自動(dòng)變溫土壤溫室氣體在線測(cè)量在外源碳對(duì)常綠闊葉林碳排放影響的應(yīng)用
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(cè)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(kāi)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)25篇。
今天與大家分享的是福建師范大學(xué)黃錦學(xué)、劉源豪等研究人員在研究外源碳輸入對(duì)常綠闊葉林土壤碳排放影響方面取得的進(jìn)展，在該項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用PRI-8800測(cè)定土壤CO2排放速率，為研究結(jié)果提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。
今天與大家分享的是福建師范大學(xué)黃錦學(xué)、劉源豪等研究人員在研究外源碳輸入對(duì)常綠闊葉林土壤碳排放影響方面取得的進(jìn)展，在該項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用PRI-8800測(cè)定土壤CO2排放速率，為研究結(jié)果提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。
土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)，其碳儲(chǔ)量約占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的60%，其微小變化對(duì)大氣中的CO2濃度影響較大。土壤微生物呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)向大氣釋放CO2的主要途徑，對(duì)維持土壤碳庫(kù)平衡起著重要作用。氣候變暖將提高植物凈初級(jí)生產(chǎn)力，從而提高凋落物和根系分泌物的輸入量，導(dǎo)致外源葡萄糖輸入增加，進(jìn)而改變土壤碳循環(huán)過(guò)程。土壤微生物呼吸是土壤微生物為獲取化學(xué)能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，分解土壤有機(jī)碳并釋放CO2的過(guò)程，其速率不僅受土壤pH值和碳、氮含量等因素的影響，而且受葡萄糖輸入的顯著影響。
目前對(duì)葡萄糖輸入后土壤CO2排放動(dòng)態(tài)特征的研究多集中在長(zhǎng)期（60d以上）觀察，對(duì)于短期內(nèi)的變化研究較為缺乏。多數(shù)研究對(duì)于土壤CO2排放的動(dòng)態(tài)觀測(cè)時(shí)間間隔較大。因此，探究短期內(nèi)不同葡萄糖輸入量對(duì)土壤CO2排放的影響及其動(dòng)態(tài)變化特征，對(duì)預(yù)測(cè)外源碳輸入對(duì)土壤碳動(dòng)態(tài)的影響具有重要意義。
目前對(duì)葡萄糖輸入后土壤CO2排放動(dòng)態(tài)特征的研究多集中在長(zhǎng)期（60d以上）觀察，對(duì)于短期內(nèi)的變化研究較為缺乏。多數(shù)研究對(duì)于土壤CO2排放的動(dòng)態(tài)觀測(cè)時(shí)間間隔較大。因此，探究短期內(nèi)不同葡萄糖輸入量對(duì)土壤CO2排放的影響及其動(dòng)態(tài)變化特征，對(duì)預(yù)測(cè)外源碳輸入對(duì)土壤碳動(dòng)態(tài)的影響具有重要意義。
圖1 不同濃度葡萄糖輸入對(duì)土壤CO2排放速率和土壤CO2累積排放量的影響
注：圖中不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著（P<0.05）
為了更好地研究外源葡萄糖輸入量對(duì)土壤CO2排放動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響及機(jī)理，福建師范大學(xué)黃錦學(xué)、劉源豪等研究人員以中亞熱帶常綠闊葉林土壤為研究對(duì)象，在培養(yǎng)溫度為恒溫20℃，土壤田間持水量60%的條件下，輸入不同濃度的葡萄糖（碳含量分別為0、50、150、450μg·g-1，分別標(biāo)記為CK、C1、C2、C3處理）進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，測(cè)定不同濃度葡萄糖輸入下不同時(shí)間的土壤CO2排放。
在室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)采用由普瑞億科研發(fā)的PRI-8800全自動(dòng)變溫土壤培養(yǎng)溫室氣體分析系統(tǒng)測(cè)定土壤CO2排放速率，采樣時(shí)間間隔為1h，室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束共計(jì)獲得1232條土壤CO2排放速率數(shù)據(jù)，為該項(xiàng)研究提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。
圖2 預(yù)培養(yǎng)期間土壤CO2排放速率和土壤CO2累積排放量
圖3 葡萄糖輸入后土壤CO2排放速率和土壤CO2累積排放量的動(dòng)態(tài)特征
注：*表示培養(yǎng)28h前后的土壤CO2排放速率、土壤CO2累積排放量差異顯著（P<0.05）
研究結(jié)果表明，C2、C3處理的土壤CO2排放速率和土壤CO2累積排放量均顯著升高（P<0.05）；C2、C3處理28h后，土壤CO2排放速率隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)顯著升高（P<0.01），土壤CO2累積排放量隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)顯著升高（P<0.01）；當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間超過(guò)65h后，C1處理的土壤CO2排放速率隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)有顯著降低的趨勢(shì)（P<0.01），C3處理的土壤C/N、DOC變化量較CK顯著增大（P<0.05），土壤CO2排放速率與C/N、DOC含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.05）。不同濃度葡萄糖輸入對(duì)土壤CO2排放的影響有顯著差異，在中亞熱帶常綠闊葉林土壤中，根系分泌物葡萄糖的輸入增加可能會(huì)改變土壤C、N含量，提高CO2排放量，從而進(jìn)一步影響土壤C庫(kù)的固存。
相關(guān)研究成果以“外源碳輸入對(duì)常綠闊葉林土壤碳排放的影響”為題發(fā)表于期刊《Journal of Forest & Environment》上。
相關(guān)研究成果以“外源碳輸入對(duì)常綠闊葉林土壤碳排放的影響”為題發(fā)表于期刊《Journal of Forest & Environment》上。
相關(guān)論文信息：劉源豪, 熊德成, 吳晨, 等. 外源碳輸入對(duì)常綠闊葉林土壤碳排放的影響[J]. Journal of Forest & Environment, 2023, 43(5).
DOI:10.13324/j.cnki.jfcf.2023.05.006
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)25篇，分別發(fā)表在10余種影響因子較高的國(guó)際期刊上—
數(shù)據(jù)來(lái)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(guò)程中使用了普瑞億科的國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備，請(qǐng)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(guó)產(chǎn)設(shè)備以及普瑞億科的信任和支持！
為響應(yīng)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)，針對(duì)國(guó)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(cè)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(cè)量的優(yōu)勢(shì)，模式的培養(yǎng)與測(cè)試過(guò)程非常簡(jiǎn)單高效，這極大方便了大量樣品的測(cè)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(cè)。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(huà)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(lèi)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(guò)選取較少的溫度梯度（3-5個(gè)點(diǎn)）進(jìn)行測(cè)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(wèn)題無(wú)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(wèn)題。PRI-8800全自動(dòng)變溫土壤溫室氣體在線測(cè)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(cè)量Q10對(duì)環(huán)境變量主控溫度因子的響應(yīng)，也能用于測(cè)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(pán)；
- 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(chǎng)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(cè)量系統(tǒng)。
1）原狀土凍融過(guò)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(guò)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?cè)撊绾瘟炕煌坏淖兓安煌瑴囟鹊淖兓聺竦氐臏厥覛怏w排放？借助PRI-8800 Plus，通過(guò)淹水深度和溫度變化的組合測(cè)試，可以查出真相。
3）溫度依賴(lài)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(cè)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(wèn)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(cè)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(cè)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(guò)PRI-8800 Plus的“傻瓜式”操作測(cè)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(wú)疑拓展了系統(tǒng)在不同溫度組合條件下的應(yīng)用場(chǎng)景。
4）水分依賴(lài)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(lài)特性。PRI-8800 Plus可以通過(guò)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(cè)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(cè)量，而PRI-8800 Plus的邏輯設(shè)計(jì)，為短期、中期和長(zhǎng)期濕度控制條件下的土壤呼吸的連續(xù)、高品質(zhì)測(cè)量提供了可能。
5）底物依賴(lài)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(guò)PRI-8800快速在線變溫培養(yǎng)測(cè)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(guò)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(lài)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(guò)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(lài)性的響應(yīng)解析。
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