土壤呼吸 - 北京理加联合科技有限公司

研究背景农村生活污水处理对改善人居环境具有重要意义，但其治理过程涉及多个环节，构成了一项复杂的系统工程。过去，受限于农村经济基础薄弱，缺乏物质和制度支持，污水治理手段相对匮乏。然而，随着脱贫攻坚的胜利，我国农村污水处理在一定程度上取得了进展，但仍面临管护机制不健全、设施建设和维护困难等挑战。因此，迫切需要开发低能耗、易管理、高效的污水处理技术。传统污水处理方式往往存在高能耗和高成本等问题，导致治理效果不尽如人意。人工湿地技术（CWs）因其低能耗、低成本和较好的处理效果，成为一种理想的处理方案。然而，由于废水中碳负荷较高，人工湿地在去除营养物质和有机物的过程中可能排放大量CO2，这不仅会加剧全球变暖问题，还可能降低其生态效益，进而限制了人工湿地在污水处理中的广泛应用。基于此，山西农业大学甄志磊老师团队以山西省运城市的一个农村生活污水处理厂为研究对象，提出了利用厌氧预处理与先进人工湿地处理工艺相结合的农村生活污水治理方式。研究成果发表于《Ecological Engineering》期刊。团队通过14个月的水质监测、CO2原位测定、高通量测序与植物生物量分析，研究了不同植物配置对污水中COD、氮磷等污染物的去除效率及CO2排放的影响。结果表明，景观设计能够提高植物多样性，优化污水处理能力，并促进碳固定。该研究为农村污水低碳处理技术的进一步推广和优化奠定了基础。图1.厌氧池和人工湿地（CW1 和 CW2）。CW1：植物景观设计；CW2：规则行种植设计。研究方法实验设计：研究选取了山西省运城市的一个农村生活污水处理厂，采用人工湿地技术（CWs）与厌氧预处理的组合方式，设置了两组实验：CWs1：采用了景观设计，植物配置灵感来源于“鲤鱼跳龙门”的民间故事；CWs2：采用了常规排列设计；监测指标：污水中的COD、氨氮、总磷、总氮、DO、pH及CW基质中CO2排放通量；CW基质中CO2排放通量采用PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统（北京理加联合科技有限公司）进行监测，该系统由红外气体分析仪和呼吸室组成。为排除植物光合作用干扰、纯化基质异养呼吸信号，所有测量均在暗室土环中进行，采样时段固定为每日9:00、15:30、20:00。监测周期覆盖2023年7月至12月及2024年5月至8月。同步记录基质层温度数据，为准确量化人工湿地基质CO2排放的动态变化及其温度敏感性提供可靠支...

2026 - 03 - 04

土壤呼吸丨高频监测揭示小型湿地沿岸带碳排放的动态规律与环境驱动

湿地作为全球温室气体（GHG）排放清单中的重要自然排放源，一直以来备受关注，尤其是二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）的排放。然而，现有研究大多集中于大型湖泊和开阔水域，对于广泛分布但面积较小的湿地系统，特别是其生态敏感的沿岸区，仍缺乏系统性的长期观测与评估。近年来的研究显示，小型湿地单位面积的碳排放强度可能远高于预期，特别是在湿地沿岸带，频繁的水位波动、旺盛的植被，以及复杂的土壤‑水体‑大气界面过程，可能形成显著的CO₂和CH₄排放通道。尽管如此，目前针对该区域生长季节碳通量的连续观测仍显不足，其排放动态、环境因子的驱动机制及其在温室气体清单中的代表性尚未得到充分明确。在此背景下，安徽建筑大学聂玮老师的团队以安徽建筑大学南校区的小型湿地为研究对象，研究了沿岸区温室气体排放的时空变化及其环境驱动因素，相关研究成果发表于《Marine and Freshwater Research》期刊。该团队通过高频连续监测技术，成功测量了小湿地沿岸区的CO₂和CH₄排放，揭示了温室气体排放在生长季节内的动态变化，明确了环境因子（如气温、土壤温度、风速、土壤pH等）如何影响排放速率。此研究为进一步理解小湿地在全球碳循环中的潜在贡献，以及湿地在气候变化背景下的作用提供了重要的科学依据。图1.研究地点和试验地块示意图研究方法：高频监测捕捉排放动态研究区域：研究团队在安徽建筑大学南校区建立了一个实验性小型湿地，该湿地全年保持淹水状态，最大水深为0.95米，位于北方亚热带湿润气候区。研究重点选择湿地的沿岸区作为研究区域，并选取三个样地作为重复调查对象进行分析。监测指标：CO₂和CH₄温室气体通量、气温、土壤温度、土壤pH、大气压力、风速等；温室气体通量采用SF-3500系列多通道土壤气体通量测量系统（北京理加联合科技有限公司）及激光温室气体分析仪进行监测。每次测量过程中，系统通过通量监测装置在约1 h内收集15个温室气体排放数据样本，每个采样点进行5个测量周期，实时记录CO₂和CH₄的排放数据。为了更准确地量化沿岸区温室气体排放的动态变化，监测工作在生长季节内的不同月份定期进行。图2.生长季温室气体和环境因素的平均值图3.环境因素与温室气体排放量之间的回归表1.温室气体排放量和比率的统计数据表2.环境因素统计主要发现：小湿地沿岸带的碳排放特征与驱动机制小湿地沿岸带为显著碳源...

2026 - 03 - 04

土壤呼吸 | 氮添加的“临界点”，正在重塑高寒草甸的地下碳释放

在全球变化背景下，大气氮沉降持续增加。氮，既是植物生长的重要养分，也可能悄然改变地下生态系统的运行方式。在土壤碳循环中，丛枝菌根真菌（AMF）长期被认为是连接植物与土壤的重要“桥梁”。然而，它们自身的呼吸作用——尤其是菌丝呼吸，在多大程度上参与土壤碳释放？又会如何响应不断增加的氮输入？一直缺乏直接证据。基于此，来自中国科学院地理科学与资源研究所牛书丽老师团队在青藏高原高山草甸开展了长期田间实验，研究了氮添加对AMF菌丝呼吸作用的影响。其相关研究刊发在《Functional Ecology》。该团队通过微孔网格排除法，成功分离并定量了AMF菌丝的呼吸作用，揭示了AMF菌丝呼吸对氮添加的阈值效应，明确了氮添加如何在超过一定阈值后显著抑制AMF的呼吸作用，从而为进一步理解氮沉降对草甸生态系统碳排放的潜在影响提供了科学依据。图1.施氮样地的试验设计。研究方法研究在四川若尔盖高寒草甸设置了6 个氮添加水平（0、2、4、8、16、32 g N·m-²·year-¹），模拟从当前背景到未来潜在高氮情景。通过微孔筛网排除法，研究人员将：土壤总呼吸异养呼吸AMF 菌丝呼吸进行分离与定量，并同步监测植物群落、土壤理化性质及 AMF 群落结构。为避免装置扰动带来的误差，所有菌丝呼吸测量均在装置安装 2 年后才正式开展，确保数据稳定可靠。2022年5月至9月生长季期间，每月两次在晴天9:00至14:00之间，使用 PS-3010超便携CH4/CO2土壤呼吸系统（北京理加联合科技有限公司）监测土壤 CO₂通量。图2.土壤呼吸组分微孔筛网排除法示意图。图3.不同氮添加处理下丛枝菌根真菌（AMF）菌丝呼吸[RAMF (a, b)]、AMF菌丝呼吸/自养呼吸[RAMF/Ra (c, d)]和AMF菌丝呼吸/土壤呼吸[RAMF/Rs (e, f)]的季节动态和平均值。图4.不同施氮处理下土壤呼吸（Rs，a，b）的季节动态及平均值。图5.方差分解分析（a）和层次分解（b）说明了土壤、植物和丛枝菌根真菌（AMF）因素对土壤AMF菌丝呼吸（RAMF）的影响。主要发现（1）AMF菌丝呼吸对氮添加呈阈值效应，8 g N·m⁻²·year⁻¹为临界值。同时，氮添加使得土壤呼吸也呈季节性变化，且与AMF菌丝呼吸的季节性变...

2026 - 03 - 04

土壤呼吸丨硅酸盐岩风化助力碳汇：揭示中国东北温带落叶松种植园的固碳潜力

研究背景：岩石风化如何成为气候救星？为应对日趋严峻的全球气候危机，除减少碳排放外，能够主动清除大气CO₂的“负排放技术”已成为迫切需求。其中，“增强岩石风化”作为一种通过施用特定岩石粉末以加速天然固碳过程的地球工程技术，近年来受到广泛关注。过往的研究多聚焦于农田系统，证实了该技术在固碳与改善土壤肥力方面的双重效益。然而，作为地球碳汇体系的重要组成部分，森林生态系统中有机碳储存和树木生长的响应研究相对较少。实际上，森林碳汇不仅来自土壤碳库，还与植被生长及系统级碳循环过程密切相关。在此背景下，中国科学院沈阳应用生态研究所团队在《Forest Ecology and Management》发表了最新研究成果。基于为期两年的落叶松人工林实地试验，研究者通过施用硅灰石，追踪了土壤呼吸、无机碳与有机碳变化以及树木生长等关键过程，系统揭示了增强岩石风化在森林生态系统中的固碳机制。研究方法：实地添加硅灰石，两年追踪碳足迹实验设计：研究团队在长白山西坡一处20年树龄的落叶林种植园，随机分布12个样地（每个30 m×30 m）。相邻样地之间保持至少20 m的缓冲区，2022年7月31日施用硅灰石，设3个处理水平，每个组4个重复：对照组：不添加硅灰石；低剂量组：5吨/公顷；高剂量组：10吨/公顷；监测指标：土壤CO₂通量、土壤有机碳 / 无机碳变化、树木生物量、凋落物和细根的生长情况等指标；土壤碳通量采用PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统（北京理加联合科技有限公司）进行监测。两年内累计完成49次原位观测，所有采样在固定时段（上午8:30-12:30）进行，施用硅灰石后，在土壤解冻到土壤冻结期间每周测量一次。同时结合同步记录的土壤温度数据，为准确量化增强岩石风化对土壤呼吸的动态影响及其温度敏感性提供了可靠依据。图1.图(a)和(b)分别展示了施用硅灰石岩粉（0–5 cm土层深度）后第一年(2022年)、第二年 (2023年) 未施用 (W0)、施用5 t ha⁻¹(W1) 和10 t ha⁻¹(W2)处理下土壤温度和含水量的变化，图(c)则展示了土壤CO₂通量的变化。图(c)中的插图展示了施用硅灰石前所有样地的土壤CO₂通量。图2.2022年和2023年，在未施用（W0）、施用5 t ha⁻¹（W1）和施用10 t ha⁻¹（W...

2026 - 03 - 03

土壤呼吸 | 放牧强度如何影响草原碳汇？希拉穆仁草原研究揭示深层土壤碳的流失风险

在全球碳循环的宏大网络中，草原是沉默却关键的“碳仓”。它覆盖了地球陆地面积的三分之一，储存着约34%的陆地有机碳，对维持气候稳定、生态平衡和生物多样性具有不可替代的作用。然而，随着放牧压力的不断增加，这一“碳仓”正面临被重新塑造的风险。在我国北方地区，放牧是草原利用的主要方式。适度放牧可以促进牧草更新、提高土壤养分循环效率，被视为维持草原生态系统活力的重要手段。但另一方面，过度放牧会导致植被退化、土壤板结、碳储量下降，甚至触发荒漠化过程。最近，一项发表在《Journal of Environmental Management》上的研究，以内蒙古的希拉穆仁草原为对象，通过长期的野外实验，深入揭示了不同放牧强度如何像一只“无形的手”，影响着地上的植被和地下的碳循环。图1.研究框架研究方法：一场持续六年的放牧强度实验实验设计：从2018年起至采样年份，每年5月1日至10月31日进行连续放牧。CK（对照组）：完全不放牧，让草地自然恢复；LG（轻度放牧）：每公顷每月1.5只羊；MG（中度放牧）：每公顷每月3.0只羊；HG（重度放牧）：每公顷每月4.5只羊；采样区设置：每个放牧强度样地选择九个采样点，设置0.5 m × 0.5 m的样方测定植被盖度；监测方法：采集不同深度（0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm）的土壤样本，分析土壤容重、孔隙度、含水量、土壤酶活性及氮、磷、钾的含量等数据；土壤碳通量的测量使用了PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统（北京理加联合科技有限公司），该系统结合温度传感器进行长期监测。该测量系统能够精准测量不同放牧强度下的碳通量变化，支持连续、无人值守的土壤碳流动监测，帮助研究人员捕捉土壤碳的日变化与季节动态。图2. 植被覆盖度（%）和植物有机碳含量（%）图3. 土壤碳通量和温度。图4 (i). 土壤碳组分含量和土壤碳储量。图5 (ii). 土壤有机碳（SOC）含量和碳氮比。图6. 相关性图，分段结构方程模型（SEM）展示了植被、土壤养分、酶活性、土壤环境指标和土壤碳通量对土壤碳组分的影响。红色和蓝色实线分别表示显著正相关和负相关关系，黑色虚线表示非显著关系。线宽表示效应显著性的程度，*表示P 0.05，**表示P 0.01，***表示P 0.001。主要发现植被：放牧强度决定“草”的命运轻度放牧刺激草地更...

2026 - 03 - 03

土壤呼吸 | 牡蛎养殖：隐藏在海里的“碳捕手”

研究背景：从餐桌到碳循环，牡蛎的双重身份气候变化与海洋酸化正成为人类面临的重大挑战。作为全球海洋养殖的主力军，牡蛎、贻贝和蛤等双壳贝类，不仅为人类提供了优质蛋白，也减少了对耕地和淡水资源的依赖。以牡蛎为例，它在碳收支问题上的角色一直颇具争议：一方面，牡蛎壳能长期储存碳，被誉为“蓝色碳库”；另一方面，牡蛎壳钙化过程中会释放CO₂，可能加剧酸化。图1.研究地点和围格系统为什么是牡蛎？牡蛎不仅是全球海水养殖的重要品种，还能通过滤食作用改变水体生态过程：它们会过滤海水中的浮游植物，促进有机碳的形成与沉降；在生长过程中，牡蛎贝壳和组织能储存碳元素；这种“生物泵”效应可降低表层海水中CO₂的分压，增强大气–海水界面的CO₂吸收潜力，从而在一定程度上缓解局部海水酸化。过去，人们争论：牡蛎养殖到底是碳汇还是碳源？答案直到最近才更加清晰。图2.牡蛎养殖生态系统环境参数的时间变化规律最新发现：牡蛎养殖是碳去除热点2025年9月，《PNAS》刊发了中国科研团队的重要研究成果：牡蛎养殖驱动的有机碳生产和沉降，封存的碳是牡蛎壳中碳的2.39倍；养殖场整体表现为净碳汇，同时提高了海水pH，有助于缓解海洋酸化；牡蛎养殖兼具粮食安全与气候减缓的双重价值，堪称可规模化推广的自然解决方案（Nature-based Solution）。此项研究成果不仅为终结贝类碳汇争议提供科学依据，更为推动养殖贝类纳入蓝碳框架及全球碳汇交易体系奠定理论基础，具有重要科学价值与现实意义。图3.实验生态系统的碳封存潜力研究方法：模拟真实养殖，全面监测碳收支为了揭开牡蛎养殖的“固碳密码”，科研团队在中国渤海湾搭建了中尺度围隔实验系统（mesocosm），模拟真实养殖环境，并持续观测120天。该团队设置了不同密度的牡蛎养殖组，对比监测了二氧化碳通量、溶解无机碳、有机碳、叶绿素 a、pH等核心指标。值得一提的是，在该研究中，利用PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统（北京理加联合科技有限公司），实现了CO₂通量的高效连续监测，为研究成果的可信性提供了关键的数据支撑。此外，团队还结合了卫星遥感，在山东荣成和乳山两大片牡蛎养殖区开展大尺度验证，通过这种“田间实验+高精度监测+遥感大尺度验证”的方式，研究团队首次完整描绘了牡蛎养殖生态系统的碳收支图谱。图4.卫星遥感与现场采样在中国的两个典型近岸牡蛎养殖区检测到的叶绿素 a浓...

2026 - 02 - 28

PS9000 | 高寒泥炭地微生物CAZymes基因和净CO2交换对5年连续极端干旱事件的非同步响应

高寒泥炭地是一种独特的生态系统，主要分布在高纬度地区，如北极和高山地带。它们通常是由厚厚的腐殖质层覆盖的湿地，其中含有大量的泥炭和水。高寒泥炭地是净CO2交换的重要场所，对于全球气候变化的响应非常敏感。然而，由于极端干旱的气候条件，高寒泥炭地面临着许多挑战，其生态系统的健康和稳定性受到严重影响。极端干旱事件下，高寒泥炭地会如何变化？接下来我们来了解一篇相关论文。高寒泥炭地微生物CAZymes基因和净CO2交换对5年连续极端干旱事件的非同步响应全球气候模型预测，未来极端干旱事件频率会增加。极端干旱会严重影响陆地碳（C）库、碳通量及碳循环过程，尤其会显著降低陆地生态系统C汇强度，甚至将其转化为C源。泥炭地拥有巨大的碳储量，在有效缓解温室效应，应对气候变化方面发挥着重要作用。但干旱会加速泥炭地土壤有机碳分解，增加碳排放，形成正反馈效应。然而，关于未来不断增加的极端干旱事件下净生态系统交换（NEE）变化及参与土壤有机质（SOM）分解的微生物碳水化合物活性酶（CAZymes）的功能基因尚不清楚。基于此，中国林业科学研究院湿地与气候变化研究团队以青藏高原东部若尔盖国家级自然保护区高寒泥炭地（33°47′56.61′′ N，102°57′28.43′′ E，3430 m.a.s.l.）为研究区域，依托模拟极端干旱的野外控制实验平台，通过宏基因组测序技术、不同CO2通量组分的原位监测和室内试验相结合，旨在解决以下问题：（1）确定极端干旱处理下高寒泥炭地NEE的变化；（2）表征参与SOM分解的微生物CAZymes功能基因及分类群以及（3）评估土壤微生物有机质分解在调节生态系统CO2汇功能中的贡献。作者于2019年6月18日至9月25日测量了NEE和生态系统呼吸（Re），并利用PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统（北京理加联合科技有限公司）测量了总土壤呼吸（Rs）和微生物呼吸（Rm）。每次极端干旱事件结束后，收集0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土壤，进行生化分析，包括总氮（TN）、土壤有机碳（SOC）、溶解有机碳（DOC）、土壤体积含水量（SWC）、硝酸盐（NO3-）、铵盐（NH4+）和微生物生物量碳（MBC）。此外，还进行了土壤样品的DNA提取、测序文库构建及宏基因组测序。【结果】图2 2019年不同时期极端干旱对NEE的影响。A生长季早...

2023 - 05 - 25