2016–2021 年上海長三角站長期監(jiān)測樣地土壤基本性狀數(shù)據(jù)集

孫寧驍，殷杉，鄭吉，朱鵬華

1.上海交通大學(xué)，農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200240

2.上海長三角區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化與綜合治理國家野外科學(xué)觀測研究站，上海 200240

引 言

在我國城鎮(zhèn)化過程中，長三角、珠三角、京津冀等大城市群不斷涌現(xiàn)，但也帶來了城市熱島效應(yīng)、水體環(huán)境污染等問題[1]。城市森林作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為人類提供巨大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[2]。在2000–2010 年的十年間，全球一些主要城市的城市森林面積呈現(xiàn)不同的增長速度，有研究表明發(fā)達國家城市的城市森林增長率比發(fā)展中國家少30%[3]。文獻整合分析表明，在過去30 年間城市森林的生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)的監(jiān)測評估是城市森林領(lǐng)域研究的熱點問題[4]，生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)的準確評估依賴于長期定位觀測數(shù)據(jù)的支撐[5-6]。

城市森林通過碳匯服務(wù)延緩氣候變暖[7]，有研究表明，上海城市森林喬木層總碳儲量為2.87 Mt，碳密度受土地利用強度等因素影響，在空間中呈現(xiàn)一定異質(zhì)性[8]。土壤是城市森林中最大的碳庫，土壤固碳水平的提高將對城市森林提供高水平碳匯服務(wù)起到積極作用。然而，對城市森林土壤碳庫的長期監(jiān)測研究還相對缺乏[9]。此外，在城市化過程中，土壤重金屬污染是重大生態(tài)環(huán)境問題之一，其直接或間接進入城市森林生態(tài)系統(tǒng)的土壤中，將影響生態(tài)系統(tǒng)的功能和服務(wù)[10-11]。

以往發(fā)布的森林土壤屬性數(shù)據(jù)集，往往聚焦于遠離城市的天然林或人工林[12-13]。涵蓋的指標一般包括土壤環(huán)境數(shù)據(jù)、土壤機械組成數(shù)據(jù)、土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)、土壤元素含量數(shù)據(jù)、土壤有機碳組分和腐殖質(zhì)碳組分數(shù)據(jù)等[13]。這些數(shù)據(jù)集在區(qū)域尺度上具有廣泛的代表性，但時間連續(xù)性不足，缺乏長時間序列的原位觀測數(shù)據(jù)，無法充分反映土壤各屬性的動態(tài)變化過程。與自然區(qū)域相比，土地利用變化和人為脅迫強度更為劇烈的城市中，典型城市森林土壤屬性的長期定位觀測數(shù)據(jù)更是較為缺乏，鮮見報道。

上海長三角區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化與綜合治理國家野外科學(xué)觀測研究站（簡稱上海長三角站）位于浦東新區(qū)高東鎮(zhèn)，臺站對接“長三角一體化發(fā)展”國家戰(zhàn)略，以長三角區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的長期觀測與綜合治理為主要任務(wù)，圍繞“全球變化和高強度人類活動雙重干擾下區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變特點、生態(tài)安全格局及可持續(xù)發(fā)展機制”這一關(guān)鍵科學(xué)問題，著力長三角生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展相關(guān)長期數(shù)據(jù)觀測分析以及理論、技術(shù)等創(chuàng)新工作。本數(shù)據(jù)集匯集了2016–2021 年上海長三角站土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)，不同于以往聚焦農(nóng)田及山地的數(shù)據(jù)集，本數(shù)據(jù)集針對特大型城市上海地區(qū)的土壤狀況開展調(diào)查，旨在了解經(jīng)濟發(fā)達、城鎮(zhèn)化水平高、人為因素干擾大地區(qū)的土壤養(yǎng)分和重金屬污染現(xiàn)狀及動態(tài)變化，為特大型城市綠化管理提供理論依據(jù)和建議[11]。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來自2016–2021 年上海長三角站長期監(jiān)測樣地土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)。按照《森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測指標體系》（LY/T 1606-2003）及《城市生態(tài)系統(tǒng)定位觀測指標體系》（LY/T 2990-2018）要求[14-15]，上海長三角站根據(jù)城鄉(xiāng)梯度及植被類型，分別在中心城區(qū)（上海中山公園）設(shè)置了1 個20 m×20 m 樣地，近郊（上海金海濕地公園）設(shè)置了5 個20 m×20 m 樣地，遠郊（崇明島）設(shè)置了6 個20 m×50 m 樣地。每個樣地按照“S”形方式設(shè)置5–7 個采樣點，用土鉆在每個采樣點分別取0–10 cm,10–20 cm 及20–40 cm 土壤，將同一層不同采樣點的土壤混合為一個樣品。將樣地取回的土壤樣品在避光的室內(nèi)進行自然通風干燥，將植物根系、石子等去除，碾磨并過2 mm 篩，再用四分法取適量土壤，磨細后過0.25 mm 篩，以備各項測定使用。

1.2 樣品測試和數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)在獲取過程中，主要包括分析化驗、原始數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)復(fù)核、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)核實等。在分析化驗時，土壤pH 采用電位法進行測定；土壤容重采用環(huán)刀法測定；土壤總碳、總氮采用元素分析儀測定；全磷采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法或電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定；全鉀采用氫氧化鈉堿熔-火焰光度法或電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定；全鋅、全銅全鉛和全鉻采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定。每完成一批次的分析化驗后，及時、詳細地將數(shù)據(jù)錄入電腦。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

2.1 數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)

本數(shù)據(jù)集存儲格式為Excel 文件，共包括4 張數(shù)據(jù)表?！巴寥阑拘誀睢惫灿?0 個字段，“樣地背景信息”共計11 個字段，“采樣和樣品保存記錄”共計8 個字段，“分析方法記錄”共計4 個字段。表1 至表4 為數(shù)據(jù)表所包含的具體字段名稱、類型和樣例。

表1 土壤基本性狀表內(nèi)容Table 1 The table of basic soil properties

表2 樣地背景信息表內(nèi)容Table 2 The table of plot information

表3 采樣和樣品保存記錄表內(nèi)容Table 3 The table of soil sampling and preservation

表4 分析方法記錄表內(nèi)容Table 4 The table of analysis method information

2.2 數(shù)據(jù)缺失情況

數(shù)據(jù)集的“土壤基本性狀”表中，部分數(shù)據(jù)存在缺失，包括2016–2017 年、2019–2021 年土壤容重及2017–2020 年的有效磷、速效鉀、全鋅、全銅。缺失原因是：按照《城市生態(tài)系統(tǒng)定位觀測指標體系》（LY/T 2990-2018）要求，土壤容重、有效磷、速效鉀、全鋅、全銅監(jiān)測頻率為5 年/次，其中土壤容重在2018 年進行檢測，有效磷、速效鉀、全鋅、全銅分別在2016 年及2021 進行檢測，符合檢測標準要求。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估

本數(shù)據(jù)集基于規(guī)范系統(tǒng)的野外樣地調(diào)查和實驗室分析測試，通過樣地的選擇和設(shè)置、采樣方法及樣品測試等過程對數(shù)據(jù)質(zhì)量進行控制。

根據(jù)上海城市森林城鄉(xiāng)梯度，結(jié)合上海長三角站綜合觀測站布局，篩選出12 個具有代表性的長期監(jiān)測樣地。上海長三角站設(shè)有專門的土壤監(jiān)測實驗技術(shù)人員，熟知土壤采樣流程及樣品前處理。臺站依托上海交通大學(xué)分析測試中心及上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院分析測試平臺進行土壤樣品分析測試。每項指標測試完成后，由技術(shù)人員和專家進行數(shù)據(jù)審核，并對比往年測試數(shù)據(jù)，分析異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因并進行重新測定。所有指標測定完成后，所有數(shù)據(jù)錄入電腦，并妥善保存紙質(zhì)資料。

4 數(shù)據(jù)價值

上海長三角站位于長三角城市群中心城市上海。上海是沿海城市帶、長江經(jīng)濟帶及“一帶一路”重要交匯點，是我國經(jīng)濟發(fā)達、人口密集、自然景觀受到強烈干擾的地區(qū)，生態(tài)環(huán)境特點具有高度代表性。本數(shù)據(jù)集包含了上海城鄉(xiāng)梯度下典型林分土壤基本性狀，具有較強的可比性，可為科研人員研究特大型城市土壤碳匯、土壤養(yǎng)分變化規(guī)律及重金屬污染等工作提供重要的數(shù)據(jù)支撐，為城市綠化管理提供理論依據(jù)和建議。

例如，我們通過分析2016–2021 年12 個長期監(jiān)測樣地不同土層（0–10 cm，10–20 cm，20–40 cm）總碳、總氮、全磷、全鉀含量變化，發(fā)現(xiàn)了上海長三角站土壤基本性狀隨著時間增長出現(xiàn)規(guī)律性變化。

圖1 2016–2021 年上海長三角站土壤基本性狀變化Figure 1 Changes of basic soil properties of Shanghai Yangtze River Delta Station from 2016 to 2021

數(shù)據(jù)作者分工職責

孫寧驍（1990—），男，山東省淄博市人，碩士，實驗師，研究方向為城市生態(tài)學(xué)。主要承擔工作：野外采樣、分析測試、數(shù)據(jù)整理和審核。

殷杉（1982—），男，山東省青島市人，博士，教授，研究方向為城市生態(tài)系統(tǒng)長期定位觀測及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。主要承擔工作：野外采樣、數(shù)據(jù)質(zhì)量評估和總體工作部署。

鄭吉（1988—），男，河北省秦皇島市人，博士，助理研究員，研究方向為生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)。主要承擔工作：數(shù)據(jù)校驗和數(shù)據(jù)分析。

朱鵬華（1988—），男，江蘇省泰州市人，學(xué)士，實驗員，研究方向為土壤學(xué)。主要承擔工作：野外采樣和分析測試。