黑土地在我国粮食安全中发挥着重要作用.中国科学院海伦农业生态实验站(简称"海伦站")位于松嫩平原腹地,是中国生态系统研究网络(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)中唯一从事黑土农田生态系统长期定位监测、研究与示范的国家级野外台站.按照CERN的统一规范,海伦站开展了土壤长期监测工作.本数据集收集、整理了海伦站2004-2015年3种不同施肥措施下表层(0-20 cm)土壤养分数据,包括土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、缓效钾、pH值、交换性阳离子(钙、镁、钾和钠)和阳离子交换量等14项指标,并附有完整的监测样地背景信息、样地管理记录、采样和分析方法记录以及质控信息.本数据集中10种土壤养分指标测定的相对误差平均为2.37%,重复测定的相对偏差为2.08%.本数据集可为黑土资源可持续利用、东北地区农田土壤肥力演变以及区域农业生态研究等工作提供数据基础.