土壤碳矿化速率(Soil Carbon Mineralization Rate)是评估土壤有机碳分解过程的关键指标，反映微生物活性及碳循环动态，对理解土壤碳库稳定性、温室气体排放(如CO₂)及气候变化响应具有重要意义。以下是常用的测定方法及技术要点：

　　一、实验室培养法(密闭培养法)

　　1. 静态培养-碱液吸收法

　　原理：

　　通过密闭培养系统，微生物分解有机碳释放CO₂，用碱性溶液(如NaOH)吸收CO₂，通过滴定或电导法测定吸收量，计算碳矿化速率。

　　步骤：

　　样品预处理：

　　取新鲜土壤(过2 mm筛)，调节至标准含水量(如60%田间持水量)。

　　称取20-50 g土壤置于密闭培养瓶(如广口瓶)。

　　CO₂捕获：

　　瓶内悬挂装有10 mL 0.5 M NaOH的玻璃瓶，密封后置于恒温培养箱(25℃)。

　　定期测定：

　　培养周期通常为7-30天，每隔3-7天更换碱液。

　　滴定法：用HCl滴定剩余NaOH(以BaCl₂沉淀碳酸盐，酚酞指示剂)。

　　电导法：测定碱液电导率变化，间接计算CO₂吸收量。

　　计算：

　　(12为碳的摩尔质量，t为培养天数)

　　优点：成本低，操作简单，适合批量样品。

　　缺点：

　　需频繁更换碱液，可能引入操作误差。

　　无法实时监测CO₂动态释放。

　　2. 动态培养-红外气体分析(IRGA)

　　原理：

　　利用连续气流系统将培养瓶内释放的CO₂导入红外气体分析仪，实时监测CO₂浓度。

　　步骤：

　　土壤样品置于密闭气路系统，通入无CO₂空气(或N₂/O₂混合气)。

　　IRGA连续记录出口气体CO₂浓度，结合流速计算累积排放量。

　　优点：

　　实时、高精度监测，适合短期动态研究。

　　可结合温度、湿度调控模拟不同环境条件。

　　缺点：仪器昂贵，维护复杂。

　　二、田间原位测定法

　　1. 碱液吸收法(静态气室法)

　　原理：

　　在田间埋设PVC环或静态气室，底部放置碱液吸收CO₂，定期采集测定。

　　步骤：

　　安装气室(避免扰动土壤)，底部放置NaOH溶液。

　　覆盖遮光罩防止光解干扰，每隔24-72小时更换碱液。

　　实验室滴定或电导法分析CO₂吸收量。

　　优点：反映真实环境条件下的碳矿化过程。

　　缺点：

　　易受降雨、温度波动影响，需长期监测。

　　空间异质性可能导致数据偏差。

　　2. 涡度协方差法(Eddy Covariance)

　　原理：

　　通过高频传感器(10 Hz)监测近地面CO₂湍流通量，结合气象数据估算生态系统净碳交换(NEE)，间接推算土壤呼吸贡献。

　　适用场景：

　　大尺度生态系统碳通量监测(如森林、草地)。

　　优点：无侵入性，连续监测。

　　缺点：

　　设备昂贵，需复杂数据处理(如湍流校正)。

　　无法单独区分土壤呼吸与植物根系呼吸。

　　三、稳定同位素示踪技术(¹³C标记)

　　1. 脉冲标记法

　　原理：

　　向土壤中添加¹³C标记的有机物(如葡萄糖、植物残体)，追踪其矿化为¹³CO₂的过程。

　　步骤：

　　添加¹³C标记底物至土壤，密闭培养。

　　定期采集气体，利用同位素比值质谱仪(IRMS)测定¹³CO₂丰度。

　　计算标记碳的矿化速率：

　　优点：区分外源碳与土壤原生碳的矿化过程。

　　缺点：成本高，需专业仪器。

　　2. 连续标记法

　　适用场景：

　　长期研究植物-土壤碳分配(如通过¹³CO₂植物连续标记)。

　　技术难点：

　　需控制环境舱或开顶式气室，维持稳定¹³CO₂浓度。

　　四、自动化连续监测系统

　　1. 土壤呼吸仪(Soil Respiration Chamber)

　　原理：

　　便携式气室连接红外传感器，直接测定土壤表面CO₂通量。

　　步骤：

　　将气室罩于土壤表面，自动记录CO₂浓度随时间变化，计算通量(μmol CO₂/m²/s)。

　　优点：快速、原位、无破坏性。

　　缺点：

　　单点测量，空间代表性有限。

　　受环境温湿度波动影响显著。

　　五、模型模拟法

　　原理：

　　基于土壤温度、湿度、有机质含量等参数，建立经验或机理模型(如Century模型、DNDC模型)预测碳矿化速率。

　　适用场景：

　　大区域尺度碳循环模拟，结合实测数据校正。

　　优点：低成本，可外推预测。

　　缺点：依赖输入参数准确性，需实地验证。