2016–2021 年上海长三角站长期监测样地土壤基本性状数据集

孙宁骁，殷杉，郑吉，朱鹏华

1.上海交通大学，农业与生物学院，上海 200240

2.上海长三角区域生态环境变化与综合治理国家野外科学观测研究站，上海 200240

引 言

在我国城镇化过程中，长三角、珠三角、京津冀等大城市群不断涌现，但也带来了城市热岛效应、水体环境污染等问题[1]。城市森林作为城市生态系统的重要组成部分，为人类提供巨大的生态系统服务[2]。在2000–2010 年的十年间，全球一些主要城市的城市森林面积呈现不同的增长速度，有研究表明发达国家城市的城市森林增长率比发展中国家少30%[3]。文献整合分析表明，在过去30 年间城市森林的生态系统功能和服务的监测评估是城市森林领域研究的热点问题[4]，生态系统功能和服务的准确评估依赖于长期定位观测数据的支撑[5-6]。

城市森林通过碳汇服务延缓气候变暖[7]，有研究表明，上海城市森林乔木层总碳储量为2.87 Mt，碳密度受土地利用强度等因素影响，在空间中呈现一定异质性[8]。土壤是城市森林中最大的碳库，土壤固碳水平的提高将对城市森林提供高水平碳汇服务起到积极作用。然而，对城市森林土壤碳库的长期监测研究还相对缺乏[9]。此外，在城市化过程中，土壤重金属污染是重大生态环境问题之一，其直接或间接进入城市森林生态系统的土壤中，将影响生态系统的功能和服务[10-11]。

以往发布的森林土壤属性数据集，往往聚焦于远离城市的天然林或人工林[12-13]。涵盖的指标一般包括土壤环境数据、土壤机械组成数据、土壤养分数据、土壤元素含量数据、土壤有机碳组分和腐殖质碳组分数据等[13]。这些数据集在区域尺度上具有广泛的代表性，但时间连续性不足，缺乏长时间序列的原位观测数据，无法充分反映土壤各属性的动态变化过程。与自然区域相比，土地利用变化和人为胁迫强度更为剧烈的城市中，典型城市森林土壤属性的长期定位观测数据更是较为缺乏，鲜见报道。

上海长三角区域生态环境变化与综合治理国家野外科学观测研究站（简称上海长三角站）位于浦东新区高东镇，台站对接“长三角一体化发展”国家战略，以长三角区域生态环境变化的长期观测与综合治理为主要任务，围绕“全球变化和高强度人类活动双重干扰下区域生态环境演变特点、生态安全格局及可持续发展机制”这一关键科学问题，着力长三角生态环境可持续发展相关长期数据观测分析以及理论、技术等创新工作。本数据集汇集了2016–2021 年上海长三角站土壤监测数据，不同于以往聚焦农田及山地的数据集，本数据集针对特大型城市上海地区的土壤状况开展调查，旨在了解经济发达、城镇化水平高、人为因素干扰大地区的土壤养分和重金属污染现状及动态变化，为特大型城市绿化管理提供理论依据和建议[11]。

1 数据采集和处理方法

1.1 数据来源

数据来自2016–2021 年上海长三角站长期监测样地土壤监测数据。按照《森林生态系统定位观测指标体系》（LY/T 1606-2003）及《城市生态系统定位观测指标体系》（LY/T 2990-2018）要求[14-15]，上海长三角站根据城乡梯度及植被类型，分别在中心城区（上海中山公园）设置了1 个20 m×20 m 样地，近郊（上海金海湿地公园）设置了5 个20 m×20 m 样地，远郊（崇明岛）设置了6 个20 m×50 m 样地。每个样地按照“S”形方式设置5–7 个采样点，用土钻在每个采样点分别取0–10 cm,10–20 cm 及20–40 cm 土壤，将同一层不同采样点的土壤混合为一个样品。将样地取回的土壤样品在避光的室内进行自然通风干燥，将植物根系、石子等去除，碾磨并过2 mm 筛，再用四分法取适量土壤，磨细后过0.25 mm 筛，以备各项测定使用。

1.2 样品测试和数据处理

数据在获取过程中，主要包括分析化验、原始数据记录、数据复核、数据录入、数据核实等。在分析化验时，土壤pH 采用电位法进行测定；土壤容重采用环刀法测定；土壤总碳、总氮采用元素分析仪测定；全磷采用氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法或电感耦合等离子体质谱仪测定；全钾采用氢氧化钠碱熔-火焰光度法或电感耦合等离子体质谱仪测定；有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定；全锌、全铜全铅和全铬采用电感耦合等离子体质谱仪测定。每完成一批次的分析化验后，及时、详细地将数据录入电脑。

2 数据样本描述

2.1 数据集结构

本数据集存储格式为Excel 文件，共包括4 张数据表。“土壤基本性状”共计20 个字段，“样地背景信息”共计11 个字段，“采样和样品保存记录”共计8 个字段，“分析方法记录”共计4 个字段。表1 至表4 为数据表所包含的具体字段名称、类型和样例。

表1 土壤基本性状表内容Table 1 The table of basic soil properties

表2 样地背景信息表内容Table 2 The table of plot information

表3 采样和样品保存记录表内容Table 3 The table of soil sampling and preservation

表4 分析方法记录表内容Table 4 The table of analysis method information

2.2 数据缺失情况

数据集的“土壤基本性状”表中，部分数据存在缺失，包括2016–2017 年、2019–2021 年土壤容重及2017–2020 年的有效磷、速效钾、全锌、全铜。缺失原因是：按照《城市生态系统定位观测指标体系》（LY/T 2990-2018）要求，土壤容重、有效磷、速效钾、全锌、全铜监测频率为5 年/次，其中土壤容重在2018 年进行检测，有效磷、速效钾、全锌、全铜分别在2016 年及2021 进行检测，符合检测标准要求。

3 数据质量控制和评估

本数据集基于规范系统的野外样地调查和实验室分析测试，通过样地的选择和设置、采样方法及样品测试等过程对数据质量进行控制。

根据上海城市森林城乡梯度，结合上海长三角站综合观测站布局，筛选出12 个具有代表性的长期监测样地。上海长三角站设有专门的土壤监测实验技术人员，熟知土壤采样流程及样品前处理。台站依托上海交通大学分析测试中心及上海交通大学农业与生物学院分析测试平台进行土壤样品分析测试。每项指标测试完成后，由技术人员和专家进行数据审核，并对比往年测试数据，分析异常数据产生的原因并进行重新测定。所有指标测定完成后，所有数据录入电脑，并妥善保存纸质资料。

4 数据价值

上海长三角站位于长三角城市群中心城市上海。上海是沿海城市带、长江经济带及“一带一路”重要交汇点，是我国经济发达、人口密集、自然景观受到强烈干扰的地区，生态环境特点具有高度代表性。本数据集包含了上海城乡梯度下典型林分土壤基本性状，具有较强的可比性，可为科研人员研究特大型城市土壤碳汇、土壤养分变化规律及重金属污染等工作提供重要的数据支撑，为城市绿化管理提供理论依据和建议。

例如，我们通过分析2016–2021 年12 个长期监测样地不同土层（0–10 cm，10–20 cm，20–40 cm）总碳、总氮、全磷、全钾含量变化，发现了上海长三角站土壤基本性状随着时间增长出现规律性变化。

图1 2016–2021 年上海长三角站土壤基本性状变化Figure 1 Changes of basic soil properties of Shanghai Yangtze River Delta Station from 2016 to 2021

数据作者分工职责

孙宁骁（1990—），男，山东省淄博市人，硕士，实验师，研究方向为城市生态学。主要承担工作：野外采样、分析测试、数据整理和审核。

殷杉（1982—），男，山东省青岛市人，博士，教授，研究方向为城市生态系统长期定位观测及生态系统服务。主要承担工作：野外采样、数据质量评估和总体工作部署。

郑吉（1988—），男，河北省秦皇岛市人，博士，助理研究员，研究方向为生态系统生态学。主要承担工作：数据校验和数据分析。

朱鹏华（1988—），男，江苏省泰州市人，学士，实验员，研究方向为土壤学。主要承担工作：野外采样和分析测试。