第一节 生态系统

1.定义：

生物群落与其生存环境组成的整体系统。

在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位（个体、种群、群落和生态系统）。

生态系统=生物+环境条件

2．组成：

   生态系统有四个基本组成： 

   环境（无机环境） 

   生产者（植物） 

   消费者（一级、二级……） 

   分解者或转化者（微生物）。 

3．结构：

   生态系统具有明显的三维空间结构，由于环境条件在空间上的差异性，造成生物的分布也出现明显的水平和垂直分布。

4．功能：

（1）生物生产：通过光合作用合成有机物，是生态系统的基本功能之一，包括初级生产（初级生产者进行）和次级生产（其他生物进行）。 

（2）能量流动：太阳光的光能→化学能，不断消耗→热能、动能等；能量是单向流动的； 

（3）物质循环：各种营养物质在各个组成成分间传递、循环（物质不灭）；物质是被反复循环的； 

（4）信息传递：生态系统中的生物之间通过信息传递，进行调节。信息有营养信息、物理信息、化学信息及行为信息等，构成一个整体的信息网。

自然界的物质循环：由无机物转化成有机物，再由有机物转化成无机物。

初级生产者：从无机物合成有机物，如植物、微生物

消费者：利用有机物进行生活，如动物

分解者：分解有机物成无机物，如微生物

5、生态系统的分类

根据生存环境：陆地生态系统、水体生态系统

水体生态系统：海水生态系统、淡水生态系统（河流生态系统、湖泊生态系统）

生物群落分：动物生态系统、植物生态系统、微生物生态系统

6、微生物在生态系统作用

1）有机物质的主要分解者

2）物质循环中的重要成员

3）生态系统中的初级生产者

4）物质和能量的贮存者

5）地球上生物演化中的先锋种类

微生物和动物、植物一样也是由物质组成和由能量维持的生命有机体。在土壤、水体中有大量的微生物生物量，贮存着大量的物质和能量。

第二节 土壤微生物生态

一、土壤的生态条件 

1．营养 

    土壤内有大量的有机和无机物质（动植物的残体、分泌物、排泄物等） 

2．pH

    3.5-8.5，多为5.5-8.5；适合于大多数微生物的生长繁殖。 

3．渗透压 

    土壤内通常为0.3-0.6MPa，而在微生物（细菌）体内，G+为2.0-2.5 MPa，G-为0.5-0.6 Mpa。所以，土壤是等渗或低渗溶液，有利于微生物吸收水份和营养

4．氧气和水 

    土壤具有团粒结构，有孔隙，可以通气和保持水分。土壤中氧气的含量要少于空气中，一般为7~8%。 

5．温度 

    土壤具有较强的保温性，其变化幅度要小于空气。 

6．保护层 

    表面几毫米厚的土壤，可以使下面的微生物免受紫外线的直接照射。 

    综合以上各方面，所以说，土壤具备了微生物所需要的营养和各种环境条件，是微生物良好的天然培养基。 

二、微生物在土壤中的种类、数量和分布 

1.数量和种类 

在肥土中，微生物数在几亿～几十亿个/克；

在贫瘠土中为几百万～几千万个/克。 

①细菌  数量：70~90%；种类：主要为腐生，少数自养

分布：表层最多，随土层加深减少，厌氧菌增加。

节杆菌（Arthrobacter）,链霉菌， 假单胞菌属，芽孢杆菌属、

②放线菌

③  真菌

④  藻类

（5）原生动物

农田土壤上层375px处微生物数量和生物量

2.分布

水平分布——不同类型的土壤中所含微生物不同

垂直分布——同一土壤的不同深度，微生物的分布不同

一般土壤表层微生物最多，随着土层的加深，微生物的数量逐步减少

3 土壤微生物的作用:

• 1)分解有机质

• 2）分解矿物质：磷细菌

• 3）固定氮素

• 4）形成土壤结构

三、土壤污染、土壤自净和土壤生物修复 

一）土壤污染及其后果 

来源：废水（农田灌溉和土地处理）、固体废弃物、油库泄漏或农药的使用等。

污染物质：农药、石油类、氨、重金属等。

易降解的污染物在土壤中会被逐渐分解，而难降解物质和重金属等会在土壤中停留和积累，甚至进入地下水中。

土壤污染的后果：

（1）改变土壤的性质，破坏土壤生态系统；

（2）污染物通过食物链迁移或进入水体，危害人类健康；

（3）各种病原微生物可能通过各种途径传播。

二）土壤自净

    土壤对进入其中的一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解能力，通过各种物理、生化过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程，称土壤自净。

土壤自净是有一定限度的，即自净容量。

土壤自净能力的大小取决于土壤中微生物的种类、数量和活性；土壤结构、通气状况等理化性质。

土壤有团粒结构，并栖息着极为丰富、种类繁多的微生物群落，这使土壤具有强烈的吸附、过滤和生物降解作用。

三）土壤生物修复

     利用土壤中的天然微生物或人为加入特定菌株，使土壤中的污染物质加快降解和转化的速度，使土壤恢复其天然功能。

1、 土壤生物修复技术的关键

（1）微生物种

    目前“土著”微生物应用较多，具有经济性，但效果较差；

    从污染土壤选育优势菌种，经扩大培养接种到污  染土壤中，易实施，收效快，效果好

（2）微生物营养 C:N:P

  因污染物的过量积累，可能使营养物质品种单一，营养元素比例失衡严重，要通过可行性试验确定适应的营养元素比例。

  可参照一般土壤微生物的碳氮比25:1，污水好氧生物处理的BOD:N:P=100:5:1等作基本参数，在试验过程中加以调整。

（3）溶解氧

通气良好的土壤溶解氧在5mg/L左右，粘土和积水土溶解氧极低，加上有污染物，因而溶解氧更低。

用鼓风机向地下鼓风，可使土壤中溶解氧达8～12mg/L；通纯氧可达50mg/L；若含有较多的苯和低碳烷基苯，则需更多溶解氧（20～200mg/L）满足微生物需要，苯等污染物才能被氧化彻底。

（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影响。

2） 土壤生物修复工程

（1）原位处理：

  在污染区原地钻一组注水井，用泵注入微生物、水和营养物，通入空气。另外钻一组抽水井，用抽水泵抽取地下水，使地下水呈流动状态，促使微生物和营养物质均匀分布。

    工艺简单，费用低，但处理速度较慢。

（2）生物通风

  气体流动。

  用于处理因储油罐泄漏而污染的土壤

（3）异位修复：

  现场处理、预制床法、堆置处理法、生物反应器和厌氧生物修复法、

（4） 植物修复技术

第三节  空气微生物生态

一、空气的生态条件 

紫外线、干燥、温度变化大、缺乏营养等， 

这些特点决定了空气不是微生物生长繁殖的场所。 

二、空气微生物的种类、数量和分布 

空气中的微生物来源于： 

土壤（飞扬的尘土把微生物带至空中）；     

水体（水面吹起的小水滴）； 

人和动物（皮肤脱落物、呼吸道等） 

空气中的微生物只是短暂停留，是可变的，没有固定类群。 

在空气中存活的微生物，主要是有芽孢的细菌、有孢子的霉菌、放线菌及各种胞囊。 

取决于多种因素的影响：空气的相对湿度、紫外线、尘土颗粒的数量和大小以及微生物本身的性质。 

也与环境卫生状况有关，如绿化。 

第四节 水体微生物生态

一、水体中的微生物群落

水体：天然水体和人工水体

水体中的微生物来源：

水体中固有的微生物；

来自土壤的微生物（径流）；

来自生产和生活的微生物（废弃物）；

来自空气微生物（降雨等）。

1．江河水中的微生物

1）数量和种类与接触的土壤有密切关系；淡水主要存在于陆地上的江河、湖泊、池塘、水库和小溪中，因此淡水中的微生物多来自于土壤、空气、污水或动植物尸体等。尤其是土壤中的微生物，常随同土壤被雨水冲刷进入江河、湖泊中。来自土壤中的微生物，一部分生活在营养稀薄的水中，一部分附着在悬浮于水体中的有机物上，一部分随着泥沙或较大的有机物残体沉淀到湖底淤泥中，成为水体中的栖息者。另外也有很多微生物因不能适应水体环境而死亡。因此水体中的微生物的种类和数量一般要比土壤中的少得多。

2）呈垂直分布：微生物在淡水中的分布常受许多环境因子影响，最重要的一个因子是营养物质，其次是温度、溶解氧等。水体内有机物含量高，则微生物数量大；中温水体内微生物数量比低温水体内多；深层水中的厌氧微生物较多，而表层水内好氧微生物较多。

3）多是吸附在悬浮在水中的有机物上及水底。

4）多能运动，有些具有很异常的形态（如柄细菌）。

5）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多对健康不利的细菌，因此不宜作为饮用水源：

6）水体自身存在自我净化作用：主要是水体中原生动物的作用；水体不适合病原微生物的生存等。

2．海水微生物

主要包括：藻类、芽孢杆菌属、假单胞菌属、弧菌属、发光细菌。

1）嗜盐。海水含有相当高的盐分，一般为3.2％一4％，含盐量越高，则渗透压越大。海洋微生物多为嗜盐菌，并能耐受高渗透压，如盐生盐杆菌。

2）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。

3）大多数海洋细菌为G—细菌，并具有运动能力。

4）耐高压（特别是生活在深海的细菌）。在深海中的微生物还能耐受低温和很高的静水压，少数微生物可以在60.795MPa下生长，如水活微球菌和浮游植物弧菌。

5）更明显的垂直分层分布（透光区、无光区、深海区、超深渊海区）。

许多海洋细菌能发光，称为发光细菌。这些菌在有氧存在时发光，对一些化学药剂与毒物较敏感，故可用于监测环境污染物。