前沿速递 | 布鲁克气体多组分同步观测，探究土壤碳氮循环机制

文章指出，过去探究外源气体（如 NO）对土壤过程的影响，最大的阻碍是缺乏能同时精准控制背景气体，并连续测量多组分微量气体通量的实验装置。为此，研究团队自主创新设计了一套高度自动化的12 气室土壤微生态模拟系统。还原真实土壤微环境的基础上，实现了大批量、多变量的高通量对照实验。

为了避免气体在密闭空间内积聚从而干扰自然的生化反应，研究采用了动态气室法，为保持气室内空气流通，系统需要持续通入较高流速的空气，这不可避免地会将土壤本身微弱的气体排放大幅稀释。在一个包含 12 个气室的自动化系统中，要在高频切换的短时间内，精准捕捉被稀释到亚 ppb 级别的极微小浓度变化，极其考验气体分析的灵敏度和响应速度。

依托这套创新的微生态模拟系统设计，结合布鲁克气体分析仪MGA提供的高频精准数据流，研究团队成功量化了不同环境因素对土壤氮素代谢机制的影响：

水分显著改变排放特征 ：湿度从 30% 升至 50% 时，CO₂、N₂O 和 CH₄ 的累积通量大幅增加，而 NO 和 NO₂ 通量下降。高湿度促成了土壤的厌氧微环境，使 N₂O 与 NO 的排放比例从 0.2:1 跃升至 2.5:1。

外源 NO 的双向调节作用

• 适量浓度（200 ppbv）：NO 充当信号分子，促进异养微生物对肥料氮的同化吸收。

• 较高浓度（400 ppbv）：表现出抑制作用，阻碍吸收的同时使 N₂O 排放量降低约 33%。

面对严苛的实验需求，布鲁克高精度多气体分析仪MGA展现了其在多组分气体高精度测量优势：

• 九组分气体同步观测：能够以10Hz的时间分辨率，连续且同时测量NO、NO₂、N₂O、NH₃、CO₂、CO、CH₄ 、O3和 H₂O。无需串联多台仪器，即可获取完整的碳氮循环数据流

• 极速响应，捕捉瞬态脉冲：面对12 个气室的高频切换，系统展现出优异的稳定速度，成功捕捉到了土壤重新润湿后转瞬即逝的呼吸脉冲。

• 克服稀释效应，实现极低检测限：测量精度可达ppb/ppt级，在动态气室的高流速冲刷下，能够提供 NO、NO₂、N₂O 和 CH₄  小于 0.5 µg N/C m⁻² h⁻¹ 的极低通量检测限，确保了微弱排放信号的准确量化。

参考文献：