大多数高海拔生态系统被积雪覆盖长达八个月,若是雪坑甚至可达十个月。连续的积雪层增加了反照率并起到有效的隔热作用,因此保持土壤不冻结,允许地下活动(Aanderud et al., 2013;Edwards et al., 2007),尤其是在气温为零下且风力极强的时期。追踪适应寒冷的生态系统对气候变化的响应至关重要,因为它们是最受影响的地区之一(Hock and Rasul, 2019)。由于冬季是一个关键时期,此前已做出努力在冬季进行土壤采样,以更好地了解生态系统功能,例如研究土壤微生物群落组成和生物量、酶活性或土壤呼吸在广泛处理条件下的表现(Gavazov et al., 2017;Lazzaro et al., 2015;Rindt et al., 2023;Tan et al., 2014)。然而,在许多情况下,迄今为止使用的方法(大多数情况下通过移除积雪层到达土壤)是次优的,因为:(1)它们可能因土壤暴露于冷冻大气温度而引起霜冻,即使在温度明显较低时进行快速采样也是如此;(2)对植被的识别有限可能导致采样偏差(例如在不需要的植物物种上采样),特别是在铲雪破坏植被的情况下;(3)踩踏和压实最上层土壤,特别是在积雪覆盖较薄的情况下,可能会改变土壤水分和养分循环(例如更高的反硝化速率(Broadbent et al., 2024));(4)在实际操作中物理实施困难。因此,关注生态系统功能的研究不成比例地集中在短暂的无雪季节,而在积雪覆盖期间的采样往往偏向于其末期。
为了应对这一挑战并缓解目前季节采样的不平衡,我们开发了一种易于实施且经济有效的穿越深厚积雪层进行土壤采样的方法。我们利用瑞士中部阿尔卑斯山脉海拔2500米处(46°33′47″N, 8°23′28″E)一片略微倾斜(约10°)的高海拔草甸上正在进行的长期田间实验来测试该方法,该实验位于酸性部分灰化潜育土上。简而言之,实验性地提前或延迟积雪融化(通过将积雪层手动减少至50厘米或增加至1.30米),并结合5周或10周的夏季干旱(通过雨棚诱导),以评估未来气候下高海拔草甸的功能(更多信息见M?hl et al., 2023)。每种处理组合在2 × 2.5米的样方中重复5次(3 × 3因子设计,共45个样方)。
穿透深厚积雪层进行土壤采样具有挑战性,但对于更好地了解高海拔生态系统在漫长冬季期间的功能至关重要。虽然对土壤采样技术标准化的呼声日益增加(Sciurba et al., 2026),但富雪环境中的采样方法往往滞后。我们在此介绍一种新方法,该方法能够精确选择采样地点,从而减少与能见度有限相关的潜在偏差,同时避免对土壤的人为影响(霜冻和压实)。该方法为未来研究提供了机会:例如,通过将土芯直接放置在感兴趣的植物个体周围,研究植物地下器官的生理学,或监测冬季的土壤化学参数。事实上,通过在附近安装多个土芯,我们可以减少土壤中通常很高的空间异质性。该方法可扩展到其他季节性土壤访问困难的生态系统(例如湿地),而无需额外基础设施或能源来源,使其甚至可用于偏远地区。