2007-2017年青藏高原东南缘贡嘎山峨眉冷杉林土壤含水量数据集

杨阳，李伟＊，王根绪

1.中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610041

数据库（集）基本信息简介

数据库（集）名称 2007-2017年青藏高原东南缘贡嘎山峨眉冷杉林土壤含水量数据集数据作者 杨阳、李伟、王根绪数据通信作者 李伟（liwei@imde.ac.cn）数据时间范围 2007-2017年地理区域 四川贡嘎山森林生态系统国家野外科学观测研究站（102°00′E，29°33′N）长期观测样地。数据量 102 KB数据格式 *.xlsx数据服务系统网址 http://www.dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00218 http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData基金项目 中国生态系统观测研究网络野外台站-贡嘎山站运行服务费；科技部国家野外科学观测研究站-贡嘎山国家站运行服务费。数据库（集）组成数据集由1个数据文件组成，数据量1944条，包含了用中子仪法测定的峨眉冷杉成熟林、峨眉冷杉演替中龄林、峨眉冷杉冬瓜杨演替林和3000米气象观测场的土壤含水量数据。

引 言

森林土壤水分是陆地生态系统水文循环过程中重要的水文参量，控制着生态系统内、外部物质和能量的分配与传输，对生态系统的生产力形成与维持、生态系统服务功能的发挥等起到关键性作用[1-2]。在自然条件下，开展森林土壤水分含量的长期固定监测，对揭示区域植被建设与气候变化背景下的生态系统水文学响应以及生态服务功能变化等具有独特意义[3]。

贡嘎山地区自然地理和生态类型在青藏高原东缘具有典型性和代表性，属典型的垂直地带性生态环境类型。同时，区域内生态系统的自然性保持完好、山地环境要素多样、生物多样性丰富，是开展山地森林生态系统研究最理想的场地。中国生态系统研究网络（China Ecosystem Research Network，CERN）是我国生态系统长期定位研究、生态系统与全球变化科学研究、以及自然资源利用与保护研究的野外科技平台，土壤水分是CERN的长期定位观测的重要指标之一。四川贡嘎山森林生态系统国家野外科学观测研究站（简称“贡嘎山站”）是立足青藏高原东缘及横断山区，以多层次的山地生态系统为主要研究对象的综合观测试验研究站，按照CERN水环境观测规范的要求，对贡嘎山高山森林生态系统土壤水分进行了长期定位观测，为土壤水分状况和动态的研究积累了大量的基础观测数据。

峨眉冷杉林是青藏高原东缘亚高山暗针叶林的重要组成部分，是研究气候变化对陆地生态系统影响的代表性森林类型[4]。本数据集整理了2007-2017年峨眉冷杉成熟林、峨眉冷杉演替中龄林、峨眉冷杉冬瓜杨演替林和3000米气象观测场的土壤含水量数据，土壤含水量的观测深度包括10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm、100 cm共6个层次。本数据集为揭示亚高山森林生态系统土壤水分变化规律提供长期、系统的观测数据，为气候变化背景下亚高山森林生态系统生态水文过程响应研究提供基础数据，对该地区的森林水土资源管理及生态系统服务功能可持续发展具有重要的作用。

1 数据采集和处理方法

1.1 观测样地设置

贡嘎山站水分观测样地位于青藏高原的东南缘贡嘎山东坡海螺沟内，在行政区划上处于四川省甘孜藏族自治州磨西镇，区内气候属于亚热带季风气候类型，年平均气温4℃，年平均降水量1861 mm，主要集中在5-10月。依据中国生态系统研究网络（CERN）陆地生态系统水分观测规范，贡嘎山站建立了4个水分长期观测样地（表1）。“GGFZH01”以“X”形布设方式设置5个土壤水分观测点，“GGFZQ01”、“GGFFZ01”和“GGFQX01”以“△”形布设方式各随机设置3个土壤水分观测点。贡嘎山站4个长期观测样地土壤含水量的观测深度包括10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm、100 cm共6个层次。

表1 贡嘎山站土壤水分长期观测样地介绍

1.2 数据采集方法

其原始数据通过时域反射法(Time Domain Reflectometry,TDR)获取，出版数据频率1次/1月。2007-2014年，土壤体积含水量观测频率为1次/5天（降雨后加测一次），以HH2 Moisture Meter(Delta-T Devices Ltd., 英国)进行人工观测，入冬地面封冻后暂停观测，数据出现周期性中断；2015-2017年，土壤体积含水量观测频率为1次/1小时，以Campbell-CR1000进行连续不间断自动监测。

数据处理方法：将质控后的每个样地各层次观测数据取平均值后即获得月平均数据。数据单位%，保留1位小数，同时标明重复数及标准差。

2 数据样本描述

2.1 数据集结构

本数据集包括了样地代码、年、月、植被类型、探测深度、含水量、重复数、标准差等指标，详见表2。

表2 土壤含水量指标

2.2 数据缺失情况

因2007-2014年进行人工观测，当年10-11月入冬地面封冻后暂停观测，次年5月恢复观测，因此期间数据缺失，数据出现周期性中断。

“GGFZH01”5个观测点中第二个观测点在2015-01-13至2016-11-13期间20 cm传感器出现故障致使数据持续报错，故以同期10 cm、30 cm之均值作为近似值予以补充，并用以计算该层观测数据平均值。“GGFZQ01”3个观测点中第二个观测点在2015-12-15至2015-12-20期间10 cm传感器偶现时间不等故障，故障期间数据报错，以前后相邻数据插值作为近似值予以补充，并用以计算该层观测数据平均值。“GGFFZ01”3个观测点中第二个观测点在2015-08-10至2016-11-13期间60 cm传感器出现故障后数据持续报错，以同期40 cm、100 cm之均值作为近似值予以补充，第三个观测点在2015-01-13至2016-11-13期间20 cm传感器出现故障后数据持续报错，以同期10 cm、30 cm之均值作为近似值予以补充，并用以计算该层观测数据平均值。

3 数据质量控制和评估

3.1 质量管理体系

为确保数据质量，贡嘎山站土壤含水量监测参考《陆地生态系统水环境观测质量保证与质量控制》[5]相关规定进行。贡嘎山站依照 CERN的统一规划和指导意见，开展生态指标长期观测工作，其中数据管理和质量控制则由专业水分分中心和综合中心负责。为了保证数据质量进而实现高效共享，CERN制定了科学严谨的质量管理体系，采取前端控制和后端质控的管理方式，通过细致计划、严格执行和科学评估，对数据进行审核、检验和评估[6-8]。详细的质量管理体系见图1。

图1 CERN三级质量管理组织的质量管理流程与职责[5]

3.2 数据产生过程质量保证和质量控制

数据质量控制过程包括了对源数据的检查整理、单个数据点的检查、数据格式（制式）转换和入库，以及元数据的编制、检查和入库。为保证观测数据的优质可靠，CERN制定了严格的管理制度。科学选取采样地点，固定观测频率，不断改进观测实验设施，安排专职人员对监测设施进行定期与不定期检查和维护，数据整理、检查上交后由专业水分分中心进行校核[9]。

数据质量控制内容包括：首先是土壤水分涉及的观测样地选择、管理维护、采样和原始数据质量控制方法根据《陆地生态系统水环境观测质量保证与质量控制》[5]的相关规定进行。第二，测量设备须进行标定后使用，人工观测数据需对采集和分析过程进行专业培训和定期检查，并整理上交原始记录资料以便查验。第三，所有观测数据整理好后仍需按照方法《数据的统计处理和解释正态样本离群值的判断和处理》（GBT4883-2008）[10]进行异常值检验。对于存在的异常值，结合原始记录检查并判断是否应予剔除[9]。第四，控制数据质量客观上要求科研与监测相结合，土壤水分数据监测的3个过程（数据生产、数据管理、数据使用）、3个角色（数据生产者、数据管理者、数据使用者）相融合。如果数据监测的3个过程、3个角色相对分散，监测工作仅仅停留在数据生产、数据管理层面，容易导致数据错误不易及时发现和纠正。为了确保土壤水分监测数据的质量，在做好数据生产、数据管理的同时，还通过推进监测数据的实际使用尽早验证监测方法与手段的有效性、可靠性并及时发现监测数据本身可能存在的问题，重新处理数据甚至是改进监测手段方法并研发或购置新的观测设备设施。

4 数据价值

贡嘎山拥有山地生态系统完整的植被垂直帯谱结构在横断山地区最具有典型代表性，对长江上游及青藏高原东南缘具有重要生态屏障功能，是研究山地生态系统的理想场所。本数据集提供了2007-2017年亚高山峨眉冷杉林土壤含水量的长时间序列观测数据，可以作为青藏高原东南缘（横断山区）贡嘎山亚高山森林生态系统水文循环关键过程及水碳关系研究的重要参考资料。在气候变化的背景下，山地生态水循环、山地流域水文过程产生较大反馈影响[11]，山区气候-植被-土壤-水等要素间的相互关系将发生改变[12]。因此，本数据集可为气候变化下山地的水源涵养功能和山地生态系统功能服务的研究提供理论数据。需要指出的是，本数据集原始数据系通过TDR法获取，而TDR在冬季严寒条件下测定封冻土壤时可能出现数据偏差。土壤温度对土壤含水量的影响，还有待进一步深入研究。

5 数据使用方法和建议

本数据集可通过Science Data Bank在线服务网址（http://www.dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j0 0001.00218）获取数据服务。如果想获取日尺度数据等也可通过贡嘎山国家野外科学观测研究站网络（http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData）获取数据服务，登录首页点击“资源服务”下的数据服务，进入相应的页面下载。研究人员如需进一步了解其他相关的观测数据可通过贡嘎山站网络平台下“数据服务”申请获取，或与本文作者联系。

致 谢

感谢CERN综合中心和水分分中心老师对本数据集观测和质量控制方面的指导，感谢参与贡嘎山站水分监测和样地管理工作的刘发明和兰晓全。