PRI-8800溫室測量系統(tǒng)在不同土壤剖面SOC礦化溫度響應的應用
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注。該系統(tǒng)在土壤有機質分解速率、Q10及其調控機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為關鍵設備發(fā)表的相關文章已達24篇。
今天與大家分享的是中國科學院地理科學與資源研究所劉遠團隊在調查基質可用性（根系分泌物）的變化如何影響不同土壤剖面中土壤有機碳（SOC）礦化的溫度響應（Q10）方面取得的進展，在該項研究中，研究團隊利用PRI-8800對SOC礦化率進行高頻測量，為研究結果提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。
土壤有機碳（SOC）礦化是導致大量碳從土壤流失到大氣中的一個主要過程，而溫度會極大地影響這一過程。預計在下個世紀，底土和表土都將經(jīng)歷類似程度的變暖。氣候變暖預計會產(chǎn)生土壤碳-氣候正反饋，從而加速氣候變化。這種正反饋的大小在很大程度上取決于不同深度SOC礦化的溫度敏感性（Q10）。因此，更好地了解不同深度的Q10變化及其內在機制，對于準確預測氣候變化情景下的土壤碳動態(tài)至關重要。盡管在理解全球變暖對底土碳動態(tài)影響方面取得了進展，但對于Q10在土壤剖面不同深度的變化方式仍未達成共識。
為了更好地理解氣候變化背景下土壤碳動態(tài)，劉遠團隊從三個地點采集了土壤剖面的土壤樣品，包括四個深度區(qū)間（0-10厘米，10-30厘米，30-50厘米和50-70厘米）：兩個地點具有典型的礦物質土壤，一個地點是埋藏土壤。研究團隊在實驗室中使用這些土壤來探討隨著土壤深度的增加SOC礦化的Q10對底物可利用性變化的響應。葡萄糖是一種容易獲得的底物，因為它是根分泌物的重要組成部分。土壤在10-25°C的溫度下孵育，以0.75°C的溫度間隔進行了24小時。然后，在孵育1天后，通過高頻率連續(xù)測量SOC礦化速率，避免了底物限制和微生物群落的變化對結果的影響，估算Q10。
值得注意的是，針對SOC礦化速率的測量，研究團隊使用的是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)，該系統(tǒng)允許在一定時間內逐步提高孵育溫度并與SOC礦化速率的高頻測量同步進行，為該項研究提供了更準確的Q10估計。
圖1：不同土壤深度和不同站點下，控制組（CK）和底物添加組（S+）的土壤有機碳（SOC）礦化的溫度響應，使用指數(shù)擬合表示。站點：Liangshui（LS）、Huinan（HN）和Hongyuan（HY）。***代表P<0.001的顯著差異。
圖2 a：在控制組（CK）和底物添加組（S+）中，土壤有機碳（SOC）礦化速率（R22）在22°C下隨深度增加的變化。b：不同站點下不同土壤深度的底物可利用性指數(shù)（CAI）；c：在CK和S+處理中，SOC礦化的溫度敏感性（Q10）隨深度增加的變化；d：不同站點下不同土壤深度中CK和S+處理之間Q10的差異（ΔQ10）。
研究結果表明，在典型的礦質土壤中，Q10隨深度的增加而降低，但在埋藏土壤中，Q10則先降低后增加。不出所料，在不同的土壤深度，基質的添加會明顯增加Q10；但是，增加的幅度（ΔQ10）隨土壤深度和類型的不同而不同。出乎意料的是，在典型的礦質土壤中，表土中的ΔQ10比底土中的高，反之亦然。ΔQ10與土壤初始基質可用性（CAI）呈負相關，與土壤無機氮呈正相關�？傮w而言，氣候變化情景下基質可用性的增加（即二氧化碳濃度升高導致根系滲出物增加）會進一步加強SOC礦化的溫度響應，尤其是在無機氮含量高的土壤或氮沉積率高的地區(qū)。
相關研究成果以“Substrate availability reconciles the contrasting temperature response of SOC mineralization in different soil profiles”為題在線發(fā)表于期刊《Journal Of Soils And Sediments》上（中科院三區(qū)Top，IF5 =3.8）。
相關論文信息：Liu Y, Kumar A, Tiemann L K, et al. Substrate availability reconciles the contrasting temperature response of SOC mineralization in different soil profiles[J]. Journal of Soils and Sediments, 2023: 1-15.原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s11368-023-03602-y
截至目前，以PRI-8800為關鍵設備發(fā)表的相關文章已達24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可以為這些高質量學術研究貢獻一份力量，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)儀器設備，請與我們公司聯(lián)絡，我們?yōu)槟鷾蕚淞艘环菪《Y物，以感謝您對國產(chǎn)設備以及普瑞億科的信任和支持！
為響應國家“雙碳”目標，針對國內“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，可以有效服務科學研究和生態(tài)觀測。PRI-8800的成功推出，為“雙碳”目標研究和評價提供了強有力的工具。
戳視頻↓
土壤有機質分解速率（R）對溫度變化的響應非常敏感。溫度敏感性參數(shù)（Q10）可以刻畫土壤有機質分解對溫度變化的響應程度。Q10是指溫度每升高10℃，Ｒ所增加的倍數(shù)；Q10值越大，表明土壤有機質分解對溫度變化就越敏感。Q10不僅取決于有機質分子的固有動力學屬性，也受到環(huán)境條件的限制。Q10能抽象地描述土壤有機質分解對溫度變化的響應，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）進行測量，從而導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，也能用于測量其對土壤含水量、酶促反應、有機底物、土壤生物及時空變異等的響應。PRI-8800為Q10對關聯(lián)影響因子的研究，提供了一套快捷、高效、準確的整體解決方案。
- 可設定恒溫或變溫培養(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；
- 一體化設計，內置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研究，拓展設備應用場景，普瑞億科重磅推出「加強版」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)的頻率和強度。這些波動影響了土壤微生物活動的關鍵驅動力，即土壤水分利用率。雖然這些波動使土壤微生物結構有少許改變，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，其溫室氣體排放是如何響應的？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曲線的建議，將糾正以往研究人員只設置3-5個溫度點(大約相隔5-10℃)進行呼吸測量的做法，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果的準確性。而上述至少20個溫度點的設置和對應的土壤呼吸測量，僅僅需要在PRI-8800 Plus程序中預設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，這將極大提高科學家的工作效率。
除了上述變溫應用案例外，科學家還可以依據(jù)自己的實驗設計進行諸如日變化、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測量，而PRI-8800 Plus的邏輯設計，為短期、中期和長期濕度控制條件下的土壤呼吸的連續(xù)、高品質測量提供了可能。
5）底物依賴性的研究：底物物質量與Q10密切相關，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，如外源的生物質碳、微生物種群、各種肥料、呼吸促進/抑制劑、同位素試劑等。通過PRI-8800快速在線變溫培養(yǎng)測量，能加速某些研究進程并獲得可靠結果，如生物質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。通過溫度響應了解培養(yǎng)前后的微生物種群和數(shù)量的變化以及對應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，或許幫助科學家找出更好的Q10對土壤生物依賴性的響應解析。
1.Li C, Xiao C, Li M, et al. The quality and quantity of SOM determines the mineralization of recently added labile C and priming of native SOM in grazed grasslands[J]. Geoderma, 2023, 432: 116385.
2.Ma X, Jiang S, Zhang Z, et al. Long‐term collar deployment leads to bias in soil respiration measurements[J]. Methods in Ecology and Evolution, 2023, 14(3): 981-990.
3.He Y, Zhou X, Jia Z, et al. Apparent thermal acclimation of soil heterotrophic respiration mainly mediated by substrate availability[J]. Global Change Biology, 2023, 29(4): 1178-1187.
4.Mao X, Zheng J, Yu W, et al. Climate-induced shifts in composition and protection regulate temperature sensitivity of carbon decomposition through soil profile[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2022, 172: 108743.
5.Pan J, He N, Liu Y, et al. Growing season average temperature range is the optimal choice for Q10 incubation experiments of SOM decomposition[J]. Ecological Indicators, 2022, 145: 109749.
6.Li C, Xiao C, Guenet B, et al. Short-term effects of labile organic C addition on soil microbial response to temperature in a temperate steppe[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2022, 167: 108589.
7.Jiang ZX, Bian HF, Xu L, He NP. 2021. Pulse effect of precipitation: spatial patterns and mechanisms of soil carbon emissions. Frontiers in Ecology and Evolution, 9: 673310.
8.Liu Y, Xu L, Zheng S, Chen Z, Cao YQ, Wen XF, He NP. 2021. Temperature sensitivity of soil microbial respiration in soils with lower substrate availability is enhanced more by labile carbon input. Soil Biology and Biochemistry, 154: 108148.
9.Bian HF, Zheng S, Liu Y, Xu L, Chen Z, He NP. 2020. Changes in soil organic matter decomposition rate and its temperature sensitivity along water table gradients in cold-temperate forest swamps. Catena, 194: 104684.
10.Xu M, Wu SS, Jiang ZX, Xu L, Li MX, Bian HF, He NP. 2020. Effect of pulse precipitation on soil CO2 release in different grassland types on the Tibetan Plateau. European Journal of Soil Biology, 101: 103250.
11.Liu Y, He NP, Xu L, Tian J, Gao Y, Zheng S, Wang Q, Wen XF, Xu XL, Yakov K. 2019. A new incubation and measurement approach to estimate the temperature response of soil organic matter decomposition. Soil Biology & Biochemistry, 138, 107596.
12.Yingqiu C, Zhen Z, Li X, et al. Temperature Affects new Carbon Input Utilization By Soil Microbes: Evidence Based on a Rapid δ13C Measurement Technology[J]. Journal of Resources and Ecology, 2019, 10(2): 202-212.
13.Cao Y, Xu L, Zhang Z, et al. Soil microbial metabolic quotient in inner mongolian grasslands: Patterns and influence factors[J]. Chinese Geographical Science, 2019, 29: 1001-1010.
14.Liu Y, He NP, Wen XF, Xu L, Sun XM, Yu GR, Liang LY, Schipper LA. 2018. The optimum temperature of soil microbial respiration: Patterns and controls. Soil Biology and Biochemistry, 121: 35-42.
15.Liu Y, Wen XF, Zhang YH, Tian J, Gao Y, Ostle NJ, Niu SL, Chen SP, Sun XM, He NP. 2018.Widespread asymmetric response of soil heterotrophic respiration to warming and cooling. Science of Total Environment, 635: 423-431.
16.Wang Q, He NP, Xu L, Zhou XH. 2018. Important interaction of chemicals, microbial biomass and dissolved substrates in the diel hysteresis loop of soil heterotrophic respiration. Plant and Soil, 428: 279-290.
17.Wang Q, He NP, Xu L, Zhou XH. 2018. Microbial properties regulate spatial variation in the differences in heterotrophic respiration and its temperature sensitivity between primary and secondary forests from tropical to cold-temperate zones. Agriculture and Forest Meteorology, 262, 81-88.
18.He N P, Liu Y, Xu L, Wen X F, Yu G R, Sun X M. Temperature sensitivity of soil organic matter decomposition:New insights into models of incubation and measurement. Acta Ecologica Sinica, 2018, 38(11): 4045-4051.
19.Li J, He NP, Xu L, Chai H, Liu Y, Wang DL, Wang L, Wei XH, Xue JY, Wen XF, Sun XM. 2017. Asymmetric responses of soil heterotrophic respiration to rising and decreasing temperatures. Soil Biology & Biochemistry, 106: 18-27.
20.Liu Y, He NP, Xu L, Niu SL, Yu GR, Sun XM, Wen XF. 2017. Regional variation in the temperature sensitivity of soil organic matter decomposition in China’s forests and grasslands. Global Change Biology, 23: 3393-3402.
21.Wang Q, He NP*, Liu Y, Li ML, Xu L. 2016. Strong pulse effects of precipitation event on soil microbial respiration in temperate forests. Geoderma, 275: 67-73.
22.Wang Q, He NP, Yu GR, Gao Y, Wen XF, Wang RF, Koerner SE, Yu Q*. 2016. Soil microbial respiration rate and temperature sensitivity along a north-south forest transect in eastern China: Patterns and influencing factors. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 121: 399-410.
23.He NP, Wang RM, Dai JZ, Gao Y, Wen XF, Yu GR. 2013. Changes in the temperature sensitivity of SOM decomposition with grassland succession: Implications for soil C sequestration. Ecology and Evolution, 3: 5045-5054.
24.Liu Y, Kumar A, Tiemann L K, et al. Substrate availability reconciles the contrasting temperature response of SOC mineralization in different soil profiles[J]. Journal of Soils and Sediments, 2023: 1-15.
2.Ma X, Jiang S, Zhang Z, et al. Long‐term collar deployment leads to bias in soil respiration measurements[J]. Methods in Ecology and Evolution, 2023, 14(3): 981-990.
3.He Y, Zhou X, Jia Z, et al. Apparent thermal acclimation of soil heterotrophic respiration mainly mediated by substrate availability[J]. Global Change Biology, 2023, 29(4): 1178-1187.
4.Mao X, Zheng J, Yu W, et al. Climate-induced shifts in composition and protection regulate temperature sensitivity of carbon decomposition through soil profile[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2022, 172: 108743.
5.Pan J, He N, Liu Y, et al. Growing season average temperature range is the optimal choice for Q10 incubation experiments of SOM decomposition[J]. Ecological Indicators, 2022, 145: 109749.
6.Li C, Xiao C, Guenet B, et al. Short-term effects of labile organic C addition on soil microbial response to temperature in a temperate steppe[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2022, 167: 108589.
7.Jiang ZX, Bian HF, Xu L, He NP. 2021. Pulse effect of precipitation: spatial patterns and mechanisms of soil carbon emissions. Frontiers in Ecology and Evolution, 9: 673310.
8.Liu Y, Xu L, Zheng S, Chen Z, Cao YQ, Wen XF, He NP. 2021. Temperature sensitivity of soil microbial respiration in soils with lower substrate availability is enhanced more by labile carbon input. Soil Biology and Biochemistry, 154: 108148.
9.Bian HF, Zheng S, Liu Y, Xu L, Chen Z, He NP. 2020. Changes in soil organic matter decomposition rate and its temperature sensitivity along water table gradients in cold-temperate forest swamps. Catena, 194: 104684.
10.Xu M, Wu SS, Jiang ZX, Xu L, Li MX, Bian HF, He NP. 2020. Effect of pulse precipitation on soil CO2 release in different grassland types on the Tibetan Plateau. European Journal of Soil Biology, 101: 103250.
11.Liu Y, He NP, Xu L, Tian J, Gao Y, Zheng S, Wang Q, Wen XF, Xu XL, Yakov K. 2019. A new incubation and measurement approach to estimate the temperature response of soil organic matter decomposition. Soil Biology & Biochemistry, 138, 107596.
12.Yingqiu C, Zhen Z, Li X, et al. Temperature Affects new Carbon Input Utilization By Soil Microbes: Evidence Based on a Rapid δ13C Measurement Technology[J]. Journal of Resources and Ecology, 2019, 10(2): 202-212.
13.Cao Y, Xu L, Zhang Z, et al. Soil microbial metabolic quotient in inner mongolian grasslands: Patterns and influence factors[J]. Chinese Geographical Science, 2019, 29: 1001-1010.
14.Liu Y, He NP, Wen XF, Xu L, Sun XM, Yu GR, Liang LY, Schipper LA. 2018. The optimum temperature of soil microbial respiration: Patterns and controls. Soil Biology and Biochemistry, 121: 35-42.
15.Liu Y, Wen XF, Zhang YH, Tian J, Gao Y, Ostle NJ, Niu SL, Chen SP, Sun XM, He NP. 2018.Widespread asymmetric response of soil heterotrophic respiration to warming and cooling. Science of Total Environment, 635: 423-431.
16.Wang Q, He NP, Xu L, Zhou XH. 2018. Important interaction of chemicals, microbial biomass and dissolved substrates in the diel hysteresis loop of soil heterotrophic respiration. Plant and Soil, 428: 279-290.
17.Wang Q, He NP, Xu L, Zhou XH. 2018. Microbial properties regulate spatial variation in the differences in heterotrophic respiration and its temperature sensitivity between primary and secondary forests from tropical to cold-temperate zones. Agriculture and Forest Meteorology, 262, 81-88.
18.He N P, Liu Y, Xu L, Wen X F, Yu G R, Sun X M. Temperature sensitivity of soil organic matter decomposition:New insights into models of incubation and measurement. Acta Ecologica Sinica, 2018, 38(11): 4045-4051.
19.Li J, He NP, Xu L, Chai H, Liu Y, Wang DL, Wang L, Wei XH, Xue JY, Wen XF, Sun XM. 2017. Asymmetric responses of soil heterotrophic respiration to rising and decreasing temperatures. Soil Biology & Biochemistry, 106: 18-27.
20.Liu Y, He NP, Xu L, Niu SL, Yu GR, Sun XM, Wen XF. 2017. Regional variation in the temperature sensitivity of soil organic matter decomposition in China’s forests and grasslands. Global Change Biology, 23: 3393-3402.
21.Wang Q, He NP*, Liu Y, Li ML, Xu L. 2016. Strong pulse effects of precipitation event on soil microbial respiration in temperate forests. Geoderma, 275: 67-73.
22.Wang Q, He NP, Yu GR, Gao Y, Wen XF, Wang RF, Koerner SE, Yu Q*. 2016. Soil microbial respiration rate and temperature sensitivity along a north-south forest transect in eastern China: Patterns and influencing factors. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 121: 399-410.
23.He NP, Wang RM, Dai JZ, Gao Y, Wen XF, Yu GR. 2013. Changes in the temperature sensitivity of SOM decomposition with grassland succession: Implications for soil C sequestration. Ecology and Evolution, 3: 5045-5054.
24.Liu Y, Kumar A, Tiemann L K, et al. Substrate availability reconciles the contrasting temperature response of SOC mineralization in different soil profiles[J]. Journal of Soils and Sediments, 2023: 1-15.
如果您對我們的產(chǎn)品或本期內容有任何問題，歡迎致電垂詢：
- 地址：北京市海淀區(qū)瀚河園路自在香山98-1號樓
- 電話：010-51651246 88121891
- 郵箱：info@pri-eco.com
Copyright(C) 1998-2025 生物器材網(wǎng) 電話：021-64166852;13621656896 E-mail：info@bio-equip.com