Nature-scientific reports I 土壤气体、同位素同步观测方案

文献：

Soil gas probes for monitoring trace gas messengers of microbial activity

Joseph R. Roscioli Laura K. Meredith, Joanne H. Shorter, JulianaGil Loaiza & Till H. M.Volkmann  Scientifc Reports | (2021) 11:8327 https://doi.org/10.1038/s41598-021-86930-8    www.nature.com/scientificreports

摘要：

土壤微生物产生和消耗能表征土壤生物地球化学过程的气体。因此土壤气体的测量是揭示微生物活动的重要工具。然而，大部分土壤气体测量缺少与微生物过程和土壤结构尺度对应的、非破坏性方法。

为满足此需要，我们开发了采用扩散土壤探头的土壤气体采集系统和样气传送技术，用于高分辨率从地下样点采气。采集的土壤气体送到地上分析仪中测量气体浓度和同位素。获取有代表性的土壤气体样本需要在土壤气体组分和测量频率及样气量之间采取折中措施。

这些考虑限制了定量气体空间梯度变化和与土壤微生物群相关的空间异质情况的方法。这里，我们提供了一种新的、灵活的采集系统，配置了控制阀，减少了样气量，展示了在控制型土柱中监测地下N₂O及其同位素、CH₄、CO₂、NO的地球化学循环过程。

采样系统可重复获得主导土壤养分和还原过程的气体浓度，为揭示微生物应对主要环境胁迫提供了新的视野。采用N₂O 同位素位嗜值SP作为微生物过程的指示值锁定了原位微生物活动的动力学过程。揭示微生物活动的痕量气体信息将补充组学方法、助力地下模型、完善土壤异质性对地下交互过程影响的理解。

同步观测地下廓线：

△ NO₂、NO、CO、COS、H₂O、VOCs

△ ¹H¹⁶O¹H、¹H¹⁶O²H、¹H¹⁸O¹H、 ¹²C¹⁶O¹⁶O、¹³C¹⁶O¹⁶O、¹²C¹⁶O¹⁷O、¹²C¹⁶O¹⁸O

△ ¹²CH₄、¹³CH₄

△ ¹⁴N¹⁴N¹⁶O、¹⁴N¹⁵N¹⁶O、¹⁵N¹⁴N¹⁶O、¹⁴N¹⁴N¹⁸O

3个柱体地下气体浓度vs 氮肥施加时间变化过程

同位素和气体浓度光谱

(a)    CH4 1294 cm-1 光谱与H2O N2O 分离 (b) N2O 同位素光谱 2196 cm-1 . 4个N2O分子能区分，黄、紫15N 不同位置，蓝是18O

(a) 三个柱体中的N2O浓度 (绿色阴影) vs δ15Nbulk (红), δ18O-N2O (蓝), and δ15NSP (紫) (b) N2O中的δ15Nbulk (x轴), δ18O-N2O (y轴), and SP AOA氨氧化古菌 (绿框) and AOB (紫框) 氧化菌,灰色代表真菌反硝化，δ15Nbulk, δ15NSP, and δ18O-N2O不确定漂移占比5.0‰, 1.6‰, and 2.5‰

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