2005–2015 年青藏高原东南部贡嘎山峨眉冷杉林土壤物理性质和元素数据集

杨阳，李伟，王根绪＊

1. 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610041

数据库（集）基本信息简介

数据库（集）名称 2005–2015 年青藏高原东南部贡嘎山暗针叶林土壤物理性质和元素数据集 数据作者 杨阳、李伟、王根绪 数据通信作者 王根绪(wanggx@imde.ac.cn) 数据时间范围 2005–2015 年 地理区域 中国生态系统研究网络（CERN）贡嘎山高山生态系统观测试验站、贡嘎山森林生态系统国家野外科学观测站，位于四川省甘孜州磨西贡嘎山（102°00′E，29°33′N）。本数据集来自贡嘎山高山生态试验站长期观测样地：峨眉冷杉成熟林观景台综合观测场和峨眉冷杉演替中龄林干河坝站区长期观测样地。 数据量 57.5 KB 数据格式 *.xlsx http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/941 数据服务系统网址 http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData

基金项目 数据库（集）组成 中国生态系统研究网络野外台站运行服务费；科技部国家野外科学观测研究站运行服务费。 本数据集由6 部分数据表组成，分别为：1. “土壤元素”表，贡嘎山暗针叶林土壤有机质、全氮、全磷、全钾、硅SiO2、铁Fe2O3、锰MnO、钛TiO2、铝Al2O3、钙CaO、镁MgO、钾K2O、钠Na2O、磷P2O5、LOI（烧失量）、硫S、全硼、全钼、全锰、全锌、全铜、全铁、硒、镉、铅、铬、镍、汞、砷29 个元素指标长期监测数据，数据记录90 条。2. “土壤物理性质”表，贡嘎山暗针叶林土壤容重和机械组成监测数据，数据记录60 条。3. “土壤剖面特征调查”表，贡嘎山暗针叶林土壤的样地信息和土壤剖面特征，数据记录10 条。4. “采样和样品保存记录”表，贡嘎山暗针叶林样地的土壤样品采集和保存记录，数据记录6 条。5. “分析方法”表，各项土壤元素的分析方法数据，数据记录70 条。6.“采样频率”表，各项土壤元素的采样频率信息记录表，数据记录66 条。

引 言

土壤是森林生态系统最基本的自然资源，是植物营养元素的主要供应源，是植物生长发育的重要载体和机械支撑。土壤物理性质和土壤元素直接反映土壤环境质量变化情况[1-3]，而土壤质量影响着植物的生长发育状况，动物生存发展、土壤环境保护能力[4-5]。土壤元素是植物生长必须的养分元素，由于自然过程和人类活动的影响以及大气长距离传输会导致土壤元素亏损或富集[6]。因此，本文对土壤物理性质和元素展开了研究，不仅为森林土壤质量管理提供科学数据，而且为生物地球化学研究和生态环境保护提供理论依据。

贡嘎山是青藏高原东南缘的典型高山生态系统，而峨眉冷杉林是青藏高原东缘亚高山暗针叶林的重要组成部分，其自然更新对全球变化非常敏感，是研究气候变化对陆地生态系统影响的代表性森林类型[7]。因此，本研究选择峨眉冷杉林中龄林和成熟林作为长期监测样地。本数据集整理了峨眉冷杉中龄林和成熟林0–10、10–20、20–40、40–60、60–100 cm 土层土壤的容重、机械组成、土壤养分全量（有机质、全氮、全磷、全钾）、土壤矿质全量（SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、LOI、S）、微量元素全量（硼、钼、锰、锌、铜、铁）、重金属（硒、镉、铅、铬、镍、汞、砷），还整理了土壤剖面特征调查表、采样和样品保存记录和分析方法记录。本数据集为揭示暗针叶林峨眉冷杉土壤质量变化规律提供长期的、系统的观测数据，对大气–水–土壤–植物–微生物系统中的生物地球化学循环过程以及多元素的耦合模型具有重要意义。

1 数据采集和处理方法

1.1 样地介绍

贡嘎山位于青藏高原的东南缘，横断山脉中部，主峰海拔7556 m，属于亚热带温暖湿润季风区与青藏高原东部高原温带半湿润区的过渡带上，年平均气温4℃，年平均降水量1861 mm，年均空气相对湿度90%左右，每年5–10 月为雨季和生长季。贡嘎山高山生态系统植被垂直分布明显，从低海拔到高海拔分布有阔叶林、针叶阔叶混交林、亚高山针叶林、高山灌丛及草甸等多种植被类型。该地区的土壤较为疏松、粗糙，土中多含石砾、砾质等新生体；粘粒含量低，硅铝和硅铝铁率较高，母质中矿物风化度浅；土壤垂直分带十分明显[8]。依据中国生态系统研究网络（CERN）陆地生态系统土壤观测规范，贡嘎山站建立了观景台综合观测场长期观测样地（GGFZH01）和干河坝站区长期观测样地（GGFZQ01），详见图1。观景台综合观测场长期观测样地设置面积为110 m×50 m，经纬度为29°34′23″N，101°59′19″E，海拔3160 m，坡度为30–35°，群落特征为峨眉冷杉成熟林，土类为棕色针叶林土，亚类为灰化棕色针叶林土。干河坝站区长期观测样地面积为70 m×30 m，经纬度为29°34′33″N，101°59′42″E，海拔3010 m，坡度为7–10°，群落特征为峨眉冷杉中龄林，土类为粗骨土，亚类为泥石流粗骨土。

图1 样地地理位置

1.2 样品采集

在长期观测样地布设永久性样地和破坏性样地，破坏样地在永久性样地两侧，面对长期观测样地，按从左至右从上到下顺序排列，设置3 个二级样方分布在坡上、坡中、坡下，土壤采样设计见图2。观景台综合观测场破坏样地的二级样方规格为30 m×16.67 m，干河坝站区破坏样地的二级样方规格为15 m×10 m。本数据集中样品都采集于破坏样地的3 个二级样方（ABC_02-01、ABC_02-02、ABC_02-03）。在每个二级样方随机布设土壤剖面采样点，在剖面用土铲挖取0–10、10–20、20–40、40–60、60–100 cm 土层土壤样品，同一个土层随机取3 个样品。将同一层的3 个土样均匀混合，按照四分法取1 kg 土壤带回实验室去除植物根系和大于2 cm 的石砾等杂质，经过自然风干，按照各项指标需求进行过筛处理。在采样点剖面，用100 cm3环刀在同一个土层上中下部共取3 个重复原状土壤，测定土壤容重。

图2 土壤长期观测样地布置图

1.3 样品测试与处理

野外初步处理后的土壤样品带回实验室进行详细的测试分析，按照国家、林业部或农业部等标准进行分析[9-10]，分析内容主要包括土壤养分全量（有机质、全氮、全磷、全钾）、土壤矿质全量（SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、LOI、S）、微量元素全量（硼、钼、锰、锌、铜、铁）、重金属全量（硒、镉、铅、铬、镍、汞、砷）、机械组成、容重。分析人员及时、详细地记录每个样品的测试值，并将所有数据录入计算机。数据录入完成后，监测人员对数据进行核实，以保证电子版数据和纸质原始记录数据完全一致。

2 数据样本描述

2.1 数据集结构

本数据集包括了5 张数据表，分别是土壤元素、土壤物理性质、土壤剖面特征调查表、采样和样品保存记录和分析方法表。

(1) 土壤元素表：2005–2015 年贡嘎山暗针叶林峨眉冷杉中龄林和成熟林长期观测样地的土壤监测数据。表格包括年、月、日、样地代码、样地名称、采样分区编号、土壤类型、母质、植被类型、采样深度（cm）、样品号、有机质、全氮、全磷、全钾、SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、LOI、S、全硼、全钼、全锰、全锌、全铜、全铁、硒、镉、铅、铬、镍、汞、砷和备注，共计41 个字段。其中年月日代表采样的时间。表1 以2015 年土壤元素中的土壤钙数据为例，展示本数据集的部分字段。

表1 “土壤化学性质指标”表中贡嘎山站2015 年土壤钙数据

(2) 土壤物理性质：表格包括年、月、日、样地代码、样地名称、采样分区编号、土壤类型、母质、植被类型、采样深度（cm）、样品号、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、土壤质地名称和备注，共计17 个字段。表2 以2015 年土壤物理性质中的土壤容重数据为例展示。

表2 “土壤物理性质”表中2015 年土壤容重数据

(3) 土壤剖面特征调查表：本表对贡嘎山暗针叶林峨眉冷杉中龄林和成熟林长期观测样地土壤剖面的信息进行了说明，包括年份、样地代码、样地名称、剖面地点、剖面点经度、剖面点纬度、土类、亚类、母质、植被类型、样品号、层次名称、土层深度（cm）、土层间过渡明显程度、土层间过渡形式、形态描述和备注，共计17 个字段（部分字段见表3）。本土壤剖面特征调查信息是2004 在长期观测采样地确定后测定一次，作为今后采样深度划分的依据。

表3 土壤剖面特征调查信息

(4) 采样和样品保存记录表：本表记录了贡嘎山暗针叶林峨眉冷杉中龄林和成熟林土壤观测样地的样品采集时间、天气状况、采样方式、样品保存、前处理方法以及采样人等信息，共计9 个字段。表4 以2015 年土壤采样和样品保存记录为例展示部分字段。

表4 2015 年土壤样品采集信息

(5) 分析方法记录表：各项土壤物理性质和元素的分析方法信息，包括分析年份、分析项目名称、分析方法名称、分析方法引用标准和参考文献，共计5 个字段。分析方法引用标准是分析方法的标准文献编号，以GB 开头的为国家标准，以LY 开头的为林业部标准等，参考文献是分析中所参考的权威书籍，包括书籍名称和页码。表5 以2015 年土壤全磷的分析方法及引用标准和文献为例展示。

表5 2015 年土壤全磷分析方法信息

(6) 采样频率记录表：各项指标的采样频率信息，包括样地代码、样地名称、土壤类型、母质、植被类型、采样指标、采样频率，共计7 个字段。表6 以土壤有机质的采样频率为例展示部分字段。

表6 土壤有机质采样频率记录信息

2.2 数据缺失情况

2005 年土壤容重缺失原因：2005 年采集0–20、20–40、40–60、60–100 cm 土层土壤样品测定的土壤容重，与其他年份采集的土层不同，所以在本数据集未给出。按照CERN 规定，土壤矿质全量、土壤重金属全量、土壤机械组成和土壤容重每10 年1 次，所以缺少2010 年土壤矿质全量和土壤重金属全量、土壤机械组成、土壤容重的数据。

3 数据质量控制和评估

在观测数据的采集、分析测试、录入和质量检查，严格按照CERN 统一制定的土壤观测规范[11]和土壤观测质量控制规范[12]来开展相关工作。本数据集采用四级控制：第一级要求数据采集人（监测、分析人员）严格按操作规程获取数据；数据采集人提交上来的数据经专业负责人（CERN 土壤分中心质量控制）审核，此为第二级控制；CERN 土壤分中心采用土壤监测数据质量控制软件校验数据后，反馈报告给专家（台站负责人）最终审核和修订，此为第三级控制；数据入库前由质量总控制人审核，此为第四级控制。

本数据集测定项目重复测定数不少于6 个，剖面数据不少于3 个，以保证数据的代表性和有效性。数据的缺失率不大于70%[9]。本数据集中采用了标准样品质控，根据农业土壤成分分析标准物质（GBW07412-GB7417）、土壤有效态成分分析标准物质（GBW07412-GB7417）和环境土壤标准物品（ESS-3）进行土壤质量指标的量值标准和测试的质量控制。

4 数据使用方法和建议

贡嘎山作为横断山地区的典型代表和长江上游的重要生态屏障，生态地位极其重要，该区域是研究土壤发育和植被演替的绝佳场所，元素供给可能是关键因子。因此，本数据集给出了贡嘎山29个土壤元素指标，可为科研人员对该区域元素地球化学循环的研究提供数据支撑，对维持生态系统服务与功能具有一定意义。

致 谢

感谢CERN 综合中心和土壤分中心领导和老师的指导和支持，感谢野外监测人员在土壤监测和样地管理工作中的贡献。

数据作者分工职责

杨阳（1988—），女，四川广安人，硕士，工程师，研究方向为生态学，信息管理。主要承担工作：数据整理、审核和数据论文撰写。

李伟（1969—），男，四川南充人，本科，高级工程师，研究方向为山地生态与环境。主要承担工作：提供原数据、数据标准规范化、质量控制和校验。

王根绪（1965—），男，甘肃天水人，博士，研究员，研究方向为生态水文学、全球变化与高山生态系统响应。主要承担工作：数据质量评估和总体工作部署。