土壤呼吸，是指土壤中的植物根系、食碎屑動(dòng)物、真菌和細菌等進(jìn)行新陳代謝活動(dòng)，消耗有機物，產(chǎn)生二氧化碳的過(guò)程。其中包括土壤中微生物分解有機物的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，需氧微生物消耗氧氣，將有機物最終分解為二氧化碳和水。
——土壤微生物有氧呼吸是通過(guò)觀(guān)測O2的消耗和/或CO2的釋放來(lái)測量。
——土壤呼吸強度是評價(jià)土壤微生物總活性的重要指標，也可用于評價(jià)土壤肥力。
土壤呼吸體現了土壤承載包括作物、植物生長(cháng)、土壤動(dòng)物和微生物在內的土壤生命的能力。它是土壤健康的重要指標，體現了生物活性、土壤有機質(zhì)和降解能力。尤其是在分解過(guò)程中，有機質(zhì)所含的有機營(yíng)養物質(zhì)(如有機磷、氮和硫)轉化為可供植物吸收的無(wú)機形式。
在實(shí)驗室中，土壤呼吸被用來(lái)估算土壤微生物生物量。事實(shí)上，土壤呼吸表明土壤維持植物生長(cháng)的能力。由于保護有機質(zhì)的土壤團聚體遭到破壞，土壤通氣性增加，導致耕作后過(guò)度呼吸和有機質(zhì)分解。在缺乏額外投入的情況下，有機質(zhì)減少、土壤聚集減少、植物和微生物可利用的養分有限，會(huì )導致作物減產(chǎn)。在未知碳添加量的情況下，很難預測有機質(zhì)積累和損失的閾值。
得益于呼吸傳感器，我們可以直接測量土壤微生物呼吸：
——測定土壤微生物活性；
——確定添加劑（營(yíng)養物、污染物、土壤改良劑等）對微生物代謝能力的影響；
——確定微生物生物量。
樣品
生物土壤有機調節劑，ID EN99
所需試劑
氫氧化鉀（KOH），用于吸收二氧化碳。
分析儀器
樣品制備
調整土壤中的水分含量
土壤樣品必須濕度適當，以使微生物得以活化。
? 如果土壤過(guò)干，微生物沒(méi)有活性，土壤微生物轉化過(guò)程停止。
? 如果土壤太濕，缺氧條件下發(fā)生厭氧呼吸，產(chǎn)生難聞的氣味和對植物有害的酸。
檢測土壤水分含量
一個(gè)簡(jiǎn)單方法，用手抓一把土壤，用力握緊，然后松開(kāi)手。
? 如果土壤過(guò)干，就會(huì )散開(kāi)，如果正常，就會(huì )保持原來(lái)的形狀。
? 如果土壤過(guò)濕，當緊握時(shí)會(huì )有水分擠出。
根據情況，可以采取必要的措施，如加水或者覆蓋干土。
當土壤濕度調整合適后，需要測定土壤干質(zhì)量分數。
測量土壤體積
在200或250ml量筒中，加入100ml水，再加入50-100g土壤，加入土壤后的總體積減去水的體積就是土壤的體積。
分析過(guò)程
1、分析過(guò)程適宜的溫度是20-25 ℃，我們將培養箱設置為25 ℃。
2、連接Wireless DataBox，并填寫(xiě)RESPIROSoft軟件數據庫。
3、在燒杯中稱(chēng)取50-200克混合均勻的土壤，并將其轉移到1升測試瓶中。
4、在堿容器內添加適量的KOH。
5、將呼吸傳感器安裝在測試瓶上，并擰緊。
6、將測試系統放入已經(jīng)達到設定溫度的培養箱中。
7、等待至少3個(gè)小時(shí)，使測量系統達到設定溫度，并產(chǎn)生初始壓力升高的圖形。
初始壓力升高是因為系統的加熱膨脹所致。 可以通過(guò)打開(kāi)測試瓶來(lái)釋放壓力。
8、按下開(kāi)始鍵，持續運行測試至少15天。
測試結果
根據公式計算游離氣體積：
Vfg=Vtot-Vav-Vam-Vsm
Vfg：游離氣體積，單位升；
Vtot：測試容器的總體積，不包括土壤、吸附劑容器和吸附劑的總體積，單位升；
Vav：吸收容器的體積，單位升；
Vam：吸收劑體積，單位升；
Vsm：土壤體積，單位升。
干土質(zhì)量計算
根據公式計算土壤干重：
msd=msm×Wsd
msd：土壤干重，單位千克；
msm：土壤濕重，單位千克；
Wsd：濕土樣品的干質(zhì)量分數。
O2消耗率計算
根據公式計算O2消耗率：
RO2=32000·Vfg·ΔP/t·R·T·msd
RO2：?jiǎn)挝毁|(zhì)量干土壤的氧氣消耗速率，mgO2/g/h；
32000：氧氣的摩爾質(zhì)量，mg/mol；
Vfg：游離氣體積，L；
R：氣體常數，83.14hPaL/mol/K；
T：測量溫度，K；
msd：土壤干重，g；
ΔP：測得的壓力差，hPa
t：測試時(shí)間，h
測試結果
VELP的RESPIROSoft軟件自動(dòng)采集壓力傳感器的壓力值，并以生成圖形顯示，下圖是100g樣品在298K測試的曲線(xiàn)圖。
注意：當測試系統內壓力下降到800mbar時(shí)，瓶?jì)妊鯕庀拇M，需要打開(kāi)測試瓶補充空氣，然后再繼續測試。
以下是對三個(gè)樣品測試的結果。分析時(shí)間20天，選擇這個(gè)時(shí)間是為了監測氧氣消耗隨時(shí)間的變化。
樣品A
稱(chēng)樣量：200g
T=298K
Vfg=0.965L
t=72h
樣品B
稱(chēng)樣量：200g
T=298K
Vfg=1.037L
t=72h
樣品C
稱(chēng)樣量：200g
T=298K
Vfg=1.081L
t=72h
結論
從RSD%值(＜3.29%)可以看出，VELP的土壤呼吸傳感器系統是一種可靠的微生物土壤呼吸測定解決方案，這些分析具有出色的重復性。
得益于其創(chuàng )新的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，傳感器根據設定的數據傳輸頻率，將壓力值實(shí)時(shí)傳輸到無(wú)線(xiàn)數據盒，然后，通過(guò)直觀(guān)的 RESPIROSoftTM界面顯示結果，便于數據管理和結果對比。也可以將呼吸測量傳感器連接到VELP Ermes云平臺，便于遠程查看和監測實(shí)驗過(guò)程。
相關(guān)研究設備