群落生态学-野外植物群落取样和调查和方法

野外植物群落取样和调查方法邵小明目录取样（sampling）植物群落特征描述植被的环境特征一、取样1、基本原理在群落调查时，由于人力、物力和时间的限制，一般只能抽取其中的一部分作为样本来获取数据并进行分析，进而推断群落总体的特征，这个过程称为取样。为了既保证取样研究的结果能够反映群落总体的特征，又使取样所花费的人力，物力和时间尽可能少，选择合适的取样方法是至关重要的。取样2、取样方法1主观取样：依据主观判断人为地选择取样地段优点：简便迅速、省时省力。缺点：(1)主观和随机性强；(2)无法确定取样数目、面积、取样位置的合理性和预测可靠性程度。适用范围：仅适用于大范围描述性路线调查2客观取样：依据样地被抽取的客观概率进行取样，又叫概率取样法，适用于绝大多数群落调查优点：客观、科学，可靠性强。缺点：(1)需事先确定每个样地被抽取的概率；(2)需事先确定取样数目、面积和取样位置等。总体(容量)：要调查群落或植被总体的（个体数）样本(容量)：某次取样的（个体数）个体：样本和总体中单个独立的最小单位3客观取样的分类1）随机取样（randomsampling）2）系统取样（systematicsampling）也叫规则取样（regularsampling）3）限定随机取样（strainedrandomsampling），也叫做系统-随机取样（systematic-randomsampling）4）分层取样（stratifiedsampling）5）集群取样（clustersampling）6）环境因子取样（samplingforenvironment）1）随机取样定义：设一个总体的个体数为N（有限性），若通过逐个不放回抽取的方法从中抽取n（n≤N）个个体作为样本，且每个体被抽到的机会相等的抽样方法。适用范围：总体容量小，样本容量也小，对总体中的个体分布样式无要求。2）系统取样定义：当总体的个体数较多时，这时先根据一定规则将总体分成均衡的部分，然后按照预先定出的规则，从每一部分中抽取1个个体，得到所需要样本的取样方法。特点：先根据一定规则对总体样本分类，后再根据一定规则在每类样本中取样。适用范围：总体容量大，样本容量也大，总体中的个体分布式样随机排列或连续渐变排列。•五点取样法和等距取样法均是系统取样3）系统-随机取样定义：当总体的个体数较多时，这时将总体按一定规则分成均衡的部分，然后再随机从每一部分中抽取1个个体，得到所需要样本的取样方法。特点：均衡部分的划分和每部分内的取样一项随机，一项按规则。适用范围：总体容量大或者不能确定其大小，样本容量也较大，总体中的个体分布式样随机排列。•如右图表示，将研究地段规则地分成9个面积相等的小区，在每一个小区内随机地设置一个样方，xi和yi代表第个随机取样点的坐标。4）分层取样定义：当总体的个体数较多且个体分布成间断或聚集排列，这时可依自然的界线或生态学的标准将总体分为确定的层（类），然后从每一层中抽取若干个个体，得到所需要样本的取样方法。特点：总体中个体分布成间断或聚集排列，方法上是先分层（类），然后再根据每层个体数量与总体容量比例抽样。适用范围：总体容量大且可分为几个部分，每个部分个体间差异小且分布样式随机。•分层抽样流程5）集群取样是一种二水平取样，即首先随机选取样点，在每一个样点取一些样方（而不是1个样方），这在特殊调查（如森林群落不同植被层调查，动物群落大型脊椎动物和小型昆虫的联合调查等）中更有效。集群取样可有多种设计方案，根据所研究的对象的不同而有差异。如：假定一位调查者在一块面积大约为30km×50km的森林中用10m×10m的样方计数蕨类植物，因为森林面积大，需要较长的时间走到随机设的样方地点但是在每一样方中计数蕨类植物所需的时间较短。如果在每一个样方点取一些样方——比如可能计数一个40m×40m的网格中的每一个10m×10m样方，这样可能工作效率更高6）（依据）环境因子取样群落的分布与某些环境因子有关，比如海拔高度、坡度、坡向和小地形变化等。因此，该方法要先依某一环境因子设置环境梯度，沿环境梯度分层（类），后在每层中抽取若干个个体，得到所需要样本的取样方法。适用范围：总体中个体的分布样式与环境因子有关。3、取样单位和大小1取样单位（samplingunit）方形取样，即样方（quadrat），是最常用的是最小的样地取样单位（统计学中作为个体处理）。方形样方的周长与面积比较小，因而边际影响的误差较小。圆形样方（即样圆）的周长与面积比更小，但因其形状在实际操作中不方便，且在森林和灌丛中设置圆形样方困难，一般应用性不大。2样方的类型记名样方（listquadrat）：主要用来计算一定面积中植物的多度、个体数等等，比较一定面积中各种植物的多少，精确地测定每个物种的多度。重量样方（weightquadrat）：主要是测定一定面积样方内群落的生物量。将样方中地上和地下部分进行收获称重，研究其中种类植物的地下和地上生物量。该方法适应于草本植物群落，对于森林群落，多采用体积测定法。永久样方（permanentquadrat）：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。面积样方和基面积样方（basalareaquadrat）：主要是测定植物群落所占生境面积的大小及各种植物所占整个群落面积的大小。这主要是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）。图解样方（chartquadrat）：原理同面积样方，用于稍稠密的群落里。区别在于图形上物种及其所占面积不再是现实的投影面积，而是用符号及其大小和数量表示。•持续放牧下美国亚利桑那州草地群落的变化3最小样方面积的确定样方大小的确定，首先需要考虑群落的类型、优势种的生活型以及植被种类组成的均匀性等，一般应略大于群落最小面积即群落中大多数种类都能出现的最小样方面积。常由种-面积曲线来确定群落最小面积。常用的判断方法有3种：①将曲线由陡变缓的转折点所对应的样方面积视为最小群落面积；②由于转折点的位置与两个坐标轴刻度的比例大小有关，因此有学者提出应将样方面积扩大10%而种数不超过10%作为确定最小样方面积的标准，而当面积增加10%而种类仅增加5%时，可获得最小面积的较保守值；③将包含群落总种数某一百分比（如80%）的面积作为群落最小面积。样方面积的扩大最常用的是巢式样方法图2巢式样方法法国学者在研究草本植物群落时，所用样方面积最初为1/64m2,之后依次为1/32，1/16，1/8，1/4，1/2,1，2,4，8，16，32，64，128，256，512m2，依次记录相应面积中物种的数量。把含样地总和数84%的面积作为群落最小面积。不同群落类型最小面积经验值群落类型群落最小面积地衣群落0.1~0.4m2苔藓群落1~4m2沙丘草原1~10m2干草原1~25m2草甸1~50m2高草地5~50m2灌丛10~50m2温带森林200~500m2热带雨林500~4000m2最小样方面积与种群分布类型有关1样方数——平均数曲线法4、样方的数目2方差法•方差法是根据所研究的来决定取样数目，一般方差大，取样数目就要多；若方差小，取样数目则可以少。在随机分布的情况下，取样数目N与总体方差S2有如下关系：式中t是显著性水准值，比如在95%置信区间t=1.96（≈2）;L为研究允许误差，这是已知数，方差法要求取样不能少于30（Wratten和Fry1980），总体方差可以用前30个样方来估计。3面积比法•面积比法是在知道研究地段总面积的情况下，事先决定要选择研究面积的百分之几作为样地，比如说5%或10%的研究面积作为样地。这样在样方大小已经确定的情况下，样方数目便可算出来。比如我们研究地面积为10000㎡，样方大小为5×5㎡，要求抽取研究面积的5%作为样地，即样方总面积应为500㎡，则样方数为500/25=20。5、无样地取样无样地取样（plotlesssampling）主要用于森林群落的研究，它一般用于测定树种的密度，在样树选定之后，也可得到基面积、频度等数据。无样地取样主要是测两株树之间的平均距离，由距离可以得到每个树所占的平均面积，因而换算出密度值。无样地取样产生的原因是树木个体及所占面积大且形状不规则导致的。此时如设立样方，如样方面积过小，增大了取样测量的误差；如样方过大，工作量则太大。四种无样地取样方法A.最近个体法（Closestindividualmethod）（图(a)）距离定义为随机样点与最近一株个体间的距离B.最近邻体法（Nearstneighbormethod）（图(b)）距离定义为最近个体与距它最近的邻株之间的距离C.随机对法（Randompairsmethod）（图(c)）先通过随机样点划分界线，使得该线与最近个体和随机样点间的连线垂直。距离定义为最近个体与位于分界线另一侧最近一株间的距离D.中点四分法（Point—centredquartermethod）（图(d)）距离定义为随机样点与每一象限中最近一株间距离的平均值。对于一个样点要测定四个距离中点四分法被认为是较理想的方法，其原因为：•在每个样点可测得4个距离，减少总的取样点数•与实际最吻合，而其它三种方法一般都有偏差•其它方法的矫正系数分别为：最近个体法为2，最近邻体法为1.67，随机对法为0.86、方格调查法50m50m方格调查法特点A.将一个样地平分成多个小样方B.研究方法可繁可简C.既可研究群落面貌，也可分析微生境对群落的影响D.利于控制影响因子E.特别适用于物种多度或盖度不易测的群落F.特别适用于植物种群聚集分布的群落7、样条取样样条（transect）法是采用长方形的条带状样地（即样带，belttransect），或一条线（即样线，linetransect）来代表群落分布的调查方法。样条多用于环境变化性很大的地方，如两个群落的的交界处，或地形复杂，山上山下生境多变，再或土壤多变化的地方，以观察环境变化对于植物种类和密度的影响，造成种类分布不均匀或规则的逐渐过渡现象。样条法是系统取样和环境因子取样法的结合。50m5m•样带法和样线法讨论:请同学们运用三种不同的取样方法设计自己的群落学研究二、植物群落的数量特征1.多度（Abundance）2.密度（Density）:D=N/A其中：D为密度；N为样方内某种植物个体的全部数目；A指样方面积;Am=1/DAm表示每个植株所占的平均面积100全部植物的个体数目某种植物的个体数目相对密度几种常用的多度等级DrudgeClementsBraun-BlanquetSoc.极多Dominant优势D5非常多Cop3很多Abundant丰盛A4多Cop2多Frequent常见F3较多Cop1尚多Occasional偶见O2较少Sp.少Rare稀少r1少Sol.稀少Veryrare很少Vr+很少Un.个别3、距离•距离（Distance）指的是某种植物的两个植株之间的平均距离•密度和距离的平方存在一定的关系，建议用平均株距来估计密度，而省去采用样方的麻烦。主要用于林木调查•在测得数个样点后，我们可以得到平均株距：•平均株距=•得到平均株距后可以换算出每株所占的面积，因此可得到密度值。林木的成对数目全部株距之和4.盖度（Cover或Coverage）的测量盖度指生活植物及（或）其垂直投影在地面的覆盖程度（%），对木本和茎生或茎顶生叶草本植物，盖度用垂直投影投影法测量；对其它草本植物，盖度用生活植物地面覆盖法测量总盖度、层盖度和种盖度指一定样地面积内所有植物、分层植物和单个物种覆盖地面的百分率种盖度之和层盖度之和总盖度相对盖度、盖度比、冠幅（径）和基盖度相对盖度：群落中某一物种的分盖度所占所有分盖度之和的百分比盖度比：某一物种的盖度占盖度最大物种的的盖度的百分比基盖度：也叫真盖度，植物基部的覆盖面积，对于草原和基叶型矮灌植