對于土壤呼吸來說，溫度是其主要驅(qū)動因子之一。過去的許多研究表明，溫度升高一般會促進(jìn)土壤CO2的排放，這是碳循環(huán)與變暖之間的一個正反饋效應(yīng)。通常，人們采用經(jīng)驗參數(shù)Q10值，即溫度每升高10℃土壤呼吸速率的變化比率，來表示土壤呼吸對溫度變化的反應(yīng)強(qiáng)度，這就是土壤呼吸的溫度敏感性，或稱土壤呼吸對溫度的依賴性。盡管許多生態(tài)學(xué)模型采用了單一固定的Q10值，但時間上，有證據(jù)表明，土壤呼吸對溫度變化的反應(yīng)并不是一成不變的，在不同的環(huán)境條件下，土壤呼吸往往具有不同的溫度敏感性。使用單一Q10值大的增加了碳?xì)夂蚰Ｐ皖A(yù)測的不確定性。
為模擬不同溫度的土壤變化實景環(huán)境，北京普瑞億科科技有限公司和科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所合作，開發(fā)PRI-8800全自動變溫土壤溫室氣體（同位素）在線測量系統(tǒng)，可對接土壤呼吸研究的不同分析儀，提供了一套整體測量方案。除此之外，該系統(tǒng)還可應(yīng)用于生物需氧和厭氧過程研究、高溫塑料降解等研究，如制藥過程中的微生物活性測量、BOD和毒性測量、昆蟲呼吸、生物機(jī)能、含發(fā)酵過程的食品生產(chǎn)監(jiān)控等等。
濕地系統(tǒng)微生物在線培養(yǎng)分析系統(tǒng)，主要包括全自動變溫土壤微生物呼吸連續(xù)取樣系統(tǒng)和CH4、CO2同位素在線分析儀組成，用于濕地土壤微生物對溫度變化的敏感性培養(yǎng)實驗，及CO2和CH4濃度和同位素比率的同步測量。
主要特點(diǎn)
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可靈活對接不同分析儀（同位素分析儀、氣體濃度分析儀等）；
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測樣過程中可以直接增加新樣品，無需關(guān)機(jī)處理；
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自動化程度高，無人值守，24小時不間斷工作；
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可方便拆卸土壤瓶固定裝置，實現(xiàn)在線置換土壤瓶；
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全自動控溫系統(tǒng)（-20~80 ℃），控溫精度優(yōu)于0.1 ℃；
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土壤溫度傳感器探針可頻繁自動插入土壤瓶中，準(zhǔn)確測量土壤溫度；
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的氣體循環(huán)氣路——雙回路氣路設(shè)計，可根據(jù)需要對CO2濃度進(jìn)行預(yù)處理，調(diào)控系統(tǒng)內(nèi)的起始CO2濃度（避免過高CO2濃度的抑制效應(yīng)）；
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的氣路設(shè)計，縮短響應(yīng)時間；
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可靈活設(shè)定的標(biāo)定系統(tǒng)，保障測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；
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友好的軟件界面，可根據(jù)具體實驗需要設(shè)定參數(shù)及數(shù)據(jù)存儲等功能；
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整機(jī)對外界溫度和壓力變化不敏感，對震動不敏感。
氣體分析原理
系統(tǒng)采用光譜掃描技術(shù)和光腔衰蕩光譜技術(shù)，應(yīng)用四面高放射率的鏡面對紅外激光進(jìn)行連續(xù)反射，有效路徑可達(dá)20千米，通過計算衰蕩時間差進(jìn)行痕量氣體和同位素的檢測。
研究領(lǐng)域
1）利用其自動、連續(xù)、快速的特點(diǎn)，開展區(qū)域尺度的聯(lián)網(wǎng)研究，揭示不同區(qū)域或植被類型的Q10變異及其控制機(jī)制。受傳統(tǒng)培養(yǎng)和測試方法的影響，研究人員很難開展類似的研究，雖然整合分析能一定程度解決這個問題，但也存在不同實驗處理條件和實驗測定方法造成的高不確定性問題。
2）開展Q10對連續(xù)溫度變化過程響應(yīng)研究，更真實的模擬溫度變化情況，從而揭示土壤微生物呼吸對溫度變化的響應(yīng)機(jī)制。受傳統(tǒng)方法的限制，當(dāng)前大多數(shù)研究均在小時、天、周尺度來開展，并沒有揭示真實的溫度日動態(tài)。
3）更好地開展土壤微生物對水分或資源快速變化情景下的研究。例如，降水脈沖是干旱-半干旱區(qū)的常見現(xiàn)象，土壤微生物活性（碳礦化速率或氮礦化速率）對水分可獲得性的響應(yīng)一直是非常重要又具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題；類似的，土壤微生物對外界資源脈沖式供應(yīng)的響應(yīng)或激發(fā)效應(yīng)也是近期研究熱點(diǎn)。
4) 隨著設(shè)備的廣泛使用與改進(jìn)，尤其是與13C分析設(shè)備相結(jié)合，相信會在土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)領(lǐng)域具有更多的應(yīng)用前景。
技術(shù)指標(biāo)
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指標(biāo)
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標(biāo)準(zhǔn)配置參數(shù)
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指標(biāo)
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標(biāo)準(zhǔn)配置參數(shù)
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濕地系統(tǒng)微生物在線培養(yǎng)分析系統(tǒng)
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樣品盤
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標(biāo)配16位樣品盤，也可選配4位或9位樣品盤
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自動校準(zhǔn)功能
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三個標(biāo)氣端口，可實現(xiàn)標(biāo)氣的自動測量
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CO2濃度調(diào)節(jié)
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對CO2濃度進(jìn)行預(yù)處理，調(diào)控系統(tǒng)內(nèi)的起始CO2濃度
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數(shù)據(jù)處理
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系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動計算處理
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供電中斷試驗
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> 5 AC循環(huán)啟動
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檢測室長度
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25cm
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檢測室容積
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35ml
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壓力控制精度
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0.0002 atm
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溫度控制精度
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0.005℃（被測氣體、測量腔室和主機(jī)）
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激光擴(kuò)展通道
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4個
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CO2+CH4同步模式
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即一個主機(jī)同時分析CO2+CH4濃度和同位素比率，確保樣品分析的同步性
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δ13C精度（5 min,1σ, 1 hr窗口）
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CO2:<0.16‰
CH4(低濃度):< 1.15‰
CH4(高濃度):<0.55‰
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大漂移（＞24 hrs，1h平均）
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CO2:<0.6 ‰
CH4:<1.5 ‰@10ppm
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濃度精度（30 s, 1σ）
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CO2: 200 ppb + 0.05 % 讀數(shù)(12C)
10 ppb + 0.05 % of 讀數(shù) (13C)
CH4(低濃度):5ppb+0.05%讀數(shù)(12C)
1ppb+0.05%讀數(shù)(13C)
CH4(高濃度):50ppb+0.05%讀數(shù)(12C)
10ppb+0.05%讀數(shù)(13C)
H2O：100ppm
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確保精度范圍
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CO2:380 - 2000 ppm
CH4(低濃度):1.8 - 12 ppm
CH4(高濃度):10- 500 ppm
H2O：0 - 2.4%
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測量間隔
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5 s
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測量范圍
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CO2:100 - 4000 ppm
CH4(低濃度):1.2 - 15 ppm
CH4(高濃度):1.8 - 1500 ppm
H2O：0 - 5%
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CO2同位素測量模式
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CO2測量模式
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δ13C精度（5 min,1σ, 1 Hr窗口）
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CO2:<0.12 ‰
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大漂移（＞24 hrs，1h平均）
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CO2:<0.6 ‰
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濃度精度（30 s, 1σ）
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CO2: 200 ppb + 0.05 %讀數(shù)(12C)
10 ppb + 0.05 %讀數(shù)(13C)
CH4:50 ppb + 0.05 %讀數(shù)(12C)
H2O：100ppm
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確保精度范圍
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CO2:380 - 2000 ppm
CH4:1.8 - 500 ppm
H2O：0 - 2.4%
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測量間隔
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3 s
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測量范圍
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CO2:100 - 4000 ppm
CH4:0 - 1000 ppm
H2O：0 - 5%
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CH4同位素測量模式
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CH4測量模式
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δ13C精度（5 min,1σ, 1 hr窗口）
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CH4(低濃度):< 0.8‰
CH4(高濃度):<0.4‰
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大漂移（＞24 hrs，1h平均）
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CH4:<1.5 ‰@10ppm
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濃度精度（30 s, 1σ）
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CO2: 1 ppm + 0.25 %讀數(shù)(12C)
CH4(低濃度)：5 ppb + 0.05 %讀數(shù)(12C)
1ppb + 0.05 %讀數(shù)(13C)
CH4(高濃度):50 ppb + 0.05 %讀數(shù)(12C)
10 ppb + 0.05 %讀數(shù)(13C)
H2O：100ppm
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確保精度范圍
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CO2:200 - 2000 ppm
CH4(低濃度):1.8 - 12 ppm
CH4(高濃度):10- 1000 ppm
H2O：0 - 2.4%
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測量間隔
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3 s
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測量范圍
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CO2:0 - 4000 ppm
CH4(低濃度):1.2 - 15 ppm
CH4(高濃度):1.8 - 1500 ppm
H2O：0 - 5%
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指標(biāo)
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標(biāo)準(zhǔn)配置參數(shù)
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接受定制
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備注
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控制系統(tǒng)
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系統(tǒng)響應(yīng)時間
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<4 s
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工作電壓
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24 V , 12.5 A
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控制箱功率
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220 VAC<350 W
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控制方式
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PC
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控制箱內(nèi)集成微型PC主機(jī)
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控制箱尺寸
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500*420*200 mm
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采樣系統(tǒng)
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溫度傳感器精度
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±0.15℃
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氣體流速
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1 L/min
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0-4 L/min可調(diào)
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有效行程
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400*400*150 mm
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●
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可根據(jù)客戶需要更改有效行程
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培養(yǎng)瓶容積
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150 mL
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●
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可更換各種容積培養(yǎng)瓶
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氣體管路
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1/8不銹鋼管或特氟龍管
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●
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可根據(jù)客戶需求更改
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重復(fù)定位精度
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0.1mm
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累積行程誤差
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±1mm
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CO2吸收劑
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NC Technologies S.r.l.
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●
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可根據(jù)客戶需求更換吸收劑
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采樣裝置尺寸
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800*800*700 mm
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溫度控制
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培養(yǎng)瓶溫度范圍
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-20~80℃
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●
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可根據(jù)客戶需求更改溫度范圍
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溫度控制精度
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±0.1℃
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加熱功率
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1500 W
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●
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可更換不同功率的加熱器
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制冷功率
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1250 W
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●
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可更換不同功率的壓縮機(jī)
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變溫速率(升溫)
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60 s/℃（室溫條件下）
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●
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跟加熱器功率有關(guān)
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變溫速率(降溫)
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90 s/℃（10-80℃）
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●
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跟壓縮機(jī)功率有關(guān)
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負(fù)載
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<2 kW
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軟件系統(tǒng)
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數(shù)據(jù)計算
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進(jìn)行簡單設(shè)置后可實現(xiàn)多種氣體成分的通量計算與均值計算
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通量設(shè)置
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選擇性設(shè)置不同時間段的通量值
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線性設(shè)置
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同步輸出線性關(guān)系R值和一致性指數(shù)I，可用于判斷數(shù)據(jù)可信度
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數(shù)據(jù)處理
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可進(jìn)行批量數(shù)據(jù)的處理
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有效性檢查
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可進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性檢查
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配置說明
PRI-8800濕地系統(tǒng)微生物在線培養(yǎng)分析系統(tǒng)主要包含，含同位素分析儀或CO2 H2O分析儀（分析儀內(nèi)置到主控箱內(nèi)）；全自動變溫培養(yǎng)系統(tǒng)，含水浴升降溫系統(tǒng)、主控制箱、全自動進(jìn)樣器、16位樣品盤等。
生產(chǎn)廠家：香港 PRI-ECO
部分發(fā)表文章
1．Cao YQ, Zhang Z, Xu L, Chen Z, He NP. 2019. Temperature affects new carbon input utilization by soil microbes: Evidence based on a rapid δ13C measurement technology. Journal of Resources and Ecology, 10: 202-212.
2．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.
3．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.
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5．Tang ZX, Sun XL, Luo ZK, He NP, Sun JX. 2018. Effect of substrate and microbial community on soil carbon mineralization: Evidence from three zonal forests. Ecology and Evolution, 8: 879-891.
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7．Tian J, He NP, Kong WD, Deng Y, Feng K, Green SM, Wang XB, Zhou JZ, Kuzyakov Y, Yu GR. 2018. Deforestation decreases spatial turnover and alters the network interactions in soil bacterial communities. Soil Biology and Biochemistry, 123: 80-86.
8．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.
9．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.
10．Li DD, Fan JJ, Zhang XY, Xu XL, He NP, Wen XF, Sun XM, Blagodatskaya E, Kuzyakov Y. 2017. Hydrolase kinetics to detect temperature-related changes in the rates of soil organic matter decomposition. European Journal of Soil Biology, 81: 108-115.
11．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.
12．He NP, Yu GR. 2016. Stoichiometrical regulation of soil organic matter decomposition and its temperature sensitivity. Ecology and Evolution, 6: 620-627.
13．Shi Y, Sheng LX, Wang ZQ, Zhang XY, He NP, Yu Q. 2016. Responses of soil enzyme activity and microbial community compositions to nitrogen addition in bulk and microaggregate soil in the temperate steppe of Inner Mongolia. Eurasian Soil Science, 49(10): 1149-1160.
14．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.
15．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.
16．Zhang XY, Tang YQ, Shi Y, He NP, Wen XF, Yu Q, Zheng CY, Sun XM, Qiu WW. 2016. Responses of soil hydrolytic enzymes, and ammonia-oxidizing bacteria and archaea to nitrogen applications in a temperate grassland in Inner Mongolia. Scientific Reports, 6: 32791.
17．Li J, He NP, Wei XH, Chai H, Wen XF, Xue JY, Zuo Y. 2015. Changes in temperature sensitivity and activation energy of soil organic matter decomposition in different Qinghai-Tibet Plateau grasslands. PlosOne, 10: e0132795. doi:10.1371/journal. pone.0132795.
18．Wang Q, Wang D, Wen XF, Yu GR, He NP, Wang RF. 2015. Differences in SOM decomposition and temperature sensitivity among soil aggregate size classes in temperate grasslands. PlosOne, 10(2): e0117033. doi:10.1371/ journal.pone.0117033.
19．Xue JY, Zhang HX, He NP, Gan YM, Wen XF, Li J, Zhang XL, Fu PB. 2015. Responses of SOM decomposition to changing temperature in Zoige alpine wetland, China. Wetland Ecology & Management, 23: 977-987.
20．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.
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