2研究对象与方法
2．1受试对象以北京体育大学竞技体育学院受过良好训练的男子中跑运动员10人作为受试对象，其中，一级运动员5人，二级运动员5人，近一年的周训练量为11．3±1．1h（表1）。受试者在测试期间接受晨脉、血红蛋白等常规机能监控，身体状态良好。
2．2研究方法本实验包括1次递增负荷测试和1次持续4个回合的恒定负荷测试，要求受试者穿同一双运动鞋及运动短裤背心完成。两次测试间隔48～72h，测试前24h避免大负荷运动，前90min禁止饮食。受试者完成10min的专项热身活动后，开始佩戴心率带及气体收集面罩，并按照Billat等［6］的方法，将重约800g的肺功能测试主机佩戴在靠近受试者身体质心的位置。准备过程控制在5min左右，随后开始正式测试。所有测试均在400m标准田径跑道上进行。形态、心率（HR）、血乳酸（BLA）及呼吸代谢指标分别通过韩国产Inbody230型体成分分析仪、芬兰产PolarT－61型心率带、美国产YSI－1500Sport乳酸仪和意大利产CosmedK4b2型肺功能遥测系统测定。测试期间气温维持在23℃～30℃，风速＜4m／s（中国产AVM－01型风速计），天气条件均在同类研究［10，11］认同的可接受范围之内。
2．2．1呼吸代谢指标的测量测试当日，按照产品说明书的指示，分别对CosmedK4b2型肺功能测试系统进行气体延迟、轮转气流感应（意大利产3L气体注射筒）及参考气体（中国产标准气体：O2－16．01％，CO2－4．99％，N2－79％）校正，并在每一次测试前即刻进行空气校正。正式测试时，通过系统中的遥测模块对受试对象的实时测试数据进行监控。为避免遥测过程中因信号干扰问题造成的数据偏差、丢失，在测试结束后将储存在测试主机内的数据导入电脑，对数据进行可疑值剔除和5s平滑处理后，留待分析。参考Frayn［14］以及Knechtle等［16］的方法，实现VO2、RER与能量参数的转换。
2．2．2跑速的控制受试者的跑速（V）通过以下3个步骤加以控制：1）在跑道上每隔25m放置一标志杆，按测试方案计算每级负荷的起始位置，并由专人负责提示。2）在轮胎型号700×28的自行车链条上安装芬兰产Polar725x型心率表配套的自行车速度感应装置，经过场地校正，在心率表中设置轮胎周长2101mm。检验证明，每骑行400m的误差在20～60cm之间。校正完毕后，由业余自行车爱好者（周训练量＞120km）根据心率表上的速度显示，在受试者前方约2m处骑自行车带动受试者的跑速。3）正式测试前，受试者进行2～3次预测试，以掌握跑速控制。
2．2．3递增负荷测试参考Buchheit等［7］的跑台递增负荷方案，以8km／h做为起始速度，每1min递增1km／h，直至力竭。取连续30s的最高VO2作为VO2max。采集安静时、运动结束后第3min、5min、8min的指血25μl供运动后峰值血乳酸（BLA）的评定。在判断力竭时，除需要满足“受试者经激励，也无法跟上自行车速度，主观达到力竭”外，还需要同时满足下列4个标准［20］：1）速度递增1km／h，耗氧量（VO2）增加＜2．1ml／kg／min；2）运动结束后的峰值BLA≥8mmol／L；3）RER≥1．10；4）HR≥100％（最大心率，即，220－年龄）。根据递增负荷测试所获得的相关数据，以呼吸代偿点（RCP）指代AT。RCP的判定由两位有经验的实验员（判断例数＞400例）完成。RCP的判定标准［22］包括：1）通气量（VE）－时间曲线的第2次拐点；2）VE／VCO2开始上升，伴随着VE／VO2的第2次陡增。利用内插法计算AT发生时的跑速。
2．2．4恒定负荷测试根据递增负荷测试中AT判断的结果，使受试者完成4个回合强度分别为70％、80％、90％和105％AT跑速、每回合持续5～10min的恒定负荷测试，取每回合测试最后2min的稳态VO2用以评价RE。稳态VO2的判定标准［12］为：测试的最后2min，VO2上升＜100ml。根据遥测数据的监控，若受试者能在3～5min达到VO2稳态，即停止测试，否则继续延长测试时间，直至获得稳态VO2。所有受试者均能在10min内达到VO2。完成每一级强度的测试后即刻脱下面罩，并采集指血25μl供乳酸测定。休息4min后，重新佩戴面罩，若受试者的VO2恢复至运动前水平（第一级负荷前的水平）即可开始新一级负荷的测试［27］，否则继续休息直到满足上述标准。2．3数据统计与分析利用SPSS13．0软件对数据进行统计，测试指标以平均数±标准差（X±SD）表示。测试指标经Shapiro－Wilk检验，均符合正态性。利用One－WayANOVA检验分析跑速对RE测试时各指标的影响，并利用TukeyPostHoc对RE各指标两两差异进行检验。指标间的相关性利用Pearson相关进行检验（P＜0．05为显著性水平，P＜0．01为非常显著性水平）。
3研究结果
3．1VO2max、AT及RE测试结果表2显示，受试者在递增负荷测试中测得的VO2max为61．2±4．0ml／kg／min，RER最大值达到1．16±0．04，运动后乳酸峰值达到14．0±2．8mmol／L。AT发生时RER在0．97±0．17水平，V、VO2、HR等指标分别为最大值的73．9％±2．9％、81．3％±6．8％、88．0％±1．9％。受试者分别以70％、80％、90％、105％AT强度完成了RE70、RE80、RE90、RE1054个回合的恒定负荷测试。在70％～90％AT强度时，所有受试者都能在5min内达到耗氧稳态，而当跑速大于无氧阈（105％AT）时，分别有4、2、1、3人于6、7、8、9min内达到耗氧稳态标准。One－WayANOVA检验证明，相对强度对RER、HR、BLA及以时间耗氧单位（ml／kg／min）和距离耗能单位（kcal／kg／km）表示时的RE都有非常显著的影响（P＜0．01），进一步利用Post－Hoc对相邻强度间各指标观测值检验后发现，HR和BLA仅在90％与105％AT间存在非常显著性差异（P＜0．01），而RER在80％～90％AT以及90％～105％AT强度间分别达到了显著（P＜0．05）和非常显著（P＜0．01）的程度（表3）。当RE以ml／kg／min或kcal／kg／km表示时，随运动强度的递增，观测值也逐渐升高；并且在以ml／kg／min为单位时，观测值在每级之间的升高都具有显著性（P＜0．05）；当RE以kcal／kg／km为单位时，只在90％与105％AT强度间发现升高具有显著性（P＜0．05），在70％～80％AT强度间，差异接近显著性水平（P＝0．053）；而当以距离耗氧单位（ml／kg／km）表示RE时，不但相邻运动强度间未见任何统计学差异（P＞0．05），并且在80％～105％AT强度间出现了比上一级略有下降的情况（P＞0．05；图1）。
3．2RE与各指标相关性分析当RE以不同单位表示时，其两两之间存在非常显著的相关关系（P＜0．01）。进一步考察RE参数与其他变量的关系后发现，仅在RE以ml／kg／min表示时，与V、HR及BLA的正相关性达到非常显著的程度（P＜0．01），而当RE以其他两种单位表示时，不但未见与上述指标发生明显相关（P＞0．05），甚至还发现距离耗氧（ml／kg／km）参数与V的相关系数为负值（表4）。由图2可知，跑速越大，单位时间的耗氧量也越高。除70％AT强度外，其余3种相对强度运动时的稳态VO2与VO2max均呈现出显著的正相关关系，并且在无氧阈强度范围内，这种相关关系有随运动强度提高而增高的趋势（70％AT：r＝0．547，P＞0．05；80％AT：r＝0．743，P＜0．05；90％AT：r＝0．890，P＜0．01；105％AT：r＝0．740，P＜0．05；图2）。图3显示，在无氧阈强度之下，RER随强度增高而增高，并且在80％～90％AT间达到显著（P＜0．05）水平；比较而言，运动能耗的曲线趋于平稳，仅随强度增加略有提高，尤其在80％～90％AT之间，这种现象更加明显（1．09±0．10vs1．09±0．09）。而当强度超过无氧阈时，RER和运动能耗分别出现了非常显著（P＜0．01）和显著（P＜0．05）的提高。为了更加直观地显示以不同单位评定RE时的差异，从10名受试者中选取了4名VO2max水平相似（63．42～65．81ml／kg／min）的运动员，并对他们在70％～90％AT跑速上的耗氧或耗能情况进行对比。当以ml／kg／min作为评价单位时，随跑速增加每位受试者的耗氧量也几乎呈线性的增加，而当以ml／kg／km或kcal／kg／km作为评价单位时，情况则不尽相同。无论以何种单位评定RE时，图线越靠近右下方说明RE越强。因此，从图4很明显能分辨出受试者6（S6）的RE最强而S1的最差。然而，当对比S2与S4RE的优劣时，情况则相对复杂一些。首先，图4（A）显示，跑速略快的S2在单位时间内的耗氧也较S4略多；而当考虑进跑速的因素，将评价单位ml／kg／min转化为ml／kg／km时，在第二和第三级跑速的曲线几乎重合，说明在这一阶段二者的单位距离的耗氧情况非常相似；但若再考虑代谢因素，通过RER参数将单位转化为kcal／kg／km时，跑速略快的S2在单位距离的耗能却又较S4少了许多。结合运动员近期3000m测验的成绩，在80％～90％AT强度下以能量单位评价运动员RE时的排序，恰与其测试的结果相同，即S6＞S2＞S4＞S1。
4讨论
4．1以时间耗氧单位（ml／kg／min）评定RE的效果跑步经济性（RE），作为决定有氧运动水平的三大生理指标之一，真正引起人们广泛的关注，主要缘于非洲运动员近20年来在中长跑项目上取得的辉煌成绩。Saltin等［29］发现，当以ml／kg／min作为RE评价单位时，在10／12～16km／h的跑速上，肯尼亚运动员的耗氧量均不同程度地低于北欧运动员，展示出较强的RE，而在VO2max方面却不如后者。与此同时，Morgan等［21］的研究却证明，VO2max与在4．47～5．50m／s（16．09～18．18km／h）跑速时的耗氧呈很强的正相关关系（r＝0．59，P＜0．01），表现出VO2max越高，次极限负荷下的耗氧越多———RE（ml／kg／min）越差的趋势。那么，从这个角度讲，在Saltin等［29］的研究中，肯尼亚运动员较强的RE是否也是由于其较低的VO2max？RE与VO2max这对似乎矛盾的指标，对运动表现又会有怎样的影响？为此，Wetson等［35］选取10km跑成绩相近的非洲运动员与白人运动员进行了对比，结果发现，非洲运动员在VO2max方面低于白人运动员13％，在16．1km／h跑速时的RE仅高出白人运动员5％。耐力项目经典的成绩预测模型表明，VO2max在解释耐力项目成绩变异方面的能力要高出RE数倍［18］，因此，非洲运动员RE方面5％的优势远不足以弥补VO2max13％的劣势，必定有其他的因素掩盖了RE与VO2max真实的关系，而RE评定单位的选择可能是这些因素的其中之一。在早期有关RE的研究中，之所以惯用单位时间内的耗氧量（ml／kg／min）作为评价RE的单位，很重要的一个原因是当时的研究主要以某绝对跑速进行测试，在比较RE时，并不需要特别考虑测试速度的问题。但是，有研究［23］证明，在288名非同质受试对象间，采取同一绝对速度跑步时的耗氧量差异为46％～91％VO2max。同样地，以文献中作为衡量高水平运动员RE的常用跑速16．1km／h（268m／min）进行测试时，耗氧量占VO2max的比例低可至61．9％（RE：39．0ml／kg／min）［13］，而高竟达92．2％（RE：57．2ml／kg／min）［35］。这就说明，即使在水平相近的受试者间，某绝对速度占个体相对强度的比例也会有较大的差异。在本研究中，虽未采取同一绝对速度进行测试，但当以ml／kg／min评价RE时，同样观察到，随运动负荷的增加，耗氧量与心率及血乳酸一起均显著升高（图1、表4）；并且在80％～105％AT强度上的耗氧量与VO2max呈显著的正相关关系，体现出个体的VO2max越大，次极限负荷上的耗氧量也越高的趋势（图2），这与Morgan等［21］和Sawyer等［31］的跑台研究结果一致。另外，本研究还进一步筛选了4名VO2max水平相近的受试者进行了比较，结果发现，若以S6在80％AT时的绝对速度（12．70km／h）作为参考，利用内插法计算出该4名运动员在12．70km／h跑速时的个体相对强度分别为S1：80．76％VO2max、S2：71．88％VO2max、S4：78．86％VO2max及S6：70．48％VO2max，最大差异为10．28％VO2max（图4），也印证了同一绝对速度对不同受试者的相对负荷并不一致的观点。由于相对负荷对运动时代谢底物的选择有重要的作用（图5），所以，同一绝对跑速对不同个体的耗氧情况也会产生较大的影响。根据本研究结果以及在上文中提到的在16．1km／h跑速下高水平受试者相对负荷的差异达到61．9％～92．2％VO2max的现象，完全有理由推测，当一名运动员在更多地以脂肪酸代谢完成16．1km／h的负荷时，他的耗氧量会多于一个更多地以糖供能完成的运动员，从而得出“前者RE劣于后者”这种有悖于事实的结论。因此，本研究认为，无论受试者是否同质，以绝对速度进行测试，并采用时间耗氧单位（ml／kg／min），并不能有效评定RE。
4．2以距离耗氧单位（ml／kg／km）评定RE的效果虽然在目前仍有不少研究以绝对跑速测定RE，但更多的学者还是将目光转向了相对负荷。由于不同个体在以相同的相对负荷运动时所表现出来的跑速也有很大差异，因此，一些学者在时间耗氧单位（ml／kg／min）的基础上，引入速度参数，进而以距离耗氧单位（ml／kg／km）来反映次极限跑速下RE的变化。然而，随着距离耗氧单位应用的日趋广泛，关于其能否有效评定RE的争论也逐渐激烈起来。Helgerud等［15］发现，当以距离耗氧单位表示RE时，受试者在跑台上以75％～90％VO2max强度跑动过程中的耗氧量并没有发生任何变化，并得出“优秀运动员的RE是独立于跑速”的结论。不过，Daniels等［8］的研究并不赞同这种观点。Daniels等［8］利用跑台比较了中跑（800m、1500m）、长跑（3km、5km、10km）及超长距离跑（马拉松）运动员的RE（ml／kg／km），结果发现，在所有65名受试者中，多数受试者表现为随相对强度的增加，单位距离的耗氧也增加。仅16名受试者单位距离的耗氧在所有相对强度上均保持恒定，另有6名受试者在以较高相对强度跑动时的单位距离耗氧甚至出现了下降。巧合的是，这6名受试者全部是更大比例地以较高跑速进行训练的中跑运动员。因此，Daniels等［8］认为，即使以ml／kg／km表示RE，速度同样也是影响RE的重要因素。在本研究中，虽然当以ml／kg／km作为RE评价单位时，10名从事中跑训练的受试者场地测试的RE未见显著性变化（P＞0．05；图1），与Helgerud等［15］的研究相似。但在80％～105％AT跑速时，耗氧同样表现出了比低一级负荷时略有下降的趋势，又间接地支持了Daniels等［8］的研究。RE的评定之所以较VO2max和AT更为复杂，很重要的原因在于其不但涉及生理、生化因素，还与生物力学等因素关系密切（图6）。正如本研究结果，当以ml／kg／min表示RE时，RE与HR及BLA等生理指标关系十分密切（表4）；而当考虑进测试速度的变化，将时间耗氧单位转化为距离耗氧单位时，RE与上述这些生理指标的相关关系消失，也从侧面反映了生物力学因素在RE评定时所起到的重要作用。跑步时，影响RE最关键的生物力学变量包括足部和跟腱储存的弹性势能以及支撑反作用力［30］，而这些变量又与跑速的关系十分密切。中跑运动员比长跑运动员的训练强度约高30％［5］，这使得他们在相对更快的跑速上产生了良好的适应，因此，也就解释了本研究中单位距离的耗氧随跑速的增加在80％～105％AT强度时出现了比低一级负荷时略有下降的现象。不过，在此需要指明的是，HR、BLA、Ve以及体温等都是影响RE的重要因素，与单位时间的耗氧量（ml／kg／min）之间存在一定的正相关关系［30］。在本研究中，HR、BLA等指标在70％～90％AT强度时，并无明显变化，所以，在70％～90％AT强度时耗氧量（ml／kg／km）的变化能在很大程度地通过生物力学因素加以解释。但在90％～105％AT之间，上述生理指标都出现了非常显著的提高（P＜0．01），而105％AT跑速下单位距离的耗氧却仍低于上一级负荷，此时再单纯从生物力学角度解释该现象的产生就略显牵强。为了避免无氧代谢参与供能以及由乳酸堆积造成耗氧动力学曲线上慢成分的出现，标准的RE测试强度一般要求低于无氧阈。但出于研究设计的需要，本研究仍然选择了105％AT作为RE测试的强度，并且观察到所有10名运动员都能在不到10min的时间内达到耗氧的稳态，运动结束后的乳酸升至6．0±1．3mmol／L，呼吸商达到1．03±0．04。若以乳酸达到4mmol／L指代无氧阈的平均水平，根据Duffield等［11］的推荐：运动后乳酸浓度每增加1mmol／L，糖酵解供能的贡献为每kg体重3．0ml的氧当量。那么，在本研究中，当运动强度为105％AT时，实际的需氧量约为219．8ml／kg／km，略超过90％AT强度时的耗氧量，但仍不及80％AT强度时的耗氧量。有研究证明，相比跑台测试，场地测试会因需更大的腿部蹬伸力量维持相同的跑速而消耗更多的能量。在本研究中，当场地跑测试速度提高3．7km／h，并且已超无氧阈的情况下，单位距离的氧耗却依然下降，显然与运动实践不符。另外，虽然利用相对强度测试，以距离耗氧单位（ml／kg／km）评定RE会在一定程度上降低底物选择对耗氧反应评定的影响，但这并不意味着能完全避免这种影响。Achten等［3］发现，中等水平自行车运动员在以64％VO2max强度运动时，脂肪可以得到最大程度的氧化。而VanLoon等［34］的研究却表明，水平更高的自行车运动员在57％VO2max强度运动时，脂肪的氧化速率才达到最大值。张勇［2］也曾指出，依受试人群、运动方式、训练背景等的不同，脂肪最大氧化的运动强度范围在55％～75％VO2max之间，说明同一相对强度对非同质受试者的代谢刺激也是有一定差异的。综上讨论，本研究认为，以相对强度进行测试，并以ml／kg／km作为RE的单位，缺乏对测试速度的敏感性，且不能完全避免底物利用对RE评价的影响，也不能很好地评定RE。
黑白瓶法，即氧气测定法，多用于水生生态系统初级生产量的测定。用三只玻璃瓶，其中一只用黑胶布包上，再包以锡箔，从待测的水体深度取水，保留一瓶（初始瓶）以测定水中原来的溶氧量，其余两瓶（黑、白瓶）再放回待测深度的水中。黑瓶中的浮游植物由于得不到光照只能进行呼吸作用，因此黑瓶中的溶氧量就会减少。而白瓶完全被曝晒在光下，瓶中的浮游植物可进行光合作用，因此白瓶中的溶氧量一般会增加。根据初始瓶、黑瓶、白瓶溶氧剩余量，即可求得净初级生产量（=净光合量）、呼吸量、总初级生产量（=实际光合量）。一般适用于湖泊、水库、池塘等静水水体以及水流缓和的河流水域中初级生产量的测定。
二、考查视角归类分析
视角1：以图表为载体，考查图文转化及数据处理能力
例1 采用黑白瓶法（黑瓶外包黑胶布和锡箔以模拟黑暗条件；白瓶为透光瓶）测定池塘各深度24小时内的平均氧气浓度变化，结果如下表，则该池塘一昼夜产生氧气的量是（ ）
A.8g/m3 B.14g/m3
C.22g/m3D.32g/m3
【解析】本题以表格为载体考查考生对净光合作用、呼吸作用、实际光合作用的理解以及数据的分析能力。池塘一昼夜产生氧气的量，实质上指的是各水层一昼夜产生的氧气量的总和。产生的氧气量，就是光合作用总量=白瓶中氧气增加量+黑瓶中氧气减少量。对于水深5m至水底范围内的生物来说，无论有无光照，黑瓶和白瓶中氧气的变化量都是相同的，说明此范围水域内的生物不进行光合作用。故该池塘一昼夜产生的氧气量为水深在1～4m范围内的生物产生的氧气量。由题表可知，水深在1～4m范围内生物产生的氧气量分别是9g/m3、7g/m3、4g/m3、2g/m3，总计22g/m3。
【答案】C
变式1 某同学研究甲湖泊某深度的水体中生物的光合作用和有氧呼吸。具体操作如下：取三只相同的透明玻璃瓶a、b、c，将a玻璃瓶瓶体先包以黑胶布，再包以锡箔。然后，用a、b、c三只玻璃瓶从待测深度的水体中取水，测定瓶中水的氧气含量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测深度的水体中，经24小时取出，测定两瓶中水的氧气含量，结果如下图所示。则24小时待测深度的水体中，生物光合作用和有氧呼吸情况的有关描述正确的是（ ）
A.24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是Vmol/瓶
B.24小时待测深度水体中生物光合作用实际产生的氧气量是Kmol/瓶
C.24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是（K-V）mol/瓶
D.24小时待测深度水体中生物光合作用实际产生的氧气量是（K-V）mol/瓶
【解析】本题以柱状图为载体考查考生数形结合及图文转化能力。由题干及柱状图分析可知，c瓶中的氧气含量W为初始氧气量，a瓶中的氧气量V为进行24小时有氧呼吸后剩余氧气量，b瓶中氧气量K为24小时经过光合作用和呼吸作用后瓶中的氧气量，即呼吸消耗氧气量=W-V，K-W=净光合量，24小时待测深度水体中生物光合作用实际产生的氧气量是（K-V）mol/瓶。
【答案】D
变式2 用等体积的三只玻璃瓶甲、乙、丙，同时从某池塘水深0.5m处的同一位置取满水样，立即测定甲瓶中的氧气含量，并将乙、丙瓶密封后沉回原处。一昼夜后取出玻璃瓶，分别测定两瓶中的氧气含量，结果如下表（不考虑化能合成作用）。有关分析合理的是（ ）
A.丙瓶中浮游植物细胞产生[H]的场所是线粒体内膜
B.在一昼夜内，丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为1.1mg
C.在一昼夜后，乙瓶水样的pH比丙瓶的低
D.在一昼夜内，乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量约为0.4mg
【解析】本题考查光合作用和细胞呼吸的相关知识，意在考查考生能否运用所学知识与观点，通过比较、分析与综合等方法对某些生物学问题进行解释、推理，进而做出合理的判断或得出正确结论的能力。本实验中氧气含量甲瓶-丙瓶=1.1mg，可表示一昼夜该瓶中生物细胞的呼吸量；乙瓶-甲瓶=0.7mg，可表示一昼夜乙瓶中生物释放的氧气量，因此乙瓶中生物实际光合作用产生的氧气量=1.1+0.7=1.8mg，B项正确，D项错误；丙瓶中浮游植物细胞产生[H]的场所有细胞质基质、线粒体基质，A项错误；一昼夜后，乙瓶水样中的CO2含量下降，因此其pH上升，而丙瓶中只进行细胞呼吸，CO2含量上升，pH下降，乙瓶水样的pH比丙瓶的高，C项错误。
【答案】B
【备考建议】上述变式都是以数学模型的形式考查考生图文转化能力和提取信息以及数据处理和分析能力。在每年的高考题中，都会涉及光合作用与细胞呼吸这一主干知识的考查，一方面要加大该部分内容的复习力度，另一方面要变换形式加以强化训练，帮助考生掌握解题技巧以攻破这一难点。考生遇到表格题或柱状图，一定不能着急，先找到题干中的重要信息进行转化，如：“黑瓶=只呼吸”“白瓶测得量为光合产生量与呼吸消耗量的差值”，再将具体数值代入即可得出答案。即黑瓶测得的数据=呼吸作用消耗的氧气剩余量；白瓶测得的数据=净光合作用；对照瓶用来消除实验误差；放置于同一水样深度一定时间后，测得各瓶的氧气含量变化，求初级生产量，即真光合作用量（光合作用总量）=白瓶中氧气增加量+黑瓶中氧气减少量。
视角2：以探究实验为依托，考查实验设计及推理分析能力
例2 测定水生生态系统的总初级生产量可采用黑白瓶法，方法如下：
第一步：用化学滴定法或电子检测器测定池塘中某一水层的溶氧量，记为a。
第二步：从池塘的同一水层取水样，装在一黑一白一对样瓶中并密封。白瓶是透光瓶，黑瓶是不透光瓶。将这对样瓶放回原水层。
第三步：24h后取出样瓶，再次用化学滴定法或电子检测器测定黑瓶和白瓶中的溶氧量，分别记为b和c。
第四步：数据分析。
（1）请用上述字母回答，总初级生产量为。
（2）在一次实验中，早春季节测量某温带落叶林中的一个淡水池塘的净初级生产量（总初级生产量除去生产者自身的呼吸量，即为净初级生产量），结果如右图所示：
从曲线可以看出，随水深增加，净初级生产量呈下降趋势，A～B段数值大于0，表明该段；若一个生态系统较长时间处于C点所示状态，则该系统（填“能”或“不能”）处于稳定状态。
（3）取水样2L，摇匀后等量分装在黑、白两只瓶中。测得12h内黑瓶氧气下降量为2mg，1天内白瓶氧气增加量为6mg，不计温度影响，则一天内藻类实际产氧量为 mg/L。
【解析】本题以黑白瓶测氧量的实验设计及曲线呈现形式考查光合作用与细胞呼吸的原理及相互关系，难度较大。（1）（a-b）为呼吸消耗氧气量；（c-a）为净光合量；总初级生产量=净光合量+呼吸消耗量=（c-a）+（a-b）=c-b。（2）曲线中随水深增加，光照强度减弱，净光合量减少；当水深为25m时净光合量为0（C点时），即光合作用产生的氧气量等于呼吸消耗的氧气量；若长期处于净光合量为0的状态，则不利于生态系统的稳定。水深浅于25m，即A～B段光合作用产生的氧气量大于呼吸作用消耗的氧气量。（3）呼吸消耗氧气的速率为2/12mg/L・h，白瓶中氧气增加速率即净光合速率为6/24mg/L・h；实际光合速率=净光合速率+呼吸速率=6/24+2/12=10/24mg/L・h，即24小时（1天）内藻类实际产氧量为10mg/L。
【答案】（1）c-b （2）光合作用大于呼吸作用 不能 （3）10
变式1 某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，24小时后实测，获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，记录数据如下：
（1）黑瓶中溶解氧的含量降低为3mg/L的原因是；24小时内该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为mg/L。
（2）当水层光照强度为c时，24小时内白瓶中植物产生的氧气量为mg/L。光照强度至少为（填字母）时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。当光照强度为（填字母）时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加。
【解析】由于初始氧气量为10mg/L，黑瓶溶氧量一直为3mg/L，随着光照强度的增加呼吸消耗氧气量不变均为7mg/L；在其他各光照强度下根据白瓶中净光合生成量可求得真光合生成氧气量，见下图：
【答案】（1）黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧气，而生物呼吸消耗氧气 7 （2）21 a d
变式2 为了调查太湖是否有自养生物存在，及其产氧量能否维持本层水体生物呼吸耗氧所需，可用黑白瓶法测定该水层生物昼夜平均代谢率来判定。白瓶为透明玻璃瓶，其水体溶解O2的昼夜变化值为水中生物光合作用产生的O2与呼吸消耗的O2的差值（以WDO表示）；黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中水体溶解O2的昼夜变化值为水中生物呼吸消耗的O2（以BDO表示）。请完成下列实验。
（1）实验步骤：
①用采样器取该层水样，分别注满500mL黑、白瓶并密封，剩余水样测；
②将黑、白瓶；
（2）设计记录所测数据的表格。
（3）预测实验结果并分析。
【解析】实验的检测指标是密封在黑、白瓶中水体的溶氧变化值，而要得出此值就必须先测得水体的初始溶氧量和24小时后瓶中溶氧量，设计实验步骤和数据记录表格如下。要探究的问题即反应指标有两个：该水层是否有自养生物，若有自养生物，其产氧量能否满足本层水体生物呼吸作用消耗的氧气量。
【答案】（1）①初始溶解氧浓度 ②挂回原水层 ③24h后取出黑、白瓶并测量溶解氧浓度
（2）黑、白瓶溶解氧浓度变化记录表（mg/L）
（3）若WDO-BDO>0，则有自养生物；若WDO-BDO=0，则无自养生物；若WDO≥0，则该水层产氧量能维持生物耗氧量所需。
【备考建议】上述习题都是以实验设计形式考查考生实验探究及推理分析能力。《考试说明》中明确指出要注重实验探究以及获取信息能力的考查。在平时的备考中，教师一方面要多角度精心挑选试题，训练考生熟练的应试能力；另一方面在讲解习题时要更加注重“解题切入点”“解题技巧”的渗透。考生首先要熟练掌握光合作用及细胞呼吸的基本原理，始终把握“净光合量=总光合量-呼吸量”这一基本解题策略；其次在遇到此种类型的习题时，在认真分析题意的基础上，将题干中的有效信息进行有机结合；最后将探究实验中测得的数据进行归纳整理，找出哪些是总光合数据，哪些是呼吸作用的数据，代入即可求得。
同步训练
1.采用黑白瓶法测定池塘群落各深度一昼夜代谢的平均氧浓度变化，结果如下表。请据表分析，该池塘单位体积内一昼夜制造的氧气量和消耗的氧气量分别是（ ）
A.7，11B.13，11
C.7，6D.13，6
2.某同学为研究某池塘（溶氧充足）中2米深处生物的光合作用和有氧呼吸，设计了黑白瓶实验：取三只大小相同、体积适宜的透明玻璃瓶，分别标号1、2、3，其中1号瓶用锡箔纸包住遮光。用三只瓶子在池塘2米深的相同位置取满水，测3号瓶的溶氧量，记为a。然后将1、2号瓶放回取水处，24h后取出，测1、2号瓶的溶氧量记作b、c。下列不正确的是（ ）
A.c-b可用来表示该处植物24h的光合作用净值
B.c-b可用来表示该处植物24h的光合作用总值
C.如果没有3号瓶，不能测出该处生物24h内呼吸作用氧气的消耗量
D.如果没有3号瓶，也可以计算出该处生物24h内光合作用产生的氧气量
3.生态学家研究了美国Mendota湖的能量流动，得到如下表数据（单位：kJ/cm2・y）。
以下是获得表中数据的某些测定方法。
黑白瓶法：取水样分2等份，密封在可透光瓶子内。1份遮光，1份透光。将样本放回取样处水层中。一定时间后，测其O2和CO2含量的变化，以数据推算样本中生物的光合作用量和呼吸作用量。
叶绿素测定法：取一定体积水样，过滤获得浮游生物，用丙酮提取其中叶绿素，用分光光度计测定叶绿素浓度，以此计算得浮游植物生物量。
在获取表中数据时，以下做法能得到准确数据的是（ ）
A.黑白瓶法测各水层光合作用和呼吸作用量，据此推算浮游植物生物量和呼吸量
B.叶绿素测定法直接测得各水层浮游植物生物量，取其平均值为浮游植物生物量
C.两法合用测得各水层光合作用量和植物生物量，据此推算动物摄食量
D.黑白瓶法测得CO2产生量，据此推算分解者分解量
4.下图是采用黑白瓶法测定某池塘夏季各深度24小时内的平均氧浓度变化曲线，纵轴表示水池深度，横轴表示瓶中O2的变化量（g/m2・h），请回答下列问题。
（1）光照适宜时，水深2m处每平方米的生产者一小时制造的O2约为g。
（2）水深3m时，该层自养生物产生的氧气为g/m2・h；水深1m时光合作用产生的氧气为g/m2・h。
【参考答案】
1.B
文章编号：1005C6629（2015）2C0048C04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
从1956年以来，我国的初中化学教科书中大多采用燃磷法测定空气中氧气的体积分数[1]。该实验的化学原理是通过磷燃烧消耗密闭容器内的氧气，生成五氧化二磷固体，物理原理是“消耗的氧气”与“替换氧气的流体”发生等体积交换。
笔者发现，在某些有关“燃烧法测定空气中氧气体积分数”的改进实验中，出于实验的绿色化及实验的综合性考虑，中考化学试题[2]以及有的教师设计的实验改进方案[3～5]，涉及使用木炭、蜡烛或棉花等含碳物质代替磷（同时利用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳）。笔者借助有关的化学理论及燃烧学基础知识，利用数字传感器，对燃碳法测定空气中氧气体积分数的改进实验进行研究，发现此改进方案不仅存在科学性问题（违背了原实验的物理原理），而且人为地增大了实验的误差。
1 理论探讨
利用有关的化学理论及燃烧学基础知识，笔者对含碳物质在密闭容器内燃烧消耗氧气、生成二氧化碳和一氧化碳等情况进行理论分析。
1.1 对含碳物质在密闭容器内燃烧消耗氧气的问题分析
利用燃烧法测定空气中氧气的体积分数时，集气瓶里残留的氧气越少，实验结果越接近环境值（约21%）。但事实却是任何可燃物在有限的空间里燃烧，当氧气浓度降低到一定的程度时，燃烧都会自行停止。
笔者从《物质燃烧和性质》、《消防安全技术》等专业书籍中，查到了一些可燃物燃烧需要的最低氧含量[6]（见表1）。
根据表1中的数据可以看出，蜡烛、木炭、棉花在密闭的容器内燃烧停止后，残留氧气的体积分数分别高达14.0%、16.0%、8.0%。而白磷在密闭容器内燃烧停止后，残留氧气的体积分数仅为5.9%（耗氧更为彻底），这应该是许多教科书中选用燃磷法测定空气中氧气体积分数的主要原因。
1.2 对含碳物质在密闭容器内燃烧生成二氧化碳、一氧化碳的问题分析
在利用燃烧法测定空气中氧气体积分数的实验中，燃烧的产物最好是固体，因为少量固体所占的体积近乎为零，这样实验结果就比较准确。如果燃烧的产物是气体，该气体必须容易被吸收，这样实验的误差才小。
含碳的物质在氧气充足的实验体系中燃烧时，主要生成二氧化碳气体；若是在密闭的集气瓶中燃烧，氧气浓度会不断变小，这就会生成一氧化碳气体。
像足量的木炭在密闭的集气瓶里燃烧时，当
毋庸置疑，二氧化碳气体容易被氢氧化钠溶液吸收，而一氧化碳气体在通常条件下无法被氢氧化钠溶液吸收。
2 实验探究
借助于数字传感器，笔者对含碳物质在密闭容器内燃烧消耗氧气、生成二氧化碳气体和一氧化碳气体等情况进行了实验探究。
2.1 对含碳物质在密闭容器内燃烧消耗氧气的问题探究
2.1.1 实验用品
主要是：木炭，蜡烛；500mL集气瓶，配套的单孔橡皮塞，燃烧匙，氧气浓度传感器（量程为0～100%），TriE数据采集与分析软件（传感器及TriE软件均由江苏苏威尔科技有限公司生产，下同）。
2.1.2 实验操作
（1）取一个500mL集气瓶（瓶口加橡皮塞后的实际容积约为600mL），然后在与集气瓶配套的橡皮塞中插入一个燃烧匙。
（2）取足量的木炭放入燃烧匙中，在集气瓶外引燃木炭后快速伸入集气瓶内（见图1），注意及时塞紧橡皮塞。
（3）燃烧结束，等到集气瓶冷却到室温后，将集气瓶反复颠倒几次，以确保瓶内各种气体混合均匀。
（4）校准氧气浓度传感器，拔掉集气瓶口上的橡皮塞，点击传感器“开始”按钮后，立即把传感器的探头伸入集气瓶中部（注意集气瓶口尽量封闭）；在传感器示数稳定后，点击传感器“停止”按钮。此时，数据处理软件能将气体浓度的变化通过计算机真实地显示出来。
说明：在开启集气瓶塞的一瞬间，瓶内的混合气体会有少许逸出（因为氧气转化为一氧化碳气体后体积会增加）；但是，由于我们所要测量的是混合气体中某种气体的体积分数，因此少许混合气体的逸出不影响我们需要的测量结果。
（5）将木炭换成蜡烛，重复上面的实验。
2.1.3 测量结果
蜡烛燃烧停止后，集气瓶里残留氧气的体积分数约是16.7%（图2曲线A）；木炭燃烧停止后，集气瓶里残留氧气的体积分数约是14.2%（图2曲线B），这与表1中的理论值基本一致。
若使用燃磷法，集气瓶里氧气的残留量约为5.0%[8]――这是苏州工业园区的章永军老师利用数字传感器在2011年测量出来的，该数据与表1中的理论值也是一致的。
2.2 对含碳物质在密闭容器内燃烧生成二氧化碳、一氧化碳的问题探究
2.2.1 实验用品
主要是：木炭，蜡烛；500mL集气瓶，配套的单孔橡皮塞，燃烧匙，二氧化碳浓度传感器（量程是0～100000ppm），一氧化碳浓度传感器（量程是0～500ppm），TriE数据采集与分析软件。
2.2.2 实验操作
（1）仍使用图1实验装置，把氧气浓度传感器分别更换为二氧化碳浓度传感器、一氧化碳浓度传感器，测量蜡烛在密闭的集气瓶里燃烧停止后，生成的二氧化碳气体和一氧化碳气体的体积分数（操作流程同2.1.2）。
（2）将蜡烛换成木炭，再重复上面的实验。
2.2.3 测量结果
蜡烛在密闭的集气瓶里燃烧停止后，集气瓶里二氧化碳气体的体积分数约是3.88%（图3曲线B），一氧化碳气体的体积分数约是100ppm（图4曲线B）。
3 研究结论
不管是理论探讨，还是实验探究，本研究的结论具有高度的一致性。
3.1 含碳物质在密闭容器内燃烧消耗氧气很不彻底
在密闭的集气瓶中含碳物质燃烧消耗氧气很不彻底（剩余氧气的体积分数高达15%左右），远没有磷燃烧耗氧彻底（剩余氧气的体积分数在5%左右）。
同时，上述研究也表明“集气瓶里残留氧气”是燃烧法测定空气中氧气体积分数实验无法消除的误差（但这个无法消除的误差是合理的）。
3.2 含碳物质在密闭容器内燃烧产生了难以吸收的一氧化碳气体
含碳物质在密闭的集气瓶内燃烧不仅生成二氧化碳气体，还产生一些一氧化碳气体（其体积分数在2%左右）；由于一氧化碳气体在通常条件下无法被吸收，因此使用燃碳法测定空气中氧气的体积分数，不仅人为地增加了实验误差，尤其存在科学性问题――“消耗的氧气”与“替换氧气的流体”不能等体积交换。
但为什么不少的燃碳法实验还测出氧气体积分数是20%呢？这是因为“集气瓶口的密封明显滞后于含碳物质在集气瓶里的燃烧，造成了气体外逸”；“气体逸出集气瓶”属于本实验的正误差，“集气瓶里残留氧气、产生无法吸收的一氧化碳气体”属于本实验的负误差，正负误差的抵消，使部分实验者获得了貌似正常的实验结果。
4 有关建议
使用燃磷法测定空气中氧气体积分数，不仅实验原理符合科学性，而且耗氧较彻底，但传统的操作方法会造成一定的污染（这个问题在一定程度上是可以改进的[9]）。使用燃碳法测定空气中氧气体积分数，既耗氧不彻底，又产生了难以吸收的一氧化碳气体，所以，不能使用燃碳法测定空气中氧气的体积分数。若要改进“燃烧法测定空气中氧气体积分数”的实验，只能在实验装置、操作方法和实验手段上进行创新（如集气瓶密闭后再引燃磷、改用注射器进行实验等），但耗氧物仍应使用白磷或红磷。另外，在涉及“燃烧法测定空气中氧气体积分数”的实验论文、实验试题时，实验结果务必尊重事实――不管使用哪种可燃物、操作如何规范，都不可能得出与环境值一致的实验结果。
参考文献：
[1]朱华美，刘怀乐.空气里氧气含量的测定实验值得改进[J].教学仪器与实验，2005，（7）：25.
[2]李德前，陈立铭.对近年来中考化学命题中一些科学性问题的商榷[J].基础教育课程，2014，（4下）：57～61.
[3]农恒东.测定空气中氧气含量的两个常规实验和几个改进实验[J].中学教学参考（中旬），2010，（2）：119～120.
[4]苏阳.测氧气体积分数实验的疑问[J].农村青少年科学探究，2008，（9）：18.
[5]孟献华，李广洲.基于析因实验方法的探究活动设计与实践[J].化学教学，2004，（11）：23～25.
[6]郑端文，刘振东.消防安全技术[M].北京：化学工业出版社，2011：22.
中图分类号 O6-3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2013）89-0112-02
1耗氧量的物理化学意义
耗氧量又称高锰酸盐指数，指在一定条件下，用高锰酸钾氧化水中某些有机物或无机还原物质，由消耗的高锰酸钾计算相当的氧量，以氧的mg/L来表示。
耗氧量不仅在给水处理中反映了水的净化程度，更重要的是反映了水中悬浮的和可溶的能被高锰酸钾氧化的那一部分有机物和无机物的量，它是水体有机污染的一项重要综合指标。耗氧量的增加不仅增加饮用水的微生物风险，而且还增加了饮用水的化学风险，其含量越高，说明水体受有机物、粪便及生活污水、工业废水对水体的污染越严重，是耗氧量增加的重要原因。由此可见，准确测定水中耗氧量至关重要。
2耗氧量的测定
耗氧量的测定简便易行，下面分析探讨酸性高锰酸钾法测定水中耗氧量。
2.1 测定原理
在酸性条件下，加入过量的高锰酸钾溶液置沸水浴中加热，使其中的还原性物质氧化，剩余的高锰酸钾用一定浓度的过量的草酸钠溶液还原，再以高锰酸钾标液返滴草酸钠标液的过量部分。可见，这是一个氧化还原反应，反应条件需严格控制。
2.2主要仪器
1）棕色滴定管；2）白色滴定管；3）电热恒温水浴锅；4）250ml的三角瓶。
2.3主要试剂
1）[C（1/2Na2C2O4）=0.1000mol/L]草酸钠基准液：准确称取在105℃～110℃下烘干至恒重的草酸钠6.701克，溶于纯水中并定容至1 000mL，置暗处保存；
2）[C1/5KMnO4）=0.1000mol/L]高锰酸钾标准贮备液：称取3.3g高锰酸钾溶于1.05L纯水中，微沸20min，在暗处密闭保存，静置二周，以4号玻璃砂芯漏斗过滤，保存于棕色瓶中待标定。
标定：至少取3个250ml三角瓶，分别移取上述0.1000mol/L草酸钠基准液25ml，并加入75ml新煮沸放冷的纯水及2.5ml硫酸（ρ20=1.84g/mL），迅速从滴定管中加入24mL待标定的高锰酸钾贮备溶液，摇匀，待褪色后加热至65℃。再继续滴定至出现稳定的淡粉红色，记下所用高锰酸钾溶液的体积数Va、Vb、Vc，取其平均数V（mL）。按公式计算：
C（1/5KMnO4）=0.1000×25.00/V
然后再校正高锰酸钾贮备溶液的浓度[C（1/5KMnO4）]为0.1000mol/L。
3）（13）硫酸：将1体积浓硫酸（ρ20=1.84g/ml）在水浴冷却下缓慢加到3体积纯水中，煮沸，滴加高猛酸钾溶液至溶液保持淡粉红色；
4）[C（1/5KMnO4）=0.0100mol/L]高锰酸钾工作液：临用前将上述0.1000mol/L高锰酸钾贮备液准确稀释10倍；
5）[C（1/2Na2C2O4）=0.0100mol/L]草酸钠工作液：临用前将上述0.1000mol/L草酸钠基准液准确稀释10倍；
2.4测定步骤
1）准确量取100mL水样于250mL三角瓶中，加入（13）硫酸5ml，再用棕色滴定管加入10.00mL高锰酸钾工作液，摇匀；
2）将三角瓶置于沸水浴中，沸腾计时，煮沸30min；
3）取下三角瓶趁热用另一只白色滴定管准确加入10.00mL草酸钠工作液，摇匀，使红色褪去变为无色；
4）再用高锰酸钾工作液滴定至溶液变为稳定的淡粉红色为终点，记录用量V1（mL）；
5）向滴至终点的水样趁热加入10.00mL草酸钠工作液，立即用高锰酸钾工作液滴至稳定的淡粉红色，记录用量V2（mL），求校正系数K。
K=10/V2
6）如水样用纯水稀释，则另取100ml纯水代替水样同上述步骤滴定，记录高锰酸钾工作液用量V0（ml）。计算公式为：
耗氧量ρ（o2）=[（10v1）k-10]×0.8
如水样用纯水稀释，则计算公式为：
耗氧量ρ（o2）=[（10v1）k-10]-[（10v0）k-10]R×0.08×1000/V3
公式中：R―稀释水样时，纯水在100mL体积内所占的比例值；V3―水样体积（mL）。
3提高测定耗氧量准确度应控制的分析条件
由以上耗氧量的测定过程可知，保证耗氧量分析数据的准确可靠，我认为应掌握控制好以下几方面的测定条件：
1）取样：样品中的还原性物质的含量对KMnO4测定值起着决定性作用，因此，取样必须有代表性，一般摇匀后再量取，且要防止水样受污染，并尽快分析；
2）时间：加热时间，即氧化―还原反应时间必须严格控制，它会直接影响测定结果的准确度，一定浓度的耗氧量加热时间越长，检测结果就越高，反之，检测结果就会偏低。一般以冒第一个大气泡开始计时。加热时间必须准确控制在30min，否则结果不可靠。过去一般采用电炉加热煮沸10min，由于电炉的温度难以控制，使得各样品加热到沸的时间和蒸发程度不一致，则使反应时间、酸度和高锰酸钾浓度均不相同，因而使测定结果的可比性较差。改用沸水浴加热，则可准确地控制加热条件和时间，提高测定结果的精密度、准确性和可比性，所以现行的方法都采用沸水浴加热。水浴加热时间为27min～32min为最佳。如果加热时间延长了产生正偏差，加热时间缩短则产生负偏差，这可能是由于化学反应的速度一经确定，反应时间将直接影响反应的进行程度。因此，在进行批量分析时，必须将锥形瓶每隔5分钟后一个个的分别放入到已沸腾的水浴锅中，方可严格控制加热时间为30min左右；
3）温度：耗氧量的滴定温度是反应条件的一个重要方面，一般控制在65℃～85℃，超过85℃草酸钠会分解，使测定结果偏低，低于65℃则影响氧化还原反应进行的程度，因此必须严格控制；
4）酸度：酸度可加快反应速度，所以酸性高锰酸钾滴定法测定耗氧量，酸度以0.45M H+为宜。酸度过大，高锰酸钾易自动分解，酸度过小，反应速度较多慢，反应不完全；
5）滴定速度：高锰酸钾的滴定速度必须适中，太快影响反应进行的速度，太慢水样温度会偏低。一般开始时一滴一滴的加入，当第一滴颜色退去后再加第二滴，最后可适当加快，如果滴定速度过快，高锰酸钾溶液会分解成为氧化锰而影响测定结果的可靠性；滴定速度太慢，则由于样液温度随着滴定时间的增加而逐渐下降，使得测定结果偏高。当滴定终了时，溶液温度不低于55℃；
6）水位：水浴锅内的水位一定要高出水样瓶内水样的水位，否则，加热反应不完全即氧化还原反应不彻底，导致检测结果偏低；
7）滴定终点的判断：滴定的终点应该与标准溶液标定时颜色一致，即出现淡粉红色30秒不褪色；
8）范围：本法适用于饮用水、水源水、和地面水测定，且氯化物浓度低于300mg/L，其测定范围为0.05mg/L～5.0mg/L，对污染较重的水稀释后再进行测定；
9）浓度：高锰酸钾的浓度应准确控制在0.01mol/L左右，当高锰酸钾的浓度过低时，将会影响其氧化能力，从而使测定结果偏低；当高锰酸钾的浓度过高时则会影响滴定终点的判断，有机物被氧化的程度大，结果偏高，。另外，在实际分析中，还要准确测定高锰酸钾的校正系数，K值最好在0.95～1.0之间，经大量的分析测试校正系数表明K值每相差0.01，将使分析结果浮动0.02mg/L左右的。批量分析时，没有必要每个样品均测定K值，一般在4h～5h内测定2～3个K值，然后用其平均值计算这段时间内平均值即可。因为大量的验验证了K值在4～5小时内不会随时间和试样液的变化而变化。
为了减少水中耗氧量的分析误差，提高检测结果的准确度和精密度，在分析时必须要注意以上的每一个环节。
无氧能力在竞技训练与比赛过程中具有重要意义，但对其研究仍然薄弱、局限性强。鉴于此，归纳与梳理了最大氧亏积累测试、最大血乳酸水平测试、运动后过量氧耗测试、临界功率测试与总效率测试等无氧能力评价方法的原理、可靠性及有效性。认为，最大氧亏积累测试、最大血乳酸测试和临界功率测试可以作为定性评价运动员无氧能力的有效方法；运动后过量氧耗受众多因素影响，在评价无氧能力方面存在较大误差；在对运动员无氧能力进行调控时，总效率测试能够表达运动过程中有氧与无氧能量的分配问题，同时该方法考虑了长时间运动过程中能量利用率降低的问题，对于进一步理解疲劳与评价运动节奏是有利的；由于存在个体差异及项目专项性特征，应根据实际情况进行评价，五种测试方法在测试过程中不能交叉使用。
关键词：
无氧能力检测；最大氧亏积累；最大血乳酸水平；运动后过量氧耗；临界功率；总效率；信度；效度
人体运动能力是身体各个系统机能协调活动的集中体现。根据运动过程中能源物质分解供能的方式及其比例可以分为有氧运动和无氧运动。无氧能力是指运动中的人体通过无氧代谢途径提供能量进行运动的能力。其供能系统分别由非乳酸能（ATP－CP分解供能）和乳酸能（糖的无氧酵解供能）两部分组成。在短跑、投掷、跳跃、短道速滑、击剑以及足球等诸多运动项目中，无氧能力占主导地位，决定运动员的比赛成绩。FosterC等人［1］研究发现，在1500m自行车比赛中，无氧供能比例达到了50％左右；Spencer和Gastin［2］在200m、400m、800m和1500m的比赛项目研究中发现，无氧供能比例分别达到71％、57％、34％和16％。同时，在长距离运动项目比赛的后程冲刺阶段，无氧能力是比赛制胜的重要保障。与有氧能力检测方法相比，无氧能力检测方法在运动训练实践中还面临着诸多困境。在方法学层面，无氧能力检测方法在较准确确定非乳酸能和乳酸能供能比例问题上仍未得到广泛认同；在操作层面，不存在针对某一专项所进行的无氧能力的检测方法，测试结果存在较大误差；在基础研究层面，体适能与健康研究者更倾向于使用有氧能力测试方法评价身体机能与健康状态，测定功率输出时，优先选择亚强度以及平均功率而非最大功率作为评价指标。无氧能力的测试方法虽然在国内外文献资料中出现较多，但是到目前为止还并不存在一种方法既可以作为无氧能力评价的科学指示器，也可以解决目前存在的诸多问题。基于无氧能力在各个运动项目制胜中体现出的重要性，以及各测试方法在科学性、项目针对性、研究基础方面所呈现的特点，本文从提出背景、测试原理与方法、可靠性及使用效度等方面对各种方法进行纵向梳理与横向对比。
1无氧能力检测指标与方法
依据测试性质划分，无氧能力检测可以分为生理学检测和动力学检测。根据测试的内容，无氧能力检测可分为无氧能力检测和无氧功率检测两部分。无氧能力从宏观的角度强调运动员在无氧代谢系统供能下所表现出来的运动能力或运动成绩，从微观角度指人体肌肉通过无氧供能代谢系统能够提供能量的总量或完成无氧功的总量［3］。其检测多是通过生理指标对机体所完成的总功进行测量。无氧功率是指机体在最短时间内，在无氧条件下发挥最大力量和速度的能力［4］，多从动力学角度，通过测试与计算数据对机体在无氧条件下完成的功率进行评价。具体测试方法与指标如图1所示。本文所谈的无氧能力检测指的是生理学方面的检测。
2无氧能力检测方法与原理
2．1最大氧亏积累（MAOD）检测
1920年Krogh和Lindhard发表文章《从工作到休息转变时呼吸的改变》［5］提出了“氧债”的概念；Hermansen于1969年重新界定“氧债”；1988年，Medb等人研究表明最大氧亏积累是无氧能力测试的定量表达方法。此后经过20多年的发展，最大氧亏积累测试已经成为无氧能力评价的黄金标准。最大氧亏积累（Maxi－malaccumulatedoxygendeficit，MAOD）是指人体从事极限强度运动时（一般持续2—3min），完成该项目的理论需氧量与实际耗氧量之差［4］。MAOD测试方法以个人跑台速度（亚极量强度）或者功率输出与摄氧量的关系为基础，建立线性方程。通过外推法，在超极限强度负荷下求得该负荷的理论需氧量，在此期间连续收集呼出的气体，以求得在此过程中实际消耗的氧量。最大氧亏积累可以通过极限负荷理论上需要的氧量减去实际需要的氧量求得，如图2所示。按照Medb等人的研究，亚极量强度的选取在35％—100％VO2max，维持20次，每次持续10min，测试稳态耗氧量取自运动最后1—2mim；超极限强度的持续时间为2—3min。
2．1．1MAOD测试的可靠性
MAOD测试方法评价无氧能力主要基于以下两个假设：①最大强度运动的需氧量可以通过线性关系外推亚最大强度与耗氧量的关系求得；②恒定运动强度下所需要的氧量是一个常数。然而，根据Hansen等人［6］的研究结果，亚最大强度活动肌肉的效率高于最大强度功率输出时的活动肌肉效率，此研究表明根据假设①所测的结果要小于实际需氧量与氧亏积累值。在Bangsbo［7］的一项研究中，令受试者在5％坡度的跑步机上做6min不同跑速运动，结果发现在亚最大强度条件下，较快速度所产生的吸氧量比较慢速度的回归曲线预测值大，表明吸氧量并不是随着运动速度的增加而成线性的单调递增。同时研究关于定量运动人体活动肌肉所需要的能量是在不断变化的，并非假设②中所提及的需氧量恒定不变。
2．1．2MAOD测试的有效性
目前关于MAOD测试无氧能力的方法有效性存在较大争议，主要集中在运动肌肉数量与MAOD大小的关系和肌肉运动无氧产生ATP与MAOD的关系上。Bangsbo等人［7］让无训练经历的男性测试者进行恒定的超极限强度单腿伸膝运动，在此过程中只有股四头肌被动员释放无氧能量，通过肌肉活检测定了ATP、磷酸肌酸含量、肌苷－磷酸、乳酸浓度的变化。结果表明MAOD与极限强度单腿无氧代谢供能高度相关，以此证明了对单一肌群运动而言，MAOD可以作为无氧能力检测的定量方法。Green［8］以有良好训练经历的男性运动员作为研究对象，研究了MAOD、无氧代谢产生的ATP以及肌肉无氧潜力测试三者的关系，从股侧肌群取样分析了ATP、磷酸肌酸、乳酸浓度、ADP的含量，通过公式1计算了运动前后无氧代谢产生的ATP总量。anATPm＝1．5Δ［La－］＋Δ［PCr］＋（2Δ［ATP］－Δ［ADP］）公式1在受试对象的测试中没有发现无氧代谢产生的ATP与MAOD存在相关性，但发现无氧代谢产生的ATP与相关酶活动存在高度相关，由此断定测定肌肉无氧代谢产生ATP总量的方法是有效的。然而Green并不赞同Medb等人的测试方法（公式2），因为Medb等人认为在测定运动肌无氧代谢产生的ATP与全身所产生的ATP存在较高的相关性。anATPm＝1．5Δ［La－］＋Δ［PCr］＋［ATP］公式2Green和Medb等人的研究存在不同之处，所以研究结果存在差异。Green所用公式1为公式2的扩展版，但是两个公式都没有计算释放入血的乳酸量。根据Bangsbo的研究，释放入血的乳酸所产生的ATP占总ATP的5％—38％，所以所测结果小于实际产生的ATP。此外，两者的研究并没有明确指出参加运动肌肉的质量占身体总质量的百分比。Medb研究认为当活动肌肉占身体质量的25％时，活动肌肉能量（ATP）释放数据才与MAOD存在高度相关性，他用此数据分析与探讨了跑步运动员MAOD的代谢部分。但是估算的活动肌肉质量没有经过直接测试，也没有考虑性别、体脂上的差异。在运动训练实践领域，MAOD作为项目测试方法在准确测量无氧能力时仍存在较多问题。例如，Green和Wenger认为最大氧亏积累与400—1000m的成绩存在低度相关（r＝0．05—0．21），项目的优异成绩部分取决于无氧能力，运动技术被认为是决定性的因素。然而Scott等人研究了短跑运动员的MAOD和Wingate无氧功率值，发现300m成绩与MAOD相关性为－0．76（p≤0．01），而与Wingate最大功率相关性为－0．54，表明MAOD在无氧能力检测上有较好的效度［9］。
2．2最大血乳酸水平检测
通常在在体的情况下，血乳酸分解成H＋和乳酸根负离子，乳酸根离子与血液中的K＋、Na＋形成盐存在于血液中。依据血乳酸浓度检测原理与方法的不同，可以分为化学分光度法、紫外分光酶法、荧光酶法、气相酶法以及酶电极法。目前酶电极法的血乳酸自动分析仪是生理学基础和应用研究的主要检测工具。最大血乳酸水平作为一种评价无氧能力的方法在早期的研究中被用于锻炼和运动生理学中，然而在使用上仍然存在争议。该方法的运用主要基于以下两方面的理论支持：①最大血乳酸水平与依靠无氧供能的短距离项目运动成绩存在高度相关性；②短跑运动员的最大血乳酸值明显高于耐力运动员和无训练者。
2．2．1最大血乳酸水平测试的可靠性
最大血乳酸水平检测结果的可靠性首先表现在取样的位置上，Margaria等人［10］的研究表明，10min大强度运动的血乳酸水平在股部与上肢静脉中所测值高度相似，然而也有研究表明股部的血乳酸水平是头部和肘前静脉的两倍，同时指尖毛细血管处的血乳酸要比前臂静脉高8％，但在指尖处可以测到与耳垂处的相似值。此种结果可能是由测试方案与活动肌肉的选择及个体差异所致，所以在进行测试时要选择不同测试对象的同一位置选样。其次表现在测试与取样的时间上，最大血乳酸水平测试结果容易受到前一次运动形成的肝糖原水平及缓冲对的影响，所以测试之前要确定机体是否从上次的运动中恢复过来（恢复时间一般为24—48h）。血乳酸浓度主要由肌乳酸的释放以及血乳酸的再利用决定，在大强度运动过程中，肌乳酸的生成速率较快，但其扩散速率较慢，众多研究也已经表明，肌肉乳酸的生成速率是其扩散速率的三倍（Bangsbo，etal．1990；Juel，etal．1990；Hultman1986）。虽然肌肉乳酸的扩散过程可以延迟酸中毒，但是多数乳酸仍停留在肌肉组织中，根据Sahlin和Sjoholm的研究［11］，30s急速自行车运动后，运动员肌肉血乳酸值达到28—35mmol／L，然而血乳酸的浓度仅仅为8—12mmol／L；同时随着运动强度的进一步增加，肌乳酸浓度增加，但扩散速率下降，导致血乳酸浓度与肌乳酸浓度失去线性关系。Maglischo等人［12］也研究认为，在3min极限强度运动后，当肌乳酸＜5mmol／kg时，肌乳酸与血乳酸呈线性增加；当肌乳酸为10mmol／kg时，血乳酸为4．3mmol／L，肌乳酸继续增加时，血乳酸降低。因此血乳酸浓度并不能真正反映肌乳酸的生成。
2．2．2最大血乳酸测试的有效性
尽管1985年Berg＆Keul［13］、1990年La－cour等人［14］、1987年Cheetham＆Williams［15］以及1977年Komi等人［16］研究认为短跑运动员的运动成绩、400m跑成绩、800m跑成绩、跑台30—60s成绩以及Wingate最大无氧功率与最大血乳酸之间存在高度相关性，Komi还对Ⅱ型肌纤维与最大血乳酸相关性（r＝0．24）进行了研究，表明最大血乳酸可以作为评定运动员与非运动员无氧能力的定性与定量方法。然而依然有很多研究认为血乳酸浓度并不能真正作为无氧能力测试的定量方法，Graham［17］认为乳酸在运动后处于从肌肉向血液扩散的过程，使得血乳酸浓度不断变化；Gastin等人［18］研究了全力1min自行车运动所测得的血乳酸值高于1．5—3．5min定量至疲劳运动的值；同一时间还有Koziris和Montgomery［19］关于90s的全身运动与定量至疲劳运动的测试，结果显示两者输出功率相同但血乳酸存在较大差异，推测造成差异可能是由于运动强度与持续时间的关系。较有说服力的是Bro－Rasmussen等人［20］的另外一项研究，通过对在2700m高度训练的滑雪运动员的研究表明，体现运动员无氧能力指标的肌肉缓冲对、氧债能力、跑台成绩有较大的提高，但是血乳酸减少8％。其他研究也证明了训练强度的提高并没有导致在高强度运动中血乳酸的升高。
2．3运动后过量氧耗检测
机体的摄氧量由能量代谢率决定，尽管运动结束后，多数肌肉已经停止活动，由于能量代谢率未恢复到运动前的水平，机体的摄氧量也不能立即恢复到运动前水平。这种运动后恢复期机体的耗氧量水平高于运动前（或安静状态）耗氧水平的现象称为运动后过量氧耗［4］，如图3所示。早在20世纪20年代，Hill、Meyerhof和Mar－gria等人就将此种现象定义为氧债，传统氧债理论认为，剧烈运动时，由于机体所提供的能量满足不了运动的需要，此时机体要进行无氧代谢，产生乳酸形成氧债，运动结束后，机体仍保持较高的耗氧量水平，以氧化乳酸，偿还氧债。运动后过量氧耗生成曲线常被用来划分为两个不同的部分：运动结束后的初期快速恢复部分和后续的慢速恢复部分。2002年，Beneke［21］在综合前人研究的基础上，提出运动后3min为快速恢复部分与慢速恢复部分的临界点，利用氧债的快速部分可以计算无氧非乳酸部分的能量供应，其公式为：无氧非乳酸能量＝运动后摄氧量的快速部分（ml）×能量当量（J／ml）。无氧乳酸部分能量通过运动中血乳酸的净增加量计算获得，无氧乳酸能量＝运动中生成的血乳酸（mmol／L）×氧气—乳酸换算系数（ml／kg／mmol•l）×体重（kg）×能量当量（J／ml）。自20世纪80年代以来，Brooks、Gasser和Bang等人认为运动后过量氧耗并不是完全用于偿还运动中所欠下的氧债，特提出了三点理论依据来质疑传统氧债观点：①短时间大强度力竭运动之后恢复早期，血乳酸持续升高，此时耗氧量已恢复到安静水平；②从事长时间力竭性运动过程中血乳酸已经达到峰值，并随着运动的继续逐渐降低到安静水平，运动恢复期耗氧量仍高于安静水平；③McArdle症患者由于缺乏磷酸化酶运动过程不能产生乳酸，但运动后仍出现运动后过量氧耗现象。以上三点理论依据表明运动后过量氧耗与乳酸不存在线性关系。此外，体温的升高、肾上腺素和去甲肾上素以及钙离子等的恢复都需要消耗一定量的氧气。所以单纯用运动后过量氧耗来评价无氧能力并不可靠。运动后过量氧耗并不完全用来偿还运动中所欠下的氧量，测试方法的理论基础与最大氧亏积累相同，但结果由众多因素导致，不能作为测试与评价无氧能力的科学方法手段。
2．4临界功率（CP）检测
定量运动负荷的持续时间与运动负荷的强度有关。1965年，Monod和Scherrer最先提出了临界功率（CP），认为当以不同强度运动负荷进行实验时，定量功率输出与疲劳时间存在线性关系，CP强度是维持单一肌肉或肌肉群持续长时间不疲劳运动的强度［22］。实验方法通过对受试者进行4次以上的定量功率输出测试至疲劳，测试强度选择递增范围75％—105％，每次测试保证运动员完全恢复。此种测试方法较为简单，对运动员没有创伤性。众多的研究也表明两参数模型所代表的P－t关系可以较好地描述无氧能力（Green，1995）。P－t关系的曲线以及W－t的直线关系如图5所示，W’代表无氧作功能力，CP×t代表有氧作功能力。
2．4．1CP测试的可靠性
根据Hill［23］的研究，CP测试理论主要基于以下四点重要的假设：①从能量代谢角度分析，人体三大供能系统分别为磷酸原、糖酵解和氧化能。依据供能过程是否有氧的参与可以分为有氧供能与无氧供能系统。②有氧供能是无限的，但供能比例是有限的；限制参数即为临界功率CP。因为有氧供能过程中需要能源底物参与，这些能源底物并不是无限制的，所以有氧供能无限性的生理表达是不准确的，只是建立在数学模型的可能性。③无氧供能比例是不受限制的，但无氧能力受限于无氧做功能力。无氧供能同样需要能源底物参与供能，所以无氧能力受到限制是合理的。④当疲劳发生时，无氧能量被耗竭，同时运动终止。众所周知，当人体发生疲劳时，体内仍然有大量的能源物质可以参与供能，无氧能量被耗竭是不太正确的表达方法，依据此假设求出的无氧能力比实际无氧能力要低。理论上通过描述功率输出与时间的线性关系，只需要测试两个指标参数（P、t）即可求出临界功率与无氧做功值；实践中必须通过对受试者进行多次测试以减少测试误差，例如测试次数，CP实验测试过程要求受试者进行多次运动至疲劳，间隔休息充分，使受试者完全恢复才可进行下一次测试，多数实验测试要求受试者次间隔休息时间为30min［24］，然而多数研究表明机体疲劳恢复至少需要24h［25－26］。如果在机体尚未完全恢复的情况下进行下一次测试，累积的疲劳会缩短受试者达到疲劳的时间，从而低估了无氧能力。
2．4．2CP测试的有效性
为了评价CP测试无氧能力的有效性，众多的研究通过CP与Wingate试验作比较，如Nebelsick－Gullett等人［27］对25名女性受试者通过W－t的线性关系评价了无氧能力，认为无氧能力与30s的Wingate试验结果存在高度相关（r＝0．74）；Hill等人用CP与最大氧亏积累作比较以此评价无氧能力，研究发现13男与13女的W’与MAOD无明显统计学差异，并且具有较好的相关性（r＝0．55－0．62）。为此Hill赞成W’可以作为评价无氧能力的可靠参数［28］。
2．5总效率（GE）检测
通过总效率方法评价机体无氧能力是建立在通过计算有氧机械功率和总输出功率减去有氧功率求得无氧功率的理论基础之上的，如图5所示［29］。有氧机械功率可以通过代谢输入功率PI计算求得，即PI×GE。GE通常被定义为机械输出功率（PO）与代谢输入功率（PI）的比值，PI可以通过PI＝VO2×（（4940RER）＋16040）公式计算求得，在确定GE时，需让受试者进行亚最大强度的稳态训练，在公式中，RER代表呼吸交换率（≤1．0），只要求得PO、VO2、RER、GE，无氧机械功率便可以求得［30－31］。
2．5．1GE测试的可靠性
国内外研究文献较少涉及GE作为评价无氧能力的指标方法，同时缺少测定GE方法的标准。Koning等人［32］让有训练经历的受试者（n＝28）进行了1min、3min和6min的渐增负荷运动，以此确定了测试GE所需要的运动时间及相对强度，工作能力通过GE和最大功率输出（PPO）评价。与此相对应的研究为9名受试者，GE的测试强度为50％PPO，测试前不进行渐增强度负荷。在3－和6－min时，GE值相似（19．7±2．8％和19．3±2．0％），但在1min时，测试值偏高（21．1±2．7％）。在50％PPO以及通气阈强度以前，GE随着强度增加而增大，然后处于稳定状态。同时该研究表明工作能力与GE不存在相关性。
2．5．2GE测试的有效性
在训练过程中能够准确连续地反映训练效果是机能评定的特点之一。Hopker等人［33］研究表明，GE在一个或者多个赛季后会得到提高，主要原因是运动员在训练量或者训练强度方面的提高，所以Simon［34］的研究集中在了通过训练能否改变GE上。Hopker等人让29名耐力运动员在12周内完成三次实验室测验，测试了GE和最大摄氧量，受试者被随机分成A、B两组，在前6周中，A组运动员每周进行两次专项高强度训练，B组运动员未进行大强度训练；在后6周，B组运动进行高强度训练，A组运动员不进行强度限制，研究结果显示，在前6周，A组GE增加（＋1．6±1．4％；p＜0．01），而B组GE无显著改变（＋0．1±0．7％；p＞0．05）。在后6周，B组运动员GE增加明显（＋1．4±0．8％；p＜0．01），A组运动员GE改变不大（＋0．4±0．4％；p＞0．05）。此研究表明高强度训练是改变GE的重要因素，同时Hopker等人在2009、2010年的研究显示，训练可增加GE，但是最大摄氧量不变，这无疑为GE作为评价无氧能力方法指标提供了可靠的理论依据。
3结论
应用具体测试方法准确反映运动员在实际运动项目中所表现出来的无氧能力是无氧能力检测的价值追求。在五种测试方法中，MAOD、最大血乳酸、CP在测试可靠性与有效性上存在较大争议，争议的焦点在于能否定量准确地表达无氧能力。但是MAOD、最大血乳酸和CP可以作为定性评价运动员无氧能力的有效方法。运动后过量氧耗与MAOD作为测试方法在定义表达上存在一致性，但实际测试过程中受诸多因素影响，故不能作为评定无氧能力的科学手段。MAOD与W’在测试无氧能力方面缺少在运动过程中有氧与无氧能量产生分配比例的相关信息，GE测试方法却能够表达二者的分配问题，这对于评价与监控周期性耐力项目全程速度节奏意义重大，GE也是唯一考虑了长时间运动过程中能量利用率降低问题的方法，对于进一步理解疲劳是有利的。GE的耗时较少，但要求运动员在高强度运动达到稳定状态且RER≤1．0。在对运动员无氧能力进行调控时，MAOD或GE可以作为测评方法，但W’并不能真正反映无氧能力。由于运动员个体之间存在着差异性，五种测试方法各自存在优缺点，在使用过程中要结合运动项目的动作模式，活动肌肉的质量、数量，以及运动持续时间等变量因素来进行测评。各种测试方法不能交叉使用。
参考文献：
［3］王健．运动生理学研究技术［M］．杭州：浙江大学出版社，2001：40．
中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）118-0053-02
虽然这个发电机组的先进性在全国己是首屈一指，但是其锅炉在工作过程中对氧量控制的精确度还有待于进一步提升，还并没有达到随着煤种、负荷、磨煤机的组合而得到相对优化的状态，因此，其节能的空间还是会有一定程度的提高的。
1 电厂锅炉最佳的氧量
1.1 原理
在发电机组的工作过程中变化范围大、容易调节、对经济影响大、和其它运行指标融合性较强的便是炉膛的出口氧量。当其运行氧量出现变化的时候，排出的烟气导致排烟热损失的变化对经济性的影响最为直接，与此同时，运行氧量的变化还会导致其它运行参数的变化，包含排烟的热度、灰尘的含碳量、主汽温度与减温水量、风机耗电量、再热汽温度与减温水量。运行氧量的变化对整个机组经济性的纯影响，则是以上各个参数共同作用后的结果。
整台发电机组供电煤耗的表达式：
其它参数恒定，如果炉膛的出口氧量降低，那么锅炉的送风、引风量也将降低，排烟的热损耗、送风机、引风机耗电总量降低，发电机组的燃煤消耗就能够较少，但也会发生燃料没有燃烧充分而造成热损耗的增加，导致供电的燃煤消耗可能也会增加。
因此，不一定是炉膛出口的氧量越少越好，只是在特定情境中，有着相对的最佳值，可以使机组燃煤消耗最少，这时送风机和引风机总电耗、排烟的热损失、可燃物未充分燃烧的热损失的总和最少。工作中的发电机组可以通过对氧量的控制，进一步减少运行的损失，降低发电机组运行的经济成本。全面分析所有受运行氧量影响的因素，笔者以发电机组的供电燃煤消耗为中心，总结出最佳运行氧量的确定方法。
1.2 确定方法
第一，明确某个煤种，仅仅调整空预器入口的氧量，保持其他因素不变，在固定负荷下作变氧量运行，得出该情况下的最佳运行氧量。
第二，改为其他负荷点作变氧量运行，再得出这种情况下的最佳运行氧量，并一直坚持得到该煤种最佳氧量的运行曲线。
第三，确定另外一个煤种，同理取得该煤种最佳氧量运行曲线。
如此下来，当得出几个煤种最佳氧量的运行曲线后，利用现场测试结果、建立剖析模型进行验证，可以设计一套氧量自动适应的系统。这个系统可以使锅炉自动依据各煤种，各种负荷，自动的控制风门敞开程度，使发电机组保持在最佳氧量下工作，让供电的燃煤消耗最小化。
2 测试效果
2013年，该机组自动控制最佳氧量后，对锅炉实行了效果测试。具体体现在以下几点：
第一，发电机组实施最佳氧量自适应控制前锅炉热效率是93.8 5%到93.89%，发电机组实施最佳氧量自适应控制之后，经测试其热效率是94.34%到94. 53 %，热效率提升0.49%到0.64%，其减少供电燃煤消耗1.13 g/ （kWh）左右。
第二，相比较来讲，送引风机、增压风机用电消耗减少，电厂的用电率下降0. 08%到0.26%左右，降低燃煤消耗0.5g/ （kWh）左右。
第三，煤种相同的情况下，虽然锅炉结渣有所增多，但是通过合理配煤掺烧的方法，可以使结渣速率控制在小的范围之内。
第四，经比较得知，应用该项目后锅炉的减排率达到29%到43 %。
第五，通过测试，锅炉的再热汽温有有一定的提升。负荷达到660 MW时，2小时内再热温度在可提升100℃，达到540℃。
3 经济性
4 结论
综上所述，中国很多发电厂的燃烧煤种并不是设计煤种，以前使用的燃烧调控系统，对现实使用的煤种并不是十分适用，上文所提电厂的660 M W发电机组采用最佳氧量控制，锅炉的效率得到了明显的提升，其燃煤消耗也得到了有效降低。广西发电厂实施最佳氧量控制，其改造资金少，并且所用时间短，还不用重新购置设备，其经验值的相关单位借鉴学习。
参考文献
[1]刘福国.郝卫东电厂锅炉变氧量运行经济性分析及经济氧量的优化确定[日]中国电机工程学报，2012，23.
关键词：羽绒；耗氧量；高锰酸钾溶液
1 引言
羽绒是长在鹅、鸭的腹部，呈芦花朵状的绒毛，成片状的叫羽毛。因为羽绒是星朵状结构，每根绒丝在放大镜下均可以看出是呈鱼鳞状，有数不清的微小孔隙，含蓄着大量的静止空气，由于空气的传导系数最低，形成了羽绒良好的保暖性，加之羽绒又充满弹性，以含绒率50%的羽绒为例，它的轻盈蓬松度相当于棉花的2.5倍、羊毛的2.2倍，所以羽绒被不但轻柔保暖，而且触肤感也很好。天然羽绒还具有其他保暖材料所不具备的吸湿发散的良好性能，羽绒能不断吸收并排放人体释放出的汗水，使身体没有潮湿和闷热感。因为羽绒所特有的轻柔保暖、吸湿发散的良好性能，所以盖羽绒被睡眠就会倍感温暖舒适，又无压迫感，使血压正常，中枢神经得以安定，很快进入甜美梦乡。
目前各国制定的羽绒方面的标准主要有：中国的GB/T 14272―2011《羽绒服装》、GB/T 17685―2003《羽毛羽绒》、GB/T 10288―2003《羽毛羽绒检验方法》和FZ/T 80001―2002《水洗羽毛羽绒试验方法》；日本的JIS L 1903：2011《羽毛试验方法》；国际羽绒羽毛局的IDFB Testing Regulations（Version 2010）；欧盟的BS EN《羽毛羽绒测试方法》。这些标准规定羽绒耗氧量与微生物均是关键检测项目，耗氧量与微生物存在一定的关系，反映的是好氧性微生物由呼吸所消耗的水中溶解氧的量。在各国羽绒标准中，针对羽绒耗氧量的限定分别是：
1）中国，规定耗氧量≤10mg/100g 时，不需检测微生物，耗氧量≥10mg/100g 时，进行微生物检测。
2）欧洲，规定耗氧量≤20mg/100g 时，不需检测微生物；耗氧量介于20mg/100g和50mg/100g之间，检测微生物；当耗氧量≥50mg/100g 时，直接判定卫生指标不合格。
3）日本，耗氧量
4）美国，耗氧量≤4.8mg/100g。
羽绒耗氧量作为羽绒微生物的前置测试指标，测试的精确性显得尤为重要，而现有的羽绒耗氧量测试方法存在测试精度低、数据波动性大等问题，而且羽绒样品耗氧量数值越小，数据波动越大，当羽绒耗氧量测试数据小于3mg/100g时，数据波动幅度甚至达到20%以上。
高琴等[1]介绍了GB/T 10288―2003、JIS L 1903：2011、IDFB测试规则20l0版和BS EN4个标准中的测试方法，并详细比较了这些方法的差异性，指出各标准在试样量、振荡时间及频率、振荡方式、过滤器方面有所不同，对规范和统一检测技术具有指导作用。
涂貌贞[2]研究发现，耗氧量超标的产品不一定是由微生物不合格引起的，他针对耗氧量超过10mg/100g的羽绒进行微生物检验，未发现微生物不合格现象，分析可能是添加了一些整理剂或后处理剂，因这种化学物质能与高锰酸钾产生氧化还原反应而造成测试过程中耗氧量超标。
陈雯[3]针对水洗羽毛羽绒中耗氧量对检测结果的影响，建立了该方法的定量数学模型并推导出不确定度计算公式，找出了该检测过程中的不确定度来源，并且计算了公式中各个变量的不确定度，最后计算出了检测结果的合成标准不确定度和扩展不确定度。
丁力进等[4]探讨了羽绒耗氧量测试滴定温度、水样加热时是否加盖、加热时间、滴定速度等因素对测试结果的影响，指出现有的羽绒耗氧量测试方法存在一定欠缺，要想获得理想的测试结果就需综合考虑影响耗氧量的各种因素。
本文采用两种不同浓度的高锰酸钾标准溶液交替滴定，建立羽毛羽绒耗氧量高精度测试方法。本文研究成果对纺织品检测机构解决羽毛羽绒耗氧量测试精度具有实际指导意义和推广应用价值。
2 试验部分
现有耗氧量测试标准GB/T 14272―2011和FZ/T 80001―2002应用0.02mol/L高锰酸钾溶液进行滴定，与日标JIS L 1903：2011、国际羽绒羽毛局标准IDFB Testing Regulations（Version 2010）、欧盟标准BS EN《羽毛羽绒测试方法》一致，GB/T 10288―2003应用0.1mol/L高锰酸钾溶液进行滴定。
针对现有标准羽绒耗氧量测试精度较低的实际情况，实验室在前期对羽绒耗氧量项目进行不确定度分析的基础上，提出采用两种不同浓度的高锰酸钾标准溶液，按照特定的交替滴定方法，测试羽绒耗氧量，能够兼顾测试效率和精度两方面，测试精度大大提高。
2.1 试验材料
选用60%的灰鸭绒和80%的白鸭绒两种羽绒样品，代表了耗氧量高低两种水平的样品。
2.2 试验仪器
试验所用主要仪器包括：AB204-S型电子天平（最小分度值0.1 mg）、SHA-C型恒温振荡器、微量滴定仪（最小分度值0.01 mL）。
2.3 试验试剂
1）3mol/L硫酸。取100mL浓硫酸（1.84g/mL），加入500mL的水中，配制成3mol/L硫酸溶液。
2）0.02mol/L高锰酸钾，已标定。
3）0.002mol/L高锰酸钾，由0.02mol/L高锰酸钾稀释10倍。
4）三级水。
2.4 试验步骤
取两份（10±0.1）g羽绒试样；将羽绒样品放入3000mL的三角烧瓶中，加入1000mL三级水，浴比1：100；将羽绒样品浸湿后，水平振荡30min，振荡频率150转/min；用标准筛滤入大烧杯中待用，在过滤时不可压榨过滤物；在三角烧瓶中加100mL三级水和3mol/L硫酸2mL，使之呈酸性，用最小分度值0.01mL微量滴定管滴入0.002mol/L高锰酸钾溶液一滴，使之呈粉红色，此为对照用的空白试样，记录所耗高锰酸钾的毫升数V0；用移液管吸取l00mL滤液于三角烧瓶中，共计两份，各加入3mol/L硫酸2mL；对第一份滤液，用微量滴定管滴入0.02mol/L高锰酸钾标准溶液并摇动，直至溶液在1min后呈对照样的粉红色，记录所耗0.02mol/L高锰酸钾溶液的毫升数V1；对第二份滤液，分两步滴定，用微量滴定管滴入0.02mol/L高锰酸钾标准溶液（V1-0.01）毫升，再用微量滴定管滴入0.002mol/L高锰酸钾标准溶液，直至溶液在1min后呈对照样的粉红色，记录所耗0.002mol/L高锰酸钾溶液的毫升数V2。重复上述步骤，测试第二份羽绒样品。最后计算两份羽绒样品的平均耗氧量，精确到小数点后一位。
耗氧量的计算公式如式（1）：
ρ（O2） =（V1-0.01）×80+（V2-V0） ×8 （1）
式中：
ρ（O2） ――样品耗氧量测试结果，mg/100mL；
V0――空白对照试验消耗的0.002mol/L高锰酸钾溶液的体积，mL；
V1――滴定100mL样液所消耗的0.02mol/L高锰酸钾溶液的体积，mL；
V2――滴定100mL样液所消耗的0.002mol/L高锰酸钾溶液的体积，mL。
3 结果与分析
3.1 60%灰鸭绒试验
按照2.4试验步骤所述，采用0.02mol/L和0.002mol/L两种不同浓度的高锰酸钾标准溶液交替滴定，取8个样品进行重复测试，测试结果见表1。
由表1可知，该试样耗氧量平均值为5.1 mg/100g，标准差为0.325 mg/100g，CV值为6.42%。
同样，按照GB/T 14272―2011附录C.7耗氧量方法，采用浓度为0.02mol/L的高锰酸钾进行滴定，取8个样品进行重复测试，测试结果见表2。
表2 60%灰鸭绒重复测量数据（单个浓度滴定法）
由表2可知，该试样耗氧量平均值为5.5 mg/100g，标准差为0.513 mg/100g，CV值为9.32%。
从表1和表2的测试数据可以看出，对60%灰鸭绒样品，采用两种不同浓度的高锰酸钾标准溶液交替滴定，能够将测试数据的CV值有效减小，60%灰鸭绒耗氧量的CV值从9.32%降低为6.42%。
3.2 80%白鸭绒试验
按照2.4试验步骤所述，采用两种不同浓度的高锰酸钾标准溶液交替滴定，取8个样品进行重复测试，测试结果见表3。
由表3可知，该试样耗氧量平均值为2.8 mg/100g，标准差为0.257 mg/100g，CV值为9.16%。
按照GB/T 14272―2011附录C.7耗氧量方法，采用浓度为0.02mol/L的高锰酸钾进行滴定，取8个样品进行重复测试，测试结果见表4。
由表4可知，该试样耗氧量平均值为3.0 mg/100g，标准差为0.71 mg/100g，CV值为23.64%，数据波动相对较大。
针对80%白鸭绒样品，从表3和表4可以看出，采用两种不同浓度的高锰酸钾标准溶液交替滴定的方法，能够将测试数据CV值有效减小，耗氧量CV值从23.64%降低为9.16%。
4 结语
综上所述，采用本文两种浓度高锰酸钾标准溶液交替滴定法，可以准确地检测羽绒样品耗氧量，与原有方法相比，较大程度地提高了方法测试精度。
参考文献：
[1]高琴，冯燕.常用羽绒羽毛检测标准比较分析[J].中国纤检，2012，（9）（上）：60-62.
[2]涂貌贞.水洗羽毛羽绒检验中的常见问题探讨[J].中国纤检，2011，（12）（上）；62-63.
化学需氧量（C h e m i c a l O x y g e n Demand，COD）是评价水体有机污染程度的综合指标，在我们炼油企业，COD是排放污水水质监测的一个重要参数。它是指在一定条件下，用强氧化剂处理时，水体中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂的量，一般以氧的质量浓度表示，以mg/ L 记。COD超标会造成水体表面质量下降，不同程度地威胁水体中生物群的生存。因此，及时掌握和控制环境中COD值，对环境水质的污染防治和监测具有极为重要的意义。目前，测定废水中COD的方法很多，但广泛采用的是被认为是标准法的重铬酸钾法（CODCr）。标准法对样品氧化完全，测定结果准确，重现性好。但不足之处是加热回流时间较长（2h），消耗试剂毒性大，容易造成二次污染，为进行逐日的控制分析，需要快速、高效的分析方法，以便尽快反映出水质的污染情况。我参照了有关资料，对COD的测定方法进行了改进，并在回流时间和催化剂加入量方面进行了大量的试验工作。
2 结果与讨论
2.1 加热回流时间试验
试验对不同废水样品在本方法的条件下测定其COD值，观察在回流40min、60min、80min、100min、120min不同时间下的氧化效果，结果见表1。
通过对以上数据分析可得到如下结论：COD值在700mg/L以下时，COD值随回流时间的加长先升高后稳定，在回流80min与回流120min时测定COD值基本是相同的。而当COD值大于700mg/L时需按照国标法的2h回流测定能更准确些。
2.2 催化剂（硫酸-硫酸银）加入量试验
试验过程中考察了不同废水在回流过程中，催化剂（硫酸-硫酸银）的加入量 10mL、15mL、20mL、25mL、30mL时，COD值的变化情况如下表2：
从表2可以看出当C O D测定值大于500mg/L时，水体污染较严重，若催化剂的加入不够会使结果偏低，但是当COD测定值小于500mg/L时，水体污染不是很严重，可以酌情减少催化剂的量，从表中可以看出催化剂的量控制在20ml左右时，就可以准确测定COD值。
2.3 精密度试验
为了考察本方法的精密度，试验用本方法对COD标准值为101mg/L的试样连续测定7次，结果见表3。由表3数据可以看出本方法的精密度RSD为2.73%小于国标法中的4.0%。
2.4 本法与国标法的比较
试验对不同的水样（COD值
3 结论
（1）通过试验可以看出，对于废水样来说回流时间长短、催化剂量多少等对化学需氧量的测定都有影响，当化学需氧量小于500mg/l时，催化剂量为20mL、回流80min，就能较准确地测定化学需氧量。
（2）改进的分析方法既节省试剂又节省时间，而且准确度高，方法简单，适用于污水处理过程中污染较轻水样的化学需氧量（ CODcr）控制分析。
（3）不足之处：不能对污染较严重、不知水样来源的样品进行准确分析。
光合作用和细胞呼吸是教材中的主干知识，也是高考中的高频考点。常考题型有：光合作用和细胞呼吸的过程；影响光合作用和细胞呼吸的因素；书中经典实验以及实验设计。笔者一直在教学一线，并且常年担任高三的生物课，发现实验设计中有关液滴移动的相关问题，对学生来说是个难点，尤其是如何设计对照实验。下面是笔者对“液滴移动相关问题”的总结和一些看法，希望能对一线教师的教学有所帮助。表示呼吸作用速率。
4.为了使实验结果更准确，本实验应如何设计对照实验？
解析：本实验是测呼吸作用速率，可通过单位时间内消耗的氧气量表示呼吸作用速率，但呼吸作用在消耗氧气的同时还会产生二氧化碳，如何测定氧气的变化，排除二氧化碳的干扰，因此小烧杯中的液体应为NaOH或KOH，其目的是吸收细胞呼吸产生的二氧化碳。设计对照实验时，必须明确设计对照实验的目的，本实验的对照实验的目的是为了排除因物理因素（如温度变化）对实验结果的干扰，所以对照组和实验组的变量就在于有无萌发的种子，为了避免种子对气体体积的影响，对照组最好用等量的死种子（如等量煮熟的种子）。
答案：
1.NaOH或KOH 吸收呼吸作用产生的二氧化碳
2.液滴向左移动，细胞呼吸消耗氧气产生二氧化碳，而产生的二氧化碳被吸收
3.单位时间内细胞呼吸消耗的氧气量
4.对照组装置见装置2
2.本实验测得的是净光合作用还是总光合作用？
3.本实验的对照组应如何设计？
解析：光合作用要顺利进行，不仅要有光照，还应该给植物提供光合作用的原料———二氧化碳，所以烧杯中的液体是NaHCO3或CO2缓冲液，其作用是给植物光合作用提供二氧化碳，同时也可吸收CO2，维持瓶内CO2的浓度。本实验通过测定单位时间内植物释放的氧气量表示光合作用速率，因此测定的是净光合作用速率。如果要计算总光合作用的速率，应将该装置放在遮光条件下测出呼吸作用速率，两者的和才是总光合作用速率。本实验的对照组同样是为了排除物理因素对实验结果的干扰，和测呼吸作用速率设计对照的目的相同，因此，对照组和装置3相比，应把植株换成死的植株，其他条件不变。
三、探究生物的呼吸作用方式
例：下图是探究酵母菌呼吸方式的装置，下列叙述错误的是（ ）
A、假设装置五中的液滴左移，装置六中的液滴不动，说明酵母菌只进行有氧呼吸；B、假设装置五中的液滴不移动，装置六中的液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸；C、假设装置五中的液滴左移，装置六中的液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；D、假设装置一、二中的液滴均不移动，说明酵母菌只进行有氧呼吸或只进行无氧呼吸。
解析：酵母菌是兼性厌氧型生物，既能有氧呼吸，也能无氧呼吸，根据有氧呼吸公式和酵母菌无氧呼吸公式，可得出结论：如果酵母菌只有有氧呼吸，则产生气体量（CO2）等于消耗气体量（O2），如果酵母菌只有无氧呼吸，则将产生气体（CO2），而无气体（O2）的消耗，如果两种呼吸都有，则产生的气体量大于消耗的气体量。
装置五中的液滴移动表示的是氧气的变化，因为二氧化碳被NaOH吸收了，液滴不可能向右移动，如果液滴向左移动，说明酵母菌进行了有氧呼吸，如果液滴不移动，则说明酵母菌不进行有氧呼吸。（测定的是是否进行有氧呼吸）
装置六中的液滴移动表示的是释放的二氧化碳与氧气的差值，如只进行有氧呼吸液滴不移动，如只进行无氧呼吸（或有氧呼吸和无氧呼吸都进行）液滴向右移动。因此，装置六的液滴不移动，说明酵母菌不进行无氧呼吸，液滴向右移动，说明酵母菌进行了无氧呼吸。（测定的是否进行无氧呼吸）
综合两套装置：装置五向左移动，装置六不动，说明酵母菌只进行有氧呼吸；装置五不移动，装置六向右移动，说明酵母菌只进行无氧呼吸；装置五向左移动，装置六向右移动，说明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。
所以答案D是错误的，两套装置都不移动，说明酵母菌进行的是只产生乳酸的无氧呼吸或酵母菌无活性。
1 测定植物的呼吸熵
呼吸熵（RQ）表示生物通过呼吸作用释放的CO2体积/消耗的O2体积。如果以葡萄糖为有氧呼吸消耗的有机物，有氧呼吸的呼吸熵为1;如果是脂类为有氧呼吸消耗的有机物，有氧呼吸的呼吸熵
案例1（以下参考案例均为学生课后整理）。
（1） 取图1所示的2个同样装置，分别编号甲、乙。
（2） 实验组甲装置烧杯内放适量的NaOH溶液，对照组放等量的清水，其他条件完全一样，放在黑暗、适温的环境下一段时间。
（3） 观察红色液滴移动的方向，甲向左移动xcm，乙移动距离为ycm。
（4） 结果与结论：若y为向右移动的距离，则该植物的呼吸熵表示为（x+y）/x.即该呼吸熵值大于1;若y为向左移动的距离，则该植物的呼吸熵表示为（x-y）/x.即该呼吸熵值小于1，说明该植物呼吸底物不只为葡萄糖;若y值为0，即红色不移动，则该植物的呼吸熵表示为x/x=1，说明该植物只进行有氧呼吸，且底物为葡萄糖。
特别说明：植物的呼吸熵即可以反映呼吸的方式，也可以反映呼吸底物的类型。要注意的是本实验材料为植株，则应避光且密闭实验;若实验材料为萌发的种子则不需要避光。但是如果考虑环境因素对实验的干扰，则需另设一对照组丙，且把植物换为同种等量的死植株;若排除生物因素对实验的干扰，则要考虑对整个装置进行灭菌以及对植株进行消毒处理。
[典例剖析1]为测定该植物的呼吸熵，关闭开关A，在25℃下经20 min读出刻度管中红液滴移动距离。甲装置（D中为NaOH溶液）和乙装置（D中为H2O）的液滴分别向左移动x mm和y mm。
① 若测得x=180 mm、y=50 mm，则该植物的呼吸熵是 （保留两位小数）。假设植物完全进行有氧呼吸，根据呼吸熵数值可以推测有氧呼吸分解的有机物中除了 外，还有其他的有机物。
② 为使测得的x和y值更精确，还应再设置两对照装置，与甲对照装置的容器和D中分别放入等量的 植物和 ，与乙对照装置的容器和D中分别放入等量的 植物和 ，设置对照装置的目的是 。
③ 假设植物呼吸消耗的有机物全部为葡萄糖，在25℃下经20 min读出刻度管中红液滴移动距离，x=300 mm，y=-100 mm（装置乙液滴向右移动100 mm），则可推测有氧呼吸消耗葡萄糖与无氧呼吸消耗葡萄糖的比值是 。
解析：甲装置液滴向左移动的x距离为有氧呼吸消耗的O2量，乙装置液滴向左移动y距离是消耗的O2量与产生的CO2的差值，本实验植物呼吸产生的CO2量是x-y。呼吸熵是（x-y）/x=（180-50）/180≈0.72，这个数值小于1，表示完全有氧呼吸的情况下，除了分解葡萄糖外，还有其他有机物。为排除温度、气压等的影响，需要设置空白对照。设置时注意等量原则，植物是死的植物。假设植物呼吸消耗的全部是葡萄糖，装置乙液滴向右移动为100 mm，则推测无氧呼吸产生的CO2量是100 mm，有氧呼吸消耗的O2量为300 mm，有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖比值是300/6∶100/2=1∶1。
参考答案：① 0.72 葡萄糖 ② 死的 NaOH溶液 死的 H2O 用于校正甲装置与乙装置内因物理因素（或非生物因素）引起的容积变化 ③ 1∶1
解题规律：测呼吸熵需要测出植物呼吸产生的CO2与消耗的O2量，消耗的O2量通过甲装置可测，而呼吸产生的CO2量不易直接测定，可通过乙装置来测出两者的差值，再计算出呼吸产生的CO2量。乙装置与甲装置相比，液滴可向左移，在甲装置液滴的右侧;或不移动，还在起始点E点;或液滴向右移，在E点右侧，分别代表呼吸产生的CO2量小于、等于、大于消耗的O2量。如果只有有氧呼吸的情况下，乙装置的液滴不在起始点E点，可知消耗的有机物除了葡萄糖以外，还有其他有机物。
2 研究呼吸作用方式
案例2：
（1） 设置图1所示的实验装置，甲装置的D中放入NaOH溶液，乙装置的D中放入等量的清水。
（2） 将甲、乙放在黑暗处（遮光）处理，保持其他条件相同且适宜。
（3） 实验开始时，关闭开关A，连续记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。
（4） 记录结果与分析结论。
说明：此类题目为研究生物进行有氧呼吸，还是无氧呼吸，以及两种呼吸方式是否同时进行。通过对比实验中的气体体积变化，判断呼吸方式。
[典例剖析2]为研究植物在某种氧气浓度下呼吸作用方式，以植物呼吸只消耗葡萄糖为例。设置如图1的装置，方法步骤是：
① 甲装置的D中放入NaOH溶液，乙装置的D中放入 。
② 将甲、乙两装置 处理，放在条件相同且适宜的环境中。
③实验开始时，关闭开关A，连续记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。
实验结果见表1。
请回答下列问题：
④ 甲装置中使用NaOH溶液的目的是
⑤ 甲装置中红液滴移动的距离x表示 ;乙装置中红液滴移动的距离y表示 。
⑥ 请根据表中的数据分析：乙装置中1 h的植物呼吸方式是 ，3 h后的植物呼吸方式是 。
⑦ 当实验进行到2 h时，植物有氧呼吸消耗葡萄糖的速率是无氧呼吸速率的 倍。
解析：研究植物在某种氧气浓度下的呼吸方式，为避免光合作用对数据的影响，需要都放在黑暗的环境下实验。甲装置中放入NaOH溶液，为了吸收植物呼吸放出的CO2气体，乙装置中放入H2O，其中气体体积的变化是植物呼吸吸收的O2量与放出的CO2的差值。考虑到有氧呼吸中消耗葡萄糖，吸收的O2与放出的CO2量一样，乙装置中向右移动的距离为无氧呼吸放出的CO2量。1 h时，甲装置向左移动，而乙装置液滴不动，说明此时只进行有氧呼吸。3 h后，甲装置液滴不动，说明不进行有氧呼吸，只进行无氧呼吸。2 h时，无氧呼吸产生CO2量可用6 mm表示，有氧呼吸消耗O2量可用30 mm表示。有氧呼吸速率与无氧呼吸速率之比是（30/6）÷（6/2）=5/3。
参考答案：① H2O ② 放在黑暗处（遮光） ④ 吸收植物产生的CO2 ⑤ 植物有氧呼吸消耗的O2量 植物进行呼吸产生的CO2与消耗的O2量的差值 ⑥ 只进行有氧呼吸 只进行无氧呼吸 ⑦ 5/3
解题规律：此类实验设计需要在一个装置里放NaOH溶液。如果进行有氧呼吸，液滴向左移动;如果进行无氧呼吸，液滴不移动;但是如果同时进行有氧呼吸与无氧呼吸，则液滴也向左移动。并且需要设置另一对照组――清水组。在清水组中如果只进行有氧呼吸，以葡萄糖为消耗有机物，液滴不移动;如果只进行无氧呼吸，液滴向右移动;如果两种方式同时进行，则向右移动。两个装置相互对照，就可以判断是进行何种呼吸方式。
3 测植物实际光合作用
案例3：
（1） 取图1所示的2个同样装置，分别编号甲、乙。
（2） 在甲装置的烧杯内放入适量的NaOH溶液，装置乙的烧杯中放入等量的NaHCO3溶液，并把装置甲置于黑暗环境，乙给予适宜光照。一段时间后，观察红色液滴移动的距离。
（3） 若甲向左移动距离为x（代表呼吸消耗的O2），乙移动距离为y（代表光合产生O2与呼吸消耗O2差值），则该植物在光照这段时间内实际光合作用则表示为x+y。
特别提醒：光照强度不同，Y可能左移、右移也可能不移。
[典例剖析3]某生物兴趣小组探究某植物光合强度，设计了如图1所示的装置进行实验。假设实验期间均处于适宜且相对稳定的环境条件下。请分析回答有关问题：
（1） 实验一：测定植物的净光合作用强度时，烧杯中加入 （NaHCO3/NaOH）溶液。将装置置于
的条件下。1 h后，装置中红墨水滴移动的方向是 ，移动刻度为10 cm。
（2） 实验二：测定植物细胞呼吸强度时，烧杯中加入 （NaHCO3/NaOH）溶液，将装置置于
的条件下。1 h后，装置中红墨水滴向左移动，原因是____________。读取移动刻度为2 cm。
（3） 根据上述实验，假设红墨水滴每移动1 cm，植物体内的O2增加或减少1 g，且昼夜温度控制相等，那么该植物的细胞呼吸速率是 g/h;给予光照12 h，黑暗12 h，则24 h葡萄糖的积累量是 g。
参考答案：（1） NaHCO3 光照充足且密闭 向右 （2） NaOH 遮光（黑暗）且密闭 植物在黑暗条件下进行细胞呼吸，吸收氧气，释放CO2，释放的CO2被NaOH溶液吸收，容器中气压减小 （3） 2 90
解题规律：测量光合作用速率，需要将装置放置于相应的光照条件下，为减少误差，常设置空白对照组，即等量、死亡的植物，其他条件为无关变量。使用CO2缓冲溶液，以保证容器中CO2浓度的不变。这样O2的量的变化就可以表示光合与呼吸作用对O2的产生与消耗的差值，也就是表观光合速率。为了进一步计算实际光合速率，需将这个装置放置于黑暗中，测得呼吸作用的速率。这是典型的一种装置多用的例子。
4 解题探究
（1） 解决此类问题的常规思路是明确测定指标和原理（表2）。
（2） 计算技巧：
① 已知净光合速率为a，呼吸速率为b，给予光照时间为c，则一昼夜积累的因变量的量为 。
② 若由O2或CO2的量求葡萄糖的量，则需利用它们与葡萄糖分子个数比为 的关系。
参考答案：① ac-b（24-c） ② 6∶1
反思提升：
（1） 若探究光合作用，装置如何处理？如何移动？代表意义？
（2） 若探究CO2是不是光合作用所需的原料，则对照组如何处理？
（3） 若探究呼吸作用，装置如何处理？
（4） 若探究呼吸方式，对照组如何处理？
（5） 若排除环境因素对呼吸实验的干扰，对照组如何处理？
目的 观察中药冠心舒对犬急性缺血性心肌的保护作用。方法 实验犬36只随机分为6组。通过结扎麻醉犬冠状动脉左前降支的方法，造成急性心肌缺血模型。经消化道给药后，测定心率、平均动脉压和冠脉血流量以及动静脉血氧含量，计算心肌耗氧量。免疫组化测定冠心舒对心肌组织中超氧化物歧化酶（SOD）及丙二醛 （MDA）的影响。结果 与模型组相比，中药冠心舒能降低心肌缺血犬的心率，使心肌耗氧量下降，增加其平均动脉压及心肌冠脉血流量，增加血供（P＜0.05，P＜0.01）。冠心舒能提高心肌SOD的含量，降低MDA的量（P＜0.05，P＜0.01）。结论 冠心舒能增加缺血心肌血供、降低氧耗，并有抗氧化作用。
【关键词】 冠心舒；犬；冠脉结扎；心肌缺血；心肌耗氧量
冠心舒主要成分为三七、丹参、黄芪等，具有益气活血、养心止痛等功效。本实验通过冠状动脉分支结扎法，复制麻醉犬心肌梗死模型，观察其对缺血心肌的保护作用。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 动物
杂种犬36只，体重（12.98±1.97）kg，雌雄各半。自由饮食，实验室温度控制在22℃～25℃，通风良好，湿度55%～60% ，正常饲养3 d后供实验用。
1.1.2 药品与试剂
冠心舒由郑州高新区义康药物研究所提供，批号：041125，每支含生药4.872 g。复方丹参滴丸（每丸27 mg）天津天士力制药股份有限公司出品，批号20040603；戊巴比妥钠，上海国药集团化学试剂有限公司出品，批号 F20041117；肝素钠，上海国药集团化学试剂有限公司出品，批号 F20040924。
1.1.3 仪器
可控人工呼吸机(上海)；MP150数据采集系统(美国BIOPAC公司)；JR6F心脏造影导管(美国Coydis公司)。
1.2 方法
1.2.1 分组
36只犬随机分为假结扎组、模型组、复方丹参滴丸（阳性对照药物）组、冠心舒大、中、小3个剂量组。
1.2.2 给药方法〔1〕
除假结扎组和模型组只喂食、水外，冠心舒按生药计算，大、中、小剂量组分别灌胃给予2.92、1.4、0.73 g·kg-1·d-1，复方丹参滴丸给药量按0.04 g·kg-1·d-1计算，药物每日量分2次喂服，连续5 d。
1.2.3 犬心肌缺血模型制备〔2〕
给药后各组犬静脉注射戊巴比妥钠(30 mg/kg)，麻醉固定于手术台上。 连续监测肢体Ⅱ导联心电图和心率(HR)；分离右侧股动脉、股静脉，0.5%肝素钠体内抗凝：股动脉插管连续监测动脉血压(BP)，股静脉建立输液通道。分离气管并插管，行人工呼吸机正压呼吸（频率16～18次/min，吸气∶呼气比1∶1.5，潮气量350～550 ml）；于胸骨左缘第3、4肋间开胸，打开心包膜，暴露心脏。分离左冠状动脉左旋支，连接血流量计，测定冠脉血流量；分离左冠脉前降支第一分支下方2 mm，除假结扎组只穿线不结扎外，其余各组均穿入两条1号丝线，一期结扎前5 min，静脉滴入利多卡因2 mg/kg。一期结扎时将一根直径为1 mm的9号针头置于结扎线和血管之间，结扎后将针头抽出，造成血管狭窄；30 min后，用第二条丝线进行血流阻断的二期结扎，完成模型的制备。
1.3 HR、平均动脉压（MAP）及冠状动脉血流量(CBF)测定
分别于结扎前、一期结扎10 min、二期结扎即刻、15 min、30 min、60 min、120 min测定并记录。
1.4 心肌耗氧量测定〔3，4〕
结扎前和二期结扎120 min时分别于冠状窦（静脉血）、颈总动脉各取血1 ml，测定血氧饱和度，按公式计算各组心肌耗氧量：心肌耗氧量（ml·min-1·100 g-1)=冠状动脉血流量(ml/min)×〔动脉血氧(ml%)-冠状窦血氧(ml%)〕÷100 g心肌重量。
1.5 心肌组织抗氧化酶测定
二期结扎120 min后立即取出心脏，用冰生理盐水冲洗、吸干、称重后取左心室心尖部心肌组织1 g，以生理盐水为介质，用匀浆器制成10%心肌组织匀浆，测定超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量。
1.6 统计学处理
计量资料以x±s表示，采用统计软件SPSS 10.0进行方差齐性检验及两样本间的t检验。
2 结果
2.1 冠心舒对犬HR、MAP及CBF的影响
冠脉左前降支结扎前各组HR、MAP和CBF均无明显差异。冠脉结扎120 min后模型组与假结扎组相比，HR明显增快、MAP降低、CBF降低(P＜0.01）。与模型组相比，冠心舒大、中剂量组心率均变慢、小剂量组无变化；冠心舒各剂量组MAP、CBF均较模型组增加(P＜0.05，P＜0.01)。见表1。表1 冠心舒对犬HR、CBF、MAP的影响(略)
2.2 冠心舒对心肌耗氧量的影响
与假结扎组相比，模型组心肌耗氧量显著升高(P＜0.01)；而丹参滴丸与冠心舒大、中、小各剂量组心肌耗氧量均显著低于模型组。见表2。
2.3 冠心舒对心肌组织中SOD及MDA的影响
模型组与假结扎组相比心肌组织中SOD含量显著降低（P＜0.01），MDA含量显著升高（P＜0.01），而丹参滴丸与冠心舒大、中、小各剂量组心肌组织中SOD含量显著高于模型组（P＜0.05，P＜0.01），MDA含量显著降低（P＜0.05，P＜0.01）。见表2。表2 冠心舒对心肌耗氧量、SOD、MDA的影响(略)
3 讨论
心肌缺血的最根本防治措施仍是改善冠状动脉血流，改善心脏供血，减少心脏的负荷和心肌耗氧量。本研究发现：结扎麻醉犬冠脉前降支后，犬心肌局部缺血、缺氧，组织供氧量减少。冠心舒能升高血压，扩张冠状动脉、增加冠状动脉血流量，使缺血心肌的供血增加。研究也发现冠心舒能使心率下降，心肌耗氧量降低，从而改善缺血心肌供氧/需氧失衡状态，达到改善心肌缺血缺氧的作用。
目前已知心肌缺血的发病机制与氧自由基大量产生、脂质过氧化等因素有关〔5〕。本研究表明，冠心舒能明显提高自由基清除剂SOD 的含量，增强内源性氧自由基清除系统的功能，并明显减少脂质过氧化产物MDA 水平，保护缺血心肌组织免遭自由基损害，是其保护心肌细胞的机制之一。
参考文献
1 陈奇.中药药理研究方法学〔M〕.北京:人民卫生出版社，1996：4069.
2 徐叔云，卞如濂，陈修.药理实验方法学〔M〕.第3版.北京:人民卫生出版社，2002：9651058.
