楊陽，李偉，王根緒＊

1. 中國(guó)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(kù)（集）基本信息簡(jiǎn)介

數(shù)據(jù)庫(kù)（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?cái)?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(shí)間范圍 2005–2015 年 地理區(qū)域 中國(guó)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(cè)試驗(yàn)站、貢嘎山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)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(yàn)站長(zhǎng)期觀測(cè)樣地：峨眉冷杉成熟林觀景臺(tái)綜合觀測(cè)場(chǎng)和峨眉冷杉演替中齡林干河壩站區(qū)長(zhǎng)期觀測(cè)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(xiàng)目 數(shù)據(jù)庫(kù)（集）組成 中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)野外臺(tái)站運(yùn)行服務(wù)費(fèi)；科技部國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站運(yùn)行服務(wù)費(fèi)。 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(jī)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(gè)元素指標(biāo)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)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(jī)械組成監(jiān)測(cè)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(xiàng)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(xiàng)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(yíng)養(yǎng)元素的主要供應(yīng)源，是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要載體和機(jī)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(zhǎng)發(fā)育狀況，動(dòng)物生存發(fā)展、土壤環(huán)境保護(hù)能力[4-5]。土壤元素是植物生長(zhǎng)必須的養(yǎng)分元素，由于自然過程和人類活動(dòng)的影響以及大氣長(zhǎng)距離傳輸會(huì)導(dǎo)致土壤元素虧損或富集[6]。因此，本文對(duì)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(hù)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(duì)全球變化非常敏感，是研究氣候變化對(duì)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(zhǎng)期監(jiān)測(cè)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(jī)械組成、土壤養(yǎng)分全量（有機(jī)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(zhǎng)期的、系統(tǒng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)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(rùn)季風(fēng)區(qū)與青藏高原東部高原溫帶半濕潤(rùn)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(duì)濕度90%左右，每年5–10 月為雨季和生長(zhǎng)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(guó)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(cè)規(guī)范，貢嘎山站建立了觀景臺(tái)綜合觀測(cè)場(chǎng)長(zhǎng)期觀測(cè)樣地（GGFZH01）和干河壩站區(qū)長(zhǎng)期觀測(cè)樣地（GGFZQ01），詳見圖1。觀景臺(tái)綜合觀測(cè)場(chǎng)長(zhǎng)期觀測(cè)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(zhǎng)期觀測(cè)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(zhǎng)期觀測(cè)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(duì)長(zhǎng)期觀測(cè)樣地，按從左至右從上到下順序排列，設(shè)置3 個(gè)二級(jí)樣方分布在坡上、坡中、坡下，土壤采樣設(shè)計(jì)見圖2。觀景臺(tái)綜合觀測(cè)場(chǎng)破壞樣地的二級(jí)樣方規(guī)格為30 m×16.67 m，干河壩站區(qū)破壞樣地的二級(jí)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(gè)二級(jí)樣方（ABC_02-01、ABC_02-02、ABC_02-03）。在每個(gè)二級(jí)樣方隨機(jī)布設(shè)土壤剖面采樣點(diǎn)，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(gè)土層隨機(jī)取3 個(gè)樣品。將同一層的3 個(gè)土樣均勻混合，按照四分法取1 kg 土壤帶回實(shí)驗(yàn)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(xiàng)指標(biāo)需求進(jìn)行過篩處理。在采樣點(diǎn)剖面，用100 cm3環(huán)刀在同一個(gè)土層上中下部共取3 個(gè)重復(fù)原狀土壤，測(cè)定土壤容重。

圖2 土壤長(zhǎng)期觀測(cè)樣地布置圖

1.3 樣品測(cè)試與處理

野外初步處理后的土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試分析，按照國(guó)家、林業(yè)部或農(nóng)業(yè)部等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析[9-10]，分析內(nèi)容主要包括土壤養(yǎng)分全量（有機(jī)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(jī)械組成、容重。分析人員及時(shí)、詳細(xì)地記錄每個(gè)樣品的測(cè)試值，并將所有數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)錄入完成后，監(jiān)測(cè)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)，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(zhǎng)期觀測(cè)樣地的土壤監(jiān)測(cè)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(hào)、土壤類型、母質(zhì)、植被類型、采樣深度（cm）、樣品號(hào)、有機(jī)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(jì)41 個(gè)字段。其中年月日代表采樣的時(shí)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(hào)、土壤類型、母質(zhì)、植被類型、采樣深度（cm）、樣品號(hào)、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(jì)17 個(gè)字段。表2 以2015 年土壤物理性質(zhì)中的土壤容重?cái)?shù)據(jù)為例展示。

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

(3) 土壤剖面特征調(diào)查表：本表對(duì)貢嘎山暗針葉林峨眉冷杉中齡林和成熟林長(zhǎng)期觀測(cè)樣地土壤剖面的信息進(jìn)行了說明，包括年份、樣地代碼、樣地名稱、剖面地點(diǎn)、剖面點(diǎn)經(jīng)度、剖面點(diǎn)緯度、土類、亞類、母質(zhì)、植被類型、樣品號(hào)、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(jì)17 個(gè)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(zhǎng)期觀測(cè)采樣地確定后測(cè)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(cè)樣地的樣品采集時(shí)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(jì)9 個(gè)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(xiàng)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(xiàng)目名稱、分析方法名稱、分析方法引用標(biāo)準(zhǔn)和參考文獻(xiàn)，共計(jì)5 個(gè)字段。分析方法引用標(biāo)準(zhǔn)是分析方法的標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)編號(hào)，以GB 開頭的為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以LY 開頭的為林業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)等，參考文獻(xiàn)是分析中所參考的權(quán)威書籍，包括書籍名稱和頁(yè)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(xiàn)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(xiàng)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(jì)7 個(gè)字段。表6 以土壤有機(jī)質(zhì)的采樣頻率為例展示部分字段。

表6 土壤有機(jī)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(cè)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(jī)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(jī)械組成、土壤容重的數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估

在觀測(cè)數(shù)據(jù)的采集、分析測(cè)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(cè)規(guī)范[11]和土壤觀測(cè)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(jí)控制：第一級(jí)要求數(shù)據(jù)采集人（監(jiān)測(cè)、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(jí)控制；CERN 土壤分中心采用土壤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制軟件校驗(yàn)數(shù)據(jù)后，反饋報(bào)告給專家（臺(tái)站負(fù)責(zé)人）最終審核和修訂，此為第三級(jí)控制；數(shù)據(jù)入庫(kù)前由質(zhì)量總控制人審核，此為第四級(jí)控制。

本數(shù)據(jù)集測(cè)定項(xiàng)目重復(fù)測(cè)定數(shù)不少于6 個(gè)，剖面數(shù)據(jù)不少于3 個(gè)，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(jìn)行土壤質(zhì)量指標(biāo)的量值標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)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(zhǎng)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(chǎng)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(gè)土壤元素指標(biāo)，可為科研人員對(duì)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(duì)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(cè)人員在土壤監(jiān)測(cè)和樣地管理工作中的貢獻(xiàn)。

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?yàn)樯鷳B(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(jí)工程師，研究方向?yàn)樯降厣鷳B(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(yàn)。

王根緒（1965—），男，甘肅天水人，博士，研究員，研究方向?yàn)樯鷳B(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(píng)估和總體工作部署。