等温微量热仪在土壤微生物活性研究中的应用介绍

       微生物群落在维持土壤生态功能方面发挥着关键作用。石油烃污染物会影响土壤中微生物群落的生态特征，从而影响由微生物介导的生态功能。

       随着石油的大规模开采以及石油化工业的发展，导致产生的土壤环境问题愈加严重， 这已经成为一个不容忽视的问题。土壤微生物在生物地球化学循环、土壤营养物质运转、动植物健康维持、环境污染净化发挥着不可缺少的作用。微生物群落在土壤中处于动态平衡，因此土壤的物理性质、化学性质和一些环境性质 都会干扰土壤微生物群落的平衡，从而影响土壤微生物的活性及其生态功能。利用土壤微生物的代谢活性监测土壤的污染程度是从生态学角度衡量土壤健康状况、评价土壤环境质量重要方法之一。而所有的物理、化学或生物反应都会产生热量的变化，高灵敏度、高自动化的微量热仪可以连续和准确地监测和记录反应热。微量热仪检测的是微生物代谢的初始热量和结束热量，与微生物的种类和代谢类型无关，因此能够反映在相对更真实状态下大部分微生物的活性。

实验案列：不同油井的石油污染土壤的热代谢

      为了确保土壤中微生物的活性，将土壤样品置于25℃有氧条件下孵育5d。将所采4种土壤样品3683-5-1、西51-5、西15-14 和8-13-6H-1各250g放到1000 mL的锥形瓶中。另取8-13-6H-1 分成4个等分，每组250g土，并调节含水量为20%，分别加入1.0、3.0、5.0 和8.0 g 的石油，充分混匀，使得土壤的石油含量分别为0. 5%、1.5%、2.5%和4.0%。所有锥形瓶土壤用氧气泵不间断的通入空气，保证装置内有充足的氧气供应。定期测定装置内的含水量，及时补充水分。

表1. 供试土壤的理化性质

       由表1可知，受试土壤受到了不同程度的石油污染。土壤有机质的含量与石油烃含量成正相关，含油量越高，则有机质含量越高。污染土壤的pH值均大于7，土壤呈弱碱性，而大部分微生物生长的pH 范围是7.5 ～ 7.8，因此，土壤的pH不利于微生物的生长。

       土壤的物理性质、化学性质和一些环境性质通过影响土壤的性质而间接影响土壤微生物的活动，在受上述因子影响时，土壤微生物的代谢反应发生变化，代谢热效应随之产生变化，这些变化便可以由等温微量热仪检测出来。

图1. 不同油井土壤样品的功率-时间曲线

       图1是利用TA仪器TAM Ⅲ等温微量热仪研究不同浓度的石油污染对土壤微生物活性的影响。TA仪器等温微量热仪是非常灵敏、稳定和灵活的微量热系统，能够直接测量所有的热信号、从而定量一个过程热力学和动力学。图中曲线是不同石油污染程度的土壤样品随时间变化的功率-时间曲线。每条曲线大致包括适应期，增殖期，对数生长期，延缓期，营养耗尽期，内源代谢期，典型衰亡期，潜伏期。每种土壤样品的功率-时间曲线只有一个峰值功率。由图1可知，当土壤暴露于不同浓度的石油污染时，土壤中的微生物的代谢活动差异很大。石油含量为0.52% 的西51-5土壤样品的微生物生长代谢活跃。

       微量量热法能够有效反映土壤微生物的活性及其动态变化。该方法在不破坏样品，简单快速，准确性高，操作过程简单，这将有利于进一步研究土壤受到污染后微生物的反应机理。

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参考文献：

[1]佘文文,姚俊,王飞,等.等温微量量热法研究石油污染对土壤微生物活性的影响[J].环境工程学报,2013,7(09):3624-3628.

[2]佘文文,姚俊.等温微量热法研究原油污染对土壤微生物的影响[C]//内蒙古生物化学与分子生物学会,北京市生物化学与分子生物学会,天津市生物化学与分子生物学会,河北省生物化学与分子生物学会,山西省生物化学与分子生物学会.第三届泛环渤海（七省二市）生物化学与分子生物学会——2012年学术交流会论文集.北京科技大学;,2012:3.