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温室气体Greenhouse

人类活动造成温室气体排放急剧增加，全 球地表温度持续上升，显著改变了自然生态系统碳水循环格局。极端气候事件，尤其是极端干旱事件发生的频率和强度不断升高，对土壤含水量、土壤微生物群落结构和功能、土壤异养呼吸（Rh）以及土壤甲烷（CH4）通量具有重要影响。高寒泥炭地拥有巨大的碳储量，对气候变化高度敏感。虽然目前围绕高寒泥炭地碳排放开展了一些研究，但对高寒泥炭地生态系统碳排放对极端干旱响应的微生物机制仍不清楚。

若尔盖国 家级自然保护区

基于此，中国林业科学研究院湿地研究所的研究团队以青藏高原东部若尔盖国 家级自然保护区高寒泥炭地（33°47′56.62′′ N，102°57′28.44′′ E，3430 m.a.s.l.）为研究对象，依托模拟极端干旱的野外控制实验平台，通过原位观测和室内试验相结合，旨在解决以下问题：（1）不同植物生长期，极端干旱如何影响Rh和CH4通量?（2）极端干旱如何影响土壤微生物群落结构和功能群?以及（3）驱动Rh和CH4通量变化的主要因素是什么？

作者于2019年6月18日至9月25日测量了Rh（PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统（北京理加联合科技有限公司））和CH4通量（一个闭路静态室（0.5×0.5×0.5 m）+ABB LGR便携式温室气体分析仪（UGGA，GLA132-GGA））。试验三个生长期结束时，作者测量了样地0-20 cm土壤的土壤性质，包括总氮（TN）、土壤有机碳（SOC）、有效磷含量（AP）、总磷（P）、pH值、溶解有机碳（DOC）、土壤含水量（SWC）、硝态氮（NO3--N）、铵态氮（NH4+-N）、微生物生物量磷（MBP）、微生物生物量氮（MBN）和微生物生物量碳（MBC）。此外，还进行了新鲜土壤样品的DNA提取、PCR扩增和测序。

图1 PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统。

图2 不同植物生长期极端干旱对土壤异养呼吸（a）和甲烷通量（b）的影响。“ED”，“MD”，和“LD”分别代表植物快速生长期、盛花期和植物生长衰退期。

图3 不同植物生长期极端干旱对细菌碳循环功能群的影响。

图4 驱动因素对土壤微生物呼吸（a）和甲烷通量（b）的相对贡献。

结论

极端干旱导致植物生长衰退期土壤异养呼吸显著降低38.04 mg m−2h−1，但对CH4通量无显著影响。极端干旱显著降低了细菌的α多样性，显著降低了植物快速生长期和衰退期的Rokubacteria和Chloroflexi菌的相对丰度，显著增加了盛花期Actinobacteria菌的相对丰度。在植物快速生长期和盛花期，极端干旱使芳香烃降解功能群（aromatic hydrocarbon degraders）相对丰度分别降低了50.26%和64.37%。在植物生长衰退期，极端干旱显著降低了甲醇氧化（methanol oxidizers）和木质素降解（lignin degraders）功能群的相对丰度，分别为81.63%和82.08%。随机森林模型分析表明，细菌功能群在决定土壤异养呼吸和甲烷排放中起着重要的作用。芳香族化合物降解（aromatic compound degraders）和芳香烃（aromatic hydrocarbon degraders）降解功能群对土壤异养呼吸累计贡献率为11.89%。芳香族化合物降解（aromatic compound degraders）、芳香烃降解（aromatic hydrocarbon degraders）、脂肪族非甲烷烃降解（aliphatic non-methane hydrocarbon degraders）和甲基营养（methylotrophs）功能群对甲烷通量的累计贡献率为13.29%。研究结果强调土壤细菌碳循环功能群对于探索未来极端干旱背景下土壤碳循环可能的微生物响应机制至关重要，为高寒泥炭地应对未来气候变化提供了理论基础和科学依据。

产品简介：

       PS-9000是一套用于测量土壤CO₂通量的便携式测量系统，采用动态气室法测量，专 利设计。具有控制测量、存储和数据处理等功能，可测量呼吸室内CO₂浓度变化，同时结合自身测量的空气温度、大气压、土壤温度等传感器的数据，计算处理得到CO₂通量。

       PS-9000可通过掌上控制器实现无线操作，实时显示仪器测量的各种参数值，并可现场修改各种设置参数。

气候变暖

根据世界气象组织发布的《2022年全 球气候状况报告》，由于吸热温室气体达到了创纪录水平，陆地、海洋和大气发生了全 球范围的变化。2015年至2022年是1850年有仪器记录以来最暖的八年。

气候的变化对生态环境产生了重要影响。青藏高原作为北极和南极之外最 大的冰雪储藏地，全 球变暖也正在影响着青藏高原的变化。据报道，高寒生态系统对气候的变化响应更为强烈，动植物的物候特征正在悄然改变。

土壤生物在青藏高原生态系统中扮演着重要角色，它们对于维持该地区的生态平衡和生态系统健康至关重要。为了更好地把握青藏高原生态系统的变化趋势，为保护该地区的生态环境提供科学依据，国内的科学家们在这片神圣的土地上开展了相关研究。

2023年4月15日，国际科学期刊《自然 · 通讯》（Nature Communications）发表了北京大学城市与环境学院朱彪研究员团队的最 新相关研究成果，题为《Experimental warming causes mismatches in alpine plant-microbe-fauna phenology》。

SF-9000  多通道土壤碳通量自动测量系统

北京理加联合科技有限公司研发的SF-9000多通道全自动土壤碳通量自动测量系统可以多点测量土壤CO2通量，实现连续、长期土壤碳通量的监测，可连接多达18个呼吸室。SF-9000还可以用于CO2和水汽廓线的研究。

SF-9000 特点：

  ♦  控制系统最 多可连接18个呼吸室，更适合多重复、多处理的实验设计； 

  ♦  野外长期监测、无需人值守，可实现连续、高精度、全自动无人值守监测； 

  ♦  自动计算气体通量，无需后期数据处理； 

  ♦  每个测量室均可连接土壤温度和土壤水分等辅助传感器； 

  ♦  仪器重量轻、能耗低；整套系统坚固耐用。 

    随着近百年来社会的工业化进程，大气中CO2浓度不断增加，这已经成为当今人类社会关注的焦点，根据Kiehl，Subke J A、刘春海等人的研究表明大气中CO2、CH4和N2O浓度增加对温室效应的总贡献率可达80%，其引起的温室效应导致了气候变暖、冰川融化、海平面上升等严重的环境和生态问题，严重地威胁着生态与社会经济的可持续发展。

    农田、森林、草场、矿区等各类生态系统地表土壤温室气体通量的准确、快速、连续性监测和评估，对于应对气候变化、实现碳减排目标具有重要的现实意义。目前，测量土壤气体通量的方法主要包括静态气室法、动态气室法和涡度相关法三种。

    静态气室法主要包括碱液吸收法等，操作简便，不需要复杂的设备，便捷经济，沿用至今，但是其测量面积相对较小，对被测表面的自然状态易产生干扰，测定精度不理想；

    涡度相关法适合测定大尺度内土壤CO2排放通量，同时对土壤系统几乎不造成干扰，但要求土壤表面的异质性和地形条件要相对简单，而且测定土壤CO2排放的准确度受大气流动、土壤表面和气候风速等因素的影响程度较大，并不适用于二氧化碳地质封存泄露的长期监测工作。

    动态气室法具有气流速率和内外压力差对测定结果准确性的负面影响、设备费用昂贵等缺点，但与上述其他两种方法相比，受环境影响小，测量结果更准确，更适合于测定瞬时和连续时间段内的CO2排放速率，所以是目前国内外应用最广泛的监测二氧化碳通量的方法。

    HL-1019A智能土壤气体通量监测系统提出了一种原位监测方法。气体传感器置于测量气室内，无需通过导气管用气泵导出后进行测量，避免气管气障问题，操作流程更简单、响应速度更快。同时也避免了气体抽吸过程中造成的气室内气压不平衡，而可能引起的通量脉动变化，使气体能够自由扩散到气室中，保证了测量结果的准确度，适用于地表环境复杂情况下的长期连续性监测和通量的空间特异性研究。本系统不仅能对某种单一的土壤气体进行监测，还能实现对多种气体与关键环境要素的同步连续监测。在土壤呼吸作用温室气体评估方面，同时监测CO2和O2浓度及通量变化，能综合考量土壤呼吸和地表植被光合作用的耦合影响，确保了数据的可信度；在煤层或采空区煤自燃的地表监测方面，指标气体包括CO2、CO、CH4及硫化物等，能够实现多种特征气体的同步同点采集，各项数据相互印证。因此，本系统是一种更准确、更便捷、更经济的土壤气体通量监测方法，被广泛应用于陆地生态系统土壤呼吸测量、温室效应研究、地下煤火监测、CCS地表CO2泄露连续性监测、矿山生态修复与荒漠化治理等科研和工程领域。