生态学野外调查方法与数据处理简介

生态学野外调查方法与数据处理简介一生态学野外调查方法野外调查是生态学，特别是植物群落生态学研究的基本方法。由于植物群落生态研究地域性很强，不同的国家和地区形成了不同的研究传统，从而形成了植物群落学研究的学派——法瑞学派、苏联学派、英美学派。现在影响依然很大的当属法瑞学派和英美学派。本部分主要介绍英美学派和法瑞学派在植物群落学研究中的一些主要方法，其中所介绍的方法主要根据金振洲教授的《地植物学实习手册》（1992）编写而成。其方法既突出英美地植物学派的方法，也重视法瑞地植物学派的传统方法，并强调在实际工作中二者共同结合使用。使用本方法者，需要有一定的植被生态学基础，宜通过野外和室内训练并亲自操作实践，才能较好的掌握。植被调查的准备工作1背景资料准备（1）调查研究之初必须明确目的、要求、对象、范围、深度、工作时间、参加的人数，所采用的方法及预期所获的成果；（2）对调查研究地和对象的前人研究工作要尽可能的收集资料，加以熟悉，甚至是一些片段的、不完全的资料也好，有旅行家札记、县志、地区名录等等都可以收集。（3）对相关学科的资料也要收集，如地区的气象资料、地质资料、土壤资料、地貌水文资料、林业、畜牧业以及社会、民族情况等。2野外调查设备的准备海拔表、地质罗盘、GPS,大比尺地形图、望远镜、照相机、测绳、钢卷尺、植物标本夹、枝剪、手铲、小刀、植物采集记录本、标签、样方记录用的一套表格纸，方格绘图纸、土壤剖面的简易用品等等。如果有野外考察汽车、野外充气尼龙帐篷及简易餐具则更好。3.调查记录表格的准备（1）野外植被（森林、灌丛、草地等等）调查的样地（样方）记录总表该总表是根据法瑞学派的方法而设计的，也可用于英美学派。目的在于对所调查的群落生境和群落特点有一个总的记录。总表见表1-1。（2）法瑞学派的野外样地记录分表只有一个格式的表，对于样地中的乔木层、乔木亚层、灌木层、草木层、藤木和附生等均通用。既通用于各类森林群落，也通用于灌丛和草地以及水生植物群落等。表的格式见表1-2。（3）英美学派森林群落野外样方调查表（分表）因为英美学派对森林的不同层次有不同调查项目和不同的样方面积，故可分乔木层、灌木层、草本层等不同的表格，见表1-3、表1-4、表1-5。选样原则1.一般原则（1）一般了解，重点深入，并设点对照。（2）大处着眼，小处着手；动态着眼，静态着手；全面着眼，典型着手。（3）三个一致性：外貌结构一致性，种类成分一致性，生境特点一致性。（4）6个特征要接近：①种类成分要接近；②结构形态要接近；③外貌季相要接近；④生态特征要接近；⑤群落环境要接近；表1-1植物群落野外样地记录总表群落名称野外编号记录者日期室内编号样地面积地点海拔高度坡向坡度群落高总盖度主要层优势种群落外貌特点小地形及样地周围环境分层及各层特点层高度层盖度层高度层盖度层高度层盖度层高度层盖度层高度层盖度突出的生态现象地被物情况此群落还分布于何处人为影响方式和程度群落动态表1-2植物群落野外样地记录表（表头设计）群落名称样地面积野外编号第页层次名称层高度层盖度调查时间记录者编号多优度—群集度植物名称高度（m）粗度（cm）物候期生活力生活型附记一般最高一般最大表1-3乔木层野外样方调查表（表头设计）群落名称样地面积野外编号第页层次名称层高度层盖度调查时间记录者编号植物名称高度株数盖度物侯期生活力附记表1-4灌木层野外样方调查表群落名称样地面积野外编号第页层次名称层高度层盖度调查时间记录者编号植物名称高度（m）冠径（m）丛径（m）株丛数盖度（%）物候期生活力附记一般最高一般最大一般最大表1-5草木层野外样方调查表群落名称样地面积野外编号第页层次名称层高度层盖度调查时间记录者编号植物名称花序高（m）叶层高（cm）冠径（cm）丛径（cm）株丛数盖度（%）物候期生活力附记一般最高一般最高一般最高一般最高⑥外界条件要接近。2.法瑞学派选样特点一般采用典型选择原则。即在每一个群丛中个体内选一个典型的、一致性的群落地段作为样地。一般对一个植被类型要选择10个左右的样地，多几个更好。每一个群丛个体、不管面积大小，通常只选一个样地。如图1—1所示。法瑞学派的选样，即使是主观的典型选样，每个群丛个体只选一个样地，实际上这也带有随机的客观性。3.英美学派选样特点一般有3种：（1）典型选样：即按主观的要求选样。（2）定距或系统选样：按一定距离或一定方式选样。（3）随机选样：任意的、不规则的选样。这一学派常常在一片群落地段上系统或随机选样，如图1-2所示。（一片类型上近似的林地或草地）图1-1.法瑞学派选样特点图1—2.英美学派选样特点取样方法1.种—面积曲线的编绘样方调查是野外生态学最常用的研究手段。要进行样方调查，首先要确定样方面积。样方面积一般应不小于群落的最小面积。所谓最小面积，就是最少有这样大的空间，才能包含组成群落的大多数植物种类。最小面积通常是根据种—面积曲线的绘制来确定的。（1）一般说明在拟研究群落中选择植物生长比较均匀的地方，用绳子圈定一块小的面积。对于草本群落，最初的面积为10×10cm，对于森林群落则至少为5×5m。登记这一面积中所有植物的种类。然后，按照一定的顺序成倍扩大，每扩大一次，就登记新增加的植物种类。开始，植物种类数随着面积扩大而迅速增加，逐步面积增加但数目降低，最后面积扩大时植物种类很少增加。（2）样方面积扩大的方式关于面积的扩大，法国的生态学工作者提出巢式样方法。即在研究草本植被类型的植物种类特征时，所用样方面积最初为1/64平方米，之后依次为1/2,1,2,4,8,16,32,64,128,256,512平方米，依次记录相应面积中物种的数量。把含样地总种数84%的面积作为群落最小面积。针对不同的群落类型，巢式样方起始面积和面积扩大的级数有所不同，但可参考如表1-6的形式进行设计。表1-6巢式样方记录表1256910（调查顺序）3478顺序面积m2种类11/6421/3231/1641/851/461/2718294108111612321364141281525616……将以上获得的结果，在坐标纸以面积为横坐标、种类数目为纵坐标作图，可以获得群落的最小面积。（3）群落类型与最小面积一般环境条件越优越，群落的结构越复杂，组成群落的植物种类就越多，相应地最小面积就越大。如在我国西双版纳热带雨林群落，最小面积至少为2500平方米，其中包含的主要高等植物多达130种，而在东北小兴安岭红松林群落中，最小面积约400平方米，包含的主要高等植物有40余种，在戈壁草原，最小面积只要1平方米左右，包含的主要高等植物可能在10种以内。2.样方法样方，即方形样地，是面积取样中最常用的形式，也是植被调查中使用最普遍的一种取样技术。但其它形式的样地也同样有效，有时效率更高，如样圆。样方的大小、形状和数目，主要取决于所研究群落的性质、采用的学术思路（如英美学派还是法瑞学派）。一般地，群落越复杂，样方面积越大，形状也多以方形为多，取样的数目一般也不少于3个。取样数目越多，取样误差越小。野外做样方调查时，如果样方面积较大，多用样绳围起样方；如果样方面积较小，可用多个1米的硬木条折叠尺，经固定摆放围起即可。因工作性质不同，样方的种类很多：（1）记名样方主要是用来计算一定面积中植物的多度、个体数或茎蘖数。比较一定面积中各种植物的多少，就是精确地测定多度。（2）面积样方主要是测定群落所占生境面积的大小，或者各种植物所占整个群落面积的大小。这主要用在比较稀疏的群落里。一般是按照比例把样方中植物分类标记到坐标纸上，然后再用求积仪计算。有时根据需要，分别测定整个样方中全部植物所占的面积（面积样方），以及植物基部所占的面积（基面样方）。这些在认识群落的盖度、显著度中是不可缺少的。（3）重量样方主要是测定一定面积样方内群落的生物量。将样方中地上或地下部分进行收获称重，研究其中各类植物的地下或地上生物量。对于草本植物群落，该方法是适用的；对于森林群落，多采用体积测定法。（4）永久样方为了进行追踪研究，可以将样方外围明显的标记进行固定，从而便于以后再在该样方中进行调查。一般多采用较大的铁片或铁柱在样方的左上方和右下方打进土中深层位置，以防位置移动。3.样带法为了研究环境变化较大的地方，以长方形作为样地面积，而且每个样地面积固定，宽度固定，几个样地按照一定的走向连接起来，就形成了样带。样带的宽度在不同群落中是不同的，在草原地区10—20厘米左右，灌木林1-5米左右，森林10-30米。有时，在一个环境异质性比较突出、群落也比较复杂多变的群落调查时，为了提高研究效率，可以沿一个方向、中间间隔一定的距离布设若干平行的样带，再在与此相垂直的方向，同样布设若干平行样带。在样带纵横交叉的地方设立样方，并进行深入地调查分析。4.样线法用一条绳索系于所要调查的群落中，调查在绳索一边或两边的植物种类和个体数。样线法获得的数据在计算群落数量特征时，有其特有的计算方法。它往往根据被样线所截的植物个体数目、面积等进行估算。5.无样地取样法无样地法是不设立样方，而是建立中心轴线，标定距离，进行定点随机抽样。无样地法有很多具体的方法，比较常用的是中点象限法。在一片森林地上设若干定距垂直线（借助地质罗盘用测绳拉好）。在此垂直线上定距（比如15米或30米）设点。各点再设短平行线形成四分之象限，见图1—3。———————平行底线图1—3无样地取样法中的中点象限法在各象限范围测一株距中心点最近的，胸径大于11.5厘米的乔木，要记下此树的植物学名，量其胸径或圆周，用皮尺测量此树到中心点的距离。同时在此象限内再测一株距中心点最近的幼树（胸径2.5-11.5厘米），同样量胸径或圆周，量此幼树到中心的距离。有时不测幼树，每个中心点都要作4个象限，在中心点（或其附近）选作一个1m2或4m2的小样方，记录小样方内灌木、草木及幼苗的种名、数量及高度。在我国亚热带常绿阔叶林及其次生林中采用这个方法，据说20个中心点的数据可以与2个500m2样方的精确度相当。同样该方法也可用于草地群落，只是相关的距离要根据实际情况进行调整。群落特征的描述和度量1.多优度—群聚度的估测及其准则多优度和群聚度相结合的打分法和记分法是法瑞学派的传统的野外工作方法。它是一种主观观测的方法，要有一定的野外经验，这一方法与重视植物种类成相结合构成了这一学派的特色。有两个等级，即多优度等级和群聚度等级，准则如下：多优度等级（即盖度—多度级，共6级，以盖度为主结合多度）：5：样地内某种植物的盖度在75%以上者（即3/4以上者）4：样地内某种植物的盖度在50~75%以上者（即1/2~3/4）；3：样地内某种植物的盖度在25~50%者（即1/4~1/2者）；2：样地内某种植物的盖度在5~25%者（即1/20~1/4者）；1：样地内某种植物的盖度在5%以下，或数量尚多者；+：样地内某种植物的盖度很少，数量也少，或单株群聚度等级（5级，聚生状况与盖度相结合）5：集成大片，背景化；4：小群或大块；3：小片或小块：2：小丛或小簇：1：个别散生或单生。因为群聚度等级也有盖度的概念，故在中、高级的等级中，多优度与群聚度常常是一致的，故常出现5.5，4.4，3.3等记号情况，当然也有4.5，3.4等情况，中级以下因个体数量和盖度常有差异，故常出现2.1，2.2，2.3，1.1，1.2，+，+.1，+.2的记号情况。2.物候期的记录这是全年连续定时观察的指标，群落物候反映季相和外貌，故在一次性调查之中记录群落中个种植物的物候期仍有意义。在草本群落调查中，则更显得重要。物候期的划分和记录方法各种各样，有分五个物候期的，如营养期、花蕾期、开花期、结实期、休眠期。我们经过多年实践，发现以分为以下6个物候期记录为好：1.营养期：——或者不记；2.花蕾期或抽穗期：∨；3.开花期或孢子期：O（可再分：初花כ；盛花O：末花C）4.结果期或结实期：+（可再分：初果┴；盛果+；末果┬）5.落果期、落叶期或枯黄期：﹌﹌（常绿落果﹌﹌）6.休眠期或枯死期：∧（一年生枯死者可记X）如果某植物同时处于花蕾期、开花期、结实期，则选取一定面