森林生态系统生物野外观测要求规范与方法

3 森林生态系统生物野外观测规与方法

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。

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

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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∶10 000 或1∶15 000）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20 m×20 m 或30 m×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1 hm2。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1 hm2，即100 m×100 m。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10 m 的整倍数”的原则。

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表3-1 CERN 森林站生物群落类型调查的取样面积

（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∶10 000）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实用大全

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

3.1.3.1 Ⅱ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10 m×10 m 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100 m×100 m。

在Ⅰ级样方，进一步划分成100 个II 级样方（10 m×10 m）（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40 m×40 m，并进一步分成10 m×10 m 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30 m×40 m（自然林）和30 m×30 m（人实用大全