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                        中國通量觀測研究網(wǎng)絡(luò)（ChinaFLUX）20周年專刊
                        

                        

                            II 區(qū)論文（已發(fā)表）
                        

                        
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                                版本

                                

    
        ZH3
    



                            
                        

                        
                            
                                
                                    Vol 8 (3)
                                        
    
                                        2023
                                    
                                

                            
                        

                    
    
                        
    







                        

                        

                        
    
                                下載
                                    
                        
    
                    
    
                    
    
                    
    


                    
    
                        
      
                            
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    2018–2020年松嫩平原長嶺鹽堿稻田碳水通量觀測數(shù)據(jù)集
    A dataset of carbon and water fluxes in the Changling alkali-saline paddy rice fields in the Songnen Plain, China (2018 –2020)
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    摘要&關(guān)鍵詞
    摘要：與其他陸地生態(tài)系統(tǒng)相比，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)與大氣間的CO2和H2O交換的過程具有多變性與復(fù)雜性，其交換過程不僅受到環(huán)境因子的影響，還受作物類型、種植模式、管理方式等因素的共同作用。作為中國東北松嫩平原鹽堿地改良過程中最有效的治理措施之一，洗鹽種稻具有較強(qiáng)的區(qū)域代表性，在氣候調(diào)節(jié)、水分利用、碳匯功能等方面都亟待研究，需要實(shí)地監(jiān)測數(shù)據(jù)作為支撐。基于微氣象學(xué)理論的渦度協(xié)方差技術(shù)，可以對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)與大氣間CO2和水熱通量交換進(jìn)行直接測量。本數(shù)據(jù)集為長嶺鹽堿稻田2018–2020年通量觀測結(jié)果，該結(jié)果經(jīng)ChinaFLUX技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行質(zhì)量控制與插補(bǔ)處理。數(shù)據(jù)集的時(shí)間尺度含半小時(shí)、日、月和年，數(shù)據(jù)指標(biāo)具體包括觀測期間的大氣溫度（Ta）、空氣相對濕度（RH）、水汽壓（e）、飽和水汽壓（es）、土壤溫度（Ts）、土壤水分（SWC）、凈輻射（Rn）、光合有效輻射（PAR）、降雨量（P）、風(fēng)速（Ws）、風(fēng)向（Wd）、顯熱通量（Hs）、潛熱通量（LE）、蒸散量（ET）、二氧化碳凈交換量（NEE）、生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）、總生態(tài)系統(tǒng)交換量（GEE）等。建立和共享本數(shù)據(jù)集可為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)與大氣間能量與物質(zhì)交換提供本底資料，為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)評估提供數(shù)據(jù)支持和理論參考。
    關(guān)鍵詞：松嫩平原；長嶺；渦度協(xié)方差技術(shù)；碳水通量；鹽堿稻；農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)
    Abstract & Keywords
    Abstract:?Compared with other terrestrial natural ecosystems, the land-atmosphere interaction in managed farmland ecosystem is more complex and changeable, due to the effect of crop types, cropping pattern, management practices, etc. As one of the most effective measures against the process of land alkalization and salinization in the Songnen Plain of Northeast China, paddy rice planting after desalination highly representative model for studying climate mitigation, water use and carbon balance. To support this approach effectively, it requires comprehensive field monitoring data. The eddy covariance method, grounded in micrometeorological theory, is widely recognized as the primary and direct approach for measuring CO2 and H2O exchanges in farmland ecosystems. This dataset comprises field measurements of Changling alkali-saline paddy rice during 2018–2020 subjected to rigorous quality control and gap filling in accordance with the ChinaFLUX data processing criteria. The dataset specifically includes half-hourly, daily, monthly and yearly scales of air temperature (Ta), air relative humidity (RH), water vapor pressure (e), saturated water vapor pressure (es), soil temperature (Ts), soil water content (SWC), net radiation (Rn) with four components, photosynthetically active radiation (PAR), rainfall (P), wind speed (Ws), wind direction (Wd), sensible heat flux (Hs), latent heat flux (LE), evapotranspiration (ET), net ecosystem CO2 exchange (NEE), ecosystem respiration (Re), gross ecosystem exchange (GEE), etc. The establishment and sharing of this dataset can offer valuable data support and a solid theoretical foundation for regional farmland ecosystem assessment and management.
    Keywords:?Songnen Plain;?Changling;?eddy covariance technique;?carbon and water fluxes;?alkali-saline paddy rice;?farmland ecosystem
    數(shù)據(jù)庫（集）基本信息簡介
    數(shù)據(jù)庫（集）名稱2018–2020年松嫩平原長嶺鹽堿稻田碳水通量觀測數(shù)據(jù)集
    數(shù)據(jù)通信作者董剛（dongg@sxu.edu.cn）；邵長亮（shaochangliang@caas.cn）
    數(shù)據(jù)作者董剛、王藝璇、王珂、姜世成、邵長亮
    數(shù)據(jù)時(shí)間范圍2018–2020年
    地理區(qū)域中國吉林省長嶺縣鹽堿水稻田
    數(shù)據(jù)量12 MB
    數(shù)據(jù)格式*.xlsx
    數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)址https://doi.org/10.57760/sciencedb.o00119.00068
    基金項(xiàng)目國家科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)（2019FY102000）；國家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目（32192464）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD1300505）。
    數(shù)據(jù)庫（集）組成數(shù)據(jù)集分為半小時(shí)、日尺度、月尺度和年尺度4個碳/水通量和氣候數(shù)據(jù)表格。通量指標(biāo)包括凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換量、總生態(tài)系統(tǒng)交換量、生態(tài)系統(tǒng)呼吸、顯熱通量、潛熱通量；氣象指標(biāo)包括大氣溫度、大氣相對濕度、水汽壓、飽和水汽壓、土壤濕度、土壤溫度、光合有效輻射、凈輻射四分量、降水、風(fēng)速、風(fēng)向等。
    Dataset Profile
    TitleA dataset of carbon and water fluxes in the Changling alkali-saline paddy rice fields in the Songnen Plain, China (2018 –2020)
    Data corresponding authorsDONG Gang (dongg@sxu.edu.cn); SHAO Changliang (shaochangliang@cass.cn)
    Data authorsDONG Gang, WANG Yixuan, WANG Ke, JIANG Shicheng, SHAO Changliang
    Time range2018 – 2020
    Geographical scopePaddy rice fields in Changling County of Jilin Province, China (Songnen Plain)
    Data volume12 MB
    Data format*.xlsx
    Data service system<https://doi.org/10.57760/sciencedb.o00119.00068>
    Sources of fundingThe Special Foundation for National Science and Technology Basic Research Program of China (2019FY102000); National Natural Science Foundation of China (31870466); National Key R&D Program of China (2021YFD1300505).
    Dataset compositionThe dataset is divided into four tables of flux and meteorological data products at different time scales: half-hourly, daily, monthly and yearly scales. The indexes of the dataset include net ecosystem CO2 exchange, ecosystem respiration, gross ecosystem exchange, evapotranspiration, latent heat flux, sensible heat flux, air temperature, air relative humidity, water vapor pressure, saturated water vapor pressure, wind speed, wind direction, soil temperature, soil water content, precipitation, photosynthetically active radiation, net radiation with four components, etc.
    

                                
             引  言       
    陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣間的碳水交換是物質(zhì)和能量循環(huán)的關(guān)鍵過程，也是區(qū)域碳循環(huán)的一個重要環(huán)節(jié)[1-2]。農(nóng)田作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分之一，相比于其他陸地自然生態(tài)系統(tǒng)，其植被結(jié)構(gòu)單一，是受人類活動影響最為劇烈的生態(tài)系統(tǒng)[3]，其碳水交換受作物類型、種植模式、管理方式等多重因素共同制約，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)與外界進(jìn)行CO2、H2O交換具有多變性和復(fù)雜性的特點(diǎn)[4]。稻田是我國主要的土地利用類型之一，面積近1.53×108 hm2，約占世界農(nóng)田面積的11%[5]。因此，深入研究稻田生態(tài)系統(tǒng)碳通量動態(tài)變化特征對于定量評估農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳源/匯關(guān)系及其對氣候系統(tǒng)的反饋效應(yīng)具有重要意義[6]。渦度協(xié)方差技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對作物與大氣間物質(zhì)與能量交換進(jìn)行直接測量，已逐步發(fā)展成為國際通用的通量觀測標(biāo)準(zhǔn)方法[7]。有研究分別在長江下游農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)[8]、三江平原[9]、湖南桃源亞熱帶區(qū)域[10-11]、日本筑波[12]、菲律賓洛斯巴諾斯[13]和印度熱帶低地[14]等不同生態(tài)環(huán)境、不同類型的稻田生態(tài)系統(tǒng)開展了碳水通量研究，然而針對東北松嫩平原鹽堿稻田的通量數(shù)據(jù)還未曾見報(bào)道。
    我國農(nóng)業(yè)用地占總面積的54.7%，其中，耕地占比為11.3%，耕地面積中東北三省占比40%[15]。東北地區(qū)作為我國重要的糧食生產(chǎn)基地和農(nóng)業(yè)集成化地區(qū)，現(xiàn)在及未來將持續(xù)是我國重要的糧食供應(yīng)區(qū)。20世紀(jì)70–80年代開始，受自然環(huán)境社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口壓力以及相關(guān)政策等因素影響16]，東北地區(qū)土地經(jīng)歷了過度利用的歷史時(shí)期，產(chǎn)生了大量鹽堿化土地，成為世界蘇打鹽堿土的集中分布區(qū)之一[17]。土壤鹽堿化目前已成為制約該地區(qū)農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素[18]。鹽堿地?zé)o論是恢復(fù)為草原還是轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田，都將是基于食物–能源–水耦合以滿足社會經(jīng)濟(jì)需求和可持續(xù)發(fā)展。洗鹽種稻是東北松嫩平原鹽堿土改良的最有效途徑之一[19]，極大增加了產(chǎn)量，但是對于調(diào)節(jié)氣候效應(yīng)、水量平衡和碳匯功能等生態(tài)價(jià)值方面[20-21]，缺乏實(shí)地監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐和分析。自2018年起，我們對東北松嫩平原長嶺鹽堿稻田開展了通量原位觀測實(shí)驗(yàn)，積累了大量原始數(shù)據(jù)，填補(bǔ)了東北典型區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳水通量數(shù)據(jù)的空白，對鹽堿地治理利用和農(nóng)業(yè)生態(tài)應(yīng)對全球氣候變化的研究提供了科學(xué)理論依據(jù)。
    本數(shù)據(jù)集整理了松嫩平原長嶺鹽堿稻田2018–2020年碳水通量數(shù)據(jù)，選取了具有代表性的碳水通量及氣象指標(biāo)，包括CO2通量、顯熱通量、潛熱通量、大氣溫度、大氣濕度、凈輻射四分量、光合有效輻射、土壤溫度、土壤濕度等，包含半小時(shí)、日、月、年4種時(shí)間尺度，以數(shù)據(jù)論文的形式對數(shù)據(jù)集進(jìn)行介紹有助于推進(jìn)數(shù)據(jù)集的共享和使用，也為區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳水通量的研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
    1
                        ?
                    數(shù)據(jù)采集和處理方法
    1.1
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                    數(shù)據(jù)采集樣地描述
    長嶺稻田站于2018年6月完成建設(shè)，位于松嫩平原西部吉林省長嶺縣西北部腰井子種馬場紅嶺附近。該區(qū)域?yàn)榈湫蜏貛Т箨懶詺夂颍竞洌募狙谉帷Ｔ摰啬昃鶜鉁亟橛?.6–6.4℃，≥10℃積溫約為3000℃，全年無霜期130–165 d，年均降水約250–500 mm，其中70%–80%的總降水量發(fā)生于5–9月，全年潛在蒸發(fā)量為1600 mm。土壤含有較高濃度的NaHCO3和Na2CO3，pH介于8.0–11.0。測量系統(tǒng)主要包括一套開路渦度協(xié)方差通量觀測系統(tǒng)和一套氣象常規(guī)觀測系統(tǒng)（圖1）。表1為站點(diǎn)基本信息。




    圖1
                    ?
                長嶺稻田通量觀測站樣地照片（上圖為插秧期，下圖為成熟期）
    Figure 1 Site photos of the Changling paddy rice fields (the up taken during transplanting period, the down taken during ripening period)
    表1  
                    ?
                長嶺稻田通量觀測站經(jīng)緯度、土壤和植被基本特征
    站名經(jīng)度緯度海拔作物類型冠層高度（m）葉面積指數(shù)(m2 m-2)土壤類型質(zhì)地
    長嶺稻田通量觀測站123°28′13″E44°35′48″N143 m a.s.l水稻0.9–1.12.6–3.4蘇打鹽堿土23%沙土35%粉砂土42%黏土
    稻田種植及管理情況：長嶺稻田培育包括育苗、插秧、抽穗和收獲4個時(shí)期。每年3月末至4月初為育苗階段，此階段進(jìn)行水稻種子室內(nèi)培育，土壤中具有底肥，幫助種子萌發(fā)，成長為10–15cm幼苗；5月10日左右將培育好的幼苗進(jìn)行插秧，施加硫酸鉀、硫酸鈣等肥料；緩苗20 d左右再次施肥，并按需除草；在適宜時(shí)間噴灑葉面肥（2–3次）；7月中旬左右水稻開始抽穗；9月末進(jìn)行收獲。
    1.2
                        ?
                    觀測要素及采集儀器
    長嶺稻田站的數(shù)據(jù)監(jiān)測塔建成于2018年6月，主要包括開路式渦度協(xié)方差通量觀測和氣象觀測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的測量與收集均是自動化過程。各觀測指標(biāo)采用的儀器設(shè)備名稱、型號、制造商和安裝高度見表2。
    表2  
                    ?
                各觀測要素所用設(shè)備、制造商及架設(shè)位置
    觀測系統(tǒng)測定要素傳感器和分析儀制造商安裝高度
    常規(guī)氣象要素空氣溫度HMP155AVaisala Inc.2 m
    空氣濕度HMP155AVaisala Inc.2 m
    凈輻射CNR-4Kipp &Zonen Inc.2 m
    光合有效輻射L1190SBLi-Cor Inc.2 m
    土壤溫度109-LCampbell Scientific?5、?10、?20cm
    土壤濕度CS616-LCampbell Scientific0–20 cm
    風(fēng)速和風(fēng)向034BMetOne Instruments2 m
    降雨量TE525MMTexas Electronics Inc.0.5 m
    CO2和H2O通量三維風(fēng)速儀CSAT3Vector Inc.2 m
    CO2、H2O密度LI-7500Li-Cor Inc.2 m
    土壤熱通量HFP01Hukseflux Inc.?5 cm
    數(shù)據(jù)采集與通訊碳水通量要素CR3000Campbell Scientific1.2 m
    長嶺稻田通量站下墊面較為均勻平坦，根據(jù)松嫩平原長嶺鹽堿水稻最大冠層高度，通量測量儀器的安裝高度為2 m。植被–大氣界面的CO2、H2O和能量通量的測定頻率為10 Hz，常規(guī)指標(biāo)的測量頻度為30 min，通過數(shù)據(jù)采集器采集和存儲，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制、流程化處理和產(chǎn)品加工。
    1.3
                        ?
                    數(shù)據(jù)處理方法與過程
    1.3.1
                        ?
                    數(shù)據(jù)質(zhì)量控制
    原始監(jiān)測數(shù)據(jù)會受到天氣、電力及儀器故障等影響，造成數(shù)據(jù)異常或缺失。數(shù)據(jù)的處理和插補(bǔ)是保證可靠性和完整性的前提。對于長嶺稻田生態(tài)系統(tǒng)碳水通量原始觀測數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理與質(zhì)量控制，采用了ChinaFLUX 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，主要進(jìn)行以下步驟：10 Hz原始數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換和日期拆分，基于坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)或平面擬合[22]，開展超聲虛溫[23]、WPL水汽[24]、頻率損失[25]等數(shù)據(jù)校正過程，完成對通量觀測數(shù)據(jù)野點(diǎn)的絕對剔除和季節(jié)動態(tài)剔除[26]、夜間摩擦風(fēng)速閾值篩選[27]、穩(wěn)態(tài)與湍流積分特性[28]和能量閉合評價(jià)[29]。長嶺稻田通量數(shù)據(jù)處理和控制技術(shù)體系具體流程見圖2。


    圖2
                    ?
                長嶺稻田通量數(shù)據(jù)處理和控制技術(shù)體系流程圖
    Figure 2 Flow chart of the processing and quality control for the Changling paddy rice flux data
    1.3.2
                        ?
                    數(shù)據(jù)插補(bǔ)
    數(shù)據(jù)插補(bǔ)的方法主要包括基于氣候因子的建模插補(bǔ)和變化趨勢時(shí)間動態(tài)插補(bǔ)。參考?xì)夂蛞蜃拥哪Ｐ筒逖a(bǔ)包括生態(tài)系統(tǒng)光合和呼吸過程方程擬合，蒸散比計(jì)算，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，多重插補(bǔ)和邊際分布采樣法（MDS）。模型插補(bǔ)均將白天與夜晚、生長季與非生長季區(qū)分開來進(jìn)行處理。針對CO2通量數(shù)據(jù)白天的插補(bǔ)基于光合有效輻射有關(guān)的直角雙曲線方程，夜晚則是利用與土壤溫度相關(guān)的Arrhenius方程，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建、多重插補(bǔ)與邊際分布采樣法參考了大氣溫度、大氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光合有效輻射等環(huán)境變量；H2O通量數(shù)據(jù)插補(bǔ)參考了基于多個環(huán)境因子的蒸散計(jì)算，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建、多重插補(bǔ)與邊際分布采樣法同樣參考了大氣溫度、大氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、土壤熱通量、凈輻射、風(fēng)速等環(huán)境變量。
    基于氣候因子的建模插補(bǔ)完成后，通過gam函數(shù)擬合日動態(tài)和季節(jié)動態(tài)，比較不同方法插補(bǔ)數(shù)據(jù)相對于gam擬合的偏移程度及插補(bǔ)缺失程度來完成插補(bǔ)。不同的插補(bǔ)方法各有優(yōu)劣，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)驗(yàn)方程擬合和邊際分布采樣法的插補(bǔ)缺失程度受限于氣象因子的完整性，而多重插補(bǔ)的插補(bǔ)結(jié)果不受環(huán)境因子的缺失程度影響，具有相對完整性的特點(diǎn)。我們選擇距離gam擬合線最近的數(shù)據(jù)作為最終插補(bǔ)結(jié)果，否則使用gam擬合的時(shí)間動態(tài)進(jìn)行插補(bǔ)，最終的插補(bǔ)數(shù)據(jù)需要再進(jìn)行質(zhì)量控制和連續(xù)性控制，對極值點(diǎn)進(jìn)行剔除及重插補(bǔ)，并基于原有數(shù)據(jù)規(guī)律對插補(bǔ)時(shí)間窗口過大的插補(bǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。最終插補(bǔ)結(jié)果既要滿足半小時(shí)時(shí)間序列的波動性，還需滿足季節(jié)動態(tài)的前后連續(xù)性。對于長時(shí)間跨度缺失的數(shù)據(jù)，需要在連續(xù)性控制的前提下，滿足季節(jié)動態(tài)和變化趨勢，與前后年份同期缺失的數(shù)據(jù)比較，并利用當(dāng)前環(huán)境因子開展建模以實(shí)現(xiàn)預(yù)測。
    1.3.3
                        ?
                    CO2通量數(shù)據(jù)的拆分和統(tǒng)計(jì)
    生態(tài)系統(tǒng)CO2總交換量（GEE）和生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）需要從生態(tài)系統(tǒng)凈CO2交換量（NEE）中分離計(jì)算得到。由于生態(tài)系統(tǒng)夜間無光合作用，其夜間Re即為夜間NEE。白天Re的估算方法包括Arrhenius方程擬合、REddyProc的夜間拆分法和日間拆分法[27]。在確保數(shù)據(jù)連續(xù)性的情況下在這三種方法計(jì)算的數(shù)值中進(jìn)行比較和篩選，將NEE劃分出生態(tài)系統(tǒng)呼吸與生態(tài)系統(tǒng)CO2總交換量。由于這幾種拆分方法參考變量的差異，會使得每種方法的Re計(jì)算結(jié)果缺失程度不同，因此，在夜間和白天數(shù)據(jù)連續(xù)性保證的前提下，還要控制最終綜合結(jié)果的缺失程度最小。最后，連續(xù)性前提下對Re進(jìn)行質(zhì)量再控制及缺失再插補(bǔ)，計(jì)算GEE。
    在得到完整的半小時(shí)通量數(shù)據(jù)后，按日、月、年對NEE、Re 和GEE數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到不同時(shí)間尺度下的碳交換總量（g C m2）[30]。
    2
                        ?
                    數(shù)據(jù)樣本描述
    2.1
                        ?
                    表格示例
    長嶺稻田站氣象觀測數(shù)據(jù)文件表頭示例見表3。
    表3
                    ?
                  長嶺稻田站不同時(shí)間尺度氣象觀測數(shù)據(jù)表頭
    序號數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)類型計(jì)量單位數(shù)據(jù)項(xiàng)說明
    1年數(shù)值/年份
    2月數(shù)值/月份
    3日數(shù)值/日期
    4時(shí)數(shù)值/小時(shí)
    5分數(shù)值/分鐘
    6近地面空氣溫度數(shù)值℃地面上方2 m空氣溫度
    7近地面空氣濕度數(shù)值%地面上方2 m空氣濕度
    8近地面實(shí)際水氣壓數(shù)值kPa地面上方2 m空氣水汽壓
    9近地面飽和水氣壓數(shù)值kPa地面上方2 m空氣飽和水汽壓
    10風(fēng)速數(shù)值m s-1地面上方2 m風(fēng)速
    11風(fēng)向數(shù)值Deg風(fēng)向平均值
    12大氣壓數(shù)值kPa大氣壓強(qiáng)平均值
    13土壤熱通量數(shù)值W m-2土壤熱通量平均值
    14凈輻射數(shù)值W m-2凈輻射平均值
    15下行短波輻射數(shù)值W m-2下行短波輻射平均值
    16上行短波輻射數(shù)值W m-2上行短波輻射平均值
    17下行長波輻射數(shù)值W m-2下行長波輻射平均值
    18上行長波輻射數(shù)值W m-2上行長波輻射平均值
    19光合有效輻射數(shù)值?mol m-2 s-1光合有效輻射平均值
    20土壤溫度數(shù)值℃地下5、10、20 cm的土壤溫度平均值分別代表地下三層土壤溫度
    21土壤體積含水量數(shù)值m3 m-3地下0～20 cm的土壤體積含水量平均值，共兩個重復(fù)
    22降雨量數(shù)值mm降水量累計(jì)值
    注：所有數(shù)據(jù)均涵蓋四個時(shí)間尺度（半小時(shí)、日、月、年），其中缺失及剔除錯誤后的數(shù)據(jù)以“NA”表示
    長嶺稻田站通量觀測數(shù)據(jù)文件表頭示例見表4。
    表4  
                    ?
                長嶺稻田站不同時(shí)間尺度通量觀測數(shù)據(jù)表頭
    時(shí)間尺度數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)類型計(jì)量單位數(shù)據(jù)項(xiàng)說明
    半小時(shí)年數(shù)值/年份
    月數(shù)值/月份
    日數(shù)值/日期
    時(shí)數(shù)值/小時(shí)
    分數(shù)值/分鐘
    NEE數(shù)值mgCO2 m-2 s-1凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換量
    GEE數(shù)值mgCO2 m-2 s-1總生態(tài)系統(tǒng)CO2交換量
    ET數(shù)值mm 30min-1蒸散發(fā)
    Re數(shù)值mgCO2 m-2 s-1生態(tài)系統(tǒng)呼吸
    LE數(shù)值W m-2潛熱通量
    Hs數(shù)值W m-2顯熱通量
    日尺度年數(shù)值/年份
    月數(shù)值/月份
    日數(shù)值/日期
    NEE數(shù)值gC m-2 d-1凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換量累計(jì)值
    GEE數(shù)值gC m-2 d-1總生態(tài)系統(tǒng)CO2交換量累計(jì)值
    Re數(shù)值gC m-2 d-1蒸散發(fā)累計(jì)值
    ET數(shù)值mm d-1生態(tài)系統(tǒng)呼吸累計(jì)值
    LE數(shù)值MW m-2潛熱通量累計(jì)值
    Hs數(shù)值MW m-2顯熱通量累計(jì)值
    月尺度年數(shù)值/年份
    月數(shù)值/月份
    NEE數(shù)值gC m-2 mon-1凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換量累計(jì)值
    GEE數(shù)值gC m-2 mon-1總生態(tài)系統(tǒng)CO2交換量累計(jì)值
    Re數(shù)值gC m-2 mon-1蒸散發(fā)累計(jì)值
    ET數(shù)值mm mon-1生態(tài)系統(tǒng)呼吸累計(jì)值
    LE數(shù)值MW m-2潛熱通量累計(jì)值
    Hs數(shù)值MW m-2顯熱通量累計(jì)值
    年尺度年數(shù)值/年份
    NEE數(shù)值gC m-2 a-1凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換量累計(jì)值
    GEE數(shù)值gC m-2 a-1總生態(tài)系統(tǒng)CO2交換量累計(jì)值
    Re數(shù)值gC m-2 a-1蒸散發(fā)累計(jì)值
    ET數(shù)值mm mon-1生態(tài)系統(tǒng)呼吸累計(jì)值
    LE數(shù)值MW m-2潛熱通量累計(jì)值
    Hs數(shù)值MW m-2顯熱通量累計(jì)值
    注：所有數(shù)據(jù)均涵蓋四個時(shí)間尺度（半小時(shí)、日、月、年），其中缺失及剔除錯誤后的數(shù)據(jù)以“NA”表示
    2.2
                        ?
                    數(shù)據(jù)示例
    長嶺鹽堿稻田半小時(shí)尺度（圖3）和日尺度（圖4）碳水通量年際動態(tài)。


    圖3
                    ?
                松嫩平原長嶺鹽堿稻田半小時(shí)尺度CO2、H2O通量數(shù)據(jù)年際動態(tài)（2018–2020年）
    Figure 3 Interannual dynamics of CO2 and H2O fluxes at half-hour scale in the Changling alkali-saline paddy rice fields of the Songnen Plain (2018–2020)


    圖4
                    ?
                松嫩平原長嶺鹽堿稻田半小時(shí)尺度NEE（net ecosystem CO2 exchange），GEE（gross ecosystem CO2 exchange），RE（ecosystem respiration）數(shù)據(jù)年際動態(tài)（2018–2020年）
    Figure 4 Interannual dynamics of NEE (net ecosystem CO2 exchange), GEE (gross ecosystem CO2exchange), and Re (ecosystem respiration) at the half-hour scale of Changling alkali-saline paddy rice fields in the Songnen Plain (2018–2020)
    3
                        ?
                    數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估
    3.1
                        ?
                    數(shù)據(jù)質(zhì)量控制
    本數(shù)據(jù)集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)遵循ChinaFLUX提出的質(zhì)量要求和數(shù)據(jù)規(guī)范，從數(shù)據(jù)觀測、收集、預(yù)處理，到數(shù)據(jù)插補(bǔ)和計(jì)算等方面嚴(yán)格按照技術(shù)體系的步驟和方法進(jìn)行[31]。
    3.2
                        ?
                    數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)
    通過全球通量數(shù)據(jù)質(zhì)量評估普遍使用的方法，對數(shù)據(jù)集的各項(xiàng)指標(biāo)質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)性、完整性和合理性評價(jià)。經(jīng)譜分析表明，慣性子區(qū)內(nèi)，CO2、H2O、溫度和三維風(fēng)速的功率譜符合-2/3定律，CO2、H2O和溫度與垂直風(fēng)速的協(xié)譜也基本符合-4/3定律[32]。長嶺稻田生態(tài)系統(tǒng)的能量閉合比率平均為77.1±1.8%，該值與全球其他站點(diǎn)計(jì)算所得的能量平衡比率基本一致[33]，進(jìn)一步將計(jì)算按物候期進(jìn)行劃分，生長季的能量閉合比率平均為67.1±6.3%，非生長季的能量閉合比率平均為65±13.7%。
    半小時(shí)尺度上，長嶺稻田站連續(xù)3年的原始數(shù)據(jù)缺失率為12.5±5.4 %，經(jīng)過質(zhì)量控制后，CO2通量、潛熱通量和顯熱通量的有效數(shù)據(jù)比例分別為71.5±7.1%、75.2±11.4%和94.2±2.1%（表5）。數(shù)據(jù)缺失主要集中在非生長季（11月份–翌年4月份），主要是由于冬季低溫導(dǎo)致的電量供應(yīng)不足與生長季初期由于蜘蛛結(jié)網(wǎng)導(dǎo)致的氣體分析儀和超聲風(fēng)速儀測量錯誤。
    表5  
                    ?
                半小時(shí)尺度長嶺稻田站數(shù)據(jù)質(zhì)量控制后的有效數(shù)據(jù)比例（%）
    站點(diǎn)名稱年份CO2通量潛熱通量顯熱通量
    長嶺稻田通量觀測站2018*79.787.596.0
    201968.064.991.9
    202066.973.394.7
    注：*長嶺稻田通量觀測站2018年6月份建站，數(shù)據(jù)從6月30日開始記錄
    4
                        ?
                    數(shù)據(jù)價(jià)值
    當(dāng)前我國東北松嫩平原地區(qū)開墾的耕作土地中，絕大多數(shù)都是鹽堿土[18]，土壤鹽堿化已成為世界性的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題[34]，作為東北鹽堿地區(qū)劃的一部分，松嫩平原擔(dān)負(fù)著我國糧食安全的重要使命。目前各學(xué)者對松嫩平原鹽堿地改良的研究較為豐富，對鹽堿地開墾利用為農(nóng)田后生態(tài)系統(tǒng)碳水通量的數(shù)據(jù)還未見公開。
    本數(shù)據(jù)集是鹽堿地水稻田的通量觀測數(shù)據(jù)，可為鹽堿地土地利用方式研究、不同土壤類型下作物種植類型研究和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)分析研究提供數(shù)據(jù)參考，為作物管理、模型分析和尺度擴(kuò)展提供寶貴數(shù)據(jù)，具有重要價(jià)值。
    5
                        ?
                    數(shù)據(jù)使用方法和建議
    本數(shù)據(jù)集為東北松嫩平原長嶺稻田站自通量觀測系統(tǒng)布設(shè)完成至2020年積累的通量數(shù)據(jù)，其觀測、處理和質(zhì)量控制與評估均采用ChinaFLUX通用方法，并根據(jù)站點(diǎn)特性、生態(tài)類型和區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，可靠性高。在本數(shù)據(jù)集使用過程中需要注意以下幾方面：
    （1）長嶺稻田通量觀測站為典型區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，我們參照常規(guī)方式方法進(jìn)行農(nóng)田管理，但具體管理措施每年會略有不同。
    （2）碳通量數(shù)據(jù)一定程度上會受到灌溉、插秧、收獲等農(nóng)田管理措施的影響。
    （3）與旱生環(huán)境不同，稻田生長期內(nèi)土壤含水量測定值會出現(xiàn)飽和，針對該指標(biāo)需謹(jǐn)慎使用。
    （4）本數(shù)據(jù)集是基于R程序進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理，由于碳水通量數(shù)據(jù)的處理方法多樣，不同的處理方法下的結(jié)果會存在一定的差異。
    （5）由于野外測量條件的不穩(wěn)定性和儀器運(yùn)行維護(hù)的局限性，數(shù)據(jù)會存在一定的異常值與缺失。本數(shù)據(jù)集在質(zhì)量控制的前提下結(jié)合了多種方法對原始缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，不同方法的對比與選擇基于擬合的時(shí)間動態(tài)變化，插補(bǔ)后的數(shù)據(jù)與真實(shí)值存在一定偏差。
    6
                        ?
                    數(shù)據(jù)可用性聲明
    考慮到科技部蒙古高原（跨界）生物多樣性綜合考察項(xiàng)目（2019FY102000）的數(shù)據(jù)保護(hù)需求，本數(shù)據(jù)集設(shè)有保護(hù)期，計(jì)劃于2023年12月11日在Science Data Bank（https://doi.org/10.57760/sciencedb.o00119.00068）開放共享，屆時(shí)用戶可自行下載。
    致  謝                                                                                                                        
    感謝松嫩稻田站李和對儀器設(shè)備的維護(hù)，感謝東北師范大學(xué)松嫩草地生態(tài)研究站相關(guān)負(fù)責(zé)人對觀測系統(tǒng)運(yùn)行給予的指導(dǎo)，感謝趙芳媛、賈燕羽、石振寧在數(shù)據(jù)收集、處理方面給予的幫助。
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                                        稿件與作者信息
                                        
                                            
                                        
                                        
                                            
                                        
                                    
    
                                    
    
                                        
                                            
    論文引用格式
    董剛, 王藝璇, 王珂, 等. 2018–2020年松嫩平原長嶺鹽堿稻田碳水通量觀測數(shù)據(jù)集[J/OL]. 中國科學(xué)數(shù)據(jù), 2023, 8(3). (2023-09-27). DOI: 10.11922/11-6035.csd.2023.0048.zh.
    董剛
    DONG Gang
    主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)處理代碼撰寫、數(shù)據(jù)分析及質(zhì)量控制。
    dongg@sxu.edu.cn
    （1983—），男，山西省太原市人，博士，副教授，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)。
    王藝璇
    WANG Yixuan
    主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)整理和論文撰寫。
    （1995—），女，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)。
    王珂
    WANG Ke
    主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)處理。
    （2000—），女，山西省運(yùn)城人，碩士研究生，研究方向?yàn)橹参锷鷳B(tài)學(xué)。
    姜世成
    JIANG Shicheng
    主要承擔(dān)工作：觀測系統(tǒng)運(yùn)行管理及維護(hù)。
    （1970—），男，吉林省長春市人，博士，高級工程師，研究方向?yàn)椴莸厣鷳B(tài)學(xué)。
    邵長亮
    SHAO Changliang
    主要承擔(dān)工作：觀測系統(tǒng)條件支持與管理。
    shaochangliang@caas.cn
    （1974—），男，山東省濰坊市人，博士，研究員，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)。
    國家科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)（2019FY102000）；國家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目（32192464）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD1300505）。 
    The Special Foundation for National Science and Technology Basic Research Program of China (2019FY102000); National Natural Science Foundation of China (31870466); National Key R&D Program of China (2021YFD1300505). 
    

                                        


                                        
    

    
    
    出版歷史
    
    
    

        
           
     I區(qū)發(fā)布時(shí)間：2023年2月3日
            （
            版本ZH1）
    
        

        
            
    
            II區(qū)出版時(shí)間：2023年9月28日
            （
            版本ZH3）
    
        

        

    
        

        

        


        
        

        

        

        

        

    
    

    



                                        
                                    
    


                                
    


                        
    

                    
                
    

            
    
            
        
    
    
    


    
    
    
    
    
        
    
        
        
    參考文獻(xiàn)列表中查看
    
    
    
    
    
    
        
    
    
    

    
    
    
    
    
    
        
    
            
    
                
    
                    
                    
    中國科學(xué)數(shù)據(jù)
    
                    
    csdata
    
                    
                
    
                
    
                    
    
                        


                    
    
                    
      
                        

                        
      
                        
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