第七章生态系统 ppt课件

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1、第七章 微 生 物 生 态,一、生态系统和生物圈,（一）生态系统 生态系统是在定时间(或长或短)和空间范围内由生物与它们的生境通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。简称生态系，可用公式表示。 生态系统生物群落十环境条件。,第一节 生 态 系 统,个体、种群和生物群落,个体是指某一具体的生物单个个体,有其生长、发育、繁殖和死亡的过程。是组成种群的组成单位。 种群是生活在同一特定空间的同一生物种的所有个体的集合体，是生物群落的组成单位。 生物群落:生活在同一特定空间或区域的所有生物种群的聚合体，是生态系统的组成部分。,生态系统的四个基本组成,环境、生产者、消费者及分解或转化者。1.环境：指生态

2、系统中的各种无生命的无机物、有机物和各种自然因素（如土壤、空气、水等）。,2.生产者：主要是绿色植物，凡能进行光合作用制造有机物的植物种类，包括单细胞藻类，均属于生产者。还有一些能利用化学能把无机物转化为有机物的化能自养型微生物也属于生产者。,3.消费者：消费者：主要是动物，又分为一 级消费者（如草食性动物）；二级消费者（如肉食动物）等等。,4.分解者：指各种具有分解能力的微生物，也包括一些微型动物，如鞭毛虫，土壤线虫等。,（二）生物圈 生存在地球陆地以上和海面以下各约10千米之间的范围，包括岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈内所有各种生物群落及人与它们生存环境的总体叫生物圈。,一、生态系统和生物圈

3、,二、生态平衡,当能量和物质的输入大于输出，生物量增加，反之，生物量减少。 如有外来干扰，生态系统能通过自行调节的能力恢复到原来的稳定状态，这就是生态系统平衡，即生态平衡。 生态阈限：生态系统对来自自然界或人类施加干扰的最大限度的调节能力称生态阈限。,三、生态系统的分类,根据生存环境：水体生态系统和陆地生态系统等。 根据动态和静态：河流生态系统和湖泊生态系统等。 根据生物群落：动物生态系统、植物生态系统及微生物生态系统等。,第二节 土壤微生物生态,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。,一、土壤的生态条件,土壤的生态条件如下：1.营养

4、 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；有丰富的无机元素和微量元素，能满足微生物生长发育的需要。,2.pH 土壤pH范围在3.58.5之间，多数在5.5 8.5之间，适合大多数微生物生长需要。,3.渗透压 革兰氏阴性杆菌体内的渗透压为0.50.6MPa，革兰氏阳性球菌体内渗透压为2.0 2.5MPa。土壤的渗透压通常在0.3 0.6MPa之间，有利于微生物摄取营养。,4.氧气和水 土壤具有团粒结构，为土壤创造通气条件，氧的含量为土壤空气体积的7-8。 土壤的团粒结构中的小空隙还起毛细管的作用，具有持水性，为微生物提供了水分。,5.温度 土壤的保温性也较强，一年四季温

5、度变化不大，即使冬季地面冻结，一定深度土壤中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。,二、微生物在土壤中的种类、数量和分布,(一)土壤中微生物的种类和数量 土壤中有机物含量的多寡是衡量土壤肥力的指标之一。通常把土壤分为肥土和贫瘠土。 土壤微生物以细菌量最大，约占70-90，其次为放线菌、真菌、藻类、原生动物等。,(二)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 油田地区存在以碳氢化合物为碳源的微生物。 森林土壤中存在分解纤维素的微生物。 含动、植物残体多的土壤中含氨化细菌、硝化细菌较多。,

6、二、微生物在土壤中的种类、数量和分布,2.影响土壤中微生物的垂直分布的因素：辐射： 造成表面土微生物容易死亡而数量少。水： 缺少水造成表面土微生物容易死亡而数 量少。营养：随土层深度增加营养减少，在离表面2m深处 微生物每克土只有几个，氧气：同营养。在5-20 cm处微生物数量最多。,二、微生物在土壤中的种类、数量和分布 (二)微生物在土壤中的分布,三、土壤自净和污染土壤微生物生态,(一)土壤自净,土壤自净能力的大小的决定因素：1.土壤中微生物的种类、数量和活性。种类数量多，降解活性强，则自净能 力强。2.土壤结构、通气状况等理化性质。团粒结构好，能够提供吸附力及充足氧气，则自净能力强。,(二

7、)污染土壤的微生物生态,污(废)水长期灌溉会引诱导产生分解各种污染物的微生物新品种。,诱导产生的能分解聚氯联苯的诺卡氏菌,三、土壤自净和污染土壤微生物生态,土壤微生物对重金属元素的净化机制： 1.微生物体内积累（毒性增加） 铜绿色假单胞菌可将无机汞转化为毒性更强的有机汞积累在微生物体内。 大肠埃希氏菌(Ecoli) 可使二价汞还原为元素汞。 2.微生物体内代谢（毒性减弱） 节杆菌等可氧化亚砷酸盐为砷酸盐，降低毒性，或使砷甲基化。 土壤中的细菌、放线菌和真菌还能还原硒氧化物为元素硒，使毒性降低。,四、土壤污染和土壤生物修复,(一)土壤的污染及其不良后果,四、土壤污染和土壤生物修复,(一)土壤的污

8、染及其不良后果,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，破坏土壤生态平衡。 2.土壤中的毒物随食物链迁移，或造成水体污染，毒害人类。 3.污水和废物中含有的各种病原微生物通过各种途径转移到水体，进而进入人体中，引起人的疾病。,(二)土壤修复 土壤生物修复是利用土壤中天然的微生物资源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，使土壤恢复其天然功能。,四、土壤污染和土壤生物修复,土壤生物修复技术的关键因素,1.微生物种： “土著”微生物具有经济性，但效果较差。 选育优势菌种，扩大培养接种到污染土壤中。这方法较易实施，收效快而

9、效果好。 用质粒育种或基因工程构建工程菌并接种到污染土壤中。这种方法有不相容性。,2.微生物营养： 与废水处理一样，土壤微生物也需一定 的营养元素比例，即C：N：P比。因污染物过量积累，可能品种单一，营养元素比例失衡严重，要通过可行性试验确定适宜的营养元素比例。,土壤生物修复技术的关键因素,3.溶解氧： 土壤的结构、土质不同，污染物数量不等，其中的溶解氧量也随之不同。为保证有效分解污染物，用鼓风机向地下鼓风，使微生物对污染物的好氧分解有足够的氧分。,土壤生物修复技术的关键因素,4.微生物的环境因子： 适量的水、pH和温度对于土壤的生物修复也有很大的影响。这些都是决定微生物生长繁殖状况的关键因素

10、。,土壤生物修复技术的关键因素,土壤生物修复技术的关键因素,5.污染物的类型： 相对于芳香烃，氯代芳香烃化合物降解更为困难，主要由于： 需要较高能量打开C-Cl键。 该类化合物的降解需要两个紧邻的未被Cl取代的碳原子以便能够加入羟基，进一步加氧完成开环。,土壤生物修复技术的关键因素,5.污染物的类型：,土壤生物修复工程,一般适用于小面积土壤修复。土壤生物修复工程有如下几种形式：1.原位处理：,2.生物通风： 是改进和强化原位处理的一种方法，此方法用于处理因储油罐泄漏而污染的土壤，与原位处理不同是气体流动，气体发生变化。,土壤生物修复工程,3.挖掘堆置处理和反应器处理: 挖掘堆置处理类似于固体废

11、弃物的堆肥，反应器处理与污水生物处理类似。这两个处理工艺效果较好，但费用高。,土壤生物修复工程,土壤生物修复工程,4.植物修复技术,植物提取：利用植物吸收积累污染物。 植物降解：利用根系吸收、根际微生物转化。 植物稳定：利用根系与土壤将污染物固定。,第三节 空气微生物生态,一、空气的生态条件,空气中有较强的紫外辐射，具有较干燥，温度变化大，缺乏营养等特点。 空气不是微生物生长繁殖的场所，空气中微生物数量较多，但只是暂时停留。,二、空气微生物的种类、数量和分布,种类：以细菌和霉菌为主。 数量：与环境卫生状况和绿化状况有关。 分布：非常广泛，随空气流动，不同场所分布有差异。,三、空气微生物的卫生标

12、准及生物洁净技术,目前，空气还没有统一的卫生标准，一般以室内1m3空气中细菌总数为5001000个以上作为空气污染的指标。 空气污染的指示菌以咽喉正常菌丛中的绿色链球菌为最合适。,美国宇航局标准NHB5340.2中的洁净等级,GBJ73-84规定的洁净度等级,四、空气微生物检测,评价空气的清洁程度，需要测定空气中的微生物数量和空气污染微生物。测定的细菌指标有细菌总数和绿色链球菌，在必要时则测病源微生物。,(一)空气微生物的测定方法,1固体法 平皿落菌法(沉降平板法) 撞击法(有缝隙采样器、筛板采样器、针孔采样器) 过滤法,1固体法 (1)平皿落菌法 将营养琼脂平板放在待测点。 打开皿盖暴露于空

13、气5-10 min。 置于培养箱中培养48 h后取出计菌落数。,(一)空气微生物的测定方法,奥氏公式如下：C=1 000(A100tl05)N式中：C空气细菌数/m3； A捕集面积，cm2； t暴露时间，min；N菌落数，个。简化后的奥氏公式：C1 00050NAt,1.固体法 （2）撞击法：,以缝隙采样器为例，含菌空气以一定流速穿过狭缝而被抽吸到营养琼脂培养基平板上。 根据取样时间和空气流量算出单位空气中的含菌量。,(一)空气微生物的测定方法,2液体法,该法将一定体积的含菌空气通入无菌蒸馏水或无菌液体培养基中然后取少量菌液涂布于平板上。 培养后按稀释比例计算空气中菌含量。,(一)空气微生物的

14、测定方法,(二)空气微生物的检测点数,空气微生物的测点数越多越准确，为照顾到工作方便，又相对准确，以2030个测点数为宜，最少测点数为56。,(三)空气微生物的培养温度和时间,长期以来，培养空气细菌的温度和时间是37，48 h，根据实验认为培养一般细菌和细菌总数以31-32，24h或48 h；培养真菌以25，96h为好。,(四)浮游菌最小采样量和最小沉降面积,在测浮游菌时，为了避免出现“0”粒的概率，确保测定结果的可靠性，要考虑最小采样量。同样，在测降落菌时，要考虑最小沉降面积。,第四节 水体微生物生态,水体中微生物的来源有四方面：,1.水体中固有的微生物 2.来自土壤的微生物 由于雨水冲刷地

15、面，将土壤中的微生 物带到水体中。 3.来自生产和生活的微生物各种工业废水、生活污水和牲畜的排泄物夹带各种微生物进入水体。 4.来自空气微生物,一、水体中的微生物群落,1.海洋微生物的群落分布： 海面0-10米：藻类、好氧菌。 海面5-50米：兼性厌氧菌。 海底：兼性厌氧菌、厌氧菌。 其中，海面0-100米以细菌为主；100米以下以古菌为主。,(一)海洋中微生物群落,2.海洋微生物群落特征： 按栖息地可分为： 底栖性细菌 浮游性细菌有鞭毛，自由生活，有荧光假单脑菌、变形杆菌、纤维弧菌、螺旋菌及人和动物的肠道细菌。 附着性细菌附着在动、植物体上，是异养菌。,一、水体中的微生物群落,(一)海洋中微

16、生物群落,(二)淡水微生物群落 种类与土壤相似。 分布规律和海洋的相似。,一、水体中的微生物群落,二、水体自净和污染水体的微生物生态,(一)水体自净,1水体自净过程 物理作用：稀释、沉淀 （强） 化学作用：日光、氧气等对污染物的分解 （弱） 生物作用：生物降解（食物链） （强）,提问：水体自净速度有哪些限制因素？,物理？ 净水流量、流速、污染物物理性质 化学？ 地域、季节、天气 生物？ 生物种类、数量（营养物浓度、环境因子）、代谢的极限速度,因此水体的自净速度是有限的。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。,在自净容量范围内水体的净化是如何进行的呢？,水体自净过程：,污水,(一)水体自净2衡量水体自净的指标,二、水体自净和污染水体的微生物生态,水体外观、化学指标、生物种类、数量及比例关系、溶解氧等等,