
LI-8100/A土壤碳通量自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上充分考慮了采樣地點(diǎn)和采樣時(shí)間上的差異性,當(dāng)使用8100-104/C長期測(cè)量室,實(shí)驗(yàn)人員可以根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定LI-8100/A測(cè)量系統(tǒng)的采樣間隔,然后儀器將會(huì)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。在數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)間,測(cè)量室的上蓋將會(huì)自動(dòng)打開,移動(dòng)至測(cè)量土壤部分的旁邊,這樣一方面保證了大氣CO2和土壤室內(nèi)的空氣進(jìn)行交換,另一方面保證測(cè)量土壤的外界環(huán)境不受干擾,如風(fēng)速、降雨和光照等等。
當(dāng)LI-8100/A與LI-8150多路器聯(lián)合使用時(shí),LI-8100/A可以控制多達(dá)16個(gè)長期測(cè)量室。同時(shí)還可以使用8100-102或8100-103短期調(diào)查室,調(diào)查室可以快速在不同地點(diǎn)測(cè)量土壤碳通量,并且調(diào)查室也可以在無人看管的情況下自動(dòng)采樣,但調(diào)查室更加適合中短期測(cè)量。因此,LI-8100/A的上述設(shè)計(jì)滿足了測(cè)量不同時(shí)間和地點(diǎn)的要求。
下圖是平均采樣數(shù)量和由于地點(diǎn)不同造成的誤差對(duì)應(yīng)圖,該誤差范圍波動(dòng)從5% - 100%。上述誤差計(jì)算根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)理論,具體計(jì)算過程見后面描述。

即使比較相對(duì)一致的土壤,變異系數(shù)(CV)為10%(相對(duì)來說,農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)田地一致程度更高),如果測(cè)量誤差是5%,那么根據(jù)上圖,需要至少測(cè)量15 ~ 16個(gè)數(shù)據(jù)。如果測(cè)量土壤的變異系數(shù)更大,則需要增加采樣數(shù)量。
對(duì)于一些調(diào)查,即使使用16個(gè)長期測(cè)量室也不可能準(zhǔn)確獲得某一地塊的平均碳通量。為了降低實(shí)驗(yàn)費(fèi)用,一些研究人員建議調(diào)查室提高時(shí)間分辨率來彌補(bǔ)長期室的這種不足(Savage and Davidson, 2003; Arnold, et.al, 2006)。
眾所周知,被測(cè)土壤的溫度、濕度等等環(huán)境因子的日變化互相關(guān)聯(lián),并且該地點(diǎn)的碳通量日變化與這環(huán)境因子呈現(xiàn)相似的日變化,因此使用的調(diào)查室可以用來推測(cè)碳通量的日變化。研究人員可以使用該方法建立環(huán)境因子變化(如太陽輻射、空氣溫度、降雨量等等)和碳通量變化之間的模型,以及獲得整個(gè)地塊的平均碳通量。
確定樣本大小
標(biāo)準(zhǔn)誤,σ?,(標(biāo)準(zhǔn)差)與總的群體標(biāo)準(zhǔn)差,σ,關(guān)系:
σ? = σ/√n
n是某個(gè)樣地的采樣數(shù)量。對(duì)于一個(gè)呈正態(tài)分布的群體,在95%置信區(qū)間內(nèi),真實(shí)平均值 μ、整個(gè)群體的算術(shù)平均值,應(yīng)該在下面的范圍之內(nèi):
? ± (2σ/√n)
其中?是取樣平均數(shù)。一般說來,(2σ/√n)≤可接受的標(biāo)準(zhǔn)誤,尤其是:(2σ/√n)≤ μ ×可接受相對(duì)誤差
因此:
√n ≥2σ / (μ ×可接受相對(duì)誤差)
變異系數(shù)(CV)為σ/μ,因此:
n ≥ (2 CV / 可接受相對(duì)誤差)2
如上面舉例:CV = 10%,可接受的相對(duì)誤差為0.05,則:
n = (2 * 0.1 / 0.05)2 = 16
即至少要采集16數(shù)據(jù)才能代表整個(gè)樣地的碳通量。References
Savage, K. and Davidson, E. A., 2003. A comparison of manual and automated systems for soil CO2 flux measurements: trade-offs between spatial and temporal resolution. Journal of Experimental Botany, 54(384): 891-899.
Arnold, Kira, Jay Ham, Clenton Owensby and Patrick Coyne, 2006. Temporal stability of soil respiration in tallgrass prairie: towards watershed-scale estimates of carbon fluxes. Abstract, ASA-CSSA-SSSA 2006 International Meeting, 231-14.