植物生態(tài)學野外調(diào)查方法

附錄植物生態(tài)學野外調(diào)查方法野外調(diào)查是植物群落生態(tài)學研究的基本方法。下面介紹野外調(diào)查的內(nèi)容和方法，以方便學生查尋和參考。一野外調(diào)查設(shè)備的準備海拔儀、地質(zhì)羅盤、GPS、大比例尺地形圖、望遠鏡、照相機、測繩、鋼卷尺、植物標本夾、枝剪、手鏟、小刀、植物采集記錄本、標簽、供樣方記錄用的一套表格紙、制備土壤剖面用的簡易用品等。二調(diào)查記錄表格的準備1野外植被（森林、灌叢、草地等等）調(diào)查的樣地（樣方記錄總表）該總表是根據(jù)法瑞學派的方法而設(shè)計的，也可用于英美學派。目的在于對所調(diào)查的群落生境和群落特點有一個總的記錄，見表1。表1植物群落野外樣地記錄總表群落名稱野外編號記錄者日期室內(nèi)編號樣地面積地點海拔高度坡向坡度群落高總蓋度主要層優(yōu)勢種群落外貌特點小地形及樣地周圍環(huán)境分層及各層特點層高度層蓋度層高度層蓋度層高度層蓋度層高度層蓋度層高度層蓋度突出的生態(tài)現(xiàn)象地被物情況此群落還分布于何處人為影響方式與程度群落動態(tài)2法瑞學派的野外樣地記錄對于樣地中的喬木層、喬木亞層、灌木層、草本層、藤本和附生等均通用。即通用于各類森林群落，也通用于灌叢和草地以及水生植物群落等。見表2。表2植物群落野外樣地記錄表群落名稱面積野外編號第頁層次名稱層高度層蓋度調(diào)查時間記錄者編號植物名稱多優(yōu)度、群集度高度/m粗度/cm物候期生活力生活型附記一般最高一般最大3樣地記錄表因為英美學派對森林的不同層次有不同調(diào)查項目和不同的樣方面積，故可分喬木層、灌木層、草本層等不同的表格，見表3、表4、表5。表3喬木層野外樣方記錄表群落名稱面積野外編號第頁層次名稱層高度層蓋度調(diào)查時間記錄者編號植物名稱高度胸徑株數(shù)蓋度物候期生活力附記表4灌木層野外樣方記錄表群落名稱面積野外編號第頁層次名稱層高度層蓋度調(diào)查時間記錄者編號植物名稱高度/m冠徑/m叢徑/m株叢數(shù)蓋度/%物候期生活力附記一般最高一般最大一般最大表5草本層野外樣方記錄表群落名稱面積野外編號第頁層次名稱層高度層蓋度調(diào)查時間記錄者編號植物名稱花序高/m葉層高/cm冠徑/cm叢徑/cm株叢數(shù)蓋度/%物候期生活力附記一般最高一般最高一般最高一般最高三取樣方法1種面積曲線的繪制樣方調(diào)查是野外生態(tài)學最常用的研究手段。首先要確定樣方面積。樣方面積應一般不小于群落的最小面積。所謂最小面積，就是只有這樣大的空間，才能包涵組成群落的大多數(shù)植物種類。最小面積通常是根據(jù)種面積曲線來確定的。 樣方面積的確定在研究群落中選擇植物生長比較均勻的地方，用繩子圈定一塊小的面積。對于草本群落最初的面積為10cm10cm；對于森林群落則至少為5m5m。登記這一面積中所有植物的種類。開始，植物種類隨著面積的擴大而迅速增加，爾后隨著面積增加的種類數(shù)目降低，直到面積擴大時植物種類很少增加或不再增加。 樣方面積擴大的方式法國的生態(tài)學工作者提出巢式樣方法（圖1）。即在研究草本植被類型的植物種類特征時，所用樣方面積最初為1/64m2,之后依次為1/32，1/16，1/8，1/4，1/2,1，2,4，8，16，32，64，128，256，512m2，依次記錄相應面積中物種的數(shù)量。把含樣地總和數(shù)84%的面積作為群落最小面積。針對不同的群落類型，巢式樣方起始面積和面積擴大的級數(shù)有所不同，但可參考表6的形式進行設(shè)計。表6巢式樣方法記錄表順序面積/m2種類11/6421/3231/1641/851/461/27182941081116123213641412815256將以上獲得的結(jié)果，在坐標紙上以面積作為橫坐標、種類數(shù)目為縱坐標作圖，可以獲得群落的最小面積。 群落類型與最小面積一般環(huán)境條件越優(yōu)越，群落的結(jié)構(gòu)越復雜，組成群落的植物種類越多，相應地最小面積就越大。例如在我國西雙版納熱帶雨林群落，最小面積至少為2500m2，其中包括的主要高等植物高達130種；在東北小興安嶺紅松林群落中，最小面積約400m2,包含的主要高等植物有40余種；在荒漠草原，最小面積只要1m2左右，包含的主要高等植物可能在10種以內(nèi)。1234567圖1巢式樣方示意圖2樣方法樣方，即方形樣地，是面積取樣中最常見的形式，也是植被調(diào)查中使用最普遍的一種使用技術(shù)。當然，其它形式的樣地也同樣有效，有時甚至效率更高，如樣圓。樣方的大小、形狀和數(shù)目，主要取決于所研究群落的性質(zhì)，采用的學術(shù)思路（如英美學派和法瑞學派）。一般地，群落越復雜，樣方面積越大，取樣的數(shù)目一般不少于3個。取樣數(shù)目越多，取樣誤差越小。因工作性質(zhì)不同，樣方的種類很多，可以分為以下幾種：記名樣方：主要用來計算一定面積中植物的多度、個體數(shù)等等。比較一定面積中各種植物的多少，就是精確地測定多度。面積樣方：主要是測定植物群落所占生境面積的大小，或者各種植物所占整個群落面積的大小。這主要是用在比較稀疏的群落里。一般是按照比例把樣方中植物分類標記到坐標紙上，然后再用求積儀計算。有時根據(jù)需要，分別測定整個樣方中全部植物所占的面積（樣方面積），以及植物基部所占的面積（基面樣方）。這些在認識群落的蓋度、顯著度中是不同缺少的。重量樣方：主要是測定一定面積樣方內(nèi)群落的生物量。將樣方中地上和地下部分進行收獲稱重，研究其中種類植物的地下和地上生物量。該方法適應于草本植物群落，對于森林群落，多采用體積測定法。永久樣方：為了進行追蹤研究，可以將樣方外圍明顯的標記進行固定，從而便于以后再在該樣方中進行調(diào)查。一般多采用較大的鐵片或鐵柱在樣方的左上方和右下方打進土中深層位置，以防位置移動。3樣帶法為了研究環(huán)境變化較大的地方，以長方形作為樣地面積，而且每個樣地面積固定，寬度固定，幾個樣地按照一定的走向連接起來，就形成了樣帶。樣帶的寬度在不同的群落中是不同的，草原地區(qū)為1020cm左右，灌木林為15m左右，森林為1030m。有時，在調(diào)查一個環(huán)境異質(zhì)性比較突出，群落也比較復雜多變的群落時，為了提高研究效率，或以沿一個方向、中間間隔一定的距離布設(shè)若干平等的樣帶，再在與此相垂直的方向，同樣布設(shè)若干平等的樣帶。在樣帶縱橫交錯的地方設(shè)立樣方，并進行深入的調(diào)查分析。4樣線法用一條線繩置于所要調(diào)查的群落中，調(diào)查韁繩一邊或兩邊的植物種類和個體數(shù)。樣線法獲取的數(shù)據(jù)在計算群落數(shù)量特征時，有其特有的計算方法。它往往根據(jù)被樣線所截的植物個體數(shù)目、面積等進行估算。5無樣地取樣法無樣地法是不設(shè)立樣方，而是建立中心軸線，標定距離，進行定點隨機抽樣。無樣地法有很多方法，比較常見的是中點象限法。在一片森林地上設(shè)若干定距垂直線（借助地質(zhì)羅盤用測繩拉好）。在此垂直線上定距（比如15m或30m）設(shè)點。各點再設(shè)短平行線形成四個象限。在各象限范圍測1株距離中心點最近的，胸徑大于11.5cm的喬木，要記下此樹的植物學名，量其胸徑和圓周，用皮尺測量此樹到中心點的距離。同時在此象限內(nèi)再測1株距中心點最近的幼樹（胸徑2.511.5cm），同樣量胸徑和圓周，量此幼樹到中心點的距離。有時不測幼樹，每個中心點都要作4個象限，在中心點（或其附近）選作1個1m2或4m2的小樣方，記錄小樣方內(nèi)灌木、草本及幼苗的種名、數(shù)量及高度。在我國亞熱帶常綠闊葉林及其次生林中采用這個方法，20個中心點的數(shù)據(jù)中可以與2個500m2樣方的精確度相當。該方法也可用于草地群落，只是相關(guān)的距離是根據(jù)實際情況進行調(diào)整。四群落特征的描述與度量1多優(yōu)度群聚度的估測用其準則多優(yōu)度與群聚度相結(jié)合的打分法和記分法是法瑞學派傳統(tǒng)的野外工作方法。它是一種主觀觀測的方法，要有一定的野外經(jīng)驗。該法包括兩個等級，即多優(yōu)度等級和群聚度等級，具體內(nèi)容如下：多優(yōu)勢度等級（即蓋度多度級，共6級，以蓋度為主結(jié)合多度）5：樣地內(nèi)某種植物的蓋度在75%以上的（即3/4以上者）；4：樣地內(nèi)某種植物的蓋度在50%75%以上的（即1/23/4）；3：樣地內(nèi)某種植物的蓋度在25%50%以上的（即1/41/2）；2：樣地內(nèi)某種植物的蓋度在5%25%以上的（即3/201/4）；1：樣地內(nèi)某種植物的蓋度在5%以下，或數(shù)量尚多者；：樣地內(nèi)某種植物的蓋度很小，數(shù)量也少。單株群聚度等級（5級，聚生狀態(tài)與蓋度相結(jié)合）5：集成大片，背景化；4：小群或大塊；3：小片或小塊；2：小叢或小簇；1：個別散生或單生。因為群聚度等級也有蓋度的概念，在中、高級的等級中，多優(yōu)度與群聚度常常是一致的，故常出現(xiàn)5.5，4.4，3.3等記號情況，當然也有4.5，3.4等情況，中級以下因個體數(shù)量和蓋度常有差異，故常出現(xiàn)2.1，2.2，2.3，1.1，1.2，.1，.2的記號。2物候期的記錄這是全年連續(xù)定時觀測的指標，群落物候反映季相和外貌，故在一次性調(diào)查中記錄群落中各種植物的物候期仍有意義。在草本群落調(diào)查中，則更顯得重要。物候期的劃分和記錄方法各種各樣，有分5個物候期的，如營養(yǎng)期、花蕾期、開花期、結(jié)實期、休眠期。我們經(jīng)過多年實踐，發(fā)現(xiàn)分為6個物候期記錄為好： 養(yǎng)期：或者不記； 蕾期或抽穗期：V； 開花期或孢子期：O（可再分：初花；盛花O；末花）； 結(jié)果期與結(jié)實期：（可再分為初果；盛果；末果T）； 落果期、落葉期或枯黃期：（常綠落果）； 休眠期或枯死期：（一年生枯死者可記為X）。如果某植物同時處于花蕾期、開花期、結(jié)實期，則選取一定面積，估計其一物候期達到50%以上者記之，其它物候期記在括號中，例如開花期達50%以上者，則記O（V，）。3生活力的記錄生活力又稱生活強度或茂盛度。這也是全年連續(xù)定時記錄的指標。一次性調(diào)查中只記錄該種植物當時的生活力強弱，主要反映生態(tài)上的適應和競爭能力，不包括因物候原因生活力變化者。生活力一般分為3級：強（或盛）：（營養(yǎng)生長良好，繁殖能力強，在群落中生長勢良好）；中：不記（生活力中等或正常，即具有營養(yǎng)和繁殖能力，生長勢一般）；弱（或衰）：（營養(yǎng)生長不良，繁殖很差或不能繁殖，生長勢很不好）4Raunklaer生活型類別及識別準則（1）高位芽植物（Ph）：地上部分大于0.25m的植物，分大、中、小3類。大高位芽植物（Meg.Ph）。高30m以上的常綠大高位芽植物（E. Meg.Ph）；落葉大高位芽植物（D. Meg.Ph）中高位芽植物（Mes.Ph）。高7.530m的常綠中高位芽植物（E.Mes.Ph），落葉中高位芽植物（D.Mes.Ph）小高位芽植物(Mic.Ph)。高28m常綠小高位芽植物（E.Mic.Ph）,落葉小高位芽植物（D.Mic.Ph）矮高位芽植物（N.Ph）。高0.252m處，常綠矮高位芽植物（E.N.Ph）,落葉矮高位芽植物（D.N.Ph） （2）地上芽植物（Ch）：過冬芽位于地上025cm處，例如高山的矮小墊狀植物，干旱地區(qū)的矮小灌木及半灌木。（3）地面芽植物（H）：過冬芽處于地面，地上部分一直枯死到土壤表面，地下部分都活著，芽常由枯葉所保護。例如，大部分多年生草本，多數(shù)蕨類植物、冬季的草本藤本植物等。（4）地下芽植物（G）：過冬芽處于地下或水中。例如，多年生的根莖、塊莖、塊根、鮮莖等地下芽植物、部分根莖有蕨類植物，絕大部分的水生植物，個別草質(zhì)藤本植物等。（5）一年生植物（T）：種子過冬植物。例如，一年生植物，包括個別的兩年生植物。還有一些附加的編寫代號：闊葉（B）、針葉（N）、藤本（L）、木質(zhì)藤本（WL）、草質(zhì)藤本（H.L）,附生（E.P），寄生（P）等等。法瑞學派在Raunklaer基礎(chǔ)上修改后的生活型系統(tǒng)比較復雜，更為詳細的內(nèi)容在此略去。5樹高和干高的測量樹高指一棵樹從平地到樹梢的自然高度（彎曲的樹干不能沿曲線測量）。通常在做樣方的時候，先用簡易的測高儀（例如魏氏測高儀）實測群落中的一顆標準樹木，其它各樹則估側(cè)。估測時均與此標準相比較。目測樹高的兩種簡易辦法，可任選一種。其一為積累法，即樹下站一人，舉手為2m，然后2、4、6、8往上積累到樹梢；其二為分割法，即測者站在距樹遠處，把樹分割成1/2,1/4,1/8,1/16,如果分割到1/16處為1.5m，則1.5m1624m，即為此樹高度。干高即為枝下高，是指此樹干上最大分枝處的高度。這一高度大致與樹冠的下緣接近，干高的估測與樹高相同。6胸徑與基徑的測量胸徑指樹木的胸高直徑，大約為距地面1.3m處的樹干直徑。嚴格的測量要用特別的輪尺（即大卡尺），在樹干上交叉測兩個樹。在地植物學調(diào)查中，一般采用鋼卷尺測量。如果碰到扁樹干，測后估一個平均數(shù)就可以了，但必須要株株實地測量，不能僅在望遠鏡一望，任意估計一個數(shù)值。如果碰到一株從根邊萌發(fā)的大樹，一個基干有3個萌干，則必須測量3個胸徑，在記錄時用括號劃在一個植株上。胸徑2.5cm以下的小喬木，一般在喬木層調(diào)查中都不必測量，應在灌木層中調(diào)查。基徑是指樹干基部的直徑，是計算顯著度時必須要用的數(shù)據(jù)，測量時，也要用輪尺或鋼尺測兩個數(shù)值后取其平均值。一般樹干直徑的測定位置是距地面30cm處。同樣必須實測，不要任意估計。7冠幅、冠徑和叢徑的測定冠幅指樹冠的幅度，專用于喬木調(diào)查時樹木的測量。用皮尺通過樹干在樹下量樹冠投影的長度，然后再量樹下與長度垂直投影的寬度。例如長度為4m，寬度為2m，則記錄下此株樹的冠幅為4m2m。然而在地植物學調(diào)查中多用目測估計，估測時必須在樹冠下來回走動，用手臂或腳步幫忙測量。特別是那些樹冠垂直的樹，更要小心估測。冠徑和叢徑均用于灌木層和草本層的調(diào)查，因為調(diào)查樣方面積不大，所以進行起來不會太困難。測量冠徑和叢徑的目的在于了解群落中各種灌木和草本植物的固化面積。冠徑指植冠的直徑，用于不成叢單株散生的植物種類，測量時以植物種為單位，選擇一個平均大?。粗械却笮。┑闹补谥睆?，記一個數(shù)字即可，然后再選一株植冠最大的植株測量直徑記下數(shù)字。叢徑指植物成叢生長的植冠直徑，在矮小灌木和草本植物中各種叢生的情況較常見，故可以叢為單位，測量共同種各叢的一般叢徑和最大叢徑。8蓋度（總蓋度、層蓋度、種蓋度）的測量群落總蓋度是指一定樣地面積內(nèi)原有生活著的植物覆蓋面的百分率。這包括喬木層、灌木層、草本層、苔蘚層的各層植物。所以相互層之重疊的現(xiàn)象是普遍的，總蓋度不管重疊部分。如果全部覆蓋地面，其總蓋度為100%，如果林內(nèi)有一個小林窗，地表正好都為裸地，太陽光直射時，光斑約占蓋度的10%，其它地面或為樹冠覆蓋，或為草本覆蓋，故此樣地的總蓋度為90%?？偵w度的估測對于一些比較稀疏的植被來說，是具有較大意義的。草地植被的總蓋度可以采用縮放尺實繪于方格紙上，再按方格面積確定蓋度的百分數(shù)。層蓋度指各分層的蓋度，實測時可用方格紙在林地內(nèi)鉤繪，比估計要準確得多。然而有經(jīng)驗的地植物學工作者都善于目測估計各種蓋度。種蓋度指各層中每個植物種所有個體的蓋度，一般也可目測估計。蓋度很小的種，可略而不計，或計小于1%。個體蓋度即指上述的冠幅、冠徑，是以個體為單位可以直接測量。由于植物的重疊現(xiàn)象，故個體蓋度之和不小于種蓋度，種蓋度之和不小于層蓋度，各層蓋度之和不小于總蓋度。9多度與聚生多度 多度英美學派的多度是指多度百分數(shù)，又稱相對多度，是植被研究中經(jīng)常用的一個指標。多度要以株數(shù)為研究基礎(chǔ)，即為某種植物在單位面積內(nèi)的百分數(shù)。計算公式如下：多度樣方內(nèi)某種植物的株數(shù)/樣方內(nèi)各種植物的總株數(shù)100必須在同一層次內(nèi)或者相同的生長型內(nèi)進行多度的計算，否則沒有太大的意義。聚生多度聚生多度又稱德式多度，是Drude首先應用而得名。這一多度概念源于歐洲，以后為蘇聯(lián)學派所采用。我國自蘇聯(lián)引入，現(xiàn)已不多用。該法與法瑞學派的多度等級制基本上相似，是一種用代號表示的相對等級。聚生多度共有六個多度級和2個聚生度級，均以植物種為單位，喬、灌、草分別估測。多度級：cop3很多；cop2多；cop1尚多；sp不多而分散；sol少而個別；un單株。聚生度級：soc個體相互靠攏成大片或背景化；gr叢生成小團塊或小塊聚生。多度和聚生度可以聯(lián)用；如cop3. soc很多且聚成大片；sp.gr不多但小塊聚生。10頻度和相對頻度法瑞學派和英美學派對頻度這一指標的概念和應用稍有不同。法瑞學派把頻度和存在度的概念嚴格地分開，它的頻度限于群叢個體范圍內(nèi)某種植物在各樣地中的出現(xiàn)率。而英美學派的頻度概念是廣義的，它包括了法瑞學派的頻度和存在度，是指某種植物在樣方中出現(xiàn)的百分率。不論樣方設(shè)在群叢個體之內(nèi)或之間。英美學派頻度的計算公式如下：頻度某種植物出現(xiàn)的樣方數(shù)/樣方總數(shù)100英美學派的相對頻度是指一個群落中在已算好的各個種的頻度基礎(chǔ)上，再進一步求算各個種的頻度相對值。其計算公式如下：相對頻度某種植物的頻度/全部植物的