實(shí)驗(yàn)2植物群落數(shù)量特征的調(diào)查課件

基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二、植物群落數(shù)量特征的調(diào)查一、目的和意義1.學(xué)習(xí)利用樣方法進(jìn)行植物群落數(shù)量特征的野外調(diào)查。2.掌握對(duì)群落中物種的相對(duì)重要性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的方法。3.加深對(duì)調(diào)查地區(qū)植物群落的種類(lèi)組成特征、分布規(guī)律及其環(huán)境的相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)。4.提高從事生態(tài)學(xué)野外調(diào)查工作的能力。1.取樣方法類(lèi)型 依據(jù)樣地設(shè)置方式的不同，可將取樣方法分為兩大類(lèi)型：（1）主觀取樣法 即根據(jù)調(diào)查者的主觀判斷，認(rèn)為選擇能代表群落特征的“典型”樣地進(jìn)行調(diào)查。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便迅速、省時(shí)省力，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的調(diào)查者有時(shí)可獲得很有價(jià)值的結(jié)果，尤其在大范圍路線調(diào)查中常常被采用。但是，該方法不能對(duì)調(diào)查得到的估計(jì)量進(jìn)行顯著性測(cè)驗(yàn)，無(wú)法確定其置信區(qū)間和預(yù)測(cè)可靠程度，因此受到統(tǒng)計(jì)學(xué)家的質(zhì)疑。（2）客觀取樣法（隨機(jī)取樣法） 包括簡(jiǎn)單隨機(jī)取樣、系統(tǒng)取樣和分層取樣。在利用本方法時(shí)，每個(gè)樣地被抽取的概率是已知的，因此可以計(jì)算估計(jì)量的置信區(qū)間。明確知道樣本代表性的可靠程度?？陀^取樣是生態(tài)學(xué)研究中普遍采用的方法。 當(dāng)具體進(jìn)行野外調(diào)查時(shí)，可根據(jù)研究目的和研究對(duì)象的特點(diǎn)選擇不同的取樣方法。當(dāng)對(duì)研究對(duì)象的性質(zhì)不了解時(shí)，最好能比較幾種取樣方法的效果，然后確定最佳方法。 樣地設(shè)置確定之后，還需要進(jìn)一步確定在樣地中獲取數(shù)據(jù)的方法。有若干技術(shù)可以用于定量研究陸生植物群落的組成和結(jié)構(gòu)特征，其中樣方法應(yīng)用最為廣泛。2.樣方法 樣方法是依據(jù)一定的樣地設(shè)置方式，在所需研究的群落類(lèi)型中確定若干一定面積的樣地作為整個(gè)研究區(qū)域的代表，然后對(duì)各個(gè)樣地進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，以樣地調(diào)查結(jié)果估算群落總體。 利用樣方法獲得的研究結(jié)果是否能夠客觀反映群落的特征，與樣方的形狀、大小、數(shù)量和空間配置等有密切的關(guān)系（1）樣方形狀的確定 樣方可以有多種形狀，最常用的是方形樣方。方形樣方的周長(zhǎng)與面積比較小，因而邊際影響的誤差較小。圓形樣方（即樣圓）的周長(zhǎng)與面積比更小，但在森林和灌叢中設(shè)置圓形樣方困難。長(zhǎng)方形樣方受到的邊際影響較正方形樣方大，但一些研究表明長(zhǎng)方形樣方較同樣數(shù)目同樣面積的正方形樣方可以包括群落中更多的變異，因此能更好地進(jìn)行植被組成的分析。在設(shè)置長(zhǎng)方形樣方時(shí)，最好使樣方的長(zhǎng)軸方向與環(huán)境梯度的方向平行，以便更好地反映環(huán)境梯度變化對(duì)群落特征的影響。常用的判斷方法有3種：①將曲線由陡變緩的轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的樣方面積視為最小群落面積；②由于轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置與兩個(gè)坐標(biāo)軸刻度的比例大小有關(guān)，因此有學(xué)者提出應(yīng)將樣方面積擴(kuò)大10%而種數(shù)不超過(guò)10%作為確定最小樣方面積的標(biāo)準(zhǔn)，而當(dāng)面積增加10%而種類(lèi)僅增加5%時(shí)，可獲得最小面積的較保守值；③將包含群落總種數(shù)84%的面積作為群落最小面積。樣方面積的擴(kuò)大有多種方法，目前最常用的是巢式樣方法（圖2）圖2巢式樣方法（3）最小樣方數(shù)目的確定 樣方數(shù)目需根據(jù)群落類(lèi)型、性質(zhì)和結(jié)構(gòu)而定。一般來(lái)講，取樣誤差與取樣數(shù)目的平方成反比，而且每個(gè)樣方中的平均個(gè)體數(shù)（或其他特征）也隨樣方數(shù)目的變化而變化。隨著樣方數(shù)目的增加，平均數(shù)的變化幅度逐漸減小。變化幅度小于允許幅度（如5%）時(shí)所對(duì)應(yīng)的樣方數(shù)目即可認(rèn)為是所需的樣方數(shù)。根據(jù)內(nèi)蒙古草原的研究，對(duì)于種類(lèi)組成和地上部分生物量等數(shù)量指標(biāo)的調(diào)查，6個(gè)0.5m2(0.5m×1m)的樣方或4、5個(gè)1m2(1m×1m)的樣方均可獲得滿意的結(jié)果。（4）樣方配置方式的確定 傳統(tǒng)的樣方法是將各個(gè)樣方以一定方式間隔地設(shè)置在所需研究的群落中。這種配置方式的最大缺陷是分析結(jié)果受樣方大小的限制且不易反映不同空間尺度上的特征以及環(huán)境變化的相互關(guān)系。作為一種改進(jìn)，可采用在樣地中設(shè)置由許多連續(xù)的小樣方（也稱(chēng)相鄰樣方格子）組成的樣方或樣帶的方法來(lái)進(jìn)行研究，這對(duì)空間格局分析尤其重要。小樣方的大小依群落類(lèi)型和研究目的而定。一般草本植物群落可取0.1m×0.1m，灌叢群落可取2m×2m，森林群落可取5m×5m或更大。（二）植物群落數(shù)量特征的描述和測(cè)度 種類(lèi)組成是群落的最基本特征。1.個(gè)體數(shù)量：密度與多度（1）密度(Density,D)

單位空間中某個(gè)物種個(gè)體數(shù)目的實(shí)測(cè)值。喬木、灌木和叢生草本一般以植株或株叢計(jì)數(shù)，根莖植物以地上枝條計(jì)數(shù)。利用樣方法計(jì)數(shù)密度時(shí)，一般以植物的根部是否位于樣方內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)。 密度是一個(gè)平均數(shù)值，受種群空間分布格局的影響，在進(jìn)行不同群落比較時(shí)應(yīng)說(shuō)明所用樣方的大小。多度和聚生度可以連用，如：

Cop3，soc——

很多且聚成大片；

Sp，gr——

不多但小塊聚生。（1）蓋度(Coverage,C)

蓋度指植物覆蓋的程度，它不僅在一定程度上反映了植物利用及影響環(huán)境的強(qiáng)度，尤其是植物光合作用的情況以及與其他物種的相互關(guān)系（如枝葉的競(jìng)爭(zhēng)等），而且與植物的多度、頻度、生活型等重要特征有關(guān)，因此是植物群落的一個(gè)十分重要的生態(tài)學(xué)指標(biāo)。蓋度又可分為投影蓋度和基蓋度兩種。①投影蓋度②基蓋度測(cè)定蓋度的方法很多，大致可分為目測(cè)估計(jì)和定量測(cè)定兩大類(lèi)。 目測(cè)估計(jì)是在粗略的野外調(diào)查中經(jīng)常采用的方法。根據(jù)目測(cè)結(jié)果，將物種的蓋度劃分為不同的蓋度等級(jí)，常用的如Bruan-Blanquet5級(jí)制。1級(jí)：<5%；2級(jí)：6%-25%，3級(jí)：26%-50%；4級(jí)：51%-75%，5級(jí)：76-100%。對(duì)于草本植物的投影蓋度，除可直接目測(cè)估計(jì)外，還可用網(wǎng)格法進(jìn)行估計(jì)，即將預(yù)先制成的一定面積的網(wǎng)格放置在樣方上，目測(cè)估計(jì)落在草叢上的網(wǎng)格數(shù)。若樣地內(nèi)蓋度變化幅度很大，則需先將樣地按植被程度劃分為不同區(qū)域，分別估計(jì)各小區(qū)的蓋度，然后再按小區(qū)所樣地比重計(jì)算蓋度的加權(quán)平均值。（1）蓋度（總蓋度、層蓋度、種蓋度）

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地面的百分率。如果全部覆蓋地面，其總蓋度為100。 種蓋度指各層中每個(gè)植物種所有個(gè)體的蓋度，一般可目測(cè)估計(jì)。蓋度很小的種，可略而不計(jì)，或記小于1%。。2.空間利用：蓋度與高度3.物質(zhì)生產(chǎn)和積累：重量與體積4.在群落中水平分布狀況：頻度頻度=某種植物出現(xiàn)的樣方數(shù)/樣方總數(shù)×1005.綜合指標(biāo)：重要值與綜合優(yōu)勢(shì)比重要值=相對(duì)密度+相對(duì)基蓋度（相對(duì)優(yōu)勢(shì)度）+相對(duì)頻度綜合優(yōu)勢(shì)比=（密度比+蓋度比+頻度比+高度比+重量比）×100%三、實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備樣方框，測(cè)繩（或皮卷尺），鋼卷尺，方格紙，計(jì)算器，鉛筆，橡皮，十字架（邊長(zhǎng)1m），細(xì)鐵針，記錄表格，野外調(diào)查表格，剪刀，塑料袋，信封，標(biāo)簽，鐵鍬、鏟刀，白布口袋，多種孔徑的土壤篩，鑷子，坡度儀或水平儀，電子天平，電熱烘干箱等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.選擇樣地

根據(jù)不同地區(qū)的特點(diǎn)，選取適宜的自然群落（如草原、森林、灌叢、濕地等）進(jìn)行調(diào)查。 選擇的樣地應(yīng)當(dāng)能夠代表群落的基本特征，因此應(yīng)選在群落的典型地段（群落交錯(cuò)區(qū)調(diào)查除外），而且應(yīng)有足夠大的面積。（2）群落總體特征。 包括植被類(lèi)型，群落外貌、季相、成層現(xiàn)象和水平鑲嵌現(xiàn)象等。（3）定量調(diào)查植物群落的數(shù)量特征，并將調(diào)查結(jié)果記錄在野外調(diào)查表中（表1）。對(duì)于不能準(zhǔn)確鑒定的植物，應(yīng)仔細(xì)記錄植物編號(hào)，將標(biāo)本帶回室內(nèi)進(jìn)一步檢索鑒定。在測(cè)定其他數(shù)量特征后，用直接收割法測(cè)定草本植物群落地上部分的生物量。要求將樣方內(nèi)的植物齊地面剪下（注意盡量從地上部與根的交界處剪斷，保持禾本科植物的各個(gè)分蘗連在一起，以便進(jìn)一步鑒定和準(zhǔn)確測(cè)定地上部分的生物量），按種分裝入塑料袋中，寫(xiě)好標(biāo)簽，稱(chēng)量鮮重。 由于通過(guò)本實(shí)驗(yàn)獲得的資料將被用于計(jì)算物種的重要值或綜合優(yōu)勢(shì)比，以及進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)的排序和聚類(lèi)分析，因此必須取得確切的數(shù)據(jù)，盡可能地將立體空間的形象數(shù)據(jù)化。

利用樣方法調(diào)查得到的數(shù)據(jù)便于進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，對(duì)密度和重量?jī)身?xiàng)數(shù)量指標(biāo)的測(cè)定方便可靠。但頻度的測(cè)定受樣方大小影響很大，對(duì)蓋度（尤其是草本植物蓋度）的測(cè)定往往也不如其他方法（如樣線法和點(diǎn)樣法）客觀。在草本植物群落調(diào)查中，尤其當(dāng)草叢較密時(shí)，不同種的蓋度不易確定，密度的測(cè)定也有困難?，F(xiàn)作為一種學(xué)習(xí)，一律用樣方法進(jìn)行調(diào)查測(cè)定。 對(duì)于濕地植被調(diào)查，還需采集土壤樣品進(jìn)行進(jìn)一步的分析（如土壤含水量、pH、鹽堿度、總有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷等）。至少應(yīng)該采集土壤樣品帶回室內(nèi)測(cè)定土壤含水量。4.室內(nèi)測(cè)定 主要包括：（1）植物標(biāo)本的進(jìn)一步檢索鑒定。（2）植物干重的測(cè)定。將帶回的生物量樣品裝入信封或紙袋中，及時(shí)置于干燥箱中65-80℃烘干至恒重（一般約需8-10h），測(cè)定干重。（3）土壤含水量的測(cè)定。 稱(chēng)取土壤樣品10g置入已知重量的鋁盒中，放入干燥箱105℃烘干至恒重（一般約需6h），取出后放入干燥器內(nèi)，一般冷卻20min即可稱(chēng)重。令g0、g1和g2分別代表鋁盒重、鋁盒+濕樣重、鋁盒+烘干樣品重，利用下式計(jì)算土壤含水量（%）W（一般以烘干樣品重為基礎(chǔ)）。W（%）=g1-g2×100g2-g05.數(shù)據(jù)整理 將各小組獲得的植物群落數(shù)據(jù)按表