研究背景

在寒冷地區(qū)，氣候變化預(yù)計(jì)會(huì)使冬季氣溫升高且溫度變異性增大。再加上降水模式的變化，這些變化會(huì)通過(guò)減少積雪覆蓋來(lái)降低土壤的隔熱性，使土壤暴露在更低的溫度下，遭受更頻繁且更廣泛的土壤凍融。凍融事件會(huì)對(duì)冬季土壤過(guò)程以及氮（N）循環(huán)產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而關(guān)系到土壤健康、一氧化二氮（N?O）排放以及周邊水質(zhì)。這些影響對(duì)于寒冷地區(qū)的農(nóng)業(yè)土壤和實(shí)踐來(lái)說(shuō)尤為重要。

研究方法：

加拿大科研人員開展了一項(xiàng)蒸滲儀實(shí)驗(yàn)，以評(píng)估冬季脈沖式增溫、土壤質(zhì)地和積雪覆蓋對(duì)農(nóng)業(yè)土壤中氮循環(huán)的影響。在圭爾夫大學(xué)的埃洛拉研究站，利用四個(gè)農(nóng)業(yè)田間控制蒸滲儀系統(tǒng)（表面積 1 平方米，深度 1.5 米），在一個(gè)冬季期間，監(jiān)測(cè)了地下土壤溫度、濕度、孔隙水地球化學(xué)，以及空氣溫度、降水和 N?O 通量。這些蒸滲儀有兩種土壤類型（壤質(zhì)砂土和粉壤土），處于玉米 - 大豆 - 小麥輪作且有覆蓋作物的管理模式下。此外，在其中兩個(gè)蒸滲儀上方的陶瓷紅外加熱器會(huì)在每次降雪事件后開啟，以融化積雪，之后關(guān)閉，模擬無(wú)雪的冬季條件，增加土壤凍結(jié)程度。從蒸滲儀內(nèi)五個(gè)深度采集的孔隙水樣本，被分析了總?cè)芙獾═DN）、硝酸鹽（NO??）、亞硝酸鹽（NO??）和銨鹽（NH??）的含量。N?O 通量則通過(guò)每個(gè)蒸滲儀上安裝的自動(dòng)土壤氣室進(jìn)行測(cè)量。

主要研究結(jié)果：

將移除積雪的蒸滲儀的結(jié)果與未安裝加熱器（有積雪）的蒸滲儀的結(jié)果進(jìn)行了比較。隔熱積雪層的移除導(dǎo)致了更強(qiáng)烈的土壤凍融事件，使得蒸滲儀系統(tǒng)中溶解態(tài)氮的損失增加：粉壤土系統(tǒng)中以 N?O 形式損失，壤質(zhì)砂土系統(tǒng)中以 NO??淋溶形式損失。在粉壤土蒸滲儀中，凍融增強(qiáng)的 N?O 通量源于新的生成過(guò)程，而非氣體的積累與釋放。在壤質(zhì)砂土蒸滲儀中，將 NO??淋溶的增加歸因于這種土壤類型更大的孔隙尺寸，因此持水能力更低。

總體而言，結(jié)果表明，由于氣候變化和積雪覆蓋減少，寒冷氣候農(nóng)業(yè)土壤中預(yù)期會(huì)增加的凍融循環(huán)次數(shù)，將通過(guò)增強(qiáng) NO??向地下水的淋溶以及增強(qiáng) N?O 排放的某種組合，加劇土壤中的氮損失。

總結(jié)本文實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使用了蒸滲儀作為研究主體，分層進(jìn)行土壤溶液取樣，同時(shí)在蒸滲儀上安裝自動(dòng)土壤氣室測(cè)量N2O通量。為進(jìn)行這些研究我們?yōu)槟峁㏒oilScope控制型蒸滲系統(tǒng)解決方案，它是一種多功能、新型稱重式蒸滲儀。具有“底部邊界層控制功能"，確保蒸滲儀罐體內(nèi)水分運(yùn)移和交換與大田一致，得到與大田相同、能夠代表此區(qū)域的蒸散量。還可以控制土溫，滿足干濕控制、增溫等控制實(shí)驗(yàn)要求。

底部有高精度稱重系統(tǒng)，分辨率為0.01kg，同步觀測(cè)蒸散量、滲漏量、潛水蒸發(fā)量、土壤氧化還原、pH、水分、溫度、電導(dǎo)率等。

該系統(tǒng)可取原狀土，土柱面積1平方米，高度可定制。配置多層土壤溶液取樣裝置，自動(dòng)采樣泵，可以定時(shí)、連續(xù)自動(dòng)采集土壤溶液樣品。

此外該系統(tǒng)的野外增溫試驗(yàn)裝置，采用土壤中增溫的方法，確保增溫均勻，可用于冬季增溫試驗(yàn)。在直徑3米的圓形區(qū)域?qū)崿F(xiàn)0.1℃～5.0℃增溫效果，溫度可調(diào)節(jié)，加熱功率：5kw/加熱區(qū)。

SoilScope蒸滲儀結(jié)合SoilGAS CO2 CH4 N2O H2O在線監(jiān)測(cè)儀與iChamber-LY 蒸滲冠層室，可在線、實(shí)時(shí)測(cè)量土壤CO2、CH4和N2O排放通量。監(jiān)測(cè)儀基于激光吸收光譜原理，測(cè)量精度達(dá)到ppb級(jí)。

SoilGAS CO2/CH4/N2O在線監(jiān)測(cè)儀

iChamber-LY蒸滲冠層室由澳作公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)，升降可控，無(wú)邊框和立柱，對(duì)測(cè)量點(diǎn)降雨、風(fēng)速等小氣候無(wú)影響。既可用于土壤溫室氣體通量測(cè)量，也可用作群落光合室。

系統(tǒng)配置的多路控制最多可帶27個(gè)冠層室。每個(gè)冠層室的測(cè)量時(shí)間可設(shè)定

iChamber-LY蒸滲冠層室

配置iChamber-G土壤采氣矛埋設(shè)在土壤剖面不同深度，連續(xù)采集土壤氣體，實(shí)時(shí)測(cè)量土壤剖面CO2、CH4、N2O氣體濃度。土壤采氣矛由澳作公司自主研發(fā)、可以滿足用戶定制長(zhǎng)度。

土壤剖面安裝iChamber-G土壤采氣矛