模拟土壤孵育实验中的温度

该协议将引入最先进的环境室，并演示一种新的温度控制方法，以改进土壤培养的实验设计。该技术的主要优点是它能够模仿研究所土壤温度的大小和幅度。该方法可用于模拟土壤孵化中的不同增温场景，例如极端高温。

这种技术的一个潜在挑战是在腔室中设置温度曲线。需要观察和了解土壤中的昼夜温度变化。首先，在计算机上打开软件，然后单击"启动"和"属性工具栏"按钮，为正在使用的外部传感器配置记录器。

设置记录器站名称和数据收集间隔。然后在"属性"屏幕上，单击正在使用的外部传感器端口上的"已启用"，然后从每个传感器端口的下拉菜单中选择传感器和单元。最后，单击"确定"以保存设置。

每月下载一次数据集，并获得涵盖生长季节的几个月的完整记录。要分析温度记录的数据，请通过对所有观测值求平均值来获取生长季节的平均每小时温度。要获得每天每小时的平均温度，请在生长季节的所有日子中平均同一小时的温度。

在复杂的腔室中，启动软件并单击主菜单屏幕上的"配置文件"按钮以创建新文件。在"文件名输入"行中，输入"SW 低"。通过单击即时更改选项，输入 15.9 摄氏度作为初始温度。

在分钟行中输入 2 以保持温度两分钟，然后单击完成按钮。然后在"斜坡时间"选项下，输入 15.9 摄氏度作为目标设定点，然后在"小时"行中，输入 850 小时以维持温度，单击"完成"按钮。在第二个腔室中，向每个温度节点添加五摄氏度。

创建一个新的文件名SW High，然后重复前面显示的步骤。在第三个腔室中，添加 23 个额外的步骤，对应于 23 个观察到的每小时土壤温度，在称为 Jump 的最后一步，设置 42 个重复循环。这导致了逐渐变暖或GW低的情况。

在第四个腔室中，向每个温度节点添加五摄氏度，然后重复前面显示的步骤。这将允许在更高的温度水平下模拟42天的变化温度。进行24小时的初步运行，并输出四个腔室记录的温度。

将腔室记录的温度与编程的温度进行绘制。如果在24小时内，腔室中达到的温度与小于0.1摄氏度的温差所编程的温度相匹配，则腔室适用于土壤孵育实验。如果不满足标准，请重复另一个 24 小时测试或寻找新的腔室。

在温度探头区域附近，收集5个深度为0至20厘米的土壤样本，并在去除表面凋落物层后将它们放入塑料袋中。通过扭曲、按压和混合袋中的材料来彻底混合样品，直到看不到单个土壤样品。将样品储存在装满冰袋的冷却器中，并立即将样品运送到实验室。

去除每个核心中的根。将其筛过两毫米的土壤筛，并彻底混合并均质化样品。称取10克新鲜土壤。

烤箱在 24 摄氏度下干燥 105 小时，然后称量干燥的土壤。推导出新鲜土壤和干燥土壤样本之间的差异，并计算与干燥土壤重量的差异比率，以确定电子表格中的土壤水分含量。称取10克田间湿润土壤子样品，采用氯仿熏蒸、硫酸钾提取和每硫酸钾消化法定量土壤微生物生物量碳。

接下来，称取一克田间潮湿土壤子样品，测量土壤水解和氧化细胞外酶活性。然后称量16个田间潮湿土壤子样品，在底部用玻璃纤维纸密封的16个PVC芯中。将芯放在一升的梅森罐中，内衬玻璃珠床，以确保芯不会吸收水分。

在四个腔室中各放置四个罐子。打开腔室并在四个腔室中同时启动程序。在孵育过程中，取四个腔室中每个室中的所有罐子，并将便携式二氧化碳气体分析仪的颜色放在每个罐子的顶部以测量土壤呼吸速率。

在孵育结束时（即第42天）破坏性地收集所有罐子，并量化土壤微生物生物量碳和土壤酶活性。假设两个连续集合之间的呼吸速率恒定，使用呼吸速率乘以持续时间来得出累积呼吸。进行方差或方差分析的三向重复测量分析，以测试时间、温度和温度模式对呼吸速率和累积呼吸的主要和交互影响。

此外，进行双向方差分析以测试变暖和变暖情景对微生物生物量碳和胞外酶活性的影响。这里给出了土壤变暖实验中温度变化模式的图示。这里显示了大多数研究采用的恒温、具有不同幅度的恒定温度、具有正负速率的线性变化以及具有不规则和昼夜模式的非线性变化。

该图显示了42 d土壤培养试验中逐步增温和逐渐升温的受控和增温处理下的平均累积土壤呼吸速率。插图显示了应用于估计的土壤呼吸速率和假设恒定呼吸速率的累积呼吸速率。结果表明，在两种增温情景下，变暖导致呼吸损失显著增加，与逐步升温相比，逐渐变暖使变暖引起的呼吸损失翻了一番，分别为81%和40%在42 d土壤培养试验中，在控制和增温处理下的平均微生物生物量碳。

在这里，S表示基于三向重复测量方差分析的变暖情景的显著影响。该图表示在42天的实验中逐步和逐渐升温的受控和升温处理下的平均水解酶和氧化酶活性。在开发之后，这项技术为土壤生物地球化学家铺平了道路，通过室内的复杂编程来研究各种变暖情景对土壤呼吸和微观的影响。