Aeris MIRA在加拿大稻田温室气体通量监测中的应用

研究背景

淹水稻田是农业甲烷排放的重要来源。为了降低甲烷释放，研究人员不断尝试改进水肥管理和土壤微生物环境。不过，农业措施对不同温室气体的影响并不总是一致：甲烷排放的变化，需要与CO₂交换和N₂O排放一起考虑，才能评价其实际气候影响。

Eosense与位于加拿大新斯科舍省Granville Ferry的Nikian Farms合作，于2025年开展了田间对比观测。两块稻田均使用动物源氮肥，其中一块额外施加有效微生物改良剂（Effective Microorganisms，EM），另一块作为对照。研究重点是记录生长季内的气体交换，比较两块田的CH₄排放，并检验将CO₂和N₂O纳入后，温室气体收支的判断有何不同。

研究现场

现场种植的是适应新斯科舍省气候的Hayayuki水稻。监测从2025年4月耕作前持续至10月收获后，涵盖种植初期、持续淹水、生长旺季、收获前排水以及收获后的主要阶段。

获后，涵盖种植初期、持续淹水、生长旺季、收获前排水以及收获后的主要阶段。 研究人员在生长季开始前就安装了固定土壤环和箱体支架，尽量减少后续布设对土壤的扰动。随着水稻长高，通量箱下方增加70 cm扩展底座，保证植株仍位于测量空间内。针对稻田松软、易积水的地面条件，现场还安装了导向支杆，以保持箱体位置和闭合密封。

测量方法

监测系统由Eosense eosAC-LT透明自动通量箱、FluxLink多路复用器和两台气体分析仪组成。LI-COR LI-7810用于测量CO₂与CH₄，Aeris MIRA用于补充N₂O测量。通量箱闭合时，箱内气体经过管路送至分析仪，记录浓度随时间的变化，再结合箱体体积、覆盖面积等参数计算气体通量。

FluxLink负责通量箱的自动切换及测量调度，每个通量箱约每15分钟完成一次闭箱测量。常规观测通常持续6—8小时，8月中旬则安排了一次连续6天的测量，覆盖白天和夜间。

 对这一系统而言，Aeris MIRA的作用很明确：以激光光谱测量技术提供痕量N₂O浓度数据，使监测不再局限于CO₂和CH₄。与自动通量箱配合后，N₂O数据可以和其他气体的通量记录对应到同一地块及观测时段，便于后续开展多气体温室效应评价。

生长季通量变化

报告选取了四个生长阶段进行对比：种植前的6月、种植后的7月、临近收获的9月，以及收获后的10月。不同阶段的气体通量差别明显。

生长季初期，植株尚小、气温较低，两块田的气体交换较弱。进入生长旺季后，淹水环境与植株发育使CH₄排放增加，两块田之间的差异也开始拉开。到收获前，受干旱和灌溉水不足影响，稻田逐渐变干，CH₄通量随之下降。

 这些变化说明，水位和作物生长进程直接影响稻田排放特征。跨生长季的重复测量，可以避免单次采样只反映某一天田间状态的问题。

CO₂、CH₄与N₂O的综合评价

8月中旬的连续观测提供了更完整的昼夜数据。研究人员采用100年全球变暖潜势（GWP100）将三种气体的通量统一折算为CO₂当量，再比较两块田在该观测期的净温室效应。

只看CH₄，对照田的排放高于EM处理田；纳入另外两种气体后，结论发生了变化：对照田的CO₂净吸收更强，N₂O排放也更低，部分抵消了其较高的CH₄排放。最终，两块田在这一时段的净温室气体收支接近。

 N₂O是这项比较不可缺少的一环。Aeris MIRA为现场补充了N₂O测量数据，使研究人员能够将氮循环相关排放纳入CO₂当量核算，而不是仅凭甲烷变化评价管理措施。

累计甲烷排放

将整个观测季记录的扩散型甲烷排放累积后，两块田之间的区别更加直观。EM处理田在初期的累计值一度略高，报告指出它比对照田提前约一周种植，这影响了早期比较；进入水稻生长和淹水阶段后，对照田的累计CH₄排放明显更高。

原报告认为，EM处理与淹水期较低的CH₄排放表现相符。不过，两个地块在水位等条件上存在差别，因此这些观测不宜单独作为EM处理效应的严格因果证明。图中比较的是累计扩散型排放，也尚未完整覆盖全部鼓泡释放。

鼓泡式甲烷释放

研究过程中还记录了明显的甲烷鼓泡释放（ebullition）。在淹水土壤中形成的气泡进入通量箱后，CH₄浓度会突然跃升，而不是沿着平滑曲线缓慢增加。原报告展示的一次闭箱记录中，浓度曲线呈现出多个清晰的阶梯。

现场观察发现，这类事件受温度影响，在未施加EM的对照田中出现得更频繁。由于鼓泡可能在排放高峰期占据相当比例，而此次箱体测量频率和空间覆盖并未专门针对鼓泡事件优化，研究团队将其列为后续观测设计的重点。

这部分数据来自系统中的CH₄测量，反映了自动通量箱在连续记录浓度变化方面的作用。对于整个监测方案，CO₂、CH₄与N₂O各有不同的变化机制，因此需要针对不同气体选择合适的采样安排和数据处理方法。

结语

这次田间观测展示了自动通量测量在农业温室气体研究中的实用价值。生长季内，CH₄排放随淹水状态和作物生长发生明显变化；在8月的综合评价中，CH₄较低的地块并没有因此表现出同等幅度的净温室效应优势。要判断农业减排措施的整体效果，CO₂、CH₄和N₂O需要一起分析。

Eosense FluxLink提供自动通量箱切换和数据管理，LI-COR负责CO₂/CH₄测量，Aeris MIRA提供N₂O测量。这样的分工为长时间、多气体田间观测提供了可实施的配置，也体现了Aeris MIRA在农田及生态系统痕量N₂O研究中的应用方向。

报告同时指出，今后需要覆盖更长时段的N₂O观测，并针对甲烷鼓泡释放完善测量设计。对于希望获得完整温室气体收支数据的研究项目，这些经验同样具有参考价值。