野外样品采集

一、采样工具

对于生态系统碳库的现场取样，所需工具或设备见表1－1。下文将对这一技术方法进行详细的说明。

表1－1　土壤取样常用设备表

二、表层样采集

所有的土壤都含有机和矿物成分，根据两种成分含量比例不同将土壤类型分为有机土壤或矿物土壤。简单来讲，有机成分超过20%可以归类为有机土壤，有机成分少于20%则归类为矿物土壤（USDA，1999）。

有机肥沃的土壤有机成分的埋藏和保存速率高，矿物成分则沉积慢。矿物肥沃的土壤具有大量的沉积物来源，这些沉积物大多是陆源、河口来源或者含钙质动物产生的碳酸钙。通常来说，有机土壤颜色较深并且有很多腐烂的植物残渣。矿物土壤则为砂质并且有很多的贝壳碎片（图1－2）。

图1－2　矿物土壤（左）和有机土壤（右）样品

表层样的采集可用不锈钢刀小心切取表层10cm的土样，同时用具有固定容量的环刀截取其中的一块土壤样，放入已知重量的塑料袋中回实验室称重。供化学测试的样品（约250g）装入另一塑料袋中封闭，运回室内冰冻保存。

三、柱状样采集

一般地，土壤碳积累通常不会超过30cm，与人类活动可能涉及的深度范围一致。因此，很多陆地系统碳评估局限在采样深度30cm的土壤上。红树林、潮汐盐沼和海草通常沉积有10cm至3m不同深度的有机肥沃土壤。由于沿海生态系统土地利用和气候的变化，有机肥沃土壤受到一定程度的干扰，很可能会造成排水、氧化、塌陷和海平面上升等环境恶化问题，从而影响到更深地层（Hooijer et al，2010；Linwood et al，2012）。因此，在沿海生态系统深层取样比其陆地上更有研究价值（最小深度标准为1m，但是通常为3～5m）。

为了准确定量土壤碳库，我们需要对特定深度（通常为1m）的土样进行二次分样与分析。为了评估土壤碳库，我们必须测试三个参数：①土壤深度；②烘干后的原位密度；③土壤有机碳含量（%Corg）。

土壤深度可在取芯或取样过程中测定。土壤烘干后的原位密度和有机碳含量用于计算碳密度。因为土壤原位密度和碳密度随深度和位置的改变而不同，所以碳密度与深度没有统一的关系。因此，我们必须要采取足够多（每个站位取样至少1个，每层至少3个）的土样对每层碳储量进行三维评估。

为了获取土样原位密度和碳含量的测量数据以及进一步的分析，需要能够取出经历过矿物压实且相对未受干扰的土样。由于随时间推移不断建立的上覆沉积层的重力和长期以来有机质的分解以及取样过程取样设备、土壤中的根系落叶等也会改变沉积物原来的位置或造成土壤压实（图1－3）。如果压实情况严重，则在附近另寻取样点取样。重复直到压实量降到最低。理论上讲，受压实的土样不能用于土壤碳的研究，但很多情况下这是无法避免的。即使是在最有效的取样情况下（专业设计的取样设备、详细的取样步骤），也可导致样品有30%的压缩（Morton，White，1997）。在这种情况下，我们在土样恢复中需要利用一个压缩校正因子来补偿人为造成的样品压实。

图1－3　取样过程中可能发生的土样压实示意图（据Fourqurean et al，2014）

为了获取足够量的沉积物进行定年，建议利用直径15cm、末端打薄的薄壁金属圆筒进行土壤柱样的采集。这种直径大壁薄的取样装置能够避免样品的过度压缩。取样装置的外壁从底部每隔10cm进行标注，所以每取得10cm的柱样都可以测量压缩量。压缩量可以用测量筒外部和内部的高度差求得。金属筒缓缓加压旋转直至达到80cm处，或压缩量接近10cm处。土壤柱样长度为100cm。一旦金属筒到达目标深度就在金属筒顶部加塞以免表层土壤样品受到污染。从金属筒周围挖掘至与筒底部平齐，取一个干净的橡胶塞附于底部并托住筒底部的沉积物样品，后提起筒，土壤柱样用塞子暂时密封。

为避免压缩量的增加，将柱样置于水平条件下运输，回到实验室后置于冰柜中存储。海拔高程测量使用设备为莱卡全站仪，采取黄海零点为参考零点。

在柱状样（图1－4）分样之前，样品经过几个小时的解冻，顶样工具为一根长1．5m、直径5cm的圆棍一头钉着直径为14cm的木板，用来将土样推出放置于锡铂纸上，并重新测量长度以记录运输、冰冻和推出过程的变化，将土壤柱样从上到下用金属线切割，切割间距按沉积速率不同而设置。一般沉积速率小于2cm/a，切割间距设置为1～2cm，沉积速率大于2cm/a，切割间距设置为2～5cm。在切割过程中偶尔会用带锯齿的金属刀具切割大量的植物根系。为了确保每个样品的长度都是等距的，从侧面三个角度进行测量标记，并在切割过程中小心地经过标记点。

图1－4　柱状样样品示意图