2010s中國陸地生態系統碳密度數據集

2010s中國陸地生態系統碳密度數據集
作者：徐麗　何念鵬　於貴瑞
2018年12月28日

本作品收錄於《中國科學數據》

徐麗, 何念鵬, 於貴瑞. 2010s年中國陸地生態系統碳密度數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2019, 4(1). (2018-07-29). DOI: 10.11922/csdata.2018.0026.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：中國作為陸地生態系統的重要組成部分，其碳收支情況將會對全球碳循環產生深刻影響。本文通過收集整理期刊文獻中的碳密度數據，同時結合課題組相關實驗測試數據，構建了一套全面系統的植被和土壤碳密度數據集。本數據集覆蓋了森林、草地、農田、濕地和灌叢等主要生態系統類型，包含了植被地上碳密度、植被地下碳密度和不同深度（0–20 cm和0–100 cm）土壤有機碳密度。2010s中國陸地生態系統碳密度數據集的建立和共享，為區域植被生物量和生態系統碳儲量評估，生態系統質量評估，以及模型優化提供了重要的基礎數據。

關鍵詞：中國；陸地生態系統；碳密度

Abstract & Keywords

Abstract: As a major player in the carbon pool of the global terrestrial ecosystem, China contributes considerably to the global carbon cycle in terms of both carbon emission and uptake. We collected data on carbon density in Chinese terrestrial ecosystems from literature published during 2004 and 2014 and combined them with relevant experimental data of the same period to build a comprehensive and systematic dataset of vegetation and soil organic carbon density in China. The dataset encompasses forest, grassland, cropland, shrub, and wetland ecosystems in China, and contains carbon density data of major components, including aboveground biomass, underground biomass and soil organic carbon density for different soil depths (0–20 cm and 0–100 cm). The dataset lays valuable scientific foundation for assessments of regional carbon stocks and ecosystem quality, and provides basic data for ecological model optimization.

Keywords: China; terrestrial ecosystem; carbon density

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱	2010s中國陸地生態系統碳密度數據集
數據作者	徐麗，何念鵬，於貴瑞
數據通信作者	於貴瑞（yugr@igsnrr.ac.cn）
數據時間範圍	2000–2014年
地理區域	中國陸地區域
數據量	2.71MB，15610條
數據格式	*.xlsx
數據服務系統網址	http://www.cnern.org.cn/data/meta?id=40579  ; http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/603
基金項目	中國科學院戰略性先導科技專項（XDA19020302），國家重點研發計劃（2016YFA0600104），中國科學院科技服務網絡STS計劃（KFJ-SW-STS-169）。
數據庫（集）組成	數據集由1個數據文件構成，包括5個子數據集，數據量15610條，包括文獻數據、本課題組和相關課題組的實驗數據，覆蓋森林、草地、農田、濕地、灌叢等生態系統。數據集包括植被地上碳密度、植被地下碳密度、0–20 cm和0–100 cm土壤有機碳密度等。

Dataset Profile

Title	A dataset of carbon density in Chinese terrestrial ecosystems (2010s)
Data corresponding author	Yu Guirui (yugr@igsnrr.ac.cn)
Data authors	Xu Li, He Nianpeng, Yu Guirui
Time period	2000–2014
Geographical scope	Chinese terrestrial ecosystem
Data volume	2.71 MB, 15610 entries
Data format	*.xlsx
Data service system	<http://www.cnern.org.cn/data/meta?id=40579>; <http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/603>
Sources of funding	Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (XDA19020302), National Key Research and Development Program of China (2016YFA0600104), Science and Technology Service Network Initiative of the Chinese Academy of Sciences (KFJ-SW-STS-169).
Dataset composition	The dataset consists of 5 subsets in total. It comprises literature data and experimental data, covering forest, grassland, cropland, shrub, and wetland. The subsets are recorded as sheet 1, sheet 2, sheet 3, sheet 4, and sheet 5, used to store data (sheets 1–4) and references (sheet 5). The data are categorized into aboveground carbon density, underground carbon density, soil organic carbon density for 0–20 cm and 0–100 cm.

引 言

陸地生態系統不僅是地球系統最重要的碳庫^[1][2]，也是大氣的重要碳匯^[3]，在全球碳循環中扮演着重要角色^[4][5]。中國約占全球陸地面積的6.4％，其碳儲量的

增減情況都會顯著地影響全球碳收支平衡^[6][1]。然而，受基礎數據源的限制，當前絕大多數碳儲量評估工作都是針對區域植被、土壤或某一類型生態系統，有關整個中國陸地生態系統碳儲量的研究相對較少；同時受數據源和評估方法的影響，評估結果之間具有較高的不確定性^[7][8]。因此，完善基礎數據源，即構建全面系統的植被和土壤碳密度數據集是提高中國陸地生態系統碳儲量估算精度，深入揭示其空間分布格局和調控機制的關鍵途徑之一。

此外，系統化的中國植被和土壤碳儲量數據，是未來開展中國陸地生態系統生態環境質量變化的重要基礎數據。對於植被碳儲量，根據碳含量常數0.45或0.50反推^[9]，即可以獲取相應的植被生物量信息。而植被生物量是評估中國植被變化或生態環境變化的重要參數^[10]。類似地，土壤有機碳與土壤有機質含量密切相關。在不考慮無機碳的情況下，通常可以通過轉換係數0.58進行轉化^[11]。因此，系統的中國土壤有機碳儲量數據可用來反映中國土壤質量狀況，從而為未來定量探討不同擾動情景或土地利用變化模式下對土壤養分供給能力和可持續性的影響提供重要的支撐數據。

針對當前缺乏全面系統的有關中國陸地生態系統地面實測碳密度數據資料的現狀，研究團隊通過收集整理2004–2014年公開發表的歷史文獻數據資料以及課題組相關實驗監測數據構建了中國陸地生態系統碳密度數據集。本數據集覆蓋森林、草地、農田、濕地和灌叢等生態系統，包括植被地上碳密度、植被地下碳密度和不同深度（0–20 cm和0–100 cm）土壤碳密度。本數據集為準確評估中國陸地生態系統碳儲量，分析探討其空間分布格局及調控機制提供數據支撐，也為揭示全球變化對陸地生態系統碳庫的影響以及提高生態系統管理成效提供基礎數據。同時，全面系統的植被和土壤碳密度數據集可作為模型構建或模擬的基礎數據，優化關鍵參數，提高擬合或預測精度。此外，植被和土壤碳密度數據也可服務於區域生態系統質量評估，即分別用於估算植物生物量和土壤肥力情況，進而評估區域生態環境質量。

1 數據採集和處理方式

1.1 數據來源

本數據集由兩部分構成：一部分為課題組實驗數據，一部分為正式發表的文獻數據（圖1）。對於課題組實驗數據，主要是利用本課題組和相關課題組的野外採樣測試數據。對於文獻數據，主要選取2004–2014年間發表在ISI數據庫（http://apps.webofknowledge.com）和中国知网（http://www.cnki.net）上的期刊论文和学位论文中的有关植物生物量（地上生物量、根生物量或两者兼有）和土壤碳密度数据。其中，我们以“土壤有机碳（soil organic carbon）」「生物量（biomass）」「碳密度（carbon density）」和「碳儲量（carbon storage）」作為關鍵詞來檢索文獻。文獻數據篩選遵循以下標準：（1）植物生物量和土壤碳密度數據必須是樣地實際監測數據，不包括模型擬合和文獻統計數據；（2）野外採樣監測工作必須在2000年之後進行；（3）生物量和土壤碳密度的監測方法應具有可比性。經過篩選，一共收集了1036篇文獻。收集的數據覆蓋了森林、草地、農田、濕地、灌叢等中國主要生態系統。其中，對於荒地、裸地、沙地等統一將其生態系統類型劃為「其他」。

圖片

圖1 數據集構建流程圖

1.2 數據整理

文獻數據收集整理過程中，對於缺乏具體地理位置即缺乏經緯度信息的樣點，可根據文獻中的地理位置描述，結合電子地圖（http://www.tianditu.com）来确定。植被碳数据提取中，对于获取的地上生物量碳（above-ground biomass carbon，AGBC）和地下生物量碳（below-ground biomass carbon，BGBC）密度的樣點數據，可以直接納入數據庫，在數據集的方法部分標註為「Direct」；而對於只有生物量記錄的樣點，採用0.45轉換係數將生物量換算為碳密度^[9]，並在數據集的方法部分標註為「Indirect」。土壤碳數據提取中，對於直接給出碳密度的樣點，在數據集的方法部分標註為「Direct」；對於沒有土壤有機碳（soil organic carbon，SOC）密度（kg–2 m）記錄但有土壤容重、土壤有機碳含量和土壤深度等基礎參數信息，並可以通過如下計算公式獲取土壤有機碳密度的樣點，在數據集的方法部分也標註為「Direct」，並採用下列公式計算：

\(\rho _{soc}=\sum_{i=1}^{n}SOC_{i}\times BD_{i}\times D_{i}\times \left ( 1-C_{i} \right )\div 10\) （1）

None 其中，ρsoc 為土壤有機碳密度，\({SOC}_{i}\)為第i層SOC百分含量（％）；\({BD}_{i}\)為第i層土壤容重（g cm–3）；\({D}_{i}\)為第i層土壤厚度（cm）；\({C}_{i}\)為第i層土壤＞2 mm石礫百分含量（％）；n為參與計算的土壤層次總數。其中，對於文獻中土壤實際深度＜100 cm的樣點，利用其實際深度來計算0–100 cm的SOC密度；而對於土壤實際深度＞100 cm的樣點，則只取0–100 cm深度的SOC密度。對於只有有機質含量但無有機碳含量記錄的樣點，利用換算係數0.58將有機質轉換成有機碳含量^[11]；對於缺乏容重信息的樣點，採用精度最高的土壤容重傳遞函數推算^[12][13]，對於石礫含量缺失的樣點，則採用已知同類型土壤的均值代替，採用以上處理後計算得到的土壤有機碳密度的樣點，均在其方法部分標註為「Indirect」。其中，對於含多年測定數據的樣點，本數據集一一列出各年的測試值。此外，由於農田生態系統的植被主要為農作物，定期被收割，因此本數據集中不包含農田生態系統的植被碳密度。

2 數據樣本描述

中國陸地生態系統碳密度數據集主要包括：植被生物量碳密度數據子集和土壤有機碳密度數據子集。其中，植被生物量碳密度數據子集記錄7927條，包含4485條植被地上生物量碳密度數據（文獻數據和實驗監測數據分別為3328條和1157條）和3442條植被地下生物量碳密度數據（文獻數據和實驗監測數據分別為2635條和807條）。土壤有機碳密度數據子集記錄7683條，包含0–20 cm深度的土壤有機碳密度4536條（文獻數據和實驗監測數據分別為4356條和180條），0–100 cm深度的土壤有機碳密度3147條（文獻數據和實驗監測數據分別為2974條和173條）。每條數據詳細記錄了樣點的生態系統類型，樣點位置（經度和緯度），碳密度（kg m–2），採樣時間，數據類型和數據來源等信息。其中，數據類型包含兩類：一類為直接數據，指該條碳密度數據直接由實驗測試獲得，或者文獻中直接提供碳密度或給出了計算碳密度的相關參數，不需要進行參數轉換或推導；一類為間接數據，是指實驗或者文獻中沒有提供碳密度數據，相關參數信息也不全，需要進行相關的推導才能獲得。

3 數據質量控制與評估

本數據集來源於公開發表的文獻和規範系統的實驗測試。其中，對於公開發表的文獻數據，從數據庫選擇、檢索關鍵詞、文獻篩選標準、數據提取和整理，整個過程都對數據質量進行了控制；對於實驗測試數據，從樣點選擇、樣地設置、調查前期準備、調查取樣、室內分析等過程都進行了質量控制。同時，採用專家審核驗證法進一步確保數據的準確可靠性。

3.1 文獻數據的質量控制與評估

文獻篩選前的質量控制：首先明確本數據集是一套反映中國碳現狀（2010s）、覆蓋中國主要生態系統類型的碳密度地面實測數據。然後，分生態系統類型分別建立數據提取表格，以備提取數據時使用。其中，數據表格中包含樣點基本信息（包括樣點所在地、監測時間、地理位置、氣候條件、生態系統類型、優勢物種和文獻名等）、植被碳信息（植物各器官生物量和碳含量）和土壤信息（土壤類型、土壤深度、土壤容重和土壤有機碳含量等）。

文獻篩選和數據提取中的質量控制：以與植被和土壤碳密度密切相關的參數作為關鍵詞從ISI和中國知網這兩個權威、公眾認可度高的文獻數據庫網站篩選2004–2014年公開發表的期刊論文和學位論文。文獻篩選時遵循統一的標準，剔除基礎信息模糊或不完整的文獻。然後，每篇文獻建立一個文檔，包含文獻和對應生態系統類型的數據提取表格。再利用Getdata軟件將文獻中的有關碳密度的圖形數據提取出來，其中相關圖表截圖放入對應的文件夾內，以備後續數據核實和查詢。每篇文獻數據提取完成後仔細檢查數據單位，以便及時更正有問題的數據。

數據整理的質量控制：每篇文獻數據提取完成後，將所有數據進行匯總。匯總中，部分信息缺失和信息記錄完整樣點分別放入不同的數據表中，然後採用統一的插補方法將缺失信息補全。然後再次檢查中間數據和碳密度數據的單位和數值大小，剔除異常值。整理完畢的數據集，先由數據整理者自查一遍，再交付給專家進行最終的審核和修訂，確保數據集的真實、可靠。備份數據整理過程中的所有文件。

3.2 實驗測試數據的質量控制與評估

本數據集中的實驗測試數據主要來自本課題組和相關實驗組。這些研究團隊多次組織開展野外考察和取樣工作，具有豐富的野外調查採樣經驗，同時室內測試也都參照統一的規範標準，因此獲得的數據質量很高。實驗數據匯總中，仔細檢查調查時間、生態系統類型、碳密度單位等基礎信息，及時更正有問題的數據。數據整理人先將匯總後的數據集檢查一遍，然後交給專家進行最終的審核和修訂，確保數據集的真實、可靠。

4 數據使用方法和建議

通過搜集整理期刊文獻數據、本課題組和相關課題組的實驗測試數據構建的2010s中國陸地生態系統碳密度數據集是一套基於大量實地調查，覆蓋了森林、草地、農田、濕地和灌叢等中國主要生態系統類型，同時包括植被地上、地下碳密度和不同深度土壤碳密度，全面系統的數據集。本數據集可用於評估區域生態系統碳儲量，目前本課題組已經利用這套數據集評估了中國陸地生態系統碳儲量、空間變異及其影響機制^{[14][15][16][17]}。同時，本數據集也可以作為生態系統質量評估以及生態模型優化的基礎數據。然而，由於部分植被和土壤碳密度數據是經過相關參數計算轉換得到的，這些轉換方法會帶來一定的不確定性，因此對一些採用間接方法獲取的數據，在使用過程中需稍加注意。

需要使用本數據集的讀者，可以登錄國家生態系統觀測研究網絡數據資源服務網站（http://www.cern.org.cn）。登录系统后，在首页点击“数据论文数据”图表或在“数据资源”栏目选择“数据论文数据”中的“碳氮水通量观测专题”，进入相应页面下载数据。用户也可以登录Science Data Bank（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/603）查询相关信息。

致 謝

感謝中國生態系統研究網絡綜合中心領導的指導和支持，感謝參與數據提取工作的彭舜磊博士和馬安娜博士，以及溫丁、柴華、趙航、劉遠、於海麗、朱劍興、王春燕、李穎、劉聰聰、宋廣艷等研究生們。同時也特別感謝陳全勝研究員、胡中民教授、黃玫副研究員、王秋鳳副研究員、王常慧副研究員、李傑博士和薛晶月博士共享的實驗測試數據！謝謝大家在數據整理過程中提供的支持和幫助！

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數據引用格式

徐麗, 何念鵬, 於貴瑞. 2010s年中國陸地生態系統碳密度數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2018. (2018-07-29). DOI: 10.11922/sciencedb.603.