2016–2021 年上海長三角站長期監測樣地土壤基本性狀數據集

孫寧驍，殷杉，鄭吉，朱鵬華

1.上海交通大學，農業與生物學院，上海 200240

2.上海長三角區域生態環境變化與綜合治理國家野外科學觀測研究站，上海 200240

引 言

在我國城鎮化過程中，長三角、珠三角、京津冀等大城市群不斷涌現，但也帶來了城市熱島效應、水體環境污染等問題[1]。城市森林作為城市生態系統的重要組成部分，為人類提供巨大的生態系統服務[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不同的增長速度，有研究表明發達國家城市的城市森林增長率比發展中國家少30%[3]。文獻整合分析表明，在過去30 年間城市森林的生態系統功能和服務的監測評估是城市森林領域研究的熱點問題[4]，生態系統功能和服務的準確評估依賴于長期定位觀測數據的支撐[5-6]。

城市森林通過碳匯服務延緩氣候變暖[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，在空間中呈現一定異質性[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起到積極作用。然而，對城市森林土壤碳庫的長期監測研究還相對缺乏[9]。此外，在城市化過程中，土壤重金屬污染是重大生態環境問題之一，其直接或間接進入城市森林生態系統的土壤中，將影響生態系統的功能和服務[10-11]。

以往發布的森林土壤屬性數據集，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境數據、土壤機械組成數據、土壤養分數據、土壤元素含量數據、土壤有機碳組分和腐殖質碳組分數據等[13]。這些數據集在區域尺度上具有廣泛的代表性，但時間連續性不足，缺乏長時間序列的原位觀測數據，無法充分反映土壤各屬性的動態變化過程。與自然區域相比，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據更是較為缺乏，鮮見報道。

上海長三角區域生態環境變化與綜合治理國家野外科學觀測研究站（簡稱上海長三角站）位于浦東新區高東鎮，臺站對接“長三角一體化發展”國家戰略，以長三角區域生態環境變化的長期觀測與綜合治理為主要任務，圍繞“全球變化和高強度人類活動雙重干擾下區域生態環境演變特點、生態安全格局及可持續發展機制”這一關鍵科學問題，著力長三角生態環境可持續發展相關長期數據觀測分析以及理論、技術等創新工作。本數據集匯集了2016–2021 年上海長三角站土壤監測數據，不同于以往聚焦農田及山地的數據集，本數據集針對特大型城市上海地區的土壤狀況開展調查，旨在了解經濟發達、城鎮化水平高、人為因素干擾大地區的土壤養分和重金屬污染現狀及動態變化，為特大型城市綠化管理提供理論依據和建議[11]。

1 數據采集和處理方法

1.1 數據來源

數據來自2016–2021 年上海長三角站長期監測樣地土壤監測數據。按照《森林生態系統定位觀測指標體系》（LY/T 1606-2003）及《城市生態系統定位觀測指標體系》（LY/T 2990-2018）要求[14-15]，上海長三角站根據城鄉梯度及植被類型，分別在中心城區（上海中山公園）設置了1 個20 m×20 m 樣地，近郊（上海金海濕地公園）設置了5 個20 m×20 m 樣地，遠郊（崇明島）設置了6 個20 m×50 m 樣地。每個樣地按照“S”形方式設置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 樣品測試和數據處理

數據在獲取過程中，主要包括分析化驗、原始數據記錄、數據復核、數據錄入、數據核實等。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譜儀測定。每完成一批次的分析化驗后，及時、詳細地將數據錄入電腦。

2 數據樣本描述

2.1 數據集結構

本數據集存儲格式為Excel 文件，共包括4 張數據表?！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 為數據表所包含的具體字段名稱、類型和樣例。

表1 土壤基本性狀表內容Table 1 The table of basic soil properties

表2 樣地背景信息表內容Table 2 The table of plot information

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

表4 分析方法記錄表內容Table 4 The table of analysis method information

2.2 數據缺失情況

數據集的“土壤基本性狀”表中，部分數據存在缺失，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《城市生態系統定位觀測指標體系》（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 數據質量控制和評估

本數據集基于規范系統的野外樣地調查和實驗室分析測試，通過樣地的選擇和設置、采樣方法及樣品測試等過程對數據質量進行控制。

根據上海城市森林城鄉梯度，結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測樣地。上海長三角站設有專門的土壤監測實驗技術人員，熟知土壤采樣流程及樣品前處理。臺站依托上海交通大學分析測試中心及上海交通大學農業與生物學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，由技術人員和專家進行數據審核，并對比往年測試數據，分析異常數據產生的原因并進行重新測定。所有指標測定完成后，所有數據錄入電腦，并妥善保存紙質資料。

4 數據價值

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、長江經濟帶及“一帶一路”重要交匯點，是我國經濟發達、人口密集、自然景觀受到強烈干擾的地區，生態環境特點具有高度代表性。本數據集包含了上海城鄉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、土壤養分變化規律及重金屬污染等工作提供重要的數據支撐，為城市綠化管理提供理論依據和建議。

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

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

數據作者分工職責

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學。主要承擔工作：野外采樣、分析測試、數據整理和審核。

殷杉（1982—），男，山東省青島市人，博士，教授，研究方向為城市生態系統長期定位觀測及生態系統服務。主要承擔工作：野外采樣、數據質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，研究方向為生態系統生態學。主要承擔工作：數據校驗和數據分析。

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