PRI-8600D雙循環復路系統在土壤呼吸測量方面的應用

瀏覽次數：1233　發布日期：2024-3-4　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

土壤呼吸中¹³C的天然豐度可以為研究土壤-植物大氣圈系統中的碳動力學提供有力的工具，并對大氣δ¹³C產生很大影響，因為它是進入大氣的最大CO₂通量之一。大氣δ¹³C可以進一步反映陸地生態系統的分餾，為生物圈-大氣CO₂交換提供有價值的示蹤劑。此外，使用穩定同位素¹³C作為示蹤劑是劃分土壤呼吸成分的極好方法，因為它可以在對土壤環境干擾最小的情況下識別釋放的CO₂的來源。如果由于缺乏δs數據而導致陸地呼吸的同位素組成參數化不正確，基于呼吸過程中陸地同位素分餾常數的生態系統和全球碳循環模型可能會給出不正確的結果。在現有的δs研究中，最常用的方法是使用靜態封閉土壤室，在選定的時間間隔從中收集空氣樣本，并通過同位素比質譜儀測定進行后分析。在這些實驗中，樣品采集的頻率固有地受到燒瓶采集和離線質譜分析所需的時間和精力的限制。因此，最佳測量時間對于獲得日、月或年平均δs非常重要。

基于此，中國科學院地理科學與自然資源研究所溫學發等研究人員采用非穩態條件下在線連續多通道雙循環觀測系統，在中國西北的灌溉玉米生態系統中進行了Rs和δs的原位連續測量。研究過程中，基于連續和高頻（1Hz）測量，研究Rs和δs在日、月和季節時間尺度上的最佳測量時間，量化Rs和Δs的最佳測量頻率，以在季節時間尺度下達到一定的準確度（±10%、±20%或±30%）。從而評估生長季節土壤呼吸CO₂（Rs）及其δ¹³C（δs）值以及土壤溫度（ST）和土壤含水量（SWC）的最佳測量時間和頻率。

研究發現，盡管在生長季節，Rs和δs通常隨著非生物和生物因素的變化而表現出明顯的日變化和季節變化，但在9:00–10:00或此時（如9:00–11:00）的窗口中測得的Rs和Δs通常與日平均值沒有顯著差異。因此，如果研究人員無法直接測量晝夜模式，建議將這些時間尺度作為氣候和植物類型相似地區的最佳測量時間。這項研究的結果為未來在其他灌溉農業生態系統中使用非連續測量提供了指導，可用于選擇最佳測量時間并在保證一定精度的同時降低測量頻率。

試驗方案及設備

下圖是整套系統的示意圖。整個方案由1）分析模塊；2）采樣模塊；3）控制模塊和4）校準模塊構成。整體采用多通道雙循環的設計思路，實現待測氣體既能快速周轉，又能互不干擾，并且將死體積降至最低水平。下圖中藍色線條代表的氣路循環為整套系統的大循環，氣體在呼吸室和控制系統內快速循環，能實時反饋氣體濃度的變化。黃色線條代表的氣路循環為小循環，從大循環中取分析儀需要的氣體流量進行分析檢測，測試完成的氣體再次送回循環氣路。

原位多通道雙循環觀測系統示意圖
（std1, std2, std3：標準氣體；MV：3通電磁閥；OF：溢流；V：流量控制閥；P：KNF泵；F：過濾器）

1、降低每一個呼吸室的關閉速度，最大限度減少呼吸室蓋緊過程因空氣下壓產生的土壤呼吸測量的不確定性，保證數據測量結果的穩定性和準確性。

2、縮短每個循環周期的測量時間，尤其有利于土壤呼吸通量較低需要延長單個呼吸室測量時間，以及單次循環土壤呼吸室較多的情況。

3、有利于提高流速較慢分析儀的響應時間。

4、雙泵交替工作有利于延長泵的使用壽命。

土壤空間異質性強，即便是同一區塊相同土壤類型的土壤呼吸，其通量差異性也非常大。科學家在進行土壤呼吸研究時，通常需要在空間、時間和氣體種類上進行多維度的組合研究，才能更好地解釋土壤呼吸的內在機制。基于此，普瑞億科研發了PRI-8600D 多通道土壤呼吸（群落光合）測量系統，能為上述研究提供時間順序上、不同位點土壤呼吸循環測量解決方案。