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第一章 绪论1

第一节 环境科学与环境微生物学1

一、环境科学的研究对象1

二、环境科学的任务1

目 录1

三、环境科学与环境微生物学2

四、环境微生物学的内容3

第二节 微生物生态学的基本原理3

（二）消费者4

（三）分解者4

一、生物圈及其组成4

（一）初级生产者4

二、生态系统的概念5

三、生态系统中发生的几个重要变化7

（一）能量与能量流7

（二）食物链和生物放大7

（三）元素的氧化－还原循环10

四、生态学金字塔11

（四）元素的迁移循环11

五、群落及其演替12

六、微生物对生态系统的重要影响13

七、生态系统的内平衡与反馈调节机制13

八、生态系统的管理14

第三节 学习环境微生物学的意义15

第二章 微生物在生物圈内生物地球化学变化中的作用16

第一节 生物圈及其作用16

一、生物圈的能量来源16

二、生物圈内的矿化作用16

三、生物圈中的物质循环18

第二节 自然环境中微生物的生态学特点18

一、微环境18

二、表面环境20

三、营养21

四、微生物在自然环境中的生长速度21

第三节 土壤的形成和微生物的关系22

一、土壤的形成22

五、影响生态系统的群体水平22

二、土壤是微生物的理想定居处23

第四节 水生环境中微生物的生长特点24

一、水生环境中占优势的微生物24

二、初级生产者与食物链24

第五节 有机物的微生物降解和碳素循环25

一、有机物降解的重要性25

二、含碳化合物的主要来源25

三、碳素循环25

四、自然水域中的分层变化和碳素循环27

五、含碳化合物的好氧分解28

六、含碳化合物的厌氧分解29

（一）甲烷形成和沼气发酵29

（二）沼气发酵的步骤30

（三）沼气发酵中甲烷形成的机制30

（四）甲烷细菌的种类32

（五）甲烷形成细菌的分离和保存34

（六）甲烷形成细菌在瘤胃内的生态学36

（一）甲烷循环37

七、甲烷的微生物代谢37

（二）甲烷的氧化38

第六节 氧循环42

一、水体中的氧循环42

二、碳氧循环的偶合43

（一）二氧化碳的还原和氧的生成43

（二）有机碳化合物的氧化和氧的还原43

三、生化需氧量（BOD）的概念43

四、CO，在大气中的平衡44

一、氮素的同化作用46

第七节 自然界的氮循环46

二、氮素的矿化作用（或称氨化作用）47

三、硝化作用47

（一）硝化作用过程47

（二）进行硝化作用的微生物49

（三）硝化作用与环境的关系49

四、反硝化作用50

（一）自养反硝化细菌的作用51

（二）异养反硝化细菌的作用51

五、硝酸盐的毒性53

（三）反硝化作用发生的生境条件53

六、亚硝胺的毒性54

七、固氮作用54

（一）生物固氮的效率55

（二）各种生态环境中的固氮微生物55

第八节 微生物在硫素循环中的作用57

一、生物圈中硫的重要性57

（一）同化无机硫化物58

（二）矿化有机硫化物58

二、硫转化的四种形式58

（三）还原态无机硫化物的微生物氧化59

（四）氧化态无机硫化物的还原63

（五）硫化氢对环境的影响65

三、由微生物形成的其他硫化物65

第九节 微生物在自然界磷素循环中的作用66

一、磷在自然界的存在状态66

二、自然界磷循环中的几个重要作用66

（一）有机磷的矿化作用66

（二）磷的有效化（可溶化）作用67

三、磷与水体污染68

（三）磷的同化作用68

第三章 污染环境下的微生物生态学69

第一节 污染环境下微生物生态学的研究内容69

第二节 无机污染物的微生物学转化69

一、铁和锰的转化与酸矿水69

（一）铁和锰对生物体的重要作用69

（二）微生物对铁、锰转化的重要影响70

（三）进行铁、锰氧化的微生物71

（四）铁和锰的生物学氧化机制74

（五）铁和锰的转化与实践的关系79

二、汞在自然界的转化与汞中毒81

（一）汞存在的形态81

（二）汞的甲基化82

（三）甲基汞的还原作用（解汞作用）83

（四）汞的生物放大84

（五）汞的污染源和防治措施85

三、其他重金属和痕量元素的微生物转化87

（一）砷87

（四）铅89

（二）镉89

（三）硒和碲89

四、无机污染物的检测标准和控制90

第三节 工业石油微生物学90

一、碳氢化合物在自然界的分布91

二、碳氢化合物的人为污染及其危害91

三、碳氢化合物的微生物降解与实践的关系91

（一）石油蛋白的开发研究92

（二）微生物在石油勘探中的应用92

（四）微生物在海面油污治理中的作用93

（三）微生物生长对石油质量的影响93

四、环境条件对烃氧化微生物活动的影响94

五、石油微生物的研究方法96

六、石油污染的生物学控制96

第四节 微生物形成的污染物96

一、霉菌产生的有毒污染物97

二、细菌产生的毒素101

第五节 有机污染物的生物降解性101

一、有机污染物生物降解性研究的意义101

（一）多样性102

二、有机污染物生物可降解性的特点102

（二）结构与可降解性的相关性103

（三）共代谢104

三、微生物分解有机物质的巨大潜力105

四、有机物生物可降解性的测定方法108

（一）用华氏呼吸仪测定有机物生物降解性的原理和方法108

（二）测定有机物生物降解性的其他方法110

第六节 重要有机污染物的生物降解途径112

一、生物降解的一些基本反应112

二、糖类、脂肪、蛋白质的生物降解113

三、碳氢化合物的生物降解116

（一）烷烃类化合物的降解116

（二）烯烃类化合物的降解117

（三）芳烃类化合物的生物降解117

四、氰（腈）化合物的降解120

五、合成洗涤剂的降解121

六、农药的生物降解122

（一）苯氧乙酸的微生物降解122

（三）DDT的生物降解124

（二）氟乐灵的生物降解124

第七节 非天然合成有机物降解的可能性126

一、超级细菌与浮油消除127

二、高抗汞菌的选育127

三、抗药性在农药降解中的应用128

第八节 环境污染的微生物测定128

一、评价水质的污水生物体系128

（一）污水生物带体系128

（二）污水优势群落生物体系129

（三）根据物质代谢及能量流建立污水生物体系131

二、利用微生物检测环境中致突变污染物132

（一）Ames试验的基本原理132

（二）测试步骤132

（三）Ames法的检测效果133

第四章 水体的富营养化134

第一节 水体富营养化的概念134

第二节 引起水体富营养化的原因134

一、富营养化水体中的生物种类及生物结构特征134

（一）藻类需要的营养成分135

二、藻类生长需要的营养和营养来源135

（二）藻类的营养来源136

三、光与温度对藻类生长的影响138

（一）光138

（二）温度与水的分层现象138

四、评价水体富营养化的指标140

（一）测定水域中光合作用强度与呼吸作用强度之比140

（二）藻类生产潜在能力测定141

（四）其他评价富营养化的方法142

（三）光合作用产氧能力测定（即水中原初产量测定）142

五、富营养化造成的危害143

六、水体富营养化的控制措施143

（一）加强水体的生态学管理143

（二）化学除藻144

（三）生物学控制144

（四）解层作用（破坏分层现象）145

（五）在生化处理过的排放水中进行脱磷、脱氮处理145

（六）采收藻类，综合利用146

一、无机营养引起的压抑现象147

第五章 微生物群落生态学147

第一节压抑因子对微生物群落的影响147

二、有机基质引起的压抑现象149

三、毒物的影响149

（一）生物浓缩的影响149

（二）选择毒性作用的影响149

（三）对化学信号或受体的干扰150

四、热干扰150

五、放射性物质的影响151

第二节 微生物群落的多样性和稳定性151

二、原始合作152

第三节 生物界的互惠现象152

一、共栖现象152

三、共生现象153

第四节 微生物群落中的拮抗现象154

一、营养竞争与空间竞争154

二、抗生素和毒物154

三、捕食作用155

（一）捕食细菌155

（三）捕食病毒156

（二）捕食藻类156

第五节 化学信号157

第六章 废水生物学处理的微生物学原理159

第一节 废水生物学处理的概况159

一、废水的性质和来源159

二、废水处理的方法160

（一）物理法160

（一）BOD(Biochemical Oxygen Demand)——生物化学需氧量161

三、废水的浓度指标和净化度指标161

（三）生物法161

（二）化学法161

（二）COD(Chemical Oxygen Demand)——化学需氧量163

（三）悬浮固体——SS(Suspended Solid)163

（四）含氮化合物165

四、废水生物可降解性的测定方法165

（一）测定BOD与COD之比165

（二）通过呼吸线的测定来判定废水的可生化性166

（四）进行微生物培养试验，观察有机物对微生物生长繁殖的影响167

五、废水生物学处理法的发展概况167

（三）进行摇床试验及模型试验，直接测定微生物去除有机物的效果167

第二节 废水生物学处理的基本原理168

一、天然水体的自净现象168

二、废水生物处理的作用机理170

第三节 废水生物处理的类型171

一、活性污泥法172

（一）活性污泥法的主要类型及其特点172

（二）活性污泥在废水处理中的作用174

二、生物滤池175

（一）洒滴池的结构及作用原理176

（二）生物滤池中微生物区系的特点180

（三）生物滤池的应用效果182

（四）塔式生物滤池和生物转盘182

三、厌气消化法（即甲烷发酵）183

四、氧化塘184

（一）氧化塘净化污水的原理185

（二）氧化塘中的微生物186

（三）氧化塘的管理与实践187

一、废水处理微生物生态学研究的重要性189

五、废水处理方法的选择189

第四节 废水生物学处理中的微生物生态学研究189

二、废水输送系统中的微生物生态特点190

三、活性污泥中的微生物生态学研究190

（一）活性污泥中的菌胶团细菌191

（二）活性污泥中的丝状细菌206

（三）活性污泥中的真菌224

（四）活性污泥中丝状微生物检索224

（五）活性污泥中的动物224

（六）活性污泥中的藻类240

（七）活性污泥中出现的微生物生态演替现象242

（八）指示生物及其在活性污泥法处理废水中的应用244

四、活性污泥的膨胀现象248

（一）污泥膨胀的类型248

（二）引起活性污泥膨胀的微生物种类249

（三）活性污泥膨胀原因的探讨250

（四）活性污泥膨胀的控制253

五、活性污泥代谢的研究255

（一）活性污泥中异化活力的研究255

（二）活性污泥中同化活力的研究257

（三）活性污泥细菌的营养特点258

（四）废水处理中微生物脱磷的原理与应用259

（五）废水微生物脱氮的原理和应用269

第五节 与活性污泥法废水处理有关的其他微生物学问题270

一、营养问题270

二、污泥驯化－适应选择作用的应用271

三、非降解性物质的干扰272

四、废水处理中的消毒问题272

五、活性污泥的上浮现象272

（二）小颗粒污泥上浮273

（一）大块污泥上浮273

（三）污泥丝状菌膨胀引起的上浮274

第六节选育高效菌株处理特定废水274

一、氰（腈）化合物分解微生物的分离选育与应用274

二、酚分解微生物的分离和应用276

三、利用红螺菌科（Rhodospirillaceae）细菌处理高浓度有机废水的原理和应用276

（一）光合细菌的分类277

（二）光合细菌的形态和大小277

（三）光合反应的供氢体和能量获得的方式277

（四）光合细菌的营养要求279

（五）光合细菌的生态分布280

（六）红螺菌科细菌的分离培养281

（七）光合细菌净化废水的作用原理282

（八）利用光合细菌净化废水的实例283

第七章 微生物与空气污染287

第一节 微生物与空气污染的关系287

第二节 空气污染物及微生物学过程对空气污染的影响287

一、几种主要的空气污染物287

二、微生物学过程对空气污染的影响288

第三节 空气污染对人类的影响289

第四节 空气污染的生物指示作用290

一、空气污染对植物的损害290

二、附生植物对空气污染的指示作用291

（一）地衣对空气污染的指示作用291

（二）苔藓植物对大气污染的指示作用293

三、微生物对空气污染的指示作用293

四、利用微生物指示致癌物的污染295

参考文献296

微生物学名索引299