自動變溫土壤溫室氣體在線測量在外源碳對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)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常綠闊葉林土壤碳排放影響方面取得的進(jìn)展，在該項研究中，研究團(tuán)隊利用PRI-8800測定土壤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常綠闊葉林土壤碳排放影響方面取得的進(jìn)展，在該項研究中，研究團(tuán)隊利用PRI-8800測定土壤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，其碳儲量約占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的60%，其微小變化對大氣中的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，對維持土壤碳庫平衡起著重要作用。氣候變暖將提高植物凈初級生產(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)過程。土壤微生物呼吸是土壤微生物為獲取化學(xué)能量和營養(yǎng)物質(zhì)，分解土壤有機(jī)碳并釋放CO2的過程，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。
目前對葡萄糖輸入后土壤CO2排放動態(tài)特征的研究多集中在長期（60d以上）觀察，對于短期內(nèi)的變化研究較為缺乏。多數(shù)研究對于土壤CO2排放的動態(tài)觀測時間間隔較大。因此，探究短期內(nèi)不同葡萄糖輸入量對土壤CO2排放的影響及其動態(tài)變化特征，對預(yù)測外源碳輸入對土壤碳動態(tài)的影響具有重要意義。
目前對葡萄糖輸入后土壤CO2排放動態(tài)特征的研究多集中在長期（60d以上）觀察，對于短期內(nèi)的變化研究較為缺乏。多數(shù)研究對于土壤CO2排放的動態(tài)觀測時間間隔較大。因此，探究短期內(nèi)不同葡萄糖輸入量對土壤CO2排放的影響及其動態(tài)變化特征，對預(yù)測外源碳輸入對土壤碳動態(tài)的影響具有重要意義。
圖1 不同濃度葡萄糖輸入對土壤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土壤CO2排放動態(tài)過程的影響及機(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，測定不同濃度葡萄糖輸入下不同時間的土壤CO2排放。
在室內(nèi)培養(yǎng)試驗過程中，研究團(tuán)隊采用由普瑞億科研發(fā)的PRI-8800全自動變溫土壤培養(yǎng)溫室氣體分析系統(tǒng)測定土壤CO2排放速率，采樣時間間隔為1h，室內(nèi)培養(yǎng)試驗結(jié)束共計獲得1232條土壤CO2排放速率數(shù)據(jù)，為該項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)時間的延長顯著升高（P<0.01），土壤CO2累積排放量隨培養(yǎng)時間的延長顯著升高（P<0.01）；當(dāng)培養(yǎng)時間超過65h后，C1處理的土壤CO2排放速率隨培養(yǎng)時間的延長有顯著降低的趨勢（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庫的固存。
相關(guān)研究成果以“外源碳輸入對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)，針對國內(nèi)“雙碳”行動有效性評估，普瑞億科全新升級了PRI-8800 全自動變溫培養(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)研究和評價提供了強(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個點）進(jìn)行測量，從而導(dǎo)致不同土壤的呼吸對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個溫度梯度擬合土壤呼吸對溫度的響應(yīng)曲線可以有效解決上述問題。PRI-8800全自動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對環(huán)境變量主控溫度因子的響應(yīng)，也能用于測量其對土壤含水量、酶促反應(yīng)、有機(jī)底物、土壤生物及時空變異等的響應(yīng)。PRI-8800為Q10對關(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，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。這些波動影響了土壤微生物活動的關(guān)鍵驅(qū)動力，即土壤水分利用率。雖然這些波動使土壤微生物結(jié)構(gòu)有少許改變，但一種氣候波動的影響（例如干濕交替）是否影響了對另一種氣候（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個溫度梯度擬合土壤呼吸對溫度響應(yīng)曲線的建議，將糾正以往研究人員只設(shè)置3-5個溫度點(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個溫度點的設(shè)置和對應(yīng)的土壤呼吸測量，僅僅需要在PRI-8800 Plus程序中預(yù)設(shè)幾個溫度梯度即可完成多個樣品在不同溫度下的自動測量，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)自己的實驗設(shè)計進(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)家實驗實施的周期和工作量，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，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%）和土壤動物呼吸（1-10%），土壤微生物群落對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對土壤生物依賴性的響應(yīng)解析。
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