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全自動(dòng)溫室氣體測(cè)量系統(tǒng)在土壤有機(jī)碳礦化與微生物多樣性關(guān)系的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):993 發(fā)布日期:2024-1-5  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(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)26篇。
       今天與大家分享的是浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院羅忠奎研究團(tuán)隊(duì)在研究土壤有機(jī)碳礦化及其溫度敏感性(Q10)與微生物群落多樣性和組成之間關(guān)系方面取得的進(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。
 
 
       土壤微生物驅(qū)動(dòng)著有機(jī)碳的礦化,由于不同微生物群落在代謝效率以及對(duì)不同溫度變化的響應(yīng)存在差異,因此土壤有機(jī)碳礦化及其溫度敏感性(Q10)與微生物群落多樣性和組成之間應(yīng)該存在密切的關(guān)系。然而,這些關(guān)系很少被檢驗(yàn)。
       基于此,浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院羅忠奎研究團(tuán)隊(duì)通過室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),評(píng)估了藏東南地區(qū)不同海拔(氣候)梯度中土壤微生物α多樣性對(duì)溫度的響應(yīng)以及r-和k-策略微生物的相對(duì)豐度。
 
 
圖.培養(yǎng)第128天的土壤有機(jī)碳礦化速率及其Q10與門水平微生物群落豐度的相關(guān)性;疑硎鞠嚓P(guān)性不顯著(即P > 0.05),彩色網(wǎng)格表示相關(guān)性顯著(P < 0.05),顏色梯度表示相關(guān)性的大小和強(qiáng)度。R5°C-128和R25°C-128分別為5°C和25°C培養(yǎng)溫度下第128天的有機(jī)碳礦化速率。Q10-128為土壤有機(jī)碳在128天培養(yǎng)期間的溫度敏感性。F:新鮮土壤樣品;5、25分別為在5°C和25°C培養(yǎng)的土壤樣品。
 
       在土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及有機(jī)碳礦化測(cè)定的過程中,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(μg CO2-C g−1 SOC day−1),每個(gè)土壤樣品測(cè)定時(shí)間設(shè)置為3分鐘,此數(shù)據(jù)的獲取為該項(xiàng)研究提供了有力的數(shù)據(jù)支撐;诓煌瑴囟认聹y(cè)定的土壤CO2排放速率,計(jì)算了有機(jī)碳礦化的溫度敏感性(Q10)。
       研究結(jié)果表明:培養(yǎng)128后測(cè)定的α多樣性以及r-和k-策略微生物的相對(duì)豐度受溫度的顯著影響(P < 0.05),但是這些微生物變量并不能很好地預(yù)測(cè)同步測(cè)定的土壤有機(jī)碳礦化速率。相反,新鮮土壤的微生物群落多樣性以及r-和k-策略微生物的相對(duì)豐度對(duì)不同培養(yǎng)階段的土壤有機(jī)碳礦化速率及其Q10的影響是一致且顯著的(P < 0.05)。與此同時(shí),路徑分析表明,當(dāng)考慮到氣候、土壤有機(jī)碳化學(xué)、物理保護(hù)和土壤性質(zhì)的變化時(shí),微生物α多樣性以及r-和k-策略微生物對(duì)土壤有機(jī)碳礦化速率及其Q10的影響并不是獨(dú)立的。本研究結(jié)果表明,雖然土壤微生物群落的多樣性和組成是土壤有機(jī)碳質(zhì)量和有效性的重要指標(biāo),但它們并不是土壤有機(jī)碳礦化速率及其Q10的根本的決定因素。
       相關(guān)研究成果以“Decoupling of soil carbon mineralization and microbial community composition across a climate gradient on the Tibetan Plateau”為題發(fā)表在國際SCI期刊Geoderma(IF2022=6.1,中科院一區(qū))。
 
Zheng, J., Mao, X., Jan van Groenigen, K., Zhang, S., Wang, M., Guo, X. et al. (2024). Decoupling of soil carbon mineralization and microbial community composition across a climate gradient on the Tibetan Plateau. 441, 116736.
https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2023.116736


 
 
       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(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(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(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(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(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;
  • 307 mL樣品瓶,25位樣品盤;
  • 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?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(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(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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