2010–2011年鼎湖山針闊葉混交林優勢樹種樹幹液流數據集

2010–2011年鼎湖山針闊葉混交林優勢樹種樹幹液流數據集
作者：黃健強　黃德衛　李躍林　張德強　Dennis Otieno　王立景　劉世忠　褚國偉　張倩媚　孟澤
2020年2月18日

本作品收錄於《中國科學數據》

黃健強, 黃德衛, 李躍林, 等. 2010–2011年鼎湖山針闊葉混交林樹幹液流數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2020, 5(1). (2020-02-12). DOI: 10.11922/csdata.2019.0058.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：蒸散是陸地生態系統水資源的主要消耗途徑，是一個生理過程和物理環境作用下複雜的、連續發生的過程，具有很大的不確定性，其中如何準確定量蒸散組份中植物蒸騰量是一個重要的科學手段問題。隨着電子技術的進步，樹幹液流測定技術的發展為科學準確定量植物蒸騰提供了可能。作為中國生態系統研究網絡（CERN）和國家生態系統觀測研究網絡（CRERN）成員，鼎湖山森林生態系統定位研究站在2010–2011年對我國南亞熱帶主要森林類型之一的針闊葉混交林進行了樹幹液流監測與研究，以優勢樹種馬尾松（Pinus massoniana）、錐栗（Castanopsis chinensis）、木荷（Schima superba）和華潤楠（Machilus chinensis）為對象，監測了其樹幹液流動態。本數據集通過整理和統計，列出了樹幹液流的實測數據，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究全球氣候環境變化森林水分利用動態與格局等相關科學問題提供觀測數據，為該地區的森林經營管理及生態系統功能評價提供基礎資料。

關鍵詞：鼎湖山國家級自然保護區；針闊葉混交林；優勢樹種；樹幹液流

Abstract & Keywords

Abstract: Evapotranspiration is one of the main pathways of water resource consumption in terrestrial ecosystem. It is a complex and continuous process that is influenced by the physiological process and physical environment under great uncertainties. How to quantify plant transpiration and its contribution to evapotranspiration accurately is an important issue of scientific methodology. Due to electronic technology advancement, the development of tree sap flow measurement technology makes it possible to quantify plant transpiration scientifically and accurately. As a core member of Chinese Ecosystem Research Network (CERN) and National Ecosystem Research Network of China (CNERN), we have monitored and measured tree sap flow in a coniferous and broad-leaved mixed forest, one of the main forest types in lower subtropical China, over the period from June 2010 to December 2011, at Dinghushan Forest Ecosystem Research Station. The sap flow rate of the dominant tree species of Pinus massoniana, Castanopsis chinensis, Schima superba and Machilus chinensis were monitored. Based on collation and statistics, the data makes a list of the measured data of tree sap flow and incorporates the information on the process of dataset construction. The setup and sharing of the sap-flow database can provide critical data for deep studies on the dynamic and patterns of forest water use under global climate and environment change, supporting forest management and ecosystem service evaluation in this region.

Keywords: Dinghushan National Nature Reserve; mixed coniferous and broad-leaved forest; dominant tree species; sap-flow

數據庫(集)基本信息簡介

數據庫（集）名稱	2010–2011年鼎湖山針闊葉混交林優勢樹種樹幹液流數據集
數據作者	黃健強，黃德衛，李躍林，張德強，Dennis Otieno，王立景，劉世忠，褚國偉，張倩媚，孟澤
數據通信作者	李躍林（yuelin@scib.ac.cn）
數據時間範圍	2010年6月至2011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	141 KB，551條記錄
數據服務系統網址	http://dhf.cern.ac.cn/meta/detail/FYSGYL / http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/881
基金項目	國家自然科學基金項目（31170375、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；科技部國家生態系統觀測研究網絡（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551條，包含2010年6月至2011年12月鼎湖山國家級自然保護區針闊葉林樣地（1000 m2）馬尾松（Pinus massoniana）、錐栗（Castanopsis chinensis）、木荷（Schima superba）、華潤楠（Machilus chinensis）4種優勢樹種樹幹液流24小時動態監測數據。

Dataset Profile

Title	A dataset of sap-flow measurements in a mixed coniferous and broad-leaved forest at Dinghushan (2010 – 2011)
Data authors	Huang Jianqiang, Huang De-wei, Li Yuelin, Zhang De-qiang, Dennis Otieno , Wang Lijing, Liu Shizhong, Zhang Qianmei, Chu Guowei, Meng Ze
Data corresponding author	Li Yuelin (yuelin@scib.ac.cn)
Time range	From June 2010 to December 2011
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	*.xls
Data volume	141 KB (551 entries)
Data service system	<http://dhf.cern.ac.cn/meta/detail/FYSGYL> <http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/881>
Sources of funding	The National Science Foundation of China (31170375, 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 with 551 entries. It contains a continuously 24-hour dynamically measured sap-flow dataset of a 1,000 m2 mixed coniferous and broad-leaved forest monitoring plot. The detailed measured data were collected from June 2010 to December 2011; the sampling tree species included four dominant tree species (Pinus massoniana, Castanopsis chinensis, Schima superba, and Machilus kwangtungensis) in the mixed coniferous and broad-leaved forest in Dinghushan National Nature Reserve of South China.

引 言

蒸散（包括蒸發和植被蒸騰）消耗約55％–75％的年降水，是陸地生態系統水資源的主要消耗途徑，是一個受生理過程（如光合作用、蒸騰作用）和物理環境作用的複雜的連續發生過程，具有很大的不確定性。據預計，氣溫上升和區域性乾旱的強度和頻率在本世紀都將加強^[1]，在華南濕潤區呈現出季節性乾旱和土壤變干的趨勢^[2]，這已成為公認的未來水熱環境變化格局。在區域尺度上，森林覆蓋率對蒸散的影響沒有定論，相關同行研究顯示^[3]，伴隨着氣溫和森林面積的增加，我國在區域尺度上的蒸散量卻沒有呈現出一致的增加趨勢，因此如何科學評估或準確測定蒸散組分中植物蒸騰量，尤其是獲取我國不同氣候植被區（例如我國南亞熱帶華南濕潤區）典型植被的蒸騰有着重要的科學價值。

從「十年綠化廣東」到「新一輪綠化廣東大行動」^[4]，廣東森林結構和類型也發生了相應的變化，其中上世紀80年代營造的馬尾松純林經自然演替已逐步為針闊葉混交林（mixed coniferous and broad-leaved forest，簡稱針闊葉林）所替代。針闊葉林是中國南亞熱帶地區的主要植被類型之一，除針葉林和闊葉林之外，針闊葉林是該地區重要森林類型，其群落結構複雜、系統功能完備，在維持物種多樣性、保持生態系統穩定性及調節森林碳匯等方面起着重要作用^[5]。同時，該地區受氣候變化和氮沉降影響嚴重，針闊葉林作為地帶性頂極群落季風常綠闊葉林的中間過渡階段，群落物種組成、結構和多樣性正在發生趨勢性變化，根據2016年森林資源連續清查數據，廣東省針闊葉林面積為93.92萬公頃，占全省喬木林地面積的9.8%^[6]。目前，關於針闊葉林的群落結構與演替、土壤與凋落物、冠層與林隙、森林更新、競爭等方面已有大量研究^{[7][8][9][10]}。但結合全球氣候變化中的物理非生物因子的改變的研究較少。周國逸等研究表明，過去幾十年該地區年平均溫度的升高和更為極端的降雨格局已經引起土壤含水量的持續下降^[2]；該地區同時為全球三大高氮沉降區域之一和受酸雨嚴重影響的區域^[11]。這些因素都可能引起該區域森林植被群落水分利用的變化。相比以往任何時期，如何準確定量蒸騰將變得更重要，而回溯相關蒸散研究，方法多種多樣，起源可追溯到17世紀後期，但均缺乏科學的測定技術。隨着電子技術的進步，其中應用於植物蒸騰精確測定的樹幹液流技術應運而生，其中熱消散探針樹幹液流測定技術為準確定量蒸騰提供了可能^[12]。鼎湖山森林生態系統定位研究站（簡稱鼎湖山站）是CERN和UNESCO/MAB（聯合國教科文組織/人與生物圈計劃）的站點之一，依照熱消散探針樹幹液流測定技術，開展了針闊葉林群落的水分利用監測與研究^[13][14]。本數據整理了鼎湖山站2010–2011年針闊葉林群落優勢樹種樹幹液流數據，以期為深入探討全球水熱格局變化情形下的森林水分利用變化提供本底資料，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 樣地描述

鼎湖山國家級自然保護區（23°09′21"–23°11′30"N，112°30′39"–112°33′41"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%，4–9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^[8]。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^[8]。

本研究數據採集對象為森林群落為演替中期的針闊葉混交林，也是南亞熱帶馬尾松群落向針闊葉林群落演替的森林類型，在本地具有典型代表性。該群落在垂直結構上大致分為三層，喬、灌、草，此外還有少量藤本和附生等層間植物。組成種類以常綠樹種占絕對優勢，其中優勢樹種有馬尾松（Pinus massoniana）、錐栗、木荷、華潤楠（Machilus chinensis）等^[15][14]。為研究針闊葉林階段的水分利用特徵，於2010年選取代表性的林段1000 m2建立樣地，樣地位於鼎湖山森林生態系統定位研究站客座公寓後，表1為樣地概況，其中樹種組成、平均胸徑、樹高等林分特徵詳見文獻^[15][14]。

表1 樣地基本信息

序號	樣地名稱	針闊葉林觀測樣地
1	演替階段	中期
2	海拔/m	30–40
3	坡向	S
4	坡度/（°）	6–8
5	面積/m2	1000
6	林齡/a	60–80
7	鬱閉度/%	＞85
8	葉面積指數	4.0
9	林分密度/株/hm-2	2400
10	生物量/t·hm-2	100–120
11	土壤類型	赤紅壤

1.2 數據來源

數據來自於鼎湖山針闊葉林樣地的野外實測數據，採用Granier熱消散探針法於2010年6月至2011年12月對所選擇樣樹液流密度進行連續測定。選取針闊葉林優勢樹種：馬尾松、木荷、錐栗和華潤楠，每個樹種按徑級分布特徵選擇3–5棵樣樹，對所選擇樣樹液流密度進行每天連續24小時測定^[13][14]。關於探針的安裝原則，考慮到鼎湖山樣地鬱閉度較大（大於85%），參考國內外已有研究方法，將一對20 mm長的熱消散探針安裝於樹幹北面1.3 m胸徑高度處，以北向的液流代表樹幹平均液流密度^[16]，每組探針上下相距10–15 cm。對於徑級較大的個體，考慮到其邊材厚度大，同時設置20–40 mm邊材深度的探針。為防止雨水接觸探針，在探針外覆蓋泡沫盒，並包裹防輻射薄膜^[17]。上探針供以12 V直流電壓持續加熱（0.2 W），下探針作為參照不加熱。兩探針之間的溫差電勢應用數據採集器DL2e（Delta-T Devices，英國）自動記錄和存儲（每10 s測讀1次，存儲每60 min的平均值），測定樹幹液流原理如圖1所示^[17]。根據Granier建立的經驗公式依據溫差電勢的計算出液流密度：

Js=119×[(∆Tm -∆T)/ ∆T]1.231 （1）

式中，∆Tm為上、下探針之間的最大晝夜溫差，∆T為瞬時溫差，Js為瞬時液流密度（g H2O m-2 s-1）轉換為液流密度值。該公式是Granier經過多年在多種樹木進行研究總結出的經驗公式^[18]。

圖片

圖1 熱消散探針法測定樹幹液流原理圖

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、設備安裝、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2。

圖片

圖2 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，「鼎湖山針闊葉林樹幹液流數據集」表單存放鼎湖山國家級自然保護區2010–2011年的鼎湖山針闊葉林4個優勢樹種的樹幹液流數據，共有551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	監測時間	字符型		2010-7-13
2	優勢樹種樣樹代號	字符型		Pm2
3	胸徑	數字型	cm	28.7
3	樹幹液流密度值	數字型	kg d-1	9.479

3 數據質量保證和質量控制

本數據集來源於野外樣地的實測數據。從樣地設置的前期準備、設備的安裝、數據的獲取、及數據的校正，均經樹幹液流研究方面的權威專家認可，確保數據準確性。具體數據質量的控制方法是採用無線傳輸，監測儀器的運行動態、維護儀器正常數據採集。採集的數據同樣經無線遠程傳輸給相關樹幹液流監測項目專家，經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，對不同森林類型、特別是我國常綠闊葉林區主要森林類型的水分利用特徵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。對針闊葉林優勢樹種的整樹水平的實測，不同單葉水平的實測，可為該地區的森林水分利用提供準確的基礎信息^[19][20]。針闊葉林是我國南亞熱帶地區的主要植被類型，具體來說，針闊葉混交林是鼎湖山主要森林類型之一，林分樹齡約80年，其群落垂直結構分明，有明顯的喬灌草層，喬木樹種優勢樹種包括針葉樹種馬尾松及闊葉樹種錐栗、木荷、華潤楠。這4種優勢樹種的生物量占到針闊葉混交林群落生物量的85%以上，可作為評估該森林類型的蒸騰及水分利用能力的代表樹種。關於該森林類型樹幹液流的公開數據少之又少。

本數據集可應用於全球氣候變化情形下的水分利用分析、不同森林類型的水分利用比較、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，結合數據中心長期定位觀測到的生物、土壤、氣候等相關數據，將為模型分析提供價值，特別在當今模型研究缺乏實測的情形下。

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/881）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/FYSGYL），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。

參考文獻

1. SOLOMON S, QIN D, MANNING M, et al. Climate change 2007: the Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Summary for Policymakers[J]. Intergovernmental Panel on Climate Change Climate Change, 2007, 18(2): 95-123.
2. ^ ^{2.0 2.1} ZHOU G, WEI X, WU Y, et al. Quantifying the hydrological responses to climate change in an intact forested small watershed in Southern China[J]. Global Change Biology, 2011, 17(12): 3736-3746.
3. ZHOU G, WEI X, LUO Y, et al. Forest recovery and river discharge at the regional scale of Guangdong province[J]. Water Resources Research, 2010, 46(9):5109-5115.
4. 廣東省人民政府. 省政府召開深入推進新一輪綠化廣東大行動工作會議[EB/OL]. (2017-04-12) [2019-01-14]. http://www.gd.gov.cn/ywdt/szfdt/201704/t20170412_250102.htm.
5. 汪求來. 廣東省針闊混交林直徑分布規律研究[J]. 林業調查規劃, 2014(3):28-34.
6. 廣東省林業廳. 《廣東省林業廳關於2016年度全省森林資源情況的通報》（粵林【2017】47號）[Z]. 2017.
7. 葉萬輝, 曹洪麟, 黃忠良,等. 鼎湖山南亞熱帶常綠闊葉林20公頃樣地群落特徵研究[J]. 植物生態學報, 2008, 32(2): 274-286.
8. ^ ^{8.0 8.1 8.2} 鄒順, 周國逸, 張倩媚, 等. 1992–2015年鼎湖山季風常綠闊葉林群落結構動態[J]. 植物生態學報, 2018, 42(04): 442-452.
9. 彭少麟, 方煒. 鼎湖山植被演替過程中椎栗和荷木種群的動態[J]. 植物生態學報, 1995(4): 311- 318.
10. 王伯蓀, 彭少麟. 鼎湖山森林群落分析Ⅴ.群落演替的線性系統與預測[J]. 中山大學學報(自然科學版), 1985 (4): 75-80.
11. FANG Y, YOH M, KOBA K, et al. Nitrogen deposition and forest nitrogen cycling along an urban–rural transect in southern China[J]. Global Change Biology, 2011, 17(2): 872-885.
12. 馬玲, 趙平, 饒興權, 等. 基於樹幹液流測定值進行尺度擴展的馬占相思林段蒸騰和冠層氣孔導度[J]. 植物生態學報, 2006, 30(4): 655-665.
13. ^ ^{13.0 13.1} 王立景，鄧永紅，曾小平，等. 我國南亞熱帶森林群落先鋒樹種馬尾松的水分利用特徵[J]. 中南林業科技大學學報，2019, 39(3): 82-90.
14. ^ ^{14.0 14.1 14.2 14.3} 程靜, 歐陽旭, 黃德衛, 等. 鼎湖山針闊葉混交林4種優勢樹種樹幹液流特徵[J]. 生態學報, 2015, 35(12):4097-4104.
15. ^ ^{15.0 15.1} 王立景, 胡彥婷, 張德強, 等. 鼎湖山南亞熱帶天然針闊葉混交林臭氧吸收特徵[J]. 生態學報, 38(17):6092-6100.
16. 梅婷婷, 王傳寬, 趙平, 等. 木荷樹幹液流的密度特徵[J]. 林業科學, 2010, 46: 40-47.
17. ^ ^{17.0 17.1} 黃德衛, 張德強, 周國逸, 等. 鼎湖山針闊葉混交林優勢種樹幹液流特徵及其與環境因子的關係[J]. 應用生態學報, 2012, 23: 1159-1166.
18. GRANIER A. A new method of sap flow measurement in tree stems[J]. Annales Des Sciences Forestieres, 1985, 42: 193-200.
19. OTIENO D, LI Y, OU Y, et al. Stand characteristics and water use at two elevations in a sub-tropical evergreen forest in southern China[J]. Agricultural & Forest Meteorology, 2014, 194(3): 155-166.
20. OTIENO D, LI Y, LIU X, et al. Spatial heterogeneity in stand characteristics alters water use patterns of mountain forests[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2017, 236: 78-86.

數據引用格式

黃健強, 黃德衛, 李躍林, 等. 2010–2011年鼎湖山針闊葉混交林優勢樹種樹幹液流數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-08-31). DOI: 10.11922/sciencedb.881.