土壤呼吸，是指土壤中的植物根系、食碎屑动物、真菌和细菌等进行新陈代谢活动，消耗有机物，产生二氧化碳的过程。其中包括土壤中微生物分解有机物的过程。在这个过程中，需氧微生物消耗氧气，将有机物最终分解为二氧化碳和水。
——土壤微生物有氧呼吸是通过观测O2的消耗和/或CO2的释放来测量。
——土壤呼吸强度是评价土壤微生物总活性的重要指标，也可用于评价土壤肥力。
土壤呼吸体现了土壤承载包括作物、植物生长、土壤动物和微生物在内的土壤生命的能力。它是土壤健康的重要指标，体现了生物活性、土壤有机质和降解能力。尤其是在分解过程中，有机质所含的有机营养物质(如有机磷、氮和硫)转化为可供植物吸收的无机形式。
在实验室中，土壤呼吸被用来估算土壤微生物生物量。事实上，土壤呼吸表明土壤维持植物生长的能力。由于保护有机质的土壤团聚体遭到破坏，土壤通气性增加，导致耕作后过度呼吸和有机质分解。在缺乏额外投入的情况下，有机质减少、土壤聚集减少、植物和微生物可利用的养分有限，会导致作物减产。在未知碳添加量的情况下，很难预测有机质积累和损失的阈值。
得益于呼吸传感器，我们可以直接测量土壤微生物呼吸：
——测定土壤微生物活性；
——确定添加剂（营养物、污染物、土壤改良剂等）对微生物代谢能力的影响；
——确定微生物生物量。
样品
生物土壤有机调节剂，ID EN99
所需试剂
氢氧化钾（KOH），用于吸收二氧化碳。
分析仪器
样品制备
调整土壤中的水分含量
土壤样品必须湿度适当，以使微生物得以活化。
• 如果土壤过干，微生物没有活性，土壤微生物转化过程停止。
• 如果土壤太湿，缺氧条件下发生厌氧呼吸，产生难闻的气味和对植物有害的酸。
检测土壤水分含量
一个简单方法，用手抓一把土壤，用力握紧，然后松开手。
• 如果土壤过干，就会散开，如果正常，就会保持原来的形状。
• 如果土壤过湿，当紧握时会有水分挤出。
根据情况，可以采取必要的措施，如加水或者覆盖干土。
当土壤湿度调整合适后，需要测定土壤干质量分数。
测量土壤体积
在200或250ml量筒中，加入100ml水，再加入50-100g土壤，加入土壤后的总体积减去水的体积就是土壤的体积。
分析过程
1、分析过程适宜的温度是20-25 ℃，我们将培养箱设置为25 ℃。
2、连接Wireless DataBox，并填写RESPIROSoft软件数据库。
3、在烧杯中称取50-200克混合均匀的土壤，并将其转移到1升测试瓶中。
4、在碱容器内添加适量的KOH。
5、将呼吸传感器安装在测试瓶上，并拧紧。
6、将测试系统放入已经达到设定温度的培养箱中。
7、等待至少3个小时，使测量系统达到设定温度，并产生初始压力升高的图形。
初始压力升高是因为系统的加热膨胀所致。 可以通过打开测试瓶来释放压力。
8、按下开始键，持续运行测试至少15天。
测试结果
根据公式计算游离气体积：
Vfg=Vtot-Vav-Vam-Vsm
Vfg：游离气体积，单位升；
Vtot：测试容器的总体积，不包括土壤、吸附剂容器和吸附剂的总体积，单位升；
Vav：吸收容器的体积，单位升；
Vam：吸收剂体积，单位升；
Vsm：土壤体积，单位升。
干土质量计算
根据公式计算土壤干重：
msd=msm×Wsd
msd：土壤干重，单位千克；
msm：土壤湿重，单位千克；
Wsd：湿土样品的干质量分数。
O2消耗率计算
根据公式计算O2消耗率：
RO2=32000·Vfg·ΔP/t·R·T·msd
RO2：单位质量干土壤的氧气消耗速率，mgO2/g/h；
32000：氧气的摩尔质量，mg/mol；
Vfg：游离气体积，L；
R：气体常数，83.14hPaL/mol/K；
T：测量温度，K；
msd：土壤干重，g；
ΔP：测得的压力差，hPa
t：测试时间，h
测试结果
VELP的RESPIROSoft软件自动采集压力传感器的压力值，并以生成图形显示，下图是100g样品在298K测试的曲线图。
注意：当测试系统内压力下降到800mbar时，瓶内氧气消耗殆尽，需要打开测试瓶补充空气，然后再继续测试。
以下是对三个样品测试的结果。分析时间20天，选择这个时间是为了监测氧气消耗随时间的变化。
样品A
称样量：200g
T=298K
Vfg=0.965L
t=72h
样品B
称样量：200g
T=298K
Vfg=1.037L
t=72h
样品C
称样量：200g
T=298K
Vfg=1.081L
t=72h
结论
从RSD%值(＜3.29%)可以看出，VELP的土壤呼吸传感器系统是一种可靠的微生物土壤呼吸测定解决方案，这些分析具有出色的重复性。
得益于其创新的无线技术，传感器根据设定的数据传输频率，将压力值实时传输到无线数据盒，然后，通过直观的 RESPIROSoftTM界面显示结果，便于数据管理和结果对比。也可以将呼吸测量传感器连接到VELP Ermes云平台，便于远程查看和监测实验过程。
相关研究设备