李旭，曾靜，侯志勇，謝永宏＊，陳心勝，李峰

1. 中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，洞庭湖濕地生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站，長沙 410125

數(shù)據(jù)集（庫）基本信息簡介表

數(shù)據(jù)庫（集）名稱 2012–2016年洞庭湖洲灘土壤元素含量數(shù)據(jù)集 數(shù)據(jù)作者 李旭，曾靜，侯志勇 數(shù)據(jù)通信作者 謝永宏（xyh@isa.ac.cn） 數(shù)據(jù)時間范圍 2012–2016年 地理區(qū)域 東洞庭湖洲灘 數(shù)據(jù)量 33.2 KB 數(shù)據(jù)格式 *.xlsx 數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)址 http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/879 項目基金 國家自然科學基金（31570431，41601106）；中國科學院重點部署項目（KFZD-SW-318）；中國科學院青年創(chuàng)新促進會項目（2014337）；湖南省自然科學基金（2018JJ3580）。 數(shù)據(jù)庫（集）組成 本數(shù)據(jù)集由5張表單組成，分別為“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表，“樣地信息”表，“樣地管理記錄”表，“分析方法記錄”表，“標準樣品測定記錄”表。其中“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表記錄了洞庭湖三種典型濕地植物（苔草、荻和辣蓼）樣地表層土壤元素監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄27條。本

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引 言

洞庭湖位于長江中游荊江段南岸，是我國第二大淡水湖、長江重要的分洪沉沙調(diào)蓄湖泊和全球200 個重要生態(tài)區(qū)之一，主要由東洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖和橫嶺湖等主湖泊組成。它接納湘、資、沅、澧四水和長江荊江河段松滋、太平、藕池三口，以及汨羅江、新墻河等湖區(qū)周邊中小河流的來水來沙，經(jīng)湖泊調(diào)蓄后由城陵磯出口匯入長江。洞庭湖是重要的國際濕地保護區(qū)域，具有調(diào)節(jié)江河徑流、凈化水質(zhì)、保護生物多樣性和改善生態(tài)環(huán)境等多種生態(tài)服務(wù)功能[1]。

據(jù)史料記載，湖中的洲灘大部分起源于晚清后期至建國前后，它是長江與四水攜帶的泥沙在洞庭湖淤積的產(chǎn)物。洞庭湖區(qū)的土壤幾乎全部為沖積湖積母質(zhì)，湖泊洲灘為潮土、沼澤土和沼澤化草甸土，為壤土或沙壤土，厚達2 m 以上。在汛期，大量泥沙、動植物殘體沉積于洲土，為洲灘源源不斷地補給有機質(zhì)和礦物元素[2]。同時，洞庭湖四水流域有色金屬礦場及其伴生礦地，大型化工廠的工業(yè)廢水，洞庭湖周邊居民的生活垃圾以及流入湖內(nèi)的農(nóng)藥、化肥等的入湖共同造成了灘地土壤中重金屬的積累，灘土中的重金屬在一定條件下也可能重新釋放到水中，嚴重影響湖泊水體質(zhì)量[3]。

洞庭湖濕地生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站（簡稱洞庭湖站）地處湖南省岳陽市郊區(qū)采桑湖南岸（29°30′N， 112°48′E），區(qū)內(nèi)年均氣溫16.15℃，年均降水量1250–1450 mm，無霜期258–275 d，具有陽光充足，日照較長，雨量充沛，春夏冷暖氣流交替頻繁，夏秋晴熱少雨，秋寒偏旱等特點。洞庭湖站自2009年組建以來，按中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（Chinese Ecosystem Research Network，CERN）統(tǒng)一的監(jiān)測規(guī)范，針對洞庭湖水文情勢下，洲灘濕地生態(tài)系統(tǒng)中土壤主要理化性質(zhì)、營養(yǎng)元素、重金屬含量等指標進行長期定位監(jiān)測。2012–2016 年洞庭湖洲灘土壤元素含量數(shù)據(jù)集來自于加工處理后的洞庭湖3種典型濕地植物（苔草，荻和辣蓼）樣地表層土壤元素監(jiān)測數(shù)據(jù)，并包括相應(yīng)的地理、土壤、植被、人為管理等背景信息，以及分析方法和質(zhì)量控制信息。本數(shù)據(jù)集可以為洞庭湖土壤營養(yǎng)狀況評估、環(huán)境質(zhì)量評估、土壤污染風險評價以及環(huán)境土壤學研究等工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本數(shù)據(jù)集的土壤元素狀況數(shù)據(jù)來自2012–2016 年洞庭湖站典型長期監(jiān)測樣地（簡稱“樣地”）表層土壤的有機質(zhì)、氮、磷、鉀、有效磷、速效鉀、鐵、錳、鉻、鉛、鎳、汞、砷含量監(jiān)測數(shù)據(jù)。洞庭湖洲灘土壤監(jiān)測以樣地為單位開展。為了保證數(shù)據(jù)的空間代表性，各項指標在每次監(jiān)測中都設(shè)置5 個重復采樣，每個重復采樣又是來自10 個采樣點的混合土壤樣品。取樣時間為每年洪水前和洪水后，4 月和11 月中旬（實際根據(jù)洪水漲落確定，其中2016 年由于3 月起樣地淹沒，無法取樣）。為了使用方便，將重復采樣數(shù)據(jù)經(jīng)校驗審核后取平均值。為了保證數(shù)據(jù)的完整性，提取了相應(yīng)樣地背景信息、管理信息。為了體現(xiàn)數(shù)據(jù)的準確度和精密度，提取了各監(jiān)測項目的分析方法記錄和標準樣品質(zhì)控數(shù)據(jù)。將提取的數(shù)據(jù)按類別共生成5 張表，分別命名為洞庭湖洲灘土壤元素含量、樣地信息、樣地管理記錄、分析方法記錄、標準樣品測定記錄。

1.2 數(shù)據(jù)規(guī)范化

1.2.1 樣地的名稱與代碼的規(guī)范化

洞庭湖濕地生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站代碼為DTM。根據(jù)CERN 土壤監(jiān)測規(guī)范，統(tǒng)一為3 位，前2 位為臺站中文簡稱的漢語拼音縮寫，第3 位代表監(jiān)測的主要生態(tài)系統(tǒng)類型，M 表示濕地生態(tài)系統(tǒng)。樣地代碼按規(guī)范要求嚴格采用13 位編碼，臺站代碼（第1–3 位）+監(jiān)測類型編碼（第4–7 位）+監(jiān)測要素分類碼（第8–10 位）+“_”（第11 位）+長期監(jiān)測采樣地序號（第12–13 位）[4]。本數(shù)據(jù)集提取的典型樣地的監(jiān)測類型有綜合和輔助兩種。綜合樣地（ZH）代表了所在區(qū)域的主要生態(tài)系統(tǒng)類型，采樣面積能夠滿足幾十年到上百年的尺度要求，并可在樣地內(nèi)或者附近開展水分、土壤、大氣、生物的多要素聯(lián)合觀測。輔助樣地（FZ）是綜合樣地的對照和補充，是不同植被類型和演替階段的濕地。

1.2.2 土壤分類歸屬的規(guī)范化

洞庭湖站在監(jiān)測過程中參考土壤發(fā)生分類系統(tǒng)來對長期監(jiān)測樣地的土壤類型命名。在CERN 土壤分中心開展的野外臺站土壤分類規(guī)范化研究工作中[5]，對各臺站典型生態(tài)系統(tǒng)長期監(jiān)測樣地土壤的形成因素和剖面主要性狀進行調(diào)查研究，分析探討其發(fā)生過程，根據(jù)中國土壤發(fā)生分類（Genetic Soil Classification of China，GSCC）、中國土壤系統(tǒng)分類（Chinese Soil Taxonomy，CST）、美國土壤系統(tǒng)分類（Soil Taxonomy，ST）的分類標準對其進行了土壤類型劃分，以便為數(shù)據(jù)使用者提供更可靠的土壤背景信息。

1.2.3 深度范圍的規(guī)范化

按發(fā)生層劃分采樣深度時，經(jīng)常出現(xiàn)深度劃分不規(guī)則的問題，影響了不同監(jiān)測年份間和不同樣地間數(shù)據(jù)的可比性。洞庭湖每年洪水帶來的泥沙沉降或沖刷，都是洞庭湖洲灘演變過程中不可或缺的一部分。為了反映洞庭湖長期演變過程中的變化趨勢，本數(shù)據(jù)集的采樣深度保持在表層0–20 cm。

2 數(shù)據(jù)集描述

2.1 數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)

本數(shù)據(jù)集由6 張數(shù)據(jù)表組成，它們分別為：

1. “洞庭湖洲灘土壤元素含量”表，記錄土壤元素長期定位監(jiān)測數(shù)據(jù)。本表格包括生態(tài)站代碼、年、月、日、樣地代碼、樣地名稱、采樣分區(qū)描述（微地形）、土壤類型、母質(zhì)、植被（群落）類型、采樣深度（cm）、有機質(zhì)（g/kg）、全氮（g/kg）、全磷（g/kg）、全鉀（g/kg）、有效磷（mg/kg）、速效鉀（mg/kg）、全鐵（%）、全錳（mg/kg）、鉻（mg/kg）、鉛（mg/kg）、鎳（mg/kg）、汞（mg/kg）、砷（mg/kg），共計24 個字段。本表是數(shù)據(jù)集的核心表格，其余5 個表格均是對本表數(shù)據(jù)背景信息的記錄。在涉及到的12 種土壤元素中，碳、氮、磷、鉀為植物營養(yǎng)大量元素，鐵、錳屬于植物營養(yǎng)微量元素，但含量過高或者在酸性土壤上會造成毒害；鉻、鉛、鎳屬于對生物有害的重金屬元素；汞屬于對生物有害的類金屬元素；砷屬于對生物有害的非金屬元素[6]。

2. “樣地信息”表，記錄各臺站典型長期監(jiān)測樣地的基本信息，可以通過樣地代碼字段與“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表關(guān)聯(lián)。本數(shù)據(jù)表包括生態(tài)站名稱，樣地代碼，樣地名稱，觀測類別，生態(tài)系統(tǒng)類型，地理位置，代表性描述、周邊環(huán)境和選址說明，海拔高度，地貌特征，土壤母質(zhì)、土壤類型，氣候條件，水分條件，動物活動情況，人類活動情況，備注，共計15 個字段。土壤類型為洞庭湖站在研究和監(jiān)測中確定的名稱。為了增加數(shù)據(jù)的科學性，對主要的綜合觀測場樣地增加了國內(nèi)外主流的土壤分類體系命名。中國土壤發(fā)生分類（GSCC）是以土壤地帶性學說為基礎(chǔ)、結(jié)合中國實踐擬定的土壤分類體系。中國土壤系統(tǒng)分類（CST）是以診斷層和診斷特征為基礎(chǔ)，以發(fā)生的理論為依據(jù)，充分體現(xiàn)中國土壤特點的土壤分類體系。美國土壤系統(tǒng)分類（ST）是美國編制的以診斷層和診斷特征為基礎(chǔ)的，以拼綴方式命名的譜系式土壤分類體系[7]。

3. “樣地管理信息”表，樣地的主要管理數(shù)據(jù)，可以通過樣地代碼字段與“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表關(guān)聯(lián)。本數(shù)據(jù)表包括站代碼、樣地代碼、樣地名稱、樣地類型、觀測年份、起始觀測年份、觀測目的、中國土壤發(fā)生分類土類、中國土壤發(fā)生分類亞類、母質(zhì)、自然災(zāi)害、病蟲害、人為干擾、樣地管理負責人、備注，共計15 個字段。

4. “分析方法記錄”表，記錄各項土壤元素狀況監(jiān)測指標的分析方法信息，可以通過分析項目名稱字段與“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表關(guān)聯(lián)。本數(shù)據(jù)表包括站代碼、分析項目名稱、分析方法名稱、分析方法引用標準、參考文獻、備注、質(zhì)控說明、質(zhì)控人，共計8 個字段。分析方法名稱字段由前處理方法和檢測方法兩部分組成，兩者之間用“-”分隔。引用標準字段記錄的是分析方法的標準文獻編號，國際標準為ISO 開頭，國家標準為GB 開頭，林業(yè)行業(yè)標準為LY 開頭，農(nóng)業(yè)行業(yè)標準為NY 開頭，環(huán)境保護標準為HJ 開頭。分析方法也可以引用其他權(quán)威的專著，記錄在引用參考文獻字段。

5. “標準樣品測定記錄”表，記錄各項土壤元素狀況監(jiān)測指標分析的標準樣品質(zhì)控數(shù)據(jù)，可以通過測定項目字段與“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表關(guān)聯(lián)。本數(shù)據(jù)表包括站代碼、年份、標準樣品名稱、測定項目名稱、單位、標樣值、不確定度、標樣分析方法、測定值（均值）、測定值的標準差、測定重復次數(shù)、測定值的分析方法、所用儀器名稱、測定人、審核人，共計15 個字段。標準樣品編號字段記錄的是經(jīng)過國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局批準的土壤成分分析標準物質(zhì)編號。標樣值、不確定度和標樣定值分析方法3 個字段來自于對應(yīng)土壤標樣的標準物質(zhì)證書。標樣測定均值、標樣測定標準差、標樣測定重復次數(shù)、標樣測定的分析方法、所用儀器名稱5 個字段記錄的是臺站實際分析時對土壤標準樣品測試的情況，其中標樣測定均值落在標樣值加減不確定度的范圍內(nèi)時，說明臺站對該分析項目測定的準確度合格；標樣測定標準差低于不確定度時，說明臺站對該分析項目測定的精密度合格。

2.2 數(shù)據(jù)分布

本數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)來自洞庭湖濕地生態(tài)系統(tǒng)小西湖綜合觀測場土壤生物采樣地和洞庭湖濕地生態(tài)系統(tǒng)麻塘輔助觀測場土壤生物采樣地，其位置的坐標分別為：112.7857°–112.7985°E、29.4563°–29.4683°N，113.0607°–113.0707°E、29.2394°–29.2501°N。前者主要監(jiān)測的植被類型為苔草和荻，后者主要監(jiān)測的植被類型為辣蓼。在時間范圍上，本數(shù)據(jù)集產(chǎn)生于2012–2016 年，每年洪水前后進行一次監(jiān)測。

2.3 數(shù)據(jù)缺失情況

本數(shù)據(jù)集存在部分數(shù)據(jù)缺失。其中，各表的“備注”字段多為空，僅在需要額外說明時才有記錄；“分析方法記錄”表的“引用標準”和“引用參考文獻”字段二選一記錄即可；2016 年3 月，洞庭湖春季漲水一直未退，洲灘采樣地被淹沒，無法進行采樣，因此，2016 年洪水前土壤數(shù)據(jù)缺失。

2.4 數(shù)據(jù)樣例

本數(shù)據(jù)集的核心數(shù)據(jù)表為“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表，該表格記錄了土壤元素長期定位監(jiān)測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)使用者從“洞庭湖洲灘土壤元素含量”表開始，需要了解監(jiān)測樣地的基本信息時，可以在“樣地信息”表的“樣地名稱”字段進行搜索，或者在“樣地管理信息”表的“樣地名稱”字段，獲得該樣地的歷史信息。需要了解土壤指標的分析方法時，可以在“分析方法記錄”表的 “分析項目名稱”字段進行搜索，獲得該土壤指標使用的具體方法及出處；需要了解該土壤指標的分析質(zhì)控信息時，可以在“標準樣品測定記錄”表的“測定項目”字段進行搜索，獲得該土壤指標分析中使用的標準樣品信息和標準樣品測定的信息。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估

3.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

在原始監(jiān)測數(shù)據(jù)的多個重復采樣進行平均前，首先對重復采樣的數(shù)據(jù)進行Dixon 和Grubbs 校驗確定變化異常的可疑數(shù)據(jù)[8]，然后依據(jù)全部監(jiān)測數(shù)據(jù)和相應(yīng)的專業(yè)知識規(guī)則進行閾值、均值和變異情況校驗[9]，剔除明顯異常的數(shù)據(jù)后再進行采樣平均處理。土壤重金屬測定過程中，使用標準土壤和測定土樣一起消煮作為標線，因此無土壤重金屬質(zhì)量控制數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量評估

CERN 統(tǒng)一執(zhí)行的土壤監(jiān)測規(guī)范和土壤監(jiān)測質(zhì)量控制規(guī)范，保證了數(shù)據(jù)的完整性、一致性、準確度和精密度。在完整性方面，本數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)都具備完整的背景信息、人為活動記錄、分析方法記錄和分析質(zhì)控記錄。在一致性方面，臺站、樣地等空間位置信息和代碼始終保持一致。準確度和精密度方面主要考慮數(shù)據(jù)實驗室測定過程，將“標準樣品測定記錄”表中標樣測定的相對誤差（測定值與標樣值的差值占標樣值的百分比）作為準確度的度量標準，將對相同標準樣品重復測定的相對偏差（重復測定的標準差占測定均值的百分比）作為精密度的度量標準。相對誤差和相對偏差越低，說明分析結(jié)果越準確和精密。對“標準樣品測定記錄”表中質(zhì)控數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)集中13 種土壤指標測定的相對誤差平均為4.24%，這些項目重復測試的相對偏差平均為3.76%。

4 數(shù)據(jù)價值

洞庭湖洲灘土壤元素含量變化是濕地環(huán)境變化和元素循環(huán)的關(guān)鍵過程之一，受到洞庭湖濕地水文過程、植被覆蓋和人類因素的長期影響。土壤元素含量是研究濕地植物–土壤–水相互作用最基礎(chǔ)的指標。對土壤元素含量變化規(guī)律的長期監(jiān)測可以避免短期觀測中偶發(fā)事件的影響，更真實地反映出洞庭湖洲灘土壤元素含量變化的規(guī)律，而洞庭湖站又是本地區(qū)唯一進行長期連續(xù)土壤元素含量變化監(jiān)測的野外臺站。因此，本數(shù)據(jù)集對于洞庭湖土壤營養(yǎng)狀況評估、環(huán)境質(zhì)量評估、土壤污染風險評價以及環(huán)境土壤學研究等工作提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)作者分工職責

李旭（1985—），男，湖南湘陰人，碩士，工程師，研究方向為濕地生態(tài)，土壤長期監(jiān)測管理和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。主要承擔工作：數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)整合、質(zhì)量控制和評估。

曾靜（1981—），女，湖南湘潭人，碩士，高級工程師，研究方向為濕地生態(tài)。主要承擔工作：土壤指標測定，數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和審核。

侯志勇（1983—），男，湖南安仁人，碩士，高級工程師，研究方向為濕地生態(tài)。主要承擔工作：數(shù)據(jù)校驗，數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)設(shè)計。

謝永宏（1974—），男，湖南永興人，博士，研究員，研究方向為濕地生態(tài)修復和設(shè)計。主要承擔工作：數(shù)據(jù)質(zhì)量評估和總體工作部署。

陳心勝（1979—），男，河南商丘人，博士，研究員，研究方向為濕地生態(tài)。主要承擔工作：數(shù)據(jù)質(zhì)量評估和總體工作部署。

李峰（1981—），男，山東高青人，博士，研究員，研究方向為濕地生態(tài)。主要承擔工作：數(shù)據(jù)質(zhì)量評估和總體工作部署。