土壤有機質是陸地生態系統最大的碳庫，儲存了約1500 Pg（1Pg=1015g）有機碳。土壤有機質分解所釋放的CO2是陸地生態系統與大氣間最大的氣體交換通量之一（60 Pg），約為化石燃料燃燒的10倍。大量研究表明：土壤有機質分解速率(R或土壤呼吸速率）與環境溫度關系非常密切；在未超過土壤微生物活性最適溫度的情況下，Ｒ與溫度整體呈正相關關系，并可用直線方程、指數方程或冪函數方程等來描述。在全球變暖背景下，土壤有機質分解對溫度變化的響應很大程度影響著陸地生態系統對全球氣候變化反饋效應，成為近二十年研究的熱點；在國內，為能更好地實現“雙碳”的任務和目標，加強氣候升溫條件下土壤呼吸速率的研究任重道遠。

       土壤有機質分解速率（R）對溫度變化的響應非常敏感。科研人員采用溫度敏感性參數（Q10） 來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，也受到環境條件的限制。正如大家所熟悉的，Ｑ10能抽象地描述土壤有機質分解對溫度變化的響應，在不同生態類型系統、不同研究間建起了一個規范的和可比較的參數。科學家圍繞Q10時空變異和影響機制等開展了大量研究工作，Ｑ10也成為了絕大多數機理模型的重要參數。

       然而，由于不同傳統培養模式與測試方法的可比性較弱，科學家在短期內難以給機理模型（尤其是大尺度模型） 提供一套兼顧時空變異特征的Ｑ10參數，許多模型 (如Century, Roth-C、PnET、TEM等) 仍是依據土壤酶動力學特征推導而將Ｑ10設定為2.0或1.5。實踐證明，模型中Q10的較小偏差會對土壤呼吸的估算和預測產生較大誤差，無論在野外還是室內，土壤呼吸Q10極易受環境變量主控因子（溫度和濕度）及其它變量（酶促反應、有機底物、土壤生物、時空變異）的影響。

       綜上，氣候變暖如何影響土壤有機質分解，以及陸地生態系統碳排放如何響應氣候變暖成了目前科學家主要關注的內容之一。在國內“雙碳”背景的目標下，如何快速、科學、高效地監測、核查和支持（Monitoring Verification Support）因為升溫導致的土壤呼吸速率的增加成了科學家和政府組織的重點關注。

       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的重中之重。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、季節變化、甚至年度溫度變化的模擬培養，通過PRI-8800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除了具有上述變溫培養的特色，還可以進行恒溫培養，抑或是恒溫/變溫交替培養，這些組合無疑拓展了系統在不同溫度組合條件下的應用場景。

       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，表現出一定的水分依賴特性。PRI-8800可以通過手動調整土壤含水量的做法，并在PRI-8800快速連續測量模式下，實現不同水分梯度條件下土壤呼吸的準確測量，而PRI-8800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、高品質測量提供了可能。

       底物質量與Q10密切相關，這里的底物包含不限于自然態的土壤，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。

       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。

       PRI-8800 全自動變溫培養土壤呼吸測量系統克服了傳統的Q10室內研究的主要缺陷并具有連續變溫培養＋連續自動測試的特點，具備自動、連續、快速的特點。能為大多數實驗室提供一種快速測試土壤微生物呼吸速率的通用途徑和設備，可替代傳統的堿液吸收法和氣相色譜法。同時，PRI-8800 還可以用于包含但不限于以下的創新研究，如：

1）利用其自動、連續、快速的特點，開展區域尺度的聯網研究，揭示不同區域或植被類型的Q10變異及其控制機制。受傳統培養和測試方法的影響，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對連續溫度變化過程響應研究，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機制。受傳統方法的限制，當前大多數研究均在小時、天、周尺度來開展，并沒有揭示真實的溫度日動態。

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－半干旱區的常見現象，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一直是非常重要又極具挑戰性的科學問題；類似的，土壤微生物對外界資源脈沖式供應的響應或激發效應也是近期研究熱點。

4）與CO2同位素分析設備連用，捕捉恒溫和變溫培養過程中更微小的指紋變化，更深層次的解析土壤呼吸的機理。

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• Robinson J M , T. A. O’Neill, Ryburn J , et al. Rapid laboratory measurement of the temperature dependence of soil respiration and application to changes in three diverse soils through the year[J]. Biogeochemistry, 2017, 133(3):101-112.

• Liu Y, He NP*, Xu L, Tian J, Gao Y, Zheng S, Wang Q, Wen XF, Xu XL, Yakov K. A new incubation and measurement approach to estimate the temperature response of soil organic matter decomposition[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2019, 138, 107596.

• 何念鵬, 劉遠, 徐麗, et al. 土壤有機質分解的溫度敏感性:培養與測定模式[J]. 生態學報, 2018, 38(11).

• 劉洪升，劉華杰，王智平，et al，土壤呼吸的溫度敏感性. 地理科學進展，2008， 27（4）

• 盛浩，楊玉盛，陳光水，et al. 土壤異養呼吸溫度敏感性（Q10）的影響因子. 亞熱帶資源與環境學報，2006，1（74）

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