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1、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,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
2、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,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,客观取样的分类,1,）随机取样（,random sampling,）,2,）系统取样（,systematic sampling,）也叫规则取样（,regular sampling
3、,）,3,）限定随机取样（,strained random sampling,），也叫做系统,-,随机取样,（,systematic-random sampling,）,4,）分层取样（,stratified sampling,）,5,）集群取样（,cluster sampling,）,6,）环境因子取样（,sampling for environment,）,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,（nN）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
4、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
5、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，,x,i,和,y,i,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
6、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
7、,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,取样单位（,sampling unit,）,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
8、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。,样方的类型,记名样方（,list quadrat,）,：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（,weight quadrat,）,：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（,permanent quadrat,）,：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
9、便于以后再在该样方中进行调查。,面积样方和基面积样方（,basal area quadrat,）,：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（,chart quadrat,）,：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,最小样
10、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：,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；,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；,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
11、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,1/64m,2,之后,依次为,1/32,，,1/16,，,1/8,，,1/4,，,1/2,1,，,2,4,，,8,，,16,，,32,，,64,，,128,，,256,，,512m,2,，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,0.10.4 m,2,苔藓群落,14 m,2,沙丘草原,110 m,2,干草原,125 m,2,草甸,150 m,2,高草地,550 m,2,灌丛,1050 m,2,温带森林,200
12、500 m,2,热带雨林,5004000 m,2,最小样方面积与种群分布类型有关,样方数,平均数曲线法,4,、样方的数目,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,S,2,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,Fry 1980,），总体方差可以用前,30,个样方来估计。,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
13、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,（,plotless sampling,）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
14、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,（,Closest individual method,）（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,（,Nearst neighbor method,）（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,（,Random pairs method,）（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.,
15、中点四分法,（,Point,centred quarter method,）（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,0.8,6,、方格调查法,50m,50m,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
16、,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，,belt transect,），,或一条线（即样线，,line transect,）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。,50m,5m,?,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
17、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/D Am,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,Drudge,Clements,Braun-Blanquet,Soc.,极多,Dominant,优势,D,5,非常多,Cop,3,很多,Abundant,丰盛,A,4,多,Cop,2,多,Frequent,常见,F,3,较多,Cop,1,尚多,Occa
18、sional,偶见,O,2,较少,Sp.,少,Rare,稀少,r,1,少,Sol.,稀少,Very rare,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
19、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,灌植物群落，常常以离地面一英寸（,2.54cm,）高度的断面积计算,冠幅（径）,：也叫顶盖度，指乔木（多数灌木和茎生或茎顶生叶草本,
20、植物）在地面的垂直向投影面积,?,郁闭度,：如果百分比盖度除以,100,，即用小数表示，就相当于林学上的郁,闭度。,?,1.0,0.9,：高度郁闭,?,0.8,0.7,：中度郁闭,?,0.6,0.5,：弱度郁闭,?,0.4,0.3,：极弱度郁闭,?,0.2,0.1,：疏林,5.,胸径、茎径和显著度（,dominance,）,胸径,指树木的胸高直径,(dbh),大约指距地面,1.3,米处的树干直径，常,用大卡尺测树干长短茎后取均值或卷尺绕茎测量后除,茎径,指灌木和高大草本主茎直径，多在茎距地,1/3,处用游标卡尺测量,显著度,指一块森林群落样地中，某一树种所有个体胸径之和与样地中,所有树种的所有
21、个体胸径之和的比值。,?,胸径和冠幅（径）的测量,6.,多优度,多优度又叫盖度,多度级，是一种以盖度为主又考虑多度的,主观,观测分级,的方法。,多优度非常适合大规模群落泛察，但不适合小范围精察。,多优度非常适合不同植物群落类型之间的比较。,多优度分类系统主要有,Braun-Blanquet,等级（,5,或,6,级）和,Domin,等级（,10,级）,主要多优度分类系统等级表,等级值,Braun-Blanquet,等级,Domin,等级,1,盖度,5%,盖度非常小，仅,1,株,2,6%25%,盖度,1%,3,26%50%,1%4%,4,51%75%,5%10%,5,76%100%,11%25%,
22、6,26%33%,7,34%50%,8,51%75%,9,76%90%,10,91%100%,7.,叶面积指数,(leave area index),指单位土地面积上植物物种或群落叶片总面积占土地面积的倍数，,其计算公式为：,叶面积指数,种,=,某个种的叶面积值,/,样方面积,叶面积指数,群落,=,所有种的叶面积之和,/,样方面积,叶面积指数是生态学研究的一个重要参数，用来反映植物叶面数量、,冠层结构变化、植物群落生命活力及其环境效应，为植物冠层表面物质,和能量交换的描述提供结构化的定量信息，并在生态系统碳积累、植被,生产力和土壤、植物、大气间相互作用的能量平衡，植被遥感等方面起,重要作用。,
23、7.,群集度（,sociability,，,gregariousness,）,?,定义：实际是分布格局的一种粗略估计，它是衡量某种植物群集程度的,指标。,Braun-Blanquet,（,1932,）建议用,5,级制描述种的群集度。,?,群集度,1,，单株生长；,?,群集度,2,，少数植株成小群或小丛生长；,?,群集度,3,，生长成小斑块，垫状或大丛；,?,群集度,4,，生长成大斑块，地毯状；,?,群集度,5,，生长成大群或大片，覆盖着整个样方，通常是单一的种群。,?,群集度在传统的调查研究中是一个重要的数量指标，但在现代的数量分,析中，其只在大范围植被群落粗查时与多优度联合使用反映群落内物种
24、,分布格局。,8.,叶面积指数,(leave area index),指单位土地面积上植物物种或群落叶片总面积占土地面积的倍数，,其计算公式为：,叶面积指数,种,=,某个种的叶面积值,/,样方面积,叶面积指数,群落,=,所有种的叶面积之和,/,样方面积,叶面积指数是生态学研究的一个重要参数，用来反映植物叶面数量、,冠层结构变化、植物群落生命活力及其环境效应，为植物冠层表面物质,和能量交换的描述提供结构化的定量信息，并在生态系统碳积累、植被,生产力和土壤、植物、大气间相互作用的能量平衡，植被遥感等方面起,重要作用。,叶面积指数与植物群落生产,叶面积指数是群落生产力的,重要指标。,群落的生产力随叶
25、面积指数,的增大而提高，当叶面积指数,增加到一定的限度后，群落郁,闭，光照不足，光合效率减弱，,生产力反而下降。,?,以前，因为叶面积值的测定比较费时，相关研究并不多，现在有一些简,单的便携式电子仪器可以在野外测定叶面积值，这样大大方便了叶面积,的研究和应用,?,手持式叶面积指数仪,9.,频度（,Frequency,）,10.,高度（,height,）,反映植物光竞争能力,11.,根深（,depth of root,）或根长,(length of root),反映植物土壤水分和养分的竞争能力,12.,生物量（,Biomass,）和产量（,yield),最能反映一个种在群落中功能和作用大小的指标
26、，因为一个种的资源利用能力、,竞争能力、生态位占有、优势程度等最终都表现在它对群落有机物质的占有上,13.,体积（,Volume,）,森林群落使用，作为生物量的替代物,14.,存在度（,Presence,）和恒有度（,Constance,）,?,存在度,：法瑞学派提出的，指某种植物在属于同一群落类型且空间上彼,此分隔的各个群落中出现的百分率。,?,恒有度,：英美学派提出的，指在样地面积大小相同时某一种出现的样地,占全部样地的百分率。,?,研究方法,：一般采用代表样地（,releves,）法，样地大小要求代表所在的群,落（一个群落只取一个样地）。因此，在植被表中，存在度和恒有度就,等于某种植物所
27、出现的样地数与样地总数的比值，以百分比表示。,100,?,?,样地总数,某种出现的样地数,P,存在度和恒有度是进行群落排表分类的基础，它们可以分为五个等级,?,20%,以下的恒有度称为稀少；,?,20.1%40%,的恒有度称为低恒有度；,?,40.1%60%,的恒有度称为中等恒有度；,?,60.1%80%,的恒有度称为较高恒有度；,?,80.1%100%,的恒有度称为高恒有度。,存在度、恒有度和频度间的比较,?,三者都以物种分布概率为统计指标，都反映物种分布的均匀度。,?,频度测量的是植物物种在单一群落内不同样方内的,分布概率，,存在度和,恒有度测量的是植物物种在同一类型植被不同群落内的,分布
28、概率,。,?,恒有度强调调查群落的面积相同，存在度强调不同群落间的自然地理隔,绝。,15.,确限度（,Fidelity,）,定义：某种植物局限于某一植物群落类型的程度，其可分为三种类型,5,个等,级：,?,（,1,）特征种：,确限度,5,，确限种指完全或几乎完全地出现在某一群落类型中的种。,确限度,4,，偏宜种指特别偏爱某一群落，但也可在其它群落中发现。,确限度,3,，适宜种指在若干群落中出现，但在其中一个群落中生长最好，成,为优势种或主要种。,?,（,2,）伴生种：确限度,2,，伴生种指对任何群落都没有明显选择的种，可,出现在任一群落中。,?,（,3,）偶见种：确限度,1,，外来种指偶然发现
29、的或是从其它群落侵入的种，,或是演替中残留下来的种。,16.,生活力,(Vitality),和繁殖力,(Reproductivity),长势强，良好发育，有规律地完成生活周期；,可进行营养繁殖，但不能完成生活周期（有性生殖不完全）；,长势弱，营养繁殖微弱，不能完成生活周期；,偶然发芽，但不是营养繁殖。,17.,生活型,(life form),18.,物候,(phonological phenomenon),19.,生长型（,Growth form,）,定义：植物在生长季节枝叶在空间的配置情况。,?,生长型与生活型有联系，但二者是不同的。,生长型主要反映了植物种类,在空间资源和光能资源利用上的差
30、异，而生活型主要反映是植物对所在,环境综合条件长期适应而表现在生活和外貌上的类型,。,生长型通用分级,?,I,级：,阔叶乔木,，主干上部分枝多，枝叶开散，树冠呈扇状，占较大的空间，大,部分叶片可获得充足的阳光；,?,II,级：,阔叶乔木,，主干上部分枝较多，枝叶较集中，树冠呈圆形或椭圆形，占,空间小于上一级，上部叶片可获得充足的阳光；,?,III,级：,针叶乔木,，枝叶开散，透光性好，叶针可获得较充足的阳光；,?,IV,级：,针叶乔木,，枝叶紧密，树冠呈密塔形，透光性差，仅外围叶针可获得较,充足的阳光；,?,V,级：,阔叶灌木,，枝叶开散，透光性好；,?,VI,级：,阔叶灌木,，丛生，枝叶密集；,?,VII,级：,针叶灌木,；,?,VIII,级,：草本植物,，单株生长；,?,IX,级：,草本植物,，丛生。,?,生长型简便分级为：,?,乔木：,3M,以上的木本植物，包括各种树木。,?,灌木：,3M,以下的木本植物。,?,藤本植物：攀援植物。,?,直立草本植物：无多年生木质茎，包括禾叶草本、阔叶草本和多数蕨类植物。,?,附生植物：完全依附在其他植物体上的植物。,?,地表植物：地衣、苔藓等。,三、植被的环境特征,1.,地理位置（,GPS,定位）,2.,气候数据,3.,地形数据,4.,土壤数据,5.,生物因子数据,
