2004-2016年中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)水體酸堿度和總?cè)芙庑怨腆w數(shù)據(jù)集

劉旭艷 ，唐新齋 ，朱治林 ，2，袁國富 ，2，張心昱 ，2＊，王嬌 ，孫曉敏，2，常學(xué)向，程一松，褚國偉，戴冠華，杜娟，傅偉，郭小偉，郭永平0，何其華，姜峻2，蔣正德，來劍斌，蘭中東，李少偉，李偉，林靜慧，林永標(biāo)，劉文杰，劉曉利2，劉新平，劉勇剛2，路永正2，魯志云2，蘇宏新2，唐家良2，汪金舫2，王小亮2，楊風(fēng)亭0，尹春梅，張志明2，張志山，趙常明，趙成義，朱睦楠

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

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

數(shù)據(jù)集（庫）基本信息簡介

數(shù)據(jù)集（庫）名稱 2004-2016年中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)水體酸堿度和總?cè)芙庑怨腆w數(shù)據(jù)集聯(lián)系人 張心昱(zhangxy@igsnrr.ac.cn)

數(shù)據(jù)生產(chǎn)者CERN臺站 觀測人員 站長 所屬研究所阿克蘇站 盛鈺、胡順軍 趙成義 中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所35哀牢山站 魯志云、沙麗清 張一平 中國科學(xué)院西雙版納植物園25安塞站 姜峻、李夠霞 陳云明 中國科學(xué)院水利部水土保持研究所12北京站 蘇宏新 桑衛(wèi)國 中國科學(xué)院植物研究所26西雙版納站 劉文杰、李玉武、秦海浪 曹敏 中國科學(xué)院西雙版納植物園20長白山站 戴冠華、鄭興波 王安志 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)所6策勒站 郭永平、張波 曾凡江 中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所10常熟站 林靜慧、王書偉、周偉 顏曉元 中國科學(xué)院南京土壤研究所18長武站 劉勇剛、姬洪飛 劉文兆 中國科學(xué)院水利部水土保持研究所23鼎湖山站 褚國偉、向傳銀 周國逸 中國科學(xué)院華南植物園5鄂爾多斯站 杜娟、崔清國 黃振英 中國科學(xué)院植物研究所7阜康站 蘭中東、趙巖 馬健 中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所15封丘站 汪金舫、李小麗 朱安寧 中國科學(xué)院南京土壤研究所28貢嘎山站 李偉、楊陽 王根緒 中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所17環(huán)江站 傅偉、林海飛 王克林 中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所8海北站 郭小偉、林麗 曹廣民 中國科學(xué)院西北高原生物研究所9海倫站 張志明、趙勤 韓曉增 中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所32鶴山站 林永標(biāo)、孫聃 申衛(wèi)軍 中國科學(xué)院華南植物園19會(huì)同站 朱睦楠、于小軍 汪思龍 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所36欒城站 程一松、李曉欣 沈彥俊 中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所4拉薩站 李少偉、孫維、何永濤 戴爾阜 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所16臨澤站 常學(xué)向、楊淇越 趙文智 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院3茂縣站 何其華、李曉明 包維楷 中國科學(xué)院成都生物研究所11奈曼站 劉新平、張銅會(huì) 趙學(xué)勇 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院22內(nèi)蒙古站 王小亮、竇山德 白永飛 中國科學(xué)院植物研究所29千煙洲站 楊風(fēng)亭、李慶康 王輝民 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所30三江站 路永正、張加雙 宋長春 中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所24沙坡頭站 張志山、趙洋 李新榮 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院33神農(nóng)架站 趙常明、徐文婷 謝宗強(qiáng) 中國科學(xué)院植物研究所34沈陽站 蔣正德、鄭立臣 陳欣 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所13桃源站 尹春梅、傅心贛 魏文學(xué) 中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所31

引 言

水體 pH可以有效地表示其酸堿性，過酸或者過堿的水體對于植物生長和動(dòng)物生活均存在一定的負(fù)面作用。降水的pH＜5.6即達(dá)到酸沉降水平[1]，會(huì)對農(nóng)作物、草地、森林等植被生長帶來危害[2-3]，還會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)[4-5]，導(dǎo)致土壤和地表水酸化等[6]。對我國主要農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水體pH研究顯示[7]，南方農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)降水、地表水、地下水pH較低，千煙洲、鷹潭地區(qū)部分時(shí)間降水為酸沉降。我國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002規(guī)定，日常用水pH范圍為6.00-9.00。地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB14848-93規(guī)定，pH在6.50-8.50滿足生活生產(chǎn)和植物生長的基本用水需要，如不能達(dá)標(biāo)，也可以使用pH值＜6.50或者＞8.50的地下水。灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)一般規(guī)定pH范圍是5.50-8.50，使用過酸、過堿或鹽含量較高的水會(huì)造成農(nóng)作物減產(chǎn)。

總?cè)芙庑怨腆w（Total dissolved solids，TDS）是指水體中的溶解性固體的總量，我國目前對于TDS的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要應(yīng)用在地下水上，對其他水體未作明確說明。地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB14848-93將地下水 TDS 分為 5 級，即≤300 mg·L-1、300-500 mg·L-1、500-1000 mg·L-1、1000-2000 mg·L-1、＞2000 mg·L-1。水體的TDS對于植物根系[8]和土壤動(dòng)物生長存活具有直接影響。TDS太高可造成土壤鹽堿化、物理結(jié)構(gòu)改變和土壤動(dòng)物總量減少等不良后果[9]。張心昱等[10]對全國31個(gè)典型陸地生態(tài)系統(tǒng)研究表明，森林生態(tài)系統(tǒng)TDS較低，其余生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為西北綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)、荒漠區(qū)和華北農(nóng)業(yè)區(qū)TDS較高，東北和南方農(nóng)業(yè)區(qū)TDS較低。

本文介紹了中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）34個(gè)生態(tài)站2004-2016年降水、地表水、地下水pH和TDS的監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，為科學(xué)工作者或用戶充分利用本數(shù)據(jù)提供詳細(xì)說明。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 數(shù)據(jù)采集方法

各生態(tài)站降水按月份或季節(jié)采集樣品，無降水或降水不足月份未采樣。地表水、地下水按月份或季節(jié)采集樣品，然后按照《陸地生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境觀測規(guī)范》[11]的統(tǒng)一方法測定。其中pH采用電位計(jì)法，收集水樣后過濾，室溫條件下通過校正液校準(zhǔn)電位計(jì)后，測定水樣的pH值，測定精度為0.01。TDS采用加和法或重量法測定：加和法即通過測定水樣中主要的8種陰、陽離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、CL?、HCO3?、CO32?）的總和，得出水樣的TDS；重量法即過濾后通過蒸干得到固體物質(zhì)的總量，計(jì)算出水體的TDS，測定精度為整數(shù)位。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

水體經(jīng)人工觀測員在現(xiàn)場采集樣品后，在實(shí)驗(yàn)室測定記錄并錄入計(jì)算機(jī)進(jìn)行電子化。生態(tài)站每年集中整理數(shù)據(jù)并按相應(yīng)的格式匯交到CERN水分分中心。CERN水分分中心對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行再次檢查，合格的數(shù)據(jù)匯交到CERN綜合中心，相關(guān)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)格式審核，無誤后最終導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫，以供使用。

數(shù)據(jù)集經(jīng)質(zhì)量控制后，去除了明顯的異常值。其中降水剔除異常值13%，地表水剔除異常值32%，地下水剔除異常值35%。整理后的pH、TDS數(shù)據(jù)按照水體類型（降水、地表水、地下水）分別匯集到Excel文件中的不同數(shù)據(jù)表單內(nèi)，各表單內(nèi)數(shù)據(jù)按照生態(tài)站名稱和時(shí)間排序；生態(tài)站基本信息，如代碼、分布區(qū)域、經(jīng)度、緯度、氣候帶、降水量等也單獨(dú)匯集到一個(gè)數(shù)據(jù)表單內(nèi)。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

本數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于Excel文件中的4個(gè)數(shù)據(jù)表單中，其中降水、地表水、地下水3種類型水體的pH和TDS數(shù)據(jù)分別存放于3個(gè)數(shù)據(jù)表單中。還有1個(gè)表單是生態(tài)站基本情況表，給出了34個(gè)生態(tài)站的基礎(chǔ)信息。兩種表中包含的具體字段名稱和詳細(xì)信息見表1和表2。

表2 典型生態(tài)系統(tǒng)基本信息表內(nèi)容

序號 字段名稱 量綱 數(shù)據(jù)類型 示例7 年降水量 mm 數(shù)字型 500 8 年平均氣溫 ℃ 數(shù)字型 1.5 9 土壤類型 無 字符型 黑土10 數(shù)據(jù)類型（個(gè)數(shù)） 無 字符型 降水（22）

各生態(tài)站根據(jù)降水頻率的不同，降水樣品的采集頻率也不同。降水頻率較少的地區(qū)，如阿克蘇站、阜康站等，只在發(fā)生降水的月份取樣；降水充沛的生態(tài)站每月至少取樣一次，如常熟站；其余生態(tài)站每季度取樣一次。地表水和地下水的取樣頻率在不同生態(tài)站也存在一定差異，如安塞站、常熟站等按照月份取樣，阿克蘇站、哀牢山站等按照季節(jié)取樣。

圖1展示了2004-2016年西北、東北、華北、東南、西南典型農(nóng)田生態(tài)站阿克蘇、海倫、封丘、常熟、鹽亭的降水、地表水、地下水pH變化圖。可以看出降水pH普遍低于地表水和地下水pH，且降水的最低值出現(xiàn)在2012-2014年，常熟和鹽亭生態(tài)站部分月份降水pH達(dá)到酸沉降值5.6。地下水和地表水pH值差異不大，且除常熟生態(tài)站外，其余生態(tài)站地表水pH值高于地下水，呈弱堿性。

圖2展示出2004-2016年西北、東北、華北、東南、西南典型農(nóng)田生態(tài)站阿克蘇、海倫、封丘、常熟、鹽亭的降水、地表水、地下水TDS變化圖。如圖顯示，TDS值在降水中的含量普遍低于地表水和地下水。西北地區(qū)阿克蘇的TDS高于其余區(qū)域的生態(tài)站，且存在多個(gè)較高值，華北地區(qū)的封丘站TDS值相對較高。海倫站TDS值表現(xiàn)為：地表水＞地下水＞降水，3類水體的TDS差異明顯。其他4個(gè)生態(tài)站地表水和地下水TDS差異不明顯。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估

監(jiān)測數(shù)據(jù)采取三級質(zhì)量控質(zhì)體系，即野外臺站根據(jù)統(tǒng)一監(jiān)測規(guī)范和檢測方法采集樣品并進(jìn)行分析測定，其工作包括分析測試人員的準(zhǔn)確測定、及時(shí)完整記錄和錄入等環(huán)節(jié)，這是質(zhì)量控制的最關(guān)鍵部分。CERN水分分中心在臺站匯交數(shù)據(jù)后，為避免出現(xiàn)人工錄入或者其他方面的誤差，對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢測。如果出現(xiàn)明顯不符合邏輯的情況，反饋給臺站進(jìn)行再次確認(rèn)。綜合中心通過軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，同時(shí)還規(guī)范檢查數(shù)據(jù)格式并保存。

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

水體的pH和TDS可以從酸雨、地表水酸化、土壤酸化、灌溉鹽含量超標(biāo)、土壤鹽堿化和板結(jié)等方面對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。本數(shù)據(jù)集提供的CERN典型生態(tài)系統(tǒng)34個(gè)生態(tài)站2004-2016年降水、地表水、地下水酸堿度和總?cè)芙庑怨腆w數(shù)據(jù)，在一定程度上表征出中國典型生態(tài)系統(tǒng)的水體質(zhì)量整體情況，可以為研究生態(tài)系統(tǒng)水資源利用或者循環(huán)提供一定的數(shù)據(jù)信息。

5 數(shù)據(jù)使用方法和建議

需要使用本數(shù)據(jù)集的讀者，可以登錄 Science Data Bank（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handl e/891）下載。本數(shù)據(jù)集是對CERN 34個(gè)典型生態(tài)系統(tǒng)水體酸堿度和總?cè)芙庑怨腆w數(shù)據(jù)整理后形成的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的質(zhì)量控制除去了部分明顯的異常值，并根據(jù)水體種類、生態(tài)系統(tǒng)代碼和時(shí)間進(jìn)行重新排列。數(shù)據(jù)用戶在分析使用中可以結(jié)合更加詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，配合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，解讀中國典型生態(tài)系統(tǒng)水資源的利用和循環(huán)情況。

圖1 西北、東北、華北、華南、西南典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)各采樣時(shí)間內(nèi)降水、地表水、地下水酸堿度（pH）變化

圖2 西北、東北、華北、華南、西南典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)各采樣時(shí)間內(nèi)降水、地表水、地下水總?cè)芙庑怨腆w（TDS）變化