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  第23屆世界土壤學(xué)大會（The 23rd World Congress of Soil Science, WCSS2026）將于2026年6月7-12日在南京召開。北京易科泰生態(tài)技術(shù)公司為契合大會對土壤微生物組學(xué)、土壤碳排放與氣候變化、土壤健康檢測評估等尖端領(lǐng)域研究監(jiān)測需求，特推出高時間分辨率土壤碳利用效率CUE測量等技術(shù)方案：

• 基于高精度、高分辨率CO2和O2同步測量技術(shù)，可得到土壤實時RQ、ARQ、CUE等指標，判斷土壤固碳還是排碳，區(qū)分土壤“真呼吸”和“物理釋放”（如干旱區(qū)土壤碳酸鹽溶解釋放CO2）等
• 通過表觀呼吸商可以區(qū)分土壤呼吸組分--不同有機組分對土壤呼吸的貢獻、自養(yǎng)與異養(yǎng)、有氧與厭氧過程，追蹤土壤呼吸不同組分的季節(jié)變化和氣候變化影響
• SoilBox-FGA便攜式多功能土壤呼吸測量儀，可野外和實驗室測量各種土壤動物、土壤根系、地表生物結(jié)皮光合呼吸、土壤微生物等的呼吸氣體交換等
• SoilLab多通道土壤呼吸實驗測量系統(tǒng)，可用于多通道實驗室土壤呼吸、土壤動物呼吸、根系呼吸、土壤微生物活性評估、土壤污染呼吸響應(yīng)、土壤種子庫活力評估等

部分國內(nèi)外案例如下：

研究案例1 基于CO?與O?測量技術(shù)連續(xù)監(jiān)測土壤微生物碳利用效率與生物合成的新方法

  微生物消耗土壤有機質(zhì)，既用于呼吸供能，也用于合成生物量；其中被固定為生物量而非呼吸損失的碳比例，即為碳利用效率（CUE）。微生物生物量與胞外產(chǎn)物的合成是土壤有機碳長期固存的關(guān)鍵路徑，CUE則決定了微生物所利用碳的最終去向。新生成的微生物生物量會在數(shù)小時至數(shù)天內(nèi)死亡形成殘體碳，殘體碳可通過物理保護、化學(xué)穩(wěn)定、礦物結(jié)合等機制長期留存，成為土壤有機碳的重要組成。目前學(xué)術(shù)界共識為CUE越低，碳越易被呼吸消耗； CUE越高，碳越易被循環(huán)固存。遺憾的是，CUE長期難以測量，更無法連續(xù)實時監(jiān)測。

  呼吸商（RQ）是研究土壤呼吸代謝的新興手段，定義為CO?產(chǎn)生量與O?消耗量的比值。Smart 等（2025）采用多通道土壤呼吸商監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)2小時分辨率、非破壞性、長期連續(xù)的土壤RQ精準監(jiān)測，首次建立葡萄糖底物下RQ與CUE的定量理論關(guān)系，實現(xiàn)CUE實時連續(xù)估算。葡萄糖誘導(dǎo)呼吸期RQ顯著>1.0，由微生物生物合成（CUE>0）驅(qū)動，而非底物類型變化；碳添加量升高導(dǎo)致C:N上升、氮限制增強，CUE下降、呼吸損失比例增加。

圖1 高時間分辨率碳利用效率CUE隨時間變化曲線圖（引自K.E.Smart 等，2025）

研究案例2 方解石溶解與沉淀對量化土壤呼吸的掩蓋效應(yīng)

  旱地占地球陸地面積的40%，是全球重要的碳庫，干旱區(qū)與??之間的碳交換可能會調(diào)控??中CO2 的年際變化率。土壤凈CO?交換通常基于地表箱式法或渦度協(xié)方差法測量，碳交換主要由光合固定與土壤（及植物）呼吸釋放的相對速率決定。但旱地的其他過程也會影響土壤CO?通量，如壓力泵吸與土壤碳酸鹽溶解/沉淀。在含碳酸鹽的農(nóng)田土壤中，氮肥引發(fā)的酸化會導(dǎo)致碳酸鹽礦物溶解并釋放CO?。因此旱地土壤究竟是大氣CO?的凈匯還是碳源仍存爭議，現(xiàn)有方法難以厘清。為此，Gallagher 等（2020）提出無損監(jiān)測土壤碳酸鹽動態(tài)的新方法：通過高頻、高精度測量土壤O?與CO?，反演碳酸鹽溶解與沉淀過程。通過控制實驗?zāi)M脈沖降水，研究其對碳酸鹽行為與土壤呼吸量化的影響。

  根據(jù)實驗設(shè)計，使用FMS便攜式呼吸代謝儀定制自動化采樣系統(tǒng)，每4小時測定20cm深度土壤孔隙CO?與O?濃度，進而分析表觀呼吸商ARQ動態(tài)變化：加水后前30小時，方解石溶解主導(dǎo)，ARQ低至0.20；35小時后，ARQ>1，凈沉淀開始；60小時后穩(wěn)定在1.30，持續(xù)沉淀至二次加水后再次出現(xiàn)約37小時的凈溶解。處理組土壤CO?的δ¹³C比對照組高6‰以上，證實富¹³C方解石溶解進入土壤溶液并與氣相CO?交換，是ARQ變化的主因。方解石溶解會嚴重低估土壤呼吸，沉淀會高估土壤呼吸。土壤表觀呼吸商測量分析是分離生物呼吸與無機碳循環(huán)的關(guān)鍵手段。全球近1/5土壤呼吸受碳酸鹽影響，區(qū)域/全球碳匯評估必須校正其掩蓋效應(yīng)。

圖2 隨時間變化的（a）土壤呼吸CO2、（b）土壤O2和（c）表觀呼吸商值A(chǔ)RQ（引自 T.M. Gallagher, 2020）

研究案例3 堆肥生物降解動態(tài)呼吸儀在無土栽培生長基質(zhì)穩(wěn)定性檢測方面的應(yīng)用

  英國開放大學(xué)（The Open University，簡稱OU）是一所公立研究型大學(xué)，也是國際知名的遠程教育大學(xué)。OU大學(xué)的環(huán)境、地球和生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院擁有7套獨立的16通道SSI模塊式堆肥生物降解動態(tài)呼吸儀（相關(guān)鏈接參見https://www5.open.ac.uk/stem/environment-earth-ecosystem-sciences/research/analytical-facilities/ecosystems-laboratories）。

  該院Graham Howell教授團隊在國際園藝學(xué)《Horticulturae》雜志發(fā)表了“Using Respirometry to Investigate Biological Stability of Growing Media in Aerobic Conditions”一文，詳細介紹了SSI呼吸代謝技術(shù)構(gòu)建的堆肥生物降解動態(tài)呼吸儀測量五種無土栽培生長基質(zhì)（分別為厭氧沼渣纖維、樹皮、椰殼纖維、木纖維和綠色堆肥）在有氧條件下單一材料的微生物活性、水分對測試的影響、添加營養(yǎng)物質(zhì)對測試的影響、以及不同生長基質(zhì)混合的交互作用影響等的研究成果。

研究結(jié)果顯示，該動態(tài)呼吸測定法是評估現(xiàn)有和新生長培養(yǎng)基原材料及其在混合物中的相互作用的合適工具。使用源自標準方法的呼吸測定技術(shù)，成功鑒定了不同生長培養(yǎng)基之間微生物穩(wěn)定性的差異。此外，通過模擬真實可復(fù)制的條件，該技術(shù)可以通過添加額外微生物或其它要素生產(chǎn)新的生長基培養(yǎng)物。

 更多土壤微生物碳利用效率CUE測量等詳細實驗方法、技術(shù)細節(jié)與應(yīng)用等請致電北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司咨詢 010-82611572 或微信公眾號留言。

易科泰生態(tài)技術(shù)公司設(shè)有EcoTech®實驗室、呼吸與能量代謝實驗室、光譜成像實驗室，歡迎合作！