土壤呼吸强度是反映土壤生物活性和碳循环动态的重要指标，其测定方法根据原理、设备和应用场景不同，主要分为 静态箱法、动态箱法、碱液吸收法 和 微气象学法等。以下是各方法的详细说明、操作流程及注意事项：

　　一、静态箱法(静态气室法)

　　1. 原理

　　通过密闭箱体覆盖土壤表面，定时采集箱内气体，分析CO₂浓度随时间的变化，计算呼吸速率。

　　2. 设备与试剂

　　箱体：透明(遮光)或遮光箱(避免光合作用干扰)，材质为有机玻璃或PVC，底部有密封槽。

　　气体采集装置：气密注射器、气袋或真空瓶。

　　CO₂分析仪：红外气体分析仪(IRGA)、气相色谱仪(GC)。

　　辅助工具：温度计、湿度计、秒表、硅胶密封圈。

　　3. 操作步骤

　　样地准备：

　　清除地表凋落物，保持土壤表面平整。

　　预埋箱体底座(避免扰动土壤)，静置24小时以减少干扰。

　　气体采集：

　　将箱体扣在底座上，密封边缘(使用水封或硅胶垫)。

　　在0、10、20、30分钟时，用注射器抽取箱内气体(每次10-20 mL)。

　　CO₂浓度测定：

　　使用IRGA或GC分析气体样本的CO₂浓度。

　　呼吸速率计算：

　　R：呼吸速率(μmol CO₂·m⁻²·s⁻¹);

　　C1​,C2​：初始和z终CO₂浓度(μmol/mol);

　　t1​,t2​：采样时间(s);

　　V：箱体容积(m³);

　　AA：箱体底面积(m²);

　　P：大气压(Pa);

　　R：气体常数(8.314 J·mol⁻¹·K⁻¹);

　　T：箱内温度(K)。

　　4. 优缺点

　　优点：成本低、操作简单，适合野外多点采样。

　　缺点：

　　箱内温湿度变化可能影响呼吸速率。

　　采样间隔需短(避免CO₂浓度过高抑制呼吸)。

　　5. 注意事项

　　时间控制：每次测量时间不超过30分钟。

　　环境记录：同步记录土壤温度(5 cm深度)和含水量。

　　空白对照：测定无土壤的箱体本底CO₂值。

　　二、动态箱法(连续监测法)

　　1. 原理

　　箱体与气体分析仪联动，实时监测CO₂浓度变化，自动记录数据。

　　2. 设备

　　动态箱系统：如LI-8100A(Li-Cor公司)，含自动开闭箱体、红外分析仪。

　　数据采集器：实时记录CO₂浓度、温湿度、气压。

　　3. 操作步骤

　　设备安装：

　　预埋箱体底座，连接分析仪和电源。

　　校准CO₂传感器(使用标准气体)。

　　参数设置：

　　设定箱体闭合周期(如每30分钟闭合5分钟)。

　　设置数据记录频率(每秒1次)。

　　数据采集：

　　系统自动计算CO₂浓度变化率，生成呼吸速率。

　　数据处理：

　　软件自动校正温度和气压影响，输出z终呼吸速率。

　　4. 优缺点

　　优点：数据连续、精度高(±1%)，减少人为误差。

　　缺点：设备昂贵(约20-50万元)，维护复杂。

　　5. 注意事项

　　漏气检查：定期用肥皂水检测箱体密封性。

　　环境适应：高湿度地区需加装除湿模块。

　　三、碱液吸收法(NaOH滴定法)

　　1. 原理

　　CO₂被NaOH吸收生成Na₂CO₃，通过滴定未反应的NaOH计算CO₂吸收量。

　　2. 设备与试剂

　　培养瓶：广口玻璃瓶(带密封盖)。

　　NaOH溶液：0.1 mol/L(需标定)。

　　HCl溶液：0.05 mol/L(标定后使用)。

　　指示剂：酚酞或百里酚蓝。

　　3. 操作步骤

　　样品培养：

　　称取新鲜土样50 g放入培养瓶，加入20 mL NaOH溶液。

　　密封后避光培养24小时(25℃)。

　　滴定测定：

　　取出NaOH溶液，加入过量BaCl₂沉淀CO₃²⁻。

　　用HCl滴定剩余NaOH至终点(酚酞褪色)。

　　计算CO₂释放量：

　　V空白​、V样品​：空白和样品消耗HCl体积(L);

　　CHCl​：HCl浓度(mol/L);

　　m：土壤质量(kg);

　　t：培养时间(h)。

　　4. 优缺点

　　优点：无需昂贵仪器，适合实验室小样本。

　　缺点：灵敏度低(仅适用于高呼吸强度土壤)，耗时较长。

　　5. 注意事项

　　避免CO₂损失：操作迅速，减少开瓶时间。

　　试剂纯度：使用无CO₂蒸馏水配制溶液。

　　四、微气象学法(涡度协方差法)

　　1. 原理

　　通过测量近地面CO₂湍流通量，计算大范围土壤呼吸强度。

　　2. 设备

　　三维超声风速仪：测量风速和湍流。

　　红外气体分析仪：高频(10 Hz)记录CO₂浓度。

　　3. 操作要点

　　场地要求：平坦、均质的下垫面(如草地、农田)。

　　数据计算：

　　F：CO₂通量(μmol·m⁻²·s⁻¹);

　　w′：垂直风速脉动;

　　ρc′​：CO₂浓度脉动。

　　4. 优缺点

　　优点：大尺度连续监测，无箱体干扰。

　　缺点：设备成本极高(超百万元)，需专业数据处理。

　　五、方法选择指南

　　六、关键注意事项

　　环境控制：

　　避免在降雨、强风或极端温度下测定。

　　同步记录土壤温湿度(5 cm深度)。

　　数据校正：

　　箱体效应校正(静态箱法需扣除箱内体积影响)。

　　光合作用干扰(使用遮光箱或在夜间测量)。

　　质量控制：

　　重复测定(每个样点至少3次)。

　　标准气体校准仪器(动态箱法每日校准)。

　　七、常见问题与解决方案

　　CO₂浓度无变化：

　　可能原因：土壤过于干燥或低温休眠。

　　解决：预湿润土壤或在适温季节测定。

　　数据波动大：

　　可能原因：根系或动物活动干扰。

　　解决：剔除异常值，采用移动平均法平滑数据。

　　碱液吸收法回收率低：

　　可能原因：CO₂未完全吸收或滴定误差。

　　解决：延长培养时间，重复标定HCl浓度。