徐麗 ，何念鵬 ，2，于貴瑞 ，2＊

1. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100101

2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100190

數(shù)據(jù)庫(kù)（集）基本信息簡(jiǎn)介

引 言

陸地生態(tài)系統(tǒng)不僅是地球系統(tǒng)最重要的碳庫(kù)[1-2]，也是大氣的重要碳匯[3]，在全球碳循環(huán)中扮演著重要角色[4-5]。中國(guó)約占全球陸地面積的6.4%，其碳儲(chǔ)量的增減情況都會(huì)顯著地影響全球碳收支平衡[2,6]。然而，受基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源的限制，當(dāng)前絕大多數(shù)碳儲(chǔ)量評(píng)估工作都是針對(duì)區(qū)域植被、土壤或某一類型生態(tài)系統(tǒng)，有關(guān)整個(gè)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的研究相對(duì)較少；同時(shí)受數(shù)據(jù)源和評(píng)估方法的影響，評(píng)估結(jié)果之間具有較高的不確定性[7-8]。因此，完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，即構(gòu)建全面系統(tǒng)的植被和土壤碳密度數(shù)據(jù)集是提高中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量估算精度，深入揭示其空間分布格局和調(diào)控機(jī)制的關(guān)鍵途徑之一。

此外，系統(tǒng)化的中國(guó)植被和土壤碳儲(chǔ)量數(shù)據(jù)，是未來(lái)開展中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對(duì)于植被碳儲(chǔ)量，根據(jù)碳含量常數(shù)0.45或0.50反推[9]，即可以獲取相應(yīng)的植被生物量信息。而植被生物量是評(píng)估中國(guó)植被變化或生態(tài)環(huán)境變化的重要參數(shù)[10]。類似地，土壤有機(jī)碳與土壤有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)。在不考慮無(wú)機(jī)碳的情況下，通常可以通過轉(zhuǎn)換系數(shù) 0.58進(jìn)行轉(zhuǎn)化[11]。因此，系統(tǒng)的中國(guó)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量數(shù)據(jù)可用來(lái)反映中國(guó)土壤質(zhì)量狀況，從而為未來(lái)定量探討不同擾動(dòng)情景或土地利用變化模式下對(duì)土壤養(yǎng)分供給能力和可持續(xù)性的影響提供重要的支撐數(shù)據(jù)。

針對(duì)當(dāng)前缺乏全面系統(tǒng)的有關(guān)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)地面實(shí)測(cè)碳密度數(shù)據(jù)資料的現(xiàn)狀，研究團(tuán)隊(duì)通過收集整理2004-2014年公開發(fā)表的歷史文獻(xiàn)數(shù)據(jù)資料以及課題組相關(guān)實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳密度數(shù)據(jù)集。本數(shù)據(jù)集覆蓋森林、草地、農(nóng)田、濕地和灌叢等生態(tài)系統(tǒng)，包括植被地上碳密度、植被地下碳密度和不同深度（0-20 cm和0-100 cm）土壤碳密度。本數(shù)據(jù)集為準(zhǔn)確評(píng)估中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量，分析探討其空間分布格局及調(diào)控機(jī)制提供數(shù)據(jù)支撐，也為揭示全球變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的影響以及提高生態(tài)系統(tǒng)管理成效提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)，全面系統(tǒng)的植被和土壤碳密度數(shù)據(jù)集可作為模型構(gòu)建或模擬的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)，提高擬合或預(yù)測(cè)精度。此外，植被和土壤碳密度數(shù)據(jù)也可服務(wù)于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)估，即分別用于估算植物生物量和土壤肥力情況，進(jìn)而評(píng)估區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方式

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本數(shù)據(jù)集由兩部分構(gòu)成：一部分為課題組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一部分為正式發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)（圖1）。對(duì)于課題組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，主要是利用本課題組和相關(guān)課題組的野外采樣測(cè)試數(shù)據(jù)。對(duì)于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，主要選取 2004-2014年間發(fā)表在 ISI數(shù)據(jù)庫(kù)（http://apps.webofknowledge.com）和中國(guó)知網(wǎng)（http://www.cnki.net）上的期刊論文和學(xué)位論文中的有關(guān)植物生物量（地上生物量、根生物量或兩者兼有）和土壤碳密度數(shù)據(jù)。其中，我們以“土壤有機(jī)碳（soil organic carbon）”“生物量（biomass）”“碳密度（carbon density）”和“碳儲(chǔ)量（carbon storage）”作為關(guān)鍵詞來(lái)檢索文獻(xiàn)。文獻(xiàn)數(shù)據(jù)篩選遵循以下標(biāo)準(zhǔn)：（1）植物生物量和土壤碳密度數(shù)據(jù)必須是樣地實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不包括模型擬合和文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；（2）野外采樣監(jiān)測(cè)工作必須在2000年之后進(jìn)行；（3）生物量和土壤碳密度的監(jiān)測(cè)方法應(yīng)具有可比性。經(jīng)過篩選，一共收集了1036篇文獻(xiàn)。收集的數(shù)據(jù)覆蓋了森林、草地、農(nóng)田、濕地、灌叢等中國(guó)主要生態(tài)系統(tǒng)。其中，對(duì)于荒地、裸地、沙地等統(tǒng)一將其生態(tài)系統(tǒng)類型劃為“其他”。

1.2 數(shù)據(jù)整理

文獻(xiàn)數(shù)據(jù)收集整理過程中，對(duì)于缺乏具體地理位置即缺乏經(jīng)緯度信息的樣點(diǎn)，可根據(jù)文獻(xiàn)中的地理位置描述，結(jié)合電子地圖（http://www.tianditu.com）來(lái)確定。植被碳數(shù)據(jù)提取中，對(duì)于獲取的地上生物量碳（above-ground biomass carbon，AGBC）和地下生物量碳（below-ground biomass carbon，BGBC）密度的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，可以直接納入數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)集的方法部分標(biāo)注為“Direct”；而對(duì)于只有生物量記錄的樣點(diǎn)，采用 0.45轉(zhuǎn)換系數(shù)將生物量換算為碳密度[9]，并在數(shù)據(jù)集的方法部分標(biāo)注為“Indirect”。土壤碳數(shù)據(jù)提取中，對(duì)于直接給出碳密度的樣點(diǎn)，在數(shù)據(jù)集的方法部分標(biāo)注為“Direct”；對(duì)于沒有土壤有機(jī)碳（soil organic carbon，SOC）密度（kg-2m）記錄但有土壤容重、土壤有機(jī)碳含量和土壤深度等基礎(chǔ)參數(shù)信息，并可以通過如下計(jì)算公式獲取土壤有機(jī)碳密度的樣點(diǎn)，在數(shù)據(jù)集的方法部分也標(biāo)注為“Direct”，并采用下列公式計(jì)算：

其中，ρsoc為土壤有機(jī)碳密度，SOCi為第i層SOC百分含量（%）；BDi為第i層土壤容重（g cm-3）；Di為第i層土壤厚度（cm）；Ci為第i層土壤＞2 mm石礫百分含量（%）；n為參與計(jì)算的土壤層次總數(shù)。其中，對(duì)于文獻(xiàn)中土壤實(shí)際深度＜100 cm的樣點(diǎn)，利用其實(shí)際深度來(lái)計(jì)算0-100 cm的SOC密度；而對(duì)于土壤實(shí)際深度＞100 cm的樣點(diǎn)，則只取0-100 cm深度的SOC密度。對(duì)于只有有機(jī)質(zhì)含量但無(wú)有機(jī)碳含量記錄的樣點(diǎn)，利用換算系數(shù)0.58將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)換成有機(jī)碳含量[11]；對(duì)于缺乏容重信息的樣點(diǎn)，采用精度最高的土壤容重傳遞函數(shù)推算[12-13]，對(duì)于石礫含量缺失的樣點(diǎn)，則采用已知同類型土壤的均值代替，采用以上處理后計(jì)算得到的土壤有機(jī)碳密度的樣點(diǎn)，均在其方法部分標(biāo)注為“Indirect”。其中，對(duì)于含多年測(cè)定數(shù)據(jù)的樣點(diǎn)，本數(shù)據(jù)集一一列出各年的測(cè)試值。此外，由于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的植被主要為農(nóng)作物，定期被收割，因此本數(shù)據(jù)集中不包含農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的植被碳密度。

圖1 數(shù)據(jù)集構(gòu)建流程圖

2 數(shù)據(jù)樣本描述

中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳密度數(shù)據(jù)集主要包括：植被生物量碳密度數(shù)據(jù)子集和土壤有機(jī)碳密度數(shù)據(jù)子集。其中，植被生物量碳密度數(shù)據(jù)子集記錄7927條，包含4485條植被地上生物量碳密度數(shù)據(jù)（文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別為3328條和1157條）和3442條植被地下生物量碳密度數(shù)據(jù)（文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別為2635條和807條）。土壤有機(jī)碳密度數(shù)據(jù)子集記錄7683條，包含0-20 cm深度的土壤有機(jī)碳密度4536條（文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別為4356條和180條），0-100 cm深度的土壤有機(jī)碳密度3147條（文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別為2974條和173條）。每條數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄了樣點(diǎn)的生態(tài)系統(tǒng)類型，樣點(diǎn)位置（經(jīng)度和緯度），碳密度（kg m-2），采樣時(shí)間，數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)來(lái)源等信息。其中，數(shù)據(jù)類型包含兩類：一類為直接數(shù)據(jù)，指該條碳密度數(shù)據(jù)直接由實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得，或者文獻(xiàn)中直接提供碳密度或給出了計(jì)算碳密度的相關(guān)參數(shù)，不需要進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換或推導(dǎo)；一類為間接數(shù)據(jù)，是指實(shí)驗(yàn)或者文獻(xiàn)中沒有提供碳密度數(shù)據(jù)，相關(guān)參數(shù)信息也不全，需要進(jìn)行相關(guān)的推導(dǎo)才能獲得。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與評(píng)估

本數(shù)據(jù)集來(lái)源于公開發(fā)表的文獻(xiàn)和規(guī)范系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。其中，對(duì)于公開發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫(kù)選擇、檢索關(guān)鍵詞、文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)提取和整理，整個(gè)過程都對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行了控制；對(duì)于實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，從樣點(diǎn)選擇、樣地設(shè)置、調(diào)查前期準(zhǔn)備、調(diào)查取樣、室內(nèi)分析等過程都進(jìn)行了質(zhì)量控制。同時(shí)，采用專家審核驗(yàn)證法進(jìn)一步確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠性。

3.1 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制與評(píng)估

文獻(xiàn)篩選前的質(zhì)量控制：首先明確本數(shù)據(jù)集是一套反映中國(guó)碳現(xiàn)狀（2010s）、覆蓋中國(guó)主要生態(tài)系統(tǒng)類型的碳密度地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。然后，分生態(tài)系統(tǒng)類型分別建立數(shù)據(jù)提取表格，以備提取數(shù)據(jù)時(shí)使用。其中，數(shù)據(jù)表格中包含樣點(diǎn)基本信息（包括樣點(diǎn)所在地、監(jiān)測(cè)時(shí)間、地理位置、氣候條件、生態(tài)系統(tǒng)類型、優(yōu)勢(shì)物種和文獻(xiàn)名等）、植被碳信息（植物各器官生物量和碳含量）和土壤信息（土壤類型、土壤深度、土壤容重和土壤有機(jī)碳含量等）。

文獻(xiàn)篩選和數(shù)據(jù)提取中的質(zhì)量控制：以與植被和土壤碳密度密切相關(guān)的參數(shù)作為關(guān)鍵詞從ISI和中國(guó)知網(wǎng)這兩個(gè)權(quán)威、公眾認(rèn)可度高的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)站篩選2004-2014年公開發(fā)表的期刊論文和學(xué)位論文。文獻(xiàn)篩選時(shí)遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，剔除基礎(chǔ)信息模糊或不完整的文獻(xiàn)。然后，每篇文獻(xiàn)建立一個(gè)文檔，包含文獻(xiàn)和對(duì)應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)類型的數(shù)據(jù)提取表格。再利用Getdata軟件將文獻(xiàn)中的有關(guān)碳密度的圖形數(shù)據(jù)提取出來(lái)，其中相關(guān)圖表截圖放入對(duì)應(yīng)的文件夾內(nèi)，以備后續(xù)數(shù)據(jù)核實(shí)和查詢。每篇文獻(xiàn)數(shù)據(jù)提取完成后仔細(xì)檢查數(shù)據(jù)單位，以便及時(shí)更正有問題的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)整理的質(zhì)量控制：每篇文獻(xiàn)數(shù)據(jù)提取完成后，將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總。匯總中，部分信息缺失和信息記錄完整樣點(diǎn)分別放入不同的數(shù)據(jù)表中，然后采用統(tǒng)一的插補(bǔ)方法將缺失信息補(bǔ)全。然后再次檢查中間數(shù)據(jù)和碳密度數(shù)據(jù)的單位和數(shù)值大小，剔除異常值。整理完畢的數(shù)據(jù)集，先由數(shù)據(jù)整理者自查一遍，再交付給專家進(jìn)行最終的審核和修訂，確保數(shù)據(jù)集的真實(shí)、可靠。備份數(shù)據(jù)整理過程中的所有文件。

3.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制與評(píng)估

本數(shù)據(jù)集中的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)主要來(lái)自本課題組和相關(guān)實(shí)驗(yàn)組。這些研究團(tuán)隊(duì)多次組織開展野外考察和取樣工作，具有豐富的野外調(diào)查采樣經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)室內(nèi)測(cè)試也都參照統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因此獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量很高。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總中，仔細(xì)檢查調(diào)查時(shí)間、生態(tài)系統(tǒng)類型、碳密度單位等基礎(chǔ)信息，及時(shí)更正有問題的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)整理人先將匯總后的數(shù)據(jù)集檢查一遍，然后交給專家進(jìn)行最終的審核和修訂，確保數(shù)據(jù)集的真實(shí)、可靠。

4 數(shù)據(jù)使用方法和建議

通過搜集整理期刊文獻(xiàn)數(shù)據(jù)、本課題組和相關(guān)課題組的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)構(gòu)建的2010s中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳密度數(shù)據(jù)集是一套基于大量實(shí)地調(diào)查，覆蓋了森林、草地、農(nóng)田、濕地和灌叢等中國(guó)主要生態(tài)系統(tǒng)類型，同時(shí)包括植被地上、地下碳密度和不同深度土壤碳密度，全面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集。本數(shù)據(jù)集可用于評(píng)估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量，目前本課題組已經(jīng)利用這套數(shù)據(jù)集評(píng)估了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量、空間變異及其影響機(jī)制[14-17]。同時(shí)，本數(shù)據(jù)集也可以作為生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)估以及生態(tài)模型優(yōu)化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。然而，由于部分植被和土壤碳密度數(shù)據(jù)是經(jīng)過相關(guān)參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)換得到的，這些轉(zhuǎn)換方法會(huì)帶來(lái)一定的不確定性，因此對(duì)一些采用間接方法獲取的數(shù)據(jù)，在使用過程中需稍加注意。

需要使用本數(shù)據(jù)集的讀者，可以登錄國(guó)家生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源服務(wù)網(wǎng)站（http://www.cern.org.cn）。登錄系統(tǒng)后，在首頁(yè)點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)論文數(shù)據(jù)”圖表或在“數(shù)據(jù)資源”欄目選擇“數(shù)據(jù)論文數(shù)據(jù)”中的“碳氮水通量觀測(cè)專題”，進(jìn)入相應(yīng)頁(yè)面下載數(shù)據(jù)。用戶也可以登錄Science Data Bank（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/603）查詢相關(guān)信息。