1999–2016年鼎湖山季風常綠闊葉林凋落物月回收量數據集

1999–2016年鼎湖山季風常綠闊葉林凋落物月回收量數據集
作者：李躍林　劉世忠　黃健強　韋思敏　褚國偉　張倩媚　張德強　孟澤
2019年11月29日

本作品收錄於《中國科學數據》

李躍林, 劉世忠, 黃健強, 等. 1999–2016年鼎湖山季風常綠闊葉林凋落物月回收量數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2019. (2019-11-29). DOI: 10.11922/csdata.2019.0073.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：凋落物作為連接植物群落與土壤間的紐帶，在森林生態系統的物質循環、能量流動和信息傳遞三大功能中發揮着重要作用，是森林生態系統物質循環和能量流動中的重要結構和功能單元，準確定量森林生態系統的凋落物量是相關研究工作的基礎。作為中國生態系統研究網絡（CERN）和國家野外科學觀測研究站網絡（CRERN）成員，鼎湖山森林生態系統定位研究站自建站以來對我國南亞熱帶鼎湖山主要森林類型進行了凋落物回收量監測，自早期的零星收集已完善到系統規範化的收集。其中季風常綠闊葉林為南亞熱帶典型地帶性森林，按照中國生態系統研究網絡（Chinese Ecosystem Research Network，CERN）的統一規範，在該森林類型野外永久樣地安裝15個凋落物框監測凋落物。本數據集通過整理和統計，列出了1999-2016年鼎湖山季風常綠闊葉林凋落物各組分（枝、葉、花、果、皮、苔蘚地衣及雜物）回收量的月動態實測數據，並包含了相關的數據集構建過程信息。建立和共享本數據集可以為深入探討全球水熱格局變化情形下的植物被結構和生態系統功能提供本底資料，為該地區的森林經營管理及生態系統功能評價提供數據支撐。

關鍵詞：鼎湖山國家級自然保護區；季風常綠闊葉林；凋落物量；動態

Abstract & Keywords

Abstract: Litterfall represents a link between plant community and soil, which plays an important role in matter cycling, energy flow and the transmission of information in forest ecosystems, it is an important structural and functional unit in material cycle and energy flow of forest ecosystems. Therefore, accurate determination of litterfall production in forest ecosystem is the basis of related research work. As a core member of Chinese Ecosystem Research Network (CERN) and National Ecosystem Research Network of China (CNERN), Dinghushan Forest Ecosystem Research Station has monitored litter return of main forest types in low subtropical China since its establishment, and the gathering work has been done towards the standardization procedure after experiencing a sporadically gathering period in the first years. Among the main forest types, monsoon evergreen broad-leaved forest is a typical zonal forest in this area. According to the unified technical specifications of Chinese Ecosystem Research Network (CERN), 15 litter traps were installed randomly in 15 plots within the permanent site to collect monthly amount of litter fall production. The datasets were systematized and analyzed statistically, which monthly dynamic measurements of litter components (branches, leaves, flowers, fruits, bark, moss, lichens and debris) return in the monsoon evergreen broad-leaved forest from 1999 to 2016 at Dinghushan were presented. The datasets also included the information on the process of dataset construction. The setup and data sharing of the litter fall database provides critical data for deep studies on the vegetation structure and ecosystem function responding to water and heat pattern under global change, supporting forest management and ecosystem service function evaluation in this area.

Keywords: Dinghushan National Nature Reserve; monsoon evergreen broad-leaved forest; litter production; litter dynamics

數據庫(集)基本信息簡介

數據庫（集）名稱	1999–2016年鼎湖山季風常綠闊葉林凋落物月回收量數據集
數據作者	李躍林，劉世忠，黃健強，韋思敏，褚國偉，張倩媚，張德強，孟澤
數據通信作者	李躍林（yuelin@scib.ac.cn）；劉世忠（lsz@scib.ac.cn）
數據時間範圍	1999年1月至2016年12月
地理區域	北緯23°09′21"–23°11′30"，東經112°30′39"–112°33′41"，鼎湖山國家級自然保護區，中國
數據格式	*.xlsx
數據量	30 KB，216條記錄
數據服務系統網址	http://dhf.cern.ac.cn/meta/detail/FA11 http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/899
基金項目	國家自然科學基金項目（31670453、41430529）；中國生態系統研究網絡（CERN）鼎湖山森林生態系統定位研究站運行服務項目；國家科技部（CRERN）廣東鼎湖山森林生態系統國家野外科學觀測研究站運行服務項目。
數據庫（集）組成	數據集由1個數據文件組成，數據量216條，包含1999年1月至2016年12月鼎湖山國家級自然保護區季風常綠闊葉林樣地凋落物監測得到的月凋落物回收量數據。

Dataset Profile

Title	A dataset of monthly gathering amount of litter fall production in a monsoon evergreen broad-leaved forest at Dinghushan (1999 – 2016)
Data authors	Li Yuelin, Liu Shizhong, Huang Jianqiang, Wei Simin, Chu Guowei , Zhang Qianmei, Zhang Deqiang, Meng Ze
Data corresponding author	Li Yuelin (yuelin@scib.ac.cn); Liu Shizhong (lsz@scib.ac.cn)
Time range	From January 1999 to December 2016
Geographical scope	Dinghushan National Nature Reserve of China, 23°09′21"N–23°11′30"N, 112°30′39"E–112°33′41"E.
Data format	*.xlsx
Data volume	30 KB (216 entries)
Data service system	<http://dhf.cern.ac.cn/meta/detail/FA11>; <http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/899>
Sources of funding	National Science Foundation of China (31670453, 41430529); Dinghushan Forest Ecosystem Positioning Research Station of the National Science and Technology Infrastructure Platform, Chinese Ecosystem Research Network (CERN); Operation Service Project of National Scientific Observation and Research Field Station of Dinghushan Forest Ecosystem in Guangdong, Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China.
Dataset composition	The dataset consists of one data file comprised of 216 entries. It contains a continuously 18-year measured monthly litter fall production dataset of a 1ha monsoon evergreen broad-leaved forest monitoring plot. The detailed measuring data was collected from January 1999 to December 2016, and the sampling plots in the monsoon evergreen broad-leaved forest located in Dinghushan National Nature Reserve of South China.

引 言

凋落物也可稱為枯落物或有機碎屑，是指在生態系統內，由地上植物組分產生並歸還到地表面，作為分解者的物質和能量來源，藉以維持生態系統功能的所有有機質的總稱^[1]。凋落物是森林生態系統的重要組成成分，它在一定程度上反映了森林生態系統的初級生產力，凋落物作為連接植物群落與土壤間的紐帶，在森林生態系統的物質循環、能量流動和信息傳遞這三大功能中發揮着重要作用^[2]。自19世紀70年代以來，森林凋落物的相關研究一直為林學、森林生態學、生物地球化學和森林土壤學等多學科所重視，最早全球主要森林類型的凋落物量和現存量的範圍得到量化，隨後相關研究在深化^[2]。影響凋落物量的因素主要是氣候和林型，森林凋落物量年變化與氣候環境因子（颱風、暴雨等）密切相關。季風常綠闊葉林是我國南亞熱帶的地帶性森林類型，鼎湖山是該森林類型的典型代表性地帶^[3]。鼎湖山凋落物產量研究表明，凋落物產量差異體現出森林演替和生長格局的變化趨勢，其中受降水和氣溫的影響，凋落物輸入存在明顯的季節性，雨季（4月至9月）凋落物產量高於旱季（10月至翌年3月）^[4][5]。研究還發現，鼎湖山闊葉林和混交林凋落物量存在「大小年」現象，即森林不能連續幾年均維持較高（或較低）的凋落物量，這種波動性變化可能是森林維持穩定生產力的一種自我調節形式^[6]。凋落物回收量中的凋落物組分指枝、葉、花、果、皮、苔蘚地衣及雜物等，對鼎湖山包括季風常綠闊葉林在內的另外2個林型（針葉林、針闊混交林）的研究表明，不同類型森林凋落物組分比例不同，但葉總是占有最大的比例；凋落物的凋落節律與森林類型和氣候條件有關，不同的森林其凋落物有不同的凋落節律，共同點是凋落高峰均出現在雨季^[6]。

在全球氣候變化背景下，森林凋落物的分解是全球碳平衡的一個尤為重要的關鍵環節，水熱環境等因素的差異是導致凋落物分解速率不同的主要原因。森林結構的不同，導致林下小氣候的差異，進而影響凋落物的分解。森林凋落物分解研究有利於揭示和闡明森林群落演替過程中土壤有機碳的積累機制，這也是近年來的一個研究熱點。鼎湖山季風常綠闊葉林作為演替後期階段森林類型，其年凋落物量高於演替初期的馬尾松針葉林，這有利於土壤活性有機碳的積累^[7]。在對鼎湖山森林殘體分解後的3個去向（呼吸、可溶性有機碳和碎屑）所占比例的研究發現，凋落物以呼吸的形式歸還至大氣的比例隨森林正向演替而降低，季風常綠闊葉林76.2%的凋落物通過可溶性有機碳（DOC）和碎屑（fragmentation）形式進入土壤，碎屑是凋落物分解後碳流向土壤的主要形式^[8]。在季風常綠闊葉林土壤CO2排放研究上，降雨過程中大量凋落物淋溶有機碳的輸入能改變土壤微生物群落組成，刺激微生物活性，進而增加土壤CO2排放^[9]。因鼎湖山地處全球三大高氮沉降區域之一和受酸雨嚴重影響的區域^[10]，聯繫該環境背景，研究表明，氮沉降輸入沒有影響到鼎湖山凋落物輸入量，但抑制土壤CO2排放^[11]，並減緩凋落物分解速率^[12][13]。綜上所述，在植被–土壤–大氣統一連續體系統中，凋落物與土壤生物亞系統、土壤亞系統及大氣系統相聯繫，在生物地球化學循環中具有重要意義。鼎湖山森林生態系統定位研究站（簡稱鼎湖山站）是中國生態系統研究網絡（CERN）和UNESCO/MAB（聯合國教科文組織/人與生物圈計劃）的站點之一，依照中國生態網絡監測技術，自1978年建站以來，長期開展了季風常綠闊葉林群落等主要森林群落凋落物的監測與研究^{[14][15][16][17][8]}。本數據整理了鼎湖山站1999–2016年季風常綠闊葉林凋落物月回收量數據，以期為深入探討全球水熱格局變化情形下的植被結構和生態系統功能提供本底資料，為該地區的森林經營管理及生態系統功能評價提供數據支撐。

1 數據採集和處理方法

1.1 數據採集樣地描述

鼎湖山國家級自然保護區（23.16°–23.19°N，112.51°–112.56°E）位於廣東省肇慶市鼎湖區，占地總面積為1155 ha，主要地形為丘陵和低山，海拔100–700 m。該地區屬於南亞熱帶季風氣候, 年降水量為1714 mm，年平均濕度為76%，4月至9月為濕季，10月到翌年3月為旱季，濕季降水量占全年降水量80%左右。年均氣溫22.5℃，最冷月（1月）和最熱月（7月）平均氣溫分別為13.8℃和28.8℃；地質基礎主要為泥盆紀砂岩、砂頁岩、頁岩和石英砂岩, 地帶性土壤為南亞熱帶赤紅壤^[18]。鼎湖山植物群落呈現終年常綠，鬱閉度約95%。根據森林生態系統演替系列，鼎湖山的植物群落可分為演替初期的馬尾松針葉林、演替中期的針闊葉混交林和演替後期的季風常綠闊葉林。季風常綠闊葉林喬木層主要物種為錐栗（Castanopsis chinensis）、木荷（Schima superba）、黃果厚殼桂（Cryptocarya concinna）、厚殼桂（Cryptocarya chinensis）、白顏樹（Gironniera subaequalis）、鼎湖血桐（Macaranga sampsonii）、香楠（Aidia canthioides）等^[18]。

本研究數據採集對象為季風常綠闊葉林群落，南亞熱帶森林群落的地帶性演替頂極，具有典型代表性。為研究季風常綠闊葉林群落結構及功能特徵等，最早於1982年在海拔230–350 m建立季風常綠闊葉林永久樣地，於1992年擴展至1 ha^[19][18]。樣地位於鼎湖山慶雲山寺後，表1為樣地概況^[20][21][19]。

表1 樣地基本信息

序號	樣地名稱	季風常綠闊葉林永久樣地
1	演替階段	頂極
2	位置	23°10′24.41″N，112°32′50.85″E
3	海拔/m	230–350
4	坡向	NE
5	坡度/(°)	25–35
6	面積/ha	1
7	林齡/a	＞400
8	鬱閉度/%	＞95
9	葉面積指數	6.2
10	林分密度/hm−2	4538
11	生物量/t·hm−2	290.0
12	土壤類型	赤紅壤

1.2 數據來源

數據起源於鼎湖山站季風常綠闊葉林永久樣地的野外觀測調查，該樣地的面積為1 ha，始建於1982年。依照《陸地生態系統生物觀測規範》^[22]，凋落物回收量的觀測採用凋落物收集器法，即以1×1m 網狀物來回收凋落物，然後換算成單位面積的平均量。鼎湖山收集凋落物的具體方法如下：在永久樣地設置了15個凋落物長期觀測收集框，均設置為方框式收集器，方框置於離地面50 cm高度處，面積為1 m2，方框底部用尼龍網眼窗紗，網狀物用尼龍紗窗製作，方框在樣地內隨機放置，用支架固定使枯枝落葉收集框保持水平狀態。收集頻率為每月收集一次，將每次收集到的凋落物，按枝、葉、花、果、皮、苔蘚地衣及雜物等分開，在65℃下烘乾至恆重後稱重，記入凋落物回收量表格^[22]。

1.3 數據加工、處理方法與過程

本數據集的構建過程主要包括：野外樣地調查，凋落物收集框製作與安裝，凋落物收集，凋落物烘乾、稱重，數據收集與整理，數據質量控制與評估，數據分析以及數據集的形成與入庫。具體的構建過程見圖1。

圖片

圖1 數據構建流程

2 數據樣本描述

本數據集的數據存儲格式為Excel文件。文件包含1個數據表單，「1999–2016年鼎湖山季風常綠闊葉林凋落物回收量月動態數據」表單存放鼎湖山國家級自然保護區1999–2016年的鼎湖山季風常綠闊葉林凋落物月回收量數據，共有216條記錄。表2列出數據表單所包含的具體字段名稱、類型及示例。

表2 鼎湖山針闊葉林樹幹液流數據集表單內容

序號	字段內容	數據類型	量綱	示例
1	生態站代碼	字符型		DHF
2	年	字符型		1999
3	月	字符型		1
4	樣地名稱	字符型		鼎湖山站季風常綠闊葉林永久樣地
5	枝_凋落總量	數字型	g/月/m2	3.954
6	葉_凋落總量	數字型	g/月/m2	12.152
7	花_凋落總量	數字型	g/月/m2	10.422
8	皮_凋落總量	數字型	g/月/m2	0
9	苔蘚_凋落總量	數字型	g/月/m2	0
10	雜_凋落總量	數字型	g/月/m2	0
11	凋落總量	數字型	g/月/m2	26.528
12	凋落總量	數字型	t/月/ha	0.26528

3 數據質量保證和質量控制

本數據集來源於野外樣地的監測取樣及實驗室分析數據。從樣地設置的前期準備、收集框等設備的安裝、數據的獲取及校正，均由鼎湖山站有着長期野外實驗及室內分析經驗的技術人員及科研人員完成，確保了數據準確性。具體數據質量的控制方法是在凋落物收集過程中，樣品收集間隔保持頻度的一致性，採樣日期在惡劣天氣情形下相差不超過1–2天，凋落物收集袋上註明收集時間、地點、收集人及收集框號。特別是近年鼎湖山站完善數據採集系統以來，在手工記錄的同時，通過手機APP採集等相關實驗信息，保證採樣時間等記錄的準確性。凋落物組分枝、葉、花、果、皮、苔蘚地衣及雜物等劃分，由熟練掌握區分標準的技術人員完成，保持劃分標準的一致性。凋落的烘乾按實驗規程嚴格操作，待乾燥步驟完成，及時用電子天平稱重記錄於實驗本，之後由實驗員錄入鼎湖山數據採集系統，錄入系統的數據經相應專家分析數據的可靠性，在保證數據可靠性的前提下，採用CERN數據質量保證和控制方法進行數據入庫。

4 數據價值

全球變化水、熱格局可能發生變化情形下，凋落物是森林生態系統物質循環和能量流動中的重要結構和功能單元的生態學意義顯得尤為重要。南亞熱帶季風常綠闊葉林生態系統是我國生態關鍵帶的重要常綠闊葉林生態系統類型，其過程與變化的研究是生態系統生態學研究的重點，生態系統過程對全球變化有響應和反饋作用，是闡述全球變化的影響與適應機理的基礎。因此對我國南亞熱帶鼎湖山代表性森林類型季風常綠闊葉林凋落物的積累和分解過程進行相關分析和研究，將有利於森林經營管理和利用，並對全球變暖提出林業上的科學對策有着較為重要的意義。

對鼎湖山季風常綠闊葉林的凋落物回歸量的實測，可為該地區的森林物質循環、能量流動及信息傳遞提供準確的基礎信息^[2]。鼎湖山季風常綠闊葉林林分年齡達400餘年，群落有着複雜的垂直結構，系統穩定，是代表本地帶最高生產力水平的地帶性植被類型^[3]。基於中國亞熱帶形成機理，學術界公認鼎湖山所在區域水熱環境對全球變化極其敏感。隨着青藏高原冰川的逐步消融，預計海陸季風效應將進一步加強，全年降水變率有可能進一步加大，導致乾季土壤水分進一步虧缺。在這種逐步改變的環境下，鼎湖山的季風常綠闊葉林群落的響應可為森林生態系統結構、功能和動態研究和區域退化生態系統恢復研究提供重要參考^[23]。而關於該森林類型凋落物回收量公開數據少之又少。

本數據集可應用於全球氣候變化情形下的養分循環分析、不同森林類型的結構和功能比較、林業經營管理等相關領域，也可以考慮在不同的典型區域、典型陸地生態系統之間開展多台站數據聯網分析，結合中國生態網絡數據中心長期定位觀測的生物、土壤、氣候等數據，將為模型分析提供非常有用的數據（特別在當今模型研究缺乏實測數據的情形下）。

5 數據使用方法和建議

本數據集可通過鏈接Science Data Bank在線服務網址（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/899）下载数据；也可通过广东鼎湖山森林生态系统国家野外科学观测研究站数据资源服务网（http://dhf.cern.ac.cn/meta/detail/FA11），登录首页后点“资源服务”下的“数据服务”，进入相应页面下载数据。

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數據引用格式

李躍林, 劉世忠, 黃健強, 等. 1999–2016年鼎湖山季風常綠闊葉林凋落物月回收量數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-10-15). DOI: 10.11922/sciencedb.899.