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    Nature-scientific reports I 土壤氣體、同位素同步觀測方案

    撰稿人: 日期:2021-5-7 點擊次數:364

    文獻

    Soil gas probes for monitoring trace gas messengers of microbial activity

    Joseph R. Roscioli Laura K. Meredith, Joanne H. Shorter, JulianaGil Loaiza & Till H. M.Volkmann  Scientifc Reports | (2021) 11:8327 https://doi.org/10.1038/s41598-021-86930-8    www.nature.com/scientificreports


    摘要:


    土壤微生物產生和消耗能表征土壤生物地球化學過程的氣體。因此土壤氣體的測量是揭示微生物活動的重要工具。然而,大部分土壤氣體測量缺少與微生物過程和土壤結構尺度對應的、非破壞性方法。

    為滿足此需要,我們開發了采用擴散土壤探頭的土壤氣體采集系統和樣氣傳送技術,用于高分辨率從地下樣點采氣。采集的土壤氣體送到地上分析儀中測量氣體濃度和同位素。獲取有代表性的土壤氣體樣本需要在土壤氣體組分和測量頻率及樣氣量之間采取折中措施。

    這些考慮限制了定量氣體空間梯度變化和與土壤微生物群相關的空間異質情況的方法。這里,我們提供了一種新的、靈活的采集系統,配置了控制閥,減少了樣氣量,展示了在控制型土柱中監測地下N2O及其同位素、CH4、CO2、NO的地球化學循環過程。

    采樣系統可重復獲得主導土壤養分和還原過程的氣體濃度,為揭示微生物應對主要環境脅迫提供了新的視野。采用N2O 同位素位嗜值SP作為微生物過程的指示值鎖定了原位微生物活動的動力學過程。揭示微生物活動的痕量氣體信息將補充組學方法、助力地下模型、完善土壤異質性對地下交互過程影響的理解。


    同步觀測地下廓線:

    △ NO2、NO、CO、COS、H2O、VOCs

    1H16O1H、1H16O2H、1H18O1H、 12C16O16O、13C16O16O、12C16O17O、12C16O18O

    △ 12CH4、13CH4

    △ 14N14N16O、14N15N16O、15N14N16O、14N14N18O


    3個柱體地下氣體濃度vs 氮肥施加時間變化過程

    同位素和氣體濃度光譜

    (a)    CH4 1294 cm-1 光譜與H2O N2O 分離 (b) N2O 同位素光譜 2196 cm-1 . 4個N2O分子能區分,黃、紫15N 不同位置,藍是18O

    (a) 三個柱體中的N2O濃度 (綠色陰影) vs δ15Nbulk (紅), δ18O-N2O (藍), and δ15NSP (紫) (b) N2O中的δ15Nbulk (x軸), δ18O-N2O (y軸), and SP AOA氨氧化古菌 (綠框) and AOB (紫框) 氧化菌,灰色代表真菌反硝化,δ15Nbulk, δ15NSP, and δ18O-N2O不確定漂移占比5.0‰, 1.6‰, and 2.5‰

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