文章指出，過(guò)去探究外源氣體（如 NO）對(duì)土壤過(guò)程的影響，最大的阻礙是缺乏能同時(shí)精準(zhǔn)控制背景氣體，并連續(xù)測(cè)量多組分微量氣體通量的實(shí)驗(yàn)裝置。為此，研究團(tuán)隊(duì)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一套高度自動(dòng)化的12 氣室土壤微生態(tài)模擬系統(tǒng)。還原真實(shí)土壤微環(huán)境的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了大批量、多變量的高通量對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

為了避免氣體在密閉空間內(nèi)積聚從而干擾自然的生化反應(yīng)，研究采用了動(dòng)態(tài)氣室法，為保持氣室內(nèi)空氣流通，系統(tǒng)需要持續(xù)通入較高流速的空氣，這不可避免地會(huì)將土壤本身微弱的氣體排放大幅稀釋。在一個(gè)包含 12 個(gè)氣室的自動(dòng)化系統(tǒng)中，要在高頻切換的短時(shí)間內(nèi)，精準(zhǔn)捕捉被稀釋到亞 ppb 級(jí)別的極微小濃度變化，極其考驗(yàn)氣體分析的靈敏度和響應(yīng)速度。

依托這套創(chuàng)新的微生態(tài)模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合布魯克氣體分析儀MGA提供的高頻精準(zhǔn)數(shù)據(jù)流，研究團(tuán)隊(duì)成功量化了不同環(huán)境因素對(duì)土壤氮素代謝機(jī)制的影響：

水分顯著改變排放特征 ：濕度從 30% 升至 50% 時(shí)，CO?、N?O 和 CH? 的累積通量大幅增加，而 NO 和 NO? 通量下降。高濕度促成了土壤的厭氧微環(huán)境，使 N?O 與 NO 的排放比例從 0.2:1 躍升至 2.5:1。

外源 NO 的雙向調(diào)節(jié)作用

• 適量濃度（200 ppbv）：NO 充當(dāng)信號(hào)分子，促進(jìn)異養(yǎng)微生物對(duì)肥料氮的同化吸收。

• 較高濃度（400 ppbv）：表現(xiàn)出抑制作用，阻礙吸收的同時(shí)使 N?O 排放量降低約 33%。

面對(duì)嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)需求，布魯克高精度多氣體分析儀MGA展現(xiàn)了其在多組分氣體高精度測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)：

• 九組分氣體同步觀測(cè)：能夠以10Hz的時(shí)間分辨率，連續(xù)且同時(shí)測(cè)量NO、NO?、N?O、NH?、CO?、CO、CH? 、O3和 H?O。無(wú)需串聯(lián)多臺(tái)儀器，即可獲取完整的碳氮循環(huán)數(shù)據(jù)流

• 極速響應(yīng)，捕捉瞬態(tài)脈沖：面對(duì)12 個(gè)氣室的高頻切換，系統(tǒng)展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定速度，成功捕捉到了土壤重新潤(rùn)濕后轉(zhuǎn)瞬即逝的呼吸脈沖。

• 克服稀釋效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)極低檢測(cè)限：測(cè)量精度可達(dá)ppb/ppt級(jí)，在動(dòng)態(tài)氣室的高流速?zèng)_刷下，能夠提供 NO、NO?、N?O 和 CH?  小于 0.5 µg N/C m?2 h?1 的極低通量檢測(cè)限，確保了微弱排放信號(hào)的準(zhǔn)確量化。

參考文獻(xiàn)：