2005-2018年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据集.pdf
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1、中国科学数据中国科学数据,2023,8(3)|1 ISSN 2096-2223 CN 11-6035/N 文献 CSTR:32001.14.11-6035.csd.2023.0111.zh 文献 DOI:10.11922/11-6035.csd.2023.0111.zh 数据 DOI:10.57760/sciencedb.08617 文献分类:生物学 收稿日期:2023-06-05 开放同评:2023-06-13 录用日期:2023-08-23 发表日期:2023-09-06 *论文通信作者 魏文学: www.csdata.org 专题专题 中国生态系统研究网络(中国生态系统研究网络(CERN
2、)20052018 年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据集系生物量及水稻根系元素含量数据集 陈春兰陈春兰1,2,陈安磊,陈安磊1,2,秦红灵,秦红灵1,2,傅心赣,傅心赣1,2,谢小立谢小立1,2,尹春梅尹春梅1,2,张琳张琳3,魏文学,魏文学1,2*1.中国科学院亚热带农业生态研究所,亚热带农业生态过程重点实验室,长沙 410125 2.中国科学院桃源农业生态试验站,湖南常德 415700 3.中国科学院植物研究所,北京 100093 摘要:摘要:水稻根系残留于土壤,是水稻土有机质来源的主要因素之一,也是水稻土有机碳含量保持一
3、定稳定性的重要因素。本数据集来源于中国科学院桃源农业生态试验站长期监测样地,包括综合观测场、辅助观测场(3 个施肥处理)、2 个站区调查点样地 20052018 年相关数据。数据集由 7 个部分组成,分别是表层根系生物量(020 cm)、根系元素含量(全碳、全氮、全磷、全钾)、根系分布(010 cm、1020 cm、2030 cm、3040 cm)、样地背景信息、样地肥料投入情况、采样记录、分析方法记录。数据的产生严格遵照 CERN 生物联网监测规范执行,数据质量由台站与分中心质控人员审核质控。本数据集为调查水稻根系对稻田土壤有机碳及氮磷钾元素的贡献,以及水稻根系对维护稻田土壤地力的作用提供可
4、靠的基础数据。关键词:关键词:水稻根系;生物量;元素含量;根系分布;长期定位监测 数据数据库库(集集)基本信息简)基本信息简介介 数据数据库(集)库(集)名称名称 20052018 年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据集 数据数据通信通信作者作者 陈春兰()数据作者数据作者 陈春兰、陈安磊、秦红灵、魏文学 数据时间范围数据时间范围 20052018 地理区域地理区域 纬度范围:285155N 285733N;经度范围:1112627E 1112716E。中国生态系统研究网络(CERN)桃源农业生态试验站,湖南桃源农田生态系统国家野外科学观测研究站 数据量数据量 2
5、06.85 KB 数据格式数据格式*.xlsx 数据服务系统网址数据服务系统网址 https:/doi.org/10.57760/sciencedb.08617 20052018 年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据集数据集 www.csdata.org|2 基金项目基金项目 科技基础资源调查专项(2021FY100504);国家生态系统观测研究网络(CNERN)湖南桃源农田生态系统国家野外科学观测研究站运行服务项目;中国生态系统研究网络(CERN)桃源农业生态试验站运行项目 数据库(集)组成数据库(集
6、)组成 数据文件包含 7 个数据工作表:表层根系生物量工作表,共 790 条数据记录;根系元素含量工作表,共 157 条数据记录;根系分布工作表,共 36 条数据记录;样地背景信息工作表,共 6 条记录;样地肥料投入情况工作表,共计 439 条数据记录;采样记录工作表,共计 249 条数据;分析方法记录工作表,共计 28 条数据记录。引引 言言 土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分,是土壤中各种营养元素特别是氮、磷的重要来源。其中土壤有机碳、氮、磷含量及其动态平衡是反映土壤地力的重要指标。植物根系是土壤有机质的重要来源之一。大量研究表明根系分泌物及根茬是碳输入土壤的主要途径。但根系分泌物因其
7、对土壤原有有机碳的降解具有激发作用,使输入的有机碳可能抵消了损失的有机碳,可见,根茬是引起土壤有机碳变化的主要原因1-2。稻田土壤是一种特殊的农用耕作土壤,稻田土壤有机碳积累量高于水改旱、水旱轮作等农用地3,显著高于旱地土壤,其耕作层有机碳的保持量比旱地土壤多 9 t/hm24-8。稻田固碳量与输入土壤水稻根系生物量存在一定正相关性9-12,并且研究表明水稻根系比水稻秸秆更有利于土壤有机碳的积累13。水稻根系健康是水稻正常生长和高产的前提,许多研究发现水稻生长状况与根系分布有着密切关系14-15,比如水稻产量随着根系深度而增加16,叶角大小受根系分布的调控17。目前研究者们从灌溉、土壤质地、施
8、肥量、施肥时期及施肥区域等对水稻根系的分布及活性等做了一定研究18-22,但主要集中在水稻苗期或水稻生长前期,对水稻成熟期或收获期的根系分布研究较少。张玉等23通过根箱试验及模型分析水稻分蘖期和成熟期,约 88%的根系分布在 10 cm 深度土层内,60%70%根系分布在 10 cm 的横向范围内。代贵金等24的研究也标明在垂直方向上,水稻根系主要分布在 010 cm 土层,15 cm 土层以下根系分布很少。水稻根系只占总生物量的 10%左右,但水稻根系的碳氮比是茎叶的 1.01.6 倍,是籽实碳氮比的 1.32.6 倍25。桃源农业生态试验站是中国生态系统研究网络(Chinese Ecosy
9、stem Research Network,CERN)组建的农田站之一,位于湖南省常德市桃源县东部平原区与中部丘陵区的过渡带上,属于低丘岗地。该地区复种指数较高,一般可以满足作物一年两熟或一年三熟种植,水田一般利用方式为早稻-晚稻-冬闲、早稻-晚稻-绿肥和中稻-油菜等;早晚稻连作种植是该地区主要的粮食作物种植模式,占农作物总播比率的 46.4%,占粮食作物播种面积比率的 76.0%,谷物播种面积比率的 88.7%26。以往学者们的研究13-25主要基于较少年的数据样本,本数据集基于 20052018 年长期对施肥定位监测试验(综合观测场、辅助观测场)、以及长期区域定位调查试验(站区调查点)水稻
10、根系的调查,以及对水稻根系碳氮磷钾元素的分析,可以为学者们研究水稻根系对稻田土壤有机碳输入等相关研究提供更多的数据支持。1 数据采集和处理方法数据采集和处理方法 根据 CERN 对作物根系调查规范要求27-28,采用人工取样与观测。样地布局及采样设置示意图20052018 年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据集年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据集 中国科学数据中国科学数据,2023,8(3)|3 见图 1图 3。其中,综合观测场采样地(图 1)是在样地中部(除四周保护行外)人为标记将样地分为 16 个 5 m5 m 的采样区(采样区
11、间无隔离措施),每次采样从 6 个采样区内取得 6 份样品,以A、B 两种布局方式隔年交换采集样品;辅助观测场(图 2)一般是将样地人为划分为 3 个区域(虚线表示,无隔离措施),在每个区域采集一个样本;站区调查点(图 3)采样设置类似于辅助观测场。总体上,每个数据用挖掘法16(即根据株行距,用铁锹将 020 cm 的土体及根系直接挖掘出来,再进行洗根等操作)取 3 穴水稻根系为一个样本,进行相关过程及计算产生;综合观测场每年保证在水稻生长盛期(抽穗开花期)和收获期做根系生物量调查,其他样地保证收获期采样调查;期间会根据需要做一定其他生育期扩充调查,具体调查时间及处理方法见采样记录工作表。根系
12、元素分析全碳含量用湿烧法(即重铬酸钾-硫酸氧化法)、全氮/磷/钾用硫酸双氧水消解或硫酸高氯酸消解等方法,具体见分析方法记录工作表。图图 1 综合观测场采样设置示意图综合观测场采样设置示意图 Figure 1 The sampling diagram of comprehensive observation fields 图图 2 辅助观测场采样设置示意图辅助观测场采样设置示意图 Figure 2 The sampling diagram of complementary observation fields 图图 3 站区调查点采样设置示意图站区调查点采样设置示意图 Figure 3 The
13、sampling diagram of sampling settings for station survey sites 20052018 年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据集数据集 www.csdata.org|4 2 数据样本描述数据样本描述 2.1 数据库结构数据库结构 本数据集的数据存储格式为Excel文件,样地名称及代码等信息严格按照CERN统一规范编制。文件包含 7 个数据工作表,分别为表层根系生物量工作表(共 790 条数据记录)、根系元素含量工作表(共 157 条数据记录)、根系分
14、布工作表(共 36 条数据记录)、样地背景信息工作表(共 6 条记录)、样地肥料投入情况工作表(共 439 条数据记录)、采样记录工作表(共 249 条数据)、分析方法记录工作表(共 28 条数据记录)。数据集主要内容及各字段含义见表 1表 5,各样地早晚稻季肥料投入折纯量见表 6,各部分具体内容见相关数据工作表。表表 1 水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据表主要字段含义表水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据表主要字段含义表 Table 1 The main field meaning of rice root biomass and root nutrient content in dat
15、a tables 字段名称字段名称 量纲量纲 示例示例 字段说明字段说明 年/2005 采样年份 月/5 采样月份 日/29 采样日 样地代码/TYAZH01ABC_01 CERN 统一样地编码 样地名称/稻田水土生联合观测采样地 CERN 统一样地名称 样地类别/综合观测场 CERN 统一样地类别 作物名称/早稻 当季作物名称 作物品种/宏丰早 当季作物品种 作物生育时期/分蘖期 采样时作物所处生育期 样方号/C 采样地点,样方 样方面积 cmcm 2020 每穴采样面积 耕层深度 cm 20 耕层深度 根干重 g/m2 60.74 耕作层根烘干重 元素含量 采样部位/根 采样的作物部位 全
16、碳 g/kg 361.91 水稻根全碳含量 全氮 g/kg 6.85 水稻根全碳含量 全磷 g/kg 0.89 水稻根全碳含量 全钾 g/kg 6.21 水稻根全碳含量 根系分布 010 cm 根干重 g/m2 69.75 010 cm 土层根干重 1020 cm 根干重 g/m2 15.00 1020 cm 土层根干重 3040 cm 根干重 g/m2 7.25 3040 cm 土层根干重 4060 cm 根干重 g/m2 0.75 4060 cm 土层根干重 表表 2 样地背景信息表主要字段含义表样地背景信息表主要字段含义表 Table 2 The main field meaning i
17、n the data of background information about the sample plots 20052018 年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据集年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据集 中国科学数据中国科学数据,2023,8(3)|5 字段名称字段名称 示例示例 字段说明字段说明 样地代码 TYAZH01ABC_01 CERN 统一样地编码 起始观测年份 1998 样地开始观测年 观测目的 研究当地稻田生态系统长期演变过程 样地设置目的 实验设计 早稻晚稻冬闲轮作模式,常规施 NPK 肥。早稻为常规品种,
18、晚稻为杂交品种,按常规方式进行田间管理 样地设置的管理模式 轮作方式 早稻,晚稻,冬闲 此样地作物轮作方式 土壤类型 水稻土 此样地土壤类型 中国土壤发生分类土类 潜育性水稻土 此样地分类名称 中国土壤发生分类土类亚类 水稻土 此样地分类名称 母质 第四纪红色粘土 此样地母质情况 表表 3 样地肥料投入主要字段含义表样地肥料投入主要字段含义表 Table 3 The main field meaning in fertilizer inputs data 字段名称字段名称 量纲量纲 示例示例 字段说明字段说明 年/2005 施肥年份 样地代码/TYAZH01ABC_01 CERN 统一样地编码
19、 肥料名称/尿素 施用的肥料种类 施用时间/04/26/2005 月/日/年 作物生育时期/插秧期 施肥时作物所处生育期 施用方式/撒施,基肥 肥料施入方式 施用量 kg/hm2 123.75 根据此样地施肥标准折算量 肥料折合纯氮量 kg/hm2 57.42 根据所施肥量折算的纯氮含量 肥料折合纯磷量 kg/hm2 40.48 根据所施肥量折算的纯磷含量 肥料折合纯钾量 kg/hm2 89.60 根据所施肥量折算的纯钾含量 表表 4 采样记录主要字段含义表采样记录主要字段含义表 Table 4 The main field meaning in sampling records 字段名称字段
20、名称 示例示例 字段说明字段说明 具体观测时间 05/29/2005 月/日/年 观测项目 耕作层作物根生物量 所观测的内容 观测地点 TYAZH01ABC_01 CERN 统一样地代码 观测方法描述 在规定的 6 个生物采样点选择长势一致、株距均匀、具有代表性水稻各 3 穴(每个采样去数出十穴苗的茎数,然后选平均数的一穴取样),用剪刀齐地剪割,然后用铁铲铲出根部并洗净,分别装入保鲜袋带回实验室测量、分析。采样前,选择离田埂最近的路线进入田内,后按原路返回。包括样方总体配置、各采样点描述、采样工具、采样方法、采样量、样地保护措施等 20052018 年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量
21、及水稻根系元素含量年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据集数据集 www.csdata.org|6 字段名称字段名称 示例示例 字段说明字段说明 观测时环境描述 晴朗;田间浅水 2 厘米;长势旺盛均匀。包括天气状况、作物长势、田间水分状况等 采样人 宋佳阳 田间采样人 室内分析人 宋佳阳 调查数据室内分析人 数据质控方法 取根时,用不锈钢刀或剪刀切割掉超出 20 cm 的部分,只保留 020 cm 部分;清洗根系时,尽量不要将根系弄碎弄断;在 105 半小时杀青然后在 85 烘至恒重后称取干重,及时分析数据并对于明显异常数据进行补充测定。包括野外和室内分析 数据质控
22、人 刘鑫 台站对样品调查分析数据审核人员 表表 5 分析方法记录分析方法记录主要字段含义表主要字段含义表 Table 5 The main field meaning in analytical method records 字段名称字段名称 示例示例 字段说明字段说明 年份 2005 样品采集年 分析项目名称 全碳(g/kg)水稻根系的元素含量 分析方法名称 湿烧法,即重铬酸钾-硫酸氧化法 该分析指标所用的实验方法 分析方法引用文献 李酉开主编,土壤农业化学常规分析方法,北京:科学出版社,1983.272-273 此实验方法的参考文献 表表 6 样地肥料投入简表样地肥料投入简表 Table
23、6 Summary of fertilizer inputs in sample plots 样地代码样地代码 样地类别样地类别 作物名称作物名称 折纯氮折纯氮(kg/hm2)折纯磷折纯磷(kg/hm2)折纯钾折纯钾(kg/hm2)有有机肥机肥 TYAZH01ABC_01 综合观测场 早稻 113.16 39.95 88.45-晚稻 116.76-112.36 晚稻稻草全量还田 TYAFZ01AB0_01 辅助观测场 早稻-晚稻-TYAFZ02AB0_01 辅助观测场 早稻 149.69 70.33 61.98 撩穂留茬 晚稻 71.70-37.19 撩穂留茬 TYAFZ03AB0_01 辅助
24、观测场 早稻 235.02 108.77 194.40-晚稻 113.91-110.70-TYAZQ01AB0_01 站区调查点 水稻 由农户自行管理施肥(具体参见工作表)TYAZQ02AB0_01 站区调查点 水稻 由农户自行管理施肥(具体参见工作表)注:综合观测场与辅助观测场在注:综合观测场与辅助观测场在 2005、2006 年具体施肥时间及施肥量有一定变化,年具体施肥时间及施肥量有一定变化,2007 年施肥时间有一定变化,年施肥时间有一定变化,站站区调查点的肥料投入时间及用量每年没有固定模式,均由农户自行决定,但农户会在年初监测人员所给的记录表中区调查点的肥料投入时间及用量每年没有固定模
25、式,均由农户自行决定,但农户会在年初监测人员所给的记录表中做好记录。做好记录。具体具体情况情况见见“样地肥料投入情况样地肥料投入情况”工作表。工作表。20052018 年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据集年中国科学院桃源农业生态试验站水稻根系生物量及水稻根系元素含量数据集 中国科学数据中国科学数据,2023,8(3)|7 2.2 数据缺失情况数据缺失情况 数据缺失原因或修补方法在工作表备注中已注明。本数据集此类情况主要存在 3 个地方:一是,“表层根系干重约占总根系干重比例”缺失部分数据,因未做相应的根系分布调查;二是,2005 年晚稻季综合场样方 G 样品全碳
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