2004–2016年中國生態系統研究網絡（CERN）水體pH和礦化度數據集

2004–2016年中國生態系統研究網絡（CERN）水體pH和礦化度數據集
作者：劉旭艷　唐新齋　朱治林　袁國富　張心昱　王嬌　孫曉敏　常學向　程一松　褚國偉　戴冠華　竇山德　杜娟　傅偉　郭小偉　郭永平　何其華　姜峻　蔣正德　來劍斌
2019年12月2日

本作品收錄於《中國科學數據》

劉旭艷, 唐新齋, 朱治林, 等. 2004–2016年中國生態系統研究網絡（CERN）水體pH和礦化度數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2019. (2019-11-27). DOI: 10.11922/csdata.2019.0067.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：水體的pH和礦化度是中國生態系統研究網絡（CERN）的重要監測指標，可為生態系統水體長期變化研究提供重要數據。降水pH可以表徵其是否為酸沉降，地表水和地下水的pH則關係到水質是否對植物生長和動物飲用存在危害等。礦化度是表徵水體溶解性固體總含量的指標，同樣影響到植物根系的水分吸收和動物的生存分布。本數據集收集整理了CERN農田、森林、荒漠、草原、沼澤5種典型生態系統34個生態站2004–2016年降水、地表水、地下水pH和礦化度數據。本數據集可為分析降水、地表水、地下水的酸鹼度和礦化度的時間變化和空間格局提供數據，可為研究中國典型生態系統水質酸鹼度和鹽鹼化的長期變化提供數據支撐。

關鍵詞：中國生態系統研究網絡（CERN）；生態站；pH；礦化度；降水；地表水；地下水

Abstract & Keywords

Abstract: The pH and salinity of water are important monitoring indicators of the Chinese Ecosystem Research Network (CERN), which can provide important data for the study of long-term changes of water within ecosystems. The pH of precipitation can indicate whether it is acid deposition or not. Besides, the pH of surface water and groundwater determine whether water quality is harmful to plant growth and drinking by animals. Furthermore, salinity is an indicator of total soluble solids content in water, which also affects water absorption by plant roots and the survival distribution of animals. This dataset consists of pH and salinity of precipitation, surface water, groundwater data from 34 field stations in five ecosystem of CERN (agro-ecosystem, forest, desert, grassland and marsh) from 2004 to 2016. The dataset can support analysis of temporal variation and spatial pattern of acidity and salinity of precipitation, surface water and groundwater. And it provides data for studying the long-term changes of water quality, pH and salinization in typical ecosystems in China.

Keywords: Chinese Ecosystem Research Network (CERN); field stations; pH; salinity; precipitation; surface water; groundwater

數據庫（集）基本信息簡介

數據集（庫）名稱	2004–2016年中國生態系統研究網絡（CERN）水體pH和礦化度數據集
聯繫人	孫曉敏(sunxm@igsnrr.ac.cn)
數據生產者	CERN站	觀測人員	站長	所屬研究所
	阿克蘇站	盛鈺、胡順軍	趙成義	中國科學院新疆生態與地理研究所34
	哀牢山站	魯志雲、沙麗清	張一平	中國科學院西雙版納植物園25
	安塞站	姜峻、李夠霞	陳雲明	中國科學院水利部水土保持研究所13
	北京站	蘇宏新	桑衛國	中國科學院植物研究所27
	西雙版納站	劉文杰、李玉武、秦海浪	曹敏	中國科學院西雙版納植物園22
	長白山站	戴冠華、鄭興波	王安志	中國科學院瀋陽應用生態所6
	策勒站	郭永平、雷家強	曾凡江	中國科學院新疆生態與地理研究所11
	常熟站	林靜慧、周偉	顏曉元	中國科學院南京土壤研究所20
	長武站	劉勇剛、姬洪飛	劉文兆	中國科學院水利部水土保持研究所24
	鼎湖山站	褚國偉、向傳銀	周國逸	中國科學院華南植物園5
	鄂爾多斯站	杜娟、崔清國	黃振英	中國科學院植物研究所8
	阜康站	趙岩、蘭中東	馬健	中國科學院新疆生態與地理研究所35
	封丘站	汪金舫、李小麗	朱安寧	中國科學院南京土壤研究所29
	貢嘎山站	李偉、楊陽	王根緒	中國科學院成都山地災害與環境研究所18
	環江站	傅偉、林海飛	王克林	中國科學院亞熱帶農業生態研究所9
	海北站	郭小偉、林麗	曹廣民	中國科學院西北高原生物研究所10
	海倫站	李猛	韓曉增	中國科學院東北地理與農業生態研究所16
	鶴山站	林永標、孫聃	申衛軍	中國科學院華南植物園21
	會同站	朱睦楠、於小軍	汪思龍	中國科學院瀋陽應用生態研究所36
	欒城站	程一松、李曉欣	沈彥俊	中國科學院遺傳與發育生物學研究所4
	拉薩站	李少偉、孫維、 何永濤	戴爾阜	中國科學院地理科學與資源研究所17
	臨澤站	常學向、楊淇越	趙文智	中國科學院寒區旱區環境與工程研究所3
	茂縣站	何其華、李曉明	包維楷	中國科學院成都生物研究所12
	奈曼站	劉新平、張銅會	趙學勇	中國科學院寒區旱區環境與工程研究所23
	內蒙古站	竇山德、王小亮	白永飛	中國科學院植物研究所7
	千煙洲站	楊風亭、李慶康	王輝民	中國科學院地理科學與資源研究所30
	三江站	路永正、張加雙	宋長春	中國科學院東北地理與農業生態研究所26
	沙坡頭站	張志山、趙洋	李新榮	中國科學院寒區旱區環境與工程研究所32
	神農架站	趙常明、徐文婷	謝宗強	中國科學院植物研究所33
	瀋陽站	蔣正德、鄭立臣	陳欣	中國科學院瀋陽應用生態研究所14
	桃源站	尹春梅、傅心贛	魏文學	中國科學院亞熱帶農業生態研究所31
	禹城站	來劍斌、婁金勇	歐陽竹	中國科學院地理科學與資源研究所15
	鹽亭站	唐家良	朱波	中國科學院成都山地災害與環境研究所28
	鷹潭站	劉曉利、官有軍	孫波	中國科學院南京土壤研究所19
地理區域	北緯47°35′–21°55′，東經133°31′–80°43′。包括中溫帶、暖溫帶、亞熱帶、熱帶、青藏高原溫帶地區。
數據量	9279條
數據格式	*.xlsx
數據服務系統網址	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/891
基金項目	中國科學院戰略性先導科技專項（XDA19020301）；國家重點研發計劃（2017YFC0503801）。
數據集（庫）組成	數據集整理了CERN34個生態站2004–2016年期間降水、地表水、地下水pH和礦化度數據。降水按月份或季節採集樣品，無降水或降水不足月份未採樣。地表水、地下水按月份或季節採樣。數據集由2個部分組成，其一為各生態站在該時間段內降水、地表水、地下水pH、礦化度相關數據，其二為生態站基本信息。所有數據均存放在1個Excel文件中，其中34個生態站的水體數據按照水體的不同分別放在3個表單內，生態站基本信息放在1個表單內。

引 言

水體pH可以有效地表示其酸鹼性，過酸或者過鹼的水體對於植物生長和動物生活均存在一定的負面作用。降水的pH＜5.6即達到酸沉降水平^[1]，會對農作物、草地、森林等植被生長帶來危害^[2][3]，還會破壞土壤結構^[4][5]，導致土壤和地表水酸化等^[6]。根據我國地表水環境質量標準GB3838-2002規定，日常用水pH範圍為6.00–9.00。地下水環境質量標準GB14848-93規定，pH在6.50–8.50滿足生活生產和植物生長的基本用水需要，如不能達標，也可以使用pH值是＜6.50或者＞8.50的地下水。灌溉用水水質標準一般規定pH範圍是5.50–8.50，使用過酸、過鹼或鹽含量較高的水會造成農作物減產。

礦化度是指水體中的溶解性固體的總量，我國目前對於礦化度的環境標準規範主要應用在地下水上，對其他水體未做明確說明。地下水環境質量標準GB14848-93將地下水礦化度分為5級，即≤300 mg·L-1、300–500 mg·L-1、500–1000 mg·L-1、1000–2000 mg·L-1、＞2000 mg·L-1。水體的礦化度對於植物根系^[7]和土壤動物生長存活具有直接影響，礦化度太高可造成土壤鹽鹼化、物理結構改變和土壤動物總量減少等不良後果^[8]。

本文介紹了中國生態系統研究網絡（CERN）34個生態站2004–2016年降水、地表水、地下水pH和礦化度的監測數據情況，為科學工作者或用戶充分利用本數據提供詳細說明。

1 數據採集和處理方法

1.1 數據採集方法

各生態站降水按月份或季節採集樣品，無降水或降水不足月份未採樣。地表水、地下水按月份或季節採集樣品，然後按照《陸地生態系統水環境觀測規範》^[9]的統一方法測定。其中pH採用電位計法，收集水樣後過濾，室溫條件下通過校正液校準電位計後，測定水樣的pH值。礦化度採用加和法或重量法測定，加和法即通過測定水樣中主要的8種陰、陽離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42- 、CL−、HCO3− 、CO32− ）的總和，得出水樣的礦化度，重量法即過濾後通過蒸乾得到固體物質的總量，計算出水體的礦化度。

1.2 數據處理方法

水體經人工觀測員在現場採集樣品後，在實驗室測定記錄並錄入計算機進行電子化。生態站每年集中整理數據並按相應的格式匯交到CERN水分分中心。CERN水分分中心對所有數據進行再次檢查，合格的數據匯交到CERN綜合中心，相關人員進行數據格式審核，無誤後最終導入到數據庫，以供使用。

數據集經質量控制後，去除了明顯的異常值。整理後的pH、礦化度數據按照水體類型（降水、地表水、地下水）分別匯集到Excel文件中的不同數據表單內，各表單內數據按照生態站名稱和時間排序；生態站基本信息，如代碼、分布區域、經度、緯度、氣候帶、降水量等也單獨匯集到一個數據表單內。

2 數據樣本描述

本數據集的數據儲存於Excel文件中的4個數據表單中，其中降水、地表水、地下水pH和礦化度數據分別存放於3個數據表單中。還有1個表單是生態站基本情況表，給出了34個生態站的基礎信息。兩種表中包含的具體字段名稱和詳細信息見表1和表2。

表1 典型農田生態系統不同水體數據表內容

序號	字段名稱	量綱	數據類型	示例
1	生態站代碼		字符型	ASA
2	年份		數字型	2004
3	月份		數字型	3
4	水質採樣點代碼		字符型	ASAFZ10CLB_01
5	採樣點名稱		字符型	川地氣象觀測場雨水採集器
6	pH值		數字型	8.56
7	礦化度	mg·L-1	數字型	36.94

表2 典型農田生態系統信息表內容

序號	字段名稱	量綱	數據類型	示例
1	生態站		字符型	海倫
2	代碼		字符型	HLA
3	生態系統類型		字符型	農田
4	經度	E	數字型	126°55′
5	緯度	N	數字型	47°27′
6	氣候帶		字符型	中溫帶亞濕潤地區
7	年降水量	mm	數字型	500
8	年平均氣溫	℃	數字型	1.5
9	土壤類型		字符型	黑土
10	數據類型（個數）		字符型	降水（22）

各生態站根據降水頻率的不同，降水樣品的採集頻率也不同。降水頻率較少的地區，如阿克蘇站、阜康站等，只在發生降水的月份取樣；降水充沛的生態站每月至少取樣一次，如常熟站；其餘生態站每季度取樣一次。地表水和地下水的取樣頻率在不同生態站也存在一定差異，如安塞站、常熟站等按照月份取樣，阿克蘇站、哀牢山站等按照季節取樣。

圖1展示了取樣頻率較高的常熟生態系統2004–2016年降水、地表水、地下水pH測定值。可以看出降水pH最低值出現在2011年，接近酸沉降值5.6，其餘年份降水pH均高於6.0。地表水和地下水pH值在7.3–8.3範圍內波動，2005–2009年地表水pH低於地下水，2016年地表水pH大於地下水，其餘年份兩者相差較小。2008–2016年，地表水和地下水pH均高於降水pH值。

圖片

圖1 常熟（CSA）農田生態系統2004–2016年降水、地表水、地下水酸鹼度變化

常熟站降水、地表水、地下水礦化度的變化如圖2所示，2005–2016年間降水礦化度遠低於地表水和地下水礦化度值，礦化度主要是水中的可溶性離子含量的高低指標，地表水和地下水由於和土壤直接接觸，且農田生態系統中存在施肥和地表徑流等的影響，均是造成其礦化度較高的原因。

圖片

圖2 常熟（CSA）農田生態系統2004–2016年降水、地表水、地下水礦化度變化

3 數據質量控制和評估

監測數據採取三級質量控質體系，即野外台站根據統一監測規範和檢測方法採集樣品並進行分析測定，其工作包括分析測試人員的準確測定、及時完整記錄和錄入等環節，這是質量控制的最關鍵部分。CERN水分分中心在台站匯交數據後，為避免出現人工錄入或者其他方面的誤差，對數據進行質量檢測。如果出現明顯不符合邏輯的情況，反饋給台站進行再次確認。綜合中心通過軟件對數據進行質量控制，同時還規範檢查數據格式並保存。

4 數據價值

水體的pH和礦化度可以從酸雨、地表水酸化、土壤酸化、灌溉鹽含量超標、土壤鹽鹼化和板結等方面對生態系統產生影響。本數據集提供的CERN典型生態系統34個生態站2004–2016年降水、地表水、地下水酸鹼度和礦化度數據，在一定程度上表徵出中國典型生態系統的水體整體情況，可以為研究生態系統水利用或者循環提供一定的數據信息支持。

5 數據使用方法和建議

需要使用本數據集的讀者，可以登錄Science Data Bank（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/891）下载。本数据集是对CERN 34個典型生態系統水體pH和礦化度數據整理後形成的數據庫。數據經過一定的質量控制除去了部分明顯的異常值，並根據水體種類、生態系統代碼和時間進行重新排列。數據用戶在分析使用中可以結合更加詳細的實驗設計，配合數據結構模型，解讀中國典型生態系統水體的利用和循環情況。

參考文獻

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數據引用格式

中國生態系統研究網絡. 2004–2016年中國生態系統研究網絡(CERN)水體pH和礦化度數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-11-27). DOI: 10.11922/sciencedb.891.