中国区域陆地生态系统碳氮水通量及其辅助参数观测专题 I 区论文(评审中) 版本 ZH2
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2013年中国典型生态系统大气氮、磷、酸沉降数据集
Atmospheric nitrogen, phosphorus, and acid deposition in Chinese terrestrial ecosystems (2013)
: 2018 - 05 - 21
: 2018 - 06 - 15
: 2018 - 06 - 15
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摘要&关键词
摘要:大气沉降是污染物质从大气圈去除最有效的过程之一,也是营养物质(如氮、磷、酸)和有害重金属进入生态系统的重要途径。伴随降雨事件的湿沉降是大气沉降的重要途径,稳定的网络化观测是揭示大气湿沉降组分、时空格局及其影响因素最为直接有效的方法之一,可以为大气沉降的生态环境效应评估提供实时的数据支撑。2013年,研究人员基于中国生态系统研究网络和相关的兄弟台站,组建了中国典型生态系统大气湿沉降观测网络(China Wet Deposition Observation Network,ChinaWD),截至2018年,已经在54个观测站点连续多年开展了相关的大气湿沉降观测工作,形成遍布全国及几乎覆盖了中国主要生态系统类型的大气湿沉降监测体系。ChinaWD网络的观测重点在于郊区或偏远地区的自然生态系统和农业生态系统等,且具有系统全面的湿沉降观测指标体系,包括了大气氮、磷、酸、碱基阳离子及重金属的湿沉降观测。ChinaWD的建立极大地填补了中国自然生态系统湿沉降监测的空白,为我国生态文明建设提供科学的指导。本文重点汇集和整理了ChinaWD网络2013年41个典型生态系统的大气氮、磷、酸湿沉降通量,希望通过提供一个相对系统的指标体系,为关注生态环境健康的社会工作者和科研工作者提供全国自然生态系统相关信息的基础数据和参考值。
关键词:湿沉降;氮;磷;酸;生态系统;网络;ChinaWD
Abstract & Keywords
Abstract: Atmospheric deposition is commonly considered as the most effective approach to removing various pollutants from the atmosphere. It is also one of the main sources of nutrient and heavy metal input into natural terrestrial ecosystems. A systematic observation network of atmospheric wet deposition is helpful to quantify the deposition flux and explore the spatial-temporal pattern and influencing factors of wet deposition, which provides background references for ecological assessment. Long-term in situ observation is one of the three basic tasks of the Chinese Ecosystem Research Network (CERN). In 2013, China Wet Deposition Observation Network (ChinaWD) was established based on CERN. ChinaWD has 54 observation sites now, whose scope covers the main ecosystem types of China. It focuses on China’s natural and agricultural ecosystems and has adopted a systematic observation index system, including nitrogen, phosphorus, acid, base cation and heavy metal deposition. This dataset contains wet nitrogen (N), phosphorus (P), and acid deposition from 41 sites across China in 2013. The dataset is helpful for the design of nutrient addition experiments and model simulation.
Keywords: wet deposition; nitrogen; phosphorus; acid; terrestrial ecosystems; network; ChinaWD
数据库(集)基本信息简介
数据库(集)名称2013年中国典型生态系统大气氮、磷、酸沉降数据集
数据作者朱剑兴、王秋凤、于海丽、张琼予、何念鹏
数据通信作者何念鹏(henp@igsnrr.ac.cn),王秋凤(qfwang@igsnrr.ac.cn
数据时间范围2013年
地理区域全国41个生态系统观测台站,包括了阿克苏、哀牢山、安塞站、北京站、草原站、常熟站、大兴安岭、当雄站、鼎湖山、东灵山、洞庭湖、多伦站、鄂尔多斯、封丘站、阜康站、贡嘎山1600m、贡嘎山3000m、海北站、海伦站、鹤山站、呼中站、环江站、会同气象、会同苏溪口、拉萨站、临泽站、栾城站、茂县站、奈曼旗、千烟洲、三江站、沙坡头、神农架、沈阳站、桃源站、西双版纳、盐亭站、鹰潭站、禹城站、长白山、长武站。
数据量20 KB
数据格式*.xlsx
数据服务系统网址(暂不开放)
基金项目国家重点研发计划(2016YFA0600104),中国科学院战略性先导科技专项(XDA19020302),中国科学院科技服务网络STS计划(KFJ-SW-STS-169)
数据库(集)组成本数据集包括了2个部分:1)台站代码-名称索引信息,站点地理坐标;2)氮(铵态氮、硝态氮、溶解性总氮、总氮)、溶解性总磷、硫酸根沉降通量、pH的年数据。
Dataset Profile
TitleAtmospheric nitrogen, phosphorus, and acid deposition in Chinese terrestrial ecosystems (2013)
Data corresponding authorsHe Nianpeng (henp@igsnrr.ac.cn), Wang Qiufengqf (wang@igsnrr.ac.cn)
Data authorsZhu Jianxing, Wang Qiufeng, Yu Haili, Zhang Qiongyu, He Nianpeng
Time period2013
Geographical scope41 observation sites; Aksu (AKA), Ailao Mountains (ALF), Ansai (ASA), Beijing (BJU), Inner Mongolia Grassland (NMG), Changshu (CSA), GreaterKhingan (DAF), Dangxiong (DXA), Dinghu Mountain (DHF), Dongling Mountain (BJF), Dongting Lake (DTM), Duolun (DLG), Erdos (ERF), Fengqiu (FQA), Fukang (FKD), Gongga Mountain 1600 m (GGF1), Gongga Mountain 3000 m (GGF2), Haibei (HBG), Hailun (HLA), Heshan (HSF), Huzhong (HZF), Huanjiang (HJK), Huitong 1(HTF1), Huitong 2 (HTF2), Lhasa (LSA), Linze (LZA), Luancheng (LCA), Miaoxian (MXF), NaimanCounty (NMD), Qianyanzhou (QYA), Sanjiang (SJM), Shapotou (SPD), Shennongjia (SNF), Shenyang (SYA), Taoyuan (TYA), Xishuanbanna (BNF), Yanting (YGA), Yingtan (YTA), Yucheng (YCA), Changbai Mountains (CBF), and Changwu (CWA).
Data volume20 KB
Data format*.xlsx
Data service system(Not for open access at the moment)
Sources of fundingNational Key Research and Development Program of China (2016YFA0600104), Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (XDA19020302), and Science and Technology Service Network Initiative of the Chinese Academy of Sciences (KFJ-SW-STS-169)
Dataset compositionThis dataset includes: 1) site information, such as site name, abbreviation, and geographical coordinates; 2) pH value and deposition fluxes of nitrogen (ammonium, nitrate, total dissolved nitrogen, and total nitrogen), phosphorus, and sulfate.
引 言
大气中的物质通过降水(雪)而落到地面的过程,称为湿沉降,是气体和颗粒物最有效的大气净化机制[1]。受到人类活动排放源的影响,大气湿沉降中往往包括多种组分,如氮、磷、硫酸根、重金属、挥发性有机物。并且某一地区人类活动强度的大小往往也影响了该地区某一特定组分的沉降通量[2-3]。大气湿沉降已成为陆地生态系统可利用性营养元素(如氮和磷)一种重要的输入方式,也是污染物质(如硫和重金属)进入自然生态系统和人类居住环境的重要途径。因此,建立包含多指标的观测体系,且覆盖城市、自然和农业生态系统全方位的大气湿沉降观测网络显得尤为必要。
我国早期的大气降水化学研究多是集中于大城市,对于郊区或是偏远地区的自然生态系统则关注很少。例如,1992年我国成立的国家酸沉降监测网,其主要关注目标是降水的pH值和电导率;随后的含氮污染物监测网其重点关注的只是以氮氧化物或者二氧化氮浓度为指标的城市大气环境质量监测,其大多数观测点都设置在城市,且主要分布在我国的东部发达地区,西部偏远地区的观测站点较少[4]。此外,这些监测网除了观测地区存在不足,其观测指标也较为单一(以硫酸根和pH或者氮沉降为主)[5]。随着我国经济发展和产业技术水平的不断发展,旧的环境问题得到改善,新的环境问题却也日益凸显,单一的观测指标并不能满足新时期生态文明建设的需要,系统全面的观测体系亟须得到应用与推广。然而,迄今为止,国内将大气氮、磷、酸等沉降作为整体的研究报道还非常罕见,一定程度上阻碍了人们对大气沉降生态和环境效应的整体认识。
2013年,何念鹏研究小组以中国科学院生态系统研究网络(CERN)[6]的全国各台站为依托,首次建立了中国区域典型陆地生态系统大气湿沉降观测网络(China Wet Deposition Observation Network, ChinaWD),在国内首次形成了系统性的大气氮、磷、酸、碱基阳离子及重金属的湿沉降监测体系和监测网络[2,3,7,8,9 ]。此外,我们还将在未来继续拓展挥发性有机物、同位素等方面的观测。截至2018年,该网络已经稳定运行6年,观测站点也从初期的41个站点发展到了目前的54个典型生态系统站点,涵盖了森林、草地、农田、荒漠、湖泊、喀斯特、湿地以及城市等生态系统类型(图1)。ChinaWD网络的建立填补了中国自然生态系统、郊区及偏远地区对于大气湿沉降观测的空白。本文重点汇集和整理了ChinaWD网络2013年41个典型生态系统的大气氮、磷、酸湿沉降通量,希望能够为相关环境保护政策的制定和实施提供数字支撑。


图1   中国典型生态系统大气湿沉降观测网络(ChinaWD)(图片送审中)
1   数据采集和处理方法
1.1   样品采集与室内分析流程
目前ChinaWD的观测指标涵盖了大气氮、磷、酸、碱基阳离子及重金属等数十个参数,下一步还将拓展到挥发性有机物和同位素等。为了满足多指标测试的需要,在采样时尽量保证了样品是原始水样,即采样时不加入任何的抑制剂或是酸化处理,室内分析时再根据特定参数指标的测试需要进行特定的样品处理。
ChinaWD网络形成了观测站点负责样品采集、综合中心集中测试的分工,同时也建立了规范化的指标体系和操作流程。具体的收集测试方法如下:收集装置(雨量桶,只在降水时收集)置于离地面1.5 m以上,每月收集雨水3~5次,然后等体积混合雨水得到当月的雨水样品。将得到的雨水样品装入聚乙烯塑料瓶,保存在–20℃以下。站点收集的每月样品分成A和B两份邮寄到综合中心,测试时以A样品为主,B样品作为备用样品,以防样品丢失或是损坏。
室内分析的样品前处理时将A样品分成两份,一份样品为原水样,即不经过处理,另一份样品则经0.45 μm滤膜过滤,除去悬浮颗粒物,留下溶解态的水样。未过滤的样品先用美国卡尔斯巴德Myron L公司生产的pH计(Ultrameter-2 pH meter,Myron L. Company,Carlsbad,CA,USA)测试水质的基础指标,如pH、氧化还原电位、悬浮颗粒物;接着采用碱性过硫酸钾和过硫酸钾消解分别消解未过滤水样,然后用法国爱利安斯仪器公司生产的连续流动分析仪(FUTURA,Alliance Instruments,France)测量总氮和总磷(包括颗粒态的磷)。过滤的样品直接采用连续流动分析仪测定铵态氮、硝态氮以及溶解性总氮。同时使用美国铂金埃尔默公司生产的电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OES,Optima 5300DV,PerkinElmer,America)测量溶解性总磷、硫酸根、以及重金属等微量元素。中国陆地生态系统大气湿沉降观测网络的具体室内分析流程见图2。


图2   中国陆地生态系统大气湿观测网络的操作流程和指标体系
注:Cond表示电导率,DOC表示溶解性有机碳
1.2   计算过程
我们测试时得到的是湿沉降中组分的浓度值,需要将其计算成沉降通量,计算方法如下:
(1)
式中:D表示氮(磷、硫)湿沉降量,单位为kg ha-1C表示降水中溶解性氮(磷)的平均浓度,单位为mg L-1P表示每次的降水量,单位为mm;100表示单位换算系数。每个月沉降量的累积量就是湿沉降组分的年沉降通量。
2   数据样本描述
本数据集包括台站代码-名称索引信息、以及湿沉降组分的年沉降通量值。具体的内容及各字段涵义如表1。
表1   本数据集内容及字段涵义
字段名称数据类型是否必填量纲说明
台站名称字符型台站名称,如阿克苏
台站代码字符型统一由3位字母组成;末位字母表示生态类型;A:农田站;F:森林站;G:草地站;D:荒漠站;M:湿地站;如AKA;表示阿克苏农田站。
年份整数型观测年份
经度整数型观测站点的经度
纬度整数型观测站点的纬度
pH浮点型pH值
NH4+ –N浮点型kg N ha–1yr–1湿沉降中铵态氮的年沉降通量
NO3 –N浮点型kg N ha–1yr–1湿沉降中硝态氮的年沉降通量
DTN浮点型kg N ha–1yr–1湿沉降中溶解性总氮的年沉降通量
TN浮点型kg N ha–1yr–1湿沉降中总氮的年沉降通量
DTP浮点型kg P ha–1yr–1湿沉降中溶解性总磷的年沉降通量
DTS浮点型kg S ha–1yr–1湿沉降中硫酸根的年沉降通量
3   数据质量控制和评估
ChinaWD观测网络具有严格的质量保证与质量控制规范,观测数据从前期的样品采集、室内的样品测试操作规程到后期的数据采集、录入到入库共享,须经过台站-综合中心质控体系和流程检验。
台站采样时主要依靠经验丰富的固定监测人员完成,采用统一定制的样品编号标记,并及时冷冻样品保证样品质量,以防变质。室内分析时,所用的仪器均有标准的操作规程,使用标准的母液和空白样品进行测试和校正。样品测试时使用的方法均是常用的国家标准方法,以氮为例,采用的是分光光度法(GB 11894-89)。这些常用的方法也被其它的一些大型观测网络所采用,例如东亚酸沉降网(Acid Deposition Monitoring Network in East Asia,EANET)、欧洲监测和评价计划(the European Monitoring and Evaluation Programme,EMEP)、美国洁净空气状况和趋势网络(Clean Air Status and Trends Network,CASTNET)等。
此外,数据整理时,我们根据3倍的标准偏差进行特异值的数据剔除,以保证数据的可靠性。当遇到某个月的降水样品缺失且该月有降水时(>5 mm),采用改站点月的年平均值进行插补,以保证数据的连续性和可比性。
4   数据价值和使用方法
ChinaWD观测网络是一个系统性的湿沉降观测网络,其监测数据有助于弥补我国在陆地生态系统大气湿沉降监测方面的空白,形成覆盖大气氮、磷、酸、碱基阳离子及重金属等多指标的观测体系。基于多年连续的网络观测数据构建基础数据平台,其可以作为我国自然生态系统污染物监测的背景参考,为相关环境保护政策的制定和实施提供数字支撑,为我们“保护青山绿水”的生态文明建设提供指导。此外,我们也希望ChinaWD的观测数据也能够为其它学科或是团体组织等关心我国生态环境质量健康的工作者提供参考。
本数据集由CERN综合研究中心提供数据共享资源,用户可登录数据资源服务网站(http://www.cnern.org.cn),在首页打开碳氮水通量数据集进入相应的数据浏览、在线申请页面。也可登录Science Data Bank(http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/606)访问数据集信息。读者如需进一步了解本数据集观测数据的研究方法或研究结论,可参考本论文相关的参考文献[2,3,4,5,6 ],或与本文的通讯作者联系。
致 谢
我们感谢CERN各台站和相关的兄弟台站对ChinaWD观测网络建立的支持和帮助,感谢台站监测人员在样品采集和配送时付出的辛勤和努力。
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数据引用格式
朱剑兴, 王秋凤, 于海丽, 等. 2013年中国典型生态系统大气氮、磷、酸沉降数据集[DB/OL]. Science Data Bank, 2018. (2018-05-21). DOI: 10.11922/sciencedb.606.
稿件与作者信息
论文引用格式
朱剑兴, 王秋凤, 于海丽, 等. 2013年中国典型生态系统大气氮、磷、酸沉降数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2018. (2018-06-08). DOI: 10.11922/csdata.2018.0030.zh.
朱剑兴
Zhu Jianxing
主要承担工作:ChinaWD网络方法流程制定、样品分析测试和数据整理工作。
(1991—),男,福建泉州人,博士研究生,研究方向为生态系统生态学、全球变化生态学。
王秋凤
Wang Qiufeng
主要承担工作:ChinaWD网络的项目协调和组织实施。
qfwang@igsnrr.ac.cn
(1973—),女,北京人,博士,副研究员,研究方向为生态系统生态学、生态系统碳水循环研究。
于海丽
Yu Haili
主要承担工作:ChinaWD网络的样品分析测试和数据整理工作。
(1991—),女,山东烟台人,博士研究生,研究方向为生态系统生态学、大气酸沉降。
张琼予
Zhang Qiongyu
主要承担工作:ChinaWD网络的样品分析测试和数据整理工作。
(1994—),女,河北秦皇岛人,硕士研究生,研究方向为生态系统生态学、全球变化生态学。
何念鹏
He Nianpeng
主要承担工作:ChinaWD网络的整体规划、组织实施、与技术指导。
henp@igsnrr.ac.cn
(1976—),男,四川遂宁人,博士,研究员,研究方向为生态系统性状、功能生态学和生物地理生态学。
出版历史
I区发布时间:2018年6月15日 ( 版本ZH2
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中国科学数据
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