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近日，北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司成功交付黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院一套便攜式土壤呼吸實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)，為該單位在土壤碳循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)功能領(lǐng)域的研究提供了強(qiáng)大助力。該系統(tǒng)可同時(shí)測(cè)量監(jiān)測(cè)土壤CO2、氧氣和水汽，還可選配CH4測(cè)量監(jiān)測(cè)；主機(jī)系統(tǒng)集成于便攜箱內(nèi)，既可用于實(shí)驗(yàn)室土壤呼吸實(shí)驗(yàn)?zāi)M測(cè)量監(jiān)測(cè)、土壤微生物活力監(jiān)測(cè)，也可用于野外“原位”測(cè)量土壤呼吸、濕地土壤呼吸等。
圖1 左：便攜式土壤呼吸實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)；右：安裝培訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)
培訓(xùn)過(guò)程中，測(cè)得土壤CO2排放速率為0.622μmol/m²·s。
圖2 二氧化碳濃度隨時(shí)間變化
美國(guó)肯特州立大學(xué)的Kyle E. Smart團(tuán)隊(duì)利用便攜式土壤呼吸實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)在《Biogeosciences》期刊發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于土壤微生物碳利用效率（CUE）的創(chuàng)新性研究。該研究通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤中二氧化碳和氧氣的濃度變化，揭示了微生物在土壤碳循環(huán)中的關(guān)鍵作用。
研究團(tuán)隊(duì)使用便攜式土壤呼吸實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)建了一套自動(dòng)化氣體采樣裝置，能夠以2小時(shí)為間隔連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤呼吸過(guò)程中的氣體濃度。實(shí)驗(yàn)中，研究人員向土壤中添加了不同量的葡萄糖作為底物，模擬自然環(huán)境中植物凋落物對(duì)土壤微生物的刺激作用。通過(guò)精確測(cè)量土壤呼吸過(guò)程中的二氧化碳和氧氣濃度，研究人員計(jì)算出呼吸商（RQ），并進(jìn)一步推導(dǎo)出微生物的碳利用效率（CUE）。
圖3 左：CO?產(chǎn)生量、O?消耗量和RQ值隨時(shí)間變化結(jié)果；中：微生物碳利用效率（CUE）和生物量生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)變化；右：不同葡萄糖添加量下，土壤中碳的分布情況
研究結(jié)果顯示，在葡萄糖添加后，土壤呼吸商（RQ）顯著高于1.0，表明微生物在利用葡萄糖進(jìn)行呼吸的同時(shí)，還將其部分轉(zhuǎn)化為生物量和其他生物合成產(chǎn)物。這一發(fā)現(xiàn)突破了傳統(tǒng)認(rèn)知，即微生物在利用簡(jiǎn)單碳源時(shí)RQ應(yīng)接近1.0。通過(guò)理論推導(dǎo)，研究人員建立了RQ與CUE之間的定量關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著CUE的增加，RQ值也相應(yīng)升高。這一關(guān)系為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤微生物的碳利用效率提供了一種新的方法。
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