青藏高原東部典型林灌交錯(cuò)帶地被物和土壤持水量數(shù)據(jù)集

劉美，馬志良

1.綿陽(yáng)師范學(xué)院，生態(tài)安全與保護(hù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川綿陽(yáng) 621000

2.中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所，成都 610041

3.西華師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川南充 637009

引 言

森林地表地被物層（枯落物、苔蘚）和土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)森林水源涵養(yǎng)和水文調(diào)節(jié)功能的發(fā)揮起著關(guān)鍵性作用[1]。森林群落結(jié)構(gòu)、物種組成及林內(nèi)微環(huán)境條件對(duì)森林水源涵養(yǎng)能力具有重要的調(diào)節(jié)作用[2]。因此，深入認(rèn)識(shí)不同森林類型地表水源涵養(yǎng)功能有利于可持續(xù)經(jīng)營(yíng)與管理區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)、改善區(qū)域水環(huán)境和實(shí)現(xiàn)水資源的科學(xué)利用。

位于青藏高原東部的岷江源頭區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能的變化對(duì)整個(gè)岷江流域，乃至長(zhǎng)江上游的生態(tài)環(huán)境建設(shè)與水資源安全保障都有重要意義[3]。該區(qū)域分布著大面積的以岷江冷杉（Abies faxoniana）和川西云杉（Picea balfouriana）為優(yōu)勢(shì)種的高山/亞高山針葉林和以窄葉鮮卑花（Sibiraea angustata）和山生柳（Salix oritrepha）為優(yōu)勢(shì)種的高寒灌叢[4]。受全球氣候變暖和人類活動(dòng)干擾（森林砍伐、放牧）的影響，該區(qū)域高寒灌叢分布上線明顯上升，出現(xiàn)大面積的林灌交錯(cuò)區(qū)（林灌）[5]。森林群落結(jié)構(gòu)和物種組成的明顯改變可能顯著影響局域森林微環(huán)境，地表水源涵養(yǎng)能力也將發(fā)生明顯變化。因此，定量評(píng)價(jià)該區(qū)域高寒針葉林-灌叢交錯(cuò)帶的水分涵養(yǎng)功能，可為認(rèn)識(shí)長(zhǎng)江上游區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)水文效應(yīng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

四川省松潘縣岷江源頭區(qū)高寒針葉林-灌叢交錯(cuò)帶長(zhǎng)期定位研究場(chǎng)以高寒針葉林-灌叢交錯(cuò)帶為主要觀測(cè)對(duì)象，是進(jìn)行交錯(cuò)帶群落結(jié)構(gòu)、物質(zhì)循環(huán)、土壤過(guò)程、水文等長(zhǎng)期觀測(cè)研究的野外站點(diǎn)（圖1）。本數(shù)據(jù)集整合了高寒針葉林-灌叢交錯(cuò)帶3 個(gè)植被類型的地被物（苔蘚和枯落物）儲(chǔ)量和最大持水量以及表層（0-20 cm）土壤容重和土壤持水量（最大持水量、毛管持水量）等數(shù)據(jù)，以期為認(rèn)識(shí)和定量評(píng)價(jià)該區(qū)域高寒針葉林-灌叢交錯(cuò)帶的水分涵養(yǎng)功能提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 采樣點(diǎn)介紹

采樣點(diǎn)位于四川省松潘縣岷江源頭區(qū)卡卡山高寒針葉林-灌叢交錯(cuò)帶定位研究場(chǎng)（32°58′29″N，103°40′36″E，海拔3000-4000 m）。研究場(chǎng)距離岷江源3.5 km，是重要的江河源區(qū)。研究區(qū)域坡度在20°-50°之間。氣候類型為典型的高原山地氣候，晝夜溫差大。年平均氣溫為4.8 ℃，年平均降水量693 mm，且降水主要集中于5-8 月。季節(jié)冰凍期長(zhǎng)達(dá)5 個(gè)月。土壤類型為棕色針葉林土和高山草甸土，土層較薄。研究區(qū)域山體植被喬木層主要植物有川西云杉、方枝柏（Sabina saltuaria）等。灌木層主要植物有窄葉鮮卑花、山生柳、峨眉薔薇（Rosa omeiensis)、高山繡線菊（Spiraea alpina）、金露梅（Potentilla fruticosa）、刺黑珠（Berberis sargentiana）等。草本層主要植物有矮蒿草（Kobresia humilis）、羊茅（Festuca ovina）、紅花綠絨蒿（Meconopsis punicea）、條紋龍膽（Gentiana striata）、黃花野青茅（Deyeuxia flavens）、鐘花報(bào)春（Primula sikkimensis）、長(zhǎng)葉火絨草（Leontopodium longifolaris）等。苔蘚層主要種類有錦絲蘚（Actinothuidium hookeri）、塔蘚（Hylocom splendens）和地錢（Marchantiaceae）等。詳細(xì)信息如表1、表2 和表3 所示。

表1 針葉林觀測(cè)場(chǎng)場(chǎng)地信息

表2 林灌觀測(cè)場(chǎng)場(chǎng)地信息

表3 灌叢觀測(cè)場(chǎng)場(chǎng)地信息

1.2 樣方設(shè)置

2017 年10 月下旬平行于等高線依次在針葉林、林灌和灌叢樣地分別設(shè)置一條寬30 m 的平行樣帶。隨機(jī)在每一植被類型的樣帶內(nèi)設(shè)置3 個(gè)重復(fù)樣地，其中灌叢和林灌的樣方面積為10 m×10 m，針葉林樣方面積為20 m×20 m，分別調(diào)查并記錄樣地內(nèi)喬木層、灌木層和草本層的植物種類、高度、蓋度等因子，獲取樣地基本信息。然后，在3 個(gè)樣帶各重復(fù)樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置4 個(gè)0.2 m×0.2 m 的重復(fù)小樣方，在各小樣方內(nèi)獲取地被物和0-20 cm 土壤樣品。

1.3 樣品采集與觀測(cè)方法

地表地被物樣品采集采用收獲法。收集各小樣方內(nèi)地表枯落物層和苔蘚層，分別標(biāo)記、并記錄其厚度。由于灌叢樣地內(nèi)苔蘚層的厚度和蓋度過(guò)低，因而將灌叢樣地枯落物層和苔蘚層合并收集，并標(biāo)記為地被物層。因此，在本數(shù)據(jù)集中，灌叢樣地枯落物層和苔蘚層相關(guān)指標(biāo)用“-”表示。地被物樣品采集時(shí)盡可能避免對(duì)表層土壤的干擾。將所收集的地被物樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，在65 ℃下烘干至恒重，稱量。以單位面積內(nèi)枯落物和苔蘚干物質(zhì)重計(jì)算針葉林、林灌和灌叢樣地枯落物層和苔蘚層的儲(chǔ)量，然后采用室內(nèi)浸泡法測(cè)定枯落物層和苔蘚層的持水量[6]。具體操作方法為：將枯落物層和苔蘚層樣品裝入0.5 mm 孔徑的尼龍網(wǎng)袋內(nèi)分別放置在適量容積的注有自來(lái)水的燒杯內(nèi)，樣品全部淹沒(méi)于自來(lái)水中，浸泡枯落物層和苔蘚層樣品至吸水飽和，稱量。然后計(jì)算枯落物層和苔蘚層的最大持水量，并將最大持水量單位換算為mm。以枯落物層最大持水量和苔蘚層最大持水量之和作為地被物層最大持水量。

土壤樣品采集前，首先小心去除表層腐殖質(zhì)層，然后在每個(gè)小樣方內(nèi)用環(huán)刀分別采集3 個(gè)0-10 cm 和10-20 cm 土壤樣品，分別標(biāo)記后帶回實(shí)驗(yàn)室，用于土壤容重和最大持水量、毛管持水量的測(cè)定。土壤容重用烘干法測(cè)定。土壤最大持水量為土壤樣品吸水飽和后的含水量；土壤毛管持水量為土壤樣品首先吸水飽和，放置在干沙上2 h 后土壤樣品的持水量，并將最大持水量單位換算為mm。試驗(yàn)方法詳情及土壤最大持水量、毛管持水量單位換算參見《土壤分析技術(shù)規(guī)范》（第二版）[7]。

本數(shù)據(jù)集中，林灌交錯(cuò)帶生態(tài)系統(tǒng)最大持水量為地表地被物層和0-20 cm土壤最大持水量之和。地被物和土壤數(shù)據(jù)形式為樣地水平平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

青藏高原東部典型林灌交錯(cuò)帶地被物和土壤持水量數(shù)據(jù)集主要包括針葉林、林灌（交錯(cuò)區(qū)）、灌叢3 個(gè)樣地的地被物和土壤持水量數(shù)據(jù)，采樣時(shí)間為2017 年。其中，林灌交錯(cuò)帶樣地基本信息主要包括樣地名稱、樣方數(shù)、樣方面積、地理位置、海拔、坡度、植被平均高度、植被平均蓋度等信息，具體的字段名稱、類型及示例見表4；林灌交錯(cuò)帶地被物層儲(chǔ)量和持水量數(shù)據(jù)的觀測(cè)項(xiàng)目主要包括觀測(cè)對(duì)象、厚度、儲(chǔ)量和苔蘚層、枯落物層和地被物層最大持水量，具體的字段名稱、類型及示例見表5；林灌交錯(cuò)帶土壤容重和持水量數(shù)據(jù)的觀測(cè)項(xiàng)目主要包括土層、土壤容重、最大持水量和毛管持水量，具體的字段名稱、類型及示例見表6；林灌交錯(cuò)帶生態(tài)系統(tǒng)持水量數(shù)據(jù)包括針葉林、林灌（交錯(cuò)區(qū)）、灌叢生態(tài)系統(tǒng)最大持水量數(shù)據(jù)；優(yōu)勢(shì)種植物名錄包括拉丁科名、中文科名、拉丁名和中文名等4 項(xiàng)內(nèi)容，拉丁名和中文名均參照《中國(guó)植物志》電子版（http://www.iplant.cn/frps）[8]進(jìn)行校正。

表4 林灌交錯(cuò)帶樣地基本信息數(shù)據(jù)樣本

表5 林灌交錯(cuò)帶地被物儲(chǔ)量和最大持水量數(shù)據(jù)樣本

表6 林灌交錯(cuò)帶土壤容重和持水量數(shù)據(jù)樣本

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估

本數(shù)據(jù)集的作者均具備長(zhǎng)期、豐富的野外調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，從觀測(cè)場(chǎng)設(shè)置、樣方布設(shè)與采樣觀測(cè)技術(shù)、樣品保存、室內(nèi)分析檢測(cè)到數(shù)據(jù)后期檢查和錄入，數(shù)據(jù)生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程均嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)完成，從而保證本數(shù)據(jù)集真實(shí)、可靠。

數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中的具體質(zhì)量控制措施有：

（1）樣品采集過(guò)程中的質(zhì)量控制。根據(jù)樣地調(diào)查內(nèi)容沿等高線選擇研究區(qū)域內(nèi)具有代表性的針葉林、林灌（交錯(cuò)區(qū)）、灌叢樣帶，在各樣帶內(nèi)隨機(jī)設(shè)置重復(fù)樣地，在各樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置取樣樣方，同時(shí)詳細(xì)記錄樣地名稱、樣方編號(hào)、樣方面積、海拔、坡度等屬地信息。樣地設(shè)置時(shí)遵循植物群落結(jié)構(gòu)一致、物種組成均勻、覆蓋度一致的原則，避免植物群落結(jié)構(gòu)、物種組成不一致導(dǎo)致的取樣誤差。地被物層取樣時(shí)，仔細(xì)區(qū)分枯落物層和苔蘚層，并分別標(biāo)記，同時(shí)應(yīng)避免對(duì)表層土壤造成干擾。土壤樣品采集時(shí)仔細(xì)去除土壤表面腐殖質(zhì)層，對(duì)所取得的土壤樣品分別標(biāo)記，特別注意各樣方內(nèi)不同土層土壤樣品的標(biāo)記。取樣結(jié)束時(shí)，仔細(xì)核實(shí)樣品數(shù)量、種類等相關(guān)信息。

（2）數(shù)據(jù)生產(chǎn)及整理過(guò)程中的質(zhì)量控制。地被物和土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，盡快測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。數(shù)據(jù)記錄時(shí)再次核實(shí)樣品信息，包括樣地名稱、樣方編號(hào)、樣品種類、樣品數(shù)量等。數(shù)據(jù)檢測(cè)時(shí)嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)操作，認(rèn)真記錄原始數(shù)據(jù)，做到數(shù)據(jù)源可復(fù)查。數(shù)據(jù)整理過(guò)程為在數(shù)據(jù)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，計(jì)算多個(gè)樣方的平均值，然后生成樣地水平的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常值時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格核實(shí)，對(duì)測(cè)定儀器進(jìn)行必要檢修，以確保數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確，必要時(shí)對(duì)相應(yīng)樣品再次重復(fù)取樣測(cè)定。所有數(shù)據(jù)的原始記錄不得涂抹、刪改，以備數(shù)據(jù)后續(xù)數(shù)據(jù)核查和錄入時(shí)溯源。

（3）數(shù)據(jù)核查和錄入過(guò)程中的質(zhì)量控制。在進(jìn)行數(shù)據(jù)核查時(shí)，再次核實(shí)樣品基本信息，包括樣地名稱、樣方編號(hào)、樣品種類、樣品數(shù)量等，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程錯(cuò)誤導(dǎo)致結(jié)果偏差較大時(shí)，立即溯源原始數(shù)據(jù)，檢查計(jì)算過(guò)程，并同時(shí)在原數(shù)據(jù)旁使用不同顏色的筆跡更正，備注產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因。在數(shù)據(jù)錄入時(shí)，做到認(rèn)真仔細(xì)檢查每一部分?jǐn)?shù)據(jù)，減少錄入時(shí)發(fā)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，以確保所有數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

目前，青藏高原東部林灌交錯(cuò)帶生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)等方面的研究還很不充足，僅有的少數(shù)研究也主要關(guān)注枯落物層或土壤層生態(tài)水文效應(yīng)。本數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)采集與整理、質(zhì)量控制過(guò)程嚴(yán)格，數(shù)據(jù)來(lái)源真實(shí)可靠，可為理解青藏高原交錯(cuò)帶生態(tài)系統(tǒng)水文過(guò)程提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)對(duì)認(rèn)識(shí)江河源頭區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能提供重要的基礎(chǔ)依據(jù)。

5 數(shù)據(jù)使用方法和建議

本數(shù)據(jù)集經(jīng)過(guò)整合存儲(chǔ)在Science Data Bank（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/1011）上，可為類似研究領(lǐng)域或研究方向及相關(guān)的對(duì)比研究提供區(qū)域數(shù)據(jù)。相關(guān)研究者如還需要進(jìn)一步獲取該區(qū)域林灌交錯(cuò)帶土壤過(guò)程等方面的觀測(cè)數(shù)據(jù)，可與本文的通信作者聯(lián)系。

致 謝

感謝趙文強(qiáng)、朱攀在本數(shù)據(jù)集收集過(guò)程中提供的幫助。

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

劉美（1983—），女，四川省廣安市人，博士，講師，研究方向?yàn)楦吆鄥采鷳B(tài)系統(tǒng)過(guò)程。主要承擔(dān)工作：樣品采集、數(shù)據(jù)分析與整理、數(shù)據(jù)論文撰寫。

馬志良（1988—），男，河南省周口市人，博士，講師，研究方向?yàn)楦吆鄥采鷳B(tài)系統(tǒng)過(guò)程。主要承擔(dān)工作：試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析與整理、數(shù)據(jù)統(tǒng)籌與質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)論文撰寫。