2006–2015年川中丘陵區坡耕地主要作物不同生育期生物量(地上和地下)與葉面積指數數據集
2006–2015年川中丘陵區坡耕地主要作物不同生育期生物量(地上和地下)與葉面積指數數據集 作者:高美榮 王艷強 朱波 2019年9月6日 |
![]() |
摘要&關鍵詞
編輯摘要:葉面積指數(leaf area index,LAI)是表徵植被冠層結構最基本的參量之一;根系是調控植物與土壤水分關係最主要的器官,其發育程度直接影響地上部生長狀況及籽粒產量;地表生物量是作物長勢監測的一個重要指標,與LAI有密切關係。三者是農作物長勢監測與估產、農作區生態環境評價等研究中的重要參數,通常作為遙感估測作物產量和土壤水分蒸散量模型的輸入參數。農田生物量也是全球碳循環的重要組成部分,是研究陸地生態系統中的能量平衡和能量流動的基礎數據。鹽亭站是中國生態系統研究網絡(CERN)和國家生態系統觀測研究網絡(CNERN)布局的以中亞熱帶四川盆地紫色土丘陵區為核心研究對象的唯一基礎性、公益性的農田生態系統長期試驗與觀測平台。本數據集整合鹽亭站2006–2015年近十年連續典型耕作制下的主要農作物不同生育期葉面積指數、生物量和根生物量的年際、年內變化特徵,期望為研究生物過程與氣候過程的相互作用以及農業生產管理提供科學依據。
關鍵詞:生物量;葉面積指數;根生物量;川中丘陵區
Abstract & Keywords
編輯Abstract: Leaf area index(LAI) is one of the most basic parameters to characterize vegetation canopy structure. Root system is the most important organ to regulate the relationship between plant and soil water. It’s the development directly affects the growth of aboveground and grain yield. Above ground biomass is closely related to LAI as an important indicator for monitoring crop growth. They are three important parameters in crop growth monitoring and yield estimation, and ecological environment evaluation in farming areas, usually used as input parameters for remote sensing estimation of crop yield and soil moisture evapotranspiration model. Farmland biomass is also an important part of the global carbon cycle, which is the basic data for studying the energy balance and energy flow in terrestrial ecosystems. As part of Chinese Ecosystem Research Network (CERN) and National Ecosystem Research Network of China (CNERN), Yanting Station is a fundamental, public-welfare platform for agricultural ecosystem experimentation and observation oriented towards the subtropical purple soil area of Sichuan Basin. This dataset integrates the annual and inter-annual changes of leaf area index, AG-biomass and root biomass of major crops under typical tillage from 2006 to 2015. It is expected to provide scientific basis for studying the interaction between biological and climatic processes and agricultural production management.
Keywords: biomass; Leaf area index; root biomass; central Sichuan Basin
數據庫(集)基本信息簡介
編輯數據庫(集)名稱 | 2006–2015年川中丘陵區坡耕地主要作物不同生育期生物量(地上和地下)與葉面積數據集 |
數據作者 | 高美榮、王艷強、朱波 |
數據通信作者 | 高美榮(yanqiang_wang@imde.ac.cn) |
數據時間範圍 | 2006–2015年 |
地理區域 | 四川省綿陽地區鹽亭縣林山鄉(105º27′E,31º16′N),川中丘陵區典型農田生態系統。 |
數據量 | 26.9 KB |
數據格式 | *.xlsx |
數據服務系統網址 | http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/864http://yga.cern.ac.cn/meta/detail/AA07 |
基金項目 | 中國科學院關鍵技術人才項目(2017),長江上游典型支流流域水質與水量數據整理與集成。 |
數據庫(集)組成 | 本數據集包括了兩個部分:(1)2005–2015年主要作物不同生育期葉面積與生物量數據,主要數據項有作物名稱、作物品種、生育期、株密度、群體高度、葉面積指數、分櫱莖數、地上部分總鮮重、莖幹重、葉乾重和地上總乾重;(2)2005-2015年主要作物不同生育期耕作層作物根生物量數據,主要數據項有作物名稱、作物品種、生育期、耕作層深度、根乾重和約占總根乾重比例。 |
Dataset Profile
編輯Title | Main crops Biomass (A-ground and U-ground) and leaf area index in slope farmland in a hilly areas of central Sichuan Basin of China (2006–2015) |
Data corresponding author | Wang Yanqiang (yanqiang_wang@imde.ac.cn) |
Data authors | Gao Meirong; Wang Yanqiang; Zhu Bo |
Time range | 2006–2015 |
Geographical scope | A typical agricultural ecosystem in the central Sichuan Basin, Linshan township, Yanting county, Sichuan province, China (105º27』E, 31º16』N) |
Data volume | 26.9 KB |
Data format | *.xlsx |
Data service system | <http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/864> <http://yga.cern.ac.cn/meta/detail/AA07> |
Sources of funding | Key Technology Talent Program of Chinese Academy of Sciences (2017). |
Dataset composition | This dataset is composed of two parts of data stored in two respective Excel files. They are: 1. Data on Main crops AG-biomass and leaf area index (2006–2015); 2. Data on Main crops Root biomass in cultivated layer of soil (2006–2015). |
引 言
編輯葉面積指數(leaf area index,LAI)是表徵植被冠層結構最基本的參量之一。根系是調控植物與土壤水分關係最主要的器官,其發育程度直接影響地上部生長狀況及籽粒產量[1],通常作為遙感估測作物產量和土壤水分蒸散量模型的輸入參數[2]。地表生物量是作物長勢監測的一個重要指標[3][4],與LAI有密切關係,它們是農作物長勢監測與估產、農作區生態環境評價等研究中的重要參數。遙感植被指數被廣泛應用於地表農作物生物量估算,植被指數和生物量擬合模型差異是影響農作物生物量遙感估算的主要因素。農田生物量也是全球碳循環的重要組成部分,對農田作物生物量進行監測,可以為陸地生態系統中的能量平衡和能量流動研究提供基礎數據。
鹽亭站是中國生態系統研究網絡(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)和國家生態系統觀測研究網絡(National Ecosystem Research Network of China,CNERN)布局的以中亞熱帶四川盆地紫色土丘陵區為核心研究對象的基礎性、公益性的農田生態系統試驗與觀測平台。本數據集整合鹽亭站2006–2015年近十年連續典型耕作制下的主要農作物不同生育期葉面積指數、生物量和根生物量的年際、年內變化特徵,期望為研究生物過程與氣候過程的相互作用以及農業生產管理提供科學依據。
1 樣品採集與觀測方法
編輯1.1 採樣點介紹
編輯採樣地為四川鹽亭農田生態系統國家野外科學觀測研究站(國家野外科學觀測研究站成員站&中國生態系統研究網絡成員站)綜合觀測場(YGAZH01)內(105º27′E,31º16′N),位於四川省綿陽市鹽亭縣林山鄉截流村小流域,距離鹽亭縣城14公里,地處嘉陵江和涪江的分水嶺上,海拔365–576.5 m之間(圖1)。區內地形為中深丘,由於水平沙泥岩互層形成多級梯地,山頂為園丘、長崗狀。溝谷切割較深,沖溝發育,相對高差10–200 m,谷地寬50–1500 m,兩側山坡較陡,平均坡比1∶3–1∶10。全區受東南季風控制,年平均溫度為17.3℃,極端最高氣溫40℃,極端最低氣溫−5.1℃,大於10℃的積溫5000–6000℃。多年平均降雨量826 mm,2008年後降雨總量有上升趨勢,降雨季節分布不均,春季占5.9%,夏季占65.5%,秋季占19.7%,冬季占8.9%,汛期暴漲暴落,無霜期294 d,具有四川盆地典型亞熱帶濕潤季風氣候特徵。該區植被為榿木(Alder cremastogyne)、柏木(Cypresses funebris)人工混交林,土壤為鈣質紫色土,質地為中壤,主要農作物有水稻、玉米、小麥、甘薯、油菜等,土地利用方式以農用地為主。
圖1 鹽亭站農田生態系統綜合觀測場採樣地
鹽亭站農田綜合觀測場為一塊坡地,鹽亭站農田綜合觀測樣地2004年建立,設計使用年數100年,綜合觀測場採樣地是由3塊坡向西北–東南、坡度相近的台地經過深翻平整改建為坡度5°、面積1600 m2的旱坡地,四周設2–5 m保護帶,周邊為土地利用類型相同的農田。一年兩至三熟作物(小麥–玉米輪作),常規施肥,未作過小區試驗,以前也作為農田小氣候觀測場。
1.2 樣方布設與樣品採集觀測方法
編輯1.2.1 樣方布設
編輯作物生物量與葉面積的觀測屬於農田生態系統生物學類的觀測內容。在鹽亭站設置的綜合觀測場內設有採樣地,具體樣方布設為將採樣區面積40 m×40 m,按10 m×10 m面積劃分為12個大樣方(圖2),用大寫英文字母A–L表示,A、D、I、L、F、G為組1,B、C、E、H、J、K為組2,每個大樣方又劃分為4個5 m×5 m的小樣方,區組1分別用小寫英文字母a–d表示,組2分別用小寫英文字母e–h表示,每年採樣樣方為5 m×5 m的小樣方,每年輪換一次,組1和組2每4年輪換一次,採樣周期為每8年一個輪迴。
圖2 綜合觀測場大樣方布設圖
圖3是以B-e採樣區為例子繪製的綜合觀測場歷年採樣圖,圖中每個小方格代表1 m個小方格的作物收穫期採樣樣方。另由於作物生長到一定高度後,很難在田間進行空間布點採樣, 並且會造成人為地踩踏樣地和對作物的嚴重損傷。為此,鹽亭站收穫期採樣全部選點、定點工作都在作物的苗期完成。保證了定點位置的準確性,減小了對樣地和作物的干擾。
圖3 採樣樣方的設計圖
1.2.2 樣品採集與觀測方法
編輯鹽亭站綜合觀測場是川中丘陵區旱坡地典型的小麥–玉米輪作制,地上和地下的生物量觀測分別在小麥季和玉米季進行,除了收穫期,其他生育期的生物量觀測均在保護行樣地進行。
(1)小麥季不同生育期地上生物量採樣及觀測:為了減少破壞,在綜合觀測場樣地保護行選擇長勢一致、株距均勻、不缺苗,並未採過樣的4點,測定葉面積、密度、群體株高等,然後在每個選點周圍選取具有代表性的20株小麥,在越冬前期和分櫱期採樣時齊地剪割,用乾淨封口袋封裝帶回實驗室分析;到拔節期和抽穗期用鋤頭離根部15cm或20cm處將植株連土一起挖出,將其放入水中浸泡,把泥土沖洗乾淨,晾乾後進行生物量的測定。各點採樣時,先在田埂觀察、選定採樣點,選擇離田埂最近的路線進入實驗地內採樣,並按原路返回,以減少破壞。收穫期是在前期定好樣方的採樣區進行,採樣點為6個,採樣方法和過程與以上相同。
(2)玉米季不同生育期地上生物量採樣及觀測:樣地四周保護行選擇長勢和株距均勻、不缺苗,並未採過樣的4點,先測定密度、群高等,在每個選點採取具有代表性的3株玉米,用鋤頭離根部30 cm處將植株連土一起挖出,放入事先備好的塑料袋帶回實驗室後將其放入水中浸泡,將泥土沖洗乾淨,晾乾後進行生物量的測定。各點採樣時,先在田埂觀察、選定採樣點,選擇離田埂最近的線路進入實驗地內採樣,並按原路返回,儘量避免造破壞。根系採樣選點與上相同,樣方面積1 m2,採用挖掘法。成熟期是在前期定好1m2樣方的採樣區進行,採樣點為6個,採樣方法和過程與以上相同。
(3)葉面積指數的測定使用的便攜式葉面積儀,美國LI-COR公司的Li-3000C。
(4)樣品採回清理乾淨晾乾後,用1/100天平稱完鮮重,然後將樣品在105 ℃下烘烤15分鐘殺青,再設置60–70℃恆溫下烘乾後稱重,及時分析數據。檢查異常值,並對異常數據進行補充測定。
1.2.3 數據處理的幾點說明
編輯(1)在保護行樣地採樣重複為4個點,收穫期或成熟期的重複為6個點,數據表格中的數據為各平均值。
(2)數據表中的空白,不是缺測,小麥在越冬前期和玉米的五葉期莖葉未分化,所以這個生育期無莖幹重和葉乾重;收穫期小麥和成熟期玉米均葉片枯黃,無法準確測定地上部分鮮重和葉面積。
2 數據樣本描述
編輯本數據集包括了兩個部分:(1)2006–2015年主要作物不同生育期葉面積與生物量數據,主要數據項有作物名稱、作物品種、生育期、株密度、群體高度、葉面積指數、分櫱莖數、地上部分總鮮重、莖幹重、葉乾重和地上總乾重;(2)2006–2015年主要作物不同生育期耕作層作物根生物量數據,主要數據項有作物名稱、作物品種、生育期、耕作層深度、根乾重和約占總根乾重比例。具體的內容及各字段涵義如表1和表2。
表1 2006–2015年主要作物不同生育期葉面積與生物量數據表字段涵義
字段名稱 | 數據類型及小數位數 | 量綱 | 字段說明 |
年 | 整數型 | 觀測年份 | |
月 | 整數型 | 觀測年份 | |
作物名稱 | 文本型 | 作物名稱,比如小麥、玉米 | |
作物生育期 | 文本型 | 作物生長過程中外部有明顯特徵的時期 | |
密度 | 浮點型,1 | 株或穴/m2 | 作物種植密度 |
群體高度 | 浮點型,1 | cm | 一定面積植株的長勢高度 |
葉面積指數 | 浮點型,2 | 單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數 | |
調查株(穴)數 | 浮點型,1 | 株或穴 | 調查樣方內的株(穴)數 |
每株(穴)分櫱莖數 | 浮點型,1 | 莖 | 每株(穴)分櫱莖數量 |
地上部總鮮重 | 浮點型,2 | g/ m2 | 作物地上部分的鮮重總量 |
莖幹重 | 浮點型,2 | g/ m2 | 地上部分莖稈乾重 |
葉乾重 | 浮點型,2 | g/ m2 | 地上部分葉片乾重 |
地上部總乾重 | 浮點型,2 | g/ m2 | 地上部分總乾重 |
作物品種 | 文本型 | 作物品種 |
表2 2006–2015年主要作物不同生育期耕作層作物根生物量數據表字段涵義
字段代碼 | 數據類型及小數位數 | 量綱 | 說明 |
年 | 整數型 | 觀測年份 | |
月 | 整數型 | 觀測年份 | |
作物名稱 | 文本型 | 作物名稱,比如小麥、玉米 | |
作物生育期 | 文本型 | 作物生長過程中外部有明顯特徵的時期 | |
耕層深度 | 浮點型,2 | cm | 耕作層深度 |
根乾重 | 浮點型,2 | g/ m2 | 耕作層內根的乾重 |
約占總根乾重比例 | 浮點型,2 | % | 耕作層根乾重約占總根乾重比例 |
作物品種 | 文本型 | 作物品種 |
3 數據質量控制和評估
編輯本數據集中的數據均屬於CNERN和CERN規定生物觀測指標,因此,觀測場設置、樣方布設與觀測原則方法均遵照CNERN和CERN觀測標準體系方法進行,觀測數據從田間採樣、樣品保存、室內分析到後期數據檢查和錄入,均經過台站專業技術人員進行質控體系和流程檢驗。專業技術人員每年參加生物分中心組織的「生物監測新技術與新規範培訓研討班」。
過程中具體質控措施有:
(1)數據獲取過程的質量管控。避開病蟲害嚴重區、破壞區等,選擇有代表性樣方採樣;及時對異常數據進行補充採樣和測定;嚴格翔實地記錄調查時間、核查並記錄樣地名稱代碼,真實記錄作物種類、品種、樣方號、樣方面積等信息。
(2)原始數據記錄的質控措施。原始記錄要求做到數據真實、記錄規範、書寫清晰、數據及輔助信息完整等。使用台站專用、規範印製的數據記錄表和記錄本,根據本站調查任務制定年度工作調查記錄本,按照調查內容和時間順序依次排列,裝訂、訂製成本。使用鉛筆或黑色碳素筆整齊填寫,原始數據不准刪除或塗改,如記錄或觀測有誤,需將原有數據輕畫橫線標記,並將審核後正確數據記錄在原數據旁或備註欄。
(3)輔助數據信息的記錄措施。對樣地位置、調查日期、樣地環境狀況做翔實描述與記錄,並對相關的樣地管理措施、病蟲害、災害等信息同時記錄。
(4)數據質量審核。將所獲取的數據與各項輔助信息數據以及歷史數據信息進行比較,評價數據的正確、一致性、完整性、可比性和連續性,經過站長和數據管理員審核認定,批准上報。最後提交生物分中心進行最後的質量控制和處理。
4 數據價值和使用方法
編輯四川鹽亭農田生態系統國家野外科學觀測研究站是國家野外科學觀測研究站和中國生態系統研究網絡成員站。所觀測的典型生態系統即為川中丘陵區典型農田生態系統,本文提供的數據集正是川中丘陵區典型的坡耕地農田生態系統的作物生物量數據,可為提供科學數據支撐。
現在經過整理存儲在Science Data Bank(http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/864)上,以期为类似领域研究提供区域数据。读者如需进一步了解其他生物方面的观测数据,可与本文的通信作者联系。
致 謝
編輯感謝野外監測人員在樣品採集和分析時付出的辛勤和努力。
參考文獻
編輯- ↑ HAMMER G L, DONG Z, MCLEAN G, et al. Can Changes in Canopy and/or Root System Architecture Explain Historical Maize Yield Trends in the U.S. Corn Belt?[J]. Crop Science, 2009, 49(1): 299-312.
- ↑ CHEN J M, JOSEF C. Retrieving Leaf Area Index of Boreal Conifer Forests Using Landsat TM Images[J]. Remote Sensing of Environment, 1996, 55(2): 153-162.
- ↑ 李衛國, 趙春江, 王紀華, 等. 遙感和生長模型相結合的小麥長勢監測研究現狀與展望[J]. 國土資源遙感, 2007, 2: 6-9.
- ↑ BAI J H, LI S K, WANG K R, et al. Estimating Aboveground Fresh Biomass of Different Cotton Canopy Types with Homogeneity Models Based on Hyper Spectrum Parameters[J]. Agricultural Sciences in China, 2007, 6(4): 437-445.
數據引用格式
編輯高美榮, 王艷強, 朱波. 2006–2015年川中丘陵區坡耕地主要作物不同生育期生物量(地上和地下)與葉面積指數數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-08-29). DOI: 10.11922/sciencedb.864.