文献分享：利用蒸渗仪研究冬季土壤冻融对农业土壤氮素循环的影响

研究背景

在寒冷地区，气候变化预计会使冬季气温升高且温度变异性增大。再加上降水模式的变化，这些变化会通过减少积雪覆盖来降低土壤的隔热性，使土壤暴露在更低的温度下，遭受更频繁且更广泛的土壤冻融。冻融事件会对冬季土壤过程以及氮（N）循环产生重要影响，进而关系到土壤健康、一氧化二氮（N₂O）排放以及周边水质。这些影响对于寒冷地区的农业土壤和实践来说尤为重要。

研究方法：

加拿大科研人员开展了一项蒸渗仪实验，以评估冬季脉冲式增温、土壤质地和积雪覆盖对农业土壤中氮循环的影响。在圭尔夫大学的埃洛拉研究站，利用四个农业田间控制蒸渗仪系统（表面积 1 平方米，深度 1.5 米），在一个冬季期间，监测了地下土壤温度、湿度、孔隙水地球化学，以及空气温度、降水和 N₂O 通量。这些蒸渗仪有两种土壤类型（壤质砂土和粉壤土），处于玉米 - 大豆 - 小麦轮作且有覆盖作物的管理模式下。此外，在其中两个蒸渗仪上方的陶瓷红外加热器会在每次降雪事件后开启，以融化积雪，之后关闭，模拟无雪的冬季条件，增加土壤冻结程度。从蒸渗仪内五个深度采集的孔隙水样本，被分析了总溶解氮（TDN）、硝酸盐（NO₃⁻）、亚硝酸盐（NO₂⁻）和铵盐（NH₄⁺）的含量。N₂O 通量则通过每个蒸渗仪上安装的自动土壤气室进行测量。

主要研究结果：

将移除积雪的蒸渗仪的结果与未安装加热器（有积雪）的蒸渗仪的结果进行了比较。隔热积雪层的移除导致了更强烈的土壤冻融事件，使得蒸渗仪系统中溶解态氮的损失增加：粉壤土系统中以 N₂O 形式损失，壤质砂土系统中以 NO₃⁻淋溶形式损失。在粉壤土蒸渗仪中，冻融增强的 N₂O 通量源于新的生成过程，而非气体的积累与释放。在壤质砂土蒸渗仪中，将 NO₃⁻淋溶的增加归因于这种土壤类型更大的孔隙尺寸，因此持水能力更低。

总体而言，结果表明，由于气候变化和积雪覆盖减少，寒冷气候农业土壤中预期会增加的冻融循环次数，将通过增强 NO₃⁻向地下水的淋溶以及增强 N₂O 排放的某种组合，加剧土壤中的氮损失。

总结本文实验设计，使用了蒸渗仪作为研究主体，分层进行土壤溶液取样，同时在蒸渗仪上安装自动土壤气室测量N2O通量。为进行这些研究我们为您提供SoilScope控制型蒸渗系统解决方案，它是一种多功能、新型称重式蒸渗仪。具有“底部边界层控制功能"，确保蒸渗仪罐体内水分运移和交换与大田一致，得到与大田相同、能够代表此区域的蒸散量。还可以控制土温，满足干湿控制、增温等控制实验要求。

底部有高精度称重系统，分辨率为0.01kg，同步观测蒸散量、渗漏量、潜水蒸发量、土壤氧化还原、pH、水分、温度、电导率等。

该系统可取原状土，土柱面积1平方米，高度可定制。配置多层土壤溶液取样装置，自动采样泵，可以定时、连续自动采集土壤溶液样品。

此外该系统的野外增温试验装置，采用土壤中增温的方法，确保增温均匀，可用于冬季增温试验。在直径3米的圆形区域实现0.1℃～5.0℃增温效果，温度可调节，加热功率：5kw/加热区。

SoilScope蒸渗仪结合SoilGAS CO2 CH4 N2O H2O在线监测仪与iChamber-LY 蒸渗冠层室，可在线、实时测量土壤CO2、CH4和N2O排放通量。监测仪基于激光吸收光谱原理，测量精度达到ppb级。

SoilGAS CO2/CH4/N2O在线监测仪

iChamber-LY蒸渗冠层室由澳作公司自主研发设计，升降可控，无边框和立柱，对测量点降雨、风速等小气候无影响。既可用于土壤温室气体通量测量，也可用作群落光合室。

系统配置的多路控制最多可带27个冠层室。每个冠层室的测量时间可设定

iChamber-LY蒸渗冠层室

配置iChamber-G土壤采气矛埋设在土壤剖面不同深度，连续采集土壤气体，实时测量土壤剖面CO2、CH4、N2O气体浓度。土壤采气矛由澳作公司自主研发、可以满足用户定制长度。

土壤剖面安装iChamber-G土壤采气矛