全剖面土壤增温技术最新进展

研究背景

全球变暖影响生态系统的碳交换，进而改变陆地生态系统的碳汇能力。青藏高原由于面积巨大和碳储量较高，这使得青藏高原对气候变暖尤为敏感，成为研究生态系统碳循环对气候变暖响应的理想区域。然而，以往的实验更多集中在对土壤表层加温，忽略了更深层土壤对变暖的响应，生态系统碳通量对整个土壤剖面变暖的响应仍不明确。

研究方法：

    基于在青海海北站高寒草地生态系统建立的全剖面土壤增温（Whole-soil warming）实验，研究全剖面土壤增温（深度达1米，加热4°C）对生态系统碳通量（包括总生态系统生产力GEP、生态系统呼吸ER、净生态系统碳交换NEE等三个组分，2018-2020年，3年野外原位观测）的影响。同时还汇编了一个包含 48 篇文章的数据库，通过全球荟萃分析来考察实验性变暖对这些通量的一般模式。

主要研究结果：

结果显示，整个土壤变暖使生态系统总生产力（GEP）提高了 14%，生态系统呼吸（ER）提高了 11%，但对高寒草原的生态系统净碳交换（NEE）影响较小。在荟萃分析中，变暖也提高了 GEP（10% - 11%）和 ER（13%），但并未改变 NEE。变暖导致的植物群落变化和生长季延长可能是变暖下 GEP 和 ER 更高的主要原因，而两种通量的相互抵消可能导致了 NEE 对变暖的响应较小。

图2 全剖面土壤增温对高寒草地生态系统碳通量的影响 (3年平均)

此外，生态系统碳通量与土壤温度（0-10 cm）之间存在着显著的正相关关系，表明温度越高，总生态系统生产力、生态系统呼吸、净生态系统碳交换过程越强（图3）。

图3 高寒草地生态系统碳通量与土壤温度和水分（0-10 cm）之间的关系

为研究该文中深层土壤增温对土壤碳通量的影响，我们为您推荐SoilScope控制型蒸渗系统解决方案，它是一种多功能、新型称重式控制实验系统。

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。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。

采用在土体内安装加热棒实现增温，从而能直接向土体传递热量，配合温控设备可将土壤温度稳定在目标范围。不会出现自然增温或其他加热方式的温度波动过大问题，适配不同作物生长、土壤修复等特定需求。

加热棒可根据土体规模合理布设，热量从棒体向四周辐射扩散，能避免局部过热或冷区。相比地表加热，能实现深层土壤同步增温，保障土体整体温度一致性。

加热棒通电后可快速产热，热量直接作用于土体，减少向空气等环境的热量损耗。尤其在低温环境下，能快速打破土壤低温限制，缩短土体升温周期。

安装时可按需埋置深度和密度，不扰动土壤原有结构。适用于温室种植、大棚育苗、冻土解冻、土壤污染修复（提升微生物活性）等多种场景，不受外界天气影响。

该系统取原状土，土柱面积1平方米，高度可定制。

  原状取土

该系统还可以结合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 H2O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