第8章微生物的生态.

市政与环境工程学院谢冰第八章微生物的生态一个物种在一定空间范围内的所有个体的总和在生态学中称为种群，所有不同种的生物的总和为群落。生态系统：生物群落及其生存环境共同组成的动态平衡系统。生物圈：地球上所有生物及其生活的那部分非生命环境的总称，包括非生命部分和生命部分。8.1生态系统的基本概念及特征8.1.1种群、群落、生态系统和生物圈生态系统中的生物有三种：生产者、消费者和分解者。生产者——植物、菌类（自养生物）消费者——草食动物、肉食动物、寄生生物、腐食动物（异养生物）分解者——细菌、部分真菌（异养生物）8.1.2生态系统的结构生态系统的物质循环生态系统的能量流：单向太阳能——化学能——热能生态系统的信息传递：物理信息、化学信息、行为信息等生态系统的调节能力生态系统的生态演替8.1.3生态系统的特征生态演替在同一环境内，原有的生物群落可暂时或永久消失，由新生的群落代替，这种交替现象称为生态演替或生态消长。生态演替是生态系统自我调节、自我修复、不断更新的过程。生态系统的生态演替活性污泥中微生物的演替规律1.原生废水进入曝气池后，由于营养充足，细菌和部分鞭毛虫，尤其是植鞭虫类能通过细胞表膜的渗透作用，将溶于水中的有机质吸收到体内作为营养物质，异养菌分泌胞外酶使大分子有机物降解为小分子，再加以利用，肉足虫靠吞食有机颗粒、细菌为生，因此三者占优势。2.随着菌胶团的形成，微型动物的增殖扩大，溶解性有机质的消耗，各类微生物(细菌、植鞭虫、动物鞭毛虫和肉足虫)于是发生了以食物为中心进行竞争。细菌和植鞭虫争夺溶解性有机营养，植鞭虫竞争不过细菌而被淘汰，而肉足虫则逐渐被动鞭虫被所淘汰。3.由于环境条件的改变为纤毛虫提供了生存的空间，而纤毛虫掠食细菌的能力大于动鞭虫，因此取代动鞭虫成为优势类群。随之，以诱捕纤毛虫为生的吸管虫也大量出现。4.由于有机质被氧化，营养缺乏，游离菌减少，游泳型纤毛虫和吸管虫数量相应减少，优势地位由固着型纤毛虫取代，因为它可以生长在细菌少，有机物很低的环境。5.水中的细菌和有机质越来越少，固着型纤毛虫得不到能量，便出现了以有机残渣、死细菌及老化污泥为食料的轮虫，而这时的DO环境也适宜其生长。各类微生物出现的程序：细菌、植鞭虫、肉足虫→动鞭虫→游纤虫、吸管虫→固纤虫→轮虫的演替规律。生物膜中微生物的演替规律若以溶解氧控制考虑生态演替规律的话，主要体现在从生物外表面到滤料(或盘片)表面优势微生物种群变化顺序上，即按好氧→兼性→厌氧的顺序变化。P239图11-5采用生物膜法处理有机废水，各类微生物的演替规律主要受溶解氧和有机营养因子的制约。以溶解氧考虑的话，主要体现在从生物膜外表面到滤料(或盘片)表面优势微生物种群变化顺序上，即按好氧→兼性→厌氧的顺序变化。以有机营养因子考虑的话，主要体现在沿废水流向出现的优势微生物种群。在生物滤池的下层(或转盘前部盘片)，有机物浓度高，生物膜厚，主要由菌胶团菌组成；在中层(或中间盘片)，有机物浓度开始降低，开始大量出现丝状菌，并伴有少量的原生动物，如鞭毛虫、游泳型纤毛虫等。在上层(或后部盘片)有机物浓度减少，生物膜变薄，种类多，数量少，有柄纤毛虫和轮虫占优势。生物膜中微生物的演替规律总之，沿水流方向，生物膜上的微生物呈现种类依次增多，数量依次减少的变化。微型动物基本上按照鞭毛虫→游泳型纤毛虫→固着型纤毛虫→轮虫、线虫的顺序大量出现。当有毒物或有机物发生变化时，会引起生物膜上种群特征的上下(或前后)移动，由此可判断废水浓度或污泥负荷的变化。有机物的主要分解者物质循环中的重要成员生态系统中的初级生产者物质和能量的蓄存者地球生物演化中的先锋种类8.1.4微生物在生态系统中的作用8.2.1土壤中的微生物一、土壤的环境条件土壤有“微生物天然培养基”的称号。土壤中微生物的数量最大，类型最多，是人类利用微生物资源的主要来源，也是微生物在自然界中最大的贮藏库。8.2微生物在环境中的分布二、土壤微生物的种类和分布土壤中微生物包括细菌、放线菌、真菌、螺旋体、藻类和病毒，还有原生动物。以细菌为最多，大部分细菌为G+细菌，比水环境中高，放线菌、真菌次之，藻类和原生动物等的数量较小。①土壤中细菌占土壤微生物总量的70%~90%。种类多多数是异养菌，少数是自养菌除了土著菌，随着动物尸体进人土壤的腐物寄生菌以及随动植物尸体或其排泄物进人土壤的致病菌。②土壤中放线菌放线菌的数量也很大，仅次于细菌，占土壤中微生物总数量的5％～30％。③土壤中真菌土壤中的真菌广泛分布于土壤表层，且耐酸。④土壤中其他微生物土壤中有许多藻类，大多数是单细胞的硅藻和绿藻。土壤中的原生动物，包括纤毛虫、鞭毛虫和肉足虫等类。土壤中有噬菌体，能裂解相应的细菌。土壤中也有肠道病毒。土壤微生物的分布与土壤的结构、有机物和无机物的成分、含水量及土壤理化特性不同而有差异。水中微生物来源：水体中固有的；土壤（径流）；生产和生活（废水、废弃物）；空气（降雨等）。水体中的病原微生物大多来自人或动物的排泄物，或死于传染病的人或动物，如伤寒杆菌、霍乱弧菌、痢疾杆菌、钩端螺旋体、甲型肝炎病毒、脊髓灰质炎病毒等。8.2.2水体中的微生物微生物不能独立地在空气中生长繁殖，空气中没有固定的微生物种群。空气中微生物的数量与人和动物密度及活动情况、植物数量、土壤与地表覆盖、气温、日照和气流等因素有关，空气中的微生物类群还随环境不同而异。空气中的微生物大部分为非致病性微生物。8.2.3空气中的微生物极端环境：一般生物难以生存而只有某些特殊生物和特殊微生物才能生存的环境能在极端环境中生存的微生物即是极端环境微生物。高温环境中的微生物高盐环境中的微生物高酸、高碱环境中的微生物高压环境中的微生物8.2.4极端环境中的微生物1、互生互生关系分为偏利关系和互利关系偏利关系指只有一方获利（奉献）互利则是互惠互利在微生物间互生现象极其普遍：细菌的混合培养：利用微生物间的互生现象，人为地构建“混合菌群”（复合微生物）。氧化塘中藻类与细菌之间的关系互利8.3微生物之间的相互关系2、共生——共同依存互生关系的极端表现，形成特殊的共生体，不能分开独自生活。如：•菌、藻共生形成地衣（真菌+蓝绿藻）•产氢产乙酸细菌+产甲烷菌8.3微生物之间的相互关系3、拮抗(对抗)——“竞争、斗争、战争”一种生物产生不利于另一种微生物生存的代谢产物。包括捕食关系、抗生素的分泌等。8.3微生物之间的相互关系一种生物生长在另一种生物体内或表面，并从中取得营养，进行生长繁殖。4、寄生关系8.3微生物之间的相互关系市政与环境工程学院谢冰第九章大型水生植物大型水生植物是指植物体的一部分或全部永久地或至少一年中数月沉没于水中或漂浮在水面上的高等植物类群。这是一个生态学范畴上的类群，是不同类群植物通过长期适应水环境而形成的趋同性生态适应类型大型水生植物可分为四种生活型：挺水、漂浮、浮叶根生和沉水。①挺水植物以根或地下茎生于水体底泥中，植物体上部挺出水面的类群。体型高大具有庞大根系香蒲芦苇②漂浮植物植物体完全漂浮于水面上的植物类群。根系大多退化成悬垂状凤眼莲浮萍满江红③浮叶根生植物根或茎扎于底泥中，叶漂浮于水面的类群具有柔韧细长的叶柄或茎菱荇菜金银莲花④沉水植物植物体完全沉于水气界面以下，根扎于底泥中或漂浮在水中的类群完全适应水生环境的高等植物类群通气组织特别发达黑藻金鱼藻大型水生植物具有很强的繁殖能力，不但能以种子进行有性繁殖，还能以分枝或地下茎进行营养繁殖。主要生长在水流比较平缓的水体，从岸边向深水区分布的位置依次为：挺水-浮叶根生-沉水