Soil respiration
মৃত্তিকা শ্বাস-প্রশ্বাস বলতে বোঝায় কার্বন ডাই-অক্সাইডের উৎপাদন যখন মৃত্তিকা জীব শ্বাস নেয়। এর মধ্যে রয়েছে উদ্ভিদের শিকড়, রাইজোস্ফিয়ার, জীবাণু এবং প্রাণীজগতের শ্বাস-প্রশ্বাস। মৃত্তিকা শ্বাস-প্রশ্বাস একটি মূল বাস্তুতন্ত্র প্রক্রিয়া যা মাটি থেকে কার্বন ডাই অক্সাইড আকারে কার্বন মুক্ত করে। বায়ুমণ্ডল থেকে উদ্ভিদ কার্বন ডাই অক্সাইড অর্জন করে এবং সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়ায় জৈব যৌগে রূপান্তরিত হয়। উদ্ভিদ এই জৈব যৌগগুলি কাঠামোগত উপাদান তৈরি করতে বা শক্তি মুক্ত করার জন্য শ্বাস নিতে ব্যবহার করে। যখন উদ্ভিদের শ্বাসপ্রশ্বাস শিকড়ে মাটির নিচে ঘটে, তখন এটি মাটির শ্বাসপ্রশ্বাসকে বাড়িয়ে তোলে। সময়ের সাথে সাথে, উদ্ভিদের কাঠামোগত উপাদানগুলি হেটেরোট্রফ দ্বারা গ্রাস করা হয়। এই হেটেরোট্রফিক খরচ সিও2 মুক্ত করে এবং যখন এই সিও2 মাটির নীচের জীব দ্বারা মুক্ত হয়, তখন এটিকে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস হিসাবে বিবেচনা করা হয়। একটি বাস্তুতন্ত্রে মৃত্তিকার শ্বাস-প্রশ্বাসের পরিমাণ বিভিন্ন কারণ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। মাটিতে তাপমাত্রা, আর্দ্রতা, পুষ্টির পরিমাণ এবং অক্সিজেনের মাত্রা শ্বাস-প্রশ্বাসের অত্যন্ত ভিন্ন হার তৈরি করতে পারে। শ্বাসকষ্টের এই হারগুলি বিভিন্ন পদ্ধতিতে পরিমাপ করা যেতে পারে। উৎস উপাদানগুলিকে পৃথক করার জন্য অন্যান্য পদ্ধতি ব্যবহার করা যেতে পারে, এই ক্ষেত্রে শ্বাস-প্রশ্বাসের উদ্ভিদ কাঠামোর সালোকসংশ্লেষক পথের (সি3/সি4) ধরন। মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হার মানুষের ক্রিয়াকলাপ দ্বারা ব্যাপকভাবে প্রভাবিত হতে পারে। এর কারণ হল মানুষের বহু বছর ধরে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের বিভিন্ন নিয়ন্ত্রণকারী উপাদানগুলি পরিবর্তন করার ক্ষমতা রয়েছে এবং রয়েছে। বৈশ্বিক জলবায়ু পরিবর্তন বায়ুমণ্ডলীয় কার্বন ডাই অক্সাইড বৃদ্ধি, তাপমাত্রা বৃদ্ধি এবং বৃষ্টিপাতের ধরণ পরিবর্তন সহ অসংখ্য পরিবর্তিত কারণের সমন্বয়ে গঠিত। এই সমস্ত কারণগুলি বিশ্বব্যাপী মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হারকে প্রভাবিত করতে পারে। মানুষের দ্বারা নাইট্রোজেন নিষিক্তকরণ বৃদ্ধি সমগ্র গ্রহের হারকে প্রভাবিত করার সম্ভাবনাও রাখে। মাটির শ্বাসপ্রশ্বাস এবং বাস্তুতন্ত্র জুড়ে এর হার বোঝা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এর কারণ হল বিশ্বব্যাপী কার্বন চক্রের পাশাপাশি অন্যান্য পুষ্টি চক্রগুলিতে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস একটি বড় ভূমিকা পালন করে। উদ্ভিদ কাঠামোর শ্বাস-প্রশ্বাস কেবল সিও2 নয়, সেই কাঠামোগুলিতে নাইট্রোজেনের মতো অন্যান্য পুষ্টিও প্রকাশ করে। মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস বিশ্বব্যাপী জলবায়ু পরিবর্তনের সাথে ইতিবাচক প্রতিক্রিয়ার সাথেও যুক্ত। ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া হল যখন কোনও ব্যবস্থার পরিবর্তন পরিবর্তনের একই দিকে প্রতিক্রিয়া তৈরি করে। অতএব, মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হার জলবায়ু পরিবর্তনের দ্বারা প্রভাবিত হতে পারে এবং তারপর জলবায়ু পরিবর্তন বাড়িয়ে প্রতিক্রিয়া জানাতে পারে। মাটিতে কার্বন ডাই অক্সাইডের উৎস সমস্ত কোষীয় শ্বাসযন্ত্র জৈব যৌগ থেকে শক্তি, জল এবং সিও2 নির্গত করে। মাটির নিচে যে কোনও শ্বাস-প্রশ্বাসকে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস হিসাবে বিবেচনা করা হয়। উদ্ভিদের শিকড়, ব্যাকটেরিয়া, ছত্রাক এবং মাটির প্রাণীদের দ্বারা শ্বাস-প্রশ্বাসের ফলে মাটিতে সিও2 নির্গত হয়, যা নীচে বর্ণনা করা হয়েছে। ট্রাইকার্বক্সিলিক অ্যাসিড (টি. সি. এ) চক্র ট্রাইকার্বক্সিলিক অ্যাসিড (টি. সি. এ) চক্র-বা সাইট্রিক অ্যাসিড চক্র-কোষীয় শ্বাস-প্রশ্বাসের একটি গুরুত্বপূর্ণ ধাপ। টিসিএ চক্রে, একটি ছয়টি কার্বন চিনি জারিত হয়। এই জারণ চিনি থেকে সিও2 এবং এইচ2ও উৎপন্ন করে। উদ্ভিদ, ছত্রাক, প্রাণী এবং ব্যাকটেরিয়া সকলেই জৈব যৌগগুলিকে শক্তিতে রূপান্তর করতে এই চক্রটি ব্যবহার করে। এভাবেই বেশিরভাগ মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস তার সবচেয়ে মৌলিক স্তরে ঘটে। যেহেতু প্রক্রিয়াটি ঘটতে অক্সিজেনের উপর নির্ভর করে, তাই এটিকে অ্যারোবিক রেসপিরেশান বলা হয়। গাঁজন গাঁজন হল আরেকটি প্রক্রিয়া যেখানে কোষগুলি জৈব যৌগ থেকে শক্তি অর্জন করে। এই বিপাকীয় পথে, অক্সিজেন ব্যবহার না করে কার্বন যৌগ থেকে শক্তি পাওয়া যায়। এই বিক্রিয়ার পণ্যগুলি হল কার্বন ডাই অক্সাইড এবং সাধারণত ইথাইল অ্যালকোহল বা ল্যাকটিক অ্যাসিড। অক্সিজেনের অভাবের কারণে, এই পথটিকে অ্যানেরোবিক শ্বসন হিসাবে বর্ণনা করা হয়। পিট বোগ এবং জলাভূমির মতো জলাবদ্ধ বাস্তুতন্ত্রে যেখানে অক্সিজেনের অভাব রয়েছে, সেখানে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসে এটি সিও2-এর একটি গুরুত্বপূর্ণ উৎস। যাইহোক, মাটি থেকে নির্গত বেশিরভাগ সিও2 শ্বাস-প্রশ্বাসের মাধ্যমে ঘটে এবং মাটির নীচের শ্বাস-প্রশ্বাসের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ দিকগুলির মধ্যে একটি উদ্ভিদের শিকড়ে ঘটে। শিকড় শ্বাস-প্রশ্বাস উদ্ভিদ সালোকসংশ্লেষণের মাধ্যমে উৎপন্ন কিছু কার্বন যৌগকে শ্বাস-প্রশ্বাস দেয়। যখন এই শ্বাস-প্রশ্বাস শিকড়ে ঘটে, তখন এটি মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসকে বাড়িয়ে তোলে। সমস্ত মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের প্রায় অর্ধেকের জন্য শিকড়ের শ্বাস-প্রশ্বাস দায়ী। যাইহোক, এই মানগুলি একটি বাস্তুতন্ত্রের প্রভাবশালী উদ্ভিদের ধরন এবং উদ্ভিদের উপর নির্ভর করে 10 থেকে 90 শতাংশ পর্যন্ত হতে পারে। সুতরাং, শিকড়ের শ্বাস-প্রশ্বাসের মাধ্যমে উৎপাদিত সিও2-এর পরিমাণ শিকড়ের জৈববস্তুপুঞ্জ এবং নির্দিষ্ট শিকড়ের শ্বাস-প্রশ্বাসের হার দ্বারা নির্ধারিত হয়। মূলের ঠিক পাশেই রাইজোস্ফিয়ার নামে পরিচিত এলাকা রয়েছে, যা মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসেও গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। রাইজোস্ফিয়ার শ্বাস-প্রশ্বাস রাইজোস্ফিয়ার হল মূল পৃষ্ঠের ঠিক পাশে পার্শ্ববর্তী মাটির একটি অঞ্চল। এই অঞ্চলে উদ্ভিদ এবং অণুজীবের মধ্যে ঘনিষ্ঠ মিথস্ক্রিয়া রয়েছে। শিকড় ক্রমাগত পদার্থ বা নির্গমন মাটিতে ছেড়ে দেয়। এই এক্সুডেটগুলির মধ্যে রয়েছে চিনি, অ্যামিনো অ্যাসিড, ভিটামিন, লং চেইন কার্বোহাইড্রেট, এনজাইম এবং লাইসেট যা শিকড়ের কোষগুলি ভেঙে যাওয়ার সময় মুক্তি পায়। উদ্ভিজ্জ পদার্থ হিসাবে ক্ষয় হওয়া কার্বনের পরিমাণ উদ্ভিদ প্রজাতির মধ্যে উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয়। এটি প্রদর্শিত হয়েছে যে সালোকসংশ্লেষণের মাধ্যমে অর্জিত কার্বনের 20 শতাংশ পর্যন্ত মাটিতে ছেড়ে দেওয়া হয় কারণ শিকড় নির্গত হয়। এই এক্সুডেটগুলি প্রাথমিকভাবে ব্যাকটেরিয়া দ্বারা বিচ্ছিন্ন হয়। এই ব্যাকটেরিয়া টি. সি. এ চক্রের মাধ্যমে কার্বন যৌগগুলিকে শ্বাস দেবে; তবে, গাঁজনও উপস্থিত রয়েছে। মূল থেকে বেশি দূরত্বে অবস্থিত মাটির তুলনায় মূলের দ্বারা বেশি অক্সিজেন ব্যবহারের কারণে অক্সিজেনের অভাবের কারণে এটি ঘটে। রাইজোস্ফিয়ারের আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ জীব হল শিকড়-সংক্রামিত ছত্রাক বা মাইকোরাইজা। এই ছত্রাকগুলি উদ্ভিদের শিকড়ের পৃষ্ঠ এলাকা বৃদ্ধি করে এবং শিকড়কে উদ্ভিদের বৃদ্ধির জন্য প্রয়োজনীয় মাটির পুষ্টির একটি বৃহত্তর পরিমাণের সম্মুখীন হতে এবং অর্জন করতে দেয়। এই সুবিধার বিনিময়ে, উদ্ভিদটি ছত্রাকের মধ্যে চিনি স্থানান্তর করবে। ছত্রাক এই শর্করাগুলিকে শক্তির জন্য শ্বাস নেবে যার ফলে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস বৃদ্ধি পাবে। ছত্রাক, ব্যাকটেরিয়া এবং মাটির প্রাণীদের পাশাপাশি, আবর্জনা এবং মাটির জৈব পদার্থের পচন ঘটাতেও বড় ভূমিকা পালন করে। মাটির প্রাণী মাটির প্রাণীরা ব্যাকটেরিয়া এবং ছত্রাকের জনসংখ্যার উপর চরে পাশাপাশি মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস বাড়ানোর জন্য আবর্জনা খায় এবং ভেঙে দেয়। ক্ষুদ্রতম মৃত্তিকা প্রাণী নিয়ে মাইক্রোফুনা গঠিত। এর মধ্যে রয়েছে নেমাটোড এবং মাইট। এই গ্রুপটি মাটির ব্যাকটেরিয়া এবং ছত্রাকের উপর বিশেষজ্ঞ। এই জীবগুলিকে গ্রাস করার মাধ্যমে, কার্বন যা প্রাথমিকভাবে উদ্ভিদ জৈব যৌগগুলিতে ছিল এবং ব্যাকটেরিয়া ও ছত্রাকের কাঠামোতে অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছিল, এখন মাটির প্রাণী দ্বারা শ্বাস-প্রশ্বাস নেওয়া হবে। মেসোফুনা হল দৈর্ঘ্য থেকে মাটির প্রাণী এবং মাটির আবর্জনা গ্রাস করে। মলের উপাদানগুলি বেশি পরিমাণে আর্দ্রতা ধরে রাখবে এবং এর পৃষ্ঠের আয়তন বেশি হবে। এটি অণুজীবের নতুন আক্রমণ এবং আরও বেশি পরিমাণে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের অনুমতি দেবে। ম্যাক্রোফুনা হল কেঁচো এবং উইপোকা জাতীয় জীব। বেশিরভাগ ম্যাক্রোফুনার টুকরো আবর্জনা, যার ফলে মাইক্রোবিয়াল আক্রমণের জন্য বৃহত্তর এলাকা উন্মুক্ত হয়। অন্যান্য ম্যাক্রোফুনা গর্ত বা আবর্জনা খাওয়া, মাটির বাল্ক ঘনত্ব হ্রাস করা, মাটির সমষ্টি ভেঙে দেওয়া এবং মাটির বায়ুপ্রবাহ বৃদ্ধি করা এবং জলের অনুপ্রবেশ। মাটির শ্বাসপ্রশ্বাসের নিয়ন্ত্রণ মাটিতে কার্বন ডাই অক্সাইড উৎপাদনের নিয়ন্ত্রণ বিভিন্ন অজৈব বা নির্জীব কারণের কারণে হয়। তাপমাত্রা, মাটির আর্দ্রতা এবং নাইট্রোজেন সবই মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হারে অবদান রাখে। তাপমাত্রা শ্বাস-প্রশ্বাস প্রক্রিয়ার প্রায় সমস্ত দিককে প্রভাবিত করে। তাপমাত্রা শ্বাস-প্রশ্বাসকে সূচকীয়ভাবে সর্বোচ্চ পর্যন্ত বাড়িয়ে দেবে, যে সময়ে এনজাইম্যাটিক ক্রিয়াকলাপ ব্যাহত হলে শ্বাস-প্রশ্বাস শূন্যে নেমে আসবে। শিকড়ের শ্বাস-প্রশ্বাস তার নিম্ন পরিসরে তাপমাত্রার সাথে তাত্পর্যপূর্ণভাবে বৃদ্ধি পায় যখন শ্বাস-প্রশ্বাসের হার বেশিরভাগ টি. সি. এ চক্র দ্বারা সীমাবদ্ধ থাকে। উচ্চ তাপমাত্রায় শর্করার পরিবহন এবং বিপাকীয় পণ্যগুলি সীমাবদ্ধকারী কারণ হয়ে ওঠে। তাপমাত্রা শেষ হলে, শিকড়ের শ্বাস-প্রশ্বাস সম্পূর্ণভাবে বন্ধ হতে শুরু করে। অণুজীবগুলি তিনটি তাপমাত্রার গ্রুপে বিভক্ত; ক্রায়োফাইল, মেসোফাইল এবং থার্মোফাইল। ক্রায়োফাইলগুলি নিম্ন তাপমাত্রায় সর্বোত্তমভাবে কাজ করে, মেসোফাইলগুলি 20 থেকে 20 ডিগ্রি সেলসিয়াসের মধ্যে তাপমাত্রায় সর্বোত্তমভাবে কাজ করে এবং থার্মোফাইলগুলি সর্বোত্তমভাবে কাজ করে। প্রাকৃতিক মাটিতে অনেকগুলি বিভিন্ন গোষ্ঠী বা অণুজীবের গোষ্ঠী বিদ্যমান। এই গোষ্ঠীগুলি বিভিন্ন পরিস্থিতিতে সর্বোত্তমভাবে কাজ করবে, তাই শ্বসন খুব বিস্তৃত পরিসরে ঘটতে পারে। তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হার বৃদ্ধি পায় যতক্ষণ না উচ্চ মান মাইক্রোবিয়াল ফাংশনকে বাধাগ্রস্ত করে, এটি একই প্যাটার্ন যা মাটির আর্দ্রতার মাত্রার সাথে দেখা যায়। মাটির আর্দ্রতা মাটির আর্দ্রতা মাটির শ্বাসপ্রশ্বাসকে প্রভাবিত করার আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ। শুষ্ক অবস্থায় মাটির শ্বাসপ্রশ্বাস কম থাকে এবং মধ্যবর্তী আর্দ্রতার স্তরে সর্বাধিক বৃদ্ধি পায় যতক্ষণ না আর্দ্রতার পরিমাণ অক্সিজেন বাদ দিলে তা হ্রাস পেতে শুরু করে। এটি অ্যানেরোবিক অবস্থাকে প্রাধান্য দেয় এবং অ্যারোবিক মাইক্রোবিয়াল ক্রিয়াকলাপকে হ্রাস করে। গবেষণায় দেখা গেছে যে মাটির আর্দ্রতা বেশিরভাগ বাস্তুতন্ত্রের জন্য মধ্যবর্তী মাটির আর্দ্রতা স্তরে বিদ্যমান একটি বড় মালভূমি সহ সর্বনিম্ন এবং সর্বোচ্চ পরিস্থিতিতে শ্বাস-প্রশ্বাসকে সীমাবদ্ধ করে। অনেক অণুজীবের কম মাটির আর্দ্রতার মধ্যে বৃদ্ধি এবং বেঁচে থাকার কৌশল রয়েছে। উচ্চ মাটির আর্দ্রতার পরিস্থিতিতে, অনেক ব্যাকটেরিয়া অত্যধিক জল গ্রহণ করে যার ফলে তাদের কোষের ঝিল্লি নষ্ট হয়ে যায় বা ভেঙে যায়। এটি অস্থায়ীভাবে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হার হ্রাস করতে পারে, তবে ব্যাকটেরিয়ার লিসিস অন্যান্য অনেক ব্যাকটেরিয়ার জন্য সম্পদের বৃদ্ধি ঘটায়। উপলব্ধ ল্যাবিল সাবস্ট্রেটে এই দ্রুত বৃদ্ধি স্বল্পমেয়াদী উন্নত মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের কারণ হয়। মাটির আর্দ্রতা বৃদ্ধির সাথে সাথে শিকড়ের শ্বাস-প্রশ্বাস বৃদ্ধি পাবে, বিশেষত শুষ্ক বাস্তুতন্ত্রে; তবে, মাটির আর্দ্রতার প্রতি পৃথক প্রজাতির শিকড়ের শ্বাস-প্রশ্বাসের প্রতিক্রিয়া জীবনের ইতিহাসের বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে প্রজাতিভেদে ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হবে। মাটির উচ্চ স্তরের আর্দ্রতা বায়ুমণ্ডলীয় অক্সিজেনের অ্যাক্সেসকে সীমাবদ্ধ করে শিকড়ের শ্বাস-প্রশ্বাসকে দমন করবে। জলাভূমি উদ্ভিদ ব্যতীত, যা শিকড়ের বায়ুপ্রবাহের জন্য নির্দিষ্ট প্রক্রিয়া তৈরি করেছে, বেশিরভাগ উদ্ভিদ কম অক্সিজেন সহ জলাভূমি মাটির পরিবেশে অভিযোজিত হয় না। বায়োইলেক্ট্রোজেনেসিসের মাধ্যমে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের ফলে মাটির রেডক্স কমে গেলে মাটির আর্দ্রতা বৃদ্ধির শ্বাস-প্রশ্বাসের আর্দ্রতা বৃদ্ধি পায়। মাটি-ভিত্তিক মাইক্রোবিয়াল জ্বালানী কোষগুলি বিজ্ঞান শ্রেণিকক্ষের জন্য জনপ্রিয় শিক্ষামূলক সরঞ্জাম হয়ে উঠছে। নাইট্রোজেন বিভিন্নভাবে মাটির শ্বাসপ্রশ্বাসকে সরাসরি প্রভাবিত করে। উদ্ভিদের বৃদ্ধি ও জীবনধারণের জন্য নাইট্রোজেন অবশ্যই শিকড় দিয়ে গ্রহণ করতে হবে। বেশিরভাগ উপলব্ধ নাইট্রোজেন NO3− আকারে থাকে, যার মূলে প্রবেশ করতে 0.40 ইউনিট কার্বন ডাই অক্সাইড খরচ হয় কারণ এটিকে একটি ঘনত্বের ঢাল উপরে নিয়ে যাওয়ার জন্য শক্তি ব্যবহার করতে হবে। একবার মূলের ভিতরে প্রবেশ করলে NO3-কে NH3-এ নামিয়ে আনতে হবে। এই পদক্ষেপে আরও বেশি শক্তির প্রয়োজন হয়, যা প্রতি অণুতে 2 ইউনিট কার্বন ডাই অক্সাইড হ্রাসের সমান। বায়ুমণ্ডলীয় নাইট্রোজেন স্থির করে এমন ব্যাকটেরিয়াল সিম্বিয়ন্টযুক্ত গাছগুলিতে, বায়ুমণ্ডলীয় এন2 থেকে এনএইচ3-এর একটি অণু অর্জনের জন্য উদ্ভিদের সক্রিয় খরচ হল 2.36 সিও2। বৃদ্ধি, প্রজনন এবং দীর্ঘমেয়াদী বেঁচে থাকার নিশ্চয়তার জন্য গাছপালা মাটি থেকে নাইট্রোজেন গ্রহণ করা বা বায়ুমণ্ডল থেকে এটি ঠিক করার জন্য প্রতীকগুলির উপর নির্ভর করা অপরিহার্য। নাইট্রোজেন মাটির শ্বাসপ্রশ্বাসকে প্রভাবিত করার আরেকটি উপায় হল আবর্জনা পচনের মাধ্যমে। উচ্চমানের নাইট্রোজেন আবর্জনাকে উচ্চমানের বলে মনে করা হয় এবং নিম্নমানের আবর্জনার তুলনায় অণুজীবের দ্বারা সহজেই পচতে পারে। একটি শক্ত উদ্ভিদ কাঠামোগত যৌগ সেলুলোজের অবক্ষয়ও একটি নাইট্রোজেন সীমিত প্রক্রিয়া এবং আবর্জনায় নাইট্রোজেন যোগ করার সাথে সাথে তা বৃদ্ধি পাবে। পরিমাপের পদ্ধতি মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হার পরিমাপ এবং উৎস নির্ধারণের জন্য বিভিন্ন পদ্ধতি রয়েছে। পদ্ধতিগুলিকে ক্ষেত্র এবং পরীক্ষাগার ভিত্তিক পদ্ধতিতে ভাগ করা যেতে পারে। সবচেয়ে সাধারণ ক্ষেত্র পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে বিভিন্ন সময়ে একটি স্থানে পরিমাপের জন্য দীর্ঘমেয়াদী স্বতন্ত্র মৃত্তিকা প্রবাহ ব্যবস্থা ব্যবহার করা; বিভিন্ন স্থানে এবং বিভিন্ন সময়ে পরিমাপের জন্য মৃত্তিকা শ্বাস-প্রশ্বাস ব্যবস্থা জরিপ করা। স্থিতিশীল আইসোটোপ অনুপাতের ব্যবহার ক্ষেত্র পরিমাপের পরীক্ষাগারে উভয় ক্ষেত্রেই ব্যবহার করা যেতে পারে। মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস একা বা অতিরিক্ত পুষ্টি এবং (কার্বন) স্তর দিয়ে পরিমাপ করা যেতে পারে যা অণুজীবের খাদ্য উৎস সরবরাহ করে। পুষ্টি এবং স্তরের কোনও সংযোজন ছাড়াই মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসকে বেসাল মাটি শ্বাস-প্রশ্বাস (বিআর) বলা হয়। পুষ্টি (প্রায়শই নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস) এবং সাবস্ট্রেট (যেমন। চিনি), একে বলা হয় স্তর-প্ররোচিত মৃত্তিকা শ্বাস-প্রশ্বাস (এস. আই. আর)। বি. আর এবং এস. আই. আর উভয় পরিমাপে, আর্দ্রতার পরিমাণ জলের সাথে সামঞ্জস্য করা যেতে পারে। ক্ষেত্র পদ্ধতি সময়ের সাথে সাথে একটি স্থানে পরিমাপের জন্য দীর্ঘমেয়াদী স্বতন্ত্র মৃত্তিকা প্রবাহ ব্যবস্থা এই পদ্ধতিগুলি দীর্ঘ সময়ের জন্য একটি স্থানে পরিমাপ করে। যেহেতু এগুলি শুধুমাত্র একটি স্থানে পরিমাপ করা হয়, তাই অল্প দূরত্বে মাটির পরিবর্তনশীলতার কারণে পরিমাপের ত্রুটি কমাতে একাধিক স্টেশন ব্যবহার করা সাধারণ। মাটির পরিবর্তনশীলতা জরিপ মৃত্তিকা শ্বাসযন্ত্রের যন্ত্র দিয়ে পরীক্ষা করা যেতে পারে। দীর্ঘমেয়াদী যন্ত্রগুলি পরিমাপের স্থানটিকে পরিমাপের মধ্যে যতটা সম্ভব পরিবেষ্টিত অবস্থার সংস্পর্শে আনার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। দীর্ঘমেয়াদী স্বতন্ত্র যন্ত্রের প্রকার বন্ধ, অ-স্থিতিশীল অবস্থা ব্যবস্থা মাটির উপর সিল করা একটি চেম্বারে স্বল্পমেয়াদী পরিমাপ (সাধারণত কয়েক মিনিটের বেশি) নেয়। চেম্বারের অভ্যন্তরে কার্বন ডাই অক্সাইড বৃদ্ধির ভিত্তিতে মাটির কার্বন ডাই অক্সাইড প্রবাহের হার গণনা করা হয়। যেহেতু বন্ধ চেম্বারের প্রকৃতির মধ্যেই সিও2 জমা হতে থাকে, তাই সময়ের সাথে সাথে চেম্বারের ভিতরে সিও2-এর অত্যধিক বৃদ্ধি এড়াতে সনাক্তযোগ্য, রৈখিক ঘনত্ব বৃদ্ধি অর্জনের জন্য পরিমাপের সময়কালকে ন্যূনতম করা হয়। পৃথক মূল্যায়ন তথ্য এবং দৈনিক সিও2 শ্বাস-প্রশ্বাস পরিমাপের তথ্য উভয়ই অ্যাক্সেসযোগ্য। মাটির তাপমাত্রা, মাটির আর্দ্রতা এবং পিএআর (সালোকসংশ্লেষকভাবে সক্রিয় বিকিরণ) পরিমাপ করাও এই ধরনের ব্যবস্থাগুলির জন্য সাধারণ। এই ভেরিয়েবলগুলি সাধারণত সিও2 মান সহ পরিমাপ ফাইলে রেকর্ড করা হয়। মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস এবং কার্বন ডাই অক্সাইড বৃদ্ধির ঢাল নির্ধারণের জন্য গবেষকরা রৈখিক প্রতিগমন বিশ্লেষণ, পেডারসন (2001) অ্যালগরিদম এবং সূচকীয় প্রতিগমন ব্যবহার করেছেন। রৈখিক রিগ্রেশন বিশ্লেষণের জন্য আরও প্রকাশিত রেফারেন্স রয়েছে; তবে, পেডারসন অ্যালগরিদম এবং এক্সপোনেনশিয়াল রিগ্রেশন বিশ্লেষণ পদ্ধতিরও নিম্নলিখিত পদ্ধতি রয়েছে। কিছু পদ্ধতি গাণিতিক পদ্ধতির একটি পছন্দ প্রদান করে। রৈখিক রিগ্রেশন ব্যবহার করার সময়, একাধিক ডেটা পয়েন্ট গ্রাফ করা হয় এবং পয়েন্টগুলি একটি রৈখিক রিগ্রেশন সমীকরণের সাথে লাগানো যেতে পারে, যা একটি ঢাল প্রদান করবে। এই ঢালটি সমীকরণের সাথে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হার প্রদান করতে পারে, যেখানে F হল মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হার, b হল ঢাল, V হল চেম্বারের আয়তন এবং A হল চেম্বার দ্বারা আচ্ছাদিত মাটির পৃষ্ঠ এলাকা। এটি গুরুত্বপূর্ণ যে পরিমাপটি দীর্ঘ সময়ের জন্য চলতে দেওয়া হয় না কারণ চেম্বারে সিও2-এর ঘনত্ব বৃদ্ধি মাটির প্রোফাইলের ছিদ্রযুক্ত উপরের স্তরে সিও2-এর ঘনত্বও বাড়িয়ে দেবে। ঘনত্বের এই বৃদ্ধি মাটির মধ্যে অতিরিক্ত সিও2 সঞ্চয়ের কারণে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হারকে অবমূল্যায়ন করবে। চেম্বারের ভারসাম্য পরিমাপ করার সময় মাটির প্রবাহের হার খুঁজে বের করার জন্য উন্মুক্ত, স্থিতিশীল-অবস্থা ব্যবস্থা তৈরি করা হয়েছে। চেম্বারটি বন্ধ এবং সিল করার আগে চেম্বারের মধ্য দিয়ে বাতাস প্রবাহিত হয়। এটি পরিমাপের আগে চেম্বার থেকে যে কোনও অ-পরিবেষ্টিত সিও2 মাত্রা বিশুদ্ধ করে। চেম্বারটি বন্ধ হওয়ার পরে, নিয়ন্ত্রিত এবং প্রোগ্রামেবল প্রবাহের হারে চেম্বারে তাজা বাতাস পাম্প করা হয়। এটি মাটি থেকে কার্বন ডাই অক্সাইডের সাথে মিশে যায় এবং কিছু সময়ের পরে ভারসাম্য বজায় থাকে। গবেষক একটি অতিবাহিত সময়ের মধ্যে ধারাবাহিক রিডিংয়ের মধ্যে সিও2 পরিমাপের পার্থক্য হিসাবে ভারসাম্য বিন্দু নির্দিষ্ট করেছেন। মূল্যায়নের সময়, পরিবর্তনের হার ধীরে ধীরে হ্রাস পায় যতক্ষণ না এটি গ্রাহকের পরিবর্তনের মানদণ্ডের হার বা মূল্যায়নের জন্য সর্বাধিক নির্বাচিত সময় পূরণ করে। চেম্বারের মধ্যে ভারসাম্যপূর্ণ অবস্থায় পৌঁছানোর পরে মাটির প্রবাহ বা পরিবর্তনের হার নির্ধারণ করা হয়। চেম্বার প্রবাহের হার এবং সময় প্রোগ্রামযোগ্য, সঠিকভাবে পরিমাপ করা হয় এবং গণনায় ব্যবহৃত হয়। এই ব্যবস্থাগুলিতে ভেন্ট রয়েছে যা ক্লোজড মোড ব্যবস্থার অধীনে আলোচিত আংশিক সিও2 চাপের সম্ভাব্য অগ্রহণযোগ্য বৃদ্ধি রোধ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। যেহেতু চেম্বারের অভ্যন্তরে বাতাসের চলাচল চেম্বারের চাপ বাড়িয়ে দিতে পারে, অথবা বাইরের বাতাস চেম্বারের চাপ কমিয়ে দিতে পারে, তাই একটি ভেন্ট সরবরাহ করা হয় যা যতটা সম্ভব বায়ু প্রতিরোধী হিসাবে ডিজাইন করা হয়। উন্মুক্ত ব্যবস্থা মাটির কাঠামোর বৈচিত্র্য বা মাটির পৃষ্ঠের সীমানা স্তর প্রতিরোধের সমস্যাগুলির প্রতিও ততটা সংবেদনশীল নয়। মাটির পৃষ্ঠের চেম্বারে বায়ুপ্রবাহ সীমানা স্তর প্রতিরোধের ঘটনাকে হ্রাস করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। হাইব্রিড মোড সিস্টেম একটি হাইব্রিড সিস্টেমও রয়েছে। এটিতে একটি ভেন্ট রয়েছে যা যতটা সম্ভব বায়ু প্রতিরোধী হওয়ার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে এবং সম্ভাব্য অগ্রহণযোগ্য আংশিক সিও2 চাপ বৃদ্ধি রোধ করে, তবে অন্যান্য ক্ষেত্রে একটি বদ্ধ মোড ডিজাইন সিস্টেমের মতো কাজ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। বিভিন্ন স্থানে এবং বিভিন্ন সময়ে কার্বন ডাই-অক্সাইড শ্বাস-প্রশ্বাসের বৈচিত্র্য পরীক্ষা করার জন্য মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস ব্যবস্থা জরিপ করুন এগুলি হয় খোলা বা বন্ধ মোডের যন্ত্র যা বহনযোগ্য বা আধা-বহনযোগ্য। তারা বিভিন্ন স্থানে এবং বিভিন্ন সময়ে কার্বন ডাই অক্সাইড মৃত্তিকার শ্বাস-প্রশ্বাসের পরিবর্তনশীলতা পরিমাপ করে। এই ধরনের যন্ত্রের সাহায্যে, মাটির কলার যা জরিপ পরিমাপ যন্ত্রের সাথে সংযুক্ত করা যেতে পারে তা মাটিতে ঢোকানো হয় এবং মাটি কিছু সময়ের জন্য স্থিতিশীল হতে দেওয়া হয়। মাটির কলার ঢোকানো সাময়িকভাবে মাটিকে বিঘ্নিত করে, পরিমাপের নিদর্শন তৈরি করে। এই কারণে, বিভিন্ন স্থানে একাধিক মাটির কলার ঢোকানো সাধারণ ব্যাপার। মাটির কলারগুলি সিও2-এর পার্শ্বীয় বিস্তারকে সীমাবদ্ধ করার জন্য যথেষ্ট পরিমাণে ঢোকানো হয়। মাটির স্থিতিশীলতার পরে, গবেষক তারপর মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস পরিমাপ করার জন্য পরীক্ষামূলক নকশা অনুযায়ী এক কলার থেকে অন্য কলারে চলে যান। একটি গ্রহণযোগ্য স্তরের ত্রুটি অর্জনের জন্য প্রয়োজনীয় দীর্ঘমেয়াদী স্বতন্ত্র সাময়িক যন্ত্রের সংখ্যা নির্ধারণের জন্য জরিপ মৃত্তিকা শ্বাসযন্ত্র ব্যবস্থাও ব্যবহার করা যেতে পারে। মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের পরিবর্তনশীলতার কারণে বিভিন্ন স্থানে বিভিন্ন সংখ্যক দীর্ঘমেয়াদী স্বতন্ত্র ইউনিটের প্রয়োজন হতে পারে। আইসোটোপ পদ্ধতি উদ্ভিদ কার্বন ডাই অক্সাইড অর্জন করে এবং তিনটি সালোকসংশ্লেষক পথের মধ্যে একটি ব্যবহার করে জৈব যৌগ তৈরি করে। দুটি সর্বাধিক প্রচলিত পথ হল সি3 এবং সি4 প্রক্রিয়া। সি3 গাছগুলি শীতল এবং আর্দ্র অবস্থার জন্য সর্বোত্তম অভিযোজিত হয় যেখানে সি4 গাছগুলি গরম এবং শুষ্ক বাস্তুতন্ত্রে ভাল কাজ করে। দুটি পথের মধ্যে বিভিন্ন সালোকসংশ্লেষক উৎসেচকের কারণে, বিভিন্ন কার্বন আইসোটোপ অগ্রাধিকারের ভিত্তিতে অর্জিত হয়। আইসোটোপগুলি একই উপাদান যা নিউট্রনের সংখ্যায় পৃথক হয়, যার ফলে একটি আইসোটোপ অন্যটির চেয়ে ভারী হয়। দুটি স্থিতিশীল কার্বন আইসোটোপ হল 12C এবং 13C। সি3 পথটি সি4 পথের চেয়ে ভারী আইসোটোপের বিরুদ্ধে বৈষম্যমূলক আচরণ করবে। এটি সি4 উদ্ভিদ থেকে উৎপাদিত উদ্ভিদের কাঠামোকে ভারী আইসোটোপে আরও সমৃদ্ধ করবে এবং তাই এই গাছগুলি থেকে শিকড়ের নির্গমন এবং আবর্জনাও আরও সমৃদ্ধ হবে। যখন এই কাঠামোগুলির কার্বন শ্বাস-প্রশ্বাস নেবে, তখন সিও2 দুটি আইসোটোপের অনুরূপ অনুপাত দেখাবে। গবেষকরা মাটিতে একটি সি4 উদ্ভিদ চাষ করবেন যা আগে একটি সি3 উদ্ভিদ দ্বারা দখল করা ছিল বা তদ্বিপরীত। মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের পরিমাপ গ্রহণ করে এবং সিও2-এর আইসোটোপিক অনুপাত বিশ্লেষণ করে এটি নির্ধারণ করা যেতে পারে যে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস বেশিরভাগ পুরানো বনাম সম্প্রতি গঠিত কার্বন। উদাহরণস্বরূপ, ভুট্টা, একটি সি4 উদ্ভিদ, সেই মাটিতে চাষ করা হত যেখানে আগে বসন্তকালীন গম, একটি সি3 উদ্ভিদ চাষ করা হত। ফলাফলগুলি প্রথম 40 দিনের মধ্যে সি3 এস. ও. এম-এর শ্বাস-প্রশ্বাস দেখায়, 70 দিন পর্যন্ত ভারী আইসোটোপ সমৃদ্ধকরণে ধীরে ধীরে রৈখিক বৃদ্ধি ঘটে। 70-এর পরের দিনগুলিতে 100তম দিনে ধীরে ধীরে সমৃদ্ধি বৃদ্ধি শীর্ষে পৌঁছেছিল। স্থিতিশীল কার্বন আইসোটোপ তথ্য বিশ্লেষণ করে শ্বাস-প্রশ্বাসের এস. ও. এম-এর উৎস উপাদানগুলি নির্ধারণ করা সম্ভব যা বিভিন্ন সালোকসংশ্লেষক পথ দ্বারা উত্পাদিত হয়েছিল। স্থিতিশীল আইসোটোপ ব্যবহার করে ক্ষেত্রে সাবস্ট্রেট-প্ররোচিত শ্বাস-প্রশ্বাস ক্ষেত্রে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস পরিমাপের ক্ষেত্রে একটি সমস্যা হল যে অণুজীবের শ্বাস-প্রশ্বাসকে উদ্ভিদের শিকড় এবং মাটির প্রাণীদের শ্বাস-প্রশ্বাস থেকে আলাদা করা যায় না। স্থিতিশীল আইসোটোপ কৌশল ব্যবহার করে এটি কাটিয়ে ওঠা যায়। বেতের চিনি হল একটি সি4-চিনি যা আইসোটোপিক ট্রেসার হিসাবে কাজ করতে পারে। একটি সি3 বাস্তুতন্ত্রে (δ13সি = −25 থেকে −28টু) অন্তঃসত্ত্বা (প্রাকৃতিক) কার্বনের তুলনায় বেত চিনির প্রাচুর্য 13সি (δ13সি ≈ −10টু) সামান্য বেশি। বেতের চিনি একটি দ্রবণে মাটিতে স্প্রে করা যেতে পারে এবং উপরের মাটিতে অনুপ্রবেশ করবে, শুধুমাত্র অণুজীবগুলি অতিরিক্ত চিনির শ্বাস নেবে কারণ শিকড়গুলি একচেটিয়াভাবে কার্বন পণ্যগুলিকে শ্বাস নেয় যা উদ্ভিদ দ্বারা সালোকসংশ্লেষণের মাধ্যমে শোষিত হয়। বেতের চিনির সাথে বা যোগ না করে মাটি থেকে বিবর্তিত সিও2-এর δ13সি বিশ্লেষণের মাধ্যমে, সি3 (শিকড় এবং মাইক্রোবিয়াল) এবং সি4 (মাইক্রোবিয়াল শ্বাসপ্রশ্বাস)-এর ভগ্নাংশ গণনা করা যেতে পারে। স্থিতিশীল আইসোটোপ ব্যবহার করে ক্ষেত্রের শ্বাস-প্রশ্বাসকে মাটির পুষ্টি, অক্সিজেন এবং উপস্থিত মাটির দূষকগুলি মিশ্রিত করে মাইক্রোবিয়াল সম্প্রদায়গুলিকে বিরক্ত না করে মাইক্রোবিয়াল শ্বাস-প্রশ্বাস পরিমাপ করার একটি সরঞ্জাম হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। মানুষের বিশৃঙ্খলার প্রতিক্রিয়া বিগত 160 বছর ধরে, মানুষ ভূমি ব্যবহার এবং শিল্প পদ্ধতি পরিবর্তন করেছে, যা জলবায়ু এবং বিশ্বব্যাপী জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্রকে পরিবর্তন করেছে। এই পরিবর্তনগুলি গ্রহের চারপাশে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হারকে প্রভাবিত করেছে। উপরন্তু, ক্রমবর্ধমান ঘন ঘন চরম জলবায়ু সংক্রান্ত ঘটনা যেমন তাপপ্রবাহ (উচ্চ তাপমাত্রার ব্যাঘাত এবং সম্পর্কিত তীব্র খরা), তারপরে তীব্র বৃষ্টিপাত, মাইক্রোবিয়াল সম্প্রদায় এবং মাটির ভৌত-রসায়নের উপর প্রভাব এবং মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের পরিবর্তন ঘটাতে পারে। শিল্প বিপ্লবের পর থেকে মানুষ বায়ুমণ্ডলে প্রচুর পরিমাণে কার্বন ডাই অক্সাইড নির্গত করেছে। এই নির্গমনগুলি সময়ের সাথে সাথে ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে এবং বিশ্বব্যাপী বায়ুমণ্ডলীয় সিও2 মাত্রা 750,000 বছরেরও বেশি সময়ের মধ্যে সর্বোচ্চ পর্যায়ে উন্নীত করেছে। মৃত্তিকার শ্বাস-প্রশ্বাস বৃদ্ধি পায় যখন বাস্তুতন্ত্রগুলি উচ্চ মাত্রার সিও2-এর সংস্পর্শে আসে। ভবিষ্যতের পূর্বাভাসকৃত উচ্চতর সিও2 অবস্থার অধীনে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস পরীক্ষা করার জন্য অসংখ্য মুক্ত বায়ু সিও2 সমৃদ্ধকরণ (এফ. এ. সি. ই) গবেষণা পরিচালিত হয়েছে। সাম্প্রতিক এফ. এ. সি. ই গবেষণায় দেখা গেছে যে শিকড়ের জৈববস্তুপুঞ্জ এবং মাইক্রোবিয়াল ক্রিয়াকলাপ বৃদ্ধির কারণে মাটির শ্বাসপ্রশ্বাসে বড় বৃদ্ধি ঘটেছে। টেনেসির একটি সুইটগাম বন এবং উইসকনসিনের পপলার বনাঞ্চলে উচ্চতর সিও2 অবস্থার অধীনে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস 40.6% পর্যন্ত বৃদ্ধি পেয়েছে। মানুষের জীবাশ্ম জ্বালানির ক্রমবর্ধমান ব্যবহার এবং ভূমি ব্যবহারের অনুশীলনের কারণে এই শতাব্দীর মাঝামাঝি সময়ে এই ফেস পরীক্ষায় ব্যবহৃত কার্বন ডাই অক্সাইডের মাত্রা ছাড়িয়ে যাওয়ার সম্ভাবনা রয়েছে। জলবায়ু উষ্ণায়ন মাটির তাপমাত্রা বৃদ্ধির কারণে আমাদের বায়ুমণ্ডলে সিও2-এর মাত্রা বৃদ্ধি পায় এবং এর ফলে পৃথিবীর গড় গড় তাপমাত্রা বৃদ্ধি পাচ্ছে। এটি মানুষের ক্রিয়াকলাপ যেমন বন পরিষ্কার করা, মাটি নষ্ট করা এবং অটোট্রফিক প্রক্রিয়াগুলি ধ্বংস করে এমন উন্নয়নের কারণে হয়। সালোকসংশ্লেষক উদ্ভিদের মাটির পৃষ্ঠকে আচ্ছাদন এবং শীতল করার ক্ষতির সাথে, ইনফ্রারেড শক্তি মাটিতে প্রবেশ করে এটিকে গরম করে এবং হেটেরোট্রফিক ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধি করে। মাটিতে হেটেরোট্রফগুলি জৈব পদার্থকে দ্রুত হ্রাস করে এবং মাটির কাঠামো ভেঙে যায়, এইভাবে এটি সমুদ্রে স্রোত এবং নদীতে দ্রবীভূত হয়। বন পরিষ্কারের ফলে বন্যায় ভেসে যাওয়া বেশিরভাগ জৈব পদার্থ মোহনা, জলাভূমি এবং অবশেষে খোলা সমুদ্রে চলে যায়। ভূপৃষ্ঠের জলের ক্রমবর্ধমান অশান্তির কারণে জৈবিক অক্সিজেনের চাহিদা বৃদ্ধি পায় এবং আরও বেশি অটোট্রফিক জীব মারা যায়। মাটির আচ্ছাদন হ্রাসের কারণে তাপমাত্রা বৃদ্ধির পরে মাটির ব্যাকটেরিয়ার শ্বাস-প্রশ্বাস বৃদ্ধির সাথে সাথে কার্বন ডাই অক্সাইডের মাত্রা বৃদ্ধি পায়। আগে যেমন উল্লেখ করা হয়েছে, তাপমাত্রা মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হারকে ব্যাপকভাবে প্রভাবিত করে। এটি আর্কটিক অঞ্চলে সবচেয়ে মারাত্মক প্রভাব ফেলতে পারে। কার্বনের বড় বড় ভাণ্ডার হিমায়িত পারমাফ্রস্টে আটকে থাকে। তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে এই পারমাফ্রস্ট গলে যাচ্ছে এবং বায়বীয় পরিস্থিতি বিরাজ করতে শুরু করেছে, যার ফলে সেই বাস্তুতন্ত্রে শ্বাস-প্রশ্বাসের হার ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি পাচ্ছে। বৃষ্টিপাতের পরিবর্তন তাপমাত্রার পরিবর্তনশীল বিন্যাস এবং সমুদ্রের অবস্থার পরিবর্তনের কারণে, বৃষ্টিপাতের বিন্যাসের অবস্থান, ফ্রিকোয়েন্সি এবং তীব্রতার পরিবর্তন হবে বলে আশা করা হচ্ছে। বড় এবং আরও ঘন ঘন ঝড় প্রত্যাশিত হয় যখন মহাসাগরগুলি গঠনকারী ঝড় ব্যবস্থায় আরও শক্তি স্থানান্তর করতে পারে। এটি জেরিক বা শুষ্ক বাস্তুতন্ত্রের উপর সবচেয়ে বেশি প্রভাব ফেলতে পারে। এটি দেখানো হয়েছে যে শুষ্ক বাস্তুতন্ত্রে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস একটি বৃষ্টিপাত চক্রের মধ্যে গতিশীল পরিবর্তন দেখায়। শুষ্ক মাটিতে শ্বাস-প্রশ্বাসের হার সাধারণত বৃষ্টিপাতের পরে খুব উচ্চ মাত্রায় ফেটে যায় এবং তারপর মাটি শুকিয়ে যাওয়ার সাথে সাথে ধীরে ধীরে হ্রাস পায়। পূর্ববর্তী ব্যাপক বৃষ্টিপাত ছাড়া এলাকায় বৃষ্টিপাতের ফ্রিকোয়েন্সি এবং তীব্রতা বৃদ্ধির সাথে সাথে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের নাটকীয় বৃদ্ধি অনুমান করা যেতে পারে। নাইট্রোজেন নিষিক্তকরণ গত শতাব্দীর মাঝামাঝি সময়ে সবুজ বিপ্লব শুরু হওয়ার পর থেকে, প্রচুর পরিমাণে নাইট্রোজেন সার উৎপাদন করা হয়েছে এবং প্রায় সমস্ত কৃষি ব্যবস্থায় চালু করা হয়েছে। এর ফলে কৃষি প্রবাহ এবং বায়ু-চালিত নিষিক্তকরণের কারণে বিশ্বজুড়ে বাস্তুতন্ত্রে উদ্ভিদের উপলব্ধ নাইট্রোজেন বৃদ্ধি পেয়েছে। আগে যেমন আলোচনা করা হয়েছে, নাইট্রোজেন মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের মাত্রা এবং হারের উপর উল্লেখযোগ্য ইতিবাচক প্রভাব ফেলতে পারে। মাটির নাইট্রোজেনের বৃদ্ধি উদ্ভিদের অন্ধকার শ্বাস-প্রশ্বাস বৃদ্ধি করে, শিকড়ের শ্বাস-প্রশ্বাসের নির্দিষ্ট হারকে উদ্দীপিত করে এবং মোট শিকড়ের জৈববস্তুপুঞ্জ বৃদ্ধি করে। এর কারণ হল উচ্চ নাইট্রোজেন হার উচ্চ উদ্ভিদ বৃদ্ধির হারের সাথে যুক্ত। উচ্চ উদ্ভিদ বৃদ্ধির হার গবেষণায় পাওয়া শ্বসন এবং জৈববস্তুপুঞ্জের বৃদ্ধি ঘটাবে। উৎপাদনশীলতার এই বৃদ্ধির সাথে সাথে মাটির ক্রিয়াকলাপ বৃদ্ধি এবং তাই শ্বাস-প্রশ্বাস নিশ্চিত করা যেতে পারে। গুরুত্ব মৃত্তিকা শ্বাস-প্রশ্বাস বিশ্বব্যাপী কার্বন এবং পুষ্টি চক্রের পাশাপাশি জলবায়ু পরিবর্তনের চালক হিসাবে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এই ভূমিকাগুলি প্রাকৃতিক বিশ্ব এবং মানব সংরক্ষণ সম্পর্কে আমাদের বোঝার জন্য গুরুত্বপূর্ণ। বৈশ্বিক কার্বন সাইক্লিং মৃত্তিকা শ্বাস-প্রশ্বাস বাস্তুতন্ত্রের স্তরে এবং বৈশ্বিক স্তরে কার্বন সাইক্লিং নিয়ন্ত্রণে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। প্রতি বছর প্রায় 120 পেটাগ্রাম (পি. জি) কার্বন স্থল উদ্ভিদের দ্বারা গ্রহণ করা হয় এবং বাস্তুতন্ত্রের শ্বাস-প্রশ্বাসের মাধ্যমে বায়ুমণ্ডলে একই পরিমাণ কার্বন নির্গত হয়। বিশ্বব্যাপী মাটিতে 3150 পি. জি পর্যন্ত কার্বন রয়েছে, যার মধ্যে 450 পি. জি জলাভূমিতে এবং 400 পি. জি স্থায়ীভাবে হিমায়িত মাটিতে রয়েছে। এই মাটিতে বায়ুমণ্ডলের চেয়ে চারগুণ বেশি কার্বন থাকে। গবেষকরা অনুমান করেছেন যে প্রতি বছর বায়ুমণ্ডলে 77 পি. জি কার্বন নিঃসরণের জন্য মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস দায়ী। জীবাশ্ম জ্বালানি পোড়ানোর মতো নৃতাত্ত্বিক উৎসগুলির (প্রতি বছর 56 পি. জি) কারণে কার্বন নিঃসরণের চেয়ে এই স্তরের নিঃসরণ বেশি। সুতরাং, মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের একটি ছোট পরিবর্তন বায়ুমণ্ডলের সিও2 ঘনত্ব বনাম মাটির কার্বন সঞ্চয়ের ভারসাম্যকে গুরুতরভাবে পরিবর্তন করতে পারে। যেমন মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস বিশ্বব্যাপী কার্বন চক্রে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করতে পারে, তেমনি এটি বিশ্বব্যাপী পুষ্টি চক্রকেও নিয়ন্ত্রণ করতে পারে। পুষ্টির সাইক্লিং মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের একটি প্রধান উপাদান হল আবর্জনার পচন যা একই সাথে পুষ্টিকে স্থির বা খনিজকরণ করার সময় পরিবেশে সিও2 মুক্ত করে। পচন চলাকালীন, নাইট্রোজেনের মতো পুষ্টিগুলি তাদের নিজস্ব বৃদ্ধির জন্য জীবাণু দ্বারা স্থির থাকে। যেহেতু এই জীবাণুগুলি খাওয়া হয় বা মারা যায়, তাই মাটিতে নাইট্রোজেন যোগ করা হয়। আবর্জনায় প্রোটিন এবং নিউক্লিক অ্যাসিডের অবক্ষয় থেকেও নাইট্রোজেন খনিজায়িত হয়। এই খনিজ নাইট্রোজেনও মাটিতে যোগ করা হয়। এই প্রক্রিয়াগুলির কারণে, মাটিতে যোগ করা নাইট্রোজেনের হার মাইক্রোবিয়াল শ্বাস-প্রশ্বাসের হারের সাথে মিলিত হয়। গবেষণায় দেখা গেছে যে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হার মাইক্রোবিয়াল টার্নওভার এবং নাইট্রোজেন খনিজীকরণের হারের সাথে যুক্ত ছিল। বৈশ্বিক চক্রের পরিবর্তন গ্রহের জলবায়ুকে আরও পরিবর্তন করতে পারে। জলবায়ু পরিবর্তন যেমন আগে বলা হয়েছে, মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের মাধ্যমে নির্গত সিও2 একটি গ্রিনহাউস গ্যাস যা শক্তিকে আটকে রাখবে এবং যদি ঘনত্ব বৃদ্ধি অব্যাহত থাকে তবে বিশ্বব্যাপী গড় তাপমাত্রা বৃদ্ধি করবে। বৈশ্বিক তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে বিশ্বজুড়ে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হার বৃদ্ধি পাবে যার ফলে বায়ুমণ্ডলে সিও2-এর ঘনত্ব বৃদ্ধি পাবে, যা আবার বৈশ্বিক তাপমাত্রা বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করবে। এটি একটি ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া লুপের একটি উদাহরণ। অনুমান করা হয় যে তাপমাত্রা 2 ডিগ্রি সেলসিয়াস বৃদ্ধি পেলে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস থেকে প্রতি বছর 10 পি. জি অতিরিক্ত কার্বন বায়ুমণ্ডলে নির্গত হবে। এটি বর্তমান নৃতাত্ত্বিক কার্বন নির্গমনের তুলনায় একটি বড় পরিমাণ। তাপমাত্রার এই বৃদ্ধি স্থায়ীভাবে হিমায়িত মাটিতে সঞ্চিত কার্বন মুক্ত করার সম্ভাবনাও রয়েছে, যা এখন গলে যাচ্ছে। জলবায়ু মডেলগুলি পরামর্শ দিয়েছে যে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস এবং তাপমাত্রার মধ্যে এই ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া একবিংশ শতাব্দীর মাঝামাঝি সময়ে মাটির সঞ্চিত কার্বন হ্রাসের দিকে পরিচালিত করবে। মৃত্তিকা শ্বাস-প্রশ্বাস একটি মূল বাস্তুতন্ত্র প্রক্রিয়া যা কার্বন ডাই অক্সাইড আকারে মাটি থেকে কার্বন মুক্ত করে। কার্বন জৈব পদার্থ হিসাবে মাটিতে সংরক্ষণ করা হয় এবং উদ্ভিদ, ব্যাকটেরিয়া, ছত্রাক এবং প্রাণী দ্বারা শ্বাস-প্রশ্বাস নেওয়া হয়। যখন এই শ্বাস-প্রশ্বাস মাটির নিচে ঘটে, তখন এটিকে মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস হিসাবে বিবেচনা করা হয়। তাপমাত্রা, মাটির আর্দ্রতা এবং নাইট্রোজেন সবই মাটির জৈব যৌগগুলিতে কার্বন থেকে সিও2-এ রূপান্তরের হার নিয়ন্ত্রণ করে। মাটির শ্বাস-প্রশ্বাস পরিমাপের জন্য অনেক পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়; তবে, বদ্ধ গতিশীল চেম্বার এবং স্থিতিশীল আইসোটোপ অনুপাতের ব্যবহার দুটি সর্বাধিক প্রচলিত কৌশল। মানুষ বায়ুমণ্ডলীয় কার্বন ডাই অক্সাইডের মাত্রা, বৃষ্টিপাতের ধরণ এবং নিষিক্তকরণের হার পরিবর্তন করেছে, যার সবকটিই মাটির শ্বাস-প্রশ্বাসের হারে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেছে। এই হারের পরিবর্তনগুলি বিশ্বব্যাপী কার্বন এবং পুষ্টি চক্রকে পরিবর্তন করার পাশাপাশি জলবায়ু পরিবর্তনে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করতে পারে। তথ্যসূত্র সু বি। (2005) বৈশ্বিক পরিবর্তনের অধীনে বাস্তুতন্ত্র কার্বন, নাইট্রোজেন এবং জলচক্রের মধ্যে মিথস্ক্রিয়াঃ ক্ষেত্র এবং মেসোকোসম পরীক্ষার ফলাফল। ওকলাহোমা বিশ্ববিদ্যালয়, নরম্যান, ওকে। ফ্ল্যানাগান এল, এবং ভিয়াম এ। (1974) তুন্দ্রায় জৈব অবশিষ্টাংশের শ্বাস-প্রশ্বাস, ওজন হ্রাস, তাপমাত্রা এবং আর্দ্রতার মধ্যে সম্পর্ক। তুন্দ্রায় মৃত্তিকা জীব এবং পচন। 249-277। বাহ্যিক সংযোগ ভূগর্ভস্থ শ্বাস-প্রশ্বাস, ডিউক বিশ্ববিদ্যালয় মৃত্তিকা জীববিজ্ঞান