2010s中国陆地生态系统碳密度数据集

2010s中国陆地生态系统碳密度数据集
作者：徐丽　何念鹏　于贵瑞
2018年12月28日

本作品收录于《中国科学数据》

徐丽, 何念鹏, 于贵瑞. 2010s年中国陆地生态系统碳密度数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2019, 4(1). (2018-07-29). DOI: 10.11922/csdata.2018.0026.zh.

摘要&关键词

摘要：中国作为陆地生态系统的重要组成部分，其碳收支情况将会对全球碳循环产生深刻影响。本文通过收集整理期刊文献中的碳密度数据，同时结合课题组相关实验测试数据，构建了一套全面系统的植被和土壤碳密度数据集。本数据集覆盖了森林、草地、农田、湿地和灌丛等主要生态系统类型，包含了植被地上碳密度、植被地下碳密度和不同深度（0–20 cm和0–100 cm）土壤有机碳密度。2010s中国陆地生态系统碳密度数据集的建立和共享，为区域植被生物量和生态系统碳储量评估，生态系统质量评估，以及模型优化提供了重要的基础数据。

关键词：中国；陆地生态系统；碳密度

Abstract & Keywords

Abstract: As a major player in the carbon pool of the global terrestrial ecosystem, China contributes considerably to the global carbon cycle in terms of both carbon emission and uptake. We collected data on carbon density in Chinese terrestrial ecosystems from literature published during 2004 and 2014 and combined them with relevant experimental data of the same period to build a comprehensive and systematic dataset of vegetation and soil organic carbon density in China. The dataset encompasses forest, grassland, cropland, shrub, and wetland ecosystems in China, and contains carbon density data of major components, including aboveground biomass, underground biomass and soil organic carbon density for different soil depths (0–20 cm and 0–100 cm). The dataset lays valuable scientific foundation for assessments of regional carbon stocks and ecosystem quality, and provides basic data for ecological model optimization.

Keywords: China; terrestrial ecosystem; carbon density

数据库（集）基本信息简介

数据库（集）名称	2010s中国陆地生态系统碳密度数据集
数据作者	徐丽，何念鹏，于贵瑞
数据通信作者	于贵瑞（yugr@igsnrr.ac.cn）
数据时间范围	2000–2014年
地理区域	中国陆地区域
数据量	2.71MB，15610条
数据格式	*.xlsx
数据服务系统网址	http://www.cnern.org.cn/data/meta?id=40579  ; http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/603
基金项目	中国科学院战略性先导科技专项（XDA19020302），国家重点研发计划（2016YFA0600104），中国科学院科技服务网络STS计划（KFJ-SW-STS-169）。
数据库（集）组成	数据集由1个数据文件构成，包括5个子数据集，数据量15610条，包括文献数据、本课题组和相关课题组的实验数据，覆盖森林、草地、农田、湿地、灌丛等生态系统。数据集包括植被地上碳密度、植被地下碳密度、0–20 cm和0–100 cm土壤有机碳密度等。

Dataset Profile

Title	A dataset of carbon density in Chinese terrestrial ecosystems (2010s)
Data corresponding author	Yu Guirui (yugr@igsnrr.ac.cn)
Data authors	Xu Li, He Nianpeng, Yu Guirui
Time period	2000–2014
Geographical scope	Chinese terrestrial ecosystem
Data volume	2.71 MB, 15610 entries
Data format	*.xlsx
Data service system	<http://www.cnern.org.cn/data/meta?id=40579>; <http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/603>
Sources of funding	Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (XDA19020302), National Key Research and Development Program of China (2016YFA0600104), Science and Technology Service Network Initiative of the Chinese Academy of Sciences (KFJ-SW-STS-169).
Dataset composition	The dataset consists of 5 subsets in total. It comprises literature data and experimental data, covering forest, grassland, cropland, shrub, and wetland. The subsets are recorded as sheet 1, sheet 2, sheet 3, sheet 4, and sheet 5, used to store data (sheets 1–4) and references (sheet 5). The data are categorized into aboveground carbon density, underground carbon density, soil organic carbon density for 0–20 cm and 0–100 cm.

引 言

陆地生态系统不仅是地球系统最重要的碳库^[1][2]，也是大气的重要碳汇^[3]，在全球碳循环中扮演着重要角色^[4][5]。中国约占全球陆地面积的6.4％，其碳储量的

增减情况都会显著地影响全球碳收支平衡^[6][1]。然而，受基础数据源的限制，当前绝大多数碳储量评估工作都是针对区域植被、土壤或某一类型生态系统，有关整个中国陆地生态系统碳储量的研究相对较少；同时受数据源和评估方法的影响，评估结果之间具有较高的不确定性^[7][8]。因此，完善基础数据源，即构建全面系统的植被和土壤碳密度数据集是提高中国陆地生态系统碳储量估算精度，深入揭示其空间分布格局和调控机制的关键途径之一。

此外，系统化的中国植被和土壤碳储量数据，是未来开展中国陆地生态系统生态环境质量变化的重要基础数据。对于植被碳储量，根据碳含量常数0.45或0.50反推^[9]，即可以获取相应的植被生物量信息。而植被生物量是评估中国植被变化或生态环境变化的重要参数^[10]。类似地，土壤有机碳与土壤有机质含量密切相关。在不考虑无机碳的情况下，通常可以通过转换系数0.58进行转化^[11]。因此，系统的中国土壤有机碳储量数据可用来反映中国土壤质量状况，从而为未来定量探讨不同扰动情景或土地利用变化模式下对土壤养分供给能力和可持续性的影响提供重要的支撑数据。

针对当前缺乏全面系统的有关中国陆地生态系统地面实测碳密度数据资料的现状，研究团队通过收集整理2004–2014年公开发表的历史文献数据资料以及课题组相关实验监测数据构建了中国陆地生态系统碳密度数据集。本数据集覆盖森林、草地、农田、湿地和灌丛等生态系统，包括植被地上碳密度、植被地下碳密度和不同深度（0–20 cm和0–100 cm）土壤碳密度。本数据集为准确评估中国陆地生态系统碳储量，分析探讨其空间分布格局及调控机制提供数据支撑，也为揭示全球变化对陆地生态系统碳库的影响以及提高生态系统管理成效提供基础数据。同时，全面系统的植被和土壤碳密度数据集可作为模型构建或模拟的基础数据，优化关键参数，提高拟合或预测精度。此外，植被和土壤碳密度数据也可服务于区域生态系统质量评估，即分别用于估算植物生物量和土壤肥力情况，进而评估区域生态环境质量。

1 数据采集和处理方式

1.1 数据来源

本数据集由两部分构成：一部分为课题组实验数据，一部分为正式发表的文献数据（图1）。对于课题组实验数据，主要是利用本课题组和相关课题组的野外采样测试数据。对于文献数据，主要选取2004–2014年间发表在ISI数据库（http://apps.webofknowledge.com）和中国知网（http://www.cnki.net）上的期刊论文和学位论文中的有关植物生物量（地上生物量、根生物量或两者兼有）和土壤碳密度数据。其中，我们以“土壤有机碳（soil organic carbon）”“生物量（biomass）”“碳密度（carbon density）”和“碳储量（carbon storage）”作为关键词来检索文献。文献数据筛选遵循以下标准：（1）植物生物量和土壤碳密度数据必须是样地实际监测数据，不包括模型拟合和文献统计数据；（2）野外采样监测工作必须在2000年之后进行；（3）生物量和土壤碳密度的监测方法应具有可比性。经过筛选，一共收集了1036篇文献。收集的数据覆盖了森林、草地、农田、湿地、灌丛等中国主要生态系统。其中，对于荒地、裸地、沙地等统一将其生态系统类型划为“其他”。

图片

图1 数据集构建流程图

1.2 数据整理

文献数据收集整理过程中，对于缺乏具体地理位置即缺乏经纬度信息的样点，可根据文献中的地理位置描述，结合电子地图（http://www.tianditu.com）来确定。植被碳数据提取中，对于获取的地上生物量碳（above-ground biomass carbon，AGBC）和地下生物量碳（below-ground biomass carbon，BGBC）密度的样点数据，可以直接纳入数据库，在数据集的方法部分标注为“Direct”；而对于只有生物量记录的样点，采用0.45转换系数将生物量换算为碳密度^[9]，并在数据集的方法部分标注为“Indirect”。土壤碳数据提取中，对于直接给出碳密度的样点，在数据集的方法部分标注为“Direct”；对于没有土壤有机碳（soil organic carbon，SOC）密度（kg–2 m）记录但有土壤容重、土壤有机碳含量和土壤深度等基础参数信息，并可以通过如下计算公式获取土壤有机碳密度的样点，在数据集的方法部分也标注为“Direct”，并采用下列公式计算：

\(\rho _{soc}=\sum_{i=1}^{n}SOC_{i}\times BD_{i}\times D_{i}\times \left ( 1-C_{i} \right )\div 10\) （1）

None 其中，ρsoc 为土壤有机碳密度，\({SOC}_{i}\)为第i层SOC百分含量（％）；\({BD}_{i}\)为第i层土壤容重（g cm–3）；\({D}_{i}\)为第i层土壤厚度（cm）；\({C}_{i}\)为第i层土壤＞2 mm石砾百分含量（％）；n为参与计算的土壤层次总数。其中，对于文献中土壤实际深度＜100 cm的样点，利用其实际深度来计算0–100 cm的SOC密度；而对于土壤实际深度＞100 cm的样点，则只取0–100 cm深度的SOC密度。对于只有有机质含量但无有机碳含量记录的样点，利用换算系数0.58将有机质转换成有机碳含量^[11]；对于缺乏容重信息的样点，采用精度最高的土壤容重传递函数推算^[12][13]，对于石砾含量缺失的样点，则采用已知同类型土壤的均值代替，采用以上处理后计算得到的土壤有机碳密度的样点，均在其方法部分标注为“Indirect”。其中，对于含多年测定数据的样点，本数据集一一列出各年的测试值。此外，由于农田生态系统的植被主要为农作物，定期被收割，因此本数据集中不包含农田生态系统的植被碳密度。

2 数据样本描述

中国陆地生态系统碳密度数据集主要包括：植被生物量碳密度数据子集和土壤有机碳密度数据子集。其中，植被生物量碳密度数据子集记录7927条，包含4485条植被地上生物量碳密度数据（文献数据和实验监测数据分别为3328条和1157条）和3442条植被地下生物量碳密度数据（文献数据和实验监测数据分别为2635条和807条）。土壤有机碳密度数据子集记录7683条，包含0–20 cm深度的土壤有机碳密度4536条（文献数据和实验监测数据分别为4356条和180条），0–100 cm深度的土壤有机碳密度3147条（文献数据和实验监测数据分别为2974条和173条）。每条数据详细记录了样点的生态系统类型，样点位置（经度和纬度），碳密度（kg m–2），采样时间，数据类型和数据来源等信息。其中，数据类型包含两类：一类为直接数据，指该条碳密度数据直接由实验测试获得，或者文献中直接提供碳密度或给出了计算碳密度的相关参数，不需要进行参数转换或推导；一类为间接数据，是指实验或者文献中没有提供碳密度数据，相关参数信息也不全，需要进行相关的推导才能获得。

3 数据质量控制与评估

本数据集来源于公开发表的文献和规范系统的实验测试。其中，对于公开发表的文献数据，从数据库选择、检索关键词、文献筛选标准、数据提取和整理，整个过程都对数据质量进行了控制；对于实验测试数据，从样点选择、样地设置、调查前期准备、调查取样、室内分析等过程都进行了质量控制。同时，采用专家审核验证法进一步确保数据的准确可靠性。

3.1 文献数据的质量控制与评估

文献筛选前的质量控制：首先明确本数据集是一套反映中国碳现状（2010s）、覆盖中国主要生态系统类型的碳密度地面实测数据。然后，分生态系统类型分别建立数据提取表格，以备提取数据时使用。其中，数据表格中包含样点基本信息（包括样点所在地、监测时间、地理位置、气候条件、生态系统类型、优势物种和文献名等）、植被碳信息（植物各器官生物量和碳含量）和土壤信息（土壤类型、土壤深度、土壤容重和土壤有机碳含量等）。

文献筛选和数据提取中的质量控制：以与植被和土壤碳密度密切相关的参数作为关键词从ISI和中国知网这两个权威、公众认可度高的文献数据库网站筛选2004–2014年公开发表的期刊论文和学位论文。文献筛选时遵循统一的标准，剔除基础信息模糊或不完整的文献。然后，每篇文献建立一个文档，包含文献和对应生态系统类型的数据提取表格。再利用Getdata软件将文献中的有关碳密度的图形数据提取出来，其中相关图表截图放入对应的文件夹内，以备后续数据核实和查询。每篇文献数据提取完成后仔细检查数据单位，以便及时更正有问题的数据。

数据整理的质量控制：每篇文献数据提取完成后，将所有数据进行汇总。汇总中，部分信息缺失和信息记录完整样点分别放入不同的数据表中，然后采用统一的插补方法将缺失信息补全。然后再次检查中间数据和碳密度数据的单位和数值大小，剔除异常值。整理完毕的数据集，先由数据整理者自查一遍，再交付给专家进行最终的审核和修订，确保数据集的真实、可靠。备份数据整理过程中的所有文件。

3.2 实验测试数据的质量控制与评估

本数据集中的实验测试数据主要来自本课题组和相关实验组。这些研究团队多次组织开展野外考察和取样工作，具有丰富的野外调查采样经验，同时室内测试也都参照统一的规范标准，因此获得的数据质量很高。实验数据汇总中，仔细检查调查时间、生态系统类型、碳密度单位等基础信息，及时更正有问题的数据。数据整理人先将汇总后的数据集检查一遍，然后交给专家进行最终的审核和修订，确保数据集的真实、可靠。

4 数据使用方法和建议

通过搜集整理期刊文献数据、本课题组和相关课题组的实验测试数据构建的2010s中国陆地生态系统碳密度数据集是一套基于大量实地调查，覆盖了森林、草地、农田、湿地和灌丛等中国主要生态系统类型，同时包括植被地上、地下碳密度和不同深度土壤碳密度，全面系统的数据集。本数据集可用于评估区域生态系统碳储量，目前本课题组已经利用这套数据集评估了中国陆地生态系统碳储量、空间变异及其影响机制^{[14][15][16][17]}。同时，本数据集也可以作为生态系统质量评估以及生态模型优化的基础数据。然而，由于部分植被和土壤碳密度数据是经过相关参数计算转换得到的，这些转换方法会带来一定的不确定性，因此对一些采用间接方法获取的数据，在使用过程中需稍加注意。

需要使用本数据集的读者，可以登录国家生态系统观测研究网络数据资源服务网站（http://www.cern.org.cn）。登录系统后，在首页点击“数据论文数据”图表或在“数据资源”栏目选择“数据论文数据”中的“碳氮水通量观测专题”，进入相应页面下载数据。用户也可以登录Science Data Bank（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/603）查询相关信息。

致 谢

感谢中国生态系统研究网络综合中心领导的指导和支持，感谢参与数据提取工作的彭舜磊博士和马安娜博士，以及温丁、柴华、赵航、刘远、于海丽、朱剑兴、王春燕、李颖、刘聪聪、宋广艳等研究生们。同时也特别感谢陈全胜研究员、胡中民教授、黄玫副研究员、王秋凤副研究员、王常慧副研究员、李杰博士和薛晶月博士共享的实验测试数据！谢谢大家在数据整理过程中提供的支持和帮助！

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数据引用格式

徐丽, 何念鹏, 于贵瑞. 2010s年中国陆地生态系统碳密度数据集[DB/OL]. Science Data Bank, 2018. (2018-07-29). DOI: 10.11922/sciencedb.603.