貴州喀斯特地區先鋒樹種火棘葉片功能性狀數據集

1 引言

植物功能性狀是植物長期適應環境的綜合表征，表現為一系列可度量的形態、生理及物候特征，反映了植物對環境的適應及植物內部不同功能之間的生理或進化的權衡，是聯通植物、環境和生態系統功能的紐帶[1-2]。葉片是植物的基本結構單元和功能單位，是植物獲取能量和進行物質交換的主要器官[3]，其對環境變化的響應最為敏感，具有較強的可塑性[4]。葉片功能性狀是植物適應環境變化的關鍵性狀，能直接體現植物體對不同環境的協調或權衡[5]，因此，研究植物葉片功能性狀在不同環境下的特征及變化能夠深入理解植物對環境的適應策略[2]。

研究植物葉片功能性狀對環境變化的響應，除了室內控制實驗外，在不同環境下對植物葉片性狀特征的分析是一個較為理想的手段[，近30年來，越來越多葉片性狀的研究量化了葉片功能性狀的區域和全球的分布模式[5，7-9]，為生態系統特征、宏觀生態學研究等提供了新的視野[10]，而這些研究往往也需要大尺度上的植物功能性狀數據庫。雖然全球不同區域的科研人員建立了全球范圍或區域尺度的植物功能性狀數據庫（集），如全球植物功能性狀數據庫（TRY）[11]、中國植物性狀數據庫[12]、青藏高原植物功能性狀數據集7等，但這些數據庫（集）大多并不是針對單一物種，而是分布各異的多種植物的綜合數據，同時部分數據來源于文獻記錄，少有廣泛分布的單一物種的數據可供使用；同時，在使用綜合眾多物種的數據來評估植物功能性狀變異對環境變化的響應時，由于系統發育的影響，往往可能會高估或低估植物功能性狀的變異[9]。因此，建立廣泛分布的某一物種的功能性狀數據集，更利于揭示植物功能性狀對環境變化的適應機制。

喀斯特地區基巖裸巖率高，具有土層薄、土被不連續、土壤貧瘠及季節性干旱等不利于植物生長的環境特征，是我國典型的生態脆弱區[13-14]。喀斯特地區植物葉片功能性狀的研究一直是探究退化喀斯特生態系統植被恢復的重要路徑之—[15-16]。近幾年來，對喀斯特地區植物葉片功能性狀特征及其環境適應性的研究樣點尺度上積累了大量的研究結果[9，16-20]，但針對植物葉片功能性狀對區域環境的響應仍鮮見報道，特別是針對某一植物物種葉片功能性狀的區域變化特征及其對環境響應的研究仍缺乏數據支撐。因此建立喀斯特地區特定植物葉片功能性狀數據集仍十分必要。

火棘（Pyracanthafortuneana）別名火把果、紅籽、救軍糧等，是喀斯特植被恢復中重要的先鋒種，也是貴州的廣布物種[21]，研究其葉片功能性狀在喀斯特區域尺度上的變異對揭示植物對喀斯特生境的適應策略具有重要意義[22]，建立喀斯特地區（區域范圍）火棘葉片功能性狀數據集將有助于喀斯特地區植物功能性狀變異及其環境響應機制的研究，也能有效擴充不同區域植物功能性狀數據庫。因此，我們在喀斯特地區植物功能性狀變異的研究中[23]，采集了分布于貴州省喀斯特地區（圖1）共計93個樣點406株植物8120個火棘葉片，測定了葉片濕重、葉片干重、葉長、葉寬、葉面積、比葉面積以及葉片碳、氮、磷含量等功能性狀指標；同時采集了93個采樣點的土壤樣品，測定了王壤有機碳含量、全氮含量和全磷含量（圖2），匯編為“貴州喀斯特地區先鋒樹種火棘葉片功能性狀數據集”（A dataset on leaf functional traits of a pioneerspecies‘Pyracantha fortuneana’in thekarstregion ofGuizhou，SouthwestChina），存儲于國家農業科學數據中心（National Agriculture Science Data Center，https：//agri.scidb.cn/）以供其他科研人員進行大尺度或不同物種植物功能性狀等研究。

2 數據采集與處理方法

2.1 研究區概況

研究區位于貴州省喀斯特地區，東至銅仁松桃苗族自治縣，西至畢節威寧彝族回族苗族自治縣，南至黔南荔波縣，北至遵義習水縣，位于103^°36^′-109^°35^′E ， 24^°37^′-29^°13^′N 之間，位于云貴高原，境內地勢整體呈西高東低的趨勢[24]。喀斯特出露面積 13×10⁴km² ，占全省總面積的 73.8% 是我國乃至世界熱帶、亞熱帶喀斯特分布面積最大、發育最強烈的高原山區省份，被稱為中國的“喀斯特省”[25-26]。區域氣候屬于亞熱帶溫濕季風氣候，水熱條件良好，四季分明，降雨充沛，陰天多，日照少，常年相對濕度達 70% 以上。貴州境內喀斯特地貌發育非常典型，分布范圍廣泛，形態多樣，構成了一種特殊的巖溶生態系統，地貌類型多樣[26]。

2.2樣品采集及性狀測定

2.2.1 采樣點的設置原則

（1）根據貴州省年均溫度、年降水量及海拔分布，

采樣點布設遵循跨越多個環境梯度的原則，每個環境梯度內包含 10-20 個采樣點。

（2）采樣時間為2023年7月一8月，植物生長茂盛的時期。

（3）在設置樣地時，選擇相同植被類型、演替階段、不同環境梯度上的樣地數盡量一致且盡可能地避開人為或自然干擾的區域。

2.2.2 樣品采集

每個采樣點設置1個 10m×10m 的樣方，采樣前記錄采樣點環境信息，包括主要植被、巖石裸露率及地理信息等。在樣方內隨機選擇5株火棘進行葉片樣品采集，對樣方內火棘植株不足5株的采取全部采樣的方式。采集樣品時，先用手持式短枝剪（DL580200，Deil，浙江，中國）在植株東南西北四個方向連枝剪下部分葉片，每株植物采集2分葉片樣品，一份選取20片生長狀況良好、完全展開、健康的當年生葉片裝入自封袋低溫保存，用于測定葉片形態特征。另一份隨機采集適量的健康葉片裝入信封袋帶回實驗室，用于測定葉片碳、氮、磷含量。

每個采樣點，在樣方內，采用五點取樣法，采集樣方四角及中心點的表層 （0-10cm） ）土壤，混合后裝袋存放，用于土壤有機碳、全氮和全磷含量的測定。采樣前去除表層雜物。

2.2.3 植物性狀及土壤指標測定

用于測定形態性狀的葉片帶回實驗室后，將表面雜物清理干凈，用無塵紙吸干葉片表面的水分，采用表1中的方法進行測定。用于測定化學計量指標的葉片，帶回實驗室后，用純水清洗干凈后，置于 130^°C 殺青， 70^°C 烘干至恒重，經研磨過100目篩后采用表1中相應的方法進行測定。土壤樣品帶回實驗室后，清除雜草，置于陰涼處自然風干，經研磨過100目篩后，采用表1中的方法進行測定。

2.2.4 數據分析

植物葉片功能性狀中部分性狀為其中兩個性狀的比值，對于這類性狀，如葉片干濕比、比葉面積、葉片氮磷比及土壤氮磷比等，直接使用相關性狀數據計算獲得。

對獲取的數據進行描述性統計分析，計算了各性狀和指標的平均值、標準差、變異系數、最大最小值，數據分布的偏度和峰度，同時對葉片功能性狀指標進行了直方圖可視化。數據的統計分析及直方圖可視化使用R語言（4.2.3）stats包和ggplot2包進行。

3 數據內容

本數據集共采集了分布于貴州省喀斯特地區93個采樣點406株火棘8120個葉片，測量和計算了共計15個葉片功能性狀指標（表2），包括9個形態性狀和6個化學計量性狀，其中，形態性狀的樣本量為8120個葉片，葉片化學含量及計量特征的樣本量為406株植物。

9個形態性狀數據在8120個葉片樣本中的分布為正態分布（圖3），除葉片干濕重比（LDMC）為右偏（偏度 lt;0 ）正態分布外，其他形態性狀均為左偏（偏度 gt;0 ）正態分布。9個形態性狀中，葉片濕重（LFW）的變異系數最高，變異程度達 31.79% ，而葉片干濕重比的變異程度最低，為 10.04% （表3）。

火棘葉片的3個化學含量性狀及其計量特征中，除葉片碳氮比（C：N）外，其余5個指標均呈偏正態分布，碳氮比呈弱雙峰型分布（圖4）。其中葉片碳含量（LCC）、氮含量（LNC）、磷含量（LPC）和碳氮比的偏度均小于0，而碳磷比（C：P）和氮磷比（N：P）的偏度大于0；6個化學性狀的變異系數均小于 9% （表4）。

4質量控制與技術驗證

為確保數據的科學性、可靠性和質量，從試驗方案、采樣點設置、樣品采集、處理/保存/樣品檢測、數據分析等過程盡可能符合標準化步驟，減少人為誤差。實驗室檢測人員、儀器設備均符合實驗室要求，保證測定數據的準確性。數據審核人員對錄入數據進行自查，數據存疑進行再次測定，保證檢測結果無誤。

5數據價值與使用建議

本數據集采集了分布于貴州省喀斯特區域93個樣點共計406株喀斯特先鋒樹種火棘的8120個葉片，測定和計算了葉片濕重、葉片干重、葉長、葉寬、葉面積、比葉面積等9個形態性狀以及葉片碳、氮、磷含量及其計量比等6個化學性狀指標，同時測定了93個采樣點的土壤樣品的有機碳、總氮和總磷含量。數據集可以為量化喀斯特地區植物葉片功能性狀變異及其對環境的響應提供數據支持，同時也可以為其他宏觀尺度上植物功能性狀相關的研究提供數據擴展。

6 數據可用性

開放訪問，遵從CCBY-NC-ND4.0訪問協議。

https：//cstr.cn/17058.11.sciencedb.agriculture.00182;

https：//doi.org/10.57760/sciencedb.agriculture.00182。

數據作者分工職責

杜嬌艷，數據采集、樣品測試、數據整理和論文手稿撰寫。

張紅玉，實驗方案設計、論文修訂、實驗平臺和項目支持。

李安定，采樣方案設計、實驗平臺和項目支持。

曹洋，數據質量控制、實驗檢測平臺支持。

蔡國俊，總體方案設計、數據質量控制與檢驗、數據分析、論文撰寫與修訂和項目支持。

倫理聲明

本文數據不涉及倫理聲明相關的內容。

利益沖突聲明

作者聲明，全部作者均無會影響研究公正性的財務利益沖突或個人利益沖突。

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引用格式：杜嬌艷，張紅玉，李安定，曹洋，蔡國俊.貴州喀斯特地區先鋒樹種火棘葉片功能性狀數據集[J].農業大數據學報，2025，7（2）：246-254.DOI：10.19788/j.issn.2096-6369.100047.

CITATION：DUanHAHoYu，DigCangCou.ADtasetLeafFtoalatsofoeSecetfortuneana）intheKarstRegionofGuzhououthwestChina[J]JualofAgriculturalBigData025（2）246-25488/j.issn.2096-6369.100047.

Abstract：Understandingtheresponsesofleaffunctionaltraitsofplantstoenvironmentalchangesiscrucialforrevealingplant adaptationstrategies.Leaftraitdatabases haveemergedasacrucialtoolforinvestigatingplantadaptationandawiderangeof ecologicalstudies.Howeve，threisstilalackofarge-scaleleaftraitdataforspecificspecisandhabitats，andfewrgioal-scale studieshavebeenreportedoplantaf taitsintearstara.Here，wecolected8，2Olavesfrom406individualsofPyrcantha fortuneana，apioneerspecies widelydistributedinthekastregionofGuzhouProvince，at93samplingsitesdistributedinthekast regionofGuizhou，Southwest China.We measuredandcalculatednine morphological traits （e.g.，eaffresh weight，dryweight， length，widthrea，andspecificleafarea）andsixchemicaltraits（e.g.，carbon，nitrogen，andphosphoruscontentandtheir stoichiometryratis）.Soilsamples werealsocollctedfromthe93sites todeterminesoilorganiccarbon，totalitrogenndtotal phosphoruscontent.Thisdataset，named\"Adatasetonleaffunctionaltraitsofapioneerspecies （Pyracanthfortuneana）inthekast regionofGuizhou，Southwest China\"includes6 SheetsinExcelformat：（1）descriptionsoffunctionaltraits，（2）geographic informationandbriefevironmentaldescriptionsofsamplingsites，（3）measureddataformorphologicaltraitsof8，120leaves，（4） carbon，nitrogenndospusotentndeirsochometryof406racathafrtueanadiiduals，（5）soiltotalanic carbon，totalntrogen，andtotalphosphoruscontentof93samplingsites，and（6）meanvaluesof morphological traitsatach samplingsite.Thisdatasetprovidesasolidfoundationforquantifingthevariationofleaffunctionaltaitsandtheirresponses tothe environmentinthekarstregion，andcanalsoserveasavaluableresouceforotherlarge-scalestudies onplantfunctionaltraits. Keywords： plant functional traits; scientific data; Karst; plants adaptation strategies; Karst ecological restoration