全自動溫室氣體測量系統(tǒng)在土壤有機碳礦化與微生物多樣性關系的應用
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26篇。
今天與大家分享的是浙江大學環(huán)境與資源學院羅忠奎研究團隊在研究土壤有機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系方面取得的進展。在該項研究中，研究團隊利用PRI-8800測定土壤CO2排放速率，為研究結果提供了有力的數據支撐。
土壤微生物驅動著有機碳的礦化，由于不同微生物群落在代謝效率以及對不同溫度變化的響應存在差異，因此土壤有機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該存在密切的關系。然而，這些關系很少被檢驗。
基于此，浙江大學環(huán)境與資源學院羅忠奎研究團隊通過室內培養(yǎng)實驗，評估了藏東南地區(qū)不同海拔（氣候）梯度中土壤微生物α多樣性對溫度的響應以及r-和k-策略微生物的相對豐度。
圖.培養(yǎng)第128天的土壤有機碳礦化速率及其Q10與門水平微生物群落豐度的相關性�；疑硎鞠嚓P性不顯著（即P > 0.05），彩色網格表示相關性顯著（P < 0.05），顏色梯度表示相關性的大小和強度。R5°C-128和R25°C-128分別為5°C和25°C培養(yǎng)溫度下第128天的有機碳礦化速率。Q10-128為土壤有機碳在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)實驗設計及有機碳礦化測定的過程中，研究團隊采用由普瑞億科研發(fā)的PRI-8800全自動變溫土壤培養(yǎng)溫室氣體分析系統(tǒng)測定土壤CO2排放速率（μg CO2-C g−1 SOC day−1），每個土壤樣品測定時間設置為3分鐘，此數據的獲取為該項研究提供了有力的數據支撐�；诓煌瑴囟认聹y定的土壤CO2排放速率，計算了有機碳礦化的溫度敏感性（Q10）。
研究結果表明：培養(yǎng)128后測定的α多樣性以及r-和k-策略微生物的相對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測同步測定的土壤有機碳礦化速率。相反，新鮮土壤的微生物群落多樣性以及r-和k-策略微生物的相對豐度對不同培養(yǎng)階段的土壤有機碳礦化速率及其Q10的影響是一致且顯著的（P < 0.05）。與此同時，路徑分析表明，當考慮到氣候、土壤有機碳化學、物理保護和土壤性質的變化時，微生物α多樣性以及r-和k-策略微生物對土壤有機碳礦化速率及其Q10的影響并不是獨立的。本研究結果表明，雖然土壤微生物群落的多樣性和組成是土壤有機碳質量和有效性的重要指標，但它們并不是土壤有機碳礦化速率及其Q10的根本的決定因素。
相關研究成果以“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為關鍵設備發(fā)表的相關文章已達25篇，分別發(fā)表在10余種影響因子較高的國際期刊上—
數據來源：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。
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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（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；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，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；
- 307 mL樣品瓶，25位樣品盤；
- 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。
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