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                    中國生態系統研究網絡(CERN)專題 II 區論文(已發表) ? 版本 ZH2 Vol 5 (2) 2020
                    下載
                    2012–2016年洞庭湖洲灘土壤元素含量數據集
                    A dataset of soil elements on the beach of the Dongting Lake from 2012 to 2016
                    李旭,曾靜,侯志勇,謝永宏,陳心勝,李峰
                    ?>>
                    : 2019 - 08 - 31
                    : 2020 - 03 - 17
                    : 2019 - 10 - 16
                    : 2020 - 06 - 25
                    极速快三
                    2824 29 0
                    摘要&關鍵詞
                    摘要:濕地土壤元素的空間分布受到多種環境因素的影響,其中水文條件通過水文周期的變化以及地表水和地下水的運動對土壤元素進行調節。洞庭湖濕地生態系統觀測研究站自2009年正式運行以來,按中國生態系統研究網絡(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)統一的監測規范,對洞庭湖水文情勢變化下,濕地生態系統中土壤主要理化性質、營養元素、重金屬含量等指標進行長期定位監測。通過洞庭湖三種典型濕地植物(苔草,荻和辣蓼)樣地表層土壤元素監測數據進行加工處理,獲得2012–2016年洞庭湖洲灘土壤元素含量數據集。本數據集包含有機質、全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀、全錳、全鐵、鉛、鉻、鎳、汞、砷13個指標。13個指標測定的相對誤差平均為4.24%,重復測定的相對偏差為3.76%。同時附有完整的背景信息,保證了數據在空間和時間上的一致性。本數據集可以為洞庭湖土壤營養狀況評估、環境質量評估、土壤污染風險評價以及環境土壤學研究等工作提供數據基礎。
                    關鍵詞:營養元素;重金屬;土壤污染;洲灘濕地;長期定位監測
                    Abstract & Keywords
                    Abstract:?The spatial distribution of soil elements in wetlands is affected by many environmental factors, among which the hydrological conditions regulate the soil elements through the change of hydrological cycle and the movement of surface water and groundwater. Since the Dongting Lake Wetland Ecosystem Research Station officially operated in 2009, pursuant to the unified monitoring criteria of China Ecosystem Research Network (CERN), we have carried out long-term and locating survey on the main physical and chemical substances, nutrient elements, heavy metal contents, etc. in the soil of the wetland ecosystem under the change of the hydrological situation of the Dongting Lake. We managed to obtain the dataset of soil elements on the beach of the Dongting Lake from 2012 to 2016 by processing the survey data of the surface soil elements of three typical wetland plants (Carex. sp, Triarrhena lutarioriparia and Polygonum hydropiper) in the Dongting Lake. This dataset contains 13 indices, including organic matters, total nitrogen, total phosphorus, total potassium, available phosphorus, rapidly available potassium, total manganese, total iron, lead, chromium, nickel, mercury and arsenic. The relative error rate of these 13 indices is 4.24% on average, with an average relative deviation of 3.76%. Moreover, complete background information is attached to ensure the temporal and spatial consistency of data. The dataset can provide data support for studying the Dongting Lake in soil nutrition assessment, environmental quality evaluation, soil contamination risk appraisal and environmental soil science research.
                    Keywords:?nutrient element;?heavy metal;?soil pollution;?wetland beach;?long-term locating survey
                    數據庫(集)基本信息簡介
                    數據庫(集)名稱2012–2016年洞庭湖洲灘土壤元素含量數據集
                    數據作者李旭,曾靜,侯志勇
                    數據通信作者謝永宏(xyh@isa.ac.cn)
                    數據時間范圍2012–2016年
                    地理區域東洞庭湖洲灘
                    數據量33.2 KB
                    數據格式*.xlsx
                    數據服務系統網址http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/879
                    項目基金國家自然科學基金(31570431,41601106);中國科學院重點部署項目(KFZD-SW-318);中國科學院青年創新促進會項目(2014337);湖南省自然科學基金(2018JJ3580)。
                    數據庫(集)組成本數據集由5張表單組成,分別為“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表,“樣地信息”表,“樣地管理記錄”表,“分析方法記錄”表,“標準樣品測定記錄”表。其中“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表記錄了洞庭湖三種典型濕地植物(苔草、荻和辣蓼)樣地表層土壤元素監測數據,數據記錄27條。本表格包括生態站代碼、年、月、日、樣地代碼、樣地名稱、采樣分區描述(微地形)、土壤類型、母質、植被/作物、采樣深度(cm)、有機質(g/kg)、全氮(N g/kg)、全磷(P g/kg)、全鉀(K g/kg)、有效磷(P mg/kg)、速效鉀(K mg/kg)、全錳(Mn mg/kg)、全鐵(Fe %)、鉛(Pb mg/kg)、鉻(Cr mg/kg)、鎳(Ni mg/kg)、汞(Hg mg/kg)、砷(As mg/kg),共計24個字段。
                    Dataset Profile
                    TitleA dataset of soil elements on the beach of the Dongting Lake from 2012 to 2016
                    Data corresponding authorXie Yonghong (xyh@isa.ac.cn)
                    Data author(s)Li Xu, Zeng Jing, Hou Zhiyong
                    Time range2012–2016
                    Geographical scopeThe East Dongting Lake Beach
                    Data volume33.2 KB
                    Data format*.xlsx
                    Data service system<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/879>
                    Sources of fundingNational Natural Science Foundation of China (31570431, 41601106); Key Deployment Project of Chinese Academy of Sciences (KFZD-SW-318);Youth Innovation Promotion Association of Chinese Academy of Sciences (2014337); Hunan Province Natural Science Foundation (2018J3580).
                    Dataset compositionThe dataset comprises 5 tables: Soil Elements of the Dongting Lake Beach, Sampling Plot Information, Sampling Plot Management Record, Analysis Method Record and Standard Sample Survey Record. Among them, the table of Soil Elements of the Dongting Lake Beach records the survey data of soil elements in surface layer of three typical wetland plants (Carex. sp, Triarrhena lutarioriparia and Polygonum hydropiper) of the Dongting Lake. With a total of 27 entries, this table consists of 24 fileds: station code, year, month, day, sample plot code, name of sample plot, sampling subplot description (micro-topography), soil type, parent material, vegetation/crop, sampling depth (cm), organic matter (g/kg), total nitrogen (N g/kg), total phosphorus (P g/kg), total potassium (K g/kg), available phosphorus (P mg/kg), rapidly available. potassium (unit: K mg/kg), total manganese (Mn mg/kg), total iron (Fe%), lead (Pb mg/kg), chromium (Cr mg/kg), nickel (Ni mg/kg), mercury (Hg mg/kg), arsenic (As mg/kg), and remarks.
                    引 言
                    洞庭湖位于長江中游荊江段南岸,是我國第二大淡水湖、長江重要的分洪沉沙調蓄湖泊和全球200個重要生態區之一,主要由東洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖和橫嶺湖等主湖泊組成。它接納湘、資、沅、澧四水和長江荊江河段松滋、太平、藕池三口,以及汨羅江、新墻河等湖區周邊中小河流的來水來沙,經湖泊調蓄后由城陵磯出口匯入長江。洞庭湖是重要的國際濕地保護區域,具有調節江河徑流、凈化水質、保護生物多樣性和改善生態環境等多種生態服務功能[1]。
                    據史料記載,湖中的洲灘大部分起源于晚清后期至建國前后,它是長江與四水攜帶的泥沙在洞庭湖淤積的產物。洞庭湖區的土壤幾乎全部為沖積湖積母質,湖泊洲灘為潮土、沼澤土和沼澤化草甸土,為壤土或沙壤土,厚達2 m以上。在汛期,大量泥沙、動植物殘體沉積于洲土,為洲灘源源不斷地補給有機質和礦物元素[2]。同時,洞庭湖四水流域有色金屬礦場及其伴生礦地,大型化工廠的工業廢水,洞庭湖周邊居民的生活垃圾以及流入湖內的農藥、化肥等的入湖共同造成了灘地土壤中重金屬的積累,灘土中的重金屬在一定條件下也可能重新釋放到水中,嚴重影響湖泊水體質量[3]。
                    洞庭湖濕地生態系統觀測研究站(簡稱洞庭湖站)地處湖南省岳陽市郊區采桑湖南岸(29°30′N, 112°48′E),區內年均氣溫16.15℃,年均降水量1250–1450 mm,無霜期258–275 d,具有陽光充足,日照較長,雨量充沛,春夏冷暖氣流交替頻繁,夏秋晴熱少雨,秋寒偏旱等特點。洞庭湖站自2009年組建以來,按中國生態系統研究網絡(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)統一的監測規范,針對洞庭湖水文情勢下,洲灘濕地生態系統中土壤主要理化性質、營養元素、重金屬含量等指標進行長期定位監測。2012–2016年洞庭湖洲灘土壤元素含量數據集來自于加工處理后的洞庭湖3種典型濕地植物(苔草,荻和辣蓼)樣地表層土壤元素監測數據,并包括相應的地理、土壤、植被、人為管理等背景信息,以及分析方法和質量控制信息。本數據集可以為洞庭湖土壤營養狀況評估、環境質量評估、土壤污染風險評價以及環境土壤學研究等工作提供數據基礎。
                    1 ? 數據采集和處理方法
                    1.1 ? 數據來源
                    本數據集的土壤元素狀況數據來自2012–2016年洞庭湖站典型長期監測樣地(簡稱“樣地”)表層土壤的有機質、氮、磷、鉀、有效磷、速效鉀、鐵、錳、鉻、鉛、鎳、汞、砷含量監測數據。洞庭湖洲灘土壤監測以樣地為單位開展。為了保證數據的空間代表性,各項指標在每次監測中都設置5個重復采樣,每個重復采樣又是來自10個采樣點的混合土壤樣品。取樣時間為每年洪水前和洪水后,4月和11月中旬(實際根據洪水漲落確定,其中2016年由于3月起樣地淹沒,無法取樣)。為了使用方便,將重復采樣數據經校驗審核后取平均值。為了保證數據的完整性,提取了相應樣地背景信息、管理信息。為了體現數據的準確度和精密度,提取了各監測項目的分析方法記錄和標準樣品質控數據。將提取的數據按類別共生成5張表,分別命名為洞庭湖洲灘土壤元素含量、樣地信息、樣地管理記錄、分析方法記錄、標準樣品測定記錄。
                    1.2 ? 數據規范化
                    1.2.1 ? 樣地的名稱與代碼的規范化
                    洞庭湖濕地生態系統觀測研究站代碼為DTM。根據CERN土壤監測規范,統一為3位,前2位為臺站中文簡稱的漢語拼音縮寫,第3位代表監測的主要生態系統類型,M表示濕地生態系統。樣地代碼按規范要求嚴格采用13位編碼,臺站代碼(第1–3位)+監測類型編碼(第4–7位)+監測要素分類碼(第8–10位)+“_”(第11位)+長期監測采樣地序號(第12–13位)[4]。本數據集提取的典型樣地的監測類型有綜合和輔助兩種。綜合樣地(ZH)代表了所在區域的主要生態系統類型,采樣面積能夠滿足幾十年到上百年的尺度要求,并可在樣地內或者附近開展水分、土壤、大氣、生物的多要素聯合觀測。輔助樣地(FZ)是綜合樣地的對照和補充,是不同植被類型和演替階段的濕地。
                    1.2.2 ? 土壤分類歸屬的規范化
                    洞庭湖站在監測過程中參考土壤發生分類系統來對長期監測樣地的土壤類型命名。在CERN土壤分中心開展的野外臺站土壤分類規范化研究工作中[5],對各臺站典型生態系統長期監測樣地土壤的形成因素和剖面主要性狀進行調查研究,分析探討其發生過程,根據中國土壤發生分類(Genetic Soil Classification of China,GSCC)、中國土壤系統分類(Chinese Soil Taxonomy,CST)、美國土壤系統分類(Soil Taxonomy,ST)的分類標準對其進行了土壤類型劃分,以便為數據使用者提供更可靠的土壤背景信息。
                    1.2.3 ? 深度范圍的規范化
                    按發生層劃分采樣深度時,經常出現深度劃分不規則的問題,影響了不同監測年份間和不同樣地間數據的可比性。洞庭湖每年洪水帶來的泥沙沉降或沖刷,都是洞庭湖洲灘演變過程中不可或缺的一部分。為了反映洞庭湖長期演變過程中的變化趨勢,本數據集的采樣深度保持在表層0–20 cm。
                    2 ? 數據集描述
                    2.1 ? 數據集結構
                    本數據集由6張數據表組成,它們分別為:
                    1. “洞庭湖洲灘土壤元素含量”表,記錄土壤元素長期定位監測數據。本表格包括生態站代碼、年、月、日、樣地代碼、樣地名稱、采樣分區描述(微地形)、土壤類型、母質、植被(群落)類型、采樣深度(cm)、有機質(g/kg)、全氮(g/kg)、全磷(g/kg)、全鉀(g/kg)、有效磷(mg/kg)、速效鉀(mg/kg)、全鐵(%)、全錳(mg/kg)、鉻(mg/kg)、鉛(mg/kg)、鎳(mg/kg)、汞(mg/kg)、砷(mg/kg),共計24個字段。本表是數據集的核心表格,其余5個表格均是對本表數據背景信息的記錄。在涉及到的12種土壤元素中,碳、氮、磷、鉀為植物營養大量元素,鐵、錳屬于植物營養微量元素,但含量過高或者在酸性土壤上會造成毒害;鉻、鉛、鎳屬于對生物有害的重金屬元素;汞屬于對生物有害的類金屬元素;砷屬于對生物有害的非金屬元素[6]。
                    2. “樣地信息”表,記錄各臺站典型長期監測樣地的基本信息,可以通過樣地代碼字段與“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表關聯。本數據表包括生態站名稱,樣地代碼,樣地名稱,觀測類別,生態系統類型,地理位置,代表性描述、周邊環境和選址說明,海拔高度,地貌特征,土壤母質、土壤類型,氣候條件,水分條件,動物活動情況,人類活動情況,備注,共計15個字段。土壤類型為洞庭湖站在研究和監測中確定的名稱。為了增加數據的科學性,對主要的綜合觀測場樣地增加了國內外主流的土壤分類體系命名。中國土壤發生分類(GSCC)是以土壤地帶性學說為基礎、結合中國實踐擬定的土壤分類體系。中國土壤系統分類(CST)是以診斷層和診斷特征為基礎,以發生的理論為依據,充分體現中國土壤特點的土壤分類體系。美國土壤系統分類(ST)是美國編制的以診斷層和診斷特征為基礎的,以拼綴方式命名的譜系式土壤分類體系[7]。
                    3. “樣地管理信息”表,樣地的主要管理數據,可以通過樣地代碼字段與“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表關聯。本數據表包括站代碼、樣地代碼、樣地名稱、樣地類型、觀測年份、起始觀測年份、觀測目的、中國土壤發生分類土類、中國土壤發生分類亞類、母質、自然災害、病蟲害、人為干擾、樣地管理負責人、備注,共計15個字段。
                    4. “分析方法記錄”表,記錄各項土壤元素狀況監測指標的分析方法信息,可以通過分析項目名稱字段與“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表關聯。本數據表包括站代碼、分析項目名稱、分析方法名稱、分析方法引用標準、參考文獻、備注、質控說明、質控人,共計8個字段。分析方法名稱字段由前處理方法和檢測方法兩部分組成,兩者之間用“-”分隔。引用標準字段記錄的是分析方法的標準文獻編號,國際標準為ISO開頭,國家標準為GB開頭,林業行業標準為LY開頭,農業行業標準為NY開頭,環境保護標準為HJ開頭。分析方法也可以引用其他權威的專著,記錄在引用參考文獻字段。
                    5. “標準樣品測定記錄”表,記錄各項土壤元素狀況監測指標分析的標準樣品質控數據,可以通過測定項目字段與“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表關聯。本數據表包括站代碼、年份、標準樣品名稱、測定項目名稱、單位、標樣值、不確定度、標樣分析方法、測定值(均值)、測定值的標準差、測定重復次數、測定值的分析方法、所用儀器名稱、測定人、審核人,共計15個字段。標準樣品編號字段記錄的是經過國家質量監督檢驗檢疫總局批準的土壤成分分析標準物質編號。標樣值、不確定度和標樣定值分析方法3個字段來自于對應土壤標樣的標準物質證書。標樣測定均值、標樣測定標準差、標樣測定重復次數、標樣測定的分析方法、所用儀器名稱5個字段記錄的是臺站實際分析時對土壤標準樣品測試的情況,其中標樣測定均值落在標樣值加減不確定度的范圍內時,說明臺站對該分析項目測定的準確度合格;標樣測定標準差低于不確定度時,說明臺站對該分析項目測定的精密度合格。
                    2.2 ? 數據分布
                    本數據集的數據來自洞庭湖濕地生態系統小西湖綜合觀測場土壤生物采樣地和洞庭湖濕地生態系統麻塘輔助觀測場土壤生物采樣地,其位置的坐標分別為:112.7857°–112.7985°E、29.4563°–29.4683°N,113.0607°–113.0707°E、29.2394°–29.2501°N。前者主要監測的植被類型為苔草和荻,后者主要監測的植被類型為辣蓼。在時間范圍上,本數據集產生于2012–2016年,每年洪水前后進行一次監測。
                    2.3 ? 數據缺失情況
                    本數據集存在部分數據缺失。其中,各表的“備注”字段多為空,僅在需要額外說明時才有記錄;“分析方法記錄”表的“引用標準”和“引用參考文獻”字段二選一記錄即可;2016年3月,洞庭湖春季漲水一直未退,洲灘采樣地被淹沒,無法進行采樣,因此,2016年洪水前土壤數據缺失。
                    2.4 ? 數據樣例
                    本數據集的核心數據表為“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表,該表格記錄了土壤元素長期定位監測數據。數據使用者從“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表開始,需要了解監測樣地的基本信息時,可以在“樣地信息”表的“樣地名稱”字段進行搜索,或者在“樣地管理信息”表的“樣地名稱”字段,獲得該樣地的歷史信息。需要了解土壤指標的分析方法時,可以在“分析方法記錄”表的 “分析項目名稱”字段進行搜索,獲得該土壤指標使用的具體方法及出處;需要了解該土壤指標的分析質控信息時,可以在“標準樣品測定記錄”表的“測定項目”字段進行搜索,獲得該土壤指標分析中使用的標準樣品信息和標準樣品測定的信息。
                    3 ? 數據質量控制和評估
                    3.1 ? 數據質量控制
                    在原始監測數據的多個重復采樣進行平均前,首先對重復采樣的數據進行Dixon和Grubbs校驗確定變化異常的可疑數據[8],然后依據全部監測數據和相應的專業知識規則進行閾值、均值和變異情況校驗[9],剔除明顯異常的數據后再進行采樣平均處理。土壤重金屬測定過程中,使用標準土壤和測定土樣一起消煮作為標線,因此無土壤重金屬質量控制數據。
                    3.2 ? 數據質量評估
                    CERN 統一執行的土壤監測規范和土壤監測質量控制規范,保證了數據的完整性、一致性、準確度和精密度。在完整性方面,本數據集中的數據都具備完整的背景信息、人為活動記錄、分析方法記錄和分析質控記錄。在一致性方面,臺站、樣地等空間位置信息和代碼始終保持一致。準確度和精密度方面主要考慮數據實驗室測定過程,將“標準樣品測定記錄”表中標樣測定的相對誤差(測定值與標樣值的差值占標樣值的百分比)作為準確度的度量標準,將對相同標準樣品重復測定的相對偏差(重復測定的標準差占測定均值的百分比)作為精密度的度量標準。相對誤差和相對偏差越低,說明分析結果越準確和精密。對“標準樣品測定記錄”表中質控數據進行分析發現,數據集中13種土壤指標測定的相對誤差平均為4.24%,這些項目重復測試的相對偏差平均為3.76%。
                    4 ? 數據價值
                    洞庭湖洲灘土壤元素含量變化是濕地環境變化和元素循環的關鍵過程之一,受到洞庭湖濕地水文過程、植被覆蓋和人類因素的長期影響。土壤元素含量是研究濕地植物–土壤–水相互作用最基礎的指標。對土壤元素含量變化規律的長期監測可以避免短期觀測中偶發事件的影響,更真實地反映出洞庭湖洲灘土壤元素含量變化的規律,而洞庭湖站又是本地區唯一進行長期連續土壤元素含量變化監測的野外臺站。因此,本數據集對于洞庭湖土壤營養狀況評估、環境質量評估、土壤污染風險評價以及環境土壤學研究等工作提供了重要的基礎數據。
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                    數據引用格式
                    李旭, 曾靜, 侯志勇. 2012–2016年洞庭湖洲灘土壤元素含量數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-08-31). DOI: 10.11922/sciencedb.879.
                    稿件與作者信息
                    論文引用格式
                    李旭, 曾靜, 侯志勇, 等. 2012–2016年洞庭湖洲灘土壤元素含量數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2020, 5(2). (2020-06-17). DOI: 10.11922/csdata.2019.0059.zh.
                    李旭
                    Li Xu
                    主要承擔工作:數據提取、數據整合、質量控制和評估。
                    (1985—),男,湖南湘陰人,碩士,工程師,研究方向為濕地生態,土壤長期監測管理和數據質量控制。
                    曾靜
                    Zeng Jing
                    主要承擔工作:土壤指標測定,數據質量控制和審核。
                    (1981—),女,湖南湘潭人,碩士,高級工程師,研究方向為濕地生態。
                    侯志勇
                    Hou Zhiyong
                    主要承擔工作:數據校驗,數據表結構設計。
                    (1983—),男,湖南安仁人,碩士,高級工程師,研究方向為濕地生態。
                    謝永宏
                    Xie Yonghong
                    主要承擔工作:數據質量評估和總體工作部署。
                    xyh@isa.ac.cn
                    (1974—),男,湖南永興人,博士,研究員,研究方向為濕地生態修復和設計。
                    陳心勝
                    Chen Xinsheng
                    主要承擔工作:數據質量評估和總體工作部署。
                    (1970—),男,河南商丘人,博士,研究員,研究方向為濕地生態。
                    李峰
                    Li Feng
                    主要承擔工作:數據質量評估和總體工作部署。
                    (1981—),男,山東高青人,博士,研究員,研究方向為濕地生態。
                    出版歷史
                    I區發布時間:2019年10月16日 ( 版本ZH1
                    II區出版時間:2020年6月25日 ( 版本ZH2
                    參考文獻列表中查看
                    中國科學數據
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