Soil respiration
માટીના શ્વાસોચ્છવાસ એ કાર્બન ડાયોક્સાઇડના ઉત્પાદનનો ઉલ્લેખ કરે છે જ્યારે જમીનના સજીવો શ્વાસ લે છે. આમાં છોડના મૂળ, પ્રકાંડ, સૂક્ષ્મજીવાણુઓ અને પ્રાણીસૃષ્ટિનું શ્વસન સામેલ છે. માટીનું શ્વસન એ એક મુખ્ય ઇકોસિસ્ટમ પ્રક્રિયા છે જે કાર્બન ડાયોક્સાઇડના સ્વરૂપમાં જમીનમાંથી કાર્બન મુક્ત કરે છે. CO2 વાતાવરણમાંથી છોડ દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે અને પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં કાર્બનિક સંયોજનોમાં રૂપાંતરિત થાય છે. છોડ આ કાર્બનિક સંયોજનોનો ઉપયોગ માળખાકીય ઘટકો બનાવવા અથવા તેમને ઊર્જા મુક્ત કરવા માટે શ્વાસ લેવા માટે કરે છે. જ્યારે છોડનું શ્વસન મૂળમાં જમીનની નીચે થાય છે, ત્યારે તે જમીનના શ્વસનમાં વધારો કરે છે. સમય જતાં, છોડના માળખાકીય ઘટકોનો ઉપયોગ હેટરોટ્રોફ્સ દ્વારા કરવામાં આવે છે. આ હેટરોટ્રોફિક વપરાશ CO2 મુક્ત કરે છે અને જ્યારે આ CO2 જમીનની નીચેના સજીવો દ્વારા મુક્ત થાય છે, ત્યારે તેને માટીનું શ્વસન માનવામાં આવે છે. ઇકોસિસ્ટમમાં જમીનના શ્વસનનું પ્રમાણ ઘણા પરિબળો દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. જમીનમાં તાપમાન, ભેજ, પોષક તત્ત્વો અને ઓક્સિજનનું સ્તર શ્વસનના અત્યંત અસમાન દર પેદા કરી શકે છે. શ્વસનના આ દરને વિવિધ પદ્ધતિઓમાં માપી શકાય છે. સ્રોત ઘટકોને અલગ કરવા માટે અન્ય પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરી શકાય છે, આ કિસ્સામાં શ્વસન છોડની રચનાઓના પ્રકાશસંશ્લેષણ માર્ગ (C3/C4) નો પ્રકાર. માટીના શ્વસન દર માનવ પ્રવૃત્તિથી મોટા પ્રમાણમાં પ્રભાવિત થઈ શકે છે. આનું કારણ એ છે કે મનુષ્યોમાં અસંખ્ય વર્ષોથી જમીનના શ્વસનના વિવિધ નિયંત્રણ પરિબળોને બદલવાની ક્ષમતા છે અને તેઓ તેમાં ફેરફાર કરી રહ્યા છે. વૈશ્વિક આબોહવા પરિવર્તન વધતા વાતાવરણીય CO2, વધતા તાપમાન અને બદલાતી વરસાદની પેટર્ન સહિતના અસંખ્ય બદલાતા પરિબળોથી બનેલું છે. આ તમામ પરિબળો વૈશ્વિક જમીનના શ્વસન દરને અસર કરી શકે છે. મનુષ્યો દ્વારા નાઇટ્રોજન ગર્ભાધાનમાં વધારો પણ સમગ્ર ગ્રહ પરના દરને અસર કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે. માટીના શ્વસન અને સમગ્ર પર્યાવરણ વ્યવસ્થામાં તેનો દર સમજવો અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. આનું કારણ એ છે કે જમીનનું શ્વસન વૈશ્વિક કાર્બન ચક્ર તેમજ અન્ય પોષક ચક્રમાં મોટી ભૂમિકા ભજવે છે. છોડના માળખાઓનું શ્વસન માત્ર CO2 જ નહીં પરંતુ તે માળખામાં અન્ય પોષક તત્ત્વો પણ મુક્ત કરે છે, જેમ કે નાઇટ્રોજન. માટીનું શ્વસન વૈશ્વિક આબોહવા પરિવર્તન સાથે સકારાત્મક પ્રતિસાદ સાથે પણ સંકળાયેલું છે. સકારાત્મક પ્રતિસાદ એ છે કે જ્યારે સિસ્ટમમાં ફેરફાર પરિવર્તનની સમાન દિશામાં પ્રતિસાદ ઉત્પન્ન કરે છે. તેથી, માટીના શ્વસન દરને આબોહવા પરિવર્તનથી અસર થઈ શકે છે અને પછી આબોહવા પરિવર્તનને વધારીને પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે. જમીનમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડના સ્ત્રોતો તમામ સેલ્યુલર શ્વસન કાર્બનિક સંયોજનોમાંથી ઊર્જા, પાણી અને CO2 મુક્ત કરે છે. જમીનની નીચે થતા કોઈપણ શ્વસનને માટીનું શ્વસન ગણવામાં આવે છે. છોડના મૂળ, બેક્ટેરિયા, ફૂગ અને માટીના પ્રાણીઓ દ્વારા શ્વસન જમીનમાં CO2 છોડે છે, જે નીચે વર્ણવ્યા મુજબ છે. ટ્રાઇકાર્બોક્સિલિક એસિડ (ટી. સી. એ.) ચક્ર ટ્રાઇકાર્બોક્સિલિક એસિડ (ટી. સી. એ.) ચક્ર-અથવા સાઇટ્રિક એસિડ ચક્ર-સેલ્યુલર શ્વસનમાં એક મહત્વપૂર્ણ પગલું છે. ટી. સી. એ. ચક્રમાં, છ કાર્બન ખાંડનું ઓક્સિડાઇઝેશન થાય છે. આ ઓક્સિડેશન ખાંડમાંથી CO2 અને H2O ઉત્પન્ન કરે છે. છોડ, ફૂગ, પ્રાણીઓ અને બેક્ટેરિયા બધા આ ચક્રનો ઉપયોગ કાર્બનિક સંયોજનોને ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવા માટે કરે છે. આ રીતે મોટાભાગની જમીનનું શ્વસન તેના સૌથી મૂળભૂત સ્તરે થાય છે. આ પ્રક્રિયા ઓક્સિજન પર આધારિત હોવાથી, તેને એરોબિક શ્વસન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આથો લાવવો એ બીજી પ્રક્રિયા છે જેમાં કોષો કાર્બનિક સંયોજનોમાંથી ઊર્જા મેળવે છે. આ ચયાપચયના માર્ગમાં, ઓક્સિજનના ઉપયોગ વિના કાર્બન સંયોજનમાંથી ઊર્જા મેળવવામાં આવે છે. આ પ્રતિક્રિયાના ઉત્પાદનો કાર્બન ડાયોક્સાઇડ છે અને સામાન્ય રીતે ઇથાઇલ આલ્કોહોલ અથવા લેક્ટિક એસિડ હોય છે. ઓક્સિજનના અભાવને કારણે, આ માર્ગને એનારોબિક શ્વસન તરીકે વર્ણવવામાં આવે છે. પીટ બોગ અને વેટલેન્ડ્સની જેમ પાણી ભરાયેલા ઇકોસિસ્ટમ્સમાં જમીનના શ્વસનમાં CO2 નો આ એક મહત્વપૂર્ણ સ્રોત છે, જ્યાં ઓક્સિજનની અછત છે. જો કે, જમીનમાંથી મુક્ત થતું મોટાભાગનું CO2 શ્વસન દ્વારા થાય છે અને જમીનની નીચે શ્વસનનું સૌથી મહત્વપૂર્ણ પાસું છોડના મૂળમાં થાય છે. મૂળ શ્વસન છોડ પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલા કેટલાક કાર્બન સંયોજનોને શ્વાસમાં લે છે. જ્યારે આ શ્વસન મૂળમાં થાય છે, ત્યારે તે જમીનના શ્વસનમાં વધારો કરે છે. જમીનના કુલ શ્વાસોચ્છવાસનો લગભગ અડધો હિસ્સો મૂળના શ્વાસોચ્છવાસનો છે. જો કે, આ મૂલ્યો 10 થી 90 ટકા સુધી હોઈ શકે છે, જે ઇકોસિસ્ટમમાં પ્રબળ છોડના પ્રકારો અને જે પરિસ્થિતિઓ હેઠળ છોડ આધિન છે તેના આધારે હોઈ શકે છે. આમ, મૂળના શ્વસન દ્વારા ઉત્પન્ન થતા CO2નું પ્રમાણ મૂળના બાયોમાસ અને ચોક્કસ મૂળના શ્વસન દર દ્વારા નક્કી થાય છે. મૂળની સીધી બાજુમાં રાઇઝોસ્ફિયર તરીકે ઓળખાતો વિસ્તાર છે, જે જમીનના શ્વસનમાં પણ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. રાઇઝોસ્ફિયર શ્વસન રાઇઝોસ્ફિયર એ તેની પડોશી માટી સાથે મૂળની સપાટીની નજીકનો વિસ્તાર છે. આ ઝોનમાં છોડ અને સુક્ષ્મસજીવો વચ્ચે ગાઢ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા થાય છે. મૂળ જમીનમાં સતત પદાર્થો છોડે છે અથવા બહાર કાઢે છે. આ ઉત્સર્જનમાં શર્કરા, એમિનો એસિડ, વિટામિન્સ, લાંબી સાંકળવાળા કાર્બોહાઈડ્રેટ્સ, ઉત્સેચકો અને લાઇસેટ્સનો સમાવેશ થાય છે, જે મૂળના કોષો તૂટી જાય ત્યારે મુક્ત થાય છે. છોડની પ્રજાતિઓ વચ્ચે ઉત્સર્જન તરીકે ગુમાવેલા કાર્બનનું પ્રમાણ નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે. એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા મેળવેલ 20 ટકા કાર્બન જમીનમાં છોડવામાં આવે છે કારણ કે મૂળ બહાર નીકળે છે. આ ઉત્સર્જન મુખ્યત્વે બેક્ટેરિયા દ્વારા વિઘટિત થાય છે. આ બેક્ટેરિયા ટી. સી. એ. ચક્ર દ્વારા કાર્બન સંયોજનોને શ્વાસમાં લેશે; જો કે, આથો પણ હાજર છે. આ ઓક્સિજનની અછતને કારણે છે કારણ કે મૂળથી વધુ અંતર પરની બલ્ક માટી, માટીની તુલનામાં મૂળ દ્વારા વધુ ઓક્સિજનનો વપરાશ થાય છે. રાઇઝોસ્ફિયરમાં અન્ય મહત્વપૂર્ણ જીવતંત્ર મૂળ-ચેપી ફૂગ અથવા માયકોરિઝા છે. આ ફૂગ છોડના મૂળના સપાટીના વિસ્તારમાં વધારો કરે છે અને મૂળને છોડના વિકાસ માટે જરૂરી જમીન પોષક તત્ત્વોની વધુ માત્રાનો સામનો કરવા અને પ્રાપ્ત કરવા દે છે. આ લાભના બદલામાં, છોડ ખાંડને ફૂગમાં સ્થાનાંતરિત કરશે. ફૂગ ઊર્જા માટે આ શર્કરાને શ્વાસમાં લેશે, જેનાથી જમીનના શ્વસનમાં વધારો થશે. ફૂગ, બેક્ટેરિયા અને માટીના પ્રાણીઓ સાથે, કચરો અને માટીના કાર્બનિક પદાર્થોના વિઘટનમાં પણ મોટી ભૂમિકા ભજવે છે. માટીના પ્રાણીઓ માટીના પ્રાણીઓ બેક્ટેરિયા અને ફૂગની વસ્તી પર ચરાવે છે તેમજ માટીના શ્વસનને વધારવા માટે કચરાને ખાય છે અને તોડી નાખે છે. માઇક્રોફૌના સૌથી નાના માટીના પ્રાણીઓથી બનેલા છે. તેમાં નેમાટોડ્સ અને જીવાતનો સમાવેશ થાય છે. આ જૂથ માટીના બેક્ટેરિયા અને ફૂગ પર નિષ્ણાત છે. આ સજીવોને પીવાથી, કાર્બન કે જે શરૂઆતમાં છોડના કાર્બનિક સંયોજનોમાં હતું અને બેક્ટેરિયા અને ફૂગના માળખામાં સમાવિષ્ટ કરવામાં આવ્યું હતું તે હવે માટીના પ્રાણી દ્વારા શ્વાસ લેવામાં આવશે. મેસોફૌના લંબાઈમાં માટીના પ્રાણીઓ છે અને માટીના કચરાને ગળી જશે. ફેકલ સામગ્રી વધુ માત્રામાં ભેજ રાખશે અને વધુ સપાટી વિસ્તાર ધરાવશે. આ સુક્ષ્મસજીવો દ્વારા નવા હુમલા અને વધુ માત્રામાં જમીનના શ્વસન માટે પરવાનગી આપશે. મેક્રોફૌના એ અળસિયા અને ઉધઈ જેવા સજીવો છે. મોટાભાગનો મેક્રોફૌના ટુકડો કચરો છે, જેનાથી માઇક્રોબાયલ હુમલા માટે વધુ વિસ્તારનો સંપર્ક થાય છે. અન્ય મેક્રોફૌના બુરો અથવા ગળી ગયેલો કચરો, જમીનની જથ્થાબંધ ઘનતા ઘટાડે છે, માટીના એકત્રીકરણને તોડે છે અને માટીના વાયુમિશ્રણ અને પાણીની ઘૂસણખોરીમાં વધારો કરે છે. જમીનના શ્વસનનું નિયમન જમીનમાં CO2 ઉત્પાદનનું નિયમન વિવિધ અજૈવિક અથવા નિર્જીવ પરિબળોને કારણે થાય છે. તાપમાન, જમીનનો ભેજ અને નાઇટ્રોજન બધા જમીનમાં શ્વસનના દરમાં ફાળો આપે છે. તાપમાન શ્વસન પ્રક્રિયાઓના લગભગ તમામ પાસાઓને અસર કરે છે. તાપમાન શ્વસનને ઘાતાંકીય રીતે મહત્તમ સુધી વધારશે, જ્યારે ઉત્સેચકીય પ્રવૃત્તિમાં વિક્ષેપ આવે ત્યારે શ્વસન શૂન્ય થઈ જશે. જ્યારે શ્વસન દર મોટે ભાગે ટી. સી. એ. ચક્ર દ્વારા મર્યાદિત હોય ત્યારે તેની નીચી શ્રેણીમાં તાપમાન સાથે મૂળ શ્વસન ઝડપથી વધે છે. ઊંચા તાપમાને શર્કરાનું પરિવહન અને ચયાપચયના ઉત્પાદનો મર્યાદિત પરિબળ બની જાય છે. તાપમાન વધતાં, મૂળનું શ્વસન સંપૂર્ણપણે બંધ થવાનું શરૂ થાય છે. સુક્ષ્મસજીવોને ત્રણ તાપમાન જૂથોમાં વહેંચવામાં આવે છે; ક્રાયોફાઇલ્સ, મેસોફાઇલ્સ અને થર્મોફાઇલ્સ. ક્રાયોફાઇલ્સ નીચેનાં તાપમાને શ્રેષ્ઠ રીતે કાર્ય કરે છે, મેસોફાઇલ્સ 20 અને તેથી વધુ તાપમાન પર શ્રેષ્ઠ રીતે કાર્ય કરે છે અને થર્મોફાઇલ્સ ઉપરના તાપમાને શ્રેષ્ઠ રીતે કાર્ય કરે છે. કુદરતી જમીનમાં ઘણા જુદા જુદા સમૂહો અથવા સુક્ષ્મસજીવોના જૂથો અસ્તિત્વ ધરાવે છે. આ બધા સમૂહો જુદી જુદી પરિસ્થિતિઓમાં શ્રેષ્ઠ રીતે કાર્ય કરશે, તેથી શ્વસન ખૂબ જ વ્યાપક શ્રેણીમાં થઈ શકે છે. તાપમાનમાં વધારો જમીનના શ્વસનના ઊંચા દર તરફ દોરી જાય છે જ્યાં સુધી ઉચ્ચ મૂલ્યો માઇક્રોબાયલ કાર્યને મંદ ન કરે ત્યાં સુધી, આ તે જ પેટર્ન છે જે જમીનના ભેજ સ્તર સાથે જોવા મળે છે. જમીનનો ભેજ જમીનનો ભેજ એ જમીનના શ્વસનને પ્રભાવિત કરતું અન્ય એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે. સૂકી પરિસ્થિતિઓમાં માટીનું શ્વસન ઓછું હોય છે અને મધ્યવર્તી ભેજ સ્તર પર મહત્તમ સુધી વધે છે જ્યાં સુધી ભેજની માત્રા ઓક્સિજનને બાકાત રાખે ત્યાં સુધી તે ઘટવાનું શરૂ કરે છે. આ એનારોબિક પરિસ્થિતિઓને પ્રવર્તે છે અને એરોબિક માઇક્રોબાયલ પ્રવૃત્તિને ઘટાડે છે. અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે જમીનનો ભેજ માત્ર સૌથી નીચી અને સૌથી વધુ પરિસ્થિતિઓમાં શ્વસનને મર્યાદિત કરે છે, જેમાં મોટાભાગના ઇકોસિસ્ટમ્સ માટે મધ્યવર્તી જમીનના ભેજ સ્તર પર વિશાળ ઉચ્ચપ્રદેશ અસ્તિત્વ ધરાવે છે. ઘણા સુક્ષ્મસજીવો જમીનમાં ઓછી ભેજની સ્થિતિમાં વૃદ્ધિ અને અસ્તિત્વ ટકાવી રાખવા માટેની વ્યૂહરચનાઓ ધરાવે છે. ઊંચી જમીનની ભેજની પરિસ્થિતિઓમાં, ઘણા બેક્ટેરિયા ખૂબ વધારે પાણી લે છે, જેના કારણે તેમના કોષ પટલમાં ઊથલપાથલ થાય છે અથવા તૂટી જાય છે. આ અસ્થાયી રૂપે જમીનના શ્વસનના દરમાં ઘટાડો કરી શકે છે, પરંતુ બેક્ટેરિયાના લિસિસ અન્ય ઘણા બેક્ટેરિયા માટે સંસાધનોમાં વધારો કરે છે. ઉપલબ્ધ અસ્થિર સબસ્ટ્રેટ્સમાં આ ઝડપી વધારો ટૂંકા ગાળાના ઉન્નત માટીના શ્વસનનું કારણ બને છે. જમીનના વધતા ભેજ સાથે, ખાસ કરીને શુષ્ક ઇકોસિસ્ટમ્સમાં, મૂળના શ્વસનમાં વધારો થશે; જો કે, જમીનના ભેજ માટે વ્યક્તિગત પ્રજાતિઓના મૂળના શ્વસન પ્રતિભાવ જીવનના ઇતિહાસના લક્ષણોના આધારે પ્રજાતિથી પ્રજાતિમાં વ્યાપક રીતે બદલાશે. જમીનમાં ભેજનું ઊંચું સ્તર વાતાવરણીય ઓક્સિજનની પહોંચ મર્યાદિત કરીને મૂળના શ્વસનને દબાવશે. વેટલેન્ડ પ્લાન્ટ્સના અપવાદ સાથે, જેમણે મૂળ વાયુમિશ્રણ માટે ચોક્કસ પદ્ધતિઓ વિકસાવી છે, મોટાભાગના છોડ ઓછા ઓક્સિજન સાથે વેટલેન્ડ માટીના વાતાવરણમાં અનુકૂળ નથી. જ્યારે જમીનનું શ્વસન પણ બાયોઇલેક્ટ્રોજેનેસિસ દ્વારા જમીનના રેડૉક્સને ઘટાડે છે ત્યારે જમીનના ઊંચા ભેજની શ્વસન ભીનાશની અસર વધે છે. માટી આધારિત માઇક્રોબાયલ ઇંધણ કોષો વિજ્ઞાનના વર્ગખંડો માટે લોકપ્રિય શૈક્ષણિક સાધનો બની રહ્યા છે. નાઇટ્રોજન નાઇટ્રોજન જમીનના શ્વસનને ઘણી રીતે સીધી અસર કરે છે. છોડની વૃદ્ધિ અને જીવનને પ્રોત્સાહન આપવા માટે નાઇટ્રોજનને મૂળ દ્વારા લેવું આવશ્યક છે. સૌથી વધુ ઉપલબ્ધ નાઇટ્રોજન એન. ઓ. 3-ના સ્વરૂપમાં હોય છે, જે મૂળમાં પ્રવેશવા માટે કાર્બન ડાયોક્સાઇડના 0.40 એકમોનો ખર્ચ કરે છે કારણ કે ઊર્જાનો ઉપયોગ તેને સાંદ્રતા ઢાળ ઉપર ખસેડવા માટે થવો જોઈએ. એકવાર મૂળની અંદર ગયા પછી NO3-ને NH3 સુધી ઘટાડવું આવશ્યક છે. આ પગલામાં વધુ ઊર્જાની જરૂર પડે છે, જે ઘટેલા અણુ દીઠ CO2ના 2 એકમો બરાબર છે. વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનને સ્થિર કરતા બેક્ટેરિયલ પ્રતીકો ધરાવતા છોડમાં, વાતાવરણીય N2માંથી NH3નો એક અણુ પ્રાપ્ત કરવા માટે પ્લાન્ટનો ઊર્જાસભર ખર્ચ 2.36 CO2 છે. તે જરૂરી છે કે છોડ જમીનમાંથી નાઇટ્રોજન ગ્રહણ કરે અથવા વૃદ્ધિ, પ્રજનન અને લાંબા ગાળાના અસ્તિત્વની ખાતરી આપવા માટે તેને વાતાવરણમાંથી ઠીક કરવા માટે પ્રતીકો પર આધાર રાખે. નાઇટ્રોજન જમીનના શ્વસનને અસર કરે છે તે બીજી રીત કચરાના વિઘટન દ્વારા છે. ઉચ્ચ નાઇટ્રોજન કચરો ઉચ્ચ ગુણવત્તાનો માનવામાં આવે છે અને તે ઓછી ગુણવત્તાના કચરા કરતાં સુક્ષ્મસજીવો દ્વારા વધુ સરળતાથી વિઘટિત થાય છે. છોડના સખત માળખાકીય સંયોજન સેલ્યુલોઝનું અધઃપતન પણ નાઇટ્રોજનની મર્યાદિત પ્રક્રિયા છે અને કચરામાં નાઇટ્રોજનના ઉમેરા સાથે તેમાં વધારો થશે. માપનની પદ્ધતિઓ જમીનના શ્વસન દરના માપન અને સ્રોતોના નિર્ધારણ માટે વિવિધ પદ્ધતિઓ અસ્તિત્વમાં છે. પદ્ધતિઓને ક્ષેત્ર અને પ્રયોગશાળા આધારિત પદ્ધતિઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. સૌથી સામાન્ય ક્ષેત્ર પદ્ધતિઓમાં જુદા જુદા સમયે એક સ્થાન પર માપન માટે લાંબા ગાળાની એકલ માટી પ્રવાહ પ્રણાલીનો ઉપયોગ; વિવિધ સ્થળોએ અને જુદા જુદા સમયે માપન માટે સર્વેક્ષણ માટી શ્વસન પ્રણાલીનો સમાવેશ થાય છે. સ્થિર સમસ્થાનિક ગુણોત્તરનો ઉપયોગ ક્ષેત્ર માપનની પ્રયોગશાળા બંનેમાં થઈ શકે છે. માટીના શ્વસનને એકલા અથવા વધારાના પોષક તત્ત્વો અને (કાર્બન) સબસ્ટ્રેટ્સ સાથે માપી શકાય છે જે સુક્ષ્મસજીવોને ખાદ્ય સ્રોતો પૂરા પાડે છે. પોષક તત્ત્વો અને સબસ્ટ્રેટ્સના કોઈપણ ઉમેરા વિના માટીના શ્વસનને મૂળભૂત માટી શ્વસન (બી. આર.) કહેવામાં આવે છે. પોષક તત્ત્વો (ઘણીવાર નાઇટ્રોજન અને ફોસ્ફરસ) અને સબસ્ટ્રેટ્સ (દા. ત.) ના ઉમેરા સાથે. શર્કરા), તેને સબસ્ટ્રેટ-પ્રેરિત માટી શ્વસન (એસ. આઈ. આર.) કહેવામાં આવે છે. બી. આર. અને એસ. આઈ. આર. બંને માપમાં, ભેજનું પ્રમાણ પાણી સાથે સમાયોજિત કરી શકાય છે. ક્ષેત્ર પદ્ધતિઓ સમય જતાં એક સ્થાન પર માપન માટે લાંબા ગાળાની એકલ માટી પ્રવાહ પ્રણાલીઓ આ પ્રણાલીઓ લાંબા સમય સુધી એક સ્થાન પર માપન કરે છે. તેઓ માત્ર એક જ સ્થાન પર માપતા હોવાથી, નાના અંતર પર જમીનની પરિવર્તનશીલતાને કારણે થતી માપ ભૂલને ઘટાડવા માટે બહુવિધ સ્ટેશનોનો ઉપયોગ કરવો સામાન્ય છે. જમીનની પરિવર્તનશીલતાનું સર્વેક્ષણ માટીના શ્વસન સાધનો સાથે પરીક્ષણ કરી શકાય છે. લાંબા ગાળાના સાધનો માપન સ્થળને શક્ય હોય તેટલી આજુબાજુની પરિસ્થિતિઓમાં ખુલ્લા પાડવા માટે રચાયેલ છે. લાંબા ગાળાના એકલ ઉપકરણોના પ્રકાર બંધ, બિન-સ્થિર સ્થિતિ પ્રણાલીઓ બંધ પ્રણાલીઓ જમીન પર બંધ ચેમ્બરમાં ટૂંકા ગાળાના માપન (સામાન્ય રીતે માત્ર થોડી મિનિટોમાં) લે છે. માટીના CO2 પ્રવાહના દરની ગણતરી ચેમ્બરની અંદર વધેલા CO2ના આધારે કરવામાં આવે છે. બંધ ચેમ્બરની પ્રકૃતિમાં જ CO2 એકઠા થવાનું ચાલુ રહે છે, તેથી સમય જતાં ચેમ્બરની અંદર CO2ના અતિશય નિર્માણને ટાળીને, શોધી શકાય તેવા, રેખીય સાંદ્રતામાં વધારો હાંસલ કરવા માટે માપનના સમયગાળાને ઘટાડીને લઘુત્તમ કરવામાં આવે છે. વ્યક્તિગત પરીક્ષણ માહિતી અને દૈનિક CO2 શ્વસન માપન માહિતી બંને સુલભ છે. આવી પ્રણાલીઓ માટે જમીનનું તાપમાન, જમીનનો ભેજ અને પી. એ. આર. (પ્રકાશસંશ્લેષક રીતે સક્રિય કિરણોત્સર્ગ) માપવાનું પણ સામાન્ય છે. આ ચલ સામાન્ય રીતે CO2 મૂલ્યો સાથે માપન ફાઇલમાં નોંધવામાં આવે છે. માટીના શ્વસનના નિર્ધારણ અને CO2ના વધારા માટે, સંશોધકોએ રેખીય પ્રતિગમન વિશ્લેષણ, પેડરસન (2001) અલ્ગોરિધમ અને ઘાતાંકીય પ્રતિગમનનો ઉપયોગ કર્યો છે. રેખીય રીગ્રેસન વિશ્લેષણ માટે વધુ પ્રકાશિત સંદર્ભો છે; જો કે, પેડરસન અલ્ગોરિધમ અને ઘાતાંકીય રીગ્રેસન વિશ્લેષણ પદ્ધતિઓ પણ તેમની નીચે મુજબ છે. કેટલીક પ્રણાલીઓ ગાણિતિક પદ્ધતિઓની પસંદગી આપે છે. રેખીય રીગ્રેસનનો ઉપયોગ કરતી વખતે, બહુવિધ ડેટા બિંદુઓને ગ્રાફ કરવામાં આવે છે અને બિંદુઓને રેખીય રીગ્રેસન સમીકરણ સાથે ફીટ કરી શકાય છે, જે ઢોળાવ પ્રદાન કરશે. આ ઢોળાવ સમીકરણ સાથે જમીનના શ્વસનનો દર પ્રદાન કરી શકે છે, જ્યાં F એ જમીનના શ્વસનનો દર છે, b એ ઢોળાવ છે, V એ ચેમ્બરનું કદ છે અને A એ ચેમ્બર દ્વારા આવરી લેવામાં આવેલી જમીનનો સપાટી વિસ્તાર છે. તે મહત્વનું છે કે માપનને લાંબા સમય સુધી ચલાવવાની મંજૂરી આપવામાં ન આવે કારણ કે ચેમ્બરમાં CO2ની સાંદ્રતામાં વધારો પણ જમીનની રૂપરેખાઓના છિદ્રાળુ ટોચના સ્તરમાં CO2ની સાંદ્રતામાં વધારો કરશે. સાંદ્રતામાં આ વધારો જમીનની અંદર વધારાના CO2 સંગ્રહિત થવાને કારણે જમીનના શ્વસન દરને ઓછો અંદાજ આપશે. ઓપન, સ્ટેડી-સ્ટેટ સિસ્ટમ્સ ઓપન મોડ સિસ્ટમ્સ જ્યારે ચેમ્બર સંતુલનને માપવામાં આવે ત્યારે માટીના પ્રવાહ દર શોધવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવી છે. ચેમ્બર બંધ થાય અને સીલ થાય તે પહેલાં ચેમ્બરમાંથી હવા વહે છે. આ માપન પહેલાં ચેમ્બરમાંથી કોઈપણ બિન-સભાન CO2 સ્તરને શુદ્ધ કરે છે. ચેમ્બર બંધ થયા પછી, તાજી હવા નિયંત્રિત અને પ્રોગ્રામ કરી શકાય તેવા પ્રવાહ દર પર ચેમ્બરમાં પમ્પ કરવામાં આવે છે. આ જમીનમાંથી CO2 સાથે ભળી જાય છે, અને થોડા સમય પછી, સંતુલન પ્રાપ્ત થાય છે. સંશોધક વિતેલા સમયમાં ક્રમિક વાંચન વચ્ચેના CO2 માપનમાં તફાવત તરીકે સંતુલન બિંદુને સ્પષ્ટ કરે છે. મૂલ્યાંકન દરમિયાન, પરિવર્તનનો દર ધીમે ધીમે ત્યાં સુધી ઘટે છે જ્યાં સુધી તે ગ્રાહકના પરિવર્તનના માપદંડના દર અથવા મૂલ્યાંકન માટે મહત્તમ પસંદ કરેલા સમયને પૂર્ણ ન કરે. એકવાર ચેમ્બરની અંદર સંતુલનની સ્થિતિ પહોંચી જાય પછી માટીનો પ્રવાહ અથવા પરિવર્તનનો દર નક્કી કરવામાં આવે છે. ચેમ્બર પ્રવાહ દર અને સમય પ્રોગ્રામેબલ છે, સચોટ રીતે માપવામાં આવે છે અને ગણતરીમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે. આ પ્રણાલીઓમાં છીદ્રો હોય છે જે બંધ સ્થિતિ પ્રણાલીઓ હેઠળ ચર્ચા કરાયેલા આંશિક CO2 દબાણના સંભવિત અસ્વીકાર્ય નિર્માણને રોકવા માટે રચાયેલ છે. ચેમ્બરની અંદરની હવાની હિલચાલ ચેમ્બરના દબાણમાં વધારો કરી શકે છે, અથવા બાહ્ય પવન ચેમ્બરનું દબાણ ઘટાડી શકે છે, તેથી એક વેન્ટ આપવામાં આવે છે જે શક્ય તેટલું પવન પ્રતિરોધક બનવા માટે રચાયેલ છે. ખુલ્લી પ્રણાલીઓ જમીનની રચનાની વિવિધતા અથવા જમીનની સપાટી પર સીમા સ્તર પ્રતિકારના મુદ્દાઓ માટે પણ સંવેદનશીલ નથી. જમીનની સપાટી પરના ચેમ્બરમાં હવાનો પ્રવાહ સીમા સ્તર પ્રતિકારની ઘટનાઓને ઘટાડવા માટે રચાયેલ છે. હાઇબ્રિડ મોડ સિસ્ટમ્સ એક હાઇબ્રિડ સિસ્ટમ પણ અસ્તિત્વમાં છે. તેમાં એક વેન્ટ છે જે શક્ય તેટલું પવન પ્રતિરોધક બનવા માટે રચાયેલ છે, અને સંભવિત અસ્વીકાર્ય આંશિક CO2 દબાણ નિર્માણને અટકાવે છે, પરંતુ અન્ય બાબતોમાં ક્લોઝ મોડ ડિઝાઇન સિસ્ટમની જેમ કામ કરવા માટે રચાયેલ છે. સર્વેક્ષણ માટી શ્વસન પ્રણાલીઓ-વિવિધ સ્થળોએ અને જુદા જુદા સમયે CO2 શ્વસનની વિવિધતાનું પરીક્ષણ કરવા માટે આ કાં તો ખુલ્લા અથવા બંધ મોડ ઉપકરણો છે જે પોર્ટેબલ અથવા અર્ધ-પોર્ટેબલ છે. તેઓ વિવિધ સ્થળોએ અને જુદા જુદા સમયે CO2 માટીના શ્વસનની પરિવર્તનશીલતાને માપે છે. આ પ્રકારના સાધન સાથે, માટીના કોલર કે જે સર્વેક્ષણ માપન સાધન સાથે જોડી શકાય છે તે જમીનમાં દાખલ કરવામાં આવે છે અને માટીને અમુક સમય માટે સ્થિર થવા દેવામાં આવે છે. માટીના કોલરનો દાખલ અસ્થાયી રૂપે માટીને ખલેલ પહોંચાડે છે, માપવાની કલાકૃતિઓ બનાવે છે. આ કારણોસર, વિવિધ સ્થળોએ માટીના ઘણા કોલર દાખલ કરવા સામાન્ય છે. CO2ના બાજુની બાજુએ ફેલાવાને મર્યાદિત કરવા માટે માટીના કોલર પૂરતા પ્રમાણમાં દાખલ કરવામાં આવે છે. માટીના સ્થિરીકરણ પછી, સંશોધક પછી માટીના શ્વસનને માપવા માટે પ્રાયોગિક ડિઝાઇન અનુસાર એક કોલરથી બીજા કોલરમાં જાય છે. સર્વેક્ષણ માટી શ્વસન પ્રણાલીઓનો ઉપયોગ લાંબા ગાળાના એકલા અસ્થાયી સાધનોની સંખ્યા નક્કી કરવા માટે પણ થઈ શકે છે જે ભૂલના સ્વીકાર્ય સ્તરને પ્રાપ્ત કરવા માટે જરૂરી છે. જમીનની વધુ કે ઓછી શ્વાસોચ્છવાસની વૈવિધ્યતાને કારણે વિવિધ સ્થળોએ લાંબા ગાળાના એકલ એકમોની વિવિધ સંખ્યાઓની જરૂર પડી શકે છે. આઇસોટોપ પદ્ધતિઓ છોડ CO2 મેળવે છે અને ત્રણ પ્રકાશસંશ્લેષણ માર્ગોમાંથી એકના ઉપયોગથી કાર્બનિક સંયોજનો ઉત્પન્ન કરે છે. બે સૌથી પ્રચલિત માર્ગો C3 અને C4 પ્રક્રિયાઓ છે. C3 છોડ ઠંડી અને ભીની પરિસ્થિતિઓ માટે શ્રેષ્ઠ રીતે અનુકૂળ છે જ્યારે C4 છોડ ગરમ અને સૂકી ઇકોસિસ્ટમ્સમાં સારી રીતે કામ કરે છે. બે માર્ગો વચ્ચેના વિવિધ પ્રકાશસંશ્લેષક ઉત્સેચકોને કારણે, વિવિધ કાર્બન આઇસોટોપ પ્રાધાન્યમાં હસ્તગત કરવામાં આવે છે. આઇસોટોપ એ એક જ તત્વ છે જે ન્યુટ્રોનની સંખ્યામાં અલગ પડે છે, જેનાથી એક આઇસોટોપ બીજા કરતા ભારે બને છે. બે સ્થિર કાર્બન આઇસોટોપ 12C અને 13C છે. C3 માર્ગ C4 માર્ગ કરતાં વધુ ભારે આઇસોટોપ સામે ભેદભાવ કરશે. આ C4 છોડમાંથી ઉત્પાદિત છોડની રચનાઓને ભારે આઇસોટોપમાં વધુ સમૃદ્ધ બનાવશે અને તેથી આ છોડમાંથી નીકળતા મૂળ અને કચરો પણ વધુ સમૃદ્ધ બનશે. જ્યારે આ માળખામાં કાર્બન શ્વાસમાં લેવામાં આવે છે, ત્યારે CO2 બે આઇસોટોપનો સમાન ગુણોત્તર બતાવશે. સંશોધકો જમીન પર C4 પ્લાન્ટ ઉગાડશે જે અગાઉ C3 પ્લાન્ટ દ્વારા કબજો કરવામાં આવ્યો હતો અથવા ઊલટું. માટીના શ્વસનનું માપ લઈને અને CO2ના સમસ્થાનિક ગુણોત્તરનું વિશ્લેષણ કરીને તે નક્કી કરી શકાય છે કે જમીનનું શ્વસન મોટે ભાગે જૂનું છે કે તાજેતરમાં રચાયેલું કાર્બન. ઉદાહરણ તરીકે, મકાઈ, એક C4 છોડ, જમીન પર ઉગાડવામાં આવતો હતો જ્યાં વસંત ઘઉં, એક C3 છોડ, અગાઉ ઉગાડવામાં આવતો હતો. પરિણામોએ પ્રથમ 40 દિવસમાં C3 SOMનું શ્વસન દર્શાવ્યું હતું, જેમાં 70મા દિવસ સુધી ભારે આઇસોટોપ સંવર્ધનમાં ધીમે ધીમે રેખીય વધારો થયો હતો. 70 પછીના દિવસોમાં 100 દિવસની ટોચ પર ધીમું સંવર્ધન જોવા મળ્યું હતું. સ્થિર કાર્બન આઇસોટોપ ડેટાનું વિશ્લેષણ કરીને શ્વાસ લેવામાં આવતા એસ. ઓ. એમ. ના સ્રોત ઘટકો નક્કી કરવાનું શક્ય છે જે વિવિધ પ્રકાશસંશ્લેષણ માર્ગો દ્વારા ઉત્પન્ન થયા હતા. સ્થિર આઇસોટોપનો ઉપયોગ કરીને ક્ષેત્રમાં સબસ્ટ્રેટ-પ્રેરિત શ્વાસોચ્છવાસ ક્ષેત્રમાં જમીનના શ્વાસોચ્છવાસના માપનમાં એક સમસ્યા એ છે કે સુક્ષ્મસજીવોના શ્વાસોચ્છવાસને છોડના મૂળ અને માટીના પ્રાણીઓના શ્વાસોચ્છવાસથી અલગ કરી શકાતો નથી. સ્થિર આઇસોટોપ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને આને દૂર કરી શકાય છે. શેરડીની ખાંડ એ C4-ખાંડ છે જે આઇસોટોપિક ટ્રેસર તરીકે કામ કરી શકે છે. C3 ઇકોસિસ્ટમ (δ13C = −25 થી −28Â) માં અંતઃજનન (કુદરતી) કાર્બન કરતાં શેરડીની ખાંડમાં 13C (δ13C ≈ −10Â) ની થોડી વધારે વિપુલતા હોય છે. શેરડીની ખાંડને જમીન પર દ્રાવણમાં છંટકાવ કરી શકાય છે અને તે ઉપરની જમીનમાં ઘૂસી જશે, માત્ર સુક્ષ્મસજીવો ઉમેરવામાં આવેલી ખાંડને શ્વાસમાં લેશે કારણ કે મૂળ સંપૂર્ણપણે કાર્બન ઉત્પાદનોને શ્વાસમાં લે છે જે પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા છોડ દ્વારા આત્મસાત થાય છે. શેરડીની ખાંડ સાથે અથવા ઉમેર્યા વિના જમીનમાંથી વિકસતા CO2 ના δ13C ના વિશ્લેષણ દ્વારા, C3 (મૂળ અને માઇક્રોબાયલ) અને C4 (માઇક્રોબાયલ શ્વસન) ના અપૂર્ણાંકની ગણતરી કરી શકાય છે. સ્થિર આઇસોટોપનો ઉપયોગ કરીને ક્ષેત્ર શ્વસનનો ઉપયોગ જમીનના પોષક તત્ત્વો, ઓક્સિજન અને જમીનના અશુદ્ધિઓને મિશ્રિત કરીને માઇક્રોબાયલ સમુદાયોને ખલેલ પહોંચાડ્યા વિના માઇક્રોબાયલ શ્વસનને માપવા માટે એક સાધન તરીકે થઈ શકે છે. માનવ અશાંતિના પ્રતિભાવો છેલ્લા 160 વર્ષોમાં, મનુષ્યોએ જમીનનો ઉપયોગ અને ઔદ્યોગિક પદ્ધતિઓ બદલી છે, જેણે આબોહવા અને વૈશ્વિક જૈવ ભૂરાસાયણિક ચક્રમાં ફેરફાર કર્યો છે. આ ફેરફારોએ ગ્રહની આસપાસ જમીનના શ્વસનના દરને અસર કરી છે. વધુમાં, ગરમીના મોજાઓ (ઉચ્ચ તાપમાનની વિક્ષેપ અને સંકળાયેલ તીવ્ર દુષ્કાળ) જેવી વધુ પડતી આત્યંતિક આબોહવાની ઘટનાઓ, ત્યારબાદ તીવ્ર વરસાદ, માઇક્રોબાયલ સમુદાયો અને માટીના ભૌતિક-રસાયણશાસ્ત્ર પર અસર અને જમીનના શ્વસનમાં ફેરફારોને પ્રેરિત કરી શકે છે. કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાં વધારો ઔદ્યોગિક ક્રાંતિથી, મનુષ્યોએ વાતાવરણમાં વિશાળ માત્રામાં CO2નું ઉત્સર્જન કર્યું છે. આ ઉત્સર્જનમાં સમય જતાં ઘણો વધારો થયો છે અને વૈશ્વિક વાતાવરણીય CO2નું સ્તર વધીને 750,000થી વધુ વર્ષોમાં તેમના સર્વોચ્ચ સ્તરે પહોંચી ગયું છે. જ્યારે ઇકોસિસ્ટમ્સ CO2ના ઊંચા સ્તરના સંપર્કમાં આવે છે ત્યારે માટીના શ્વસનમાં વધારો થાય છે. ભવિષ્યની અનુમાનિત ઉન્નત CO2 પરિસ્થિતિઓ હેઠળ જમીનના શ્વસનનું પરીક્ષણ કરવા માટે અસંખ્ય મુક્ત હવા CO2 સંવર્ધન (FACE) અભ્યાસો હાથ ધરવામાં આવ્યા છે. તાજેતરના FACE અભ્યાસોએ રુટ બાયોમાસ અને માઇક્રોબાયલ પ્રવૃત્તિમાં વધારો થવાને કારણે જમીનના શ્વસનમાં મોટો વધારો દર્શાવ્યો છે. ટેનેસીમાં સ્વીટગમ જંગલમાં અને વિસ્કોન્સિનમાં પોપ્લર જંગલોમાં એલિવેટેડ CO2 પરિસ્થિતિઓમાં માટીનું શ્વસન 40.6% સુધી વધતું જોવા મળ્યું છે. અશ્મિભૂત ઇંધણ અને જમીનના ઉપયોગની પ્રથાઓના વધતા માનવ ઉપયોગને કારણે આ સદીના મધ્ય સુધીમાં CO2નું સ્તર આ FACE પ્રયોગોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા સ્તર કરતાં વધી જશે તેવી અત્યંત સંભાવના છે. આબોહવા ઉષ્ણતામાન જમીનના તાપમાનમાં વધારો થવાને કારણે આપણા વાતાવરણમાં CO2નું સ્તર વધે છે અને તેથી પૃથ્વીનું સરેરાશ તાપમાન વધી રહ્યું છે. આ માનવ પ્રવૃત્તિઓને કારણે છે જેમ કે જંગલ સાફ કરવું, માટીને નાબૂદ કરવી અને વિકાસ જે ઓટોટ્રોફિક પ્રક્રિયાઓનો નાશ કરે છે. પ્રકાશસંશ્લેષક છોડ જમીનની સપાટીને ઢાંકી દે છે અને ઠંડુ કરે છે, ત્યારે ઇન્ફ્રારેડ ઊર્જા તેને ગરમ કરતી જમીનમાં પ્રવેશ કરે છે અને હેટરોટ્રોફિક બેક્ટેરિયામાં વધારો કરે છે. જમીનમાં રહેલા હેટરોટ્રોફ્સ ઝડપથી કાર્બનિક પદાર્થોનું અધઃપતન કરે છે અને જમીનનું માળખું ભાંગી પડે છે, આમ તે સમુદ્રમાં પ્રવાહો અને નદીઓમાં ઓગળી જાય છે. જંગલ સાફ કરવાને કારણે પૂરમાં વહી ગયેલા મોટાભાગના કાર્બનિક પદાર્થો નદીમુખ, ભીની ભૂમિ અને છેવટે ખુલ્લા સમુદ્રમાં જાય છે. સપાટી પરના પાણીની વધતી ગંદકી જૈવિક ઓક્સિજનની માંગનું કારણ બને છે અને વધુ ઓટોટ્રોફિક સજીવો મૃત્યુ પામે છે. માટીના આવરણના નુકસાનને કારણે તાપમાનમાં વધારો થયા પછી જમીનના બેક્ટેરિયાના વધેલા શ્વસન સાથે કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું સ્તર વધે છે. અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, તાપમાન જમીનના શ્વસનના દરને મોટા પ્રમાણમાં અસર કરે છે. આર્કટિકમાં આની સૌથી વધુ તીવ્ર અસર થઈ શકે છે. કાર્બનનો મોટો ભંડાર સ્થિર પર્માફ્રોસ્ટમાં બંધ હોય છે. તાપમાનમાં વધારા સાથે, આ પર્માફ્રોસ્ટ ઓગળી રહ્યું છે અને એરોબિક પરિસ્થિતિઓ પ્રવર્તે છે, જેનાથી તે ઇકોસિસ્ટમમાં શ્વસન દરમાં ઘણો વધારો થાય છે. વરસાદમાં ફેરફારો તાપમાનની બદલાતી પેટર્ન અને દરિયાની બદલાતી પરિસ્થિતિઓને કારણે, સ્થાન, આવર્તન અને તીવ્રતામાં વરસાદની પેટર્નમાં ફેરફાર થવાની અપેક્ષા છે. જ્યારે મહાસાગરો રચના કરતી તોફાન પ્રણાલીઓમાં વધુ ઊર્જા સ્થાનાંતરિત કરી શકે છે ત્યારે મોટા અને વધુ વારંવાર આવતા તોફાનોની અપેક્ષા છે. આની ઝીરિક અથવા શુષ્ક ઇકોસિસ્ટમ્સ પર સૌથી વધુ અસર થઈ શકે છે. એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે શુષ્ક ઇકોસિસ્ટમ્સમાં જમીનનો શ્વસન વરસાદ ચક્રમાં ગતિશીલ ફેરફારો દર્શાવે છે. સૂકી જમીનમાં શ્વસનનો દર સામાન્ય રીતે વરસાદ પછી ખૂબ ઊંચા સ્તરે ફાટી જાય છે અને પછી ધીમે ધીમે જમીન સૂકાઈ જાય તેમ ઘટે છે. અગાઉના વ્યાપક વરસાદ વિના વિસ્તારમાં વરસાદની આવર્તન અને તીવ્રતામાં વધારો થતાં, જમીનના શ્વસનમાં નાટ્યાત્મક વધારો થઈ શકે છે. નાઇટ્રોજન ગર્ભાધાન છેલ્લી સદીના મધ્યમાં હરિયાળી ક્રાંતિની શરૂઆત થઈ ત્યારથી, મોટા પ્રમાણમાં નાઇટ્રોજન ખાતરોનું ઉત્પાદન કરવામાં આવ્યું છે અને લગભગ તમામ કૃષિ પ્રણાલીઓમાં રજૂ કરવામાં આવ્યું છે. આનાથી કૃષિ પ્રવાહ અને પવન સંચાલિત ગર્ભાધાનને કારણે વિશ્વભરની ઇકોસિસ્ટમ્સમાં ઉપલબ્ધ છોડના નાઇટ્રોજનમાં વધારો થયો છે. અગાઉ ચર્ચા કરવામાં આવી છે તેમ, નાઇટ્રોજન જમીનના શ્વસનના સ્તર અને દર પર નોંધપાત્ર હકારાત્મક અસર કરી શકે છે. માટીના નાઇટ્રોજનમાં વધારો છોડના શ્યામ શ્વસનમાં વધારો કરે છે, મૂળના શ્વસનના ચોક્કસ દરને ઉત્તેજીત કરે છે અને કુલ મૂળ બાયોમાસમાં વધારો કરે છે. આનું કારણ એ છે કે નાઇટ્રોજનના ઊંચા દર છોડના ઊંચા વિકાસ દર સાથે સંકળાયેલા છે. છોડના ઊંચા વૃદ્ધિ દર અભ્યાસમાં જોવા મળતા શ્વસન અને બાયોમાસમાં વધારો તરફ દોરી જશે. ઉત્પાદકતામાં આ વધારા સાથે, જમીનની પ્રવૃત્તિઓમાં વધારો અને તેથી શ્વસનની ખાતરી આપી શકાય છે. મહત્વ જમીનનું શ્વસન વૈશ્વિક કાર્બન અને પોષક ચક્રમાં તેમજ આબોહવામાં પરિવર્તન માટે ચાલક તરીકે નોંધપાત્ર ભૂમિકા ભજવે છે. આ ભૂમિકાઓ કુદરતી વિશ્વની આપણી સમજણ અને માનવ સંરક્ષણ માટે મહત્વપૂર્ણ છે. વૈશ્વિક કાર્બન સાઇકલિંગ માટી શ્વસન ઇકોસિસ્ટમ સ્તરે અને વૈશ્વિક સ્તરે કાર્બન સાઇકલિંગના નિયમનમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. દર વર્ષે આશરે 120 પેટાગ્રામ (પી. જી.) કાર્બન જમીનના છોડ દ્વારા ગ્રહણ કરવામાં આવે છે અને સમાન રકમ ઇકોસિસ્ટમ શ્વસન દ્વારા વાતાવરણમાં છોડવામાં આવે છે. વૈશ્વિક જમીનમાં 3150 પી. જી. કાર્બન હોય છે, જેમાંથી 450 પી. જી. ભેજવાળી જમીનમાં અને 400 પી. જી. કાયમી ધોરણે સ્થિર જમીનમાં હોય છે. જમીનમાં વાતાવરણ કરતાં ચાર ગણાથી વધુ કાર્બન હોય છે. સંશોધકોએ અંદાજ મૂક્યો છે કે દર વર્ષે વાતાવરણમાં 77 પી. જી. કાર્બન છોડવામાં આવે છે. અશ્મિભૂત ઇંધણ બાળવા જેવા માનવજન્ય સ્રોતો (દર વર્ષે 56 પી. જી.) ને કારણે મુક્તિનું આ સ્તર કાર્બન મુક્ત કરતાં વધારે છે. આમ, જમીનના શ્વસનમાં થોડો ફેરફાર વાતાવરણની CO2 સાંદ્રતા વિરુદ્ધ માટીના કાર્બન સંગ્રહના સંતુલનને ગંભીર રીતે બદલી શકે છે. જેમ જમીનનું શ્વસન વૈશ્વિક કાર્બન ચક્રમાં નોંધપાત્ર ભૂમિકા ભજવી શકે છે, તે વૈશ્વિક પોષક ચક્રને પણ નિયંત્રિત કરી શકે છે. પોષક ચક્ર જમીનના શ્વસનનો મુખ્ય ઘટક કચરાના વિઘટનમાંથી છે જે પોષક તત્ત્વોને સ્થિર અથવા ખનિજીકૃત કરતી વખતે પર્યાવરણમાં CO2 મુક્ત કરે છે. વિઘટન દરમિયાન, નાઇટ્રોજન જેવા પોષક તત્ત્વો સૂક્ષ્મજીવાણુઓ દ્વારા તેમના પોતાના વિકાસ માટે સ્થિર થાય છે. જેમ જેમ આ સૂક્ષ્મજીવાણુઓ પીવામાં આવે છે અથવા મૃત્યુ પામે છે, નાઇટ્રોજન જમીનમાં ઉમેરવામાં આવે છે. કચરામાં પ્રોટીન અને ન્યુક્લિક એસિડના અધઃપતનથી પણ નાઇટ્રોજનને ખનિજીકૃત કરવામાં આવે છે. આ ખનિજીકૃત નાઇટ્રોજન જમીનમાં પણ ઉમેરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયાઓને કારણે, જમીનમાં ઉમેરાતા નાઇટ્રોજનનો દર માઇક્રોબાયલ શ્વસનના દર સાથે જોડાય છે. અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે જમીનના શ્વસનના દર માઇક્રોબાયલ ટર્નઓવર અને નાઇટ્રોજન ખનિજીકરણના દર સાથે સંકળાયેલા હતા. વૈશ્વિક ચક્રના ફેરફારો ગ્રહની આબોહવાને બદલવા માટે વધુ કાર્ય કરી શકે છે. આબોહવા પરિવર્તન અગાઉ જણાવ્યા મુજબ, જમીનના શ્વસન દ્વારા મુક્ત થયેલ CO2 એ ગ્રીનહાઉસ ગેસ છે જે ઊર્જાને પકડવાનું ચાલુ રાખશે અને જો સાંદ્રતામાં વધારો થતો રહેશે તો વૈશ્વિક સરેરાશ તાપમાનમાં વધારો કરશે. જેમ જેમ વૈશ્વિક તાપમાનમાં વધારો થાય છે, તેમ તેમ સમગ્ર વિશ્વમાં જમીનના શ્વસનનો દર પણ વધશે, જેનાથી વાતાવરણમાં CO2ની સાંદ્રતા વધશે, જે ફરીથી ઉચ્ચ વૈશ્વિક તાપમાન તરફ દોરી જશે. આ હકારાત્મક પ્રતિસાદ લૂપનું ઉદાહરણ છે. એવો અંદાજ છે કે તાપમાનમાં 2 ડિગ્રી સેલ્સિયસનો વધારો થવાથી જમીનના શ્વસનથી વાતાવરણમાં દર વર્ષે 10 પી. જી. નું વધારાનું કાર્બન છોડવામાં આવશે. આ વર્તમાન એન્થ્રોપોજેનિક કાર્બન ઉત્સર્જન કરતાં મોટી રકમ છે. એવી પણ શક્યતા છે કે તાપમાનમાં આ વધારો કાયમી ધોરણે સ્થિર જમીનમાં સંગ્રહિત કાર્બન છોડશે, જે હવે ઓગળી રહ્યું છે. આબોહવા નમૂનાઓએ સૂચવ્યું છે કે જમીનના શ્વસન અને તાપમાન વચ્ચેનો આ સકારાત્મક પ્રતિસાદ 21મી સદીના મધ્ય સુધીમાં જમીનમાં સંગ્રહિત કાર્બનમાં ઘટાડો તરફ દોરી જશે. સારાંશ માટી શ્વસન એ એક મુખ્ય ઇકોસિસ્ટમ પ્રક્રિયા છે જે કાર્બન ડાયોક્સાઇડના સ્વરૂપમાં જમીનમાંથી કાર્બન મુક્ત કરે છે. કાર્બન જમીનમાં કાર્બનિક પદાર્થ તરીકે સંગ્રહિત થાય છે અને છોડ, બેક્ટેરિયા, ફૂગ અને પ્રાણીઓ દ્વારા શ્વાસ લેવામાં આવે છે. જ્યારે આ શ્વસન જમીનની નીચે થાય છે, ત્યારે તેને માટીનું શ્વસન માનવામાં આવે છે. તાપમાન, જમીનનો ભેજ અને નાઇટ્રોજન બધા જમીનના કાર્બનિક સંયોજનોમાં કાર્બનમાંથી CO2માં આ રૂપાંતરણના દરને નિયંત્રિત કરે છે. જમીનના શ્વસનને માપવા માટે ઘણી પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે; જો કે, બંધ ગતિશીલ ચેમ્બર અને સ્થિર આઇસોટોપ ગુણોત્તરનો ઉપયોગ એ બે સૌથી પ્રચલિત તકનીકો છે. મનુષ્યોએ વાતાવરણીય CO2 સ્તર, વરસાદની પેટર્ન અને ગર્ભાધાન દરમાં ફેરફાર કર્યો છે, આ બધાની જમીનના શ્વસન દર પર નોંધપાત્ર ભૂમિકા રહી છે. આ દરોમાં ફેરફારો વૈશ્વિક કાર્બન અને પોષક ચક્રમાં ફેરફાર કરી શકે છે તેમજ આબોહવા પરિવર્તનમાં નોંધપાત્ર ભૂમિકા ભજવી શકે છે. સંદર્ભો સુ બી. (2005) વૈશ્વિક પરિવર્તન હેઠળ ઇકોસિસ્ટમ કાર્બન, નાઇટ્રોજન અને જળ ચક્ર વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓઃ ક્ષેત્ર અને મેસોકોસમ પ્રયોગોના પરિણામો. ઓક્લાહોમા યુનિવર્સિટી, નોર્મન, ઓકે. ફ્લાનાગન એલ, અને વેયમ એ. (1974) ટુંડ્રમાં કાર્બનિક અવશેષોમાં શ્વસન, વજનમાં ઘટાડો, તાપમાન અને ભેજ વચ્ચેના સંબંધો. ટુંડ્રમાં માટીના સજીવો અને વિઘટન. 249-277. બાહ્ય કડીઓ ભૂગર્ભ શ્વસનની નીચે, ડ્યુક યુનિવર્સિટી માટી જીવવિજ્ઞાન