2005–2015年青藏高原東南部貢嘎山峨眉冷杉林土壤物理性質和元素數據集

2005–2015年青藏高原東南部貢嘎山峨眉冷杉林土壤物理性質和元素數據集
作者：楊陽　李偉　王根緒
2020年6月25日

本作品收錄於《中國科學數據》

楊陽, 李偉, 王根緒. 2005–2015年青藏高原東南部貢嘎山峨眉冷杉林土壤物理性質和元素數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2020, 5(2). (2020-06-23). DOI: 10.11922/csdata.2020.0003.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：貢嘎山位於青藏高原和四川盆地的過渡帶。峨眉冷杉林是貢嘎山暗針葉林的重要組成部分。採用規範的調查監測方法獲取峨眉冷杉土壤物理性質和元素對直接揭示土壤質量的變化具有重要意義，也為模擬山地生態系統物質循環過程提供參數。中國科學院貢嘎山高山生態系統觀測試驗站（簡稱「貢嘎山站」）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）共同建立的以亞高山生態、土壤、水文、氣候、冰川為一體的綜合性試驗研究基地與觀測平台。按照CERN的統一規範，貢嘎山站開展了土壤長期監測工作。本數據集收集整理了2005–2015年峨眉冷杉林0–10、10–20、20–40、40–60、60–100 cm土層土壤的容重、機械組成、土壤養分全量、土壤礦質全量、微量元素全量、重金屬全量等31項指標，其中土壤養分全量採樣頻率為5年/次，其他採樣頻率為10年/次。本數據集可為山地大氣–土壤–植物生物地球化學循環過程提供基礎數據，為山地生態安全和生態修復提供理論參考。

關鍵詞：貢嘎山；峨眉冷杉；土壤物理性質；土壤元素；土壤質量

Abstract & Keywords

Abstract: Gongga Mountain is located in the transition zone between the Sichuan Basin and the Qinghai-Tibet Plateau. Abies fabri Craib is an endemic and dominant species in typical subalpine dark coniferous forests, in Gongga Mountain. Scientific and standardized survey on the physical properties and elements of Abies fabri Craib is of great significance for revealing soil quality, and provide valuable parameters for simulating the material circulation in the mountain ecosystem. Co-built by Chinese Ecosystem Research Network (CERN) and National Ecosystem Research Network of China (CNERN), Gongga Station is a comprehensive experimental base and observation platform, integrating subalpine ecology, soil, hydrology, climate and glaciers. Pursuant to the protocols for standard soil observation and measurement of CERN, the station has been carrying out long-term soil survey. This dataset collected and processed 31 soil indices of A. fabri soil from different soil lays (0–10 cm, 10–20 cm, 20–40 cm, 40–60 cm and 60–100 cm) from 2005 to 2015, such as soil bulk density, mechanical composition, total nutrients, total minerals, total microelements and total heavy metals. The regular sampling time interval for soil nutrients is 5 years, and the sampling interval for other indices is 10 years. This dataset is aimed to provide basic data for the biogeochemical cycling process of air-water-soil-plant systems and theoretical reference for mountain ecological safety and ecological restoration.

Keywords: Gongga Mountain; Abies fabri Craib; soil physical properties; elements; soil quality

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱	2005–2015年青藏高原東南部貢嘎山暗針葉林土壤物理性質和元素數據集
數據作者	楊陽、李偉、王根緒
數據通信作者	王根緒(wanggx@imde.ac.cn)
數據時間範圍	2005–2015年
地理區域	中國生態系統研究網絡（CERN）貢嘎山高山生態系統觀測試驗站、貢嘎山森林生態系統國家野外科學觀測站，位於四川省甘孜州磨西貢嘎山（102°00′E，29°33′N）。本數據集來自貢嘎山高山生態試驗站長期觀測樣地：峨眉冷杉成熟林觀景台綜合觀測場和峨眉冷杉演替中齡林干河壩站區長期觀測樣地。
數據量	57.5 KB
數據格式	*.xlsx
數據服務系統網址	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/941 http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData
基金項目	中國生態系統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	本數據集由6部分數據表組成，分別為：1. 「土壤元素」表，貢嘎山暗針葉林土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、硅SiO2、鐵Fe2O3、錳MnO、鈦TiO2、鋁Al2O3、鈣CaO、鎂MgO、鉀K2O、鈉Na2O、磷P2O5、LOI（燒失量）、硫S、全硼、全鉬、全錳、全鋅、全銅、全鐵、硒、鎘、鉛、鉻、鎳、汞、砷29個元素指標長期監測數據，數據記錄90條。2. 「土壤物理性質」表，貢嘎山暗針葉林土壤容重和機械組成監測數據，數據記錄60條。3. 「土壤剖面特徵調查」表，貢嘎山暗針葉林土壤的樣地信息和土壤剖面特徵，數據記錄10條。4. 「採樣和樣品保存記錄」表，貢嘎山暗針葉林樣地的土壤樣品採集和保存記錄，數據記錄6條。5. 「分析方法」表，各項土壤元素的分析方法數據，數據記錄70條。6.「採樣頻率」表，各項土壤元素的採樣頻率信息記錄表，數據記錄66條。

Dataset Profile

Title	A dataset of soil physical properties and elements of Abies fabri in Gongga Mountain, southeastern Qinghai-Tibet Plateau, during 2005–2015
Data corresponding author	Wang Genxu (wanggx@imde.ac.cn)
Data authors	Yang Yang, Li Wei, Wang Genxu
Time range	2005–2015
Geographical scope	Alpine Ecosystem Observation and Experiment station of Mt. Gongga, Chinese Ecosystem Research Network; National Field Observation and Research Station of Agroecosystem in Gongga Mountain, Chinese Academy of Science, located in Moxi Town, Garzê Tibetan Autonomous Prefecture, Sichuan Province, China (102°00′E, 29°33′N). The dataset was derived from long-term monitoring plots at Gongga Station, including the comprehensive long-term survey plot of mature A. fabri forest at the observation platform, and middle-aged A. fabri forest at Gan Heba Station.
Data volume	57.5 KB
Data format	*.xlsx
Data service system	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/941 http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData
Sources of funding	The operating service expenditure of field stations of Chinese Ecosystem Research Network of Chinese Academy of Sciences and National Ecosystem Research Network of China, Ministry of Science and Technology.
Dataset composition	The dataset consists of the following six tables: 1. The table of soil elements, including 90 entries of long-term survey data of 29 soil elements (organic matter, total N, P, K, SiO2, Fe2O3, MnO, TiO2, Al2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, P2O5, LOI, S, total B, total Mo, total Mn, total Zn, total Cu, total Fe, Se, Cd, Pb, Cr, Ni, Hg, As); 2. The table of soil physical properties, including 60 entries of soil bulk density and mechanical composition; 3. The table of soil profile characteristics survey, including 10 entries of field information and soil profile characteristics; 4. The table of soil sampling and preservation, including 6 entries of soil sampling and preservation methods; 5. The table of analysis methods, including 70 entries of laboratory analysis methods for the properties of various soil indices; 6. The table of sampling frequency, including 66 entries of sampling frequency for various soil elements.

引 言

土壤是森林生態系統最基本的自然資源，是植物營養元素的主要供應源，是植物生長發育的重要載體和機械支撐。土壤物理性質和土壤元素直接反映土壤環境質量變化情況^[1][2][3]，而土壤質量影響着植物的生長發育狀況，動物生存發展、土壤環境保護能力^[4][5]。土壤元素是植物生長必須的養分元素，由於自然過程和人類活動的影響以及大氣長距離傳輸會導致土壤元素虧損或富集^[6]。因此，本文對土壤物理性質和元素展開了研究，不僅為森林土壤質量管理提供科學數據，而且為生物地球化學研究和生態環境保護提供理論依據。

貢嘎山是青藏高原東南緣的典型高山生態系統，而峨眉冷杉林是青藏高原東緣亞高山暗針葉林的重要組成部分，其自然更新對全球變化非常敏感，是研究氣候變化對陸地生態系統影響的代表性森林類型^[7]。因此，本研究選擇峨眉冷杉林中齡林和成熟林作為長期監測樣地。本數據集整理了峨眉冷杉中齡林和成熟林0–10、10–20、20–40、40–60、60–100 cm土層土壤的容重、機械組成、土壤養分全量（有機質、全氮、全磷、全鉀）、土壤礦質全量（SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、LOI、S）、微量元素全量（硼、鉬、錳、鋅、銅、鐵）、重金屬（硒、鎘、鉛、鉻、鎳、汞、砷），還整理了土壤剖面特徵調查表、採樣和樣品保存記錄和分析方法記錄。本數據集為揭示暗針葉林峨眉冷杉土壤質量變化規律提供長期的、系統的觀測數據，對大氣–水–土壤–植物–微生物系統中的生物地球化學循環過程以及多元素的耦合模型具有重要意義。

1 數據採集和處理方法

1.1 樣地介紹

貢嘎山位於青藏高原的東南緣，橫斷山脈中部，主峰海拔7556 m，屬於亞熱帶溫暖濕潤季風區與青藏高原東部高原溫帶半濕潤區的過渡帶上，年平均氣溫4℃，年平均降水量1861 mm，年均空氣相對濕度90%左右，每年5–10月為雨季和生長季。貢嘎山高山生態系統植被垂直分布明顯，從低海拔到高海拔分布有闊葉林、針葉闊葉混交林、亞高山針葉林、高山灌叢及草甸等多種植被類型。該地區的土壤較為疏鬆、粗糙，土中多含石礫、礫質等新生體；粘粒含量低，硅鋁和硅鋁鐵率較高，母質中礦物風化度淺；土壤垂直分帶十分明顯^[8]。依據中國生態系統研究網絡（CERN）陸地生態系統土壤觀測規範，貢嘎山站建立了觀景台綜合觀測場長期觀測樣地（GGFZH01）和干河壩站區長期觀測樣地（GGFZQ01），詳見圖1。觀景台綜合觀測場長期觀測樣地設置面積為110 m×50 m，經緯度為29°34′23″N，101°59′19″E，海拔3160 m，坡度為30–35°，群落特徵為峨眉冷杉成熟林，土類為棕色針葉林土，亞類為灰化棕色針葉林土。干河壩站區長期觀測樣地面積為70 m×30 m，經緯度為29°34′33″N，101°59′42″E，海拔3010 m，坡度為7–10°，群落特徵為峨眉冷杉中齡林，土類為粗骨土，亞類為泥石流粗骨土。

圖片

圖1 樣地地理位置

1.2 樣品採集

在長期觀測樣地布設永久性樣地和破壞性樣地，破壞樣地在永久性樣地兩側，面對長期觀測樣地，按從左至右從上到下順序排列，設置3個二級樣方分布在坡上、坡中、坡下，土壤採樣設計見圖2。觀景台綜合觀測場破壞樣地的二級樣方規格為30 m×16.67 m，干河壩站區破壞樣地的二級樣方規格為15 m×10 m。本數據集中樣品都採集於破壞樣地的3個二級樣方（ABC_02-01、ABC_02-02、ABC_02-03）。在每個二級樣方隨機布設土壤剖面採樣點，在剖面用土鏟挖取0–10、10–20、20–40、40–60、60–100 cm土層土壤樣品，同一個土層隨機取3個樣品。將同一層的3個土樣均勻混合，按照四分法取1 kg土壤帶回實驗室去除植物根系和大於2 cm的石礫等雜質，經過自然風乾，按照各項指標需求進行過篩處理。在採樣點剖面，用100 cm3環刀在同一個土層上中下部共取3個重複原狀土壤，測定土壤容重。

圖片

圖2 土壤長期觀測樣地布置圖

1.3 樣品測試與處理

野外初步處理後的土壤樣品帶回實驗室進行詳細的測試分析，按照國家、林業部或農業部等標準進行分析^[9][10]，分析內容主要包括土壤養分全量（有機質、全氮、全磷、全鉀）、土壤礦質全量（SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、LOI、S）、微量元素全量（硼、鉬、錳、鋅、銅、鐵）、重金屬全量（硒、鎘、鉛、鉻、鎳、汞、砷）、機械組成、容重。分析人員及時、詳細地記錄每個樣品的測試值，並將所有數據錄入計算機。數據錄入完成後，監測人員對數據進行核實，以保證電子版數據和紙質原始記錄數據完全一致。

2 數據樣本描述

2.1 數據集結構

本數據集包括了5張數據表，分別是土壤元素、土壤物理性質、土壤剖面特徵調查表、採樣和樣品保存記錄和分析方法表。

(1) 土壤元素表：2005–2015年貢嘎山暗針葉林峨眉冷杉中齡林和成熟林長期觀測樣地的土壤監測數據。表格包括年、月、日、樣地代碼、樣地名稱、採樣分區編號、土壤類型、母質、植被類型、採樣深度（cm）、樣品號、有機質、全氮、全磷、全鉀、SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、LOI、S、全硼、全鉬、全錳、全鋅、全銅、全鐵、硒、鎘、鉛、鉻、鎳、汞、砷和備註，共計41個字段。其中年月日代表採樣的時間。表1以2015年土壤元素中的土壤鈣數據為例，展示本數據集的部分字段。

表1 「土壤化學性質指標」表中貢嘎山站2015年土壤鈣數據

年	月	日	樣地代碼	樣地名稱	採樣分區編號	土壤類型	母質	植被類型	採樣深度(cm)	樣品號	鈣CaO(%)
2015	9	27	GGFZH01ABC_02	貢嘎山峨眉冷杉成熟林觀景台綜合觀測場破壞性採樣地	BⅠ1	棕色針葉林土	坡積物	峨眉冷杉成熟林	0-10	GGFZH01ABC_02_BⅠ1_1_2015_9_03	1.55

(2) 土壤物理性質：表格包括年、月、日、樣地代碼、樣地名稱、採樣分區編號、土壤類型、母質、植被類型、採樣深度（cm）、樣品號、土壤容重、0.05−2 mm砂粒百分率、0.05−0.002 mm粉粒百分率、小於0.002 mm粘粒百分率、土壤質地名稱和備註，共計17個字段。表2以2015年土壤物理性質中的土壤容重數據為例展示。

表2 「土壤物理性質」表中2015年土壤容重數據

年	月	日	樣地代碼	樣地名稱	採樣分區編號	土壤類型	母質	植被類型	採樣深度(cm)	樣品號	土壤容重 (g/cm'3')
2015	9	27	GGFZH01ABC_02	貢嘎山峨眉冷杉成熟林觀景台綜合觀測場破壞性採樣地	BⅠ1	棕色針葉林土	坡積物	峨眉冷杉成熟林	0-10	GGFZH01ABC_02_BⅠ2_1_2015_9_03	0.80

(3) 土壤剖面特徵調查表：本表對貢嘎山暗針葉林峨眉冷杉中齡林和成熟林長期觀測樣地土壤剖面的信息進行了說明，包括年份、樣地代碼、樣地名稱、剖面地點、剖面點經度、剖面點緯度、土類、亞類、母質、植被類型、樣品號、層次名稱、土層深度（cm）、土層間過渡明顯程度、土層間過渡形式、形態描述和備註，共計17個字段（部分字段見表3）。本土壤剖面特徵調查信息是2004在長期觀測採樣地確定後測定一次，作為今後採樣深度劃分的依據。

表3 土壤剖面特徵調查信息

樣地名稱	剖面地點	剖面點經度	剖面點緯度	土類	亞類	母質	植被類型	樣品號	層次名稱
貢嘎山峨眉冷杉成熟林觀景台綜合觀測場破壞性採樣地	四川省甘孜州磨西貢嘎山峨眉冷杉成熟林觀景台綜合觀測場破壞性採樣地	101°59′19″E	29°34′23″N	冷涼常濕雛形土	灰化棕色針葉林土	坡積物	亞高山暗針葉林峨眉冷杉成熟林	GG0402-1	A1

(4) 採樣和樣品保存記錄表：本表記錄了貢嘎山暗針葉林峨眉冷杉中齡林和成熟林土壤觀測樣地的樣品採集時間、天氣狀況、採樣方式、樣品保存、前處理方法以及採樣人等信息，共計9個字段。表4以2015年土壤採樣和樣品保存記錄為例展示部分字段。

表4 2015年土壤樣品採集信息

年份	樣地代碼	採樣時間和天氣狀況	採樣方式	樣品保存個數	原始樣品號	樣品前處理	樣品保存記錄	採樣人
2015	GGFZH01ABC_02	9月27日陰天	鐵鍬挖坑取剖面樣，採集0–10、10–20、20–40、40–60、60–100 cm土層土壤樣品	15	GGFZH01ABC_02_BⅠ1_1_2015_9_03~ GGFZH01ABC_02_BⅢ1_5_2015_9_21	挑除大於2 cm的石礫和較大根系，原樣土	棕色瓶裝樣放於櫃內	劉發明、李偉

(5) 分析方法記錄表：各項土壤物理性質和元素的分析方法信息，包括分析年份、分析項目名稱、分析方法名稱、分析方法引用標準和參考文獻，共計5個字段。分析方法引用標準是分析方法的標準文獻編號，以GB開頭的為國家標準，以LY開頭的為林業部標準等，參考文獻是分析中所參考的權威書籍，包括書籍名稱和頁碼。表5以2015年土壤全磷的分析方法及引用標準和文獻為例展示。

表5 2015年土壤全磷分析方法信息

分析年份	分析項目名稱	分析方法名稱	分析方法引用標準	參考文獻
2010	全磷	氫氧化鈉鹼熔–鉬銻抗比色法	GB7852-87	《土壤理化分析與剖面描述》P.154-156

(6) 採樣頻率記錄表：各項指標的採樣頻率信息，包括樣地代碼、樣地名稱、土壤類型、母質、植被類型、採樣指標、採樣頻率，共計7個字段。表6以土壤有機質的採樣頻率為例展示部分字段。

表6 土壤有機質採樣頻率記錄信息

樣地名稱	土壤類型	母質	植被類型	採樣指標	採樣頻率
貢嘎山峨眉冷杉成熟林觀景台綜合觀測場破壞性採樣地	棕色針葉林土	坡積物	峨眉冷杉成熟林	有機質	5年/次

2.2 數據缺失情況

2005年土壤容重缺失原因：2005年採集0–20、20–40、40–60、60–100 cm土層土壤樣品測定的土壤容重，與其他年份採集的土層不同，所以在本數據集未給出。按照CERN規定，土壤礦質全量、土壤重金屬全量、土壤機械組成和土壤容重每10年1次，所以缺少2010年土壤礦質全量和土壤重金屬全量、土壤機械組成、土壤容重的數據。

3 數據質量控制和評估

在觀測數據的採集、分析測試、錄入和質量檢查，嚴格按照CERN統一制定的土壤觀測規範^[11]和土壤觀測質量控制規範^[12]來開展相關工作。本數據集採用四級控制：第一級要求數據採集人（監測、分析人員）嚴格按操作規程獲取數據；數據採集人提交上來的數據經專業負責人（CERN土壤分中心質量控制）審核，此為第二級控制；CERN土壤分中心採用土壤監測數據質量控制軟件校驗數據後，反饋報告給專家（台站負責人）最終審核和修訂，此為第三級控制；數據入庫前由質量總控制人審核，此為第四級控制。

本數據集測定項目重複測定數不少於6個，剖面數據不少於3個，以保證數據的代表性和有效性。數據的缺失率不大於70%^[10]。本數據集中採用了標準樣品質控，根據農業土壤成分分析標準物質（GBW07412-GB7417）、土壤有效態成分分析標準物質（GBW07412-GB7417）和環境土壤標準物品（ESS-3）進行土壤質量指標的量值標準和測試的質量控制。

4 數據使用方法和建議

貢嘎山作為橫斷山地區的典型代表和長江上游的重要生態屏障，生態地位極其重要，該區域是研究土壤發育和植被演替的絕佳場所，元素供給可能是關鍵因子。因此，本數據集給出了貢嘎山29個土壤元素指標，可為科研人員對該區域元素地球化學循環的研究提供數據支撐，對維持生態系統服務與功能具有一定意義。

致 謝

感謝CERN綜合中心和土壤分中心領導和老師的指導和支持，感謝野外監測人員在土壤監測和樣地管理工作中的貢獻。

參考文獻

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數據引用格式

楊陽, 李偉, 王根緒. 2005–2015年青藏高原東南部貢嘎山峨眉冷杉林土壤物理性質和元素數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2020. (2020-02-26). DOI: 10.11922/sciencedb.941.