土壤有机碳估算的最优采样与化验

全球需要约 150 Pg 的负碳排放以缓解气候变化。全球土壤可通过将大气二氧化碳固存为土壤有机碳（SOC）来提供稳定且可观的储库以帮助实现该目标。反过来，SOC 可支持健康土壤并带来多种生态系统效益。为支持 SOC 固存，研究人员与政策制定者必须能够精确测量给定地块中的 SOC 量。SOC 测量通常通过对研究地块随机采集土壤芯样、将其中部分混合（复合）并在实验室内分析（化验）复合样品来完成。复合降低了化验成本，而该成本可能十分可观。采样同样昂贵。考虑到采样与化验双方的不确定性和成本以及期望的估算精度，存在一个最优复合规模能使达到该精度所需预算最小。反之，给定固定预算，存在一个复合规模使不确定性最小。本文中，我们描述并形式化了 SOC 的采样与化验，并推导了三种常用化验方法的最优值：元素分析仪中的干烧法、烧失量法和一中红外光谱法。我们利用在加利福尼亚州开展的土壤调查数据证明了该方法的实用性。我们给出了实践建议并提供了实现我们框架的软件。