SoilLab多通道實驗室土壤呼吸實驗測量系統(tǒng)由土壤呼吸測量室、氣流抽樣控制系統(tǒng)、CA-10氣體分析儀等組成，用于多通道實驗室土壤呼吸、土壤動物呼吸、根系呼吸、土壤微生物活性評估、地表生物結(jié)皮光合呼吸、土壤污染呼吸響應(yīng)、土壤種子庫活力評估等測量研究分析，適用于各類土壤包括耕地、旱地土壤、濕地土壤、工業(yè)污染土壤、固廢等的呼吸測量和Microcosm-test（微生態(tài)實驗?zāi)M觀測），還可進行土壤不同干擾條件下（如水分、養(yǎng)分、污染、溫度等）的呼吸動態(tài)。

SoilLab系統(tǒng)主要功能特點如下：

1) 模塊式配置，可根據(jù)實驗要求靈活配置、擴展，如配置4通道、8通道、16通道乃24通道測量系統(tǒng)，或組配用于土壤、凋落物、植物、昆蟲、土壤動物、甚嚙齒類動物的呼吸等；

2) 高精度氧氣分析儀和CO2分析儀，還可選配O2分析儀、甲烷分析儀、水汽分析儀等；

3) 根據(jù)需求可選配便攜式測量系統(tǒng)，分析儀、氣體抽樣系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集器等都集成在一個便攜箱內(nèi)，便于野外原位測量土壤呼吸等；

4) 可根據(jù)實驗需求選配不同類型的土壤呼吸室或微生態(tài)模擬室（Microcosm chamber），或與FytoScope植物生長室組合，以觀測不同實驗控制模擬條件下土壤呼吸、群落光合呼吸、土壤微生物活性等；

5) 可根據(jù)SIR底物誘導(dǎo)呼吸法（ISO 14240-1 Soil quality – Determination of soil microbial biomass, Part 1: Substrate-induced respiration method），評估測定土壤微生物生物量；

6) 可選配EasyChem全自動離子分析儀，勇于分析土壤營養(yǎng)與土壤呼吸的關(guān)系等。

應(yīng)用案例：干旱區(qū)土壤水分與營養(yǎng)對C循環(huán)的影響

《ECOLOGY》2022年3月1日刊登了美國猶他州立大學(xué)荒地資源系和猶他州洛根生態(tài)中心（Department of Wildland Resources, Utah State University and the Ecology Center, Logan, UT, USA）的Ryan T. Choi等的論文，Ryan T. Choi認(rèn)為目前人們對于干旱地區(qū)土壤碳循環(huán)過程中土壤水分、土壤C、N、P之間的相互作用的理解還明顯不足，于是展開了研究。Ryan把來自科羅拉多高原的旱地生態(tài)系統(tǒng)的土壤進行不同水分含量處理，和施加不同C肥（葡萄糖）、氮肥、磷肥的處理，使用SoilLab土壤呼吸測量系統(tǒng)測量土壤的呼吸速率。研究發(fā)現(xiàn)，雖然水、C 和 N 都可以通過一系列復(fù)雜作用影響土壤的碳循環(huán)，但單獨的水處理對土壤生物的呼吸影響極小，而水 + C的處理會導(dǎo)致土壤碳循環(huán)顯著增加，這表明水處理和C處理在一定程度上的功能共限作用（co-limitation）。單獨添加氮不會導(dǎo)致土壤碳循環(huán)發(fā)生變化，但是當(dāng)?shù)c水和碳一起添加時，相對于不加氮（只添加水和碳），氮大大增加了土壤碳循環(huán)速率。磷添加對碳循環(huán)沒有影響。結(jié)果表明資源之間的相互作用令人驚訝，這有助于我們理解生態(tài)學(xué)中的關(guān)鍵理論，比如瞬時極大值假說（Transient Maxima Hypothesis），支持多資源處理比單獨水分處理能夠更好地解釋旱地脈沖動態(tài)C循環(huán)（pulse-dynamic C cycling）這一現(xiàn)象。

上圖：土壤呼吸（毫克碳每克土壤）對雙向處理組合（分別為C、N、P）的3D二階響應(yīng)面模型，表明（a）C和N，而不是（b）C和P，或（C）N和P對呼吸的交互刺激作用；下圖：相同結(jié)果（d-f）的2D圖，黃色到紅色表示土壤呼吸從低到高；地形線代表二維響應(yīng)面。

土壤呼吸對（a）水×CNP；（b） C×N；和（c）N×P響應(yīng)的交互作用圖。小組（a）數(shù)據(jù)表明土壤呼吸對水x CNP的強烈反應(yīng)，但對單獨水處理的反應(yīng)非常有限，對CNP單獨的反應(yīng)也非常有限。小組（b）顯示出一系列局限性，表現(xiàn)為僅對C的中度反應(yīng)、對N的缺乏反應(yīng)和對C×N的強烈反應(yīng)。小組（C）顯示出獨立局限性，表現(xiàn)為對N的積極反應(yīng)，但對P處理幾乎無反應(yīng)。

應(yīng)用案例：干旱地區(qū)土壤生物結(jié)皮與土壤地化循環(huán)

旱地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤養(yǎng)分和有機碳（C）的循環(huán)通常是由被稱為生物土壤結(jié)皮（biocrusts）的土壤表面群落介導(dǎo)的，這些生物結(jié)皮在土壤頂部約0–2厘米處循環(huán)C和養(yǎng)分。然而，尚不清楚生物結(jié)皮在多大程度上影響了深層地下礦質(zhì)土壤中的土壤肥力和生物地質(zhì)化學(xué)循環(huán)（biogeochemical cycles）。人們猜測，土壤滲漏液中的溶質(zhì)從生物結(jié)皮轉(zhuǎn)移到更深的土壤層，可能是生物結(jié)皮肥力物質(zhì)向下轉(zhuǎn)移到礦質(zhì)土壤中更深的微生物群落和植物根系的主要機制之一。美國德克薩斯大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院（Biological Sciences, University of Texas）的Kristina E. Young等，研究了生物結(jié)皮滲漏液在促進地下營養(yǎng)和可溶性碳庫以及地下微生物循環(huán)中的作用。研究結(jié)果發(fā)表在2022年1月的《Geoderma》上。

Kristina等收集了處于三個演替階段的生物結(jié)皮，并在多個土壤深度采集原狀土樣本，進行培養(yǎng)后使用SoilLab土壤呼吸測量系統(tǒng)測量土壤樣本的呼吸速率，用于評估土壤微生物的生物量和其活性。同時收集滲漏液，測量每個演替階段的養(yǎng)分和有機C濃度以及代謝物組成。研究發(fā)現(xiàn)，生物結(jié)皮和地下礦質(zhì)土壤之間的養(yǎng)分和C連通性程度取決于生物結(jié)皮演替階段和其養(yǎng)分元素，生物結(jié)皮演替階段對礦質(zhì)土壤CO2通量的影響可能與長期資源積累有關(guān)。在較長的時間段和后期演替階段，可以通過對養(yǎng)分的可利用性和CO2通量的反饋，來評估旱地土壤的生物地質(zhì)化學(xué)循環(huán)狀況。

A）在24小時培養(yǎng)期內(nèi)，三種生物結(jié)皮演替階段下采集的土壤的呼吸速率（μmol CO2/g干土/hr）；B）培養(yǎng)24小時后，三種生物結(jié)皮演替階段下采集的土壤中微生物生物量C濃度的變化，箱線圖上的箱狀條表示中值，垂直線表示小值和ZD值；C）不同生物結(jié)皮演替階段的土壤CO2呼吸速率（CO2μmol/g/hr）和微生物生物量C之間的95%置信區(qū)間的比率。

參考文獻

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