环境工程毕业论文

1、 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

2、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 摘摘 要要 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

3、%的湿度和 28 c 的温度下培养。农药的量逐渐增加，从 0 到 720g，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：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 abstract investigation of pesticide mainly focuses on

4、 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

5、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 me

6、tabolism, 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 c. po

7、wer-time curves recorded on calorimeter were followed by an increasing amount of pesticide, from 0 to 720 g, 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

8、 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

9、 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 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论.- 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

10、 - 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 - 第二章第二章 实验方法和仪器实验方法和仪器.- 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 - 第三章第三章 实验部分实验部分.- 7 - 第一节 原料和方法 .- 7 - 3.1.1 试剂.- 7 - 3.1.2

11、 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 - 第四章第四章 结果与讨论结果与讨论.- 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

12、(c).- 13 - 4.1.8 抑制率(i)和半抑制浓度(ic50).- 13 - 第五章第五章 结论结论.- 15 - 第一节 结论和推测 .- 15 - 第二节 意见和建议 .- 15 - 致致 谢谢.- 16 - 参考文献参考文献.- 17 - 第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 土壤微生物土壤微生物 1.1.1 土壤微生物简介土壤微生物简介 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

13、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。

14、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

15、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，

16、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。 第二节第二节 实验所用杀虫剂简介实验所用杀虫剂简介 1.2.1 毒死蜱毒死蜱 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

17、，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、

18、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

19、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 ld505000mg /kg，对兔有轻微 皮肤和眼刺激。对豚鼠不致敏。大鼠的急

20、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 ld503000mg /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

21、。 第三节第三节 实验选材说明实验选材说明 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 =

22、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

23、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

24、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。 第二章第二章 实验方法和仪器实验方法和仪器 第一节第一节 微量量热技术的应用微量量热技术的应用 2.1.1 微量量热法介绍微量量热法介绍 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

25、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

26、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

27、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

28、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。 第二节第二节 主要实验仪器主要实验仪器 2.1.1tam iii 多通道微量量热仪多通道微量量热仪 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

29、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

30、0.0001c 以内，能够运用于等温、步阶恒温或者温度扫描模式下。 性能参数性能参数 (1)恒温介质油（水） (2)量热通道 1-4 (3)温度范围 15 - 150c (90c) (4)精度 0.1 k (5)长期稳定性 100 k/24h (6)短期稳定性 10 k (p-p) (7)扫描速率 2 k/h (在 20 - 150c 之间) (8)温度智能步阶变化 (9)加热 15 k/h at 15c - 2 k/h at 150c (10) 冷却 15 k/h at 150c - 1.5 k/h at 15c 2.2.2 其他仪器设备其他仪器设备 梅特勒-托利多 电子天平，精密度 0.0

31、001g 第三章第三章 实验部分实验部分 第一节第一节 原料和方法原料和方法 3.1.1 试剂试剂 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 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 c，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 c 的温度下放在聚乙烯袋中储存。土壤样品被分成两个

32、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 c 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 c 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。 第二节第二节 实验数据的测定实验数据的测定 3.2.1 物理化学性质测定物理化学性质测定 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

33、+，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

34、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 l)，包含不同的杀虫剂剂量，从 0 到 720 g，得到相 应的浓度从 0 到 600 g/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 c 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。 第四章第四章 结果与讨论结果与讨论 第一

35、节第一节 各项实验结果的讨论各项实验结果的讨论 4.1.1 土壤物理化学特性土壤物理化学特性 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(表表 1)的 实验结果由三份独立样的算术平均值给出。 表表 1 土壤样品主要成分物理化学性质 ph c (g/kg) n (g/kg) c/n h (g/kg) p (mg/kg) na+ (mg/kg) k+ (mg/kg) ca2+ (mg/kg) mg2+ (mg/kg) 6.7110.811.611.190.019.086.510.3021.0

36、719.47159.652679.35430.23 4.1.2 微量热法测得的实验结果微量热法测得的实验结果 表表 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 (g/g) qt (j) pm (w) tm (min) k (h-1) r i (%) ic50 (g/g) 参照样02.3229.050.0nmnmnm 控制样015.59388.49681.50.2760.999530.00 1015.69331.04831.50.2320.9999515.94 2013.69258.791190.50.1520.9998944.93 4015.48227.721339.00.1

37、160.9994957.97 8015.92230.781281.50.1230.9994855.43 15015.1699.162721.50.0100.9993496.38 30016.0793.972665.00.0100.9999196.38 毒死蜱 60013.2286.362120.00.0090.9903496.74 28.34 1014.48416.73933.50.2410.9999612.68 2017.84366.75950.50.2140.9999622.46 4015.48331.22899.00.2150.9999022.10 8017.25295.87877.50

38、.2110.9999223.55 15015.38174.461782.00.0350.9996387.32 30017.16129.172439.00.0220.9997692.03 高效氯氰菊 酯 60016.37113.772685.50.0160.9992394.20 108.94 c-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 功率功率-时间曲线时间曲线 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，图图

39、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。(图图 1)当毒死蜱 的浓度从 10-600 g/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。 图图 1 土壤样品加入 0.3 ml 包括 2.5 mg 葡萄糖和 2.

40、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 g/g 与 150 到 600 g/g 时有很大的不同， 正如图图 1 上看到的。当毒死蜱的浓度应用到 150 到 600 g/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

41、0 到 80 g/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。 图图1：1.2g土壤样品在28 c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，(

42、e) 150，(f) 300，(g) 600 g/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 g/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 w，比控制样高出 28.24 w。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 g/g 时，峰值时间非常一致。当浓度是 10，20，40 和 80 g/g 对应的峰值时间 tm分别是 933.5，950.5，899.0 和 877.5

43、 min。与毒死蜱相似的是，每个功率-时间曲线都 变形，在 80 g/g 变形最大。当超过 150 g/g 时，形变逐渐消失。在 d 曲线出现了双峰 (图图 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 w。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。 图图2：1.2g土壤样品在28 c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

44、(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 g/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(图图 1 或图图 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(图图 1 和图图

45、 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

46、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。 在图图 1 中，土壤

47、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 最大放热功率最大放热功率(pm)，峰值时间，峰值时间(tm)和农药浓度和农药浓度(c)的关系的关系 图

48、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 g/g，最大放热功率从 388.49 减少到 86.36 w，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 g/g，最大放 热功率从 230.78 急剧下降到 99.16 w，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

49、，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(图图 4-b)。 图图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 微生物生长常数微生物生长常数(k)和农药浓度的关系和农药浓度的关系(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，见图图 5。当毒死蜱和 高效氯氰菊酯的浓度从 0 增加到 600 g/g，微生物生长速率常数分别从

50、 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 g/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 菊酯的增加可以降低微生物分解葡萄糖的速度。生长速率常数的减少伴随着土壤对农药吸 附的增强很好的说明了为什么农药可以促使峰值时间的推迟。 4.1.8 抑制率抑制率(i)和半抑制浓度和半抑制浓度(ic50) 已经被证实的是，高浓度的杀虫剂明显抑制土壤微生物的生长。抑制率可以被定义为 i = (k0 - kc)/ k0 100%，k0是生长

51、速率常数，kc是土壤微生物受到浓度为 c 的抑制剂抑制 时的生长速率常数38。 抑制率，来自微生物生长速率常数，与生长速率常数显示相反的趋势。见图图 5。当毒 死蜱和高效氯氰菊酯为 80 g/g，抑制率分别是 55.43 和 23.55%，在毒死蜱和高效氯氰菊 酯为 150 g/g，抑制率突然攀升到 96.38 和 87.32%。半抑制浓度(ic50)，引起 50%的微生 物生长速率常数，对毒死蜱和高效氯氰菊酯分别是 28.34 和 108.94 g/g，见图图 5。结果显 示了毒死蜱对土壤微生物的影响大于高效氯氰菊酯。 图图 5：生长常数(k)， 抑制率(i)和杀虫 剂浓度(c)的关系 第五

52、章第五章 结论结论 第一节第一节 结论和推测结论和推测 当在土壤样品中只添加 0.3ml 蒸馏水和一定量的杀虫剂，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。 农药剂量的增加导致土壤微生物活性明显降低。 从半抑制浓度看，毒死蜱对土壤微生物活性的影响大于高效氯氰菊酯。 这些结果表明了当更大量的毒死蜱和高效氯氰菊酯使用后，土壤有机物的分解会有困 难，引起生态系统的混乱。在微生物不分解农药的情况下，本次实验测得的两种农药的总 热效应，可以关联到其他农药中来。 第二节第二节 意见和建议意见和建议 由于实验条件和一些其他因素的限制，本次毕业论文也有很多不足之处。

53、 比如，需要进一步的研究来探测在土壤中残留的毒死蜱和高效氯氰菊酯量来确认农药 是否被分解以及被分解的程度；应该分析安瓿瓶中微生物代谢产生的气体成分和含量；两 种农药的微量热曲线并没有显示比较大的不同，没有做到很好的对照意义；还需要探讨其 他环境因素的影响，例如 ph，温度，湿度，碳源，其他生物对土壤微生物活性的影响。 致致 谢谢 本论文是在姚俊老师的指导下完成的。首先向姚俊老师表达衷心的感激之情。 实验是一个学习的过程。从2007年9月开始，现在已经到德国学习的周泳博士就在指 导我基本的实验操作，基本仪器的使用，以及实验应该注意的细节。周泳博士严谨的态度 给我留下了深刻印象。还要感谢王飞师兄，

54、陈海燕师姐的帮助，陈海燕师姐耐心的讲解了 论文的写作方式，需要注意的问题，tam iii仪器的使用方法，origin7.5软件的使用方法。 也要特别感谢庄认生同学的帮助，庄认生同学给我提供了很多资料，并且在实验方面给了 很多指导。在他们的关心和帮助下，我终于完成了毕业设计，谨在此向他们表示衷心的感 谢。 大学四年，我认识了很多老师和同学。感谢给我上过课的老师们。感谢一起走过四年 的同班同学们，为我留下一段难忘的记忆。 感谢我的父母，感谢他们对我多年的培养，感谢他们始终支持和帮助我完成学业。 最后，感谢中国地质大学（武汉）对我4年的培养。我想，最后应该怀着一颗感恩的 心走出校门。 同时，为汶川大

55、地震遇难者默哀，希望活着的人能够更好地重建家园。 参考文献参考文献 1周桔，雷霆，土壤微生物多样性影响因素及研究方法的现状与展望，生物多样性， 2007, 15 (3): 306311 2p g well, k lee, c blaise et al. advances, techniques and practive. boca raton: crc press, 1998: 539547. 3章家恩，刘文高，微生物资源的开发利用与农业的可持续发展，土壤与环境， 2001.10(2) 154-157 4k.d. racke, environmental fate of chlorpyrifo

56、s, rev. environ. contam. toxicol. 131 (1993) 1-154. 5郭达伟, 曾军, 陈淮川，毒死蜱与高效氯氰菊酯混配对菜青虫的田间药效试验， pesticide science and administration ，2007, 28( 7) 6d.e. ray, j.r. fry, a reassessment of the neurotoxicity of pyrethroid insecticides, pharmacol. ther. 111 (2006) 174-193. 7e.r. kenawy, d.c. sherrington, a. a

57、kelah, controlled release of agrochemical molecules chemically bound to polymers, eur. polym. j. 8 (1992) 841-862. 8l. cox, r. celis, m.c. hermosn, j. cornejo, natural soil colloids to retard simazine and 2, 4- d leaching in soil, j. agric. food chem. 48 (2000) 93-99. 9s.r. templeton, d. zilberman,

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