The number of repetitions during of the soil organic carbon content monitoring in the forest revisited

Abstract

Using the example of data from the article by E.A. Dmitriev et al., the estimation of the required number of soil samples to assess the SOC content in the forest biogeocenosis during monitoring studies is considered. Primary data on SOC content were obtained in the spruce forest at 166 points in layers 0–10, 10–20, and 20–30 cm after removal of the litter. The sampling was carried out at the nodes of a regular grid of equilateral triangles with 1 m side within a regular hexagon with a side of 7 m. The SOC content was determined by the Tyurin method. The original article presents statistics for three zones — near-stem, under-crown and inter-crown space. Spatial variation in all zones and at all depths is high, the coefficients of variation are about 50%. It is shown that the number of replicates required for estimating the average SOC content at a 95% confidence level in the 0–10 cm layer is hundreds of samples and decreases to tens of samples in the 20–30 cm layer. Since the number of repetitions for testing hypotheses about the equality of means depends not only on the confidence level, but also on the power of the criterion used, the required number of repetitions increases several times. Sampling with samples taken from the entire vertical layer of 0–30 cm and forming mixed samples from them reduces the number of required repetitions, however, careful observance of sample preparation, including primary mixing of samples, is required.

References

1. Ахмалишев К.Б. Влияние земледельческого освоения на свойства дерново-подзолистых почв современных лесов: Автореф. дис. … канд. с.-х. н. М., 2007. 2. Вадюнина А.Ф., Корчагина 3.А. Методы исследования физических свойств почв. М., 1986. 3. ГОСТ Р 585952-2019 Почвы. Отбор проб. 4. ГОСТ 17.4.4.02 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. 5. Демаков Ю.П., Исаев А.В., Нуреев Н.Б. и др. Границы и причины вариабельности запасов углерода в почвах лесов Среднего Поволжья // Вестн. Поволж. гос. технол. ун-та. 2018. № 3. 6. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М., 1995. 7. Дмитриев Е.А., Рекубратский И.В., Горелова Ю.В. и др. К организации свойств почвенного покрова под елями / В сб.: Структурно-функциональная роль почвы в биосфере. М., 1999. 8. Дмитриев Е.А., Самсонова В.П. О пространственном варьировании содержания обменного кальция в дерново-подзолистой почве под ельником // Научные доклады высшей школы. Сер. Биологические науки. 1975. № 11. 9. Дмитриев Е.А., Сапожников П.М. Детальный анализ изменения объемного веса и удельной поверхности в дерново-подзолистых почвах под лесом // Почвоведение. 1978. № 11. 10. Козлов М.В. Планирование экологических исследований. М., 2014. 11. Кондрашкина М.И. Влияние размера и формы образца на информацию о почвенном объекте: Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 1991. 12. Пифо Х. Статистика для бакалавров по специальностям: Агробиология (АБ), Аграрные науки (АН) и Возобновляемые природные ресурсы (ВПР) в Университете Хоэнхайм. 1 семестр (АБ, АН, ВПР), 3 семестр (ВПР). М., 2011. 13. Подвезенная М.А., Рыжова И.М. Зависимость вариабельности запасов углерода в почве от пространственной структуры растительного покрова лесных биогеоценозов // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2010. № 4. 14. Самсонова В.П., Кондрашкина М.И. Зависимость информации о почвенном объекте от формы образца // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 1991. № 2. 15. Самсонова В.П., Мешалкина Ю.Л., Добровольская В.А. и др. Исследование неопределенности оценок запасов органического углерода в масштабах угодий (в печати) // Почвоведение. 2023. № 11. 16. Сидорова В.А. Динамика пространственного варьирования почвенных свойств луговых агроценозов Карелии при постантропогенном развитии // Российский журнал прикладной экологии. 2016. № 3. 17. Ramsey M. Sampling the environment: twelve key questions that need answers // Geostandards and Geoanalytical Research. 2004. № 28(2). https://doi.org/10.1111/j.1751-908x.2004.tb00741.x 18. Schrumpf M., Schulze E., Kaiser K. et al. How accurately can soil organic carbon stocks and stock changes be quantified by soil inventories? // Biogeosciences. 2011. № 8. https://doi.org/10.5194/bg-8-1193-2011 19. Stolbovoy V., Montanarella L., Filippi N. et al. Soil sampling protocol to certify the changes of organic carbon stock in mineral soil of the European Union. Version 2 / Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities, 2007. 20. Tirez K., Vanhoof C., Siegfried H. et al. Estimating the Contribution of Sampling Sample Pretreatment and Analysis in the Total Uncertainty Budget of Agricultural Soil pH and Organic Carbon Monitoring // Communications in Soil Science and Plant Analysis. 2014. № 45:7. https://doi.org/10.1080/00103624.2013.867056