趙風(fēng)華，李發(fā)東，占車(chē)生，張雷明，陳智

1. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100101

引 言

冬小麥復(fù)種夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是黃淮海平原最大的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型，也是中國(guó)最主要的冬小麥和夏玉米生產(chǎn)類(lèi)型。中科院禹城綜合試驗(yàn)站（簡(jiǎn)稱(chēng)禹城站）是黃河下游灌區(qū)冬小麥夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的典型試驗(yàn)站（圖1）。2002 年11 月，中國(guó)通量觀測(cè)聯(lián)盟（ChinaFLUX）的前身中國(guó)通量網(wǎng)在禹城站設(shè)置渦度相關(guān)通量觀測(cè)系統(tǒng)，連續(xù)觀測(cè)至今，獲取了國(guó)內(nèi)連續(xù)觀測(cè)時(shí)間最長(zhǎng)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳水通量數(shù)據(jù)。

圖1 禹城站通量觀測(cè)系統(tǒng)（左：冬小麥；右：夏玉米）

2013 年，在ChinaFLUX 組織下禹城站將2003-2005 年間碳水通量和氣象數(shù)據(jù)向全國(guó)科研單位、亞洲通量網(wǎng)（AsiaFlux）成員和國(guó)際通量觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（FLUXNET）成員開(kāi)放共享，為全國(guó)和全球相關(guān)研究做出了貢獻(xiàn)[1-9]。在此基礎(chǔ)上，禹城站進(jìn)一步將2003-2010 年間數(shù)據(jù)面向全國(guó)科研單位開(kāi)放共享。數(shù)據(jù)包含生態(tài)系統(tǒng)CO2通量、潛熱通量、顯熱通量、空氣溫度、土壤濕度、降水、總輻射、凈輻射和光合有效輻射等觀測(cè)指標(biāo)，數(shù)據(jù)有半小時(shí)、日尺度、月尺度、年尺度4 種時(shí)間尺度。我們將在保留數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)上，以此加強(qiáng)與全國(guó)科研單位的聯(lián)系合作，以期為中國(guó)和全球相關(guān)研究做出更大貢獻(xiàn)。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

禹城站位于山東省禹城市（116.5702°E，36.8290°N, 28m a.s.l.），地處黃河下游第二大灌區(qū)潘莊灌區(qū)。氣候類(lèi)型為大陸季風(fēng)氣候，年平均降水528 mm，平均氣溫13.1℃，大于0℃積溫4951℃，無(wú)霜期200 天；冬季和春季干旱，夏季濕潤(rùn)，60%的降水集中于7、8 月份。農(nóng)田耕層土壤以砂壤土為主，土壤有機(jī)質(zhì)含量1.21%，pH 值為7.9-8.0。地下水位1.5-4.0 米，地下水資源豐富。作物種植制度為冬小麥夏玉米復(fù)種一年兩熟灌溉農(nóng)業(yè)。從自然條件和種植制度看，在華北平原有典型性。

數(shù)據(jù)采集分為通量數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)兩部分，觀測(cè)系統(tǒng)型號(hào)、配置和構(gòu)成，以及數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)刃畔ⅲ唧w參見(jiàn)張雷明等論文[10]。

數(shù)據(jù)采用ChinaFLUX 標(biāo)準(zhǔn)方法處理和加工，數(shù)據(jù)處理過(guò)程、質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)格式與ChinaFLUX標(biāo)準(zhǔn)一致，具體參見(jiàn)張雷明等論文[10]。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

數(shù)據(jù)從類(lèi)型上包含氣象數(shù)據(jù)和通量數(shù)據(jù)兩大部分，從時(shí)間尺度上包含30 分鐘、天、月、年4 個(gè)尺度。氣象數(shù)據(jù)表頭參數(shù)含義及單位如表1 所示。

表1 禹城站不同時(shí)間尺度氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)表頭

通量數(shù)據(jù)樣本格式采用ChinaFLUX 標(biāo)準(zhǔn)格式，時(shí)間尺度包括30 分鐘、天、月、年4 個(gè)尺度。數(shù)據(jù)參數(shù)包括3 個(gè)碳通量數(shù)據(jù)參數(shù)：凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換量（NEE，負(fù)值表示生態(tài)系統(tǒng)碳吸收，為碳匯；正值表示碳排放，為碳源）、生態(tài)系統(tǒng)CO2總交換量（GEE，負(fù)值表示生態(tài)系統(tǒng)碳吸收、碳同化）、生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率（RE），30 分鐘尺度上單位是mg CO2m-2s-1；天、月、年尺度上單位分別為g C m-2d-1、g C m-2mon-1、g C m-2a-1。數(shù)據(jù)參數(shù)還包括潛熱通量（LE）和顯熱通量（Hs），單位是W m-2。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與評(píng)估

數(shù)據(jù)采用ChinaFLUX 標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行質(zhì)量控制，具體參見(jiàn)張雷明等論文[10]。

2003-2010 年共8 年間，禹城站半小時(shí)尺度CO2通量、潛熱通量和顯熱通量的有效觀數(shù)據(jù)比例分別為39.1%-50.4%、54.2%-70.8%、62.7%-71.2%（表2）。數(shù)據(jù)缺失的原因可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)主要是數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)缺失，包括異常數(shù)據(jù)剔除、夜間通量數(shù)據(jù)篩選等，特別是夜間數(shù)據(jù)的質(zhì)控和篩選是引起有效觀測(cè)數(shù)據(jù)降低的主要因素；另一類(lèi)主要是作物收獲、播種、耕作等農(nóng)業(yè)措施期間停測(cè)，以及停電、儀器故障等。

表2 禹城站通量觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)控后有效數(shù)據(jù)百分比

4 數(shù)據(jù)使用方法和建議

根據(jù)禹城站生態(tài)類(lèi)型和區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)，數(shù)據(jù)應(yīng)用者需要注意以下幾個(gè)事項(xiàng)。

1）禹城站為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，我們參照常規(guī)方式方法進(jìn)行農(nóng)田管理，盡量保證作物在無(wú)水肥脅迫和無(wú)病蟲(chóng)害狀態(tài)下生長(zhǎng)，但具體管理措施每年會(huì)略有不同。使用者在使用過(guò)程中如果需要更多的農(nóng)田和農(nóng)作物管理、測(cè)產(chǎn)、考種等農(nóng)學(xué)和生物學(xué)信息請(qǐng)聯(lián)系本文作者。

2）翻耕、播種、收割等農(nóng)田管理會(huì)對(duì)碳通量數(shù)據(jù)有很大的擾動(dòng)，因此在前茬收獲-后茬出苗期間碳排放數(shù)據(jù)謹(jǐn)慎使用。

3）作物生長(zhǎng)期內(nèi)，噴施農(nóng)藥、追施化肥等措施對(duì)碳水通量數(shù)據(jù)的擾動(dòng)可以忽略。春季灌溉會(huì)造成感熱通量負(fù)值出現(xiàn)，屬于正常現(xiàn)象，在關(guān)注熱量參數(shù)時(shí)需要注意。灌溉可以從土壤含水量突然出現(xiàn)飽和現(xiàn)象來(lái)判斷。

致 謝

劉振民、王吉順為禹城站通量觀測(cè)系統(tǒng)維護(hù)做出了必不可少的貢獻(xiàn)，孫志剛、歐陽(yáng)竹為本數(shù)據(jù)集的完成提供了技術(shù)指導(dǎo)等重要貢獻(xiàn)，特此致謝！

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

趙風(fēng)華（1979—），男，博士，助理研究員，研究方向?yàn)榄h(huán)境脅迫對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響。主要承擔(dān)工作：觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)處理和論文撰寫(xiě)。

李發(fā)東（1972—），男，博士，研究員，研究方向?yàn)檗r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水氮遷移與互作機(jī)理。主要承擔(dān)工作：觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行管理。

占車(chē)生（1975—），男，博士，研究員，研究方向?yàn)樗h(huán)和區(qū)域蒸散。主要承擔(dān)工作：觀測(cè)系統(tǒng)條件支持與管理。

張雷明（1974—），男，博士，副研究員，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)過(guò)程與全球變化。主要承擔(dān)工作：碳水通量數(shù)據(jù)綜合處理方法和技術(shù)途徑。

陳智（1981—），女，博士，助理研究員，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)碳通量時(shí)空格局。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)質(zhì)量分析。