空氣微生物水體的微生物

1、環(huán)境工程微生物學(xué) 第十八講,第二篇 第七章 微生物生態(tài)（2）,第三節(jié) 空氣微生物,一、空氣的生態(tài)條件空氣并不是微生物良好的生物場(chǎng)所，大氣圈的大部分，其理化因子如有較強(qiáng)的紫外輻射、干燥、溫差大、缺乏營(yíng)養(yǎng)、高空缺氧，不適合微生物生長(zhǎng)?？諝獠皇俏⑸锷L(zhǎng)繁殖的場(chǎng)所。但空氣中有各種微生物，它們對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生有害或有益的影響。,,二、空氣微生物的種類(lèi)、數(shù)量和分布來(lái)源：塵土飛揚(yáng)可將土壤微生物帶至空中，小水滴飛濺水中微生物帶至空氣

2、中，人和動(dòng)物身體的干燥脫落物，呼吸道、口腔內(nèi)含微生物的分泌物通過(guò)咳嗽，打噴嚏等方式飛濺到空氣中。敞開(kāi)的污（廢）水生物處理系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械攪拌，鼓風(fēng)曝氣等可使污水中微生物以氣溶膠的形式飛濺到空氣中。氣溶膠中的微生物在空氣中的存活時(shí)間長(zhǎng)短不一。,,有的很快死亡，有的存活幾天、幾個(gè)星期、幾個(gè)月或更久，這取決于空氣的相對(duì)濕度、紫外輻射的強(qiáng)弱，塵埃顆粒的大小和數(shù)量；取決于微生物的適應(yīng)性及對(duì)惡劣環(huán)境的抵抗能力?？諝庵形⑸飻?shù)量與人員密度和活動(dòng)情況空氣流

3、通程度關(guān)系很大，也于室內(nèi)衛(wèi)生狀況有關(guān)。室外空氣中微生物數(shù)量與環(huán)境衛(wèi)生狀況和綠化程度有關(guān)。室外空氣中主要存在著真菌、細(xì)菌、藻類(lèi)的孢子和原生動(dòng)物的胞囊。細(xì)菌以產(chǎn)芽孢、有色素的為主。室內(nèi)空氣中微生物的數(shù)量與人員密度、活動(dòng)情況、空氣流通程度、室內(nèi)衛(wèi)生狀況關(guān)系很大。,,空氣微生物沒(méi)有固定的類(lèi)群，在空氣中存活時(shí)間較長(zhǎng)的主要有芽孢桿菌、霉菌和放線菌的孢子，野生酵母菌、原生動(dòng)物及微型后生動(dòng)物的胞囊。從高空分離到的細(xì)菌有產(chǎn)堿桿菌屬、芽孢桿菌屬、八疊球

4、菌屬、冠氏桿菌屬、小球菌屬。,,霉菌有曲霉屬、格孢菌屬、枝孢屬、單孢枝霉屬及青霉屬。室內(nèi)空氣中存在多種致病微生物。此外，還有白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、沙門(mén)氏菌、大腸桿菌，白喉?xiàng)U菌、肺炎球菌及球核桿菌、病毒粒子、阿米巴（變形蟲(chóng)）胞囊、立克次氏體等。,不同場(chǎng)所上空微生物的數(shù)量（個(gè)/m3 ）,,三、空氣微生物的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及生物潔凈技術(shù)空氣是人類(lèi)與動(dòng)植物賴以生存的極重要因素，也是傳播疾病的媒介。為了防止疾病傳播，提高人類(lèi)的健康水平

5、，要控制空氣中微生物的數(shù)量。目前，空氣還沒(méi)有統(tǒng)一的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，一般以室內(nèi)1M3空氣中細(xì)菌總數(shù)為500～1000個(gè)以上作為空氣污染的指標(biāo)。空氣污染的指示菌以咽喉正常菌叢中的綠色鏈球菌為最合適，綠色鏈球菌在上呼吸道和空氣中比溶血性鏈球菌易發(fā)現(xiàn)，且有規(guī)律性。,,要獲得清潔空氣，凈化空氣極為重要。最好的措施是綠化環(huán)境和搞好室內(nèi)外環(huán)境衛(wèi)生。有些工業(yè)部門(mén)及醫(yī)療部門(mén)需要采用生物潔凈技術(shù)凈化空氣。生物潔凈技術(shù)多用備有高效過(guò)濾器的空氣調(diào)節(jié)除菌設(shè)備，它即達(dá)到

6、恒溫控制又可提供無(wú)菌空氣。高效過(guò)濾器僅僅是除菌不是滅菌，人的進(jìn)出活動(dòng)會(huì)將微生物帶到室內(nèi)，所以，還要對(duì)室內(nèi)器物消毒及無(wú)菌操作，才能保證室內(nèi)無(wú)菌環(huán)境。這種防止微生物污染為主要目的的潔凈室，稱(chēng)為生物潔凈室。,,空氣微生物衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)可以浮游細(xì)菌數(shù)為指標(biāo)或以降落細(xì)菌數(shù)為指標(biāo)。飄浮在空氣中的細(xì)菌稱(chēng)浮游細(xì)菌。浮游細(xì)菌在一定條件下緩慢地降落下來(lái)成為降落菌。它的數(shù)量取決于浮游細(xì)菌的數(shù)量，浮游細(xì)菌和降落菌有一定關(guān)系。,,四、空氣微生物檢測(cè) 評(píng)價(jià)空氣

7、的清潔程度，需要測(cè)定空氣中的微生物數(shù)量和空氣污染微生物。測(cè)定的細(xì)菌指標(biāo)有細(xì)菌總數(shù)和綠色鏈球菌，在必要時(shí)則測(cè)病源微生物。,,（一）空氣微生物測(cè)定法1、固體法固體法有平皿落菌法、撞擊法和過(guò)濾法。（1）平皿落菌法：將營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基融化倒入ｄ90ｍｍ無(wú)菌平皿中制成平板。將它放在待測(cè)點(diǎn)（通常設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)），打開(kāi)皿蓋暴露于空氣5～10分鐘，以待空氣微生物降落在平板表面上，蓋好皿蓋，置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48小時(shí)后取出計(jì)菌落數(shù)，即為菌落數(shù)。可通過(guò)奧氏

8、公式換算出浮游細(xì)菌數(shù)。奧氏認(rèn)為：5分鐘內(nèi)落在面積100cm2營(yíng)養(yǎng)瓊脂平板上的細(xì)菌數(shù)和10L空氣所含的細(xì)菌相同。,,奧氏公式：C=100×50N/A×t C=空氣細(xì)菌數(shù) A=捕集面積 t=暴露時(shí)間（mim）N=菌落數(shù)（個(gè)）此法計(jì)算的浮游菌數(shù)比實(shí)際的菌少。沒(méi)有考慮塵埃粒子大小、數(shù)量、氣流情況、人員密度和活動(dòng)情況。,,（2）撞擊法用吸風(fēng)機(jī)或真空泵將含菌空氣以一定流速穿過(guò)狹縫,平板與狹縫間隔2mm，平板以一

9、定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，一般轉(zhuǎn)動(dòng)一周，被抽吸到營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基平板上。取出置于37℃恒溫箱中培養(yǎng)48h。取出計(jì)數(shù)。計(jì)算菌落：C=1000×平板菌落數(shù)/（氣流量L×時(shí)間t min）（3）過(guò)濾法利用無(wú)菌水過(guò)濾空氣，將空氣中的微生物截留在水中，空氣得到凈化。,撞擊法,撞擊法檢測(cè)空氣中微生物數(shù)量,培養(yǎng)前,培養(yǎng)后,過(guò)濾法,,2、液體法液體法用于測(cè)定空氣中的浮游微生物，主要是浮游細(xì)菌。該法將一定體積的含菌空氣通入無(wú)菌蒸餾水或無(wú)菌液體培養(yǎng)

10、基中，依靠氣流的洗滌和沖擊使微生物均勻分布在介質(zhì)中，然后取一定量的菌液涂布于營(yíng)養(yǎng)瓊脂平板上，或取一定量的菌液于無(wú)菌培養(yǎng)皿中，倒入10mL融化（45℃）的營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，混勻待冷凝制成平板，置于37℃恒溫箱中培養(yǎng)48小時(shí)，取出計(jì)菌落數(shù)。再以菌液體積和通入的空氣量計(jì)算出單位體積空氣中的細(xì)菌數(shù)。例如：將10M3含菌空氣通入100ML的無(wú)菌水中，使10M3空氣中的微生物全部截留在100ML水中。然后取出1ML菌液涂布于平板上，若長(zhǎng)出100個(gè)菌落

11、，100ML水中共含菌10000個(gè)，1 M3空氣含有1000個(gè)。,,（二）空氣微生物的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)以20～30個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)為宜，最少測(cè)點(diǎn)數(shù)為5～6。（三）空氣微生物的培養(yǎng)溫度和時(shí)間培養(yǎng)細(xì)菌溫度31～32℃，24小時(shí)或48小時(shí)。培養(yǎng)真菌溫度25℃96小時(shí)（四） 浮游菌最小采樣量和最小沉降面積在測(cè)浮游菌時(shí)，為了避免出現(xiàn)“0”粒的概率，確保測(cè)定結(jié)果的可靠性要考慮最小采集量。同樣在測(cè)降菌菌時(shí)要考慮最少沉降面積。見(jiàn)P254表7-8,,五、軍團(tuán)

12、菌病軍團(tuán)菌病是1976年在美國(guó)費(fèi)城首次被發(fā)現(xiàn)的急性呼吸道傳染病，當(dāng)時(shí)在退伍軍人大會(huì)上暴發(fā)流行，故稱(chēng)作軍團(tuán)菌病，導(dǎo)致221人發(fā)病，34人死亡。此后，世界上許多國(guó)家均有軍團(tuán)菌病的發(fā)生，每次暴發(fā)都引起世人的廣泛關(guān)注。軍團(tuán)菌病是由革蘭染色陰性的嗜肺軍團(tuán)桿菌引起的一種以肺炎為主的全身性疾病,,軍團(tuán)菌在含有L-半胱氨酸亞鐵鹽酵母浸膏和活性酵母浸液瓊脂培養(yǎng)基（B－CYE培養(yǎng)基）上能生長(zhǎng)。該菌存在于水和土壤中，常經(jīng)供水系統(tǒng)、空調(diào)和霧化吸入而被吸入，

13、引起呼吸道感染，亦可呈小的暴發(fā)流行。水中的軍團(tuán)菌又是怎樣潛入人體肺臟中“安營(yíng)扎寨”的？本病感染途徑主要是經(jīng)呼吸道感染，軍團(tuán)菌的菌體微小，氣溶膠是軍團(tuán)菌傳播的主要載體，供水系統(tǒng)可通過(guò)人工噴泉、水龍頭、渦流浴、泡泡浴等方式形成氣溶膠，冷卻塔和空調(diào)風(fēng)機(jī)一旦把含有軍團(tuán)菌的氣溶膠吹到空氣中，人在正常呼吸時(shí)，就有可能患上軍團(tuán)菌病。在使用中央空調(diào)且人口密集、空氣流通不暢的公共場(chǎng)所，由軍團(tuán)菌污染環(huán)境而導(dǎo)致人群感染的危險(xiǎn)性就會(huì)“水漲船高”。,軍團(tuán)菌,,

14、,五、空氣污染的生物指示作用空氣污染物不僅對(duì)人體有嚴(yán)重的影響，而且對(duì)植物，對(duì)微生物細(xì)胞同樣也產(chǎn)生嚴(yán)重影響。然后，不同的生物機(jī)體，對(duì)不同的污染物反應(yīng)的敏感性不盡相同，因此，我們可以把一些對(duì)污染物有高度敏感的植物或微生物作為指示生物，用于環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)。我們根據(jù)這些生物在這一地區(qū)的生長(zhǎng)將況，可以及早測(cè)知本地區(qū)的污染情況。,,（一）空氣污染對(duì)植物的損害空氣的污染對(duì)植物最明顯的損害是在植物表面積累了顆粒，從而影響光和空氣的進(jìn)入。由硫氧化而形

15、成的酸雨對(duì)植物極其有害，它能抑制植物生長(zhǎng)，并能破壞葉細(xì)胞，在SO2濃度達(dá)到1.5PPM時(shí)，就會(huì)發(fā)生大量的葉子受損害。臭氧能氧化葉細(xì)胞，而損害植物葉子，使葉片變成有特征性的銀色。,,在大氣污染物中，由石油提煉的燃燒過(guò)程中排放出來(lái)的乙烯占有很大數(shù)量，在汽車(chē)排放的廢氣中含有很多碳?xì)浠衔?，其中乙烯的最多達(dá)20%，乙烯對(duì)植物的為害也很大，在聚乙烯工廠附近，能見(jiàn)棉花和其他作物發(fā)生偏上反應(yīng)，即植物葉片發(fā)生下垂，在二英里半徑的范圍內(nèi)，可發(fā)現(xiàn)葉片脫落或

16、皺褶，并呈水泡狀，棉花現(xiàn)蕾多，但大多早落。,,由于城市工業(yè)廢氣的污染，已引起了城市植物群落的畸變，綠化樹(shù)木受到嚴(yán)重威脅，針對(duì)這種情況，人們正在嘗試選用抗污染的樹(shù)木作為城市綠化的樹(shù)種。當(dāng)然最根本的措施，還是徹底消除空氣污染。,,（二）附生植物對(duì)空氣污染的指示作用附生植物對(duì)于大氣污染的敏感性，已引起人們廣泛的重視，尤其是地衣和苔蘚對(duì)大氣污染的反應(yīng)很敏感，經(jīng)研究，在國(guó)外，已能利用這兩類(lèi)植物的各個(gè)種，對(duì)大氣污染物的抗性不同來(lái)制訂大氣污染程度的

17、指示帶，作為生物監(jiān)測(cè)的一個(gè)手段。,,（三）微生物對(duì)空氣污染的指示作用許多微生物對(duì)空氣污染是很敏感的，實(shí)踐中可利用這類(lèi)敏感的微生物作為指示物，或用于研究細(xì)胞學(xué)損傷。例如大腸桿菌對(duì)于由臭氧和碳?xì)浠衔锏墓夥磻?yīng)產(chǎn)生的煙霧是高度敏感的，這種混合污染物只要幾個(gè)PPb的濃度就可使大腸桿菌致命。純的臭氧對(duì)于大腸桿菌也是有毒的，能使細(xì)胞表面發(fā)生氧化作用，造成內(nèi)含物滲出細(xì)胞而被毀。,,發(fā)光細(xì)菌對(duì)于測(cè)定由空氣污染物引起的細(xì)胞學(xué)損傷也是良好的工具，發(fā)光細(xì)菌

18、在暗處生長(zhǎng)，它們的生物發(fā)光又較易測(cè)定。已知由氧化氮和丁烯經(jīng)光化學(xué)作用產(chǎn)生煙霧能明顯阻礙生物發(fā)光。發(fā)光細(xì)菌對(duì)PAN（過(guò)氧乙酰硝酸酯）也特別敏感，濃度在小于2微升/升時(shí)，就能抑制它發(fā)光，而這樣低的濃度還不會(huì)對(duì)人眼產(chǎn)生刺激作用，盡管這樣低的空氣污染水平，也可能在高等生物中引起細(xì)微的生理學(xué)影響，但是人們卻不易覺(jué)察它，在這方面，微生物可以成為我們很好的助手。,,（四）利用微生物指示致癌物的污染致癌的多環(huán)碳?xì)浠衔?，是空氣中普遍存在的污染物，這類(lèi)

19、物質(zhì)也能刺激細(xì)菌細(xì)胞產(chǎn)生畸變，例如，用致癌的污染物3，4—苯芘處理蠟狀芽胞桿菌，能增加細(xì)菌的代謝活性，并引起細(xì)胞的畸形生長(zhǎng)，苯并芘還能影響巨大芽孢桿菌生長(zhǎng)，使之形成大顆粒的細(xì)胞等等。因此，可以利用這種現(xiàn)象，來(lái)研究引起細(xì)胞損傷的污染物的水平，以及細(xì)胞受損傷的性質(zhì)。,第四節(jié) 水體微生物生態(tài),一、水生環(huán)境中占優(yōu)勢(shì)的微生物在大部分的水體里，占優(yōu)勢(shì)的光合成有機(jī)體是微生物。在好氣區(qū)，藍(lán)藻和真核藻類(lèi)占優(yōu)勢(shì)，而在厭氣區(qū)，則光合細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)。因?yàn)檫@些光

20、合成有機(jī)體在生產(chǎn)有機(jī)物質(zhì)時(shí)，利用陽(yáng)光取得能量，所以我們通常把這類(lèi)生物體稱(chēng)為初級(jí)生產(chǎn)者。,,初級(jí)生產(chǎn)者對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的生物活力有著重要的影響。這些光合生物進(jìn)行初級(jí)生產(chǎn)的速率高低，影響整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)的活力，而光合生物的生產(chǎn)速率又受溫度、光線、PH等物理化學(xué)因子以及可利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的種類(lèi)和濃度的影響。,,例如，在開(kāi)敞的海域里，初級(jí)生產(chǎn)者的生產(chǎn)率是低下的，因?yàn)樵谀睦?，供藻?lèi)生長(zhǎng)所需要的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)含量很低，而在近岸海域和江、湖水體，接受來(lái)自沿岸的

21、豐富營(yíng)養(yǎng)，故生產(chǎn)率較高。但也有些遠(yuǎn)離海岸的海域，因受這些地方的風(fēng)和潮水的影響，造成海水強(qiáng)烈地向上翻騰，從海底把營(yíng)養(yǎng)帶到表層，這樣的海域中初級(jí)生產(chǎn)率也是較高的。,,二、水體中微生物的來(lái)源 水體中微生物的來(lái)源有四個(gè)方面：1、水體中固有的微生物 有熒光桿菌、產(chǎn)紅色和紫色的靈桿菌，不產(chǎn)色的好氧芽孢桿菌，產(chǎn)色和不產(chǎn)色球菌、絲狀硫細(xì)菌、球衣菌及鐵細(xì)菌等。,,2、來(lái)自土壤微生物 由于雨水沖刷地面，將土壤中的微生物帶到水體中。有枯草

22、芽孢桿菌，巨大芽孢桿菌、氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、硫酸還原菌、蕈狀芽孢帶桿菌，霉菌等。3、來(lái)自生產(chǎn)和生活的微生物 各種工業(yè)廢水、生活污水和牲畜的排泄物夾帶各種微生物進(jìn)入水體。它們是大腸桿菌群、腸球菌、產(chǎn)氣莢膜桿菌、各種腐生性細(xì)菌、厭氧梭狀芽孢桿菌，致病微生物如霍亂弧菌、傷寒桿菌、痢疾桿菌、立克次氏體、病毒、赤痢阿粑等。,,4、來(lái)自空氣微生物 雨雪降落時(shí)，將空氣中的微生物夾帶入水體中，初雨塵埃多，微生物也多，雨后空氣微生物少。雪

23、的表面積大，與塵埃接觸面大，故含的微生物比雨水多。 微生物在水體中的分布與數(shù)量受水體的類(lèi)型、有機(jī)物的含量、微生物的拮抗作用，雨水沖刷，河水泛濫，工業(yè)廢水、生活污水的排放量等因素影響。,,三、水體中的微生物群落（一）海洋中微生物群落海洋中的微生物有固有棲息者，也有許多是隨河水、雨水及污水排入的。1、海洋微生物群落分布在沿海一帶，由于沿海城市人口密度集，工廠多，污水和工業(yè)廢水隨河水流入。海港停泊的船只也排出許多污水和廢物，故沿

24、海海水中含有大量的有機(jī)物，海面陽(yáng)光充足，溫度適宜，港口海水每毫升含菌1×105個(gè)。在外海，人類(lèi)活動(dòng)少，每毫升含菌10～250個(gè)。海洋微生物的水平分布除受內(nèi)陸氣候、雨量等影響外，還受潮夕的影響，當(dāng)漲潮時(shí)，因海水受到稀釋?zhuān)棵黠@減少，退潮含菌量增多。,,浸入小河里的載玻片上的發(fā)育形成的小菌落,,2、海洋微生物群落的生態(tài)特征按棲性地可分為：（1）底棲性細(xì)菌：因海底各處地質(zhì)結(jié)構(gòu)和有機(jī)物含量不同，底棲性細(xì)菌的水平分布也不同。巖

25、礁海岸底部為芽孢桿菌和溶膠桿菌；砂礫海岸底部有腐敗芽孢桿菌和固氮菌；沿積土有機(jī)物豐富，以腐敗細(xì)菌為主，還有硫細(xì)菌、硝化細(xì)菌；淺海海底沉積大量有機(jī)物和動(dòng)、植物殘?bào)w，缺乏溶解氧，故多為厭氧的腐敗梭菌。產(chǎn)物有H2S和NH3，還有硫酸還原菌；在深海海底有厭氧異養(yǎng)菌；在河口和人海處多數(shù)來(lái)自土壤的細(xì)菌。,,（2）浮游性細(xì)菌這類(lèi)細(xì)菌有鞭毛，自由生活，在熒光假單腦菌、變形桿菌、絲維弧菌、螺旋菌及人和動(dòng)物的腸道細(xì)菌。（3）附著性細(xì)菌這類(lèi)細(xì)菌附著在動(dòng)

26、物、植物體上，是異養(yǎng)菌，例如發(fā)光細(xì)菌和有色桿菌附著在魚(yú)體上，纖維素分解菌和固氮菌附著在浮游植物和藻體上。,,（二）淡水微生物群落湖泊和池塘水的流速慢，屬靜水系統(tǒng)。河、溪為流水系統(tǒng)，兩者的微生物群落分布不同。盡管水體類(lèi)型不同，但水平分布的共同點(diǎn)是：沿海岸水域有機(jī)物較多，微生物種類(lèi)和數(shù)量也多。,水圈中的微生物,藍(lán)細(xì)菌、藻、水生植物,層次化湖泊生態(tài)Ecology of a Stratified lake,水體不同層次微生物分布,,,四、水

27、體自凈和污染水體的微生物生態(tài)（一）天然水體的自凈現(xiàn)象如果一條河流有個(gè)污染物排放點(diǎn)，當(dāng)大量污染物由此流入河流，并順流而下時(shí)，可見(jiàn)到以下變化情況（圖7-4）。1、污染物的濃度由高變低。2、生物相的變化。首先，異養(yǎng)細(xì)菌迅速氧化分解有機(jī)污染物而大量增殖，出現(xiàn)高峰，然后，是以細(xì)菌為食料的原生動(dòng)物出現(xiàn)高峰，最后由于有機(jī)物的礦化，利于藻類(lèi)的生長(zhǎng)，而出現(xiàn)藻類(lèi)的高峰。,,3、溶解氧的濃度隨著有機(jī)物被微生物氧化分解而大量消耗，很快降到最低點(diǎn)；隨后，

28、由于有機(jī)污染物的無(wú)機(jī)化和藻類(lèi)的光合作用，以及其他好氧微生物數(shù)量的下降，溶解氧又漸漸恢復(fù)到原來(lái)的水平。這時(shí)，在離開(kāi)污染源相當(dāng)?shù)木嚯x之后，水中的各種微生物的數(shù)量和有機(jī)物、無(wú)機(jī)物的含量也都下降到最低點(diǎn)，水體恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。這就是自然界中存在著的水體自凈現(xiàn)象。,污水,,（二）水體自凈河流接納了一定量的有機(jī)污染物后，在物理的化學(xué)的和水生物（微生物、動(dòng)植物）等因素的綜合作用后得到凈化，水質(zhì)恢復(fù)到污染前的水平和狀態(tài)，叫著水體自凈。任何水體都有自

29、凈容量。自凈容量是指在水體正常生物循環(huán)中能夠凈化有機(jī)污染物的最大數(shù)量。,水圈中的微生物,水體自凈及污染水體的微生物生態(tài)水體自凈過(guò)程,水體接納了一定量的有機(jī)污染物后，在物理的、化學(xué)的及生物等因素的綜合作用后得到凈化，水質(zhì)恢復(fù)到污染前的水平和狀態(tài)。,,1、水體自凈過(guò)程（大致如下）（1）有機(jī)污染物排入水體后被水體稀釋?zhuān)袡C(jī)和無(wú)機(jī)固體物沉降至河底。（2）水體中好氧細(xì)菌利用溶解氧把有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，并用于組成自身有機(jī)體，水中溶

30、解氧急速下降至零，此時(shí)魚(yú)類(lèi)絕跡，原生動(dòng)物、輪蟲(chóng)、浮游甲殼動(dòng)物死亡，厭氧細(xì)菌大量繁殖，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行厭氧分解。有機(jī)物經(jīng)細(xì)菌完全無(wú)機(jī)化后，產(chǎn)物為CO2、H2O、PO43-、NH3和H2S。NH3和H2S繼續(xù)在硝化細(xì)菌和硫化細(xì)菌作用下生成NO3-和SO42-。,,（3）水體中溶解氧在異養(yǎng)菌分解有機(jī)物時(shí)被消耗，大氣中的氧剛?cè)苡谒脱杆俦幌牡?，盡管水中藻類(lèi)在白天進(jìn)行光合作用放出氧氣，但復(fù)氧速度仍小于耗氧速度，氧垂直曲線下降。在最缺氧點(diǎn)，有機(jī)物的耗

31、氧速度等于河流的復(fù)氧速度。再往下流的有機(jī)物漸少，復(fù)氧速度大于耗氧速度，氧垂直曲線上升。如果河流不再被有機(jī)物污染，河水中溶解氧恢復(fù)到原有濃度，甚至達(dá)到飽和。,,（4）隨著水體自凈，有機(jī)物缺乏和其他原因（例如陽(yáng)光、照射、溫度、PH變化、毒物及生物的拮抗作用等）使細(xì)菌死亡。在這自凈過(guò)程中，有物理的作用（如河流自身的稀釋作用和有機(jī)顆粒的下沉），也有化學(xué)作用（如氧化還原反應(yīng)，吸附沉淀，酸堿中和反應(yīng)等等），但更重要的是生物作用，即生物有機(jī)體對(duì)無(wú)機(jī)

32、物和有機(jī)化合物的同化和異化作用，其中，最活躍的生物是細(xì)菌。大量的有機(jī)物質(zhì)正是通過(guò)微生物，特別是細(xì)菌的新陳代謝而被除去，其降解有機(jī)物的速度比其他生物要快成千上萬(wàn)倍。,水圈中的微生物,水體自凈及污染水體的微生物生態(tài)污染水體的微生物生態(tài),,2、衡量水體自凈的指標(biāo)（1）P/H指數(shù)： P—光合自養(yǎng)型微生物 H—異養(yǎng)型微生物兩者的比即P/H指數(shù)。P/H指數(shù)反映水體污染和自凈程度。水體剛被污染，水中有機(jī)物濃度高，異養(yǎng)型微生物大量繁殖，

33、P/H指數(shù)低，自凈的速度高。在自凈過(guò)程中，有機(jī)物減少，異養(yǎng)型微生物數(shù)量減少，光合自養(yǎng)型微生物數(shù)量增多，故P/H指數(shù)升高，自凈速率逐漸降低，在河流自凈完成后，P/H指數(shù)恢復(fù)到原有水平。,,（2）氧濃度晝夜變化幅度和氧垂直曲線水體中的溶解氧是由空氣中的氧溶于水而得到補(bǔ)充，同時(shí)也靠光合自養(yǎng)型微生物的光合作用放出氧得到補(bǔ)充。陽(yáng)光照射是關(guān)鍵因素，白天和夜晚水中溶解氧濃度差異較大。在白天有陽(yáng)光和陰天時(shí)的溶解氧濃度差異也較大。晝夜的差異取決于微生

34、物的種群，數(shù)量或水體斷面及水的深度。如果光合自養(yǎng)型微生物數(shù)量多，P/H指數(shù)高，溶解氧晝夜差異大。河流剛被污染時(shí)，P/H指數(shù)下降，光合作用強(qiáng)度小，溶解氧濃度晝夜差異小。,,（三）污染水體的微生物生態(tài)1、污染系統(tǒng)當(dāng)有機(jī)污染物排入河流后，在排污點(diǎn)的下游進(jìn)行著正常的自凈過(guò)程。沿著河流方向形成一糸列連續(xù)的污化帶。每一帶都具有大體上能表示這一帶特性的動(dòng)物和植物。根據(jù)一條河流中一定區(qū)域內(nèi)所發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物區(qū)糸和植物區(qū)糸，就有可能鑒別這一區(qū)域或那一帶有機(jī)

35、污染程度。把河流按其污染程度劃分為如下幾帶。,,（1）多污帶是由于城市、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和其他企業(yè)排出的有機(jī)污染物，而使水體受高分子量有機(jī)物嚴(yán)重污染的區(qū)域。此帶的特征是水呈暗灰色，很渾濁，含有大量的高分子有機(jī)物，BOD高，溶解氧含量少或缺，為厭氧狀態(tài)。細(xì)菌和無(wú)色鞭毛蟲(chóng)極多，以厭氧菌和兼性厭氧菌為主，種類(lèi)多數(shù)量大，每毫升含有幾億個(gè)細(xì)菌。有少量靠腐爛有機(jī)物或細(xì)菌為主要食物的動(dòng)物，無(wú)好氧生物，魚(yú)類(lèi)不能停留。,,（2）中污帶 此帶較長(zhǎng)，又分α-中

36、污帶和β-中污帶①α-中污帶 繼多污帶后，有機(jī)污染仍然較嚴(yán)重，存在較多較小分子量的有機(jī)物，水為灰色，溶解氧較前帶略多，為半?yún)捬鯛顟B(tài)，BOD下降，水面上有泡沫和浮泥。由于氧化作用使底泥中的硫化氫減少，生物為較耐污染的種類(lèi)，有許多細(xì)菌和真菌，每毫升水約幾千萬(wàn)個(gè)細(xì)菌。②β-中污帶 為中等程度的有機(jī)物污染區(qū)。溶解氧相當(dāng)多，氧化作用顯著，有機(jī)物能較好礦化。藻類(lèi)有合適的條件，有多種藍(lán)藻、綠藻及硅藻，有多種原生動(dòng)物，輪蟲(chóng)等，有魚(yú)類(lèi)。,

37、,（3）寡污帶經(jīng)河流的自凈作用之后，礦化完全，有機(jī)物全被水解，水質(zhì)透明度大，溶解氧恢復(fù)到正?；蝻柡停袡C(jī)氮不超過(guò)1毫克/升，帶內(nèi)生活中細(xì)菌數(shù)量少，藻類(lèi)的種類(lèi)多，數(shù)量也有增多。,,2、水體污染有機(jī)的指標(biāo)（1）BIP指數(shù)：污化系統(tǒng)用指示生物定性地衡量水體有機(jī)污染程度，但也還可用水生生物的數(shù)量求出某種指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)水體污染程度。例如：BIP指數(shù)，其意義是無(wú)葉綠素的微生物占所有微生物（有葉綠素和無(wú)葉綠素微生物）數(shù)的百分比。指數(shù)由下式計(jì)算：B

38、IP=B/A+B×100% A：有葉綠素的微生物；B：無(wú)葉綠素的微生物 利用BIP值可以判斷水體的污染程度。BIP值越大，表示水的污染越嚴(yán)重。,,（2）細(xì)菌菌落總數(shù)（CFU）：細(xì)菌菌落總數(shù)是指1 ML水樣在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中，于37 ℃培養(yǎng)24h后所生長(zhǎng)出來(lái)的細(xì)菌菌落總數(shù)。它用于指示被檢的水源受有機(jī)物污染的程度，為生活飲用水作衛(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。在我國(guó)規(guī)定1 ML生活飲水中的細(xì)菌菌落總數(shù)在100個(gè)以下。 在飲用水中所

39、測(cè)得的細(xì)菌菌落總數(shù)除說(shuō)明水被生活廢棄物污染程度外，還指示該飲用水能否飲用。但水中的細(xì)菌菌落總數(shù)不能說(shuō)明污染的來(lái)源。因此，綜合大腸桿菌群數(shù)以判斷水的污染源和安全程度就更全面。,,（3）總大腸菌群總大腸菌群又稱(chēng)大腸菌群和大腸桿菌群。埃希氏菌屬、檸檬桿菌屬，腸桿菌屬和克雷伯氏菌屬在37 ℃能不同程度地發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸、產(chǎn)氣。是指示水體被糞便污染的一個(gè)指標(biāo)。更確切地說(shuō)，它是致病菌污染水體的間接指標(biāo)。但以總大腸菌群作指標(biāo)也有一定缺陷，因有時(shí)測(cè)總大腸

40、菌群呈陰性，卻不能確切證明無(wú)致病菌，而且，其中的大腸埃希氏菌可引起幼兒腹瀉，有些O－157是極毒菌株。,,五、水體富營(yíng)養(yǎng)化（一）水體富營(yíng)養(yǎng)化的概念富營(yíng)養(yǎng)化一詞來(lái)自希臘文，意即“富裕”，所謂富裕的水就是指富含磷鹽和某些形式的氮素的水。水中所含的這些營(yíng)養(yǎng)，足以使水中的藻類(lèi)過(guò)量生長(zhǎng)，藻類(lèi)和隨之而來(lái)的異養(yǎng)微生物的代謝活動(dòng)，耗盡了水體中的氧，使水體變質(zhì)（如使淡水水體發(fā)生“不華”或稱(chēng)“水花”使海洋發(fā)生“赤潮”），這就是水體的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。一般認(rèn)

41、為，水體中總磷為20mg/m3，無(wú)機(jī)氮為300 mg/m3以上就會(huì)出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化。,,水體的富營(yíng)養(yǎng)化，實(shí)質(zhì)上是生態(tài)系統(tǒng)受污染造成的。生態(tài)系統(tǒng)尚未受到污染的情況下，系統(tǒng)內(nèi)的生物群體，存在著大量的獨(dú)立種，各種之間關(guān)系密切，而又各有自己的特性。如有的微生物是致病菌，有的是捕食的，也有被食的，有共生的，也有自生的，每個(gè)種數(shù)量不會(huì)太多，但較為穩(wěn)定。因此，可以認(rèn)為，在未受污染的系統(tǒng)中，生物群體的特點(diǎn)之一是種類(lèi)多而每個(gè)種的個(gè)體少。,,生態(tài)系統(tǒng)受污染后，

42、群體中種類(lèi)便逐漸減少，而能存活下來(lái)的每個(gè)種的個(gè)體數(shù)卻在增加。當(dāng)污染極嚴(yán)重時(shí)，往往只能看到少數(shù)幾種生物，它們的個(gè)體數(shù)目急劇增多。在富營(yíng)養(yǎng)化的水體中所看到的正是這種生物群體種類(lèi)減少，個(gè)體劇增的現(xiàn)象。生態(tài)系統(tǒng)受污染越嚴(yán)重，系統(tǒng)中的種就越少。,,（二）引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的原因總的來(lái)說(shuō)，富營(yíng)養(yǎng)化是水體受污染的結(jié)果，是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體，造成藻類(lèi)和其它微生物增殖的結(jié)果。富營(yíng)養(yǎng)化在水體中出現(xiàn)的生物，主要是微型藻類(lèi)，這些藻類(lèi)光合作用的強(qiáng)度隨水中磷氮含量

43、的增加而成比例的增加，其他許多因素如溫度、光照強(qiáng)度、有機(jī)物、毒物和捕食性生物的活性等等，所有這些因子均以復(fù)雜的方式相互影響，其中一個(gè)因素的變化，又會(huì)引起整個(gè)群體廣泛的鏈鎖反應(yīng)。這些影響微型藻類(lèi)生長(zhǎng)的因素，也是影響水體富營(yíng)養(yǎng)化的因素。,,在富營(yíng)養(yǎng)化時(shí)，大量發(fā)展的微型藻類(lèi)，在分類(lèi)上可分為好幾類(lèi)，其中最重要的一類(lèi)是藍(lán)藻的生物，或稱(chēng)藍(lán)細(xì)菌。藍(lán)藻是含有光合色素的原核生物，但其光合作用方式，卻不同于光合細(xì)菌，而與植物和真核藻類(lèi)相同。雖然藍(lán)藻種類(lèi)很

44、多，但在水體富營(yíng)養(yǎng)化時(shí)，能大量繁殖的僅只20種左右，每種藍(lán)藻的過(guò)度繁殖持續(xù)時(shí)間不同，當(dāng)藍(lán)藻過(guò)度繁殖時(shí)，可能造成水體缺氧，而使繁殖速度減退，從而釋放出磷和氮素，進(jìn)一步促使其它藻類(lèi)過(guò)度繁殖，表現(xiàn)出不同藻類(lèi)過(guò)度繁殖的演替現(xiàn)象。,,生長(zhǎng)在水體表面的藻類(lèi)可作為污染度的指示生物，這方面藻類(lèi)較之細(xì)菌或原生動(dòng)物更易計(jì)數(shù)和鑒定。湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化與水中的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度有關(guān)外，還與水溫和營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷有關(guān)。,,（三）評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化的方法與AGP評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化的

45、方法有：1、觀察藍(lán)藻等指示生物；2、測(cè)定生物的現(xiàn)存量；3、測(cè)定原初生產(chǎn)力；4、測(cè)定透明度；5、測(cè)定氮和磷等導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的物質(zhì)。,,AGP：即藻類(lèi)生產(chǎn)的潛在能力。就是把特定的藻類(lèi)接種在天然水體廢水中，在一定的光照和溫度條件下培養(yǎng)，使藻類(lèi)增長(zhǎng)到穩(wěn)定期為止，通過(guò)測(cè)干重或細(xì)胞數(shù)來(lái)測(cè)其增長(zhǎng)量。這個(gè)值就稱(chēng)為藻類(lèi)增長(zhǎng)值，即藻類(lèi)生長(zhǎng)的潛在能力（AGP）。測(cè)定該廢水中藻類(lèi)的潛在生產(chǎn)力（AGP）是為了控制排入水體的廢水量和水質(zhì)，以便采取防止廢

46、水對(duì)水體產(chǎn)生負(fù)面影響的一個(gè)措施。,,（四）防止水體富營(yíng)養(yǎng)化 防止水體富營(yíng)養(yǎng)化的根本措施是將各種污水和廢水中氮和磷的排放量控制在低水平。（目前我國(guó)規(guī)定生活污水處理廠出水氨氮控制在15 mg/L以下）?？梢圆捎没瘜W(xué)藥劑來(lái)控制藻類(lèi)的過(guò)度生長(zhǎng)，（對(duì)于小面積的水體或蓄水池等是特別需要的），可以利用藻類(lèi)病原菌抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)，還可采收藻類(lèi)綜合利用，還可以采取疏浚底泥，去除水草和藻類(lèi)，引入低營(yíng)養(yǎng)水稀釋和實(shí)行人工曝氣等措施。,,[總結(jié)新課]空氣的生