楊陽(yáng)，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 2007-2017年青藏高原東南緣貢嘎山峨眉冷杉林土壤含水量數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)作者 楊陽(yáng)、李偉、王根緒數(shù)據(jù)通信作者 李偉（liwei@imde.ac.cn）數(shù)據(jù)時(shí)間范圍 2007-2017年地理區(qū)域 四川貢嘎山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站（102°00′E，29°33′N）長(zhǎng)期觀測(cè)樣地。數(shù)據(jù)量 102 KB數(shù)據(jù)格式 *.xlsx數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)址 http://www.dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00218 http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData基金項(xiàng)目 中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)野外臺(tái)站-貢嘎山站運(yùn)行服務(wù)費(fèi)；科技部國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站-貢嘎山國(guó)家站運(yùn)行服務(wù)費(fèi)。數(shù)據(jù)庫(kù)（集）組成數(shù)據(jù)集由1個(gè)數(shù)據(jù)文件組成，數(shù)據(jù)量1944條，包含了用中子儀法測(cè)定的峨眉冷杉成熟林、峨眉冷杉演替中齡林、峨眉冷杉冬瓜楊演替林和3000米氣象觀測(cè)場(chǎng)的土壤含水量數(shù)據(jù)。

引 言

森林土壤水分是陸地生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)過程中重要的水文參量，控制著生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)、外部物質(zhì)和能量的分配與傳輸，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力形成與維持、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的發(fā)揮等起到關(guān)鍵性作用[1-2]。在自然條件下，開展森林土壤水分含量的長(zhǎng)期固定監(jiān)測(cè)，對(duì)揭示區(qū)域植被建設(shè)與氣候變化背景下的生態(tài)系統(tǒng)水文學(xué)響應(yīng)以及生態(tài)服務(wù)功能變化等具有獨(dú)特意義[3]。

貢嘎山地區(qū)自然地理和生態(tài)類型在青藏高原東緣具有典型性和代表性，屬典型的垂直地帶性生態(tài)環(huán)境類型。同時(shí)，區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的自然性保持完好、山地環(huán)境要素多樣、生物多樣性豐富，是開展山地森林生態(tài)系統(tǒng)研究最理想的場(chǎng)地。中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（China Ecosystem Research Network，CERN）是我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期定位研究、生態(tài)系統(tǒng)與全球變化科學(xué)研究、以及自然資源利用與保護(hù)研究的野外科技平臺(tái)，土壤水分是CERN的長(zhǎng)期定位觀測(cè)的重要指標(biāo)之一。四川貢嘎山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站（簡(jiǎn)稱“貢嘎山站”）是立足青藏高原東緣及橫斷山區(qū)，以多層次的山地生態(tài)系統(tǒng)為主要研究對(duì)象的綜合觀測(cè)試驗(yàn)研究站，按照CERN水環(huán)境觀測(cè)規(guī)范的要求，對(duì)貢嘎山高山森林生態(tài)系統(tǒng)土壤水分進(jìn)行了長(zhǎng)期定位觀測(cè)，為土壤水分狀況和動(dòng)態(tài)的研究積累了大量的基礎(chǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

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，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[4]。本數(shù)據(jù)集整理了2007-2017年峨眉冷杉成熟林、峨眉冷杉演替中齡林、峨眉冷杉冬瓜楊演替林和3000米氣象觀測(cè)場(chǎng)的土壤含水量數(shù)據(jù)，土壤含水量的觀測(cè)深度包括10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm、100 cm共6個(gè)層次。本數(shù)據(jù)集為揭示亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)土壤水分變化規(guī)律提供長(zhǎng)期、系統(tǒng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，為氣候變化背景下亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)水文過程響應(yīng)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)該地區(qū)的森林水土資源管理及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可持續(xù)發(fā)展具有重要的作用。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 觀測(cè)樣地設(shè)置

貢嘎山站水分觀測(cè)樣地位于青藏高原的東南緣貢嘎山東坡海螺溝內(nèi)，在行政區(qū)劃上處于四川省甘孜藏族自治州磨西鎮(zhèn)，區(qū)內(nèi)氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候類型，年平均氣溫4℃，年平均降水量1861 mm，主要集中在5-10月。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)水分觀測(cè)規(guī)范，貢嘎山站建立了4個(gè)水分長(zhǎng)期觀測(cè)樣地（表1）?！癎GFZH01”以“X”形布設(shè)方式設(shè)置5個(gè)土壤水分觀測(cè)點(diǎn)，“GGFZQ01”、“GGFFZ01”和“GGFQX01”以“△”形布設(shè)方式各隨機(jī)設(shè)置3個(gè)土壤水分觀測(cè)點(diǎn)。貢嘎山站4個(gè)長(zhǎng)期觀測(cè)樣地土壤含水量的觀測(cè)深度包括10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm、100 cm共6個(gè)層次。

表1 貢嘎山站土壤水分長(zhǎng)期觀測(cè)樣地介紹

1.2 數(shù)據(jù)采集方法

其原始數(shù)據(jù)通過時(shí)域反射法(Time Domain Reflectometry,TDR)獲取，出版數(shù)據(jù)頻率1次/1月。2007-2014年，土壤體積含水量觀測(cè)頻率為1次/5天（降雨后加測(cè)一次），以HH2 Moisture Meter(Delta-T Devices Ltd., 英國(guó))進(jìn)行人工觀測(cè)，入冬地面封凍后暫停觀測(cè)，數(shù)據(jù)出現(xiàn)周期性中斷；2015-2017年，土壤體積含水量觀測(cè)頻率為1次/1小時(shí)，以Campbell-CR1000進(jìn)行連續(xù)不間斷自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

數(shù)據(jù)處理方法：將質(zhì)控后的每個(gè)樣地各層次觀測(cè)數(shù)據(jù)取平均值后即獲得月平均數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)單位%，保留1位小數(shù)，同時(shí)標(biāo)明重復(fù)數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)差。

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)集包括了樣地代碼、年、月、植被類型、探測(cè)深度、含水量、重復(fù)數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差等指標(biāo)，詳見表2。

表2 土壤含水量指標(biāo)

2.2 數(shù)據(jù)缺失情況

因2007-2014年進(jìn)行人工觀測(cè)，當(dāng)年10-11月入冬地面封凍后暫停觀測(cè)，次年5月恢復(fù)觀測(cè)，因此期間數(shù)據(jù)缺失，數(shù)據(jù)出現(xiàn)周期性中斷。

“GGFZH01”5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)中第二個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在2015-01-13至2016-11-13期間20 cm傳感器出現(xiàn)故障致使數(shù)據(jù)持續(xù)報(bào)錯(cuò)，故以同期10 cm、30 cm之均值作為近似值予以補(bǔ)充，并用以計(jì)算該層觀測(cè)數(shù)據(jù)平均值?！癎GFZQ01”3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)中第二個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在2015-12-15至2015-12-20期間10 cm傳感器偶現(xiàn)時(shí)間不等故障，故障期間數(shù)據(jù)報(bào)錯(cuò)，以前后相鄰數(shù)據(jù)插值作為近似值予以補(bǔ)充，并用以計(jì)算該層觀測(cè)數(shù)據(jù)平均值?！癎GFFZ01”3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)中第二個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在2015-08-10至2016-11-13期間60 cm傳感器出現(xiàn)故障后數(shù)據(jù)持續(xù)報(bào)錯(cuò)，以同期40 cm、100 cm之均值作為近似值予以補(bǔ)充，第三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在2015-01-13至2016-11-13期間20 cm傳感器出現(xiàn)故障后數(shù)據(jù)持續(xù)報(bào)錯(cuò)，以同期10 cm、30 cm之均值作為近似值予以補(bǔ)充，并用以計(jì)算該層觀測(cè)數(shù)據(jù)平均值。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估

3.1 質(zhì)量管理體系

為確保數(shù)據(jù)質(zhì)量，貢嘎山站土壤含水量監(jiān)測(cè)參考《陸地生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境觀測(cè)質(zhì)量保證與質(zhì)量控制》[5]相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。貢嘎山站依照 CERN的統(tǒng)一規(guī)劃和指導(dǎo)意見，開展生態(tài)指標(biāo)長(zhǎng)期觀測(cè)工作，其中數(shù)據(jù)管理和質(zhì)量控制則由專業(yè)水分分中心和綜合中心負(fù)責(zé)。為了保證數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效共享，CERN制定了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馁|(zhì)量管理體系，采取前端控制和后端質(zhì)控的管理方式，通過細(xì)致計(jì)劃、嚴(yán)格執(zhí)行和科學(xué)評(píng)估，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行審核、檢驗(yàn)和評(píng)估[6-8]。詳細(xì)的質(zhì)量管理體系見圖1。

圖1 CERN三級(jí)質(zhì)量管理組織的質(zhì)量管理流程與職責(zé)[5]

3.2 數(shù)據(jù)產(chǎn)生過程質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

數(shù)據(jù)質(zhì)量控制過程包括了對(duì)源數(shù)據(jù)的檢查整理、單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的檢查、數(shù)據(jù)格式（制式）轉(zhuǎn)換和入庫(kù)，以及元數(shù)據(jù)的編制、檢查和入庫(kù)。為保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的優(yōu)質(zhì)可靠，CERN制定了嚴(yán)格的管理制度?？茖W(xué)選取采樣地點(diǎn)，固定觀測(cè)頻率，不斷改進(jìn)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)施，安排專職人員對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)施進(jìn)行定期與不定期檢查和維護(hù)，數(shù)據(jù)整理、檢查上交后由專業(yè)水分分中心進(jìn)行校核[9]。

數(shù)據(jù)質(zhì)量控制內(nèi)容包括：首先是土壤水分涉及的觀測(cè)樣地選擇、管理維護(hù)、采樣和原始數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法根據(jù)《陸地生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境觀測(cè)質(zhì)量保證與質(zhì)量控制》[5]的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。第二，測(cè)量設(shè)備須進(jìn)行標(biāo)定后使用，人工觀測(cè)數(shù)據(jù)需對(duì)采集和分析過程進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)和定期檢查，并整理上交原始記錄資料以便查驗(yàn)。第三，所有觀測(cè)數(shù)據(jù)整理好后仍需按照方法《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋正態(tài)樣本離群值的判斷和處理》（GBT4883-2008）[10]進(jìn)行異常值檢驗(yàn)。對(duì)于存在的異常值，結(jié)合原始記錄檢查并判斷是否應(yīng)予剔除[9]。第四，控制數(shù)據(jù)質(zhì)量客觀上要求科研與監(jiān)測(cè)相結(jié)合，土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的3個(gè)過程（數(shù)據(jù)生產(chǎn)、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)使用）、3個(gè)角色（數(shù)據(jù)生產(chǎn)者、數(shù)據(jù)管理者、數(shù)據(jù)使用者）相融合。如果數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的3個(gè)過程、3個(gè)角色相對(duì)分散，監(jiān)測(cè)工作僅僅停留在數(shù)據(jù)生產(chǎn)、數(shù)據(jù)管理層面，容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正。為了確保土壤水分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，在做好數(shù)據(jù)生產(chǎn)、數(shù)據(jù)管理的同時(shí)，還通過推進(jìn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)際使用盡早驗(yàn)證監(jiān)測(cè)方法與手段的有效性、可靠性并及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)本身可能存在的問題，重新處理數(shù)據(jù)甚至是改進(jìn)監(jiān)測(cè)手段方法并研發(fā)或購(gòu)置新的觀測(cè)設(shè)備設(shè)施。

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

貢嘎山擁有山地生態(tài)系統(tǒng)完整的植被垂直帯譜結(jié)構(gòu)在橫斷山地區(qū)最具有典型代表性，對(duì)長(zhǎng)江上游及青藏高原東南緣具有重要生態(tài)屏障功能，是研究山地生態(tài)系統(tǒng)的理想場(chǎng)所。本數(shù)據(jù)集提供了2007-2017年亞高山峨眉冷杉林土壤含水量的長(zhǎng)時(shí)間序列觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以作為青藏高原東南緣（橫斷山區(qū)）貢嘎山亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)關(guān)鍵過程及水碳關(guān)系研究的重要參考資料。在氣候變化的背景下，山地生態(tài)水循環(huán)、山地流域水文過程產(chǎn)生較大反饋影響[11]，山區(qū)氣候-植被-土壤-水等要素間的相互關(guān)系將發(fā)生改變[12]。因此，本數(shù)據(jù)集可為氣候變化下山地的水源涵養(yǎng)功能和山地生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)的研究提供理論數(shù)據(jù)。需要指出的是，本數(shù)據(jù)集原始數(shù)據(jù)系通過TDR法獲取，而TDR在冬季嚴(yán)寒條件下測(cè)定封凍土壤時(shí)可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差。土壤溫度對(duì)土壤含水量的影響，還有待進(jìn)一步深入研究。

5 數(shù)據(jù)使用方法和建議

本數(shù)據(jù)集可通過Science Data Bank在線服務(wù)網(wǎng)址（http://www.dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j0 0001.00218）獲取數(shù)據(jù)服務(wù)。如果想獲取日尺度數(shù)據(jù)等也可通過貢嘎山國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站網(wǎng)絡(luò)（http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData）獲取數(shù)據(jù)服務(wù)，登錄首頁(yè)點(diǎn)擊“資源服務(wù)”下的數(shù)據(jù)服務(wù)，進(jìn)入相應(yīng)的頁(yè)面下載。研究人員如需進(jìn)一步了解其他相關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)可通過貢嘎山站網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)下“數(shù)據(jù)服務(wù)”申請(qǐng)獲取，或與本文作者聯(lián)系。

致 謝

感謝CERN綜合中心和水分分中心老師對(duì)本數(shù)據(jù)集觀測(cè)和質(zhì)量控制方面的指導(dǎo)，感謝參與貢嘎山站水分監(jiān)測(cè)和樣地管理工作的劉發(fā)明和蘭曉全。