2004–2015年海倫站不同管理方式下黑土農田土壤含水量長期監測數據集

2004–2015年海倫站不同管理方式下黑土農田土壤含水量長期監測數據集
作者：張志明　李猛　王守宇　郝翔翔　趙勤　韓曉增　李祿軍
2019年8月31日

本作品收錄於《中國科學數據》

張志明, 李猛, 王守宇, 等. 2004–2015年海倫站不同管理方式下黑土農田土壤含水量長期監測數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2019. (2019-08-31). DOI: 10.11922/csdata.2019.0036.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：土壤水是農田生態系統中物質運移的載體，對作物生長和生態系統功能有重要影響。研究表明水分是我國東北黑土區農業生產的主要限制因素。土壤含水量是中國生態系統研究網絡（CERN）陸地生態系統水環境觀測的重要指標。中國科學院海倫農業生態實驗站（簡稱海倫站）是我國唯一從事黑土農田生態系統長期定位監測、研究與示範的國家級野外台站。1993年，海倫站將典型作物種植制度和施肥制度相結合建立黑土農田土壤水分觀測場，按照CERN的要求進行長期水分數據觀測及匯交工作。本數據集收集、整理了2004–2015年典型農田管理方式下土壤剖面含水量長期觀測數據，為研究東北黑土區水資源變化和農業可持續發展提供基礎數據支撐。

關鍵詞：黑土；不同管理方式；土壤含水量；長期監測

Abstract & Keywords

Abstract: As a critical carrier of the material cycle of agricultural ecosystem, soil water has an important influence on crop growth and ecosystem function. Studies indicated that water is one of mainly limiting factors influencing agricultural productivity in black soil region of Northeast China. Soil moisture is an important indicator of the water environment of the terrestrial ecosystems of Chinese Ecosystem Research Network (CERN). Hailun Agroecosystem Experimental Station of Chinese Academy of Sciences (Hailun Station) is the only national station among China’s agricultural ecosystems engaged in the long-term monitoring, research, and demonstration of black soil region in northeast China. In 1993, soil water observation field was set up by combining typical cropping regimes with fertilization regimes in Hailun Station, where long-term soil moisture monitoring and data collection has been carried under the protocols of CERN. This dataset is an assemblage of the long-term observation data of soil water content in soil profile under typical farmland management regimes from 2004 to 2015, which provides basic data support for the study of changes in water resources and agricultural sustainable development in the black soil region of northeast China.

Keywords: mollisol; different management regimes; soil moisture; long-term monitoring

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱	2004–2015年海倫站不同管理方式下黑土農田土壤含水量長期監測數據集
數據作者	張志明、李猛、王守宇、郝翔翔、趙勤、韓曉增、李祿軍
數據通信作者	李祿軍 (lilujun@iga.ac.cn)
數據時間範圍	2004–2015年
地理區域	中國科學院海倫農業生態實驗站（東經126º55′，北緯47º27′），土壤水分長期觀測樣地。
數據量	284 KB，4079條數據
數據格式	*.xlsx
數據服務系統網址	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/831
基金項目	中國生態系統觀測研究網絡野外台站運行服務費；科技部國家野外科學觀測研究站運行服務費。
數據庫（集）組成	數據集由4個數據表組成。每個數據表含1個施肥處理2004–2015年土壤含水量月平均數據，具體施肥處理有：（1）不施肥（F1）；（2）低量化肥（F2）；（3）高量化肥（F3）；（3）高量化肥+有機肥（F4）。

Dataset Profile

Title	A Long-term Monitoring Dataset of Soil Moisture Content of Farmland in Black Soil under Different Management Regimes in Hailun Agroecosystem Experimental Station, CAS (2004–2015)
Data corresponding author	Li Lujun (lilujun@iga.ac.cn)
Data authors	Zhang Zhiming, Li Meng, Wang Shouyu, Hao Xiangxiang, Zhao Qin, Han Xiaozeng, Li Lujun
Time range	2004–2015
Geographical scope	Soil water observation plots, Hailun Agroecosystem Experimental Station, Chinese Academy of Sciences (126º55′E, 47º27′N).
Data volume	284 KB (4079 entries)
Data format	*.xlsx
Data service system	<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/831>
Sources of funding	Chinese Ecosystem Research Network (CERN) – Hailun Agroecology Research Station, Chinese Academy of Sciences, the National Science and Technology Infrastructure Platform; Operation Service Project of National Scientific Observation and Research Field Station of Hailun Agroecology Research Station in Hunan, Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China.
Dataset composition	The dataset consists of 4 subsets in total. Each subset contains monthly average of soil moisture from 2004 to 2015. The specific fertilization treatments are as follows: (1) No fertilizer (F1); (2) Low quantity chemical fertilizer (F2); (3) High quantity chemical fertilizer (F3); (4) High quantity chemical fertilizer plus organic fertilizer (F4).

引 言

東北黑土區是我國最大的商品糧生產基地，屬於雨養農業，土壤水分的唯一來源是大氣降水^[1]。土壤水是植物可利用水分的主要來源。而本地區年內降水分布極為不均勻，季節性乾旱時有發生^[2]，因此水分也成為該地區農業生產的主要限制因子^[3]。在農田生態系統中土壤水是土壤-植物-大氣連續體的一個關鍵因子，是系統內物質運移的載體^[4]。所以對土壤水分含量變化的長期監測有助於深入認知黑土農田生態系統的關鍵過程，對調節土壤肥力、提高作物產量具有重要意義^[5]。

中國科學院海倫農業生態實驗站（簡稱海倫站），隸屬於中國科學院東北地理與農業生態研究所，現為中國生態系統研究網絡（CERN）野外台站，國家野外科學觀測研究網絡（CNERN）試驗站。海倫站位於東北黑土區中部，是中國科學院在我國東北黑土區設置的長期、綜合性的農業、資源環境、生態和作物學多學科的綜合研究基地，也是我國唯一從事黑土農業生態系統長期定位監測、研究與示範的國家級野外台站。海倫站按照CERN的要求，對黑土農田生態系統的水分、土壤、氣候和生物要素進行長期連續觀測，積累了大量的原始觀測數據。為研究本地區典型種植制度和施肥制度對土壤水分含量的影響，海倫站於1993年建立土壤水分水肥耦合效應長期定位試驗輔助觀測場（樣地代碼：HLAFZ03CTS_01），對黑土農田剖面水分含量進行長期連續觀測、數據匯交等工作。

本數據集整理了海倫站2004–2015年大豆–玉米輪作條件4種施肥措施影響下的土壤剖面含水量長期觀測數據，以期為深入研究本地區農業管理方式和農業可持續發展提供基礎數據支撐。

1 數據採集和處理方法

1.1 數據採集樣地描述

海倫站所在城市為海倫市，是傳統的農業區，位於東北黑土區中部，氣候和土壤類型均具有典型的代表性。土壤含水量數據採集時間為每年4–10月，覆蓋本地區作物生育期（5–10月）。海倫站土壤水分水肥耦合效應長期定位試驗輔助觀測場，管理方式為作物種植制度與施肥制度相結合。相關信息介紹在表1中。

表1 海倫站土壤含水量觀測樣地介紹

年份	作物	施肥量
		F1	F2	F3	F4
2004–2006	大豆	不施肥	N：21.50 kg/haP2O5：54.96 kg/ha	N：32.26 kg/haP2O5：82.44 kg/ha	N：32.26 kg/haP2O5：82.44 kg/ha有機肥：30000.00 kg/ha
	玉米	不施肥	N：150.00 kg/haP2O5：75.00 kg/ha	N：150.00 kg/haP2O5：75.00 kg/ha	N：150.00 kg/haP2O5：75.00 kg/ha有機肥：30000.00 kg/ha
2007	大豆	不施肥	N：20.25 kg/haP2O5：51.75 kg/ha	N：40.30 kg/haP2O5：103.50 kg/ha	N：40.30 kg/haP2O5：103.50 kg/ha有機肥：15000.00 kg/ha
	玉米	不施肥	N：180.00 kg/haP2O5：103.50 kg/ha	N：180 kg/haP2O5：103.50 kg/ha	N：180 kg/haP2O5：103.50 kg/ha有機肥：15000.00 kg/ha

1.2 數據獲取與處理

海倫站採用北京超能科技公司生產的CNC503（DR）中子水分儀觀測土壤剖面含水量。中子儀法具有不破壞土壤結構，觀測方便、準確等優點。中子管是半永久性埋置，可以同一位置連續多年觀測，得到測量地點的長期土壤水分變化數據。所以在2014年之前CERN大部分台站都採用中子儀法觀測土壤含水量。

海倫站水分觀測樣地每個試驗小區中心位置設置一根中子管用於人工測定土壤剖面含水量。每個小區4次重複，其中有2個重複小區內設有中子管。每5天觀測一次（4–10月）。在實際觀測中，由於儀器故障和降水等原因，觀測時間會適當調整。海倫站水分觀測由經過培訓的專職技術人員進行觀測。每次觀測前，首先檢查中子儀充電情況。觀測過程中要嚴格按照操作規程進行觀測，尤其重要的是確保觀測層次的準確。觀測後及時下載元數據，提交給台站數據管理員。數據管理員及時整理元數據並進行初步的質量檢查（極值和缺失數據說明）。每月定期使用鋁盒烘乾法與中子儀觀測數據進行比較，如數據差異較大，技術人員將重新標定中子儀重新觀測。

本數據集為土壤含水量月平均值。本數據集的基礎數據為海倫站每年土壤含水量觀測入庫數據。計算方法為：將相同施肥處理在同一月份的所有觀測數據取平均值，標明標準差和測定數。

2 數據樣本描述

本數據集包含4個施肥處理土壤剖面含水量觀測數據，觀測頻率為5天/次（4–10月）。數據集具體內容及各字段含義見表2。

表2 土壤含水量數據集字段含義

字段名稱	數據類型	說明
生態站代碼	字符型	HLA，「HL」海倫站拼音首字母，「A」表示農田站
年	數字型	數據產生年度
月	數字型	數據產生月份
樣地代碼	字符型	土壤含水量觀測樣地代碼
作物名稱	字符型	觀測樣地當年種植作物名稱
施肥處理	字符型	觀測樣地施肥處理
觀測層次（cm）	數字型	觀測土壤剖面深度範圍
體積含水量（%）	數字型	所有當月觀測值的平均值
標準差	數字型	所有當月觀測值的標準差
測定數	數字型	當月觀測的次數
備註	字符型	必要的說明文字

3 數據質量控制和評估

3.1 數據質量控制體系

環境要素長期監測是CERN一項重要任務。海倫站作為CERN成員之一，在綜合中心和水分分中心的指導下，對相關指標進行長期連續的觀測。所生成的數據管理和質量控制由水分分中心和綜合中心負責。為了保證數據質量進而實現有效共享，CERN形成了嚴謹的質量管理體系，通過計劃、執行和評估三個步驟，採取前端控制和後端質控的管理模式，對數據進行審核、檢驗和評估^[6]。

3.2 數據產生過程與質量控制

海倫站土壤水分水肥耦合效應長期定位試驗輔助觀測場的維護按照《陸地生態系統水環境觀測質量保證與質量控制》^[6]的相關規定進行。根據本地區氣候和農業活動規律，海倫站每年土壤水分觀測時間為4–10月。在每年觀測開始前和過程中，觀測員都會對中子儀進行標定，同時也會定期使用鋁盒烘乾法對測量數據進行校正。確保觀測階段數據的準確性。在獲得觀測數據後，對原始數據進行整理，檢查異常值，並進行標註說明。每年定期向CERN水分分中心上報，由CERN水分分中心負責匯總、質控，達標數據統一錄入數據庫。在本數據集整理過程中，再次對數據的完整性、準確性進行檢查，並對缺失值進行說明。

4 數據價值

土壤水分含量變化是土壤關鍵過程之一，是研究農田系統中植物-土壤相互作用最基礎的指標。對土壤剖面水分變化規律的長期監測可以避免短期觀測中偶發事件的影響，更真實的反映出本地區土壤水分變化的規律。我國東北黑土區對我國糧食安全有重要影響，而海倫站又是本地區唯一進行長期連續土壤水分觀測的野外台站。同時長期監測樣地包括作物輪作和施肥梯度，更增加了可比性，所以本數據集對於研究黑土區水資源變化和農業可持續發展尤為重要。使用本數據集時需注意由於儀器故障和降水等原因導致的部分數據缺失問題。

5 數據使用方法和建議

本數據集可通過Science Data Bank在線服務網址（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/831）获取数据服务。对原始数据有使用需求的，也可通过黑龙江海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站（http://hla.cern.ac.cn/）进行在线申请。数据申请流程为注册成功并登陆系统后，进入“资源服务”后进入“数据服务”，选择“生态系统要素联网长期监测数据”，找到所需数据后点击元数据（图1），进入界面后点击蓝色的申请按钮，再填写需要申请的数据内容，包括时间范围、样地范围等信息，提交申请，等待数据管理员审核回复。

圖片

圖1 海倫站資源服務平台中原始數據申請頁面

參考文獻

1. 孟凱, 張興義, 隋躍宇, 等. 黑龍江海倫農田黑土水分特徵[J]. 土壤通報, 2003, 34(1): 11-14.
2. 韓曉增, 王守宇, 宋春雨, 等. 海倫地區黑土農田土壤水分動態平衡特徵研究[J]. 農業系統科學與綜合研究, 2003, 19(4): 252-255.
3. 鄒文秀, 韓曉增, 江恆, 等. 東北黑土區降水特徵及其對土壤水分的影響[J]. 農業工程學報, 2011, 27(9): 196-202.
4. 袁國富, 唐登銀, 孫曉敏, 等. 陸地生態系統水環境觀測規範[M]. 北京: 中國環境科學出版社, 2007.
5. 喬櫵, 沈善敏, 周紹權. 東北北部黑土水分狀況之研究Ⅰ.黑土水分狀況的基本特徵及其與成土過程的關係[J] .土壤學報, 1963, 11(2): 143-158.
6. ^ ^{6.0 6.1} 袁國富, 張心昱, 唐新齋, 等. 陸地生態系統水環境觀測質量保證與質量控制[M]. 北京: 中國環境科學出版社, 2012.

數據引用格式

張志明, 李猛, 王守宇, 等. 2004–2015年海倫站不同管理方式下黑土農田土壤含水量長期監測數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-08-12). DOI: 10.11922/sciencedb.831.