對于土壤呼吸來說，溫度是其主要驅動因子之一。過去的許多研究表明，溫度升高一般會促進土壤CO2的排放，這是碳循環與變暖之間的一個正反饋效應。通常，人們采用經驗參數Q10值，即溫度每升高10℃土壤呼吸速率的變化比率，來表示土壤呼吸對溫度變化的反應強度，這就是土壤呼吸的溫度敏感性，或稱土壤呼吸對溫度的依賴性。盡管許多生態學模型采用了單一固定的Q10值，但時間上，有證據表明，土壤呼吸對溫度變化的反應并不是一成不變的，在不同的環境條件下，土壤呼吸往往具有不同的溫度敏感性。使用單一Q10值大的增加了碳氣候模型預測的不確定性。
為模擬不同溫度的土壤變化實景環境，北京普瑞億科科技有限公司和科學院地理科學與資源研究所合作，開發PRI-8800全自動變溫土壤溫室氣體（同位素）在線測量系統，可對接土壤呼吸研究的不同分析儀，提供了一套整體測量方案。除此之外，該系統還可應用于生物需氧和厭氧過程研究、高溫塑料降解等研究，如制藥過程中的微生物活性測量、BOD和毒性測量、昆蟲呼吸、生物機能、含發酵過程的食品生產監控等等。
濕地系統微生物在線培養分析系統，主要包括全自動變溫土壤微生物呼吸連續取樣系統和CH4、CO2同位素在線分析儀組成，用于濕地土壤微生物對溫度變化的敏感性培養實驗，及CO2和CH4濃度和同位素比率的同步測量。
主要特點
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可靈活對接不同分析儀（同位素分析儀、氣體濃度分析儀等）；
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測樣過程中可以直接增加新樣品，無需關機處理；
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自動化程度高，無人值守，24小時不間斷工作；
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可方便拆卸土壤瓶固定裝置，實現在線置換土壤瓶；
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全自動控溫系統（-20~80 ℃），控溫精度優于0.1 ℃；
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土壤溫度傳感器探針可頻繁自動插入土壤瓶中，準確測量土壤溫度；
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的氣體循環氣路——雙回路氣路設計，可根據需要對CO2濃度進行預處理，調控系統內的起始CO2濃度（避免過高CO2濃度的抑制效應）；
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的氣路設計，縮短響應時間；
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可靈活設定的標定系統，保障測量數據的準確性；
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友好的軟件界面，可根據具體實驗需要設定參數及數據存儲等功能；
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整機對外界溫度和壓力變化不敏感，對震動不敏感。
氣體分析原理
系統采用光譜掃描技術和光腔衰蕩光譜技術，應用四面高放射率的鏡面對紅外激光進行連續反射，有效路徑可達20千米，通過計算衰蕩時間差進行痕量氣體和同位素的檢測。
研究領域
1）利用其自動、連續、快速的特點，開展區域尺度的聯網研究，揭示不同區域或植被類型的Q10變異及其控制機制。受傳統培養和測試方法的影響，研究人員很難開展類似的研究，雖然整合分析能一定程度解決這個問題，但也存在不同實驗處理條件和實驗測定方法造成的高不確定性問題。
2）開展Q10對連續溫度變化過程響應研究，更真實的模擬溫度變化情況，從而揭示土壤微生物呼吸對溫度變化的響應機制。受傳統方法的限制，當前大多數研究均在小時、天、周尺度來開展，并沒有揭示真實的溫度日動態。
3）更好地開展土壤微生物對水分或資源快速變化情景下的研究。例如，降水脈沖是干旱-半干旱區的常見現象，土壤微生物活性（碳礦化速率或氮礦化速率）對水分可獲得性的響應一直是非常重要又具挑戰性的科學問題；類似的，土壤微生物對外界資源脈沖式供應的響應或激發效應也是近期研究熱點。
4) 隨著設備的廣泛使用與改進，尤其是與13C分析設備相結合，相信會在土壤有機質周轉領域具有更多的應用前景。
技術指標
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指標
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標準配置參數
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指標
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標準配置參數
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濕地系統微生物在線培養分析系統
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樣品盤
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標配16位樣品盤，也可選配4位或9位樣品盤
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自動校準功能
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三個標氣端口，可實現標氣的自動測量
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CO2濃度調節
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對CO2濃度進行預處理，調控系統內的起始CO2濃度
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數據處理
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系統可以實現數據自動計算處理
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供電中斷試驗
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> 5 AC循環啟動
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檢測室長度
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25cm
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檢測室容積
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35ml
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壓力控制精度
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0.0002 atm
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溫度控制精度
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0.005℃（被測氣體、測量腔室和主機）
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激光擴展通道
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4個
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CO2+CH4同步模式
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即一個主機同時分析CO2+CH4濃度和同位素比率，確保樣品分析的同步性
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δ13C精度（5 min,1σ, 1 hr窗口）
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CO2:<0.16‰
CH4(低濃度):< 1.15‰
CH4(高濃度):<0.55‰
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大漂移（＞24 hrs，1h平均）
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CO2:<0.6 ‰
CH4:<1.5 ‰@10ppm
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濃度精度（30 s, 1σ）
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CO2: 200 ppb + 0.05 % 讀數(12C)
10 ppb + 0.05 % of 讀數 (13C)
CH4(低濃度):5ppb+0.05%讀數(12C)
1ppb+0.05%讀數(13C)
CH4(高濃度):50ppb+0.05%讀數(12C)
10ppb+0.05%讀數(13C)
H2O：100ppm
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確保精度范圍
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CO2:380 - 2000 ppm
CH4(低濃度):1.8 - 12 ppm
CH4(高濃度):10- 500 ppm
H2O：0 - 2.4%
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測量間隔
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5 s
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測量范圍
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CO2:100 - 4000 ppm
CH4(低濃度):1.2 - 15 ppm
CH4(高濃度):1.8 - 1500 ppm
H2O：0 - 5%
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CO2同位素測量模式
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CO2測量模式
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δ13C精度（5 min,1σ, 1 Hr窗口）
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CO2:<0.12 ‰
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大漂移（＞24 hrs，1h平均）
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CO2:<0.6 ‰
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濃度精度（30 s, 1σ）
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CO2: 200 ppb + 0.05 %讀數(12C)
10 ppb + 0.05 %讀數(13C)
CH4:50 ppb + 0.05 %讀數(12C)
H2O：100ppm
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確保精度范圍
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CO2:380 - 2000 ppm
CH4:1.8 - 500 ppm
H2O：0 - 2.4%
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測量間隔
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3 s
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測量范圍
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CO2:100 - 4000 ppm
CH4:0 - 1000 ppm
H2O：0 - 5%
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CH4同位素測量模式
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CH4測量模式
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δ13C精度（5 min,1σ, 1 hr窗口）
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CH4(低濃度):< 0.8‰
CH4(高濃度):<0.4‰
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大漂移（＞24 hrs，1h平均）
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CH4:<1.5 ‰@10ppm
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濃度精度（30 s, 1σ）
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CO2: 1 ppm + 0.25 %讀數(12C)
CH4(低濃度)：5 ppb + 0.05 %讀數(12C)
1ppb + 0.05 %讀數(13C)
CH4(高濃度):50 ppb + 0.05 %讀數(12C)
10 ppb + 0.05 %讀數(13C)
H2O：100ppm
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確保精度范圍
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CO2:200 - 2000 ppm
CH4(低濃度):1.8 - 12 ppm
CH4(高濃度):10- 1000 ppm
H2O：0 - 2.4%
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測量間隔
|
3 s
|
測量范圍
|
CO2:0 - 4000 ppm
CH4(低濃度):1.2 - 15 ppm
CH4(高濃度):1.8 - 1500 ppm
H2O：0 - 5%
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指標
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標準配置參數
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接受定制
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備注
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控制系統
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系統響應時間
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<4 s
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工作電壓
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24 V , 12.5 A
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控制箱功率
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220 VAC<350 W
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控制方式
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PC
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控制箱內集成微型PC主機
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控制箱尺寸
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500*420*200 mm
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采樣系統
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溫度傳感器精度
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±0.15℃
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氣體流速
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1 L/min
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0-4 L/min可調
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有效行程
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400*400*150 mm
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●
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可根據客戶需要更改有效行程
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培養瓶容積
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150 mL
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●
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可更換各種容積培養瓶
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氣體管路
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1/8不銹鋼管或特氟龍管
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●
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可根據客戶需求更改
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重復定位精度
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0.1mm
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累積行程誤差
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±1mm
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CO2吸收劑
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NC Technologies S.r.l.
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●
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可根據客戶需求更換吸收劑
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采樣裝置尺寸
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800*800*700 mm
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溫度控制
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培養瓶溫度范圍
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-20~80℃
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●
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可根據客戶需求更改溫度范圍
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溫度控制精度
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±0.1℃
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加熱功率
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1500 W
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●
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可更換不同功率的加熱器
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制冷功率
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1250 W
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●
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可更換不同功率的壓縮機
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變溫速率(升溫)
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60 s/℃（室溫條件下）
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●
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跟加熱器功率有關
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變溫速率(降溫)
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90 s/℃（10-80℃）
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●
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跟壓縮機功率有關
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負載
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<2 kW
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軟件系統
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數據計算
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進行簡單設置后可實現多種氣體成分的通量計算與均值計算
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通量設置
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選擇性設置不同時間段的通量值
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線性設置
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同步輸出線性關系R值和一致性指數I，可用于判斷數據可信度
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數據處理
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可進行批量數據的處理
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有效性檢查
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可進行數據有效性檢查
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配置說明
PRI-8800濕地系統微生物在線培養分析系統主要包含，含同位素分析儀或CO2 H2O分析儀（分析儀內置到主控箱內）；全自動變溫培養系統，含水浴升降溫系統、主控制箱、全自動進樣器、16位樣品盤等。
生產廠家：香港 PRI-ECO
部分發表文章
1．Cao YQ, Zhang Z, Xu L, Chen Z, He NP. 2019. Temperature affects new carbon input utilization by soil microbes: Evidence based on a rapid δ13C measurement technology. Journal of Resources and Ecology, 10: 202-212.
2．Liu Y, He NP, Xu L, Tian J, Gao Y, Zheng S, Wang Q, Wen XF, Xu XL, Yakov K. 2019. A new incubation and measurement approach to estimate the temperature response of soil organic matter decomposition. Soil Biology & Biochemistry, 138, 107596.
3．Liu Y, He NP, Wen XF, Xu L, Sun XM, Yu GR, Liang LY, Schipper LA. 2018. The optimum temperature of soil microbial respiration: Patterns and controls. Soil Biology and Biochemistry, 121: 35-42.
4．Liu Y, Wen XF, Zhang YH, Tian J, Gao Y, Ostle NJ, Niu SL, Chen SP, Sun XM, He NP. Widespread asymmetric response of soil heterotrophic respiration to warming and cooling. Science of Total Environment, 635: 423-431.
5．Tang ZX, Sun XL, Luo ZK, He NP, Sun JX. 2018. Effect of substrate and microbial community on soil carbon mineralization: Evidence from three zonal forests. Ecology and Evolution, 8: 879-891.
6．Tian J, He NP#, Hale L, Niu SL, Yu GR, Liu Y, Blagodatskava E, Kuzyakov Y, Zhou JZ. 2018. Soil organic matter availability and climate drive latitudinal patterns in bacterial diversity from tropical to cold-temperate forests. Functional Ecology, 32: 61-70.
7．Tian J, He NP, Kong WD, Deng Y, Feng K, Green SM, Wang XB, Zhou JZ, Kuzyakov Y, Yu GR. 2018. Deforestation decreases spatial turnover and alters the network interactions in soil bacterial communities. Soil Biology and Biochemistry, 123: 80-86.
8．Wang Q, He NP, Xu L, Zhou XH. 2018. important interaction of chemicals, microbial biomass and dissolved substrates in the diel hysteresis loop of soil heterotrophic respiration. Plant and Soil, 428: 279-290.
9．Wang Q, He NP, Xu L, Zhou XH. 2018. Microbial properties regulate spatial variation in the differences in heterotrophic respiration and its temperature sensitivity between primary and secondary forests from tropical to cold-temperate zones. Agriculture and Forest Meteorology, 262, 81-88.
10．Li DD, Fan JJ, Zhang XY, Xu XL, He NP, Wen XF, Sun XM, Blagodatskaya E, Kuzyakov Y. 2017. Hydrolase kinetics to detect temperature-related changes in the rates of soil organic matter decomposition. European Journal of Soil Biology, 81: 108-115.
11．Li J, He NP, Xu L, Chai H, Liu Y, Wang DL, Wang L, Wei XH, Xue JY, Wen XF, Sun XM. 2017. Asymmetric responses of soil heterotrophic respiration to rising and decreasing temperatures. Soil Biology & Biochemistry, 106: 18-27.
12．He NP, Yu GR. 2016. Stoichiometrical regulation of soil organic matter decomposition and its temperature sensitivity. Ecology and Evolution, 6: 620-627.
13．Shi Y, Sheng LX, Wang ZQ, Zhang XY, He NP, Yu Q. 2016. Responses of soil enzyme activity and microbial community compositions to nitrogen addition in bulk and microaggregate soil in the temperate steppe of Inner Mongolia. Eurasian Soil Science, 49(10): 1149-1160.
14．Wang Q, He NP, Liu Y, Li ML, Xu L. 2016. Strong pulse effects of precipitation event on soil microbial respiration in temperate forests. Geoderma, 275: 67-73.
15．Wang Q, He NP, Yu GR, Gao Y, Wen XF, Wang RF, Koerner SE, Yu Q. 2016. Soil microbial respiration rate and temperature sensitivity along a north-south forest transect in eastern China: Patterns and influencing factors. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 121: 399-410.
16．Zhang XY, Tang YQ, Shi Y, He NP, Wen XF, Yu Q, Zheng CY, Sun XM, Qiu WW. 2016. Responses of soil hydrolytic enzymes, and ammonia-oxidizing bacteria and archaea to nitrogen applications in a temperate grassland in Inner Mongolia. Scientific Reports, 6: 32791.
17．Li J, He NP, Wei XH, Chai H, Wen XF, Xue JY, Zuo Y. 2015. Changes in temperature sensitivity and activation energy of soil organic matter decomposition in different Qinghai-Tibet Plateau grasslands. PlosOne, 10: e0132795. doi:10.1371/journal. pone.0132795.
18．Wang Q, Wang D, Wen XF, Yu GR, He NP, Wang RF. 2015. Differences in SOM decomposition and temperature sensitivity among soil aggregate size classes in temperate grasslands. PlosOne, 10(2): e0117033. doi:10.1371/ journal.pone.0117033.
19．Xue JY, Zhang HX, He NP, Gan YM, Wen XF, Li J, Zhang XL, Fu PB. 2015. Responses of SOM decomposition to changing temperature in Zoige alpine wetland, China. Wetland Ecology & Management, 23: 977-987.
20．He NP, Wang RM, Dai JZ, Gao Y, Wen XF, Yu GR. 2013. Changes in the temperature sensitivity of SOM decomposition with grassland succession: Implications for soil C sequestration. Ecology and Evolution, 3: 5045-5054.
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