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PRI-8800溫室測量系統(tǒng)在不同土壤剖面SOC礦化溫度響應(yīng)的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):916 發(fā)布日期:2023-10-16  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
       2018年,由北京普瑞億科科技有限公司研發(fā)的PRI-8800全自動(dòng)變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng),一經(jīng)推出便得到了廣泛關(guān)注。該系統(tǒng)在土壤有機(jī)質(zhì)分解速率、Q10及其調(diào)控機(jī)制方面提供了一整套高效的解決方案,為科研人員提供室內(nèi)變溫培養(yǎng)模擬野外環(huán)境的條件,讓科研可以更廣、更深層次地開展。目前以PRI-8800為關(guān)鍵設(shè)備發(fā)表的相關(guān)文章已達(dá)24篇。
       今天與大家分享的是中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所劉遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)在調(diào)查基質(zhì)可用性(根系分泌物)的變化如何影響不同土壤剖面中土壤有機(jī)碳(SOC)礦化的溫度響應(yīng)(Q10)方面取得的進(jìn)展,在該項(xiàng)研究中,研究團(tuán)隊(duì)利用PRI-8800對(duì)SOC礦化率進(jìn)行高頻測量,為研究結(jié)果提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。
 
       土壤有機(jī)碳(SOC)礦化是導(dǎo)致大量碳從土壤流失到大氣中的一個(gè)主要過程,而溫度會(huì)極大地影響這一過程。預(yù)計(jì)在下個(gè)世紀(jì),底土和表土都將經(jīng)歷類似程度的變暖。氣候變暖預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生土壤碳-氣候正反饋,從而加速氣候變化。這種正反饋的大小在很大程度上取決于不同深度SOC礦化的溫度敏感性(Q10)。因此,更好地了解不同深度的Q10變化及其內(nèi)在機(jī)制,對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測氣候變化情景下的土壤碳動(dòng)態(tài)至關(guān)重要。盡管在理解全球變暖對(duì)底土碳動(dòng)態(tài)影響方面取得了進(jìn)展,但對(duì)于Q10在土壤剖面不同深度的變化方式仍未達(dá)成共識(shí)。
       為了更好地理解氣候變化背景下土壤碳動(dòng)態(tài),劉遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)從三個(gè)地點(diǎn)采集了土壤剖面的土壤樣品,包括四個(gè)深度區(qū)間(0-10厘米,10-30厘米,30-50厘米和50-70厘米):兩個(gè)地點(diǎn)具有典型的礦物質(zhì)土壤,一個(gè)地點(diǎn)是埋藏土壤。研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中使用這些土壤來探討隨著土壤深度的增加SOC礦化的Q10對(duì)底物可利用性變化的響應(yīng)。葡萄糖是一種容易獲得的底物,因?yàn)樗歉置谖锏闹匾M成部分。土壤在10-25°C的溫度下孵育,以0.75°C的溫度間隔進(jìn)行了24小時(shí)。然后,在孵育1天后,通過高頻率連續(xù)測量SOC礦化速率,避免了底物限制和微生物群落的變化對(duì)結(jié)果的影響,估算Q10。
       值得注意的是,針對(duì)SOC礦化速率的測量,研究團(tuán)隊(duì)使用的是由北京普瑞億科科技有限公司研發(fā)的PRI–8800全自動(dòng)變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng),該系統(tǒng)允許在一定時(shí)間內(nèi)逐步提高孵育溫度并與SOC礦化速率的高頻測量同步進(jìn)行,為該項(xiàng)研究提供了更準(zhǔn)確的Q10估計(jì)。
 
 
圖1:不同土壤深度和不同站點(diǎn)下,控制組(CK)和底物添加組(S+)的土壤有機(jī)碳(SOC)礦化的溫度響應(yīng),使用指數(shù)擬合表示。站點(diǎn):Liangshui(LS)、Huinan(HN)和Hongyuan(HY)。***代表P<0.001的顯著差異。
 
 
圖2 a:在控制組(CK)和底物添加組(S+)中,土壤有機(jī)碳(SOC)礦化速率(R22)在22°C下隨深度增加的變化。b:不同站點(diǎn)下不同土壤深度的底物可利用性指數(shù)(CAI);c:在CK和S+處理中,SOC礦化的溫度敏感性(Q10)隨深度增加的變化;d:不同站點(diǎn)下不同土壤深度中CK和S+處理之間Q10的差異(ΔQ10)。
 
       研究結(jié)果表明,在典型的礦質(zhì)土壤中,Q10隨深度的增加而降低,但在埋藏土壤中,Q10則先降低后增加。不出所料,在不同的土壤深度,基質(zhì)的添加會(huì)明顯增加Q10;但是,增加的幅度(ΔQ10)隨土壤深度和類型的不同而不同。出乎意料的是,在典型的礦質(zhì)土壤中,表土中的ΔQ10比底土中的高,反之亦然。ΔQ10與土壤初始基質(zhì)可用性(CAI)呈負(fù)相關(guān),與土壤無機(jī)氮呈正相關(guān)?傮w而言,氣候變化情景下基質(zhì)可用性的增加(即二氧化碳濃度升高導(dǎo)致根系滲出物增加)會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)SOC礦化的溫度響應(yīng),尤其是在無機(jī)氮含量高的土壤或氮沉積率高的地區(qū)。
       相關(guān)研究成果以“Substrate availability reconciles the contrasting temperature response of SOC mineralization in different soil profiles”為題在線發(fā)表于期刊《Journal Of Soils And Sediments》上(中科院三區(qū)Top,IF5 =3.8)。
 
相關(guān)論文信息:Liu Y, Kumar A, Tiemann L K, et al. Substrate availability reconciles the contrasting temperature response of SOC mineralization in different soil profiles[J]. Journal of Soils and Sediments, 2023: 1-15.
原文鏈接:https://doi.org/10.1007/s11368-023-03602-y
 
       截至目前,以PRI-8800為關(guān)鍵設(shè)備發(fā)表的相關(guān)文章已達(dá)24篇,分別發(fā)表在10余種影響因子較高的國際期刊上——
 
數(shù)據(jù)來源:https://sci.justscience.cn/

       很榮幸PRI-8800可以為這些高質(zhì)量學(xué)術(shù)研究貢獻(xiàn)一份力量,感謝各位老師對(duì)普瑞億科產(chǎn)品的支持和信任。如果您成功發(fā)表文章,并且在研究過程中使用了普瑞億科的國產(chǎn)儀器設(shè)備,請與我們公司聯(lián)絡(luò),我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了一份小禮物,以感謝您對(duì)國產(chǎn)設(shè)備以及普瑞億科的信任和支持!
 
 
 
       為響應(yīng)國家“雙碳”目標(biāo),針對(duì)國內(nèi)“雙碳”行動(dòng)有效性評(píng)估,普瑞億科全新升級(jí)了PRI-8800 全自動(dòng)變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng),結(jié)合了連續(xù)變溫培養(yǎng)和高頻土壤呼吸在線測量的優(yōu)勢,模式的培養(yǎng)與測試過程非常簡單高效,這極大方便了大量樣品的測試或大尺度聯(lián)網(wǎng)的研究,可以有效服務(wù)科學(xué)研究和生態(tài)觀測。PRI-8800的成功推出,為“雙碳”目標(biāo)研究和評(píng)價(jià)提供了強(qiáng)有力的工具。
 
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       土壤有機(jī)質(zhì)分解速率(R)對(duì)溫度變化的響應(yīng)非常敏感。溫度敏感性參數(shù)(Q10)可以刻畫土壤有機(jī)質(zhì)分解對(duì)溫度變化的響應(yīng)程度。Q10是指溫度每升高10℃,R所增加的倍數(shù);Q10值越大,表明土壤有機(jī)質(zhì)分解對(duì)溫度變化就越敏感。Q10不僅取決于有機(jī)質(zhì)分子的固有動(dòng)力學(xué)屬性,也受到環(huán)境條件的限制。Q10能抽象地描述土壤有機(jī)質(zhì)分解對(duì)溫度變化的響應(yīng),在不同生態(tài)類型系統(tǒng)、不同研究間架起了一個(gè)規(guī)范的和可比較的參數(shù),因此其研究意義重大。
       以往Q10研究通過選取較少的溫度梯度(3-5個(gè)點(diǎn))進(jìn)行測量,從而導(dǎo)致不同土壤的呼吸對(duì)溫度變化擬合相似度高的問題無法被克服。Robinson最近的研究(2017)指出,最低20個(gè)溫度梯度擬合土壤呼吸對(duì)溫度的響應(yīng)曲線可以有效解決上述問題。PRI-8800全自動(dòng)變溫土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng)為Q10的研究提供了強(qiáng)有力的工具,不僅能用于測量Q10對(duì)環(huán)境變量主控溫度因子的響應(yīng),也能用于測量其對(duì)土壤含水量、酶促反應(yīng)、有機(jī)底物、土壤生物及時(shí)空變異等的響應(yīng)。PRI-8800為Q10對(duì)關(guān)聯(lián)影響因子的研究,提供了一套快捷、高效、準(zhǔn)確的整體解決方案。
 
 
  • 可設(shè)定恒溫或變溫培養(yǎng)模式;
  • 溫度控制波動(dòng)優(yōu)于±0.05℃;
  • 平均升降溫速率不小于1°C/min;
  • 150ml樣品瓶,25位樣品盤;
  • 大氣本底緩沖氣或鋼瓶氣清洗氣路;
  • 一體化設(shè)計(jì),內(nèi)置CO2 H2O模塊;
  • 可外接高精度濃度或同位素分析儀。

 

       為了更好地助力科學(xué)研究,拓展設(shè)備應(yīng)用場景,普瑞億科重磅推出「加強(qiáng)版」PRI-8800——PRI-8800 Plus全自動(dòng)變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng)。
 
 
 
       1)原狀土凍融過程模擬:氣候變化改變了土壤干濕循環(huán)和凍融循環(huán)的頻率和強(qiáng)度。這些波動(dòng)影響了土壤微生物活動(dòng)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力,即土壤水分利用率。雖然這些波動(dòng)使土壤微生物結(jié)構(gòu)有少許改變,但一種氣候波動(dòng)的影響(例如干濕交替)是否影響了對(duì)另一種氣候(例如凍融交替)的反應(yīng),其溫室氣體排放是如何響應(yīng)的?通過PRI-8800 Plus 的凍融模擬,我們可以找出清晰答案。

       2)濕地淹水深度模擬在全球尺度上濕地甲烷(CH4)排放的溫度敏感性大小主要取決于水位變化,而二氧化碳(CO2)排放的溫度敏感性不受水位影響。復(fù)雜多樣的濕地生態(tài)系統(tǒng)不同水位的變化及不同溫度的變化如何影響和調(diào)控著濕地溫室氣體的排放?我們該如何量化不同水位的變化及不同溫度的變化下濕地的溫室氣體排放?借助PRI-8800 Plus,通過淹水深度和溫度變化的組合測試,可以查出真相。

       3)溫度依賴性的研究:既然溫度的變化會(huì)極大影響土壤呼吸,基于溫度變化的Q10研究成為科學(xué)家研究中重中之重。2017年Robinson提出的最低20個(gè)溫度梯度擬合土壤呼吸對(duì)溫度響應(yīng)曲線的建議,將糾正以往研究人員只設(shè)置3-5個(gè)溫度點(diǎn)(大約相隔5-10℃)進(jìn)行呼吸測量的做法,該建議能解決傳統(tǒng)方法因溫度梯度少而導(dǎo)致的不同土壤的呼吸對(duì)溫度變化擬合相似度高的問題,更能提升不同的理論模型或隨后模型推算結(jié)果的準(zhǔn)確性。而上述至少20個(gè)溫度點(diǎn)的設(shè)置和對(duì)應(yīng)的土壤呼吸測量,僅僅需要在PRI-8800 Plus程序中預(yù)設(shè)幾個(gè)溫度梯度即可完成多個(gè)樣品在不同溫度下的自動(dòng)測量,這將極大提高科學(xué)家的工作效率。

       除了上述變溫應(yīng)用案例外,科學(xué)家還可以依據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行諸如日變化、月變化、季節(jié)變化、甚至年度溫度變化的模擬培養(yǎng),通過PRI-8800 Plus的“傻瓜式”操作測量,將極大減少科學(xué)家實(shí)驗(yàn)實(shí)施的周期和工作量,并提高了工作效率。

       PRI-8800 Plus除了具有上述變溫培養(yǎng)的特色,還可以進(jìn)行恒溫培養(yǎng),抑或是恒溫/變溫交替培養(yǎng),這些組合無疑拓展了系統(tǒng)在不同溫度組合條件下的應(yīng)用場景。

       4)水分依賴性的研究:多數(shù)研究表明,在溫度恒定的情況下,Q10很容易受土壤含水量的影響,表現(xiàn)出一定的水分依賴特性。PRI-8800 Plus可以通過手動(dòng)調(diào)整土壤含水量的做法,并在PRI-8800 Plus快速連續(xù)測量模式下,實(shí)現(xiàn)不同水分梯度條件下土壤呼吸的精準(zhǔn)測量,而PRI-8800 Plus的邏輯設(shè)計(jì),為短期、中期和長期濕度控制條件下的土壤呼吸的連續(xù)、高品質(zhì)測量提供了可能。

       5)底物依賴性的研究:底物物質(zhì)量與Q10密切相關(guān),這里的底物包含不限于自然態(tài)的土壤,如含碳量,含氮量,易分解/難分解的碳比例、土壤粘粒含量、酸堿鹽度等;也可能包含了某些外源底物,如外源的生物質(zhì)碳、微生物種群、各種肥料、呼吸促進(jìn)/抑制劑、同位素試劑等。通過PRI-8800快速在線變溫培養(yǎng)測量,能加速某些研究進(jìn)程并獲得可靠結(jié)果,如生物質(zhì)炭在土壤改良過程中的土壤呼吸研究、緩釋肥緩釋不同階段對(duì)土壤呼吸的持續(xù)影響、鹽堿土壤不同改良措施下的土壤呼吸的變化響應(yīng)等等。

       6)生物依賴性的研究:土壤呼吸包含土壤微生物呼吸(>90%)和土壤動(dòng)物呼吸(1-10%),土壤微生物群落對(duì)Q10影響重大。通過溫度響應(yīng)了解培養(yǎng)前后的微生物種群和數(shù)量的變化以及對(duì)應(yīng)的土壤呼吸速率的變化有重要意義。外源微生物種群的添加,或許幫助科學(xué)家找出更好的Q10對(duì)土壤生物依賴性的響應(yīng)解析。
 
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