PRI-8800应用案例分享：更优选的VCM模式（变温培养+连续测定）
上一期我们与大家分享了土壤呼吸室内模拟实验的三代不同技术，本期我们将继续与大家分享——为什么目前VCM模式（变温培养+连续测定）是更优选的实验方案。
关于土壤呼吸室内培养模拟实验方案，可点击链接查看
土壤与大气之间通过光合作用和呼吸作用的碳交换是全球碳循环的一个组成部分。土地利用或管理的变化会频繁的改变光合作用输入和土壤呼吸消耗之间的平衡，导致生态系统尺度的碳净积累或净损失。与光合作用和/或呼吸作用密切相关的因素也起到重要的调节作用，其中温度的控制一直是人们关注的重点。有大量的文献以及模型用于计算或解释观察到的呼吸对温度升高的反应。
由于土壤呼吸受温度、湿度、反应底物等多重的相互作用控制，野外呼吸速率对温度具有高度的离散性，许多不同的理论和经验公式将给出相似的拟合优度。呼吸的温度响应也可以在实验室中测量，但通常受限于实验条件，研究人员通常只在3-5个温度点(大约相隔5-10℃)进行呼吸测量。同样，有限数量的离散温度往往导致相似的拟合优度，不同的方程之间几乎没有能力分离。
2017年，Robinson等经过实验发现至少需要20个点来拟合温度响应曲线，他们建议，应更大程度地考虑由于设置温度点太少而造成的拟合误差，特别是在测试不同的理论模型或随后在模型中使用拟合参数时。
图1.离散温度样点与呼吸速率测量值的灵敏性分析(Robinson,et al.,2017)
x轴是测量呼吸的离散温度的数量，y轴是土壤呼吸速率值在57条InRS-T曲线上95%置信区间的标准化范围（均值±std）
图2.3种模式示意（Liu Y,et al.,2019）
CDM模式（恒温培养+间断测定模式）：通常，根据不同实验目的或实验室条件，研究人员先设置３-６个恒定温度对土壤进行培养（ 如5、10、15、20、25、30℃ 等 ）， 然后在天、周、月间隔，测定Rs；在测试方法上，大多采用碱液吸收法或气相色谱法进行测定，然后再利用所测定的Rs和对应温度计算Q10。该模式的优点是操作简单、对仪器要求不高。
VDM模式（渐进式变温培养+间断测定模式）：该模式对同一批土壤样品采用逐渐升温，然后再降温的培养方式，同时配套低频度的间断测定模式测定土壤有机质分解速率。首先，将土壤样品在适宜的温度下培养3-7ｄ，实现土壤样品活化并防止脉冲式效应对实验结果的干扰。随后，采用气象色谱或者CO2红外气体分析仪的方法测定土壤样品的分解速率，在完成特定温度的测试任务后，将培养温度升高到预先设定的温度，并在土壤样品适应和稳定一段时间后，测定该温度状况下的土壤有机质分解速率；依序升温直到预定的最高温度，随后再采用逆向降温模式进行随后的培养与测试。这种变温过程较为繁琐，一般温度处理系列约为4-6个。
VCD模式（连续变温+连续测量）：该模式是在CDM和VDM基础上，发展出的连续变温培养结合连续-高频土壤微生物呼吸速率的测定方式，可结合培养过程的温度特征，在升/降温过程中对每个样品进行连续的、高频度的测试（2-20 min/次）， 通过测定更多温度下土壤微生物呼吸速率来提高Q10的拟合精度。目前，基于何念鹏老师原型机的基础上，已经开发了商业化的定型产品并公开销售（PRI-8800，普瑞亿科，北京），为大面积推广VCD 模式提供了设备和技术保障。
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PRI-8800既可对接温室气体分析仪，又可对接碳氮同位素分析仪。稳定同位素技术具有示踪、整合和指示等多项功能和检测快速、结果准确等特点，δ13C、δ15N同位素技术被广泛用于土壤碳氮循环研究，也成为探讨土壤中有机组分来源和转化动态的有效手段，利用δ13C同位素可区分土壤呼吸的不同成分，指示碳的来源和周转途径；δ15N用于土壤氮素转换等的研究。
- 可灵活对接不同的分析仪；
- 标配16位样品盘，也可选配4位或9位样品盘；
- 自动化程度高，无人值守，24h不间断工作；
- 可方便拆卸土壤瓶固定装置，实现在线置换土壤瓶；
- 全自动控温系统（-20~80 ℃），控温精度优于0.1 ℃；
- 土壤温度传感器探针可频繁自动插入土壤瓶中，准确测量土壤温度；
- 高效的气体循环气路——双回路气路设计，可根据需要对CO2浓度进行预处理，调控系统内的起始CO2浓度（避免过高CO2浓度的抑制效应）；
- 高效的气路设计，缩短响应时间；
- 可灵活设定的标定系统，保障测量数据的准确性；
- 友好的软件界面，可根据具体实验需要设定参数及数据存储等功能。
参考文献：
- 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.
- 何念鹏, 刘远, 徐丽, et al. 土壤有机质分解的温度敏感性:培养与测定模式[J]. 生态学报, 2018, 38(11).
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