2010-2011年鼎湖山针阔叶混交林优势树种树干液流数据集

黄健强，黄德卫，李跃林，张德强，Dennis Otieno,4，王立景，刘世忠，褚国伟，张倩媚，孟泽

1.中国科学院华南植物园，广州 510650

2.中国科学院大学，北京 100049

3.中国林业科学研究院热带林业实验中心，广西凭祥 532600

4.Jaramogi Oginga Odinga University of Sc.& Tech.,Bondo,Kenya 210-40601

引 言

蒸散（包括蒸发和植被蒸腾）消耗约55%-75%的年降水，是陆地生态系统水资源的主要消耗途径，是一个受生理过程（如光合作用、蒸腾作用）和物理环境作用的复杂的连续发生过程，具有很大的不确定性。据预计，气温上升和区域性干旱的强度和频率在本世纪都将加强[1]，在华南湿润区呈现出季节性干旱和土壤变干的趋势[2]，这已成为公认的未来水热环境变化格局。在区域尺度上，森林覆盖率对蒸散的影响没有定论，相关同行研究显示[3]，伴随着气温和森林面积的增加，我国在区域尺度上的蒸散量却没有呈现出一致的增加趋势，因此如何科学评估或准确测定蒸散组分中植物蒸腾量，尤其是获取我国不同气候植被区（例如我国南亚热带华南湿润区）典型植被的蒸腾有着重要的科学价值。

从“十年绿化广东”到“新一轮绿化广东大行动”[4]，广东森林结构和类型也发生了相应的变化，其中上世纪80年代营造的马尾松纯林经自然演替已逐步为针阔叶混交林（mixed coniferous and broadleaved forest，简称针阔叶林）所替代。针阔叶林是中国南亚热带地区的主要植被类型之一，除针叶林和阔叶林之外，针阔叶林是该地区重要森林类型，其群落结构复杂、系统功能完备，在维持物种多样性、保持生态系统稳定性及调节森林碳汇等方面起着重要作用[5]。同时，该地区受气候变化和氮沉降影响严重，针阔叶林作为地带性顶极群落季风常绿阔叶林的中间过渡阶段，群落物种组成、结构和多样性正在发生趋势性变化，根据2016年森林资源连续清查数据，广东省针阔叶林面积为93.92万公顷，占全省乔木林地面积的9.8%[6]。目前，关于针阔叶林的群落结构与演替、土壤与凋落物、冠层与林隙、森林更新、竞争等方面已有大量研究[7-10]。但结合全球气候变化中的物理非生物因子的改变的研究较少。周国逸等研究表明，过去几十年该地区年平均温度的升高和更为极端的降雨格局已经引起土壤含水量的持续下降[2]；该地区同时为全球三大高氮沉降区域之一和受酸雨严重影响的区域[11]。这些因素都可能引起该区域森林植被群落水分利用的变化。相比以往任何时期，如何准确定量蒸腾将变得更重要，而回溯相关蒸散研究，方法多种多样，起源可追溯到17世纪后期，但均缺乏科学的测定技术。随着电子技术的进步，其中应用于植物蒸腾精确测定的树干液流技术应运而生，其中热消散探针树干液流测定技术为准确定量蒸腾提供了可能[12]。鼎湖山森林生态系统定位研究站（简称鼎湖山站）是CERN和UNESCO/MAB（联合国教科文组织/人与生物圈计划）的站点之一，依照热消散探针树干液流测定技术，开展了针阔叶林群落的水分利用监测与研究[13-14]。本数据整理了鼎湖山站2010-2011年针阔叶林群落优势树种树干液流数据，以期为深入探讨全球水热格局变化情形下的森林水分利用变化提供本底资料，为该地区的森林经营管理及生态系统功能评价提供数据支撑。

1 数据采集和处理方法

1.1 样地描述

鼎湖山国家级自然保护区（23°09′21"-23°11′30"N，112°30′39"-112°33′41"E）位于广东省肇庆市鼎湖区，占地总面积为1155 ha，主要地形为丘陵和低山，海拔100-700 m。该地区属于南亚热带季风气候，年降水量为1714 mm，年平均湿度为76%，4-9月为湿季，10月到翌年3月为旱季,湿季降水量占全年降水量80%左右。年均气温22.5℃，最冷月（1月）和最热月（7月）平均气温分别为13.8℃和28.8℃；地质基础主要为泥盆纪砂岩、砂页岩、页岩和石英砂岩,地带性土壤为南亚热带赤红壤[9]。鼎湖山植物群落呈现终年常绿，郁闭度约95%。根据森林生态系统演替系列，鼎湖山的植物群落可分为演替初期的马尾松针叶林、演替中期的针阔叶混交林和演替后期的季风常绿阔叶林。季风常绿阔叶林乔木层主要物种为锥栗（Castanopsis chinensis）、木荷（Schima superba）、黄果厚壳桂（Cryptocarya concinna）、厚壳桂（Cryptocarya chinensis）、白颜树（Gironniera subaequalis）、鼎湖血桐（Macaranga sampsonii）、香楠（Aidia canthioides）等[9]。

本研究数据采集对象为森林群落为演替中期的针阔叶混交林，也是南亚热带马尾松群落向针阔叶林群落演替的森林类型，在本地具有典型代表性。该群落在垂直结构上大致分为三层，乔、灌、草，此外还有少量藤本和附生等层间植物。组成种类以常绿树种占绝对优势，其中优势树种有马尾松（Pinus massoniana）、锥栗、木荷、华润楠（Machilus chinensis）等[13,15]。为研究针阔叶林阶段的水分利用特征，于2010年选取代表性的林段1000 m2建立样地，样地位于鼎湖山森林生态系统定位研究站客座公寓后，表1为样地概况，其中树种组成、平均胸径、树高等林分特征详见文献[13,15]。

表1 样地基本信息

1.2 数据来源

数据来自于鼎湖山针阔叶林样地的野外实测数据，采用Granier热消散探针法于2010年6月至2011年12月对所选择样树液流密度进行连续测定。选取针阔叶林优势树种：马尾松、木荷、锥栗和华润楠，每个树种按径级分布特征选择3-5棵样树，对所选择样树液流密度进行每天连续24小时测定[13-14]。关于探针的安装原则，考虑到鼎湖山样地郁闭度较大（大于85%），参考国内外已有研究方法，将一对20 mm长的热消散探针安装于树干北面1.3 m胸径高度处，以北向的液流代表树干平均液流密度[16]，每组探针上下相距10-15 cm。对于径级较大的个体，考虑到其边材厚度大，同时设置20-40 mm边材深度的探针。为防止雨水接触探针，在探针外覆盖泡沫盒，并包裹防辐射薄膜[17]。上探针供以12 V直流电压持续加热（0.2 W），下探针作为参照不加热。两探针之间的温差电势应用数据采集器DL2e（Delta-T Devices，英国）自动记录和存储（每10 s测读1次，存储每60 min的平均值），测定树干液流原理如图1所示[17]。根据Granier建立的经验公式依据温差电势的计算出液流密度：

式中，ΔTm为上、下探针之间的最大昼夜温差，ΔT为瞬时温差，Js为瞬时液流密度（g H2O m-2s-1）转换为液流密度值。该公式是Granier经过多年在多种树木进行研究总结出的经验公式[18]。

图1 热消散探针法测定树干液流原理图

1.3 数据加工、处理方法与过程

本数据集的构建过程主要包括：野外样地调查、设备安装、数据收集与整理、数据质量控制与评估、数据分析以及数据集的形成与入库。具体的构建过程见图2。

图2 数据构建流程

2 数据样本描述

本数据集的数据存储格式为Excel文件。文件包含1个数据表单，“鼎湖山针阔叶林树干液流数据集”表单存放鼎湖山国家级自然保护区2010-2011年的鼎湖山针阔叶林4个优势树种的树干液流数据，共有551条记录。表2列出数据表单所包含的具体字段名称、类型及示例。

表2 鼎湖山针阔叶林树干液流数据集表单内容

3 数据质量保证和质量控制

本数据集来源于野外样地的实测数据。从样地设置的前期准备、设备的安装、数据的获取、及数据的校正，均经树干液流研究方面的权威专家认可，确保数据准确性。具体数据质量的控制方法是采用无线传输，监测仪器的运行动态、维护仪器正常数据采集。采集的数据同样经无线远程传输给相关树干液流监测项目专家，经专家分析数据的可靠性，在保证数据可靠性的前提下，采用CERN数据质量保证和控制方法进行数据入库。

4 数据价值

全球变化水热格局可能发生变化情形下，对不同森林类型、特别是我国常绿阔叶林区主要森林类型的水分利用特征进行相关分析和研究，将有利于森林经营管理和利用，并对全球变暖提出林业上的科学对策有着较为重要的意义。对针阔叶林优势树种的整树水平的实测，不同单叶水平的实测，可为该地区的森林水分利用提供准确的基础信息[19-20]。针阔叶林是我国南亚热带地区的主要植被类型，具体来说，针阔叶混交林是鼎湖山主要森林类型之一，林分树龄约80年，其群落垂直结构分明，有明显的乔灌草层，乔木树种优势树种包括针叶树种马尾松及阔叶树种锥栗、木荷、华润楠。这4种优势树种的生物量占到针阔叶混交林群落生物量的85%以上，可作为评估该森林类型的蒸腾及水分利用能力的代表树种。关于该森林类型树干液流的公开数据少之又少。

本数据集可应用于全球气候变化情形下的水分利用分析、不同森林类型的水分利用比较、林业经营管理等相关领域，也可以考虑在不同的典型区域、典型陆地生态系统之间开展多台站数据联网分析，结合数据中心长期定位观测到的生物、土壤、气候等相关数据，将为模型分析提供价值，特别在当今模型研究缺乏实测的情形下。

5 数据使用方法和建议

本数据集可通过链接Science Data Bank在线服务网址（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（htt p://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。