趙風(fēng)華，李發(fā)東，占車生，張雷明，陳智

1. 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測與模擬重點實驗室，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)類型，也是中國最主要的冬小麥和夏玉米生產(chǎn)類型。中科院禹城綜合試驗站（簡稱禹城站）是黃河下游灌區(qū)冬小麥夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的典型試驗站（圖1）。2002 年11 月，中國通量觀測聯(lián)盟（ChinaFLUX）的前身中國通量網(wǎng)在禹城站設(shè)置渦度相關(guān)通量觀測系統(tǒng)，連續(xù)觀測至今，獲取了國內(nèi)連續(xù)觀測時間最長的農(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)向全國科研單位、亞洲通量網(wǎng)（AsiaFlux）成員和國際通量觀測網(wǎng)絡(luò)（FLUXNET）成員開放共享，為全國和全球相關(guān)研究做出了貢獻[1-9]。在此基礎(chǔ)上，禹城站進一步將2003-2010 年間數(shù)據(jù)面向全國科研單位開放共享。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指標(biāo)，數(shù)據(jù)有半小時、日尺度、月尺度、年尺度4 種時間尺度。我們將在保留數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)上，以此加強與全國科研單位的聯(lián)系合作，以期為中國和全球相關(guān)研究做出更大貢獻。

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℃，無霜期200 天；冬季和春季干旱，夏季濕潤，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，觀測系統(tǒng)型號、配置和構(gòu)成，以及數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)刃畔?，具體參見張雷明等論文[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，具體參見張雷明等論文[10]。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

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

表1 禹城站不同時間尺度氣象觀測數(shù)據(jù)表頭

通量數(shù)據(jù)樣本格式采用ChinaFLUX 標(biāo)準(zhǔn)格式，時間尺度包括30 分鐘、天、月、年4 個尺度。數(shù)據(jù)參數(shù)包括3 個碳通量數(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)量控制與評估

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

2003-2010 年共8 年間，禹城站半小時尺度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，一類主要是數(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數(shù)據(jù)降低的主要因素；另一類主要是作物收獲、播種、耕作等農(nóng)業(yè)措施期間停測，以及停電、儀器故障等。

表2 禹城站通量觀測數(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)類型和區(qū)域環(huán)境特點，數(shù)據(jù)應(yīng)用者需要注意以下幾個事項。

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

2）翻耕、播種、收割等農(nóng)田管理會對碳通量數(shù)據(jù)有很大的擾動，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）作物生長期內(nèi)，噴施農(nóng)藥、追施化肥等措施對碳水通量數(shù)據(jù)的擾動可以忽略。春季灌溉會造成感熱通量負(fù)值出現(xiàn)，屬于正?，F(xiàn)象，在關(guān)注熱量參數(shù)時需要注意。灌溉可以從土壤含水量突然出現(xiàn)飽和現(xiàn)象來判斷。

致 謝

劉振民、王吉順為禹城站通量觀測系統(tǒng)維護做出了必不可少的貢獻，孫志剛、歐陽竹為本數(shù)據(jù)集的完成提供了技術(shù)指導(dǎo)等重要貢獻，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，研究方向為環(huán)境脅迫對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響。主要承擔(dān)工作：觀測系統(tǒng)運行管理、數(shù)據(jù)處理和論文撰寫。

李發(fā)東（1972—），男，博士，研究員，研究方向為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水氮遷移與互作機理。主要承擔(dān)工作：觀測系統(tǒng)運行管理。

占車生（1975—），男，博士，研究員，研究方向為水循環(huán)和區(qū)域蒸散。主要承擔(dān)工作：觀測系統(tǒng)條件支持與管理。

張雷明（1974—），男，博士，副研究員，研究方向為生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)過程與全球變化。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，研究方向為生態(tài)系統(tǒng)碳通量時空格局。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)質(zhì)量分析。