异丙基黄原酸钠和Pb2+对土壤微生物活性的影响
材料与方法
1.1 材料与仪器
供试土壤为潮褐土，土壤样品采自河北省邯郸市曲周农田，该地区属于温带季风气候，年平均气温12 ℃，年降水量550 mm。采集0～20 cm表层土，新鲜土壤去除植物残体、砾石，过2 mm筛，置于塑料袋内，并放置于4 ℃冰箱内保存备用。土壤基本理化性质见表1。
异丙基黄原酸钠为化学纯试剂，购自萨恩化学技术（上海）有限公司，Pb（NO3）2为分析纯试剂，购自北京化学试剂公司，主要仪器为微量热仪（TAMⅢ）。
1.2 试验设计
试验设置两个Pb2+浓度，分别为600、1 200 mg/kg，两个异丙基黄原酸钠浓度50、100 mg/kg。并且以不同浓度的Pb2+和不同浓度的异丙基黄原酸钠混合增加4个处理，试验设计见表2。
1.3 微生物代谢活性的测定
TAMⅢ多通道微量热仪监测土壤系统的微生物代谢活性。首先将土壤样品在室温下活化24 h，称取1 g土壤放入安瓿瓶中，然后加入不同浓度的Pb2+和异丙基黄原酸钠溶液，并且加入0.2 mL的营养液（含2.5 mg的葡萄糖和2.5 mg的硫酸铵），所有的样品都需要保持35%的含水率，放置到微量热仪通道中于28 ℃下测定，微量热数据将自动保存在电脑上，当热谱图回到基线，试验完成。
热力学参数包括总热量Qt，通过功率—时间曲线积分得到，Qt值与碳源的利用量相关；最大热功率Pm；到达最大热功率的时间Tm；生长速率常数 k，k通过公式计算：kt=lnPt-lnP0，其中t为时间，P为t时刻的功率，P0为对数生长期开始时的功率。抑制率I通过公式计算：I=，k0是空白对照的生长速率常数，kc是试验组的生长速率常数，I是抑制率。
1.4 数据处理
微量热数据应用Origin 8.5作图并分析，相关性分析采用SPSS软件分析。
2 结果与讨论
2.1 单一异丙基黄原酸钠和Pb2+对土壤微生物活性的影响
重金属和有机化合物对土壤微生物代谢活性存在显著的影响[11]，不同处理条件下土壤微生物热功率曲线见图1。不同处理条件会产生不同的热功率曲线，因为异丙基黄原酸钠和Pb2+对土壤微生物产生抑制或刺激作用。这说明土壤微生物对不同物质有不同耐受性，可能由于异丙基黄原酸钠和Pb2+性质不同，影响不同的微生物，或者微生物的不同代谢功能[9]。
在图1a中，加入不同浓度重金属铅，可看出在土壤中添加铅后出现二次峰现象，而空白土壤没有出现二次峰。这可能由于土壤中产生了耐重金属铅的微生物，在铅加入到土壤中之后，不适应重金属铅的微生物迅速死亡，而耐铅的微生物存活下来并进行生长代谢[12]。图1b表明在土壤中添加异丙基黄原酸钠后，微生物生长被抑制，说明异丙基黄原酸钠对土壤微生物的生长有抑制作用，加入异丙基黄原酸钠的土壤产生的Pm比空白高，这可能是由于在反应后期异丙基黄原酸钠对微生物有促进作用。
由图1中热功率曲线可以得到微生物活性特征参数，包括微生物生长速率常数k、总发热量Qt、最大发热功率Pm，得到数据见表3。表3空白土壤的微生物生长速率常数k值最大，到达最大发热功率Pm时间最短，除单一加入异丙基黄原酸钠外，空白土壤Qt最大。当土壤中加入单一Pb2+，微生物特征参数k、Qt和Pm都会下降，Pb2+会抑制土壤微生物的生长，影响微生物对有机物的利用，而且浓度越高，对微生物抑制能力越强，这和前期研究结果一致[9]。当土壤中加入单一异丙基黄原酸钠，微生物特征参数k降低，100 mg/kg时的k小于50 mg/kg时的k，异丙基黄原酸钠对土壤微生物的抑制能力随浓度增高而增强。在反应的后期Qt和Pm都会变大，而且随着浓度的升高，其Qt和Pm都会增大。总发热量Qt是土壤微生物从开始到结束生长代谢有机物放出热量的总和，反映不同条件下土壤微生物对有机物的利用程度[13]。在土壤中添加异丙基黄原酸钠，Qt和Pm会升高，这可能由于随着时间的延长，土壤中产生了耐受并且以异丙基黄原酸钠为底物，可以降解异丙基黄原酸钠的微生物[14]，土壤微生物以异丙基黄原酸钠为碳源并继续生长。
2.2 复合异丙基黄原酸钠和Pb2+对土壤微生物活性影响
图1c和图1d是不同浓度异丙基黄原酸钠和Pb2+复合条件下对土壤微生物活性的影响。图1c表示在土壤中添加Pb2+（1.2 g/kg）和不同浓度（0、50、100 mg/kg）的异丙基黄原酸钠，在Pb2+浓度一定的条件下，微生物生长速率常数k值[15]（0.007 4、0.006 5、0.004 1）随异丙基黄原酸钠浓度的增加而减小，说明同时添加Pb2+和异丙基黄原酸钠会比单一添加Pb2+对土壤微生物的抑制作用更大。由表3可知，在Pb2+浓度为1.2 g/kg时，添加浓度为100 mg/kg的异丙基黄原酸钠，产生的总放热量Qt和最大热功率Pm比浓度为50 mg/kg时大，添加100 mg/kg异丙基黄原酸钠的土壤到达最大热功率的时间Tm少于添加50 mg/kg的土壤，有研究[14]表明异丙基黄原酸钠可以被微生物分解，能被微生物分解成小分子的酸和醇，而小分子的酸和醇能被微生物作为碳源利用，所以在反应初期两种物质同时存在的条件下，对土壤微生物的抑制作用最大，随着时间的延长，土壤中的异丙基黄原酸钠被微生物分解，并作为碳源被微生物利用。
图1d表示在土壤中添加Pb2+（0.6 g/kg）和不同浓度的异丙基黄原酸钠（0、50、100 mg/kg），随着异丙基黄原酸钠浓度的增加，微生物生长速率常数k（0.009 8、0.008 0、0.005 9）变小，这与上个研究结果一致，说明Pb2+和异丙基黄原酸钠复合条件下会抑制土壤微生物的生长。由表3可知，在Pb2+浓度为0.6 g/kg，添加浓度为100 mg/kg的异丙基黄原酸钠产生的Qt、Pm比浓度为50 mg/kg时大，而Tm则少于添加50 mg/kg的土壤。有研究[14]表明异丙基黄原酸钠是易分解的物质，能被微生物分解成小分子的酸和醇，而小分子的酸和醇能被微生物作为碳源利用，此结果和以上研究结论一致。
2.3 相关性分析
将Pb2+浓度、异丙基黄原酸钠浓度和微生物活性特征参数进行相关性分析，见表4。总放热量Qt和最大放热功率Pm成正相关（P<0.01），即Pm越大，Qt也越大。微生物生长速率常数k和到达最大功率的时间Tm成负相关（P<0.01），即微生物生长速率越低，其放热量到达顶峰的时间越长。Pb2+浓度和Pm成负相关（P<0.05），随着Pb2+浓度的增加，Pm变小，即重金属会影响微生物的某些代谢行为，从而影响微生物释放热量[16]。异丙基黄原酸钠浓度和k成负相关（P<0.05），随着异丙基黄原酸钠浓度的增加， k变小。异丙基黄原酸钠浓度与Tm成正相关（P<0.05），异丙基黄原酸钠浓度与抑制率I成正相关（P<0.05），即异丙基黄原酸钠的加入会抑制土壤微生物的生长。
3 结论
通过分析微生物的总放热量Qt、微生物的最大放热功率Pm、微生物生长速率常数k，铅对土壤微生物的抑制随着Pb2+浓度升高而增加，抑制率I由15.51%上升为31.21%。
土壤中添加单一异丙基黄原酸钠，由k的变化可知，在反应前期抑制土壤微生物的生长，而且随着浓度的增加，其抑制率越大，在反应后期，添加100 mg/kg异丙基黄原酸钠的土壤Qt和Pm都比50 mg/kg的高，这可能是因为后期异丙基黄原酸钠被土壤微生物分解所致，反应后期100 mg/kg的异丙基黄原酸钠比50 mg/kg的更能刺激土壤微生物释放热量。
在土壤中同时添加Pb2+和异丙基黄原酸钠之后，其微生物生长速率常数都迅速降低，且比单一添加Pb2+和异丙基黄原酸钠的生长速率常数低，说明在反应前期两种物质同时存在加强对土壤微生物的抑制作用。随着反应的进行，在铅浓度一定的条件下，添加100 mg/kg异丙基黄原酸钠的Qt和Pm比添加50 mg/kg的土壤高，添加浓度高的异丙基黄原酸钠比浓度低的异丙基黄原酸钠更能影响土壤微生物，使土壤微生物放出热量。
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