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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 ZH3 Vol 5 (3) 2020
                    下載
                    2009–2018年西南典型紫色土丘陵區土壤含水量變化數據集
                    A dataset of soil moisture content change in typical purple soil hilly areas in southwest China from 2009 to 2018
                    ?>>
                    : 2019 - 09 - 24
                    : 2020 - 05 - 15
                    : 2019 - 12 - 23
                    : 2020 - 08 - 24
                    极速快三
                    3426 19 0
                    摘要&關鍵詞
                    摘要:土壤水是農田土壤生態系統中顆粒、膠體和物質運移的主要載體,也是土壤—植物—大氣連續體物質交換和能量傳導的關鍵因子,對作物生理生長特性和生態系統服務功能有著重要影響。四川鹽亭農田生態系統國家野外科學觀測研究站(簡稱鹽亭站)是長江上游唯一的國家農田生態系統科學觀測研究站,代表了中亞熱帶四川盆地紫色土丘陵區農田生態系統。該站地處中國地勢第二、三階梯的過渡地帶,位于長江上游生態屏障的最前沿,具有特殊的生態敏感性。本數據集涉及鹽亭站2009–2018年2個長期監測樣地,分別是綜合觀測場水分觀測樣地(耕地)和綜合氣象觀測場水分樣地(草地)的不同土層深度土壤質量含水量、體積含水量數據。借助長期監測數據可研究典型丘陵區農田生態系統生態水文過程、水量平衡和物質循環規律,并揭示土壤水分循環對氣候變化的敏感性。
                    關鍵詞:紫色土;土壤水含量;長期監測;數據集
                    Abstract & Keywords
                    Abstract:?Soil water is the main carrier of particle, colloid and substance transport in farmland soil ecosystem. Besides, it is also a key factor for material exchange and energy transfer in soil-plant-atmosphere continuum, and has an important influence on the physiological growth characteristics and ecosystem service functions of crops. Yanting Station, representing the farmland ecosystem in purple soil hilly area of Sichuan Basin in the middle subtropical zone, is the only national scientific observation and research station of the farmland ecosystem in the upper reaches of the Yangtze River. Yanting Station is located in the transitional zone of the second and third ladders of China’s terrain, and at the forefront of the ecological barrier in the upper reaches of the Yangtze River. Therefore, it has special ecological sensitivity. This dataset includes the mass moisture content and volume moisture content of soil at different depths on two long-term monitoring sample plots: water observation sites of the Comprehensive Observation Field (cultivated land); water sampling sites of the Comprehensive Meteorological Observation Field (grassland) at Yanting Station from 2009 to 2018. Long-term monitoring data can help study the eco-hydrological process, water balance and material cycle regulation of the farmland ecosystem in typical hilly areas. Furthermore, long-term monitoring dataset can help reveal the sensitivity of soil water cycle to global climate change.
                    Keywords:?purple soil;?soil water moisture;?long-term monitoring;?dataset
                    數據庫(集)基本信息簡介
                    數據庫(集)名稱2009–2018年西南典型丘陵區土壤水分含量變化數據集
                    數據作者章熙鋒、唐家良、高美榮、朱波
                    數據通信作者唐家良(jltang@imde.ac.cn)
                    數據時間范圍2009–2018年
                    地理區域四川鹽亭農田生態系統國家野外科學觀測研究站(以下簡稱鹽亭站)位于四川盆地中北部的四川省綿陽市鹽亭縣林山鄉(105o27′E,31o16′N),是以亞熱帶四川盆地紫色土為主要研究對象的基礎性、公益性的長期試驗與觀測平臺。
                    數據量0.3 MB
                    數據格式*.xlsx
                    數據服務系統網址http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/894
                    基金項目中國科學院成都山地所“一三五”方向性項目(SDS-135-1702);國家科技重大專項(2017ZX07101001-02)。
                    數據庫(集)組成數據集由2個數據文件組成,分別為:(1)2009–2018年鹽亭站土壤水質量含水量數據,包含兩個樣地:綜合氣象觀測場水分觀測樣地1個采樣點(YGAQX01CTS_01);綜合觀測場水分采樣地(YGAZH01CTS_01)4個采樣點,數據量為156 KB;(2)2009–2018年鹽亭站體積含水量數據,數據量為251 KB。
                    Dataset Profile
                    TitleA dataset of soil moisture content change in typical purple soil hilly areas in southwest China from 2009 to 2018
                    Data authorsZhang Xifeng, Tang Jialiang, Gao Meirong, Zhu Bo
                    Data corresponding authorTang Jialiang (jltang@imde.ac.cn)
                    Time range2009– 2018
                    Geographical scopeYanting Agro-ecological National Field Scientific Observation and Research Station is located in the north-central part of Sichuan Basin (105°27'E, 31°16'N) in Linshan Township, Yanting County, Mianyang City, Sichuan Province. It is a basic public welfare service for long-term experiment and observation with its focus on the purple soil in subtropical Sichuan Basin.
                    Spatial resolution0.3 MB
                    Data volume*.xlsx
                    Data service system<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/894>
                    Sources of fundingThirteen five plan directional project of Chengdu Institute of mountain research, Chinese Academy of Sciences (sds-135-1702); National Science and Technology Major Project (2017zx0710001-02).
                    Dataset compositionThe dataset is composed of two data files, which are as follows: (1) data of soil water mass and water content of Yanting Station from 2009 to 2018, including 1 sampling point (YGAQX01CTS_01) at water sampling sites of the Comprehensive Meteorological Observation Field; 4 sampling points (YGAZH01CTS_01) at observation sites of the Comprehensive Observation Field,with data volume of 156KB. (2) volume water content data of Yanting Station from 2009 to 2018, with data volume of 251 KB.
                    引 言
                    土壤水是指土壤中各種形態水的總稱,是土壤最重要的組成部分之一。其來源主要是大氣降水、灌溉水和通過毛細作用上升的地下水。按照其存在形態一般可分為固態水、液態水和汽態水。通常在水文學中主要研究對象為存在于包氣帶土層中的液態水。根據其運動狀態不同可分為束縛水和自由水[1]。其中,化合水和結晶水統稱化學束縛水;吸濕水和膜狀水統稱物理束縛水。自由水可分為:通過土壤毛管吸持作用的毛管水和受重力作用的重力水兩種。土壤水是研究降雨入滲、徑流形成、植物蒸騰和土壤蒸發等水文過程的關鍵樞紐[2,3,4 ]。同時,土壤水也是包氣帶中顆粒、膠體、溶質運移的重要載體[5-6],以及土壤–植物–大氣連續體物質交換和能量傳導的關鍵因子[6,7,8 ]。作為中國生態系統研究網絡聯網觀測的重要指標之一,土壤水分狀況和動態變化是陸地生態系統長期定位觀測的基本任務。四川鹽亭農田生態系統國家野外科學觀測研究站作為CERN和國家生態系統觀測研究網絡(CNERN)野外臺站,按照陸地生態系統水環境觀測規范的要求,對土壤水分進行了長期定位監測。為充分發揮長期聯網觀測數據的科學價值,將其進行整編、出版,將有利支撐生態相關學科科學研究和創新發展。
                    紫色土是由白堊紀和侏羅紀的紫色砂頁巖發育而成。我國紫色土分布面積32萬km2,耕地面積2210萬公頃,集中連片分布在四川、云南、重慶、貴州等西南山區。其中,四川盆地紫色土面積16萬km2,耕地面積6500萬畝,紫色土是長江上游的主要農耕地土壤類型。鹽亭站(圖1)位于盆地中北部鹽亭縣林山鄉,屬中亞熱帶季風氣候,年均氣溫17.3℃,多年年均降雨量826 mm。2008年后降雨總量有上升趨勢且年內分布不均。據雨量觀測站多年降雨量分布統計:春季占5.9%,夏季占65.5%,秋季占19.7%,冬季占8.9%。鹽亭站代表區域地處中國地勢第二、三階梯過渡地帶,位于長江上游生態屏障的最前沿,具有特殊的生態敏感性。


                    圖1 ? 鹽亭站地理位置圖
                    1 ? 數據采集和處理方法
                    1.1 ? 觀測樣地設置
                    鹽亭站綜合觀測場水分觀測樣地(圖2)位于四川省鹽亭縣林山鄉林園村,經度范圍為105°27′22″–25″E,緯度范圍為31°16′16″–19″N,海拔420 m。該樣地2004年建立,設計使用年數100年,采樣地由3塊坡向西北–東南、坡度相近的臺地經過深翻平整改建為坡度5°、總面積1600 m2的旱坡地。實行冬小麥–夏玉米輪作,常規施肥(小麥和玉米季均施肥量折算純量N 8.5 kg、P2O5 7.2 kg、K2O 2.8 kg),無灌溉水來源。根據中國土壤系統分類,土類為紫色土,亞類為石灰性紫色土,土壤母質為紫色砂頁巖土壤,呈A–C剖面分布,土壤厚度為50–100 cm;輕度風蝕,細溝侵蝕,地下水位在30 m以下。2009年12月至2014年7月采用TDR儀測量(型號6050X1,生產商為SoilMoisture Equipment Corp,測量頻率5天/次。量程范圍:0–100%;測試精度:±1%;標定誤差:±2%),2014年7月之后水分觀測樣地1、3、4樣點升級為TDR儀測量(型號Hydra ProbeⅡ,生產商為Stevenswater,測量頻率30分鐘/次。量程范圍:0–100%;測試精度:±1%;標定誤差:±2%),2017年3月2號點位和氣象觀測場水分樣地增加TDR儀測量(型號Hydra ProbeⅡ,生產商為Stevenswater,測量頻率30分鐘/次,量程范圍:0–100%;測試精度:±1%;標定誤差:±2%)。


                    圖2 ? 鹽亭站綜合觀測場水分采樣地
                    鹽亭站綜合氣象要素觀測場1997年建立,1997年安裝的是國產自動氣象站(型號AMRS-1,機械工業部長春氣象儀器研究所生產);2004年按國家標準氣象站擴建為標準氣象場25 m×25m,設備更新為芬蘭Visila公司的自動氣象站(型號MiLOS 520,生廠商為芬蘭維薩拉),2014年型號升級為MAWS301。綜合氣象觀測場水分樣地(圖3)2004年11月建立并試運行,2005年正式開始觀測,利用中子儀(型號CNC503B,生產商為北京超能科技有限公司,測量頻率5天/次。量程范圍:0-100%;測試精度:±1%;標定誤差:±2%)測定土壤水分含量,2009年7月因中子儀設備故障已經管理要求停用,改為安裝TDR儀(型號6050X1,生產商為SoilMoisture Equipment Corp,測量頻率5天/次。量程范圍:0–100%;測試精度:±0.2%;標定誤差:±1%)測量,2017年3月升級為TDR儀(型號Hydra ProbeⅡ,生產商為Stevenswater,測量頻率30分鐘/次。量程范圍:0–100%;測試精度:±0.03;標定誤差:±1%)。


                    圖3 ? 鹽亭站綜合氣象觀測場水分采樣地
                    1.2 ? 數據預處理方法
                    本數據集包括兩個樣地:鹽亭站綜合觀測場水分觀測樣地和綜合氣象觀測場水分樣地。觀測深度依次為:10 cm,20 cm,30 cm,40 cm,60 cm。測量方法:質量含水量為人工取樣采用烘干法測量。整編數據頻率:質量含水量數據2個月/次,體積含水量1個月/次。根據出版要求,臺站將觀測元數據經過初級加工,并提供數據處理方法和程序。質量含水量數據采用格拉布斯判斷法剔除掉異常值,經過檢驗后的數據整理為數據集。體積含水量數據采用一個月內探針所測數據的平均值代表月均值,并計算標準偏差。烘干法測定土壤含水量是目前水分觀測中最為可靠的方法,由于土壤質量含水量和體積含水量之間存在一定關系:土壤質量含水量=體積含水量×土壤容重。因此,烘干法可作為一種校驗方法對儀器所得體積含水量數據進行校正。故本數據集中,將質量含水量和土壤體積含水量數據分別進行整編,以便于用戶進一步對數據進行深度校正和處理。
                    2 ? 數據樣本描述
                    鹽亭站農田生態系統野外觀測研究站土壤含水量數據主要包含的指標見表1。
                    表1 ? 土壤質量含水量數據對照表
                    臺站代碼觀測場代碼觀測場名稱土地利用類型土壤質量/體積含水量(%)備注
                    10 cm20 cm30 cm40 cm60 cm
                    字符型數值型數值型數值型字符型字符型字符型數值型數值型數值型數值型數值型字符型
                    3 ? 數據質量控制和評估
                    3.1 ? 質量管理體系
                    土壤水分監測是CERN長期聯網觀測的重要指標,水分中心負責數據的管理和質控,并出版了《陸地生態系統水環境觀測質量保證與質量控制》[9]專業指導書籍和標準。為保障數據質量的良好,進而實現標準化數據的有效共享,CERN采取制定計劃、執行和評估三個步驟來實現前端控制,通過對臺站監測數據審核、檢驗和評估來實現后端質控的嚴謹質量管理體系。質量管理流程和組織職責如圖4所示。


                    圖4 ? CERN三級質量管理體系
                    3.2 ? 數據產生過程質量保證和質控
                    為保證觀測質量的穩定可靠,CERN指定嚴格的管理制度。首先是固定采樣時間,指定專門人員對場地設施進行維護,并固定取樣和分析人員,數據上交后由中心進行校核。
                    本數據集所涉及的土壤含水量觀測樣地設置、維護以及觀測規范和原始質量控制方法根據《陸地生態系統水環境觀測質量保證與質量控制》[9]的相關規定進行。人工觀測數據除對采樣和分析過程進行專業培訓和定期檢查外,還上交原始記錄資料以便查驗。各種測量設備在使用前,均需對儀器進行標定。根據烘干法所測量的土壤質量含水量為土壤容重與體積含水量之積,進行儀器準確性矯正。所有觀測數據整理好后仍需按照方法《數據的統計處理和解釋正態樣本離群值的判斷和處理》(GBT4883-2008)進行異常值檢驗,對于存在的異常值檢查原始記錄判斷是否應該剔除。本次數據集加工過程中,對于部分缺少或剔除數據用“-”表示,并在數據欄中說明缺失原因。
                    4 ? 數據價值
                    土壤水分是土壤的重要組成部分,也是研究降雨入滲、徑流形成、植物蒸騰和土壤蒸發等水文過程的關鍵樞紐。對于具有長時間序列的野外觀測數據而言,具有揭示地區水量平衡變化趨勢的作用,進而能反映人類活動對環境演變的長期影響力。川中丘陵區傳統農業為雨養型農業,且大部分實施輪作制度。本數據集提供長期輪作耕地和草地兩種土地利用類型的土壤含水量數據,長時間序列觀測數據將有助于揭示耕作對土壤結構變化、對水分蓄存能力的影響,可為研究紫色土區水土資源管理和農業可持續發展提供基礎數據支撐。同時,結合CERN聯網多空間尺度和時間跨度觀測數據,將有利于不同區域因子對于氣候變化響應的敏感性差異分析,為不同典型區域農田生態系統結構功能的演替變化研究提供重要基礎依據。
                    5 ? 數據使用方法和建議
                    本數據集可通過Science Data Bank在線服務網址(http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/894)獲取數據服務。同時,如果對相關原始數據有使用需求的,也可通過四川鹽亭農田生態系統國家野外科學觀測研究站數據資源服務平臺(http://yga.cern.ac.cn/)進行在線申請。登錄系統后,在資源服務–數據服務–生態系統要素聯網長期監測數據–水分要素監測–農田生態系統土壤含水量表中可進行申請下載。
                    致 謝
                    感謝曾經參與鹽亭站土壤含水量野外觀測工作的陳德樹、李樹川、陳志等工作人員!
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                    數據引用格式
                    章熙鋒,唐家良,高美榮, 朱波. 2009–2018年西南典型丘陵區土壤水分含量變化數據集[DB/OL].Science Data Bank, 2019. (2019-09-24). DOI: 10.11922/sciencedb.894.
                    稿件與作者信息
                    論文引用格式
                    章熙鋒,唐家良,高美榮, 朱波. 2009–2018年西南典型丘陵區土壤水分含量變化數據集[J/OL].中國科學數據, 2020, 5(3). (2020-08-20). DOI: 10.11922/csdata.2019.0068.zh.
                    章熙鋒
                    Zhang Xifeng
                    主要承擔工作:數據處理、矯正和質量控制。
                    (1990—),男,安徽安慶人,碩士,助理工程師,研究方向水文水環境。
                    唐家良
                    TANG Jia-liang
                    主要承擔工作:數據質量控制。
                    jltang@imde.ac.cn
                    (1975—),男,四川隆昌人,博士,研究員,研究方向為流域水文與面源污染等領域。
                    高美榮
                    Gao Meirong
                    主要承擔工作:論文撰寫指導以及數據查驗。
                    (1969—),女,陜西佳縣人,碩士,高級工程師,研究方向為土壤學,信息管理。
                    朱波
                    Zhu Bo
                    主要工作:試驗平臺設計及數據質量總控制。
                    (1966—),男,四川人,博士,研究員,研究方向為水土界面氮遷移過程及氮循環。
                    出版歷史
                    I區發布時間:2019年12月23日 ( 版本ZH2
                    II區出版時間:2020年8月24日 ( 版本ZH3
                    參考文獻列表中查看
                    中國科學數據
                    csdata