土壤呼吸测量全面解决方案土壤呼吸（Soil Respiration）是指土壤释放二氧化碳和甲烷的过程，严格意义上讲是指未扰动土壤中产生二氧化碳和甲烷的所有代谢作用，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。

土壤动物呼吸和含碳矿物质的化学氧化作用因为比例很小，一般在计算土壤呼吸时忽略不计。

土壤呼吸组成示意图（Ryan & Law，2005）土壤呼吸在全球生态系统中的重要地位第一篇高精度的监测大气中二氧化碳浓度的文章由Keeling发表在1958年。

之后众多研究者的大量工作发现大气中二氧化碳的浓度在不断升高，并由此造成了温室效应与一系列全球性的变化。

自1958年以来大气CO2升高示意图研究发现，现在大气中温室气体急剧增加的罪魁祸首就是化石燃料的燃烧和土地利用方式的改变尤其是热带雨林的砍伐。

在全球最大碳库——陆地生态系统中，土壤呼吸作用的碳排放量的估计量为68Pg/a至100Pg/a。

土壤碳储量是大气碳储量的2倍，土壤呼吸约占整个生态系统呼吸的50-80%( Giardina and Ryan 2002)。

土壤呼吸即使发生较小的变化（10%）也可能会超过由于土地利用改变和化石燃料燃烧而进入大气的 CO2年输入量。

所以土壤呼吸的变化能显著地减缓或加剧大气中 CO2的增加，进而影响气候变化（李玉宁，2002）。

现在由于温室效应引起的全球变化中，最主要的现象就是气候异常和气温升高，而土壤呼吸速率会随着温度的升高呈指数函数增加，这又会进一步加剧温室效应。

同时，森林砍伐等土地利用方式改变本身就会增加土壤呼吸。

全球碳循环示意图因此，对各种类型的陆地生态系统土壤呼吸的研究一直是全球变化研究中的热点，并逐渐成为生态学研究中一个必不可少的测量指标。

研究方案与相关仪器1.长期监测由于土壤呼吸速率与土壤温度、土壤水分密切相关，而这两项参数会随着日周期在一天的不同时段发生显著的变化。

所以为了更准确地估算土壤的碳排放，有必要对土壤呼吸进行长期的监测。

ACE(Automated Soil CO2 Exchange Station)自动土壤呼吸监测系统完美地适应了科研工作者的需要，自动化测量，可长期连续无人值守监测土壤呼吸，12V 40Ah蓄电池即可持续供电最长达28天。

采用高精度CO2分析仪，紧邻呼吸室，测量响应时间短，精度高。

土壤呼吸室表面积增大至415cm2，配合专用土壤圈，使测量更准确。

用户可选择多种测量模式和呼吸室，设置不同的测量参数，适合更多的测量研究工作。

2.测量土壤CO2并同时测量O2、CH4甲烷(CH4) 是除CO2以外的主要温室气体之一，其全球变暖潜能为21（即它的暖化能力比CO2高二十一倍）。

对于土壤微生物来说，在有氧条件下呼吸主要排出CO2，但在无氧条件下，厌氧微生物则会排出大量的CH4。

其基本反应式如下：好氧微生物：C6H12O6→ 2C2H5OH + 2CO2C2H5OH + 2[O] → CH3COOH + H2OCH3COOH + 2O2→ 2CO2 + 2H2O厌氧微生物：C6H12O6→ CH3CH3CH2COOH + 2CO2 + 2H22CH3CH3CH2COOH + 2H2O →5CH4 + 3CO2由反应式即可看出，决定土壤在呼吸过程中是否会放出CH4的决定因素就是O2，所以在测定土壤呼吸尤其是测定湿地、水田等生态系统的土壤呼吸时必须同时测定CH4或O2。

O2除了可以作为土壤排放CH4的决定因素，还可以计算呼吸商（Respiration Quotient，CO2/O2），从而提供土壤营养状况及自养呼吸与异氧呼吸的生态信息。

便携式土壤温室气体分析仪由温室气体分析仪、数据采集手持机、TRIME-PICO土壤水分温度探头（智能传感器）及土壤通量测量室组成，可同时精确测量CH4、CO2、H2O及土壤水分和温度，数据采集手持机通过蓝牙自动采集温室气体分析仪与TRIME-PICO的测量数据，并可通过GPS定位分析。

广泛适用于农业、森林、草地、沼泽、湿地等的土壤呼吸、温室气体／碳通量测量、土壤生态修复监测研究、生物气（沼气）散失、垃圾掩埋研究及家畜温室气体排放等研究。

SoilBox-FMS便携式土壤呼吸测量系统由气体抽样模块、气体分析模块（包括水汽分析仪、CO2分析仪和O2分析仪）、数据采集器及Baseline模块（双通道气路转换器）等集成于便携式箱内，用于测量分析土壤呼吸、土壤根系呼吸、湿地气体通量测量、垃圾填埋场气体通量测量、地质碳排放、土壤异氧微生物呼吸、土壤动物呼吸、动物洞穴呼吸及生态系统净光合与净呼吸等，可广泛应用于碳源碳汇研究、生态修复研究、土壤活力监测、气候变化及动植物生理生态研究等。

SoilBox-FGA便携式土壤呼吸测量系统是SoilBox-FMS的简化版，由FGA CO2/O2分析仪和SoilBox土壤呼吸室组成，FGA内置CO2分析仪、O2分析仪、气体抽样单元及数据采集器。

3.多通道测量土壤是个很复杂的系统。

由于土壤质地的不均匀和地下根系分布，在相邻很近（甚至距离不足1米）的两个地点测量得到的土壤呼吸数据就可能差距很大。

这一空间特异性是土壤呼吸测量中一个很重要的问题。

所以在实际实验中，一般都需要在同一地点选择多个条件较为一致的样点进行测量，将数据平均后作为一个数据。

因此在测量土壤呼吸的日周期变化时进行多通道多点测量就十分有必要了，另一方面，较大面积的测量区域对于估算整个生态系统的土壤呼吸也更有代表性。

ACE多通道土壤呼吸全自动监测系统（ACE-Net）是目前国际上唯一一款真正实现同步化多通道土壤碳通量自动测量的完整系统。

本系统由一台控制主机和多台单机组成，既可组网工作，每台单机也可以独立工作。

它解决了土壤呼吸测量中的空间特异性，有效监测直径200m，可连接多达30个测量单机，整套系统可进行长期监测。

增加了样点的随机性，使得测量结果更加真实，区域碳通量更加有效，适宜于外推估算碳排放。

SoilBox-FMS/FGA便携式土壤呼吸测量系统+RM8八通道气路转换器，也可以实现最多8通道（连接8个呼吸室）的土壤呼吸测量。

此系统为便携式设计，适用于野外多点测量。

可以支持至少8小时的连续实验，足够进行一个完整的日周期测量。

4.测量土壤呼吸并同时测量植物光合作用一个生态系统的碳通量主要包括三个部分：土壤呼吸、植物呼吸与植物光合。

因此，要建立模型估算整个生态系统是碳源还是碳汇，还需要测量植物的净光合速率（植物光合减去植物呼吸）。

1）测量叶片的光合作用SRS-2000/SRS-1000便携式土壤呼吸测量系统是基于LCpro和LCi光合仪加装土壤呼吸室组成的便携式土壤呼吸系统，专门为测量土壤呼吸及其他野外气体交换而设计的。

仪器包括一个控制台和一个1升的土壤呼吸室。

高精度微型CO2红外气体分析仪直接安装在土壤呼吸室手柄中。

使CO2从土壤中产生到分析仪测量的响应时间大大减少。

只要将土壤呼吸室更换成专用的光合呼吸室就可以作为便携式光合仪使用。

呼吸室更换简便，可在野外无工具更换。

2）测量植物群落的光合作用对于较为低矮的植物群落，自动土壤呼吸监测系统和SoilBox-FMS/FGA便携式土壤呼吸测量系统都配有透明呼吸室和非透明呼吸室。

当测量裸地时，透明呼吸室和非透明呼吸室基本上没有太大区别。

当测量有植被的土壤时，透明呼吸室测定的数据相当于土壤呼吸+植物呼吸-植物光合，而非透明呼吸室测定的数据相当于土壤呼吸+植物呼吸。

两种呼吸室测得的数据相减即为罩住的植物群落的总体光合。

两种呼吸室都可以在野外很简便地更换。

使用这两种呼吸室分别进行测量就可以很方便地估算整个生态系统的碳通量和总体光合。

5.测量不同深度土壤的呼吸土壤不同层面（深度）CO2的持续监测对于理解土壤CO2动态极为重要，可以阐明由土壤到大气CO2通量随季节、光照、温度、湿度及土壤特性的变化特征。

另外，土壤垂直梯度CO2监测可以与广泛使用的涡度相关监测比较，从而定量研究分析生态系统的碳交换。

SCG土壤剖面CO2梯度监测系统是根据近几年国外进行了一系列创造性技术方法研究而研发集成的原位CO2持续监测系统。

本系统由土壤剖面不同埋深的CO2传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤表层呼吸室（备选）、数据采集器及地面气象站组成，土壤表层呼吸室分透明和非透明两种，其中透明呼吸室用于测量土壤呼吸与植物光合作用的净呼吸。

6.可控条件下的土壤呼吸为了研究不同条件（温度、水分、污染等）的土壤呼吸，我们需要对土壤所处的环境进行较为精确地控制。

但是在野外条件下，这又是难以做到的；在进行一些胁迫实验时，更会对测量样地造成污染。

进行这种研究，最好的方案是将原位土壤样品取回实验室，进行室内实验。

ACE的透明呼吸室和非透明呼吸室SoilBox-FMS/FGA的透明呼吸室和非透明呼吸室SoilLab多通道实验室土壤呼吸测量系统用于实验室内测量土壤呼吸，系统由气流发生控制装置、土壤呼吸室、多通道气路转换器、气体分析仪及数据采集器和软件（用于系统控制、数据采集、分析）组成，其中气体分析仪有H2O、CO2、CH4及O2分析仪可供选择，标准配置为CO2和H2O分析仪。

本系统可广泛应用于土壤微生物调查，土壤活力检测，土壤碳排放测量分析，各种土壤处理措施对土壤的影响分析，土壤生态修复研究检测与评估，土壤污染检测研究，气候变化对土壤碳通量的影响研究等。

运用根去除法、壕沟断根法等测量方法，该仪器还可测量根系呼吸，从而可以更精确地研究土壤碳循环过程与机制，更定量地评价植物和土壤的碳平衡及能量平衡。

7.在极为艰苦的条件下测量土壤呼吸在进行野外实验时，很多时候实验地点的条件极为艰苦，同时又要携带大量的实验仪器。

因此，希望有仪器可以在保证测量精度的前提下尽量减小体积和重量，操作简单，可靠耐用。

Soilbox-343便携式土壤呼吸测量系统由主机和手持式双通道数据采集显示器组成，仪器主机内置CO2传感器、温湿度传感器和太阳辐射或PAR传感器，通过一体化设计将呼吸室和各种传感器集成在一起，是目前最为轻巧耐用的土壤呼吸测量仪器，且耗电量极低，充电一次即可连续使用8小时以上。

SRS-2000/SRS-1000便携式土壤呼吸测量系统和SoilBox-FMS/FGA便携式土壤呼吸测量系统也都是便携式野外实验设计，同样可用于偏远地区的野外实验。