2005–2015年川中丘陵區旱坡地主要作物的生物量（地上和地下）與葉面積指數數據集

2005–2015年川中丘陵區旱坡地主要作物的生物量（地上和地下）與葉面積指數數據集
作者：高美榮　王艷強　朱波
2020年3月24日

本作品收錄於《中國科學數據》

高美榮, 王艷強, 朱波. 2005–2015年川中丘陵區坡耕地主要作物生物量（地上和地下）與葉面積指數數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2020, 5(1). (2020-03-20). DOI: 10.11922/csdata.2019.0047.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：葉面積指數（leaf area index，LAI）是表徵植被冠層結構最基本的參量之一；根系是調控植物與土壤水分關係最主要的器官，其發育程度直接影響地上部生長狀況及籽粒產量；地上生物量是作物長勢監測的一個重要指標，與LAI有密切關係。三者是農作物長勢監測與估產、農作區生態環境評價等研究中的重要參數，通常作為遙感估測作物產量和土壤水分蒸散量模型的輸入參數。農田生物量也是全球碳循環的重要組成部分，是研究陸地生態系統中的能量平衡和能量流動的基礎數據。鹽亭站是以中亞熱帶四川盆地紫色土丘陵區為核心研究對象，是中國生態系統研究網絡（CERN）和國家生態系統觀測研究網絡（CNERN）布局的唯一基礎性、公益性的該類型農田生態系統長期試驗與觀測平台。本數據集整合了鹽亭站近十年（2005–2015年）典型耕作制下的主要農作物不同生育期葉面積指數、生物量和根生物量數據，以期為研究生物與氣候過程的相互作用以及農業生產管理提供科學依據。

關鍵詞：生物量；葉面積指數；根生物量；川中丘陵區

Abstract & Keywords

Abstract: Leaf area index (LAI) is one of the fundamental parameters used to characterize vegetation canopy structure. Root is the most important organ to regulate the relationship between plant and soil water. The development of plant root directly affects the growth of aboveground parts and the grain yield. Aboveground biomass (AGB), which closely related to LAI, is an important indicator for monitoring crop growth. As three important parameters in the studies such as crop growth monitoring, yield estimation and ecological environment evaluation in farming areas, LAI, root and AGB are commonly used as input parameters for remote sensing estimation of crop yield and soil moisture evapotranspiration model. Farmland biomass is an important part of the global carbon cycle. It provides the basic data for studying balance and flow of energy in terrestrial ecosystems. As a part of Chinese Ecosystem Research Network (CERN) and National Ecosystem Research Network of China (CNERN), Yanting Station is the only fundamental and public-welfare platform for agricultural ecosystem experimentation and observation. Yanting Station is oriented towards the subtropical purple soil area of Sichuan Basin. This dataset integrates the annual and inter-annual changes of LAI, AGB and root biomass of major crops under typical tillage from 2005 to 2015. It is expected to provide scientific basis for studying the interaction between biological and climatic processes as well as for managing the agricultural production.

Keywords: biomass; Leaf area index; root biomass; central Sichuan Basin

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱	2005–2015年川中丘陵區旱坡地主要作物的生物量（地上和地下）與葉面積數據集
數據作者	高美榮、王艷強、朱波
數據通信作者	高美榮（yanqiang_wang@imde.ac.cn）
數據時間範圍	2005–2015年
地理區域	四川省綿陽地區鹽亭縣林山鄉（105º27′E，31º16′N），川中丘陵區典型農田生態系統。
數據量	26.9 KB
數據格式	*.xlsx
數據服務系統網址	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/864http://yga.cern.ac.cn/meta/detail/AA07
基金項目	中國科學院關鍵技術人才項目（2017），長江上游典型支流流域水質與水量數據整理與集成。
數據庫（集）組成	本數據集包括了兩個部分：（1）2005–2015年冬小麥和玉米的不同生育期葉面積與生物量數據，主要數據項有作物名稱、作物品種、生育期、株密度、群體高度、葉面積指數、分櫱莖數、地上部分總鮮重、莖幹重、葉乾重和地上總乾重；（2）2005–2015年冬小麥和玉米的不同生育期耕作層作物根生物量數據，主要數據項有作物名稱、作物品種、生育期、耕作層深度、根乾重和約占總根乾重比例。

Dataset Profile

Title	A dataset of biomass (A-ground and U-ground) and leaf area index of main crops on dry slope farmland in hilly areas of central Sichuan Basin (2005–2015)
Data corresponding author	Wang Yanqiang (yanqiang_wang@imde.ac.cn)
Data authors	Gao Meirong; Wang Yanqiang; Zhu Bo
Time range	2005–2015
Geographical scope	A typical agricultural ecosystem in the central Sichuan Basin, Linshan township, Yanting county, Sichuan province, China (105º27』E, 31º16』N).
Data volume	26.9 KB
Data format	*.xlsx
Data service system	<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/864> <http://yga.cern.ac.cn/meta/detail/AA07>
Sources of funding	Key Technology Talent Program of Chinese Academy of Sciences (2017), Data collation and integration of water quality and quantity in typical tributaries of the upper reaches of the Yangtze river.
Dataset composition	This dataset is composed of data stored in two respective Excel files. The files are as follows: 1. Data on AG-biomass and leaf area index of main crops (2005–2015); 2. Data on root biomass of main crops in the cultivated soil layer (2005–2015).

引 言

葉面積指數（leaf area index，LAI）是表徵植被冠層結構最基本的參量之一。根系是調控植物與土壤水分關係最主要的器官，其發育程度直接影響地上部生長狀況及籽粒產量^[1]，通常作為遙感估測作物產量和土壤水分蒸散量模型的輸入參數^[2]。地表生物量是作物長勢監測的一個重要指標^[3][4]，與LAI有密切關係，它們是農作物長勢監測與估產、農作區生態環境評價等研究中的重要參數。遙感植被指數被廣泛應用於地表農作物生物量估算，植被指數和生物量擬合模型差異是影響農作物生物量遙感估算的主要因素。農田生物量也是全球碳循環的重要組成部分，對農田作物生物量進行監測，可以為陸地生態系統中的能量平衡和能量流動研究提供基礎數據。

鹽亭紫色土農業生態試驗站（簡稱鹽亭站）以中亞熱帶四川盆地紫色土丘陵區為核心研究對象，是中國生態系統研究網絡（Chinese Ecosystem Research Network，CERN）和國家生態系統觀測研究網絡（National Ecosystem Research Network of China，CNERN）布局在長江上游唯一基礎性、公益性的該類型農田生態系統試驗觀測與研究平台。本數據集整合了鹽亭站2005–2015年典型耕作制下的主要農作物冬小麥和玉米不同生育期葉面積指數、生物量和根生物量的年際、年內變化數據，以期為研究生物過程與氣候過程的相互作用以及農業生產管理提供科學依據。

1 樣品採集與觀測方法

1.1 採樣點介紹

鹽亭站位於四川省綿陽市鹽亭縣林山鄉截流村小流域（105º27′E，31º16′N），距離鹽亭縣城14公里，地處嘉陵江和涪江的分水嶺上，海拔365–576.5 m之間（圖1）。區內地形為中深丘，由於水平沙泥岩互層形成多級梯地，山頂為園丘、長崗狀。溝谷切割較深，沖溝發育，相對高差10–200 m，谷地寬50–1500 m，兩側山坡較陡，平均坡比1:3–1:10。全區受東南季風控制，年平均溫度為17.3℃，極端最高氣溫40℃，極端最低氣溫−5.1℃，大於10℃的積溫5000–6000℃。多年平均降雨量826 mm，2008年後降雨總量有上升趨勢，降雨季節分布不均，春季占5.9%，夏季占65.5%，秋季占19.7%，冬季占8.9%，汛期暴漲暴落，無霜期294 d，具有四川盆地典型亞熱帶濕潤季風氣候特徵。該區植被為榿木（Alder cremastogyne）、柏木（Cypresses funebris）人工混交林，土壤為鈣質紫色土，質地為中壤，主要農作物有小麥、玉米、水稻、油菜等，土地利用方式有旱坡地、林地、水田等。

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圖1 鹽亭站農田生態系統綜合觀測場採樣地

採樣地布設在鹽亭站農田系統綜合觀測場（YGAZH01）內，綜合觀測樣地是2004年由3塊坡向西北–東南、坡度相近的台地經過深翻平整改建為坡度5°、面積1600 m2的旱坡地，設計使用年限為100年，四周設2–5 m保護帶，四周為相同土地利用類型的農田。兩年三熟耕作制（小麥–玉米輪作），常規施肥，未作過小區試驗。

1.2 樣方布設與樣品採集觀測方法

1.2.1 樣方布設

作物生物量與葉面積的觀測屬於農田生態系統生物學類的觀測內容。在鹽亭站設置的綜合觀測場內設採樣地，面積40 m×40 m，具體樣方布設為：將採樣區按10 m×10 m面積劃分為12個大樣方（圖2），用大寫英文字母A–L表示，A、D、I、L、F、G為組1，B、C、E、H、J、K為組2，每個大樣方又劃分為4個5 m×5 m的小樣方，區組1分別用小寫英文字母a–d表示，組2分別用小寫英文字母e–h表示，每年採樣樣方為5 m×5 m的小樣方，每年輪換一次，組1和組2每4年輪換一次。

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圖2 綜合觀測場大樣方布設圖

圖3是以B-e採樣區（5 m×5 m）為例繪製的綜合觀測場2006–2015年曆年布設樣方的採樣圖，圖中每個小方格代表1 m×1 m的作物收穫期採樣樣方，同一年保證6個樣方的採樣。另由於作物生長到一定高度後，很難在田間進行空間布點採樣，並且會造成人為地踩踏樣地和對作物的嚴重損傷。為此，鹽亭站收穫期採樣全部選點、定點工作都在作物的苗期完成。保證了定點位置的準確性，減小了對樣地和作物的干擾。

圖片

圖3 2006-2015年B-e採樣區樣方的設計圖

1.2.2 樣品採集與觀測方法

鹽亭站綜合觀測場耕作制是川中丘陵區旱坡地典型的小麥–玉米輪作制，在小麥季和玉米季不同的生育期分別進行地上和地下採集樣品，開展生物量的觀測。除了收穫期，其他生育期的生物量觀測均在保護行樣地進行，其中保護行設在綜合觀測場四周，寬度一般為2–5 m。為了保證收穫季的樣方不受其他生育期採集樣品的干擾，不同生育期的採樣均在相應樣方同坡位上的保護行進行。

（1）小麥季不同生育期的地上生物量採樣和觀測：為了減少破壞，在綜合觀測場樣地保護行選擇長勢一致、株距均勻、不缺苗，未採過樣的4個點，測定葉面積、密度、群體株高等，然後在每個選點周圍選取具有代表性的20株小麥，在越冬前期和分櫱期採樣時齊地剪割，用乾淨封口袋封裝帶回實驗室分析；到拔節期和抽穗期用鋤頭離根部15 cm或20 cm處將植株連土一起挖出，將其放入水中浸泡，把泥土沖洗乾淨，晾乾後進行生物量的測定。各點採樣時，先在田埂觀察、選定採樣點，選擇離田埂最近的路線進入實驗地內採樣，並按原路返回，以減少破壞。收穫期是在前期定好樣方的採樣區進行，採樣點為6個，採樣方法和過程與以上相同。

（2）玉米季不同生育期的地上生物量採樣和觀測：樣地四周保護行選擇長勢和株距均勻、不缺苗，並未採過樣的4個點，先測定密度、群高等，在每個選點採取具有代表性的3株玉米，用鋤頭離根部30 cm處將植株連土一起挖出，放入事先備好的塑料袋帶回實驗室後將其放入水中浸泡，將泥土沖洗乾淨，晾乾後進行生物量的測定。各點採樣時，先在田埂觀察、選定採樣點，選擇離田埂最近的線路進入實驗地內採樣，並按原路返回，儘量避免造破壞。根系採樣選點與上相同，樣方面積1 m2，採用挖掘法。成熟期是在前期定好1m2樣方的採樣區進行，採樣點為6個，採樣方法和過程與以上相同。

（3）葉面積指數的測定，使用便攜式葉面積儀，儀器為美國LI-COR公司的Li-3000C。

（4）採集帶回的樣品，在室內進行清理乾淨，然後晾曬乾後，用1/100天平稱完鮮重，然後將樣品置於烘乾箱，在105 ℃下烘乾15分鐘殺青，再用60–70℃恆溫烘乾，取出稱重，及時記錄數據，填入表格，檢查異常值，並對異常數據進行補充測定。

1.2.3 數據處理的幾點說明

（1）在保護行樣地採樣重複為4個點，收穫期或成熟期的重複為6個點，數據表格中的數據為各平均值。

（2）數據表中的空白格不是缺測的表示，而是因為小麥在越冬前期和玉米的五葉期莖葉未分化，這個生育期無莖幹重和葉乾重；收穫期小麥和成熟期玉米均葉片枯黃，無法準確測定地上部分鮮重和葉面積。

2 數據樣本描述

本數據集包括了兩個部分：（1）2005–2015年主要作物冬小麥和玉米的不同生育期葉面積與生物量數據，主要數據項有作物名稱、作物品種、生育期、株密度、群體高度、葉面積指數、分櫱莖數、地上部分總鮮重、莖幹重、葉乾重和地上總乾重；（2）2005–2015年主要作物冬小麥和玉米的不同生育期耕作層作物根生物量數據，主要數據項有作物名稱、作物品種、生育期、耕作層深度、根乾重和約占總根乾重比例。具體的內容及各字段涵義如表1和表2。

表1 2005–2015年主要作物不同生育期葉面積與生物量數據表字段涵義

字段名稱	數據類型及小數位數	量綱	字段說明
年	整數型		觀測年份
月	整數型		觀測月份
作物名稱	文本型		作物名稱，比如冬小麥、玉米
作物生育期	文本型		作物生長過程中外部有明顯特徵的時期
密度	浮點型，1	株或穴/m2	作物種植密度
群體高度	浮點型，1	cm	一定面積植株的長勢高度
葉面積指數	浮點型，2		單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數
調查株（穴）數	浮點型，1	株或穴	調查樣方內的株（穴）數
每株（穴）分櫱莖數	浮點型，1	莖	每株（穴）分櫱莖數量
地上部總鮮重	浮點型，2	g/m2	作物地上部分的鮮重總量
莖幹重	浮點型，2	g/m2	地上部分莖稈乾重
葉乾重	浮點型，2	g/m2	地上部分葉片乾重
地上部總乾重	浮點型，2	g/m2	地上部分總乾重
作物品種	文本型		作物品種

表2 2005–2015年主要作物不同生育期耕作層作物根生物量數據表字段涵義

字段代碼	數據類型及小數位數	量綱	說明
年	整數型		觀測年份
月	整數型		觀測月份
作物名稱	文本型		作物名稱，比如小麥、玉米
作物生育期	文本型		作物生長過程中外部有明顯特徵的時期
耕層深度	浮點型，2	cm	耕作層深度
根乾重	浮點型，2	g/m2	耕作層內根的乾重
約占總根乾重比例	浮點型，2	%	耕作層根乾重約占總根乾重比例
作物品種	文本型		作物品種

3 數據質量控制和評估

本數據集中的數據項均是CERN和CNERN規定生物觀測指標，因此觀測場設置、樣方布設與觀測技術規範均遵照CERN和CNERN觀測標準體系方法進行，觀測數據從田間採樣、樣品保存、室內分析到後期數據檢查和錄入，是經過台站專業技術人員進行質控體系和流程檢驗的。專業技術人員每年參加CERN生物分中心組織的「生物監測新技術與新規範培訓研討班」。

數據生產過程中的具體質控措施有：

（1）數據獲取過程的質量管控。避開病蟲害嚴重區、破壞區等，選擇有代表性樣方採樣；及時對異常數據進行補充採樣和測定；嚴格翔實地記錄調查時間、核查並記錄樣地名稱代碼，真實記錄作物種類、品種、樣方號、樣方面積等信息。

（2）原始數據記錄的質控措施。原始記錄要求做到數據真實、記錄規範、書寫清晰、數據及輔助信息完整等。使用台站專用、規範印製的數據記錄表和記錄本，根據本站調查任務制定年度工作調查記錄本，按照調查內容和時間順序依次排列，裝訂、訂製成本。使用鉛筆或黑色碳素筆整齊填寫，原始數據不准刪除或塗改，如記錄或觀測有誤，需將原有數據輕畫橫線標記，並將審核後正確數據記錄在原數據旁或備註欄。

（3）輔助數據信息的記錄措施。對樣地位置、調查日期、樣地環境狀況做翔實描述與記錄，並對相關的樣地管理措施、病蟲害、災害等信息同時記錄。

（4）數據質量審核。將所獲取的數據與各項輔助信息數據以及歷史數據信息進行比較，評價數據的正確、一致性、完整性、可比性和連續性，經過站長和數據管理員審核認定，批准上報。最後提交生物分中心進行最後的質量控制和處理。

4 數據價值和使用方法

四川鹽亭農田生態系統國家野外科學觀測研究站是國家野外科學觀測研究站和中國生態系統研究網絡成員站，本文提供的數據集是川中丘陵區典型的紫色土旱坡地農田生態系統的主要作物地上地下生物量數據，可為區域生態系統過程研究提供科學數據支撐。

現經過整合存儲在Science Data Bank（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/864）上，以期为类似领域研究提供区域数据。读者如需进一步了解其他生物方面的观测数据，可与本文的通信作者联系。

致 謝

感謝野外監測人員在樣品採集和分析時付出的辛勤和努力。

參考文獻

1. HAMMER G L, DONG Z, MCLEAN G, et al. Can Changes in Canopy and/or Root System Architecture Explain Historical Maize Yield Trends in the U.S. Corn Belt?[J]. Crop Science, 2009, 49(1): 299-312.
2. CHEN J M, JOSEF C. Retrieving Leaf Area Index of Boreal Conifer Forests Using Landsat TM Images[J]. Remote Sensing of Environment, 1996, 55(2): 153-162.
3. 李衛國, 趙春江, 王紀華, 等. 遙感和生長模型相結合的小麥長勢監測研究現狀與展望[J]. 國土資源遙感, 2007, 2: 6-9．
4. BAI J H, LI S K, WANG K R, et al. Estimating Aboveground Fresh Biomass of Different Cotton Canopy Types with Homogeneity Models Based on Hyper Spectrum Parameters[J]. Agricultural Sciences in China, 2007, 6(4): 437-445.

數據引用格式

高美榮, 王艷強, 朱波. 2005–2015年川中丘陵區坡耕地主要作物生物量（地上和地下）與葉面積指數數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-12-26). DOI: 10.11922/sciencedb.864.