森林生态系统生物野外观测规范及方法.docx
《森林生态系统生物野外观测规范及方法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《森林生态系统生物野外观测规范及方法.docx（89页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
森林生态系统生物野外观测规范及方法
3森林生态系统生物野外观测规与方法
3.1观测场地设置与采样设计
3.1.1观测场布局
森林生态系统的生物观测场地包括：
主观测场、辅观测场、站区调查点。
对森林生态系统而言，观测场地相当于一个样方或几个样方的集合。
为了保证观测数据的代表性，森林生态系统研究站应该对本区的主要代表性植被类型都进行长期观测，包括本区域的典型地带性植被类型、重要的人工林、其他分布面积很广的群落类型，将其中一个最具代表性的群落类型的典型地段设为主观测场，其他类型设为辅观测场。
对于森林生态系统而言，辅观测场是主观测场的补充，而不是重复。
站区调查点是辅观测场的一种，指用来完成动物或其他调查项目（如社会经济调查）的固定区域，或特指离站本部较远、不受生态站管理控制的辅观测场地。
主观测场要求设置在研究站所在地区最具代表性的森林植被类型分布的地段，最好还开展包括水分、土壤和小气候等环境因子在的综合性观测。
鉴于水物理要素监测要求以集水区为基本观测单元，主观测场应该尽量设置在一个集水区。
3.1.2观测场设置
3.1.2.1仪器与工具
在设置样地、样方和样线的过程中，一些常规的工具是必需的，包括测绳、皮尺、塑料绳、罗盘、地形图、海拔表、高精确度GPS、醒目的标桩等。
其中标桩数量要求比较多，具体数量根据样地的面积和样线的长度等具体情况确定。
在主观测场还需要带有编号的标牌（保证在100年时间里不会发生标牌丢失或字迹
模糊等难以辨认的情形，否则需经常更换标牌）、固定标牌的铁钉或铁丝等。
3.1.2.2步骤
观测场地的设置包括以下几个步骤：
（1）区域植被和土壤分布调查，完成大比例尺（1∶10000或1∶15000）植被图和土壤图，以及区域植被与土壤特征的分析报告；
（2）基于区域植被调查确定样地布局和各样地位置，写出观测场选址说明报告，完成生态站观测场布局的平面图；
（3）根据种-面积曲线法确定各观测场的群落最小面积；
（4）根据群落最小面积、样地使用时间长度、场地所在地的地形及其均质性等确定观测场面积；
（5）样地围取；
（6）基于区域植被图和土壤图对选定的观测场进行一次生物和土壤分布情况的认真核查，写出观测场植被及土地利用历史和现状的调查报告，完成乔木编号和平面坐标定位图；
（7）设计长期采样方案；
（8）建立必要的观测、标记设施以及样地保护设施；
（9）材料整理与存档。
3.1.2.3方法要点
（1）观测场的面积。
用于测定森林种类组成和生物量的观测场地，又叫森林标准样地。
标准地的合理设置极为重要，首先是选址，要设立在能代表当地植被类型而且林相相同、地形变化尽可能一致的地段。
样地的形状和大小方面，通常是选用正方形或长方形，其一边长度至少要高于乔木最高树种的树高。
一个基本原则是，标准地的面积最少必须大于群落最小面积，一般情况下可取20m×20m或30m×30m的面积。
设置标准样地时，应尽量避免主观性，样地最好要有重复。
不过在地形变化剧烈的森林中更多地选择匀质的样地是有困难的，但尽最大的可能向该方向努力。
作为长期固定样地，考虑到观测项目较多，以及持续观测和其他偶发因素可能造成的破坏，因此在条件许可的情况下，样地面积应该尽可能足够大，一般认为至少应该达到1hm2。
CERN对森林生态系统主观测场的面积要求原来比较小，从2004年开始要求统一扩大到1hm2，即100m×100m。
辅观测场的面积可以适当小于主观测场，但不能小于群落最小面积，表3-1为CERN对森林站观测场地的面积要求。
在样地设计中遵循“样地各边长应为10m的整倍数”的原则。
表3-1CERN森林站生物群落类型调查的取样面积
地区
站例
主观测场
（2004年以前）
主观测场
（2004年调整后）
辅观测场和站区调查点
热带
西双版纳站
100m×100m
（雨林）
100m×100m
（雨林）
40m×40m
（雨林和季雨林）
亚热带
贡嘎山站、会同站、鹤山站、鼎湖山站、茂县站
40m×50m
（人工林）
50m×50m
（自然林）
100m×100m
（人工林）
100m×100m
（自然林）
30m×30m（人工林）
30m×40m（自然林）
温带
长白山站、站
30m×40m
（人工林和自然林）
100m×100m
（人工林和自然林）
20m×30m
（人工林和自然林）
（2）样地围取。
首先确定一个原点（通常在坡的下部，位于所调查生物群落的中心），沿等高线确定样地的一条边（边的长度取决于规定的样方面积），然后以第一条边的终点为起点向上引出第二条边，在拐角处用罗盘确定角度为直角。
同理，再分别确定第三条边和第四条边。
最后，要求到达原点的闭合差不超过样地周长的1%。
样地围取后，用GPS准确定位，在示意图（示意图可以画在一定大小的坐标纸上）和地形图（1∶10000）上标出具体位置，四周用标桩固定，以便下次调查时能顺利找到同一样方，并及时设置必要的保护性围栏。
（3）样地所代表群落的一般性描述。
样地确定后，需要基于区域植被图和土壤图对选定的样地进行一次生物和土壤分布情况的认真核查，如记录群落的覆盖度，群落高度，各优势层的植物种类和数量，优势种的频度，树木的胸径、高度、枝下高，灌木的基径与高度，以及草本层的高度，层间植物和地被植物等；调查土壤类型、基岩类型、土层厚度、腐殖层厚度等。
得到观测场植物群落种类组成与结构的本底调查数据，写出观测场植被及土地利用历史和现状的调查报告，以及样地地貌、地形、干扰状况等信息，完成样地所代表群落的一般性描述。
（4）样地保护。
长期生态研究的根本意义在于时间上的延续性，以及站与站之间的比较与联网研究。
为了保证观测样地的时间延续性，每类观测样地分别设置非破坏性的永久样地和破坏性取样地，永久样地只允许进行非破坏性的观测，如非破坏性的生物观测、部分水分指标观测，不允许在其中进行任何破坏性取样。
在永久样地的附近，选择一定面积的与永久样地林型相同、立地条件近似的地段作为破坏性取样地（对于周边找不到近似地段的，也可以在其他地段选取），生物量模型取样、土壤微生物取样、土壤动物取样、土壤取样、水分破坏性取样全部
在破坏性取样地进行。
（5）乔木层的编号。
由于永久样地（方）将长期服务于定位观测研究，因此，需要对其所包含的所有乔木树种的所有个体根据其相对位置进行编号，并挂上标牌。
编号主要针对乔木层的成树和幼树。
除了编号以外，还需要测定所有个体在样方中的相对位置（x，y坐标），并在一坐标纸上标出。
幼苗虽然不进行编号，但也需要将其在坐标纸上标出并记录。
主观测场永久样地的乔木层必须每株编号，同时建议其他观测场地也参照执行。
3.1.2.4需要存档的材料
对于长期生态研究，除了动态观测数据的存储外，相关资料的存档是非常必要的，其中场地信息至关重要。
在场地设置阶段需要存档的资料包括：
（1）区域植被调查记录，区域植被图，区域土壤图，区域气候、植被与土壤特征的分析报告；
（2）生态站观测场布局的平面图，以及各个观测场选址说明报告；
（3）各个观测场植物群落种类组成与结构的本底调查记录与数据；
（4）各个观测场的群落最小面积调查记录与数据；
（5）主观测场的乔木平面定位图；
（6）各个观测场的背景信息简表，包括场地代表性、建立时间及计划使用年限、地理位置信息、生物群落特征、土壤特征、水分特征、人类活动、利用历史、管理模式等（样地背景信息简表见第11章）。
3.1.3观测场的采样设计
3.1.3.1Ⅱ级样方的划分
为了取样的方便和研究的需要，通常要将样地进一步划分成次一级的样方。
为了便于区分，将原样地称为I级样方，主要用于乔木层的取样。
将I级样方进一步划分成10m×10m的次级样方，称为II级样方。
灌木层、草本层、微生物、土壤和水分的取样都在II级样方中进行。
（1）主观测场II级样方的划分。
主观测场的I级样方面积为100m×100m。
在Ⅰ级样方，进一步划分成100个II级样方（10m×10m）（图3-1）。
图3-1a为10×10拉丁方设计，图3-1b为机械布点。
（2）辅观测场和站区调查点II级样方的划分。
热带森林样方设计：
Ⅰ级样方为40m×40m，并进一步分成10m×10m的Ⅱ级样方共16个（见图3-2）。
亚热带森林样方设计：
Ⅰ级样方为30m×40m（自然林）和30m×30m（人
工林）；并进一步分成10m×10m的Ⅱ级样方，分别为12个（自然林）和9个（人工林）（见图3-3）。
温带森林样方设计：
Ⅰ级样方为20m×30m（人工林和自然林），并进一步分成10m×10m的Ⅱ级样方共6个（见图3-4）。
1
2
7
0
8
4
6
5
3
9
2
7
6
4
9
5
3
8
1
0
3
8
5
9
1
7
2
6
0
4
0
4
9
6
3
8
1
2
5
7
9
0
2
7
6
1
8
3
4
5
8
3
4
2
5
6
0
7
9
1
5
6
1
3
4
0
7
9
8
2
7
9
8
5
0
2
4
1
6
3
4
1
3
8
2
9
5
0
7
6
6
5
0
1
7
3
9
4
2
8
a.（10×10拉丁方设计）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
b.（机械布点）
一个Ⅰ级样方（100m×100m）以及其中划分的100个Ⅱ级样方（10m×10m）；a．方格中的数字为拉丁方采样设计；b．方格中的数字为样方顺序编号，采用机械布点，带阴影的样方为灌木和草本的固定观测样方。
箭头线为动物要素调查的样线设计。
图3-1主观测场样方设计示意图
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
一个Ⅰ级样方及其中划分的16个Ⅱ级样方；箭头线为动物要素调查的样线设计。
图3-2热带森林辅观测场调查样方示意图
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
（a．人工林）（b．自然林）
一个Ⅰ级样方及其中划分的9个（人工林）或12个（自然林）Ⅱ级样方；箭头线为动物要素调查的样线设计。
图3-3亚热带森林辅观测场调查样方示意图
1
2
3
4
5
6
（人工林和自然林）
一个Ⅰ级样方及其中划分的6个Ⅱ级样方；箭头线为动物要素调查的样线设计。
图3-4温带森林辅观测场调查样方示意图
3.1.3.2样方的采样设计
除动物以外，其它生物以及环境要素的调查均在观测场的样方进行。
乔木层调查在整个I级样方进行，需要记录整个Ⅰ级样方中每株乔木的胸径
和树高。
灌木层的调查在部分II级样方中进行，以II级样方为采样单位，分别记录每个的多度、高度、盖度等。
主观测场灌木层观测方案I：
Ⅱ级样方的选择采用拉丁方设计，每次测定选择10个Ⅱ级样方，即第一次（第一年）采样选择编号为“1”的Ⅱ级样方；第二次（第六年）采样选择编号为“2”的样方；依此类推（见图
3-1a）。
主观测场灌木层观测方案II：
采用机械布点，对固定的13个样方进行长期观测（见图3-1b中有阴影标记的样方）。
辅观测场灌木层观测方案：
采用机械布点，对固定的5个或6个样方进行长期观测（见图3-2，图3-3，图3-4中有阴影标记的样方）。
推荐使用方案II。
因为固定样方观测可以跟踪监测灌木层的灌木和乔木幼树的生长和死亡动态，总结灌木层树种组成和结构的变化规律，结合乔木层的树木倒伏和林窗干扰，可分析灌木层的这种动态的成因和趋势。
草本层的观测也在灌木调查选择的Ⅱ级样方进行，在每一个被选择的Ⅱ级样方设置2个2m×2m的固定小样方（图3-5），用于年际间草本层的定点观测。
草本层生物量的测定在破坏性样地进行。
10m
10m
大方框为草本层采样单元，带圆圈的方框为土壤的采样单元，“○”表示微生物和水分的采样位置。
采样位置均为随机选择，但不互相重叠。
图3-5一个被随机选择的Ⅱ级样方中的采样设计
叶面积指数的测定是以10m×10m的II级样方为单位，可以随机选择10个样方，建议最好与灌木观测样方一致。
测定优势植物不同器官的主要元素含量和热值的取样，要求在破坏性样地进
行，每次选择5个Ⅱ级样方作为采样点。
尤其是对植物有致命性伤害的取样，如乔木的树干、根、树皮等样品绝不能在永久样地采样。
凋落物量的测定是在随机布设的凋落物收集框中进行。
在测定凋落物量的同时，还要从收集框中随机采集5个凋落叶、枝的样品，以测定主要养分元素含量。
微生物、土壤和水分要素的调查也在破坏性样地进行。
每次选择5个Ⅱ级样方，在每个Ⅱ级样方，需随机选定在一个1m×1m的样方采集土壤样品，并采集1个微生物样品和1份水分样品（见图3-5）。
3.1.3.3样线法的采样设计
3.1.3.3.1样线的确定样线的确定是配合样方进行的。
在样方确定后，从样方的中心点向一组对角
的方向延伸约1km的长度。
3.1.3.3.2采样设计动物采样主要是采用样线法进行，但不同类型动物的取样方法有很大的区别，
具体如下：
（1）大型动物：
沿着样线，在左右5m的围观察或采集动物的尸体、毛发及粪便等。
（2）小型兽类：
主要是以鼠类为主，采用沿样线布放木板夹的方法。
沿着1
km的样线，每隔20m布放1个，整个样线共布放50个。
（3）鸟类：
与大型动物相似，沿样线调查鸟类、鸣声和巢穴。
（4）土壤动物：
要求在破坏性样地采样。
沿着样线按不同深度采集一组样品，采集间隔为100m，共10个重复。
为防止第一次（第一年）取样对第二次
（第六年）取样产生影响，第二次取样可以从距样线端点20m的位置开始，每隔100m采集一组样品，第三次（第11年）从40m处开始，依此类推。
（5）昆虫：
沿着样线每隔100m布放一个陷阱桶，共10个陷阱桶。
3.1.3.4需要存档的材料
（1）每个观测场的二级样方划分及采样设计的平面图。
（2）每个观测场的采样设计方案描述。
（3）凋落物收集框的排放位置平面图及每个收集框周边植物与环境特点描述。
3.2森林生态系统生物监测指标体系
3.2.1生境要素
生境要素观测项目见表3-2。
表3-2森林生物群落生境要素的观测项目
项目
频度
植物群落名称
1次/5a（人工林或幼龄次生林，1次/2a和1次/3a，轮换监测）
群落高度
水分状况
*土壤侵蚀状况
动物活动
人类活动演替阶段或林龄土壤类型
土壤剖面特征
土壤pH
土壤有机碳
土壤全氮
土壤全磷
注：
*表示不属于CERN的核心项目；土壤指标测定表层土（0～20cm）。
3.2.2植物群落种类组成与结构
这部分的观测容主要包括植物种类组成、种类成分的数量特征、群落特征等（表3-3）。
3.2.3植物群落物质生产与物质循环
这部分的观测容主要包括植物群落生物量、凋落物生物量季节动态、优势植物矿质元素含量与热值等（表3-4）。
3.2.4植物群落动态与物候
植物群落动态与物候的观测指标见表3-5。
表3-3森林植物群落种类组成与结构的观测指标
项目
指标
频度
乔木层种类组成与种群数量特征
每木调查：
植物种、胸径、高度、*枝下高、*冠幅基于每木调查，用模型换算：
个体生物量（包括树干干重，树枝干重，树叶干重，果（花）干重，树皮干重，气生根干重，地下部总干重）
基于每木调查，分种统计（按II级样方）：
密度、平均高度、平均胸径、生物量（包括树干干重，树枝干重，树叶干重，果（花）干重，树皮干重，气生根干重，地下部总干重）分植物种调查：
盖度、生活型、物候期
1次/5a（人工林或幼龄次生林1次/2a和1次/3a，轮换观测）
灌木层种类组成与种群数量特征
按样方分植物种观测：
株数/多度、平均高度、*基径、*单丛茎数、盖度、生活型、物候期、生物量（包括枝干重，叶干重，地下部总干重）
1次/5a（人工林或幼龄次生林1次/2a和1次/3a，轮换观测）
草本层种类组成与种群数量特征
按样方分植物种观测：
株数/多度、叶层平均高度、盖度、生活型、物候期、地上部活体干重
1次/5a（人工林或幼龄次生林1次/2a和1次/3a，轮换观测）
层间附（寄）生植物种类组成
分植物种观测：
多度、附（寄）主种类、*生物量
1次/5a
层间藤本植物种类组成
分个体或分植物种观测：
基径、1.3m处的粗度、估计的长度、*生物量
1次/5a
*苔藓植物
*植物种、*盖度、*厚度、*含水量、*生物量
1次/5a
乔木层群落特征
基于每木调查，按II级样方统计：
种数、优势种、优势种平均高度、密度按样方观测：
群落郁闭度
1次/5a（人工林或幼龄次生林1次/2a和1次/3a，轮换观测）
灌木层群落特征
基于分种调查，按样方统计：
种数、优势种、优势种平均高度、密度/多度按样方观测：
群落盖度
1次/5a（人工林或幼龄次生林1次/2a和1次/3a，轮换观测）
草本层群落特征
基于分种调查，按样方统计：
种数、优势种、优势种平均高度、密度/多度按样方观测：
群落盖度
1次/5a（人工林或幼龄次生林1次/2a和1次/3a，轮换观测）
注：
*表示不属于CERN的核心项目。
表3-4森林植物群落物质生产与物质循环的观测指标
项目
指标
频度
乔木层生物量
基于每木调查的分种统计结果，按样方计算：
地上部总干重、地下部总干重
1次/5a；夏季
灌木层生物量
基于分种观测，按样方统计：
1次/5a；
地上部总干重、地下部总干重
夏季
草本层生物量
基于分种观测，按样方统计：
1次/5a；
地上部总干重
按样方观测：
夏季
地下部总干重
*层间附（寄）生植物生物量
*地上部总干重
1次/5a
*层间藤本植物生物量
*地上部总干重
1次/5a
*苔藓植物生物量
*地上部总干重
1次/5a
凋落物回收量季节
枝干重、叶干重、花果干重、皮干重、
每年观测，1次/月
动态
苔藓地衣干重、杂物干重
凋落物现存量
枝干重、叶干重、花果干重、皮干重、苔藓地衣干重、杂物干重、倒木干重、立枯木干重
1次/a，在凋落物现存量最少时期观测（植物生长盛期）
叶面积指数
乔木层叶面积指数
1次/5a，在观测年，生长季，1
灌木层叶面积指数
次/月（生长盛期必须测定），非
草本层叶面积指数
生长季测定1次
优势植物矿质元素含量与热值分植物器官测定）
全碳、全氮、全磷、全钾、全硫、全钙、全镁、热值
1次/5a，活体样品在生长盛期取样；分别在植物生长盛期取现存凋落物样，在落叶期（10～11
月）取新增凋落物样
（
注：
*表示不属于CERN的核心项目。
表3-5森林植物群落动态与物候的观测指标
项目
指标
频度
树种的更新状况
分植物种调查：
树苗和幼树的株数（分实生苗和萌生苗）平均高度
平均基径
1次/a
优势植物或指示植物的物候
乔木和灌木植物
*树液流动开始日期芽开放期
展叶期开花始期
每年都做；动态观测
优势植物或指示植物的
乔木和灌木植物
每年都做；
项目
指标
频度
物候
开花盛期果实或种子成熟期
*果实或种子脱落期叶秋季变色期落叶期
草本植物萌动期/返青期开花期果实或种子成熟期种子散布期
黄枯期
动态观测
*植被季相
*植被季相
每5年做一个动态
注：
*表示不属于CERN的核心项目。
3.2.5动物群落种类组成与结构
根据森林生态系统的特点主要对鸟类、大型野生动物、大型土壤动物等进行观测（表3-6）
表3-6森林动物群落种类组成的观测指标
项目
指标
频度
鸟类种类与数量
分种记录数量
1次/5a
大型野生动物种类与数量
分种记录数量
1次/5a
*昆虫种类与数量
*类别
*名称
*数量
1次/5a
*大型土壤动物种类与数量
*类别
*名称
*数量
1次/5a
注：
*表示不属于CERN的核心项目。
3.2.6土壤微生物群落生物量与结构
根据森林生态系统的特点主要对大型真菌、土壤微生物群落的生物量和结构进行观测，其中微生物生物量用生物量碳或生物量氮表示（表3-7）。
表3-7土壤微生物群落生物量与结构的观测指标
项目
指标
频度
*大型真菌类与数量
*类别、*名称、*数量
1次/5a
土壤微生物群落生物量
土壤微生物生物量碳
*土壤微生物生物量氮
每5年做一个季节动态
*土壤微生物群落结构
*类别、*数量、*比率
1次/5a
注：
*表示不属于CERN的核心项目。
3.2.7植被类型和空间分布
表3-8植被类型和空间分布的观测指标
项目
指标
频度
*植被类型、面积与分布
*植被类型
*群落名称
*面积
*地理位置（经度和纬度）
*分布特征
*分布图
1次/10a；夏季
注：
*表示不属于CERN的核心项目。
3.3野外观测规与方法
3.3.1样地背景与生境描述
在植物群落学研究中，样地的生境描述是必不可少的。
这是植物群落研究，特别是以后的野外调查不可缺少的基础资料。
野外调查记录应当既简要又规，便于计算机识别和操作。
首先对选定的样点做一个总的描述，描述容主要包括植被类型、植物群落名称、郁闭度、群落高度、地貌地形、水分状况、人类活动、动物活动、演替特征、土壤剖面特征、土壤pH、土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷等。
这些因子大多数可以通过直观的观察确定，如植被类型、植物群落名称、地貌地形、水分状况、人类活动、动物活动以及演替特征等，通常只需要定性的描述即可。
对于土壤pH、土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷等特征需要通过取样，并做进一步的定量测定。
最后，将结果记录在附表3-1中。
3.3.1.1仪器与用具
GPS，调查表，尺子，铅笔，油性记号笔，坡度计，罗盘仪等。
3.3.1.2生境描述方法
按下列分类系统，记载相应的类型。
在野外调查时首先用GPS测定调查点的经纬度。
（1）植被类型。
根
升级会员 