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SoilLab土壤呼吸实验测量系统应用于干旱区土壤研究

时间：2022-03-28 作者：凯发旗舰厅(中国) 点击量：

SoilLab多通道实验室土壤呼吸实验测量系统由土壤呼吸测量室、气流抽样控制系统、CA-10气体分析仪等组成，用于多通道实验室土壤呼吸、土壤动物呼吸、根系呼吸、土壤微生物活性评估、地表生物结皮光合呼吸、土壤污染呼吸响应、土壤种子库活力评估等测量研究分析，适用于各类土壤包括耕地、旱地土壤、湿地土壤、工业污染土壤、固废等的呼吸测量和Microcosm-test（微生态实验模拟观测），还可进行土壤不同干扰条件下（如水分、养分、污染、温度等）的呼吸动态。

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SoilLab系统主要功能特点如下：

1) �？槭脚渲�，可根据实验要求灵活配置、扩展，如配置4通道、8通道、16通道乃至24通道测量系统，或组配用于土壤、凋落物、植物、昆虫、土壤动物、甚至啮齿类动物的呼吸等；

2) 高精度氧气分析仪和CO2分析仪，还可选配O2分析仪、甲烷分析仪、水汽分析仪等；

3) 根据需求可选配便携式测量系统，分析仪、气体抽样系统及数据采集器等都集成在一个便携箱内，便于野外原位测量土壤呼吸等；

4) 可根据实验需求选配不同类型的土壤呼吸室或微生态模拟室（Microcosm chamber），或与FytoScope植物生长室组合，以观测不同实验控制模拟条件下土壤呼吸、群落光合呼吸、土壤微生物活性等；

5) 可根据SIR底物诱导呼吸法（ISO 14240-1 Soil quality – Determination of soil microbial biomass, Part 1: Substrate-induced respiration method），评估测定土壤微生物生物量；

6) 可选配EasyChem全自动离子分析仪，勇于分析土壤营养与土壤呼吸的关系等。

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应用案例：干旱区土壤水分与营养对C循环的影响

《ECOLOGY》2022年3月1日刊登了美国犹他州立大学荒地资源系和犹他州洛根生态中心（Department of Wildland Resources, Utah State University and the Ecology Center, Logan, UT, USA）的Ryan T. Choi等的论文，Ryan T. Choi认为目前人们对于干旱地区土壤碳循环过程中土壤水分、土壤C、N、P之间的相互作用的理解还明显不足，于是展开了研究。Ryan把来自科罗拉多高原的旱地生态系统的土壤进行不同水分含量处理，和施加不同C肥（葡萄糖）、氮肥、磷肥的处理，使用SoilLab土壤呼吸测量系统测量土壤的呼吸速率。研究发现，虽然水、C 和 N 都可以通过一系列复杂作用影响土壤的碳循环，但单独的水处理对土壤生物的呼吸影响极�。� + C的处理会导致土壤碳循环显著增加，这表明水处理和C处理在一定程度上的功能共限作用（co-limitation）。单独添加氮不会导致土壤碳循环发生变化，但是当氮与水和碳一起添加时，相对于不加氮（只添加水和碳），氮大大增加了土壤碳循环速率。磷添加对碳循环没有影响。结果表明资源之间的相互作用令人惊讶，这有助于我们理解生态学中的关键理论，比如瞬时极大值假说（Transient Maxima Hypothesis），支持多资源处理比单独水分处理能够更好地解释旱地脉冲动态C循环（pulse-dynamic C cycling）这一现象。

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上图：土壤呼吸（毫克碳每克土壤）对双向处理组合（分别为C、N、P）的3D二阶响应面模型，表明（a）C和N，而不是（b）C和P，或（C）N和P对呼吸的交互刺激作用；下图：相同结果（d-f）的2D图，黄色到红色表示土壤呼吸从低到高；地形线代表二维响应面。

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土壤呼吸对（a）水×CNP；（b） C×N；和（c）N×P响应的交互作用图。小组（a）数据表明土壤呼吸对水x CNP的强烈反应，但对单独水处理的反应非常有限，对CNP单独的反应也非常有限。小组（b）显示出一系列局限性，表现为仅对C的中度反应、对N的缺乏反应和对C×N的强烈反应。小组（C）显示出独立局限性，表现为对N的积极反应，但对P处理几乎无反应。

应用案例：干旱地区土壤生物结皮与土壤地化循环

旱地生态系统中，土壤养分和有机碳（C）的循环通常是由被称为生物土壤结皮（biocrusts）的土壤表面群落介导的，这些生物结皮在土壤顶部约0–2厘米处循环C和养分。然而，尚不清楚生物结皮在多大程度上影响了深层地下矿质土壤中的土壤肥力和生物地质化学循环（biogeochemical cycles）。人们猜测，土壤渗漏液中的溶质从生物结皮转移到更深的土壤层，可能是生物结皮肥力物质向下转移到矿质土壤中更深的微生物群落和植物根系的主要机制之一。美国德克萨斯大学生物科学学院（Biological Sciences, University of Texas）的Kristina E. Young等，研究了生物结皮渗漏液在促进地下营养和可溶性碳库以及地下微生物循环中的作用。研究结果发表在2022年1月的《Geoderma》上。

Kristina等收集了处于三个演替阶段的生物结皮，并在多个土壤深度采集原状土样本，进行培养后使用SoilLab土壤呼吸测量系统测量土壤样本的呼吸速率，用于评估土壤微生物的生物量和其活性。同时收集渗漏液，测量每个演替阶段的养分和有机C浓度以及代谢物组成。研究发现，生物结皮和地下矿质土壤之间的养分和C连通性程度取决于生物结皮演替阶段和其养分元素，生物结皮演替阶段对矿质土壤CO2通量的影响可能与长期资源积累有关。在较长的时间段和后期演替阶段，可以通过对养分的可利用性和CO2通量的反�。雌拦篮档赝寥赖纳锏刂驶а纷纯�。

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A）在24小时培养期内，三种生物结皮演替阶段下采集的土壤的呼吸速率（?mol CO2/g干土/hr）；B）培养24小时后，三种生物结皮演替阶段下采集的土壤中微生物生物量C浓度的变化，箱线图上的箱状条表示中值，垂直线表示最小值和最大值；C）不同生物结皮演替阶段的土壤CO2呼吸速率（CO2?mol/g/hr）和微生物生物量C之间的95%置信区间的比率。

参考文献

Ryan T. Choi, et al. 2022. Multiple resource limitation of dryland soil microbial carbon cycling on the Colorado Plateau, Ecology ( IF 5.499 ) Pub Date : 2022-03-01 , DOI: 10.1002/ecy.3671

Kristina E. Young, et al. 2022. Vertical movement of soluble carbon and nutrients from biocrusts to subsurface mineral soils, Geoderma 405 (2022) 115495

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