研究背景

在寒冷地區(qū)，氣候變化預計會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，這些變化會通過減少積雪覆蓋來降低土壤的隔熱性，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。凍融事件會對冬季土壤過程以及氮（N）循環(huán)產(chǎn)生重要影響，進而關系到土壤健康、一氧化二氮（N?O）排放以及周邊水質(zhì)。這些影響對于寒冷地區(qū)的農(nóng)業(yè)土壤和實踐來說尤為重要。

研究方法：

加拿大科研人員開展了一項蒸滲儀實驗，以評估冬季脈沖式增溫、土壤質(zhì)地和積雪覆蓋對農(nóng)業(yè)土壤中氮循環(huán)的影響。在圭爾夫大學的埃洛拉研究站，利用四個農(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），在一個冬季期間，監(jiān)測了地下土壤溫度、濕度、孔隙水地球化學，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，在其中兩個蒸滲儀上方的陶瓷紅外加熱器會在每次降雪事件后開啟，以融化積雪，之后關閉，模擬無雪的冬季條件，增加土壤凍結程度。從蒸滲儀內(nèi)五個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 通量則通過每個蒸滲儀上安裝的自動土壤氣室進行測量。

主要研究結果：

將移除積雪的蒸滲儀的結果與未安裝加熱器（有積雪）的蒸滲儀的結果進行了比較。隔熱積雪層的移除導致了更強烈的土壤凍融事件，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，凍融增強的 N?O 通量源于新的生成過程，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)土壤中預期會增加的凍融循環(huán)次數(shù)，將通過增強 NO??向地下水的淋溶以及增強 N?O 排放的某種組合，加劇土壤中的氮損失。

總結本文實驗設計，使用了蒸滲儀作為研究主體，分層進行土壤溶液取樣，同時在蒸滲儀上安裝自動土壤氣室測量N2O通量。為進行這些研究我們?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、增溫等控制實驗要求。

底部有高精度稱重系統(tǒng)，分辨率為0.01kg，同步觀測蒸散量、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，自動采樣泵，可以定時、連續(xù)自動采集土壤溶液樣品。

此外該系統(tǒng)的野外增溫試驗裝置，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。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蒸滲儀結合SoilGAS CO2 CH4 N2O H2O在線監(jiān)測儀與iChamber-LY 蒸滲冠層室，可在線、實時測量土壤CO2、CH4和N2O排放通量。監(jiān)測儀基于激光吸收光譜原理，測量精度達到ppb級。

SoilGAS CO2/CH4/N2O在線監(jiān)測儀

iChamber-LY蒸滲冠層室由澳作公司自主研發(fā)設計，升降可控，無邊框和立柱，對測量點降雨、風速等小氣候無影響。既可用于土壤溫室氣體通量測量，也可用作群落光合室。

系統(tǒng)配置的多路控制最多可帶27個冠層室。每個冠層室的測量時間可設定

iChamber-LY蒸滲冠層室

配置iChamber-G土壤采氣矛埋設在土壤剖面不同深度，連續(xù)采集土壤氣體，實時測量土壤剖面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度。

土壤剖面安裝iChamber-G土壤采氣矛