2004-2016年中国生态系统研究网络水体酸碱度和总溶解性固体数据集

刘旭艳 ，唐新斋 ，朱治林 ，2，袁国富 ，2，张心昱 ，2＊，王娇 ，孙晓敏，2，常学向，程一松，褚国伟，戴冠华，杜娟，傅伟，郭小伟，郭永平0，何其华，姜峻2，蒋正德，来剑斌，兰中东，李少伟，李伟，林静慧，林永标，刘文杰，刘晓利2，刘新平，刘勇刚2，路永正2，鲁志云2，苏宏新2，唐家良2，汪金舫2，王小亮2，杨风亭0，尹春梅，张志明2，张志山，赵常明，赵成义，朱睦楠

1.中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室，北京100101

2.中国科学院大学资源与环境学院，北京 100190

数据集（库）基本信息简介

数据集（库）名称 2004-2016年中国生态系统研究网络水体酸碱度和总溶解性固体数据集联系人 张心昱(zhangxy@igsnrr.ac.cn)

数据生产者CERN台站 观测人员 站长 所属研究所阿克苏站 盛钰、胡顺军 赵成义 中国科学院新疆生态与地理研究所35哀牢山站 鲁志云、沙丽清 张一平 中国科学院西双版纳植物园25安塞站 姜峻、李够霞 陈云明 中国科学院水利部水土保持研究所12北京站 苏宏新 桑卫国 中国科学院植物研究所26西双版纳站 刘文杰、李玉武、秦海浪 曹敏 中国科学院西双版纳植物园20长白山站 戴冠华、郑兴波 王安志 中国科学院沈阳应用生态所6策勒站 郭永平、张波 曾凡江 中国科学院新疆生态与地理研究所10常熟站 林静慧、王书伟、周伟 颜晓元 中国科学院南京土壤研究所18长武站 刘勇刚、姬洪飞 刘文兆 中国科学院水利部水土保持研究所23鼎湖山站 褚国伟、向传银 周国逸 中国科学院华南植物园5鄂尔多斯站 杜娟、崔清国 黄振英 中国科学院植物研究所7阜康站 兰中东、赵岩 马健 中国科学院新疆生态与地理研究所15封丘站 汪金舫、李小丽 朱安宁 中国科学院南京土壤研究所28贡嘎山站 李伟、杨阳 王根绪 中国科学院成都山地灾害与环境研究所17环江站 傅伟、林海飞 王克林 中国科学院亚热带农业生态研究所8海北站 郭小伟、林丽 曹广民 中国科学院西北高原生物研究所9海伦站 张志明、赵勤 韩晓增 中国科学院东北地理与农业生态研究所32鹤山站 林永标、孙聃 申卫军 中国科学院华南植物园19会同站 朱睦楠、于小军 汪思龙 中国科学院沈阳应用生态研究所36栾城站 程一松、李晓欣 沈彦俊 中国科学院遗传与发育生物学研究所4拉萨站 李少伟、孙维、何永涛 戴尔阜 中国科学院地理科学与资源研究所16临泽站 常学向、杨淇越 赵文智 中国科学院西北生态环境资源研究院3茂县站 何其华、李晓明 包维楷 中国科学院成都生物研究所11奈曼站 刘新平、张铜会 赵学勇 中国科学院西北生态环境资源研究院22内蒙古站 王小亮、窦山德 白永飞 中国科学院植物研究所29千烟洲站 杨风亭、李庆康 王辉民 中国科学院地理科学与资源研究所30三江站 路永正、张加双 宋长春 中国科学院东北地理与农业生态研究所24沙坡头站 张志山、赵洋 李新荣 中国科学院西北生态环境资源研究院33神农架站 赵常明、徐文婷 谢宗强 中国科学院植物研究所34沈阳站 蒋正德、郑立臣 陈欣 中国科学院沈阳应用生态研究所13桃源站 尹春梅、傅心赣 魏文学 中国科学院亚热带农业生态研究所31

引 言

水体 pH可以有效地表示其酸碱性，过酸或者过碱的水体对于植物生长和动物生活均存在一定的负面作用。降水的pH＜5.6即达到酸沉降水平[1]，会对农作物、草地、森林等植被生长带来危害[2-3]，还会破坏土壤结构[4-5]，导致土壤和地表水酸化等[6]。对我国主要农田生态系统水体pH研究显示[7]，南方农田生态系统降水、地表水、地下水pH较低，千烟洲、鹰潭地区部分时间降水为酸沉降。我国地表水环境质量标准GB3838-2002规定，日常用水pH范围为6.00-9.00。地下水环境质量标准GB14848-93规定，pH在6.50-8.50满足生活生产和植物生长的基本用水需要，如不能达标，也可以使用pH值＜6.50或者＞8.50的地下水。灌溉用水水质标准一般规定pH范围是5.50-8.50，使用过酸、过碱或盐含量较高的水会造成农作物减产。

总溶解性固体（Total dissolved solids，TDS）是指水体中的溶解性固体的总量，我国目前对于TDS的环境标准规范主要应用在地下水上，对其他水体未作明确说明。地下水环境质量标准GB14848-93将地下水 TDS 分为 5 级，即≤300 mg·L-1、300-500 mg·L-1、500-1000 mg·L-1、1000-2000 mg·L-1、＞2000 mg·L-1。水体的TDS对于植物根系[8]和土壤动物生长存活具有直接影响。TDS太高可造成土壤盐碱化、物理结构改变和土壤动物总量减少等不良后果[9]。张心昱等[10]对全国31个典型陆地生态系统研究表明，森林生态系统TDS较低，其余生态系统表现为西北绿洲农业区、荒漠区和华北农业区TDS较高，东北和南方农业区TDS较低。

本文介绍了中国生态系统研究网络（CERN）34个生态站2004-2016年降水、地表水、地下水pH和TDS的监测数据情况，为科学工作者或用户充分利用本数据提供详细说明。

1 数据采集和处理方法

1.1 数据采集方法

各生态站降水按月份或季节采集样品，无降水或降水不足月份未采样。地表水、地下水按月份或季节采集样品，然后按照《陆地生态系统水环境观测规范》[11]的统一方法测定。其中pH采用电位计法，收集水样后过滤，室温条件下通过校正液校准电位计后，测定水样的pH值，测定精度为0.01。TDS采用加和法或重量法测定：加和法即通过测定水样中主要的8种阴、阳离子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、CL−、HCO3−、CO32−）的总和，得出水样的TDS；重量法即过滤后通过蒸干得到固体物质的总量，计算出水体的TDS，测定精度为整数位。

1.2 数据处理方法

水体经人工观测员在现场采集样品后，在实验室测定记录并录入计算机进行电子化。生态站每年集中整理数据并按相应的格式汇交到CERN水分分中心。CERN水分分中心对所有数据进行再次检查，合格的数据汇交到CERN综合中心，相关人员进行数据格式审核，无误后最终导入到数据库，以供使用。

数据集经质量控制后，去除了明显的异常值。其中降水剔除异常值13%，地表水剔除异常值32%，地下水剔除异常值35%。整理后的pH、TDS数据按照水体类型（降水、地表水、地下水）分别汇集到Excel文件中的不同数据表单内，各表单内数据按照生态站名称和时间排序；生态站基本信息，如代码、分布区域、经度、纬度、气候带、降水量等也单独汇集到一个数据表单内。

2 数据样本描述

本数据集的数据储存于Excel文件中的4个数据表单中，其中降水、地表水、地下水3种类型水体的pH和TDS数据分别存放于3个数据表单中。还有1个表单是生态站基本情况表，给出了34个生态站的基础信息。两种表中包含的具体字段名称和详细信息见表1和表2。

表2 典型生态系统基本信息表内容

序号 字段名称 量纲 数据类型 示例7 年降水量 mm 数字型 500 8 年平均气温 ℃ 数字型 1.5 9 土壤类型 无 字符型 黑土10 数据类型（个数） 无 字符型 降水（22）

各生态站根据降水频率的不同，降水样品的采集频率也不同。降水频率较少的地区，如阿克苏站、阜康站等，只在发生降水的月份取样；降水充沛的生态站每月至少取样一次，如常熟站；其余生态站每季度取样一次。地表水和地下水的取样频率在不同生态站也存在一定差异，如安塞站、常熟站等按照月份取样，阿克苏站、哀牢山站等按照季节取样。

图1展示了2004-2016年西北、东北、华北、东南、西南典型农田生态站阿克苏、海伦、封丘、常熟、盐亭的降水、地表水、地下水pH变化图。可以看出降水pH普遍低于地表水和地下水pH，且降水的最低值出现在2012-2014年，常熟和盐亭生态站部分月份降水pH达到酸沉降值5.6。地下水和地表水pH值差异不大，且除常熟生态站外，其余生态站地表水pH值高于地下水，呈弱碱性。

图2展示出2004-2016年西北、东北、华北、东南、西南典型农田生态站阿克苏、海伦、封丘、常熟、盐亭的降水、地表水、地下水TDS变化图。如图显示，TDS值在降水中的含量普遍低于地表水和地下水。西北地区阿克苏的TDS高于其余区域的生态站，且存在多个较高值，华北地区的封丘站TDS值相对较高。海伦站TDS值表现为：地表水＞地下水＞降水，3类水体的TDS差异明显。其他4个生态站地表水和地下水TDS差异不明显。

3 数据质量控制和评估

监测数据采取三级质量控质体系，即野外台站根据统一监测规范和检测方法采集样品并进行分析测定，其工作包括分析测试人员的准确测定、及时完整记录和录入等环节，这是质量控制的最关键部分。CERN水分分中心在台站汇交数据后，为避免出现人工录入或者其他方面的误差，对数据进行质量检测。如果出现明显不符合逻辑的情况，反馈给台站进行再次确认。综合中心通过软件对数据进行质量控制，同时还规范检查数据格式并保存。

4 数据价值

水体的pH和TDS可以从酸雨、地表水酸化、土壤酸化、灌溉盐含量超标、土壤盐碱化和板结等方面对生态系统产生影响。本数据集提供的CERN典型生态系统34个生态站2004-2016年降水、地表水、地下水酸碱度和总溶解性固体数据，在一定程度上表征出中国典型生态系统的水体质量整体情况，可以为研究生态系统水资源利用或者循环提供一定的数据信息。

5 数据使用方法和建议

需要使用本数据集的读者，可以登录 Science Data Bank（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handl e/891）下载。本数据集是对CERN 34个典型生态系统水体酸碱度和总溶解性固体数据整理后形成的数据库。数据经过一定的质量控制除去了部分明显的异常值，并根据水体种类、生态系统代码和时间进行重新排列。数据用户在分析使用中可以结合更加详细的实验设计，配合数据结构模型，解读中国典型生态系统水资源的利用和循环情况。

图1 西北、东北、华北、华南、西南典型农田生态系统各采样时间内降水、地表水、地下水酸碱度（pH）变化

图2 西北、东北、华北、华南、西南典型农田生态系统各采样时间内降水、地表水、地下水总溶解性固体（TDS）变化