土壤采样方法对马达加斯加开阔生态系统中物理土壤参数及碳储量的影响

《Scientific African》：Effect of soil sampling methods on physical soil parameters and carbon stock in Madagascar’s open ecosystems

　　

土壤有机碳（SOC）储量对气候变化缓解与粮食安全具有基础作用，更精确和详细的SOC储量数据可用于准确评估气候调节等主要生态功能。然而，按照国际标准采用环刀法（cylinder method）测定容重（BD）和粗碎屑（CF）——二者是SOC储量计算的关键组分——进行土壤采样劳动强度很高。本研究以螺旋钻（soil auger）作为简化且破坏较小的土壤采样工具，在马达加斯加两类主要土壤上评估其测定BD与CF并用于SOC储量计算的表现。研究人员在铁铝土（ferrallitic）和铁质土（ferruginous）开阔生态系统区域按0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm、50-60 cm、80-90 cm五层采样，螺旋钻与环刀体积分别为100 cm3与502.65 cm3。按土壤类型与深度比较两种方法得到的BD、CF与SOC储量。结果显示：两种土壤中各层BD值均无显著差异（p>0.06）；CF值在铁质土中两种方法无显著差异（p>0.13），螺旋钻可替代环刀，而铁铝土中CF差异显著；SOC储量在铁质土及铁铝土表土（0-20 cm）中无显著差异，说明简化方法在SOC储量评估中具有适用潜力。

研究背景方面，土壤生态功能中的碳储存与气候调节和粮食安全密切相关。准确量化土壤有机碳（SOC, soil organic carbon）储量对理解气候—碳反馈、支撑土地利用决策和碳市场至关重要。田间SOC储量评估需测定容重（BD, bulk density）与粗碎屑（CF, coarse fragment）占比。联合国粮农组织（FAO）推荐钢环刀（steel cylinder）获取原状样测BD，但挖坑取样耗时、成本高、扰动大；传递函数（PTF, pedo-transfer function）和光谱数据库等替代方案或需额外化学分析，或土壤类型特异且误差高。马达加斯加既有研究多用非标准体积环刀，因此研究人员开展探索性研究，验证螺旋钻（soil auger）这一简化方法在铁铝土与铁质土SOC储量评估中的表现。该研究发表于《Scientific African》。

关键技术方法上，研究人员在马达加斯加三处开阔生态系统样区取样：Ankarafantsika为铁质土，Ambohitantely与Ivohiboro为铁铝土；2024年共115个样点。每种样点中心先用Edelman黏土螺旋钻（直径7 cm）按10 cm刻度取100 cm³样品，再挖1 m³坑用502.65 cm³钢环刀取同五层样品；碳含量样品由距坑12.5 m、120°分布的三个螺旋钻样混合成复合样。BD由烘干重除以已知体积计算，CF为>2 mm碎屑干重占比，SOC储量按CC×BD×层厚×(1?CF)计算；用ANOVA、Kruskal-Wallis、配对t检验、Wilcoxon检验、平均预测误差（MPE, mean prediction error）和过原点线性回归比较与转换。

Bulk density values comparison between soil sampling methods：研究人员发现两法BD随深度增加，铁铝土中螺旋钻在0-10 cm略低、其余层略高，但各层无显著差异（p>0.06），系统误差-0.03至0.06 g cm^-3；铁质土中两法亦无显著差异（p>0.17），螺旋钻在0-30 cm低估、深层高估。

Coarse fragment values comparison between soil sampling methods：铁铝土中环刀CF显著高于螺旋钻，各层差异显著（p<0.03），MPE为-6.28%至-3.60%；铁质土中CF本底低，两法各层无显著差异（p>0.67）。

Soil organic carbon content values：研究人员测得两土壤SOC含量均随深度显著下降，铁铝土0-10 cm为25.70±7.12 g C kg^-1，80-90 cm为9.33±10.21 g C kg^-1；铁质土相应为20.86±9.44与8.99±3.32 g C kg^-1。

Soil organic carbon stock values comparison between soil sampling methods：平均SOC储量自10-20 cm层随深度下降；铁铝土0-10 cm与10-20 cm两法无显著差异，20-30 cm至80-90 cm螺旋钻偏高且差异显著；铁质土各层无显著差异。

讨论与结论部分译为：结果表明，螺旋钻可替代环刀测BD；CF仅在铁质土低碎屑条件下可替代；SOC储量在铁质土及铁铝土0-20 cm表土中两法无显著差异，证明螺旋钻作为低扰动、简化采样工具可用于马达加斯加开阔生态系统SOC储量评估，能降低劳动与成本而不显著损失精度。