土壤碳通量监测系统

土壤表层 CO2 通量（CO2 efflux），或称土壤呼吸，是生物圈碳循环的主要组成部分，约占整个生态系统呼吸的四分之三（Law et al., 2001）。由于土壤呼吸在全球变暖中的潜在和富有争议的角色地位，土壤 CO2 通量已成为当前气候变化研究的热点。另一方面，全球FLUXNET 网络涡度相关 CO2 通量测量数据也需要通过土壤呼吸监测来解析和解释。土壤呼吸测量方法一般有气体抽样分析法、林冠下层涡度相关法及呼吸室法，由于前两种方法存在一些缺陷，呼吸室法（Chamber technique）已越来越被得到广泛的应用，另外近几年来土壤剖面 CO2 连续测量监测技术也越来越引起高度重视。有研究报道认为，土壤呼吸与总初级生产力（GPP）和冠层光合作用呈相关关系，同时与根系动态也呈很强的相关关系，但有关直接的野外测量数据仍然缺乏（Tang et al.,2005)。为了对我国土壤碳研究提供方法技术支撑，易科泰生态技术公司特与国外先进仪器技术研发公司合作，就目前国际通用的有关研究技术方法汇总如此，详细内容可咨询易科泰生态技术公司 Ecolab 实验室：info@eco-lab.cn或 info@eco-tech.com.cn.

摘 要：采用开放式样杆方法，对干旱土纲的4 种土壤类型进行了土壤剖面CO2 通量的观测研究，主要结果为：①干旱地区土壤剖面CO2 通量的变化趋势是：在0-60 cm 深度范围内随土壤深度增加而增加，60 cm 为转折点，之后，随土壤深度增加而减小。②土壤剖面CO2碳通量平均值为660 μmol/(m2h)，在-9076-16 988 μmol/(m2h)范围内变化，如果土地利用/土地覆盖发生改变（0-70 cm 深度），将可能有254.6 t CO2/(km2a)从土壤向大气释放。③土壤种类不同，CO2 通量明显不同，森林土壤释放量大于草原土壤。④在通量-深度曲线中，各土壤类型均出现1-2 个拐点，变化原因与土壤剖面结构和根系分布有关，钙积层的有无、厚度起决定作用。⑤存在季节变化，植物生长季节的CO2 通量远大于其他季节，其他季节可能有土壤吸收二氧化碳现象。由此应避免在植物生长季节施工动土，以减少土壤CO2向大气中释放。⑥本研究建议：善待土壤，谨慎动土。关键词：土地利用和覆盖变化；二氧化碳气体释放和吸收；气候变暖；栗钙土；灰钙土；山地灰褐土；粗骨土

英国开放大学（The Open University，简称OU）是一所公立研究型大学，也是国际知名的远程教育大学。OU大学的环境、地球和生态系统科学学院拥有7套独立的16通道SSI模块式堆肥/土壤呼吸测定系统, 可处理和分析一系列环境材料，包括土壤、水、大气气体、植物、堆肥和可生物降解废物等。

LI-7810土壤CH4/CO2/H2O通量测量系统由LI-7810 CH4/CO2/H2O分析仪和8200-01S 智能测量室组成，可用于土壤碳通量研究，测量的同时，仪器内置的SoilFluxPro软件自动计算获得最终CH4和CO2通量数据。

本文简要介绍了LI-COR土壤温室气体通量调查式测量系统的硬件组成和基本操作步骤。更多详细信息，请参阅8200-01智能测量室说明书

EcoChem土壤耕地质量监测与评价系统主要针对土壤质量的碳氮指标，养分元素，微量金属元素，重金属污染元素以及土壤分级分类等多种指标进行快速评价。使得土壤耕地评价工作变得简单，精准，可量化。

Picarro CH4、N2O分析仪（G2308）连用LI-COR自动土壤二氧化碳通量测量系统（LI-8100A）在线连续测量土壤CO2、CH4和N2O通量，评估每种温室气体的最佳密闭测量时间。

二氧化碳（CO2）是最重要的温室气体，大气二氧化碳浓度在很大程度上受到土壤CO2通量的影响，土壤的CO2释放即土壤呼吸，包括三个生物学过程(即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸)和一个非生物学过程，即含碳矿物质的化学氧化作用。 土壤呼吸的影响因素众多，包括土壤水分、温度等，其中土地的植被覆盖是一个重要因素。不同植被覆盖的土壤呼吸状况是目前已建立的长期监测CO2通量网站的重要研究对象之一，是研究世界碳循环的重要课题，对生态学、环境科学及地球表层系统科学意义重大。 目前基于呼吸室方法（Chamber-based method）测量土壤表层CO2通量的仪器很多，如英国ADC公司生产的SRS便携式土壤呼吸测量系统及ACE土壤呼吸监测系统，还有易科泰生态技术公司采用扩散式传感器集成生产的SoilBox343便携式土壤呼吸测量仪及OTC-Auto群落光合呼吸监测系统等。呼吸室法的缺点是不能了解土壤表层以下（地下）的情况，如根系呼吸、异养呼吸等。在此背景下，SCG（Soil-CO2 gradient）土壤剖面CO2测量监测技术就显得特别重要，通过不同深度的土壤剖面原位CO2测量，可以精准测量碳在土壤中的产生、运移、扩散过程（土壤中碳的周转），特别是随着O2传感器技术的发展，还可以同步测量O2浓度，进而分析土壤O2消耗、呼吸商及与其它温室气体排放的关系等。

LI-8250系统不仅可以用于多通道土壤温室气体通量测量，在配合瓶式取样测量套件后，还能够测量离散样品（如土壤样品、水果或小动物）的呼吸通量。

由于土壤中农药的残留累积、重金属污染和生物污染等问题的出现，人类开始对土壤耕地质量因人类污染造成的变化进行研究和评价。另外不同等级和地域的土壤特性也不相同，如何对这些土壤进行分类鉴别，乃至建立我国土壤库也是目前的一项重要工作。土壤耕地质量监测及评价工作主要集中在土壤物理指标、化学指标和生物学指标等范围进行。EcoChem土壤耕地质量监测与评价系统主要针对土壤质量的碳氮指标，养分元素，微量金属元素，重金属污染元素以及土壤分级分类等多种指标进行快速评价。使得土壤耕地评价工作变得简单，精准，可量化。

通过使用TOC固体样品测定系统，能够评估土壤和堆肥中所含总碳量的差异，而无需进行提取等预处理。像这样通过简单快速地掌握土壤中的总碳量，可以预期有助于提高农作物的生产率等。

将土壤质控样GSS-10（GBW07424）和GSS-14（GBW07428）上机检测，取平行样的平均值和标准值计算各元素的回收率（见表2和表3）。土壤质控样GSS-10中各元素的回收率在84.57%-109.52%之间，土壤质控样GSS-14中各元素的回收率在86.21%-115.9%之间。应用TOPEX 全能型微波化学工作平台配合GT-400 高通量转子检测土壤中重金属，样品平行性和稳定性好，回收率满足实验要求，为土壤中重金属元素检测提供了优化的解决方案。

土壤有机质，尤其是有机碳和氮，在陆地生态系统中起着重要的作用，通过土壤管理增加土壤固碳可抵消全球化石燃料排碳的5-15%。高光谱成像技术可以将土壤特性测量从点尺度提升至空间尺度，是土壤科学管理、土壤有机质研究的有力工具。加拿大阿尔伯特大学的研究者Sorenson利用Specim SisuROCK高光谱成像系统，采集三种不同轮作土壤剖面（a连续作物、b连续牧草、c作物和牧草混合农业生态轮作）的VNIR-SWIR高光谱数据，结合元素分析仪获取的各土壤样品有机碳（SOC）和总氮（TN）含量数据，基于小波分析与贝叶斯正则化神经网络建立SOC和TN预测模型。结果表明，轮作中添加牧草增加了土壤SOC和TN的含量，但这些变化多集中在表层。这一结果具有重要的土地利用与管理意义，为用户提供决策支持，同时证明SisuROCK高光谱成像技术是研究土壤剖面中有机质空间分布的重要工具。北京易科泰生态技术有限公司长期致力于生态-农业-健康领域仪器的研发、应用与推广，为土壤养分、污染、重金属检测、土壤-植物互作关系研究提供从实验室到野外，从地面到无人机遥感全方位解决方案。

在本研究中，我们探讨了一种使用微波技术的高通量提取系统作为传统PFAS样品制备技术的替代方案。这种方法可以在不到一个小时的时间内有效地从固体基质中提取PFAS。提取物要么按照EPA 1633进行净化处理，要么稀释后进行分析。对于PFAS土壤认证参考物质（CRM），两种提取后的工作流程都呈现了可接受的提取回收率和重复性。

湿地碳通量与根系动态观测系统由SCG湿地剖面CO2监测单元、BTC-100微根窗（Minirhizotron）植物根系动态观测单元及便携式湿地碳通量测量系统组成，综合集成湿地CO2原位梯度监测技术、碳通量呼吸室测量技术及BTC微根窗根系动态观测技术，可对湿地甚至水体剖面不同深度CO2浓度及根系动态原位监测分析，并可利用呼吸室法测量湿地CO2和甲烷通量，还可选配O2分析仪，从而全面分析研究湿地呼吸、碳通量与根系动态关系，应用于湿地及库区碳通量观测、湿地根系动态观测、湿地及水生态修复研究等。

对作物生长所处土壤健康状态的监测是确保作物健康生长的基本条件。其中对于作物生长最基本的两种元素就是碳和氮，特别是它们二者的比例。这种比例关系就称为碳-氮或CN比。含碳 组分之所以重要，是由于它的以某种形式存在的能量组分，例如碳氢化合物，而氮对于作物生长也是必不可少的。不同国家的土壤平均碳氮比是有不同的，这取决于当地占主导地位的土壤种类，但一般的值在8到17。加到土壤中的肥料可以调节土壤的碳氮比，这种因素也需考虑。当有机物加入到土壤中，由细菌和真菌造成的组分分解可以导致碳氮比的改变。对于加到土壤里的任何肥料来说，重要的是有足够高的含氮水平，否则添加将起反作用。添加混合肥料，一般碳氮比为20：1，是我们希望的，然而，添加锯木屑，尽管碳氮比高达400：1， 却会带来灾难性后果2。微生物分解有机物会非常快地用尽添加物中的氮，然后就开始消耗土壤中的氮。这减少了植物能用的氮的量从而抑制了作物的生长。除了这些之外，含碳组分和含氮组分能被进一步分解成有机和无机的小部分。碳经常专门用TOC（总有机碳）和TIC（总无机碳）来引用。TOC考虑的是所有来自诸如腐烂植物或细菌生长所产生的碳。TIC包括了所有剩余的碳，例如以碳酸盐和重碳酸盐形式存在的碳。这些百分比含量可以用两种技术来确定： 基耶达（Kjeldahl）法和杜马（Dumas）法。基耶达（Kjeldahl）法时间消耗长、且经常涉及复杂的湿法化学技术，而杜马（Dumas）法只是一个简单的燃烧过程。杜马（Dumas） 有机元素分析仪包括土壤物质在有氧气的条件下燃烧生成简单分子或诸如二氧化碳CO2、水和氮之类的气体，然后用色谱技术对这些气体进行分离。珀金埃尔默公司的EA-2400CHNS/O和EA2410蛋白质分析仪是那些采用燃烧剂和TCD（热导检测器）仪器的经典范例，它们可以提供高的精度和准确的结果。对于EA2400来说，碳/氮百分数输出到数据软件，碳氮比就可以自动计算出来了。如果想要得到TOC（总有机碳），可以在燃烧前对样品进行酸化处理来消除无机碳类型的碳。知道总碳和有机碳（例如酸化的碳百分比含量），就可以进行总无机碳的计算。

传统的土壤中吡虫啉萃取方法为液液萃取方法，费时费力，本文使用莱伯泰科Flex-HPSE全自动高效快速溶剂萃取系统对土壤中的吡虫啉进行萃取，M64高通量平行浓缩系统浓缩，SPE 1000全自动固相萃取系统净化，最后经液相检测，建立了一套高效快捷的土壤中吡虫啉萃取检测方法。经过实验，使用本方法土壤中吡虫啉回收率为93.02%~98.32%，RSD为2.31%，实验得到较高的回收率和良好的重现性。莱伯泰科Flex-HPSE、M64、SPE 1000都在实验中表现出了其快速稳定的特点，连续可靠的优异性能，适用于土壤样品分析的自动化前处理实验。

土壤旱情（墒情）监测的系统解决方案主要利用国际上最先进的在线监测和便携式监测设备，监测土壤含水量、地下水位、降雨、空气温湿度、蒸发量、风速风向等指标，为抗旱、地下水测报等工作提供全面、及时、准确的数据。结合现有各系统中的水文、降雨、气象等数据，实现抗旱、地下水信息的综合管理，为抗旱救灾、水利调配等提供依据。这套方案主要包括旱情自动监测站和移动墒情监测站两部分。

土壤是人类赖以生存的基础，土壤环境直接影响到农产品质量与粮食安全、生态安全和人居环境安全。如何检测和评估土壤污染，并对土壤修复进行监测评估，具有特别重要的现实意义。植物包括藻类是土壤污染的直接“感知者”，FluorCam叶绿素荧光成像技术可以灵敏地探测到植物包括土壤藻类、地衣及高等植物对土壤污染的响应，具有灵敏度高、非损伤非接触原位检测、快速高通量等优点，广泛应用于土壤污染与修复检测/监测评价。

根据土壤中碳酸钙的含量，能了解土壤的一般特性，也能判断土壤中矿物营养元素的存在情况。对于盐渍土壤，了解碳酸钙的碱化程度，可以对其他检测项目提供必要的参考资料。本文讲述电位滴定法测定土壤中的碳酸钙的含量，采用盐酸返滴的方法，复合国家标准，结果更准确，操作更快捷。

2021年7月，青海省农林科学院TRIME-PICO IPH 2 TDR 剖面土壤水分测量系统的安装调试已经完成，仪器现已投入正常使用。仪器主要应用于贵南荒漠生态系统监测区域土壤剖面水分和电导率的动态监测。

针对土壤中重金属的检测，Elemental scientific的soilFAST将可配套Thermo\PE\Agilent等ICP及ICP-MS，高速进样器和高通量含氟聚合物进样阀联用起来，使得土壤检测系统更健全，提高检测极限及检测灵敏度，提高检测速度（90个土壤样品可在11分钟内检测完成，每个样品只需7秒钟）。

针对土壤中重金属的检测，Elemental scientific的soilFAST将可配套Thermo\PE\Agilent等ICP及ICP-MS，高速进样器和高通量含氟聚合物进样阀联用起来，使得土壤检测系统更健全，提高检测极限及检测灵敏度，提高检测速度（90个土壤样品可在11分钟内检测完成，每个样品只需7秒钟）。

针对土壤中重金属的检测，Elemental scientific的soilFAST将可配套Thermo\PE\Agilent等ICP及ICP-MS，高速进样器和高通量含氟聚合物进样阀联用起来，使得土壤检测系统更健全，提高检测极限及检测灵敏度，提高检测速度（90个土壤样品可在11分钟内检测完成，每个样品只需7秒钟）。

我国北方地区，尤其是内蒙古自治区是沙尘暴向南运动的必经之地。从当地植被的退化情况看，中度、重度退化的草地占50%以上。沙质、石质土壤占50%以上，潜在的沙漠化土壤面积占有相当大的比例，而且情况有越来越严重的趋势。本文重点研究土壤不同沙漠化阶段与沙漠化过程中的土壤碳、氮含量变化和土壤质地有何关系以及C/N比的变化规律等。

对作物生长所处土壤健康状态的监测是确保作物健康生长的基本条件。其中对于作物生长最基本的两种元素就是碳和氮，特别是它们二者的比例。这种比例关系就称为碳-氮或CN比。含碳 组分之所以重要，是由于它的以某种形式存在的能量组分，例如碳氢化合物，而氮对于作物生长也是必不可少的。不同国家的土壤平均碳氮比是有不同的，这取决于当地占主导地位的土壤种类，但一般的值在8到17。加到土壤中的肥料可以调节土壤的碳氮比，这种因素也需考虑。当有机物加入到土壤中，由细菌和真菌造成的组分分解可以导致碳氮比的改变。对于加到土壤里的任何肥料来说，重要的是有足够高的含氮水平，否则添加将起反作用。添加混合肥料，一般碳氮比为20：1，是我们希望的，然而，添加锯木屑，尽管碳氮比高达400：1， 却会带来灾难性后果2。微生物分解有机物会非常快地用尽添加物中的氮，然后就开始消耗土壤中的氮。这减少了植物能用的氮的量从而抑制了作物的生长。除了这些之外，含碳组分和含氮组分能被进一步分解成有机和无机的小部分。碳经常专门用TOC（总有机碳）和TIC（总无机碳）来引用。TOC考虑的是所有来自诸如腐烂植物或细菌生长所产生的碳。TIC包括了所有剩余的碳，例如以碳酸盐和重碳酸盐形式存在的碳。这些百分比含量可以用两种技术来确定： 基耶达（Kjeldahl）法和杜马（Dumas）法。基耶达（Kjeldahl）法时间消耗长、且经常涉及复杂的湿法化学技术，而杜马（Dumas）法只是一个简单的燃烧过程。杜马（Dumas） 有机元素分析仪包括土壤物质在有氧气的条件下燃烧生成简单分子或诸如二氧化碳CO2、水和氮之类的气体，然后用色谱技术对这些气体进行分离。珀金埃尔默公司的EA-2400CHNS/O和EA2410蛋白质分析仪是那些采用燃烧剂和TCD（热导检测器）仪器的经典范例，它们可以提供高的精度和准确的结果。对于EA2400来说，碳/氮百分数输出到数据软件，碳氮比就可以自动计算出来了。如果想要得到TOC（总有机碳），可以在燃烧前对样品进行酸化处理来消除无机碳类型的碳。知道总碳和有机碳（例如酸化的碳百分比含量），就可以进行总无机碳的计算。

根系中的养分浓度不仅反映了植物本身的生物学特征，也反映了不同生长环境下植物根系对土壤中营养物质的吸收和利用情况。由根系生物量与根系碳氮含量决定的根系碳氮库能反映出土壤养分库的大小。植物根系的生长发育与植物根系、土壤中的碳氮元素息息相关。 由于草地生态系统的根冠比高于其他生态系统， 植物根系是土壤中有机碳的主要来源，根系生物量可以用来衡量土壤的碳输入。因此根系与土壤连接成为“根土系统”直接影响着整个植被系统，研究草地中根系生物量与碳氮元素的分布至关重要

沃德精准公司的WD-CF1000碳排放监测系统与代理的IRGASON、CPEC310、EC150等产品可用于监测大气层—生物圈之间的CO2的排放和吸收，能量、水汽以及热量交换，从而更全面地了解生态系统的碳收支状况，为政策制定者提供科学依据。

高海拔地区测定土壤甲烷通量、甲烷(CH4)通量、土壤水分、呼吸室底座、时间；在对离Chusquea 植被中心不同距离处的气温、地面温度(红外线)和土壤温度进行量化后，很明显，地面温度比空气或土壤温度对植被的存在更敏感。

治理地下储存罐中石油的溢出和渗漏是生态修复项目的重要组成部分。对土壤的清除与处置方式根据存在的污染物及其浓度来确定。此类污染物与特定的目标分析物相关。其中的一些化合物属于挥发性有机物的类别，用于确定污染的严重程度。使用的分析技术必须可在各种浓度范围内准确地测定这些组分。使用EPA 8260 分析方法“使用气相色谱/ 质谱联用仪 (GC/MS) 测定挥发性有机化合物” 可测定土壤中的挥发性有机化合物。气相色谱/ 质谱联用仪为这种分析提供了一种新的方式，有助于确保正确进行识别。有多种方法可用于从土壤样品中萃取挥发性有机物。EPA 5035 方法是一种吹扫捕集技术，用于测定土壤中低浓度的挥发性有机化合物(VOC)。EPA5030 方法是一种吹扫捕集技术，使用甲醇(MeOH) 萃取法分析土壤中的高浓度挥发性有机化合物。EPA 5021 方法是一种常规方法，使用平衡顶空系统测定土壤中的挥发性有机化合物。相对于前两种吹扫捕集方法，5021 方法方法并不受浓度的限制。甲醇萃取法是在挥发性有机化合物分析中使用的一项技术。“对于从土壤中回收挥发性有机化合物，尤其是对于具有较高辛醇 - 水分配系数的分析物以及含有有机碳的基体，相比于完全依赖蒸汽分离的方法，甲醇萃取法是一种极为有效的方法。但是，这种萃取技术会引入稀释系数，该系数会影响对相关分析物的检测能力。本应用简介将介绍如何结合使用甲醇萃取、压力平衡时间进样技术以及质谱检测来有效测定低浓度的VOC。