楊陽，李偉，王根緒＊

1. 中國科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，成都 610041

數(shù)據(jù)庫（集）基本信息簡介

數(shù)據(jù)庫（集）名稱 2005–2015 年青藏高原東南部貢嘎山暗針葉林土壤物理性質(zhì)和元素數(shù)據(jù)集 數(shù)據(jù)作者 楊陽、李偉、王根緒 數(shù)據(jù)通信作者 王根緒(wanggx@imde.ac.cn) 數(shù)據(jù)時間范圍 2005–2015 年 地理區(qū)域 中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）貢嘎山高山生態(tài)系統(tǒng)觀測試驗站、貢嘎山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測站，位于四川省甘孜州磨西貢嘎山（102°00′E，29°33′N）。本數(shù)據(jù)集來自貢嘎山高山生態(tài)試驗站長期觀測樣地：峨眉冷杉成熟林觀景臺綜合觀測場和峨眉冷杉演替中齡林干河壩站區(qū)長期觀測樣地。 數(shù)據(jù)量 57.5 KB 數(shù)據(jù)格式 *.xlsx http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/941 數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)址 http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData

基金項目 數(shù)據(jù)庫（集）組成 中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)野外臺站運行服務(wù)費；科技部國家野外科學(xué)觀測研究站運行服務(wù)費。 本數(shù)據(jù)集由6 部分?jǐn)?shù)據(jù)表組成，分別為：1. “土壤元素”表，貢嘎山暗針葉林土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、硅SiO2、鐵Fe2O3、錳MnO、鈦TiO2、鋁Al2O3、鈣CaO、鎂MgO、鉀K2O、鈉Na2O、磷P2O5、LOI（燒失量）、硫S、全硼、全鉬、全錳、全鋅、全銅、全鐵、硒、鎘、鉛、鉻、鎳、汞、砷29 個元素指標(biāo)長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄90 條。2. “土壤物理性質(zhì)”表，貢嘎山暗針葉林土壤容重和機械組成監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄60 條。3. “土壤剖面特征調(diào)查”表，貢嘎山暗針葉林土壤的樣地信息和土壤剖面特征，數(shù)據(jù)記錄10 條。4. “采樣和樣品保存記錄”表，貢嘎山暗針葉林樣地的土壤樣品采集和保存記錄，數(shù)據(jù)記錄6 條。5. “分析方法”表，各項土壤元素的分析方法數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄70 條。6.“采樣頻率”表，各項土壤元素的采樣頻率信息記錄表，數(shù)據(jù)記錄66 條。

引 言

土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)最基本的自然資源，是植物營養(yǎng)元素的主要供應(yīng)源，是植物生長發(fā)育的重要載體和機械支撐。土壤物理性質(zhì)和土壤元素直接反映土壤環(huán)境質(zhì)量變化情況[1-3]，而土壤質(zhì)量影響著植物的生長發(fā)育狀況，動物生存發(fā)展、土壤環(huán)境保護能力[4-5]。土壤元素是植物生長必須的養(yǎng)分元素，由于自然過程和人類活動的影響以及大氣長距離傳輸會導(dǎo)致土壤元素虧損或富集[6]。因此，本文對土壤物理性質(zhì)和元素展開了研究，不僅為森林土壤質(zhì)量管理提供科學(xué)數(shù)據(jù)，而且為生物地球化學(xué)研究和生態(tài)環(huán)境保護提供理論依據(jù)。

貢嘎山是青藏高原東南緣的典型高山生態(tài)系統(tǒng)，而峨眉冷杉林是青藏高原東緣亞高山暗針葉林的重要組成部分，其自然更新對全球變化非常敏感，是研究氣候變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)影響的代表性森林類型[7]。因此，本研究選擇峨眉冷杉林中齡林和成熟林作為長期監(jiān)測樣地。本數(shù)據(jù)集整理了峨眉冷杉中齡林和成熟林0–10、10–20、20–40、40–60、60–100 cm 土層土壤的容重、機械組成、土壤養(yǎng)分全量（有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀）、土壤礦質(zhì)全量（SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、LOI、S）、微量元素全量（硼、鉬、錳、鋅、銅、鐵）、重金屬（硒、鎘、鉛、鉻、鎳、汞、砷），還整理了土壤剖面特征調(diào)查表、采樣和樣品保存記錄和分析方法記錄。本數(shù)據(jù)集為揭示暗針葉林峨眉冷杉土壤質(zhì)量變化規(guī)律提供長期的、系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)，對大氣–水–土壤–植物–微生物系統(tǒng)中的生物地球化學(xué)循環(huán)過程以及多元素的耦合模型具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 樣地介紹

貢嘎山位于青藏高原的東南緣，橫斷山脈中部，主峰海拔7556 m，屬于亞熱帶溫暖濕潤季風(fēng)區(qū)與青藏高原東部高原溫帶半濕潤區(qū)的過渡帶上，年平均氣溫4℃，年平均降水量1861 mm，年均空氣相對濕度90%左右，每年5–10 月為雨季和生長季。貢嘎山高山生態(tài)系統(tǒng)植被垂直分布明顯，從低海拔到高海拔分布有闊葉林、針葉闊葉混交林、亞高山針葉林、高山灌叢及草甸等多種植被類型。該地區(qū)的土壤較為疏松、粗糙，土中多含石礫、礫質(zhì)等新生體；粘粒含量低，硅鋁和硅鋁鐵率較高，母質(zhì)中礦物風(fēng)化度淺；土壤垂直分帶十分明顯[8]。依據(jù)中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤觀測規(guī)范，貢嘎山站建立了觀景臺綜合觀測場長期觀測樣地（GGFZH01）和干河壩站區(qū)長期觀測樣地（GGFZQ01），詳見圖1。觀景臺綜合觀測場長期觀測樣地設(shè)置面積為110 m×50 m，經(jīng)緯度為29°34′23″N，101°59′19″E，海拔3160 m，坡度為30–35°，群落特征為峨眉冷杉成熟林，土類為棕色針葉林土，亞類為灰化棕色針葉林土。干河壩站區(qū)長期觀測樣地面積為70 m×30 m，經(jīng)緯度為29°34′33″N，101°59′42″E，海拔3010 m，坡度為7–10°，群落特征為峨眉冷杉中齡林，土類為粗骨土，亞類為泥石流粗骨土。

圖1 樣地地理位置

1.2 樣品采集

在長期觀測樣地布設(shè)永久性樣地和破壞性樣地，破壞樣地在永久性樣地兩側(cè)，面對長期觀測樣地，按從左至右從上到下順序排列，設(shè)置3 個二級樣方分布在坡上、坡中、坡下，土壤采樣設(shè)計見圖2。觀景臺綜合觀測場破壞樣地的二級樣方規(guī)格為30 m×16.67 m，干河壩站區(qū)破壞樣地的二級樣方規(guī)格為15 m×10 m。本數(shù)據(jù)集中樣品都采集于破壞樣地的3 個二級樣方（ABC_02-01、ABC_02-02、ABC_02-03）。在每個二級樣方隨機布設(shè)土壤剖面采樣點，在剖面用土鏟挖取0–10、10–20、20–40、40–60、60–100 cm 土層土壤樣品，同一個土層隨機取3 個樣品。將同一層的3 個土樣均勻混合，按照四分法取1 kg 土壤帶回實驗室去除植物根系和大于2 cm 的石礫等雜質(zhì)，經(jīng)過自然風(fēng)干，按照各項指標(biāo)需求進行過篩處理。在采樣點剖面，用100 cm3環(huán)刀在同一個土層上中下部共取3 個重復(fù)原狀土壤，測定土壤容重。

圖2 土壤長期觀測樣地布置圖

1.3 樣品測試與處理

野外初步處理后的土壤樣品帶回實驗室進行詳細(xì)的測試分析，按照國家、林業(yè)部或農(nóng)業(yè)部等標(biāo)準(zhǔn)進行分析[9-10]，分析內(nèi)容主要包括土壤養(yǎng)分全量（有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀）、土壤礦質(zhì)全量（SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、LOI、S）、微量元素全量（硼、鉬、錳、鋅、銅、鐵）、重金屬全量（硒、鎘、鉛、鉻、鎳、汞、砷）、機械組成、容重。分析人員及時、詳細(xì)地記錄每個樣品的測試值，并將所有數(shù)據(jù)錄入計算機。數(shù)據(jù)錄入完成后，監(jiān)測人員對數(shù)據(jù)進行核實，以保證電子版數(shù)據(jù)和紙質(zhì)原始記錄數(shù)據(jù)完全一致。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

2.1 數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)

本數(shù)據(jù)集包括了5 張數(shù)據(jù)表，分別是土壤元素、土壤物理性質(zhì)、土壤剖面特征調(diào)查表、采樣和樣品保存記錄和分析方法表。

(1) 土壤元素表：2005–2015 年貢嘎山暗針葉林峨眉冷杉中齡林和成熟林長期觀測樣地的土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)。表格包括年、月、日、樣地代碼、樣地名稱、采樣分區(qū)編號、土壤類型、母質(zhì)、植被類型、采樣深度（cm）、樣品號、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、LOI、S、全硼、全鉬、全錳、全鋅、全銅、全鐵、硒、鎘、鉛、鉻、鎳、汞、砷和備注，共計41 個字段。其中年月日代表采樣的時間。表1 以2015 年土壤元素中的土壤鈣數(shù)據(jù)為例，展示本數(shù)據(jù)集的部分字段。

表1 “土壤化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)”表中貢嘎山站2015 年土壤鈣數(shù)據(jù)

(2) 土壤物理性質(zhì)：表格包括年、月、日、樣地代碼、樣地名稱、采樣分區(qū)編號、土壤類型、母質(zhì)、植被類型、采樣深度（cm）、樣品號、土壤容重、0.05?2 mm 砂粒百分率、0.05?0.002 mm 粉粒百分率、小于0.002 mm 粘粒百分率、土壤質(zhì)地名稱和備注，共計17 個字段。表2 以2015 年土壤物理性質(zhì)中的土壤容重數(shù)據(jù)為例展示。

表2 “土壤物理性質(zhì)”表中2015 年土壤容重數(shù)據(jù)

(3) 土壤剖面特征調(diào)查表：本表對貢嘎山暗針葉林峨眉冷杉中齡林和成熟林長期觀測樣地土壤剖面的信息進行了說明，包括年份、樣地代碼、樣地名稱、剖面地點、剖面點經(jīng)度、剖面點緯度、土類、亞類、母質(zhì)、植被類型、樣品號、層次名稱、土層深度（cm）、土層間過渡明顯程度、土層間過渡形式、形態(tài)描述和備注，共計17 個字段（部分字段見表3）。本土壤剖面特征調(diào)查信息是2004 在長期觀測采樣地確定后測定一次，作為今后采樣深度劃分的依據(jù)。

表3 土壤剖面特征調(diào)查信息

(4) 采樣和樣品保存記錄表：本表記錄了貢嘎山暗針葉林峨眉冷杉中齡林和成熟林土壤觀測樣地的樣品采集時間、天氣狀況、采樣方式、樣品保存、前處理方法以及采樣人等信息，共計9 個字段。表4 以2015 年土壤采樣和樣品保存記錄為例展示部分字段。

表4 2015 年土壤樣品采集信息

(5) 分析方法記錄表：各項土壤物理性質(zhì)和元素的分析方法信息，包括分析年份、分析項目名稱、分析方法名稱、分析方法引用標(biāo)準(zhǔn)和參考文獻，共計5 個字段。分析方法引用標(biāo)準(zhǔn)是分析方法的標(biāo)準(zhǔn)文獻編號，以GB 開頭的為國家標(biāo)準(zhǔn)，以LY 開頭的為林業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)等，參考文獻是分析中所參考的權(quán)威書籍，包括書籍名稱和頁碼。表5 以2015 年土壤全磷的分析方法及引用標(biāo)準(zhǔn)和文獻為例展示。

表5 2015 年土壤全磷分析方法信息

(6) 采樣頻率記錄表：各項指標(biāo)的采樣頻率信息，包括樣地代碼、樣地名稱、土壤類型、母質(zhì)、植被類型、采樣指標(biāo)、采樣頻率，共計7 個字段。表6 以土壤有機質(zhì)的采樣頻率為例展示部分字段。

表6 土壤有機質(zhì)采樣頻率記錄信息

2.2 數(shù)據(jù)缺失情況

2005 年土壤容重缺失原因：2005 年采集0–20、20–40、40–60、60–100 cm 土層土壤樣品測定的土壤容重，與其他年份采集的土層不同，所以在本數(shù)據(jù)集未給出。按照CERN 規(guī)定，土壤礦質(zhì)全量、土壤重金屬全量、土壤機械組成和土壤容重每10 年1 次，所以缺少2010 年土壤礦質(zhì)全量和土壤重金屬全量、土壤機械組成、土壤容重的數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估

在觀測數(shù)據(jù)的采集、分析測試、錄入和質(zhì)量檢查，嚴(yán)格按照CERN 統(tǒng)一制定的土壤觀測規(guī)范[11]和土壤觀測質(zhì)量控制規(guī)范[12]來開展相關(guān)工作。本數(shù)據(jù)集采用四級控制：第一級要求數(shù)據(jù)采集人（監(jiān)測、分析人員）嚴(yán)格按操作規(guī)程獲取數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集人提交上來的數(shù)據(jù)經(jīng)專業(yè)負(fù)責(zé)人（CERN 土壤分中心質(zhì)量控制）審核，此為第二級控制；CERN 土壤分中心采用土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制軟件校驗數(shù)據(jù)后，反饋報告給專家（臺站負(fù)責(zé)人）最終審核和修訂，此為第三級控制；數(shù)據(jù)入庫前由質(zhì)量總控制人審核，此為第四級控制。

本數(shù)據(jù)集測定項目重復(fù)測定數(shù)不少于6 個，剖面數(shù)據(jù)不少于3 個，以保證數(shù)據(jù)的代表性和有效性。數(shù)據(jù)的缺失率不大于70%[9]。本數(shù)據(jù)集中采用了標(biāo)準(zhǔn)樣品質(zhì)控，根據(jù)農(nóng)業(yè)土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW07412-GB7417）、土壤有效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW07412-GB7417）和環(huán)境土壤標(biāo)準(zhǔn)物品（ESS-3）進行土壤質(zhì)量指標(biāo)的量值標(biāo)準(zhǔn)和測試的質(zhì)量控制。

4 數(shù)據(jù)使用方法和建議

貢嘎山作為橫斷山地區(qū)的典型代表和長江上游的重要生態(tài)屏障，生態(tài)地位極其重要，該區(qū)域是研究土壤發(fā)育和植被演替的絕佳場所，元素供給可能是關(guān)鍵因子。因此，本數(shù)據(jù)集給出了貢嘎山29個土壤元素指標(biāo)，可為科研人員對該區(qū)域元素地球化學(xué)循環(huán)的研究提供數(shù)據(jù)支撐，對維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與功能具有一定意義。

致 謝

感謝CERN 綜合中心和土壤分中心領(lǐng)導(dǎo)和老師的指導(dǎo)和支持，感謝野外監(jiān)測人員在土壤監(jiān)測和樣地管理工作中的貢獻。

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

楊陽（1988—），女，四川廣安人，碩士，工程師，研究方向為生態(tài)學(xué)，信息管理。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)整理、審核和數(shù)據(jù)論文撰寫。

李偉（1969—），男，四川南充人，本科，高級工程師，研究方向為山地生態(tài)與環(huán)境。主要承擔(dān)工作：提供原數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化、質(zhì)量控制和校驗。

王根緒（1965—），男，甘肅天水人，博士，研究員，研究方向為生態(tài)水文學(xué)、全球變化與高山生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)質(zhì)量評估和總體工作部署。