微生物群落（二）淡水微生物群落1 1、数量和种类与接触的土壤有密切关数量和种类与接触的土壤有密切关2 2、垂直分带分布垂直分带分布3 3、多是多是吸附吸附在悬浮在水中的有机物上在悬浮在水中的有机物上及水底；及水底；二、水体自净和污染水体的二、水体自净和污染水体的微生物生态微生物生态水体的污染水体的污染水资源污染日益严重水资源污染日益严重(一一)水体自净水体自净1、概念、概念 是指污染水体经物理的、化学的和水中的微生物氧化分解（包括需氧分解和厌氧分解）有机污染物而使水质得到净化，恢复到污染前的水平和状态的过程。1水体自净水体自净自然净化自然净化物理作用物理作用物理作用物理作用：稀释、沉淀：稀释、沉淀 （强）（强）化学作用化学作用化学作用化学作用：日光、氧气等对污染物的分解：日光、氧气等对污染物的分解（弱）（弱）生物作用生物作用生物作用生物作用：生物降解：生物降解（食物链）（食物链）（强）（强）提问：提问：水体自净速度有哪些限制因素？水体自净速度有哪些限制因素？物理？物理？净水流量、流速、污染物物理性质净水流量、流速、污染物物理性质化学？化学？地域、季节、天气地域、季节、天气生物？生物？生物种类、数量（营养物浓度、环境因子）、生物种类、数量（营养物浓度、环境因子）、代谢的极限速度代谢的极限速度 水体的自净速度是有限的。水体的自净速度是有限的。在正常情况下，在正常情况下，水体单位时间内通过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正常生物循环中能够同化有机污染物的最大数量称为数量称为同化容量或自净容量。同化容量或自净容量。在自净容量范围内水体的净化是如何在自净容量范围内水体的净化是如何进行的呢？进行的呢？A A自净的过程自净的过程 水体自净过程大致如下水体自净过程大致如下a.物理作用：物理作用：有机污染物排入水体后被水稀释，有机污染物排入水体后被水稀释，有机和无机固体沉降到河底；有机和无机固体沉降到河底；b.生物作用生物作用 溶氧溶氧 溶解氧溶解氧好氧菌好氧菌 好氧菌好氧菌 有机物降解有机物降解 厌氧菌厌氧菌厌氧菌厌氧菌 自然溶氧、藻类产氧自然溶氧、藻类产氧河流污染和自净过程图河流污染和自净过程图污污水水自自 净净提问：原理？提问：原理？2 2、自净的过程、自净的过程 需氧微生物可将有机污染物氧化分解成简需氧微生物可将有机污染物氧化分解成简单、稳定的无机物如二氧化碳、水、硝酸盐和磷单、稳定的无机物如二氧化碳、水、硝酸盐和磷酸盐等，同时消耗一定量的溶解氧。由于增加了酸盐等，同时消耗一定量的溶解氧。由于增加了大量营养物质，可导致耐污性微生物，特别是异大量营养物质，可导致耐污性微生物，特别是异养型细菌的大量增殖；对污染敏感的蜉蝣稚虫、养型细菌的大量增殖；对污染敏感的蜉蝣稚虫、鲭鱼、硅藻等则会消失。鲭鱼、硅藻等则会消失。经过一段时间净化后，以吞食细菌为主的经过一段时间净化后，以吞食细菌为主的原生动物可在水体中发展。以无机营养物为食的原生动物可在水体中发展。以无机营养物为食的藻类，如某些蓝、绿藻，则只有在污染物被彻底藻类，如某些蓝、绿藻，则只有在污染物被彻底降解，并释放出足量氮、磷后，才能大量增殖，降解，并释放出足量氮、磷后，才能大量增殖，并占优势、通过上述作用，水质恢复洁净，水中并占优势、通过上述作用，水质恢复洁净，水中的生物群落结构也随之恢复正常。的生物群落结构也随之恢复正常。3、衡量水体自净的指标、衡量水体自净的指标（1）P/H：自养微生物自养微生物/异养微生物异养微生物 表示污染和自净程度表示污染和自净程度（2）氧垂曲线和氧浓度昼夜变化幅度：）氧垂曲线和氧浓度昼夜变化幅度：在耗氧和复氧作用下的溶解氧变化曲线称在耗氧和复氧作用下的溶解氧变化曲线称氧垂曲线。氧垂曲线。P/H指指数数：P代代表表光光合合自自养养型型微微生生物物，H代代表表异异养养型型微微生生物物，两两者者的的比比即即P/H指指数数。P/H指指数数反反映映水水体体污污染染和和自自净净程程度度。水水体体刚刚被被污污染染，水水中中有有机机物物浓浓度度高高，异异养养型型微微生生物物大大量量繁繁殖殖，P/H指指数数低低，自自净净速速率率高高。在在自自净净过过程程中中，有有机机物物减减少少，异异养养型型微微生生物物数数量量减减少少，光光合合自自养养型型数数量量增增多多，故故P/H指指数数升升高高，自自净净速速率逐渐降低，在河流自净完成后，率逐渐降低，在河流自净完成后，P/H指数恢复到原有水平。指数恢复到原有水平。氧氧浓浓度度昼昼夜夜变变化化幅幅度度和和氧氧垂垂线线：由由于于受受到到阳阳光光照照射射的的不不同同，水水体体中中白白天天和和晚晚上上水水体体中中溶溶解解氧氧的的含含量量是是不不同同的的。因因此此对对于于受受污污染染的的河河流流，水水体体中中的的微微生生物物及及水水生生生生物物也也呈呈一一定定规规律律的的变化。变化。如图所示如图所示如图所示如图所示。衡量水体自净的指标衡量水体自净的指标B B氧浓度氧浓度氧浓度氧浓度昼夜变化幅度昼夜变化幅度昼夜变化幅度昼夜变化幅度河流污染中氧浓度昼夜变化示意图河流污染中氧浓度昼夜变化示意图河流污染中氧浓度昼夜变化示意图河流污染中氧浓度昼夜变化示意图 提问：为什么不同的净化程度昼夜变化幅度不同？提问：为什么不同的净化程度昼夜变化幅度不同？提问：为什么不同的净化程度昼夜变化幅度不同？提问：为什么不同的净化程度昼夜变化幅度不同？氧浓度高低与细菌含量有关，昼夜变幅与藻类数量有关，氧浓度高低与细菌含量有关，昼夜变幅与藻类数量有关，因此与因此与P/H或或BIP有关。有关。水域的氧垂曲线水域的氧垂曲线 溶解氧的动态变化常用氧垂曲线表示。如图 所示，A 为有机物分解的耗氧曲线，B 为水体复氧曲线，C 为氧垂曲线，最低点 Cp 为最大缺氧点。若 Cp 点的溶解氧含量大于有关规定的指标值，说明从溶解氧的角度看，污水的排放没有超过水体的自净能力。若排入有机物过多，超过水体的自净能力，则 Cp 点的溶解氧含量就会低于有关规定的下限值，甚至在排放点下游出现无氧区，使氧垂曲线中断，水体失去自净能力。在无氧条件下，有机污染物可被厌氧微生物分解，产生硫化氢、甲烷等，使水质恶化变黑发臭。（二）污染水体的微生物生态（二）污染水体的微生物生态1、污化系统：、污化系统：自然水体中的腐生细菌数与有机物浓度自然水体中的腐生细菌数与有机物浓度成正比。因此，测得腐生细菌数或腐生细菌数成正比。因此，测得腐生细菌数或腐生细菌数与细菌总数的比值，即可推断水体的有机污染与细菌总数的比值，即可推断水体的有机污染状况。研究证明，这种推断与实测结果十分吻状况。研究证明，这种推断与实测结果十分吻合。根据水体中腐生细菌的数量，可以将水体合。根据水体中腐生细菌的数量，可以将水体划分为多污带、中污带和寡污带。划分为多污带、中污带和寡污带。污化系统将污染水体划属为不同的污染带类型。污化系统将污染水体划属为不同的污染带类型。分分多多污污带、带、中中污带、污带、中中污带、污带、寡寡污带污带多污带多污带多污带多污带 中中中中污带污带污带污带 中污带中污带中污带中污带寡污带寡污带寡污带寡污带2、水体有机污染指标、水体有机污染指标（1）BIP指数：指数：水污染生物指数水污染生物指数 它是一种定量评价方法 水体有机污染指标：水体有机污染指标：BIP指数用来衡量水体有机污染程度。指数用来衡量水体有机污染程度。BIP=100%BA+B式中：式中：A为有叶绿素的微生物数；为有叶绿素的微生物数；B为无叶绿素的微生物数为无叶绿素的微生物数利用利用BIP值可以判断水体的污染程度。如下表所示：值可以判断水体的污染程度。如下表所示：污染程度污染程度清洁水清洁水轻度污染水轻度污染水中等污染水中等污染水严重污染水严重污染水BIP值值08820206060100（2）细菌菌落总数）细菌菌落总数(CFU)：细菌菌落总数是指细菌菌落总数是指1ml水样在营水样在营养琼脂培养基中于养琼脂培养基中于37培养培养24h后所生长出来的菌落总数。后所生长出来的菌落总数。由于粪便的污染，水源水中通常含有由于粪便的污染，水源水中通常含有致病菌致病菌致病菌致病菌，其典型的代表其典型的代表有：痢疾杆菌有：痢疾杆菌痢疾贺氏菌痢疾贺氏菌(Shigella dysenteriae)、副痢副痢疾贺氏菌疾贺氏菌(Shigella paradysenteriae)、伤寒沙门氏菌伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)、甲型、乙型和丙型的副伤寒沙门氏菌、甲型、乙型和丙型的副伤寒沙门氏菌(Salmonella paratyphi)及霍乱弧菌及霍乱弧菌(Vibrio cholerae)等。等。水源水中细菌菌落总数不能说明污染物的来源，因此通常用水源水中细菌菌落总数不能说明污染物的来源，因此通常用大肠菌群数来判断水的污染源。大肠菌群数来判断水的污染源。大肠菌群数被选作致病菌的间接指示菌是因为大肠菌群是人大肠菌群数被选作致病菌的间接指示菌是因为大肠菌群是人肠道中正常寄生菌，数量大，对人较安全，在环境中的存活肠道中正常寄生菌，数量大，对人较安全，在环境中的存活时间与致病菌相近，而且检验技术较简便，因而被选中，一时间与致病菌相近，而且检验技术较简便，因而被选中，一直沿用至今。直沿用至今。（3）总大肠菌群：）总大肠菌群：大肠菌群：指一群需氧及兼厌氧性、革兰氏阴大肠菌群：指一群需氧及兼厌氧性、革兰氏阴性无芽孢杆菌，能在性无芽孢杆菌，能在37度培养度培养24小时使乳糖发酵产小时使乳糖发酵产酸、产气。酸、产气。（1 1）大肠菌群大肠菌群的生理习性与病原菌相似，并且外界的生理习性与病原菌相似，并且外界存活时间基本存活时间基本一致一致；肠球菌肠球菌在外界存活时间比病原在外界存活时间比病原菌菌短短；产气肠杆菌产气肠杆菌存活时间时间存活时间时间长长。（2 2）大肠菌群大肠菌群在人粪便中数量很在人粪便中数量很大大。健康人健康人50005000万个万个/克粪便克粪便 生活污水生活污水3 3万个万个/毫升毫升 （3 3）检验技术检验技术不复杂不复杂。大肠菌群作为检验水的卫生指标大肠菌群作为检验水的卫生指标 人畜粪便中携带有大量致病性微生人畜粪便中携带有大量致病性微生物。如果将这类污染物排人水体，就可物。如果将这类污染物排人水体，就可能引起各种肠道疾病和某些传染病的暴能引起各种肠道疾病和某些传染病的暴发流行。因此，对水体的粪便污染状况发流行。因此，对水体的粪便污染状况进行监测具有重要意义。进行监测具有重要意义。肠道细菌中的大肠菌群是普遍采用的粪便指示菌。在水质卫生学检查的结果中，常用“大肠菌群指数”和“大肠菌群值”作指标。大肠菌群指数是指每 L 水中所含的大肠菌群细菌的个数。大肠菌群值则是指检出一个大肠菌群细菌的最少水样量（ml 数）。两者间的关系可表示为：大肠菌群值=1000 大肠菌群指数 我国饮用水的质量标准规定，大肠菌群指数不得大于 3，大肠菌群值不得小于 333ml。生活饮用水的细菌卫生标准生活饮用水的细菌卫生标准我国我国生活饮用水卫生标准生活饮用水卫生标准GB5749-85中关于生活饮中关于生活饮用水的细菌标准的具体规定如下：用水的细菌标准的具体规定如下：1 细菌总数细菌总数1ml水中不超过水中不超过100个个。2 大肠杆菌数大肠杆菌数1 L 水中不超过水中不超过3个个。3 若只经过加氯消毒即供作生活饮用水的水源水，大肠若只经过加氯消毒即供作生活饮用水的水源水，大肠菌群数平均菌群数平均每升每升不得超过不得超过1000个个；经过净化处理及加氯；经过净化处理及加氯消毒后供作生活饮用水的水源水，大肠菌群数平均消毒后供作生活饮用水的水源水，大肠菌群数平均每升每升不得超过不得超过10000个个。大肠菌群的测定大肠菌群的测定两种方法：发酵法两种方法：发酵法 滤膜法滤膜法发酵法测定水中的大肠菌群数（发酵法测定水中的大肠菌群数（以乳糖作有机物分解）以乳糖作有机物分解）三步三步：初步发酵试验初步发酵试验 平板分离平板分离 复发酵试验复发酵试验1 初步发酵试验初步发酵试验 方法方法：将水样置于乳糖液体培养基中，：将水样置于乳糖液体培养基中，37培养培养24hr，观察产酸和产气情况。，观察产酸和产气情况。产酸产气初步确定有大肠菌群产酸产气初步确定有大肠菌群。产酸产酸：溴甲酚紫作指示剂，培养基由：溴甲酚紫作指示剂，培养基由紫色紫色 变为变为黄色黄色。产气产气：杜氏小管顶端有气泡。：杜氏小管顶端有气泡。杜杜氏氏小小管管产酸产气的菌有：产酸产气的菌有：大肠菌群大肠菌群 厌氧芽孢杆菌厌氧芽孢杆菌 好氧芽孢杆菌好氧芽孢杆菌发酵法测定水中的大肠菌群数发酵法测定水中的大肠菌群数（以乳糖作有机物分解）（以乳糖作有机物分解）2 平板分离平板分离（1）将第一步产酸产气的菌落划线接种在将第一步产酸产气的菌落划线接种在伊红伊红美兰固体培养基美兰固体培养基表面表面，37培养培养24hr，目的目的阻阻止厌氧芽孢杆菌生长。止厌氧芽孢杆菌生长。（2）革兰氏染色）革兰氏染色 取有取有典型菌落特征典型菌落特征的单个菌落进行革兰氏染色。的单个菌落进行革兰氏染色。大肠菌群和好氧芽孢杆菌生长。同时大肠大肠菌群和好氧芽孢杆菌生长。同时大肠菌群有特征性菌落出现。菌群有特征性菌落出现。大肠菌群：大肠菌群：革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌、不生芽孢、好氧。、不生芽孢、好氧。好氧芽孢杆菌：好氧芽孢杆菌：革兰氏阳性菌革兰氏阳性菌、生芽孢、好氧、生芽孢、好氧。3 复发酵试验复发酵试验将将可疑菌落可疑菌落（革兰氏阴性、伊红美兰特征菌落革兰氏阴性、伊红美兰特征菌落）移）移接于乳糖液体培养基中，接于乳糖液体培养基中，37培养培养24hr。产酸产气者产酸产气者确定为有大肠菌群存在。确定为有大肠菌群存在。4 根据有大肠菌群的阳性管数查表计算。根据有大肠菌群的阳性管数查表计算。水样水样接种接种初步初步发酵发酵产酸产酸产气产气大肠菌群大肠菌群 厌氧芽孢杆菌厌氧芽孢杆菌 好氧芽孢杆菌好氧芽孢杆菌大肠菌群大肠菌群 好氧芽孢杆菌好氧芽孢杆菌阳性管阳性管大肠菌群大肠菌群 革兰氏阴性无芽孢革兰氏阴性无芽孢革兰氏革兰氏染色染色产生产生 典型菌落典型菌落鉴鉴别别培培养养基基 平平板板分分离离产酸产酸产气产气复发酵复发酵三、水体富营养化及其危害三、水体富营养化及其危害（一）概念与发生（一）概念与发生 所谓富营养化是指含有氮、磷等营养物质所谓富营养化是指含有氮、磷等营养物质的废水大量排入湖泊、河口、海湾等缓流水体，的废水大量排入湖泊、河口、海湾等缓流水体，促使藻类以及其他浮游生物迅猛增殖，从而引起促使藻类以及其他浮游生物迅猛增殖，从而引起水质恶化，导致鱼类及其他生物大量死亡的现象。水质恶化，导致鱼类及其他生物大量死亡的现象。其指标为：氮含量超过其指标为：氮含量超过 0.20.3mg/L，生化生化需氧量超过需氧量超过10mg/L，水中的细菌总数超过水中的细菌总数超过 10 5 个个/L，表征藻类数量的叶绿素表征藻类数量的叶绿素 a 含量大于含量大于 10g/L。富营养化富营养化水体中氮、磷等元素含量过高而引起水体表层的蓝细水体中氮、磷等元素含量过高而引起水体表层的蓝细菌和藻类过度生长繁殖菌和藻类过度生长繁殖水花：淡水水体中的富营养化水花：淡水水体中的富营养化赤潮：咸水水体中的富营养化赤潮：咸水水体中的富营养化（二）评价水体富营养化的方法与（二）评价水体富营养化的方法与AGP评评价价水水体体富富营营养养化化的的方方法法：1.观观察察蓝蓝藻藻等等指指示示生生物物；2.测测定定生生物物的的现现存存量量；3.测测定定原原始始生生产产力力；4.测测定定水水体体透透明明度度；5.测定氮和磷等导致富营养化的物质。测定氮和磷等导致富营养化的物质。AGP即即藻藻类类生生产产的的潜潜在在能能力力。把把特特定定的的藻藻类类接接种种在在天天然然水水体体或或废废水水中中，在在一一定定的的光光照照度度和和温温度度条条件件下下培培养养，使使藻藻类类增增长长到到稳稳定定期期为为止止，通通过过测测干干重重或或细细胞胞数数来来测测其其增增长长量量。此即藻类生产的潜在能力（此即藻类生产的潜在能力（AGP）。）。（三（三）防止水体富营养化防止水体富营养化防防止止天天然然水水体体富富营营养养化化的的根根本本措措施施是是将将各各种种污污水水和和废废水水中中的的氮氮和和磷磷的的排排放放量量控控制制在在低低的的水水平平。目目前前我我国国规规定定污污水水处处理理厂厂出出水水的的氨氨氮氮控控制制在在15mg/L以以下下。欧欧洲洲的的标标准准是是5mg/L以以下下。而磷的排放量尚未规定。而磷的排放量尚未规定。