土壤剖面CO2、N2O、CH4濃度是土壤內(nèi)部氧化還原環(huán)境的直接表征。以往土壤氣體研究多聚焦土壤表面通量觀測，忽略剖面內(nèi)部濃度廓線；而根系不只是碳源，還通過呼吸、根際泌氧、生物大孔隙、根際碳輸入多重過程調(diào)控土層氣體。

土壤中根的存在通過根際啟動效應(yīng)的過程刺激原生土壤 C 的礦化，這可能導(dǎo)致土壤C的損失。微生物在植物碳（植物凋落物和根際沉積物）分解過程中釋放的酶會意外地與土壤中的有機碳相互作用，加速其礦化。生長在植物 C 上的微生物分泌酶分解土壤有機質(zhì)以獲取養(yǎng)分。根際啟動效應(yīng)是表層土壤中 SOC 周轉(zhuǎn)率的主要決定因素，增加 SOC 礦化率高達 400%， 深層 C 暴露于根際啟動效應(yīng)的程度低于表層土壤 C，因為大多數(shù)植物根系集中在表層。然而，氣候和土地利用的變化，例如使用深耕和抗旱深根作物品種正在改變植物的生根深度。一些以前受保護的深層土壤層暴露于植物根際及其可能導(dǎo)致根際啟動效應(yīng)的微生物活動群。然而，植物根際對深層土壤碳礦化的影響尚不清楚。

細(xì)根具有顯著的時空異質(zhì)性，活根生長、衰老、死亡周轉(zhuǎn)過程對不同土層氣體的驅(qū)動機制不同。利用 AZR300 根系生長監(jiān)測系統(tǒng)可以原位捕捉細(xì)根動態(tài)，匹配同位點剖面氣體，能夠把 “根系垂直構(gòu)型" 和氣體廓線定量關(guān)聯(lián)，打破過去只把根系當(dāng)作整體變量的局限，闡明不同土層活根密度、細(xì)根周轉(zhuǎn)率如何調(diào)控CO2、N2O、CH4的剖面分布。利用AZR-300獲取根系垂直分布數(shù)據(jù)，計算細(xì)根長度密度 RLD、細(xì)根面積密度 RAD、活根占比、細(xì)根生長速率、死亡速率、細(xì)根周轉(zhuǎn)率。

土壤剖面氣體通過iChamber-G地下采氣矛采集，分層埋設(shè)采集矛，例如采氣矛埋深：10?cm、25?cm、45?cm、70?cm（根據(jù)研究對象調(diào)整），每層 1 支 iChamberG 采氣矛，形成氣體廓線。SoilGas可以自動連續(xù)，設(shè)置每隔一小時采集一組剖面各深度 CO?、CH?、N?O 濃度。

做以下數(shù)據(jù)分析：

1、土層尺度相關(guān)分析

同一土層內(nèi)，分析活細(xì)根密度、細(xì)根生長速率與該層CO2、CH4、N2O濃度的相關(guān)關(guān)系；分開解析活根旺長期、根系衰老死亡期兩套關(guān)系，區(qū)分活根呼吸效應(yīng)與死根殘體分解效應(yīng)。

2、廓線對比：有根處理 VS 去根對照

對比兩組的氣體垂直廓線差異，定量分離三類根系效應(yīng)：

①活根系呼吸直接耗氧產(chǎn)CO2；

②根系生長改造土壤孔隙，改變土壤氣體擴散；

③根系分泌物、根際碳輸入驅(qū)動微生物產(chǎn)溫室氣體。

3、物候動態(tài)耦合分析

隨植物生長周期：細(xì)根生長峰值階段，剖面CO2濃度是否同步抬升；進入衰老階段，死根分解如何驅(qū)動N2O、CH4變化；揭示根系生長周轉(zhuǎn)的時間動態(tài)如何驅(qū)動土壤剖面氣體時序變化。

以往多數(shù)研究：①采用破壞性挖根獲取根系數(shù)據(jù)，只能得到離散時間點根系靜態(tài)生物量，無法捕捉細(xì)根生長、衰老、死亡的連續(xù)周轉(zhuǎn)過程；②根系采樣和土壤氣體采樣空間分離，二者不在同一根域，容易出現(xiàn)空間錯配；③氣體多測地表排放通量，缺少土層內(nèi)部剖面濃度廓線。

本方案利用AZR300 微根窗原位分層細(xì)根動態(tài)監(jiān)測 + iChamberG 多層采氣矛剖面氣體系統(tǒng)，在同一根域范圍內(nèi)，同步獲取不同土層細(xì)根生長速率、死亡速率、活 / 死根占比時序數(shù)據(jù)，以及對應(yīng)土層CO?、CH?、N?O氣體濃度時序廓線。不破壞土體，實現(xiàn)細(xì)根周轉(zhuǎn)動態(tài)土壤剖面氣體的原位配對觀測，改進了傳統(tǒng)破壞性采樣、異位點觀測帶來的數(shù)據(jù)匹配誤差。

上述設(shè)備性能特點簡述：

1、AZR-300復(fù)合根系生長監(jiān)測系統(tǒng)是國內(nèi)外實現(xiàn)攝像與掃描一體化的根系研究設(shè)備?！皵z像模式"配備3840×2880像素（4800dpi）高清攝像頭，可清晰觀測根毛、菌根等細(xì)微結(jié)構(gòu)；“掃描模式"則可快速獲取大尺寸的360°全景根系圖像。對于梨樹、桃樹的細(xì)根（吸收根）研究而言，攝像模式的高分辨率能夠精確捕捉根毛發(fā)育與菌根共生結(jié)構(gòu)；而掃描模式則可高效獲取根系整體分布格局——兩種模式自由切換，兼顧細(xì)節(jié)與全貌。

系統(tǒng)標(biāo)配白光、紫外光、熒光三大光源。白光模式下即可區(qū)分新根與老根；紫外光可準(zhǔn)確辨別活根與死根；近紅外光則有助于反映根系所受脅迫程度。此外，系統(tǒng)還可選配綠色、青色、紅色、黃色四種熒光激發(fā)窄波段光源，用于檢測表達GFP、CFP等特殊基因蛋白的熒光信號。這一功能對果樹抗逆基因表達、根系活力評估等研究具有重要價值。

系統(tǒng)配套專業(yè)根系圖像分析軟件，可在屏幕上直觀顯示根長分布、面積、體積、根尖數(shù)量等參數(shù)，支持多幅圖像拼接與連續(xù)分析?？奢敵龅暮诵姆治鰠?shù)包括：細(xì)根長、細(xì)根直徑、細(xì)根面積、細(xì)根總長、細(xì)根總面積、平均直徑、細(xì)根數(shù)量及生物量、細(xì)根壽命、細(xì)根周轉(zhuǎn)等。對于梨樹、桃樹課題組關(guān)注的根系周轉(zhuǎn)速率、吸收根壽命、根系生物量分配等關(guān)鍵指標(biāo)，軟件均可一鍵式批量輸出，大幅提升數(shù)據(jù)處理效率。

2、SoilGas土壤多氣體通量觀測系統(tǒng)可用于在線、連續(xù)測量土壤CO2、CH4、N2O、H2O排放通量。

氣體分析儀采用可調(diào)諧中紅外激光光譜吸收技術(shù)（TDLAS）， 測量速度快，精度達ppb級。系統(tǒng)配置野外溫度控制箱，氣體分析儀在野外溫差超過5度時仍能確保測量精度。

3、iChamber-G土壤采氣矛可分層布設(shè)在土壤剖面，和氣體分析儀聯(lián)用，測量地下溫室氣體廓線

透氣孔直徑：0.1um

氣體交換面積：110cm2 

采氣腔體容積：10ml

長度：15cm

與土壤氣體平衡時間：<600秒

最大浸水深度<30cm

導(dǎo)氣管長度：3米（可延長至5米）