森林生态学.docx
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森林生态学
森林生态学
实习指导书
目录
第一部分种群数量和结构调查1
一、点法1
1．覆盖度（Coverage）2
2．频度（Frequency）2
二、距离法2
1.最近个体法（NearestIndividualMethod）2
2.最近邻居法（NearestNeighborMethod）3
3.随机对法（RandomPairsMethod）4
4.点四分方法（Point-CenteredQuarterMethod）4
三、样方（Quadrat）和样圆法（RoundQuadrat）4
1.样方法（Quadrat）4
2．样园法（RoundQuadrat）5
3．重要值计算（ImportantValue）6
第二部分群落结构的调查8
一、最小面积调查（MinimumArea）8
1．植物群落的取样方法（SamplingMethodofCommunity）8
2.一些群落类型的最小面积9
二、多样性指数调查（BiodiversityIndex）10
1．Simpson多样性指数10
2．Shannon-Weaver多样性指数10
3．均匀性指数（Evenness）11
4．多样性指数计算和分析（CalculationofBiodiversities）11
三、种群空间分布格局12
1．外业调查（FieldWork）12
2．种群空间分布格局计算（CalculationofSpacePattern）13
3．举例13
第三部分群落类型的调查15
一、群落类型调查方法15
1．群落类型的线路调查（PreliminarySurveyofCommunityType）15
二、群落类型的标准地调查17
1．标准地调查项目（ItemsofStandardPlot）18
2．标准地调查方法（MethodofStandardPlatInventory）18
三、群落相似系数和特征种调查20
1．种的确限度（LimitedPresentation）20
2．群落相似系数（SimilarityofCommunity）21
第四部分群落外貌与动态的调查22
一、群落的外貌调查22
1．生活性调查（LifeForm）22
2．生活性谱（Spectrum）23
3.生长型（growthform）23
4.层片（synusia）23
5.成层现象（VerticalDistribution）24
二、群落的动态调查（DynamicsofCommunity）24
1．年龄结构（AgeStructure）24
2．森林更新、演替趋势调查（RegenerationandSuccession）25
3．郁闭度调查（Closeness）25
第五部分森林土壤剖面的调查方法26
一、观察地点的选择和挖掘26
1．地点选择26
2．剖面的挖掘26
二、土壤剖面的观察与记载26
1．观察点基本情况记载27
2．土壤剖面形态记载28
四、土壤标本和分析样品的采集30
1．采集土盒标本30
2．采集分析样品分析样品30
第六部分实习报告或者研究论文36
一、小组实习报告36
1．目的36
2．提纲36
二、个人实习报告或者论文37
1．选论文题目37
2．提纲37
3．报告或者论文的要求38
附录实习工具、物品清单39
第一部分种群数量和结构调查
（InventoryofPopulationSizeandStructure）
通常来说生态学的研究方法有三类：
分别是观察、试验和模拟。
第一种方法就是观察和记录自然环境下的有机体状况，有时也叫做野外观测，这里面的野外二字不一定要理解成是开阔的田间，或者林地，而应该理解成是对有机体自然状况的纪录：
第二种方法就是在野外做试验，找出有机体对周围环境变化的反映：
第三种方法是把有机体放到人工控制的环境下，或者实验室的条件下。
对于生态学研究来说，可能单独任何一种方法都是不全面的，常常需要几种方法同时应用，才能得出比较理想的结果。
我们对于实习中所作的调查研究有如下要求，首先需要针对不同的目的设计不同的方法；调查的样地类型要有代表性，样方的大小满足群落和物种特性的要求；每种方法调查的数据都应该具有可重复性；结果都应该可以进行统计检验；数据分析符合统计要求，比如一片林地100株，其中一株大母树胸径2米，其余小树都不过10公分；还有另外一片100株都是12公分，怎么看他们的平均胸径？
所以，调查的数据能够满足统计分析的要求十分重要。
我们在下面要介绍几种生态学研究常用的方法，也是比较经典的方法，从对简单的对一个点的调查开始，逐渐介绍通过线和面的调查来取定种群的数量或者群落的组成。
调查的时候根据需要，可以采取样地调查，也可以采取无样地调查。
有调查工具的时候我们尽量使用，如皮尺、罗盘、海拔仪等，但是如果条件不允许，我们手头儿没有任何仪器的情况下，通过本次地实习也能了解一些使用的方法。
一、点法
该方法就是用一个个的调查点来确定群落中物种的盖度或者组成。
对于一些没有明显主干的森林群落或者丛生的草本和灌木群落，要调查它们的密度时需要采取点法，通过调查每一类植物的相对数量，从而达到了解盖度、频度和种类成分的目的。
1．覆盖度（Coverage）
覆盖度的具体调查方法是：
准备一根竹扦或者铁钎（通称钎子），钎子的直径越细越好，理论上应改没有直径。
调查时在群落内随机确定一个起始点，随机或者每隔一定距离把钎子垂直插入土壤，然后查数碰到钎子上的植物叶片或者灌木的枝茎的数量，重复调查多个样点，然后按着下面的公式具体计算覆盖度。
植物A的覆盖度（%）为：
100钎子碰到植物A（至少一次）的次数/钎子碰到所有植物的总数。
2．频度（Frequency）
频度的调查方法与覆盖度相似，不同之处只是在查数碰到钎子上的植物叶片或者灌木的枝茎时，同种植物只要是碰到钎子上，在一个样点上无论有多少个碰上了钎子都只算一次，重复调查多个样点的数量，然后按着下面的公式具体计算频度。
植物A的频度（%）为：
100钎子碰到植物A的次数
-----------------------------------------
所有样点的总数。
二、距离法
（DistanceMethodorPlotlessMethod）
距离法也叫线法，是沿着一条固定的线路，调查各种群落参数，如某种林木的优势度，树高，株树等。
在人们的长期野外调查中，总结出很多方便实用的以距离为基础的调查方法，这就是距离法。
就是用各种线路和长度来确定植物间的距离和组成成分，它比点法更精缺，尤其是距离的测量，可以根据不同的目的，量测不同的指标，下面介绍几种距离法的调查方法。
1.最近个体法（NearestIndividualMethod）
在群落内首先确定随机点，并以每一个随机点为中心，记录距离该随机点最近一株植物树的距离（林木还可以记录胸径和树高）。
注意每一个随机点只测定一株植物，所有植物或者树木的所有距离加和平均，得出平均距离，那么每公顷的密度就如下公式：
10000
密度（株/hm2）=——————————————
2（平均距离，单位是米）2
其中2是参数。
点线距离
-O随机点
最近个体P
最近个体法
P
点线距离P
最近个体P
P
点-四分法
P
二树间距离
-O
P
最近邻居法
P二树间距离
P
随机对法
2.最近邻居法（NearestNeighborMethod）
首先确定随机点和离随机点最近的植物，然后找到距离这个植物最临近的另外一株植物，量测这2株植物的距离，密度计算方法与上述相同，只是参数不是2，而是1.67。
3.随机对法（RandomPairsMethod）
此法也要求在抽样地段内布设若干随机点，在每个点附近找到最靠近于该点的植株，即为第一株树，将点与第一株树连成一条直线，再通过随机点做一条该连线的垂线，然后在垂线与第一株树相反的方向上找到距离第一株树最近的第二株树。
记载该两株树的树种，树高，生长状况，覆盖面积以及两株树间的距离。
密度计算方法同上，不过就是参数改称0.8。
4.点四分方法（Point-CenteredQuarterMethod）
在欲调查的群落中布置若干随机点，并加以标记，这些点可随机布置在整个群落中或采取机械布点的办法。
用罗盘仪把围绕各个点的面积分为四个等分或四个象限，于四个象限内找到离中心随机点（也称象限点）最近的个体，记载该个体的树种、胸高直径和点树间的距离。
每个象限只测一株，因而每个样点共测4株。
10000
密度（株/hm2）=-———————————————
（平均距离，单位是平方米）2
其中参数是1。
外业调查时，在所要调查的林分中，每隔5-10米机械布点。
在每个点上划分为四个象限，在每个象限中找距点最近的一颗树，记载树种名称，测定点树距离、胸径、树高，共计测定30个点，记入点—四分法调查记录表。
三、样方（Quadrat）和样圆法（RoundQuadrat）
该法也称为面法，就是在有一定大小的面积上来量测个体数量，从而确定某一物种在群落中的密度或者组成。
为方便起见一般利用正方形、矩形或者圆形等容易计算面积的形状进行调查，不过针对不同的调查对象样方和样圆法的作用不一样。
1.样方法（Quadrat）
该法分为连续样方法和间断样方法，连续样方法就是沿着一定的方向，确定一定的宽度，然后以宽度为边长，在每一个正方形样方内，连续量测或者纪录。
至于调查时记录的内容根据需要确定，比方说可以记录物种，数量，生长状况等等。
间断样方法就是隔一个固定的距离打一个样方，然后两侧或者记录。
该方法十分简单，所以常常同其它方法同时使用。
2．样园法（RoundQuadrat）
（1）外业调查（FieldWork）
准备一根长1.5m的竹杆或者木杆，在木杆的0.1,0.2,0.3,0.5,0.7,1.0m处分别刻上标记，在调查地点，向随机设置的方向投掷木杆，木杆落地后，0.0m处即为样园的中心，将园心周围高度比到圆心距离大的那些幼树分别高度级记录在调查表中，树高小于到圆心距离的幼树不纪录，正好相等者记半株。
（2）内业计算（Calculate）
请看下图：
从图中可以看出，当锥面与地面成45°倾角时，样园半径R与树高H相等，表明样园大小随树高而变化，因此样园面积S为:
S=πR2=πH2，如果在m个样园中有n1株H1高的幼树，则每个样园有H1高的幼树应为n1/m，那么每公顷有H1高的有树为N1
10000n110000n1
N1=——————=——————
SmπmH2
无边界样园方法调查表
样园
树高级（m）
1
0.1
0.2
0.3
0.5
0.7
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
4.0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
栎树
1
1
1
3
6
6
11
8
11
4
4
杨树
2
2
2
2
1
计算结果：
栎树有幼树每公顷55927株，杨树1200株。
3．重要值计算（ImportantValue）
重要值是说明一个物种在群落中的重要程度的参数，它由三个指标组成：
相对密度、相对频度和相对优势度。
优势度表示某一种在群落中的下列性质：
1地上部分所覆盖的面积-郁闭度；
2地上部分所占的体积-树种组成（如用断面积表示）；
3地上部分的重量-生物量。
测量方法：
量测某种树冠的投影面积占全林总面积比例；另一种方法是量测某种的胸茎（地茎）总面积占全林所有树木胸茎（地茎）的总面积。
频度是某种植物在群落中分布均匀程度称为频度。
用测绳或皮尺在群落中设置若干条平行线，在线上间隔3-5米等距设置25个样方，调查灌木样方面积2米×2米，草本样方面积1米×1米。
记载每种植物的名称（不能确定名称的采集标本）、株数、平均高度、生长状况、分布状况等，记入表格，这类表格包括下木（灌木、幼树、藤本）调查记载表和活地被物（草本、小灌木）调查记载表。
设样方为i（i=1,2,…,25），每个样方出现的植物种为j（j=1,2,…,m），下木（灌木、幼树、藤本）重要值计算表和草本植物重要值计算表》中的数值分别由下式计算：
（1）
（2）样方面积和=4×25=100
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
第二部分群落结构的调查
（InventoryofCommunityStructure）
一、最小面积调查（MinimumArea）
1．植物群落的取样方法（SamplingMethodofCommunity）
在做群落结构调查之前，通常是先做一个最小面积的调查，也就是说研究一下这个地区，能够反映群落基本特征的样方面积至少应该多大合适。
我们把能够反映群落基本特征，包含群落绝大多数物种的最小样方面积称作最小面积或者叫做表现面积。
这个表现面积的调查方法是采取逐渐增减面积了解物种变化规律的方法，具体如下图所示：
1
2
4
6
3
5
7
通过成倍增加样方的面积，记载新种的数量来确定，具体见下表：
2.一些群落类型的最小面积
（MinimumAreasofSomeCommunities）
类型
最小面积（m2）
热带雨林
1000-50 000
温带森林：
乔木层
林下植被
200-500
50-200
温带干草原
50-100
石楠灌丛
10-25
湿地
5-10
苔藓和地衣群落
0.1-4
二、多样性指数调查（BiodiversityIndex）
关于生物多样性指数的调查方法与前面介绍的密度调查方法相似，因此，这里只介绍统计和计算方法。
1．Simpson多样性指数
从一个无限总体中随机抽出2个，它们属于同一个种的概率：
设种的总数是S,第1个种有n1个个体，第2个种有n2个个体，…所有s中的总数是N,所以，N=n1+n2+..ns.假设这个概率为λ，则：
i=1sni（ni-1）
λ=------------------
N（N-1）
式中λ是总体优势度的度量，λ值大总体中有的种占优势，λ值小则说明总体中的每个种个体数比较均匀。
由于优势度多样性互补，可以认为，如λ值小则群落有较大的多样性；如λ值较大则群落种类成分单一。
群落的多样性与优势度是互补的。
即：
Ds=1-λ=1-i=1sni（ni-1）/N（N-1），Ds为群落的多样性指数。
2．Shannon-Weaver多样性指数
通常测量异质性最常用的是信息理论，在信息论中信息被定义为：
I=ln（Po/Pi），式中：
Po代表后验概率；Pi代表先验概率。
后验概率是事件发生以后的不肯定程度，一般Po为1，故上式为：
I=ln（1/Pi）=-lnPi。
如果在某一段时间内，我们获得S条信息，那么我们获得的平均信息量由数学期望的定义为：
H=∑i=1sPiIi，Pi是种i的先验概率，Ii是第i条信息，将I=lnPi代入上式有：
H=∑i=1sPilnPi，这就是生态学著名的Shannon公式，它的基本思想是把群落内与每个生物个体作为总的信息单元。
3．均匀性指数（Evenness）
无论Simpson多样性指数还是Shannon多样性指数都包括两个成分，一是丰富度：
指群落中包含的物种数（S）；另一是均匀度：
指每个种个体数间的差异。
前面这两个多样性指数是丰富度和均匀度的综合指标，与二者的增加与减少正相关。
各种之间，个体分配越均匀，H值越大。
如果每个体都属于不同的种，多样性指数就最大；如果所有个体均属同一物种，多样性就最小。
实践上群落丰富度的计测就是用群落种数S表示，均匀度用实测多样性与最大多样性之比表示。
如Shannon多样性指数为:
H=-Σi=1s（ni/N）ln（ni/N），假定它的多样性H是确定的，S个种的总体中，当所有种都以相同比例1/S存在时，将有最大的多样性,因此，Hmax=-Σi=1s（1/S）ln（1/S）=lnS，于是群落的均匀度为：
E=H/Hmax=H/lnS，其中E为均匀性指数.。
4．多样性指数计算和分析（CalculationofBiodiversities）
分别计算乔木层、灌木层、草本层的多样性指数，并利用三个组的资料进行比较分析。
在调查资料中分别植物种统计株数、重要值，计算每个种出现的株数概率和重要值概率记入种的株数多样性统计计算表和种的重要值多样性统计计算表。
下面试对上述这些公式的总结。
①辛普森多样性指数（Simpson’sdiversityindex）
多样性指数
最大多样性指数
均匀度
②香农-威纳指数（Shannon-Weinerindex）
信息量
最大信息量
最小信息量
均匀度
有了多样性指数，当我们作生物多样性分析的时候，应该注意：
（1）生物多样性的组成成分；
（2）组合方式或者分布规律；（3）功能和过程特征。
生物多样性的规模和等级格式列于下表：
遗传多样性
Geneticdiversity
物种（分类）多样性
Taxonomicdiversity
生态多样性
Ecologicaldiversity
种群
集合种群
生物个体
组织
器官
细胞
等位基因
分子
界
门
纲
目
科
属
种
亚种
生物圈
生物群落
景观
生态系统
生态位
生活型
生态型
食物链
三、种群空间分布格局
（SpacePatternofPopulation）
1．外业调查（FieldWork）
（1）随机或机械设置样方，调查的样方数量至少500个以上；
（2）样方的大小随植物的大小而定，此次调查可以参考通常做法，一般情况下：
乔木55m；灌木22m；草本和种子11m；
（3）纪录每样方每个物种的个体数量；
（4）根据波松分布规律进行数据统计，分析分布格局类型。
2．种群空间分布格局计算（CalculationofSpacePattern）
分别植物种统计在每个样方中的株数，记入种群空间格局统计表，并用下式计算，得出每个植物种的分布格局。
平均株数
方差
方差均值比
当
时种群服从泊松分布（随机分布）；
当
时为均匀分布；
当
时为聚集分布。
3．举例
不同分类水平和不同地理区域的北半球湿润温带森林树种多样性
SummaryofMoistTemperateForestTreesintheNorthernHemispherebyTaxonomicLevelandGeographicRegion
分类水平
Taxonomiclevel
北、中和东欧Northern,central&EastEurope
东亚和中亚East-CentralAsia
太平洋和北美山地PacificslopeofNorthAmerica
北美东部EasternNorthAmerica
北半球合计NorthernHemisphere
（Total）
亚纲（Subclasses）
目（Orders）
科Families
属（Genera）
种（Species）
5
16
21
43
124
9
37
67
177
729
6
14
19
37
68
9
26
46
90
253
10
39
74
213
1166
第三部分群落类型的调查
（CommunityTypeInventory）
一、群落类型调查方法
（InventoryoftheCommunityType）
1．群落类型的线路调查（PreliminarySurveyofCommunityType）
（1）调查前的准备（Preparation）
（1）访问和了解调查地区植被和自然情况；
（2）踏查；
（3）收集资料；
（4）选择调查线路，要求从山脚到山顶；
（5）在选定的线路上逐段设点进行调查，段内的典型调查地点称为调查小区，无面积限制，也不设标准地，原则是目测。
（2）外业调查（FieldWork）
（1）线路记载
用海拔仪测定海拔高度，步速器测定距离，手罗盘测定方位。
起点为0号转折点，每逢拐点编号，测定海拔高度、距离和方位，记入森林类型线路记录表。
（2）林木调查
每到达一个森林类型，要记载该类型所处的林班和小班；按调查顺序为标准地编号，并记录到达最近调查线路上拐点的方位和距离；测定标准地的海拔、坡向、坡度和坡位；记载林型的名称和土壤类型。
然后，利用角规进行林木调查。
在调查地段的中间选择一个角规的中心，用角规环绕一周依次测定每一株树木的名称、胸径、树高、角规值（角规的豁口取1cm），记入森林类型线路调查记录表。
利用生长锥测定平均木的年龄（人工林可根据造林的年代确定），测定郁闭度。
在内业时计算各树种和林分的平均胸径（D1.3）、平均树高（H），以及每公顷的胸高断面积（G/ha）、株数（N/ha）和蓄积量（M/ha）。
根据断面积或蓄积量确定林木组成式。
（3）幼树、下木、活地被调查
幼树（1.5米以下的乔木树种）、下木（灌木）、活地被（草本植物）调查按项目记入下木（灌木、幼树）调查记载表和活地被物（草本、小灌木）调查记载表。
记载方法如下：
总体情况：
标准地（样地）号、总盖度、平均高、成层现象、分布状况等。
填表：
①植物名称：
对于植物名称不确定的种类，采集标本，栓上标签，写明样地号及标本编号；
②层次：
分别目测整个样地内的下木（灌木）和活地被（草本）是否分层，由地表向上分别为第一层、第二层、………，用罗马字母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、………表示；
③覆盖多度等级：
一般用德鲁捷标准，本次我们用覆盖度，即枝叶覆盖地面的百分比；
④平均高度：
距地面的高度；
⑤生长状况：
良、中、差；
⑥分布状况：
均匀、随机（散生）、群团（丛生）；
（4）层外植物调查
层外植物（藤本植物）记载种类名称、盖度（%）、高度（cm）、生长方式（攀缘、附生、寄生）、分布状况（均匀、随机、群团）记入《表5层外
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