森林生态系统生物野外观测规范与方法

第2篇野外观测规范与方法则353森林生态系统生物野外观测规范与方法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内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内的综合性观测。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内。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36阳陆地生态系统生物长期观测规范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。第2篇野外观测规范与方法则37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、北京站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38阳陆地生态系统生物长期观测规范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），并在一张坐标纸上标出。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级样方内，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（人第2篇野外观测规范与方法则39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）。1270846539276495381038591726040496381257902761834583425607915613407982798502416341382950766501739428a.（10×10拉丁方设计）40阳陆地生态系统生物长期观测规范123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100b.（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第2篇野外观测规范与方法则41102030102030404010201020303010201020303040101020203012345678910111213141516一个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（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123456（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12345678910111212345678942阳陆地生态系统生物长期观测规范○○2m×2m2mx2m○○○1mx1m○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内进行。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内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级样方内进行，在每一个被选择的Ⅱ级样方内设置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。10m10m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