2009-2015年塔里木盆地南部荒漠和绿洲农田土壤元素含量数据集

王鹏，李向义，热甫开提，林丽莎，曾凡江

1.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆荒漠植物根系生态与植被修复重点实验室，乌鲁木齐 830011

2.中国科学院新疆生态与地理研究所，荒漠与绿洲生态国家重点实验室，乌鲁木齐 830011

3.新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测实验站，新疆策勒 848300

4.中国科学院大学，北京 100049

数据库（集）基本信息简介

数据库（集）名称 2009-2015年塔里木盆地南部荒漠和绿洲农田土壤元素含量数据集数据作者 王鹏、李向义、热甫开提、林丽莎、曾凡江数据通信作者 李向义（lixy@ms.xjb.ac.cn）数据时间范围 2009-2015年地理区域中国生态系统研究网络（CERN）新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站（80°43′45″E，37°00′57″N），位于新疆维吾尔自治区和田市策勒县。本数据集来自策勒研究站的3个荒漠观测场（80°42′22″-80°42′28″E，37°00′26″-37°00′30″N）和7个农田观测场长期采样地（80°43′37″-80°43′41″E，37°01′16″-37°01′20″N）。数据量 291 KB数据格式 *.xlsx数据服务系统网址 http://www.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00133 http://cld.cern.ac.cn/meta/metaData?cid=JC_TR00&level=3基金项目 国家自然科学基金项目（41877420）；中国科学院“西部之光”项目（2019-FPGGRC-002）。

数据库（集）组成本数据集由8部分数据表组成，分别为：1.荒漠和农田土壤元素含量表（2个），策勒站荒漠和绿洲农田土壤元素含量长期监测数据，数据总计666条。本数据表包括年、月、日、样地代码、样地名称、采样分区编号、采样分区描述、土壤类型、母质、植被（作物）类型、采样深度（cm）、样品号、交换性钾离子(mmol/kg(K+))、交换性钠离子(mmol/kg(Na+))、阳离子交换量(mmol/kg(+))、有机质(g/kg)、全氮(g/kg)、全磷(g/kg)、全钾(g/kg)、速效氮（碱解氮）(mg/kg)、有效磷(mg/kg)、速效钾(mg/kg)、缓效钾(mg/kg)、水溶液提pH值、SiO2(%)、Fe2O3(%)、MnO(%)、Al2O3(%)、CaO(%)、MgO(%)、K2O(%)、Na2O(%)、S(g/kg)、全硼(mg/kg)、全锰(mg/kg)、全锌(mg/kg)、全铜(mg/kg)、全铁(mg/kg)、硒(mg/kg)、镉(mg/kg)、铅(mg/kg)、铬(mg/kg)、镍(mg/kg)、汞(mg/kg)、砷(mg/kg)、有效铁(mg/kg)、有效铜(mg/kg)、有效钼(mg/kg)、有效硼(mg/kg)、有效锰(mg/kg)、有效锌(mg/kg)、有效硫(mg/kg)，共计52个字段。2.荒漠和农田土壤物理性质表（2个），策勒站荒漠和绿洲农田土壤容重和机械组成监测数据，数据总计159条。本表格包括年、月、日、样地代码、样地名称、采样分区编号、采样分区描述、土壤类型、母质、植被（作物）类型、采样深度（cm）、样品号、土壤容重、小于0.002 mm粘粒百分率、0.05-0.002 mm粉粒百分率、0.05-2 mm砂粒百分率、土壤质地名称，共计17个字段。3.“样地背景信息”表，策勒站长期观测样地基本信息，数据记录为9条。本数据表包括年份、样地代码、样地名称、样地类别、土类、亚类、母质、观测目的和试验设计，共计9个字段。4.“采样和样品保存记录”表，策勒站长期监测样地土壤样品的采集和保存记录，数据记录为19条。本数据表包括年份、样地代码、采样时间和天气状况、采样分区描述、采样方式、样品保存数、原始样品号、样品前处理、样品保存记录、采样人，共计10个字段。5.“分析方法”表，策勒站长期监测样地土壤样品的分析方法信息，数据记录44条。本数据表包括分析年份、分析项目名称、分析方法名称、分析方法引用标准以及参考文献，共计5个字段。6.“采样频率”表，策勒站长期监测样地土壤样品的采样频率信息，数据记录18条。本数据表包括样地名称、土壤类型、母质、植被或作物类型、分析指标和采样频率，共计6个字段。

引言

由于绿洲和荒漠相互作用，荒漠绿洲过渡带对保障绿洲生态安全和维持绿洲内部稳定具有重要作用[1]。过渡带通常被人类高强度利用，土地利用方式的改变很大程度上影响其动态[2]。荒漠绿洲过渡带一旦开发和利用不当，过渡带将演化成荒漠化的土地或沙丘，进而带来严重的生态环境问题[3-4]。荒漠绿洲过渡带土壤生物地球化学循环与土地利用息息相关[5]。因此，了解荒漠绿洲过渡带的土壤属性，对该区域土壤肥力进行长期动态监测可为有效管护这一脆弱景观提供强有力的数据支撑。

策勒站地处以昆仑山脉为界的青藏高寒区和世界第二大流动沙漠——塔克拉玛干沙漠之间，属于典型的荒漠绿洲过渡带。该区域植被稀少，土壤贫瘠，生态系统结构简单，稳定性差，在我国乃至世界陆地生态系统中极具独特性和代表性，也是世界上最为脆弱的生态区之一。因此，本研究选择该区域作为长期监测样地。本数据集整理了策勒站2009-2015年7个农田观测场和3个荒漠观测场长期采样地0-10、10-20、20-40、40-60、60-80、80-100 cm土层土壤的交换量（钾离子、钠离子及阳离子交换量）、养分全量（有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、有效磷、速效钾、缓效钾及pH）、矿质全量（SiO2、Fe2O3、MnO、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O及S）、微量元素和重金属元素（硼、锰、锌、铜、铁、硒、镉、铅、铬、镍、汞及砷）、速效微量元素（有效铁、有效铜、有效钼、有效硼、有效锰、有效锌及有效硫）、机械组成及容重等数据，以及分析方法和质量控制信息。本数据集可以为揭示塔里木盆地南缘荒漠草地土壤质量变化规律提供长期的、系统的监测数据，对大气-土壤-植物在荒漠生态系统中的循环过程提供基础性数据，为荒漠生态系统修复和保育提供理论参考。

1 数据采集和处理方法

1.1 样地介绍

（1）策勒荒漠综合观测场（样地代码CLDZH02），位于策勒县策勒乡托怕村，距离策勒站区的直线距离大约 2.5 km，四周均为自然荒漠，经度范围为 80°42′22″-80°42′28″E，纬度范围为37°00′26″-37°00′30″N，地理位置详见图 1（下同）。建于 2004年，设计使用年限为 100年以上，样地为长方形150 m×145 m。该观测场建立之前为自然荒漠，主要植被有骆驼刺（Alhagi sparsifoliaShap.），叉枝鸦葱（ScorzoneradivaricataTurcz.）、蓝刺头（EchinopssphaerocephalusLinn.）、柽柳（TamarixchinensisLour.）等。由于风蚀风积等风沙危害以及植被的影响，整个观测场的区域风积形成了多个沙包、沙垄，也有风蚀形成的沟壑板地。观测场建立以后，采用稀疏的铁丝网围栏，主要是限制当地农民放牧和砍伐等人为干扰。

图1 观测样地地理位置

（2）策勒荒漠辅助观测场样地（四）（样地代码CLDFZ04），位于策勒荒漠综合观测场附近，在策勒河的转弯处，面积为100 m×100 m，没有围栏，植被以骆驼刺为主，地理坐标为80°42′34″E，37°00′26″N。允许进行放牧和植被砍伐等人为干扰，主要和进行围栏不允许放牧和砍伐等人为干扰的荒漠综合观测场进行对照。

（3）策勒荒漠辅助观测场样地（五）（样地代码CLDFZ05），位于策勒站区的西侧，策勒站观测场、采样地一览表，观测场的面积为100 m×100 m，没有进行围栏等人为限制，允许进行放牧、砍伐等人为干扰，主要植被有骆驼刺、花花柴（Kareliniacaspia(Pall.)Less.）、叉枝鸦葱等，地理坐标为80°43′25″E，37°01′18″N。主要和不允许放牧和砍伐等人为干扰的荒漠综合观测场进行对照。

（4）策勒绿洲农田综合观测场（常规栽培模式）（样地代码CLDZH01），位于站区的北部，介于新垦绿洲和自然荒漠的交界处。该观测场为正方形100 m×100 m，四周都留有保护行。经度范围为 80°43′37″-80°43′41″E，纬度范围为 37°01′16″-37°01′20″N，该观测场的东边为本站的绿洲农田辅助观测场一（高产栽培模式），南边隔路后为本站的综合气象观测场，西部为自然荒漠，北部为绿洲农田辅助观测场三（自然空白对照）。本观测场已经有15年的耕作种植历史，之前为自然荒漠，主要自然植被包括骆驼刺、花花柴、柽柳等，1994年左右开垦为农田，曾经种植过玉米（ZeamaysLinn.）、苜蓿（MedicagoLinn.）、阿拉伯茴香（CuminumcyminumLinn.）、棉花（Gossypiumspp）等，近年来主要种植棉花和玉米，不定期进行轮作。耕种上采用中型拖拉机耕地，机械播种或者机械铺膜人工播种，灌溉方式均为漫灌。绿洲农田综合观测场（常规栽培模式），施肥和灌溉方式如下，底肥全层施肥，有机肥牛羊粪为主，19500 kg/hm2，尿素，75 kg/hm2。磷酸二铵，225 kg/hm2。每个生长季追施尿素两次，每次225 kg/hm2，采用沟施的方式，追肥以后立即灌溉，此外还不定期叶面喷施磷酸二氢钾、尿素和生长调节物质等。用井水或者策勒河洪水灌溉，每年灌溉6-7次，每次灌溉量1800-2250 m3/hm2，6月之前一般是井水灌溉，7月以后一般是策勒河的洪水灌溉。

（5）策勒绿洲农田辅助观测场一（高产栽培模式）（样地代码CLDFZ01），位于策勒绿洲农田综合观测场（常规栽培模式）的东侧，面积为100 m×100 m，四周留有保护行。北面为策勒绿洲农田辅助观测场二（对照栽培模式），东面和南面均为本站的农田。经度范围为80°43′42″-80°43′46″E，纬度范围为 37°01′16″-37°01′20″N，耕作历史和方法等都和策勒绿洲农田综合观测场（常规栽培模式）基本一致。设置该辅助观测场，观察在高产栽培管理模式下农作物生长特性等方面的状况，根据高产管理栽培模式进行管理。策勒绿洲农田辅助观测场一（高产栽培模式），以种植棉花为主，不定期种植玉米进行轮作，施肥灌溉方式如下，底肥全层施肥，牛羊粪为主的农家肥30000 kg/hm2，尿素150 kg/hm2，磷酸二铵300 kg/hm2，撒施在观测场的表层，拖拉机耕地翻入土层中。每个生长季节追施尿素（沟施）两次，每次300 kg/hm2，追后立即灌水，此外叶面还喷施磷酸二氢钾、尿素和生长调节物质等。用井水或者策勒河水洪水进行灌溉，每年灌溉6-7次，每次灌溉量1800-2250 m3/hm2。一般春季6月之前用本站的井水灌溉，7月份以后用策勒河的洪水灌溉。

（6）策勒绿洲农田辅助观测场二（不施肥对照）（样地代码CLDFZ02），2004年以前为自然荒漠，2004年平整土地后建成的。该观测场位于策勒绿洲农田辅助观测场一（高产栽培模式）的北面，再往北是自然荒漠，经度范围为 80°43′37″-80°43′41″E，纬度范围为 37°01′21″-37°01′25″N。绿洲农田辅助观测场二（不施肥对照），以种植棉花(G.spp)为主，不定期种植玉米(Z.maysL.)进行轮作，不使用任何肥料，灌溉方式和策勒绿洲农田综合观测场（常规栽培模式）基本相同，但由于土壤结构等原因，有时候灌溉量和灌溉次数还要增加，用井水或者策勒河水灌溉，一般6月之前使用井水灌溉，7月份以后用策勒河的洪水灌溉，每年灌溉6-7次，每次灌溉量为1800-2250 m3/hm2。

（7）策勒绿洲农田辅助观测场三（自然空白对照）（样地代码CLDFZ03），面积100 m×100 m，东边为策勒绿洲农田辅助观测场二（对照栽培模式），南面为策勒绿洲农田综合观测场（常规栽培模式），西面和北面均为自然荒漠，主要植被有骆驼刺(A.sparsifolia)和花花柴(K.caspia)等，经度范围为 80°43′42″-80°43′46E″，纬度范围为 37°01′21″-37°01′24″N。2004 年以前是自然荒漠，生长自然植被包括骆驼刺(A.sparsifolia)、花花柴(K.caspia)等，2004平整土地，建设为策勒绿洲农田辅助观测场三（自然空白对照），不进行种植和管理，仍然维持自然状态。

1.2 样品采集

农田土壤采样一般在作物收获期进行，采用混合土样的采集方法。根据采样样方，在样方内采用“S”形、“W”形布点，或者随机布点法进行采样。根据本样地的土壤类型，确定采样点的个数为10个。采样深度为0-20 cm。采样工具为内径5 cm、深20 cm的土钻，且取每层的典型中部，减少上下土壤混杂。而后混合采集样品，把每个样地10个采样点的土样混合放在塑料布上，用手捏碎混匀，铺成四方形，划分成“田”字形的4份，保留对角的2份，重复操作至需要的土样数量。基本保证每个土壤样品的重量在500 g左右。置于塑料自封袋中，在袋内外各备一张标签，注明采样地点、日期、深度、土壤名称、编号和采样人等信息。另外，在采样点剖面，用100 cm3环刀在同一土层上中下部共取3个重复原状土壤，用于土壤容重测定[9]。

将样地取回的土壤样品进行风干、研磨、过筛、混匀、装瓶，以备各项测定使用。首先将土壤样品置于30 cm×20 cm的塑料土壤盘中平铺，在避光的室内进行自然通风干燥。然后，将风干的土壤样品进行研磨，在此过程中去除植物残根、侵入体、新生体、石子等。研磨后的土壤样品全部通过2 mm（10目）筛孔。供化学分析用的土壤样品，因分析项目的特殊要求，将全部过10目的土壤样品四分法取一部分，全部通过0.15 mm（100目）筛孔。

过筛后的土壤样品用带有内盖的聚乙烯塑料瓶保存，加入干燥剂。样品瓶上标签注明样号、采样地点、样地编号、深度、采样日期、筛孔数。新鲜土壤样品放置于塑料自封袋中，4℃环境下保存，按照国家、林业部或农业部等标准进行测试分析[6-8]，并在3日内分析完毕。

2 数据样本描述

2.1 数据集结构

本数据集包含了8张数据表，分别是样地背景信息、分析方法表、采样频率表、荒漠土壤元素含量、农田土壤元素含量、荒漠土壤物理性质、农田土壤物理性质以及采样和样品保存记录表。

（1）样地背景信息：本表介绍了策勒站荒漠及绿洲农田长期观测样地的背景信息，表中包括年份、样地代码、名称、类别、土类、亚类、母质、观测目的和试验设计等，共计9个字段。样地背景信息调查起始于2004年，此后每年依据该信息进行采样深度划分。表1以策勒绿洲农田综合观测场(常规)土壤生物要素长期观测采样地为例展示。

（2）分析方法表：本表记录了策勒站荒漠和绿洲农田所有土壤元素含量以及物理性质的分析方法、标准及参考文献信息，包括分析年份、项目、方法名称、引用标准及参考文献，共计5个字段。其中引用标准是分析方法的标准文献编号。以ISO开头的为国际标准，以GB开头的为国家标准，以NY开头的为农业行业标准等。部分分析方法也引用了权威专著，详细记录在参考文献的字段。表2以2009-2015年土壤有机质的分析方法、标准及参考文献为例展示。

（3）采样频率表：本表记录了策勒站荒漠和绿洲农田样地的采集频次信息，包括样地名称、土壤类型、母质、植被或作物类型、分析指标和采样频率等，共计6个字段。表3以策勒荒漠综合观测场土壤有机质的采样频率为例展示部分字段。

（4）荒漠和农田土壤元素含量表：包含2009-2015年策勒荒漠综合、辅助观测场；绿洲农田综合、辅助观测场，农户农田等10个长期采样地的土壤监测数据。表格包括年、月、日、样地代码、名称、采样分区编号、描述、土壤类型、母质、植被（作物）类型、采样深度（cm）、样品号、交换性钾离子(mmol/kg(K+))、交换性钠离子(mmol/kg(Na+))、阳离子交换量(mmol/kg(+))、土壤有机质(g/kg)、全氮(N g/kg)、全磷(P g/kg)、全钾(K g/kg)、速效氮（碱解氮）(N mg/kg)、有效磷(P mg/kg)、速效钾(K mg/kg)、缓效钾(K mg/kg)、pH 值、SiO2(%)、Fe2O3(%)、MnO(%)、Al2O3(%)、CaO(%)、MgO(%)、K2O(%)、Na2O(%)、S(g/kg)、全硼(B mg/kg)、全锰(Mn mg/kg)、全锌(Zn mg/kg)、全铜(Cu mg/kg)、全铁(Fe mg/kg)、硒(Se mg/kg)、镉(Cd mg/kg)、铅(Pb mg/kg)、铬(Cr mg/kg)、镍(Ni mg/kg)、汞(Hg mg/kg)、砷(As mg/kg)、有效铁(Fe mg/kg)、有效铜(Cu mg/kg)、有效钼(Mo mg/kg)、有效硼(B mg/kg)、有效锰(Mn mg/kg)、有效锌(Zn mg/kg)、有效硫(S mg/kg)等，共计52个字段。本表为数据集的核心表格，分为荒漠和农田绿洲两部分。表4与表5分别以策勒站2015年荒漠和农田土壤元素中的有机质数据为例，展示本数据集的部分字段。

（5）荒漠和农田土壤物理性质表：表格信息包括年、月、日、样地代码、名称、采样分区编号、描述、土壤类型、母质、植被（作物）类型、采样深度（cm）、样品号、土壤容重、<0.002 mm粘粒百分率、0.05-0.002 mm粉粒百分率、0.05-2 mm砂粒百分率、土壤质地名称等，共计17个字段。表6与表7分别以策勒站2010年荒漠和2015年农田土壤物理性质中的<0.002mm%粘粒百分率数据为例展示。

（6）采样和样品保存记录表：本表记录了策勒站荒漠及绿洲农田长期观测样地的采样时间和天气、采样方式、样品保存总数、前处理、保存记录、采样人等信息，共计10个字段。表8以2009-2015年策勒站绿洲农田综合观测场土壤采样和样品保存记录为例展示部分字段。

2.2 数据缺失情况

本数据集的“土壤元素含量表”中，部分数据存在缺失，包括2009年、2011-2014年的交换性钾离子、交换性钠离子、阳离子交换量，2009-2014年的土壤矿质全量数据（SiO2、Fe2O3、MnO、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、S），2009-2014年的土壤微量元素和重金属元素数据（全硼、全锰、全锌、全铜、全铁、硒、镉、铅、铬、镍、汞、砷），2009-2014年的土壤速效微量元素数据（有效铁、有效铜、有效钼、有效硼、有效锰、有效锌、有效硫）以及2010年的土壤容重数据。缺失原因：策勒站土壤监测严格按照CERN陆地生态系统土壤观测规范[9]来开展，规范中规定，土壤交换性钾离子、交换性钠离子、阳离子交换量的监测频率为1次/5年，土壤矿质全量、微量元素和重金属元素、速效微量元素以及容重数据的监测频率为1次/10年。

表1 样地背景信息

表2 2009-2015年土壤有机质分析方法

表3 策勒荒漠综合观测场土壤有机质采样频率记录信息

表4 “土壤元素含量”表中策勒站2015年荒漠表层土壤有机质数据

表5 “土壤元素含量”表中策勒站2015年农田表层土壤有机质数据

表6 “土壤物理性质”表中策勒站2010年荒漠表层土壤＜0.002mm%粘粒百分率数据

表7 “土壤物理性质”表中策勒站2015年农田表层土壤＜0.002mm%粘粒百分率数据

表8 策勒站2009-2015年绿洲农田综合观测场土壤样品采集信息

3 数据质量控制和评估

在土壤样品的采集、分析测试、数据处理、录入和质量检查过程中，严格按照CERN统一制定的土壤观测规范[9]和土壤观测质量控制规范[10]来开展相关工作。策勒站设有专人负责土壤监测和数据质量控制，每年在分析测试前，对测试人员进行技术培训，并且对仪器设备和实验室环境条件进行检查，保证分析数据的准确性。在测试过程中，插入国家土壤标准样品，以保证数据的准确度（标准样品测定的相对误差，即测定值与标样值的差值占标样值的百分比）和精密度（标准样品重复测定的相对偏差，即重复测定的标准差占测定均值的百分比）[11]。分析测试结束后，数据质量控制负责人严格按规程进行数据审核，分析可疑数据出现的原因，必要时进行返测。CERN土壤分中心采用土壤监测数据质量控制软件校验数据后，反馈报告给台站负责人最终审核和修订，数据入库前由质量总控制人审核，经过几轮土壤分中心与台站的反复核查后，最终完成数据质量控制任务[9]。

本数据集土壤表层样品重复测试数量不少于6个，剖面土壤样品重复数不少于3个，保证测定的数据更具代表性与有效性。同时，本数据集在分析测试环节还添加了标准物质控，检测过程中插入农业土壤全量成分分析标准物质（GBW07454-GSS-25）和有效态成分分析标准物质（GBW07461-ASA-10），进一步确保数据的可靠性。

4 数据使用方法和建议

策勒站地处以昆仑山脉为界的青藏高寒区和世界第二大流动沙漠——塔克拉玛干沙漠之间，属于典型的荒漠绿洲过渡带。该区域植被稀少，土壤贫瘠，生态系统结构简单，稳定性差。本数据集包含4种不同施肥条件下、3块荒漠观测场及3种农户农田地的土壤元素含量指标，具有较强的可比性，可为科研人员了解荒漠绿洲过渡带土壤肥力的变化情况提供重要的数据支撑，为荒漠生态系统修复和保育提供理论参考。