环境工程毕业论文.doc

本科毕业论文（设计）题目：毒死蜱和高效氯氰菊酯对土壤微生物活性的影响姓 名： JP 学号： 院（系）：环境学院 专业：环境工程 指导教师： 姚俊 职称： 教 授 评 阅 人： 职称： 2008 年 6 月本科生毕业论文（设计）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得中国地质大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业论文作者（签字）： 签字日期： 年 月 日摘 要目前对杀虫剂的研究主要集中在两个方面：杀虫剂的生物降解以及其毒性。然而，很少有文献报道杀虫剂对土壤微生物的影响。在本次实验中，我们探讨了两种杀虫剂毒死蜱和高效氯氰菊酯对土壤微生物活性的影响。本次实验所使用的土壤没有被农药污染。当在土壤样品中添加0.3mL蒸馏水和少量的杀虫剂，微生物总是显示非常弱的新陈代谢，证实了所取土壤中微生物不能降解毒死蜱和高效氯氰菊酯。土壤微生物在含有营养液的安瓿瓶中，营养液的成分是2.5mg葡萄糖加上2.5mg硫酸铵，在35%的湿度和28 ºC的温度下培养。农药的量逐渐增加，从0到720µg，然后记录功率-时间曲线。结果显示，增加农药能直接影响土壤微生物新陈代谢。加入的农药量越大，土壤微生物的活性越低。从样品的功率-时间曲线中可以计算出：热效应(QT)，最大放热功率(PM)，峰值时间(TM)，生长常数(k)等参数。从数据资料中来更好的探究获得的结果。这项研究在农药的应用对土壤微生物的影响和使用新的农药方面有一定的价值。关键词：毒死蜱 高效氯氰菊酯 微量量热仪 总热效应 土壤微生物活性AbstractInvestigation of pesticide mainly focuses on two aspects: the biodegradation of pesticide and its toxicity. However, few literatures report the influence of the application of pesticide on microflora residing in a pesticide-free soil. In this study, we report the impact of two pesticides, chlorpyrifos and beta-cypermethrin, on soil microbial activities, and this soil has not been polluted by pesticide before. A multi-channel thermal activity microcalorimeter was employed in a series of experiments. All of the soil samples, when supplied with 0.3 mL of distilled water plus a small amount of pesticide, always revealed an extremely weak metabolism, testifying that the fresh soil microbes failed to degrade chlorpyrifos and beta-cypermethrin. The microbial activities of soil sample were stimulated by an addition of nutrient solution containing 2.5 mg of glucose plus 2.5 mg of ammonium sulfate under a 35% controlled humidity at 28 ºC. Power-time curves recorded on calorimeter were followed by an increasing amount of pesticide, from 0 to 720 µg, which directly affected the soil microbial metabolism. The increasing amount of pesticide was associated with a decrease in the soil microbial activities. Parameters such as the total thermal effect (QT), the maximum thermal power (PM), the peak time (TM) and the growth rate constant (k) were calculated from the power-time curves of all samples, to obtain quantitative data and to better explore the obtained results. The present work would be valuable in the application of new pesticides as well as in evaluating the influence of pesticide application on soil microbes.Keywords: chlorpyrifos; beta-cypermethrin; microcalorimetry; the total thermal effect; soil microbial activities目 录第一章 绪论- 1 -第一节 土壤微生物- 1 -1.1.1 土壤微生物简介- 1 -1.1.2 农药和肥料对土壤微生物的影响- 1 -第二节 实验所用杀虫剂简介- 2 -1.2.1毒死蜱- 2 -1.2.2高效氯氰菊酯- 2 -第三节 实验选材说明- 3 -第二章 实验方法和仪器- 5 -第一节 微量量热技术的应用- 5 -2.1.1微量量热法介绍- 5 -2.1.2微量量热法的意义- 5 -2.1.3微量量热法在生命科学研究中的展望- 5 -第二节 主要实验仪器- 6 -2.1.1TAM III多通道微量量热仪- 6 -2.2.2其他仪器设备- 6 -第三章 实验部分- 7 -第一节 原料和方法- 7 -3.1.1试剂- 7 -3.1.2土壤样品- 7 -第二节 实验数据的测定- 7 -3.2.1物理化学性质测定- 7 -3.2.2微量量热数据的测定- 7 -第四章 结果与讨论- 8 -第一节 各项实验结果的讨论- 8 -4.1.1土壤物理化学特性- 8 -4.1.2 微量热法测得的实验结果- 8 -4.1.3功率-时间曲线- 9 -4.1.4总热效应(QT)- 11 -4.1.5总热效应和杀虫剂浓度的关系- 12 -4.1.6最大放热功率(PM)，峰值时间(TM)和农药浓度(C)的关系- 12 -4.1.7微生物生长常数(k)和农药浓度的关系(C)- 13 -4.1.8抑制率(I)和半抑制浓度(IC50)- 13 -第五章 结论- 15 -第一节 结论和推测- 15 -第二节 意见和建议- 15 -致 谢- 16 -参考文献- 17 -第一章 绪论第一节 土壤微生物1.1.1 土壤微生物简介土壤生态系统中的各种生物相互作用，形成复杂的土壤食物网，正是这些土壤生物的活动，使土壤生态系统具有各种各样的生态服务功能。由于土壤中微生物数量庞大，作用复杂，在土壤生物的研究中占据重要地位。土壤微生物包括原核微生物如细菌、蓝细菌、放线菌及超显微结构微生物，以及真核生物如真菌、藻类(蓝藻除外)、地衣等。它们是土壤有机质(C)和土壤养分(N、P等)转化和循环的主要推动力，并参与腐殖质形成等生化过程，在土壤生态系统中起着非常重要的作用。近年来由于农药和杀虫剂的使用、人口的增加、自然资源的过度开发、环境污染的加剧以及外来物种的入侵，土壤生物多样性受到了强烈的干扰，许多土壤微生物类群的多样性降低甚至消失1。因而，生物多样性在维持土壤质量、维护陆地生态系统的稳定和健康方面的重要作用日益引起人们的关注。由于土壤微生物的复杂性、土壤本身的多变性和研究方法不完善等原因的限制，以往人们对土壤微生物多样性的研究与动、植物相比远远落后。随着现代生物学尤其是多聚酶链反应(PCR)、核酸测序等分子生物学技术的迅速发展，人们对土壤微生物多样性有了更深入的了解2。1.1.2 农药和肥料对土壤微生物的影响农药包括除草剂、杀真菌剂和杀虫剂等，不同农药对土壤微生物的影响不同，可能对土壤微生物产生不同程度的抑制作用，也可能使土壤微生物多样性和生物量减少，还可能使土壤微生物群落结构和功能发生改变。Fantroussi研究了经敌草隆(diuron)、利谷隆(linuron) 和绿麦隆(chlorotoluron)3种脲除草剂处理10年后的土壤中微生物群落的变化，结果表明，使用除草剂后，土壤微生物多样性降低，其群落结构和代谢能力受到明显影响3；Sigler和Turco对杀菌剂百菌清在草坪、森林和农业土壤上的应用研究结果表明，百菌清使土壤细菌和真菌的群落结构都发生改变；杀虫剂也可能影响土壤微生物多样性和活性，如Yang等对杀虫剂triadimefon的研究表明，杀虫剂在DNA水平上影响土壤微生物群落多样性，且受杀虫剂污染的土壤的有机碳含量和微生物生物量中碳含量都较低。施肥对土壤微生物多样性及活性的影响非常复杂。可能与肥料的种类、施用方式(施用量、长期施用或短期施用)、土壤类型和利用方式等因素有关。Marschner等的实验结果表明，长期施用有机肥使得G+/G和细菌/真菌的比例提高，细菌和真核微生物群落多样性受土壤有机碳和C/N比的影响；而Sun等的实验结果则是：自然的和经过有机肥处理的土壤微生物群落多样性相似，但是与化肥处理的差异明显，石灰处理对多样性的影响较小。Sarathchandra等认为无机氮肥和磷肥对土壤微生物多样性无明显影响3。第二节 实验所用杀虫剂简介1.2.1毒死蜱英文名称：chlorpyrifos化学名称：0,0-二乙基-0-3、5、6-三氯-2-吡啶基硫逐磷酸酯实验式：C9H11Cl3NO3PS分子量：350.5分子结构：理化性质和毒性：白色结晶固体，密度1.398g/mL。溶点42.5-43，25时水中的溶解度为2mg/L，丙醇中为650g/L，苯中为190g/L，二甲苯中为400mg/L，甲醇中为45g/L。工业品具有似煤油或松节油味。不溶于水，易溶于苯、乙醚4。毒性：急性口服LD50，雄大鼠163mg/kg；雌大鼠135mg/kg。毒死蜱属中等杀虫剂。对眼睛有轻度刺激，对皮肤有明显刺激，长时间接触会产生灼伤。在试验剂量下未见致畸、致突变、致癌作用。在动物体内能很快解毒，对鱼和水生动物毒性较高，对蜜蜂有毒5，6。产品特点：毒死蜱国内目前有乳油、颗粒剂、微乳剂等剂型。其中以40.7%乳油（ 同一顺、乐斯本）含量最高；大部分为40%乳油（ 新农宝、毒死蜱、博乐），使用中以乳油最多，效果好；颗粒剂主要用于蔬菜、瓜类地下害虫的防治，是取代高毒农药3%呋喃丹颗粒剂的优良品种；30% 微乳剂正在逐步推广。毒死蜱属中毒农药，对鱼类及水生生物毒性较高，在叶片上残留期一般为)5-7天，在土壤中残留期较长。对多数作物没有药害，但对烟草、番茄叶面喷雾比较敏感。1.2.2高效氯氰菊酯英文名称：beta cypermethrin化学名称：2,2-二甲基-3-（2 ,2-二氯乙烯基）环丙烷羧酸-氰基-（3-苯氧基）-苄酯实验式 ：C22H19Cl2NO3分子量 ：415.07分子结构：理化性质和毒性：熔点 64-71（峰值67），密度1.32g/ml(理论值)，0.66g/ml(结晶体，20) ，溶解度 在pH=7的水中，51.5(5)、93.4 (25)、276.0 (35)g/l(理论值)，异丙醇11.5，二甲苯749.8，二氯甲烷3878，丙酮2102，乙酸乙酯1427，石油醚13.1（均为mg/ml, 20) 外观：原药为无色或淡黄色晶体。稳定性：150,空气及阳光下及在中性及微酸性介质中稳定。碱存在下差向异构，强碱中水解。毒性：工业品。大鼠急性经口LD50 649mg/kg, 急性经皮LD50>5000mg /kg，对兔有轻微皮肤和眼刺激。对豚鼠不致敏。大鼠的急性吸入LC50 >1.97mg/l(小时)。4.5%乳油：大鼠急性经口LD50853mg/kg, 急性经皮 LD501830mk/kg。5%可湿粉：小鼠急性经口LD50 2549mg/kg，急性经皮  LD50>3000mg /kg4，5。产品特点：拟除虫菊酯是一类含有苯氧烷基的环丙烷酯，自其研制成功并投放市场以来，因其高效低毒而得到广泛使用。高效氯氰菊酯是拟除虫菊酯类的广谱性杀虫剂，为一种神经轴突毒剂，适用于棉花、水稻、蔬菜、果树和茶叶等多种作物上害虫的防治。随着应用范围的扩大，高效氯氰菊酯在土壤环境和水环境中存在的剂量日渐增加，由此对土壤和水体造成的负面影响受到广泛的关注5，6。第三节 实验选材说明食物的短缺不仅导致饥饿和营养不良，也容易诱发一系列经济和社会问题 7。可以采用的解决方法是增加农作物的亩产量。但是，这种单一的增长可能导致严重的环境后果 7。目前的粮食增产方法不能达到既增加农业产出，又保证一个高质量环境的目的。因此，需要除草剂，杀虫剂，肥料，杀真菌剂的使用7。在农业中使用农药是一个大家关心的环境问题，因为这些化学物质是经过验证的作为潜在污染物的来源8-10。毒死蜱在中国的农业中被广泛应用来控制虫害。它的应用形式包括直接作用于土壤和杀灭昆虫11。毒死蜱的溶解度很低(1.39 mg/L)，土壤吸附系数很高(av Koc = 8498 mL/g) 12，毒死蜱在土壤中的分解涉及到微生物的降解作用和光解作用13,14。水生环境中的水解反应15在碱性环境和一些金属离子溶液(Cu2+)中速度加快。合成除虫菊酯分为明显不同的两类，作用于神经类型和生物化学类型16，第一种除虫菊酯（即氯菊酯和胺菊酯）作用于神经；第二种除虫菊酯（即氯氰菊酯和溴氰菊酯）占有一个氰基团，产生很多复杂的化合物17。高效氯氰菊酯属于第二种除虫菊酯杀虫剂，是一种合成菊酯。在中国，自从1988年以来，最先生产和应用在对农业害虫的控制18，高效氯氰菊酯在除虫菊酯类杀虫剂市场占有率超过50%的份额19。最近几年，在我国它作为唯一一种氯氰菊酯被广泛应用在控制虫害上20。土壤微生物在环境中扮演的角色是很重要的，例如无机化合物循环，分解有机物，控制/抑制植物的生长，形成不同种类的土壤21。微生物的活动可以通过呼吸作用和氮素矿化作用来评估土壤中化学农药的影响 22。通过微量量热法测定单位面积内的生物量和生物活性是一种重要的方法。最终的结果显示这种方法可以定性和定量分析微生物活性，从而作为土壤退化的早期预警信号23。本次实验主要的研究目标集中在毒死蜱和高效氯氰菊酯两种杀虫剂。这次实验中，土壤微生物活性通过记录微生物功率-时间曲线来测定，农药有选择的使用了毒死蜱和高效氯氰菊酯，这两种杀虫剂都属于低毒到中毒的毒性范围，实验过程中对环境产生的副作用比较小。记录毒死蜱和高效氯氰菊酯有规律的增加引起的微生物热效应的变化。第二章 实验方法和仪器第一节 微量量热技术的应用2.1.1微量量热法介绍微生物细胞内的各种代谢过程，都伴随着能量的转移和热变化。具有足够灵敏度的微量热计可直接测量微生物的代谢活性，连续检测微生物代谢过程所产生的热量，从而可对活细胞代谢过程进行研究，得到整个代谢过程的热活性信息。每种微生物的代谢热谱都有自己的特征24。由于微生物的代谢过程与实验条件密切相关，因而实验条件及有关参数的改变必然导致代谢过程的改变。微生物代谢产热曲线代表着微生物代谢的特征，反了代谢过程中生理、生化特征变化的情况，据此可以对微生物不同代谢过程进行研究。微生物代谢过程产热，不仅因菌种和菌株的不同而有差异，而且当测定方法、温度、培养基、接种量、保存期、pH 值、代谢类型等改变时，其热谱和热力学参数都发生相应的变化，这些热动力学信息对于微生物代谢过程的研究有重要意义24，25。2.1.2微量量热法的意义微量量热法是生物热动力学研究的重要方法，它是通过研究体系在一定过程中的热效应，来探索体系的机理。对于生物体的研究，由于生物产热过程的强度低、反应慢（生命周期长），用一般的量热技术很难获得满意结果26。因而，微量热技术是近代热化学，尤其是微生物领域的基本实验手段。本文所用的微量热法是基于自动、连续监测变化过程的热效应而建立的热化学方法。2.1.3微量量热法在生命科学研究中的展望微量量热法对生物体系研究，无论从热化学还是从生物学方面来看都在经典领域的基础上向前跨进了一大步，对促进学科之间的交叉渗透起着重要作用，同时也深化了各学科自身的研究水平。除上述介绍过的几个方面之外，微量热法应用于生物学和微生物学方面的研究还可作更多的工作。例如在能量代谢方面微量热法可直接测量各种微生物的能量代谢水平。目前通过微量热法测定可以得到各种单个细胞代谢的热输出功率26，27。如Wadso等测得淋巴瘤细胞的代谢热为6.1pW/Cell；武汉大学课题组测得大肠杆菌细胞的代谢热为1.7pW/Cell。这一类基础数据对于微生物生理学研究代谢的能量关系无疑是很有意义的。另外，对于微生物各种典型代谢过程，如生长代谢、内源代谢和静息细胞的非生长代谢的热动力学机理，也可望用微量热法进行研究。更进一步看，化学学科和生物学科的结合正好符合当前科研方向：从定性到定量；从静态到动态；从平衡态到非平衡态的方向发展。70年代末著名物理化学家I. Prigogine以其创立的耗散结构理论获得诺贝尔奖。这一理论为人们研究生命过程中的非平衡态下的不可逆过程热力学提供了理论基础，这就使人们能首先从微生物的代谢过程入手，用包括微生物学的方法进行不可逆过程的热力学研究，为耗散结构理论在研究生命过程中找到更充实的实验依据27-29。综上所述，量热学与生命科学相互结合起来的研究工作，无论在学科的基础理论，还是在技术应用上，都是目前很有生命力的方向，值得共同努力加以研究。第二节 主要实验仪器2.1.1TAM III多通道微量量热仪由瑞典Thermometric AB公司生产，是该公司的旗舰产品，集合了高量热精度和温度稳定性，在医药，生物和材料科学领域应用广泛，常规应用于微生物热分析，材料表征和交互作用。TAM III系统完善了TAM仪器Q系列差示扫描量热产品线，并且巩固了TAM仪器的业界领导者地位。TAM III是TAM仪器出品的新一代多通道、微量热系统。TAM提供了最大的灵敏度、灵活性等性能表现。它可以配合使用最灵敏的微量热计和多种附件来精确控制实验条件。在TAM III中，最多同时可安装四个独立不同的量热计，进行重复或完全不同类型的实验。TAM III是完全模块化的，从而可以添加多个量热计以增加样品的容量和扩展仪器的功能。若增加包含6个独立微型量热计的多通道量热计，可以充分的提高样品通量。TAM III使用专利技术的恒温槽，可以精密的将水浴的温度变化控制在0.0001°C以内，能够运用于等温、步阶恒温或者温度扫描模式下。性能参数(1) 恒温介质油（水）(2) 量热通道 1-4(3) 温度范围 15 - 150°C (90°C)(4) 精度 < ± 0.1 K(5) 长期稳定性 < ± 100 µK/24h(6) 短期稳定性 < ± 10 µK (p-p)(7) 扫描速率 < ± 2 K/h (在20 - 150°C之间)(8) 温度智能步阶变化(9) 加热 15 K/h at 15°C - 2 K/h at 150°C(10) 冷却 15 K/h at 150°C - 1.5 K/h at 15°C 2.2.2其他仪器设备梅特勒-托利多 电子天平，精密度0.0001g第三章 实验部分第一节 原料和方法3.1.1试剂葡萄糖 硫酸铵 毒死蜱 高效氯氰菊酯 3.1.2土壤样品土壤样品从华中农业大学采集，之前没有受到过农药污染。所有的样品都采集于冬末春初的2月，选择这个时间是因为人为因素的影响最小。在2月，平均环境温度是2-8 ºC，平均降雨量是60-90 mm。 随机选择了10个采集点来采集土壤样品，移除最顶层土壤，样品的采集深度从1-15 cm。从一个采集点采集的所有样品被混合，风干，筛分成直径小于2 mm的土壤颗粒，在4 ºC的温度下放在聚乙烯袋中储存。土壤样品被分成两个部分分别用微量热法和物理化学的方法来研究。用微量热法测定的部分样品在4 ºC的温度下放在聚乙烯袋中储存3个月，然后用微量量热仪进行实验。用物理化学方法测定的另一部分在100 ºC的条件下烘干。取样和物理化学部分实验由华中农业大学郑世学完成。第二节 实验数据的测定3.2.1物理化学性质测定在筛分后，按以下步骤进行：使用PH计(Beckman 690)来确定土壤的PH。电极的插头浸没在土壤溶液表面，溶液由10g土壤和25 mL去离子水混合。C，H，N元素由元素分析仪分析出来(VARIO EL3, Germany)。Na+，K+， Mg2+， Ca2+ 和可溶性磷 (P) 的含量通过以下方法测出，5.0 g 土壤样品溶解在50.0 mL溶液中(溶液成分：0.2 M乙酸, 0.25 M硝酸铵，0.015 M氟化铵，0.013 M 硝酸和0.001 M EDTA，pH 2.5)。Na+ 和K+的含量由火焰光谱法测得，P的含量由分光光度法测出。Mg2+ 和Ca2+的含量由原子吸光光谱法测定。3.2.2微量量热数据的测定使用TAM III，从量热法曲线中得到每个发热量功率，连续做实验，把4.0 mL毒死蜱农药密封在安瓿瓶中来测定热效应，评估毒死蜱和高效氯氰菊酯对土壤微生物活性的影响，按照以下几个步骤进行。由1.2 g土壤加上丙酮溶液(24 µL)，包含不同的杀虫剂剂量，从0 到720 µg，得到相应的浓度从0 到 600 µg/g。当丙酮完全挥发干燥以后，添加0.3 mL营养液（2.5 mg葡萄糖和2.5 mg硫酸铵）到瓶中。另外，也用0.3mL蒸馏水来代替营养液进行实验，探究在自然条件下毒死蜱和高效氯氰菊酯对土壤微生物的影响。参考条件是1.2g土壤加上0.3mL蒸馏水。实验在28 ºC的温度下进行。实验的湿度控制在35%。土壤样品的功率-时间曲线在这次实验中得到检验。第四章 结果与讨论第一节 各项实验结果的讨论4.1.1土壤物理化学特性在封闭系统中土壤中微生物活性的变化受土壤和外在条件的影响，因此，内在的物理化学性质例如pH，有机质含量，和元素组成是很重要的决定因素。物理化学性质(表1)的实验结果由三份独立样的算术平均值给出。表1 土壤样品主要成分物理化学性质pHC(g/kg)N(g/kg)C/NH(g/kg)P (mg/kg)Na+ (mg/kg)K+ (mg/kg)Ca2+ (mg/kg)Mg2+ (mg/kg)6.7110.81±1.611.19±0.019.086.51±0.3021.0719.47159.652679.35430.234.1.2 微量热法测得的实验结果表2不同浓度杀虫剂对土壤微生物活性影响的实验结果杀虫剂C(µg/g)QT(J)PM(µW)TM(min)k(h-1)RI(%)IC50(µg/g)参照样02.3229.050.0NMNMNM28.34控制样015.59388.49681.50.2760.999530.00毒死蜱1015.69331.04831.50.2320.9999515.942013.69258.791190.50.1520.9998944.934015.48227.721339.00.1160.9994957.978015.92230.781281.50.1230.9994855.4315015.1699.162721.50.0100.9993496.3830016.0793.972665.00.0100.9999196.3860013.2286.362120.00.0090.9903496.74高效氯氰菊酯1014.48416.73933.50.2410.9999612.68108.942017.84366.75950.50.2140.9999622.464015.48331.22899.00.2150.9999022.108017.25295.87877.50.2110.9999223.5515015.38174.461782.00.0350.9996387.3230017.16129.172439.00.0220.9997692.0360016.37113.772685.50.0160.9992394.20C-浓度；QT-总热效应；PM-最大放热功率；TM- 峰值时间； k-生长常数；R-相关性；I-抑制率； IC50-半抑制浓度；NM-无法确定4.1.3功率-时间曲线在这次研究中，微量量热法实验的结果在两种情况下得出，分别是含有和不含有营养物质。土壤微生物活性的变化在曲线中得出，图1-a。在这些样品中，毒死蜱作为外来碳源加入，土壤微生物表现出一种非常迟缓的新陈代谢生长曲线热输出。所有的曲线显示一个类似的形状，并且没有峰值出现。此外，所有曲线最终显示水平状态。(图1)当毒死蜱的浓度从10-600 µg/g，轻微地促进土壤微生物的生长。结果显示新鲜土壤中的土壤微生物未能降解毒死蜱，并且利用少量土壤有机质缓慢生长。土壤一般是一个贫瘠的生态系统，而这也制约了土壤微生物活性。添加可利用的营养物质例如葡萄糖和硫酸铵可以刺激很大比例的单位面积生物量的生物活性。导致呼吸作用和放热功率大幅度增强。图1土壤样品加入0.3 mL包括2.5 mg葡萄糖和2.5 mg硫酸铵的营养液的功率-时间曲线。在一个短暂的停滞期之后，形成对数生长期，然后是曲线的下降期。随着毒死蜱用量的不同对微生物导致不同的毒性作用。使用不同量的毒死蜱导致土壤中微生物群落新陈代谢的发展形成不同曲线A-G在图1一个明显的活性的可变性显示出来。与控制样相比的是，最大放热功率(PM)减少，峰值时间长时间推迟(TM)。功率-时间曲线，从0到80 µg/g与150 到600 µg/g时有很大的不同，正如图1上看到的。当毒死蜱的浓度应用到150到600 µg/g，土壤微生物降解葡萄糖需要更长的时间，峰值时间明显延缓。一个重要的特征是当浓度范围在0 到 80 µg/g，由于毒死蜱的作用，曲线从峰值到基线的衰落比较平缓。在峰值之后明显变形。当功率-时间曲线达到最大值，土壤样品中的葡萄糖物质完全消耗尽。对曲线的变形提出两个假设，一种假设是，当葡萄糖完全耗尽时，微生物开始使用残留的硫酸铵作为能量来源。另一种假设是，当葡萄糖耗尽后，一部分微生物开始分解死亡的微生物保持活性，相当于葡萄糖对呼吸作用产生影响30。图1：1.2g土壤样品在28 ºC的微生物活性功率-时间曲线，(a)表示0.3 mL蒸馏水添加不同浓度的毒死蜱；(b) 0.3 mL营养液添加不同浓度的毒死蜱，分别是(A) 10，(B) 20，(C) 40， (D) 80，(E) 150，(F) 300，(G) 600 µg/g (H)涉及两个曲线，控制样为1.2 g土壤只加0.3 mL营养液；参照样为1.2 g土壤只加0.3 mL蒸馏水图2描述了在提供和不提供高效氯氰菊酯下的功率-时间曲线。一开始，10 µg/g的高效氯氰菊酯并不限制土壤微生物的活性，最大放热功率是416.73 µW，比控制样高出28.24 µW。当高效氯氰菊酯浓度增加时，所有最大放热功率都减少。当高效氯氰菊酯浓度从0到80 µg/g时，峰值时间非常一致。当浓度是10，20，40和 80 µg/g对应的峰值时间TM分别是933.5，950.5，899.0 和877.5 min。与毒死蜱相似的是，每个功率-时间曲线都变形，在80 µg/g变形最大。当超过150 µg/g时，形变逐渐消失。在D曲线出现了双峰 (图2)，峰值时间分别是877.5 和1196.5 min，相应的放热功率分别是295.87和 221.22 µW。当一种微生物在两种营养来源中生长，会出现双峰现象，已经被做过研究31。向样品中添加葡萄糖和硫酸铵对微生物提供N和S来合成氨。有可能一些化能微生物当葡萄糖成为限制因素利用硫酸铵作为能量来源31。图2：1.2g土壤样品在28 ºC的微生物活性功率-时间曲线，(a)表示0.3 mL蒸馏水添加不同浓度的高效氯氰菊酯(b) 0.3 mL营养液添加不同浓度的高效氯氰菊酯，分别是(A) 10，(B) 20，(C) 40，(D) 80，(E) 150，(F) 300，(G) 600 µg/g(H)涉及两个曲线，控制样为1.2 g土壤只加0.3 mL营养液；参照样为1.2 g土壤只加0.3 mL蒸馏水4.1.4总热效应(QT)在曲线中得到量热法数据来确定热效应。从而总热效应(QT)可以综合功率-时间曲线区域面积来计算出来32。没有使用农药的总热效应曲线(图1或图2)，描绘了在安瓿瓶中的土壤微生物在葡萄糖为能量的条件下进行的标准新陈代谢。另外的热效应-时间函数A-G(图1和图2) 显示了使用毒死蜱和高效氯氰菊酯对土壤微生物活性的影响。毒死蜱和高效氯氰菊酯影响土壤微生物群落的新陈代谢，产生功率-时间曲线上的变化。热效应的结果应当与土壤微生物在营养物质和杀虫剂影响下的代谢活动联系起来 33。使用农药剂量的不同导致土壤微生物活性的明显变化，在功率-时间曲线上体现出来32。在不添加农药的情况下总热效应是15.59 J，这个结果是土壤微生物在安瓿瓶中只分解葡萄糖获得能量取得的。在有氧条件下，葡萄糖被消耗生成最终代谢产物水和二氧化碳。前面有研究，当除草剂2,4-D加入到土壤样品中，最终产物有一些代谢物由2,4-D衍生而来，被分解到水中，而且部分二氧化碳由于分解2,4-D反应生成32。然而，在这次实验中，土壤微生物被证实不能会分解毒死蜱和高效氯氰菊酯。当营养物质数量减少时，土壤微生物发生放热作用32，34，活跃性包括两个过程，消耗营养物质引起的放热的分解代谢和由于微生物生长引起的吸热的合成代谢。活跃性涉及到耗氧的速率和二氧化碳的生成35。4.1.5总热效应和杀虫剂浓度的关系毒死蜱和高效氯氰菊酯在土壤中的使用影响总热效应，图3。浓度变化对总热效应的改变很小，毒死蜱的变化范围是从13.22 到 16.07 J，高效氯氰菊酯的变化范围范围从14.48 到17.84 J。 在图1中，土壤微生物在培养过程中被证明没有能够降解毒死蜱和高效氯氰菊酯。一方面，证明营养溶液可以促进土壤微生物生长速率加快，另一方面，毒死蜱和高效氯氰菊酯可以抑制土壤微生物的生长。在加了农药情况的总热效应几乎和没有加农药情况下相等，也表明土壤微生物群落没有能够降解毒死蜱和高效氯氰菊酯。总热效应的微小改变说明可能在安瓿瓶实验条件下微生物对葡萄糖的利用效率不同。图3：总热效应与杀虫剂浓度之间的关系（A表示毒死蜱的浓度和总热效应的关系；B表示高效氯氰菊酯的浓度和总热效应的关系）4.1.6最大放热功率(PM)，峰值时间(TM)和农药浓度(C)的关系图4-A描述了使用毒死蜱不同浓度条件下最大放热功率和达到峰值时间的关系。当毒死蜱浓度从0 增加到 600 µg/g，最大放热功率从388.49 减少到 86.36 µW，峰值时间从681.5 增加到 2120.0 min。一个有意义的特征是当毒死蜱浓度从80 到150 µg/g，最大放热功率从230.78 急剧下降到 99.16 µW，伴随着峰值时间从1281.5 急剧上升到 2721.5 min。最大放热功率的下降可能涉及到毒死蜱的物理性质。它的高土壤吸附系数(av Koc = 8498 mL/g)显示它可以被土壤有机质强有力的吸附，使得微生物不容易分解葡萄糖。随着毒死蜱量的增加，土壤对毒死蜱的吸附量增大，可能会抑制土壤微生物利用葡萄糖36。高效氯氰菊酯的曲线显示的类似的趋势(图4-B)。图4：最大放热功率(PM)，峰值时间(TM)和所加杀虫剂浓度(C)的关系：A毒死蜱；B高效氯氰菊酯4.1.7微生物生长常数(k)和农药浓度的关系(C)微生物生长速率常数从生长曲线对数期斜率计算出33。微生物生长速率常数可以看做分解葡萄糖的系数，可以表达微生物反应分解原料的速度37。毒死蜱或高效氯氰菊酯的使用导致微生物生长速率常数的下降，见图5。当毒死蜱和高效氯氰菊酯的浓度从0增加到600 µg/g，微生物生长速率常数分别从0.276 h-1降低到 0.009 h-1和0.016 h-1。当毒死蜱和高效氯氰菊酯从80 到150 µg/g，微生物生长速率常数分别急剧下降，从0.123 到 0.010 h-1 和从0.211 到0.035 h-1。结果显示毒死蜱和高效氯氰菊酯的增加可以