荒漠生态系统生物野外观测规范与方法-

1、5 荒漠生态系统生物野外观测规范与方法我国的荒漠生态系统(含半荒漠生态系统主要分布于西北干旱、半干旱地区。气候干旱、风沙活动强烈、植被稀疏,是其区别于其它生态系统类型的主要外部标志。在荒漠、半荒漠地区,由于植被稀疏、土壤含沙量高和风力强劲频繁,风蚀或积沙现象普遍,土壤和植被稳定性较差。因此,对荒漠生态系统的长期观测具有重要的意义。在荒漠地区,绿洲农业往往是土地利用的重要形式,而且对整个荒漠地区的水分与能量平衡产生重要影响,因此非常有必要对其进行长期观测。对绿洲农业区的生物长期观测,包括样地设置规范、观测指标、野外观测规范与方法等,可参见本书第7章相关内容。本章的内容只针对荒漠生态系统荒漠区的生

2、物野外长期观测。半荒漠、沙地等系统的观测方法可参照执行。5.1 观测场设置与采样设计荒漠生态站大都分布于农牧交错区或荒漠与绿洲的过渡区(绿洲边缘,虽然生态系统的主体是荒漠,但绿洲农业的作用也不容忽视。因此,荒漠生态系统生态观测场的选择和生物要素的观测,既要考虑区域环境特色,又要兼顾荒漠和绿洲两种生态系统类型。因此,荒漠生态站应该在荒漠区和绿洲农田区各设1个主观测场,并在主观测场附近及站区周围的其它重要生态类型和主要利用方式地段上分别设置辅观测场和站区调查点。其中,农田区观测场的设置,参见农田生态系统部分(本书7.1节,这里只给出荒漠生态系统荒漠区观测场的设置和管理要求。参照森林生态系统的操作步

3、骤设置各个观测场地,并完成各项材料的存档。参见本书第7章7.1节。(1主观测场应设置在本地区最具典型性和代表性的地段,要求地势平坦、开阔,土壤和植被分布比较均匀。在主观测场样地四周100 m范围内,不能有大的风蚀区,也不能处于正在快速移动的流动沙丘的下风向,以避免受到风蚀或风沙流的影响。(2在干旱地区,主观测场要避开人畜频繁活动区,特别要与农业区保持一定距离。在半干旱地区,主观测场要注意避开那些土壤基质不够稳定的地段。同时,应根据其地理位置、地貌地形特征及当地经济发展趋势,保证未来百年内主观测场不会受到农业开发或工业生产的明显影响。(3主观测场的面积应为100 m×100 m;个别台

4、站如果受地形限制而达不到上述标准,也必须保证不小于50 m×50 m。所选地块最好是正方形;个别台站受自然条件限制,地块长宽比可适当调整,但面积应尽量满足要求。观测场周围如果容易受到人为干扰,最好在100 m范围内设围栏保护,以减少受到的影响。(4主观测场确定之后,应该用围栏进行保护,并设立警示标志,以防止家畜进入或人为破坏。同时,在内部日常观测路线确定以后,应对观测线路进行地面硬化(铺砖或架设低矮观测廊桥,以避免长期践踏导致地表裸露,引起土壤风蚀。(5主观测场围封以后,应对其内部进行样地划分。内部样地分为一块非破坏性样地和数块破坏性样地(参见森林,前者只做观测性调查,不做破坏性取样

5、,后者用于破坏性取样。可将观测场一分为四,将主风向的上风向处的一块设为非破坏性样地,主风向的下风向和侧风向的三块样地设为破坏性样地。非破坏性样地只做观测性项目,破坏性样地做全套观测项目。(6在永久样地,设置10个具有代表性的样方,作为永久固定观测样方,用于植物群落物种组成的观测。样方大小参考下列指标:乔木层:20 m×20 m;灌木层:10 m×10 m(大灌木或5 m×5 m(半灌木;草本层:1 m×1 m。不同层次的样方向下包含,即草本层样方在灌木层样方中划取,灌木层样方在乔木层样方中划取(如果有乔木层。(7主观测场建立之后,应对观测区的整个地块做一

6、次全面的综合调查。通过取样对土壤进行一次机械组成、物理、化学等特性的全面取样测定;对植被进行一次详细的种群和群落学调查,绘制植被图。同时,调查并记录观测点的地表特征及其周围100 m范围内、特别是上风向的立地情况。(8要注意加强主观测场的日常管理,避免或减少各种自然和人为因素的干扰。如果观测场受到破坏,要及时进行修补;发现隐患,要及时消除。同时,记录观测场受损的部位、原因及可能造成的影响并及时设法消除所产生的不良影响。由于主观测场是围封的,不受人为活动干扰。为了观测人类活动对生态环境的影响,还需要在主观测场附近选择一块正常利用状态下的同类型样地作为辅观测场。同时,还应根据需要,在站区附近其它重

7、要群落类型地段设置辅观测场或站区调查点。辅观测场和站区调查点的设置和管理要求如下:(1辅观测场和站区调查点实际是主观测场的重复或补充。如果作为主观测场的重复,其样地的地形、地貌、土壤、水文、植被等条件应和主观测场一致。如果作为主观测点的补充,其土壤或植被类型相对于主观测场而言,应在该地区处于次主要地位。(2辅观测场的面积应为100 m×100 m,站区调查点的面积可为50 m×50 m。地块最好是正方形;个别台站受自然条件限制,地块长宽比可适当调整,但面积应尽量满足要求。(3辅观测场和站区调查点周围50 m以内不能有大的风蚀区,也不能处于正在快速移动的流动沙丘的下风向,并确

8、保观测区所在地段在可预见的将来不会受到土地开发或工商业发展的影响。(4辅观测场和站区调查点确定以后,要在四周做出明显固定标记。其内外不用采取特别措施进行保护,允许放牧、樵采等正常经营活动。但是,要防止开垦和修建道路等破坏性较强的经营活动的影响。(5辅观测场和站区调查点确定以后,其背景资料的调查要求与主观测场一致。5.2 荒漠生态系统农田区生物观测指标体系参见本书第7章7.2节。5.3 荒漠生态系统荒漠区生物观测指标体系生境要素的观测项目见表5-1。表5-1 荒漠生物群落生境要素的观测项目项目频度植物群落名称群落高度水分状况*土壤侵蚀状况动物活动人类活动利用方式利用强度1次/5a演替阶段或林龄土

9、壤类型土壤剖面特征土壤pH土壤有机碳土壤全氮土壤全磷* 表示不属于CERN的核心项目。这部分的观测内容主要包括植物种类组成、植物种群的数量特征、群落特征等(表5-2。这部分的观测内容主要包括植物群落生物量、凋落物生物量季节动态、优势植物矿质元素含量与热值等(表5-3。表5-2 荒漠植物群落种类组成与结构的观测指标项目指标频度*乔木层种类组成与种群数量特征每木调查:*植物种、*胸径、*高度基于每木调查,用模型换算:*个体生物量(包括树干干重,树枝干重,树叶干重,果(花干重,树皮干重,地下部总干重基于每木调查,分种统计(按II级样方:*密度、*平均高度、*平均胸径、*生物量(包括树干干重,树枝干重

10、,树叶干重,果(花干重,树皮干重,地下部总干重分植物种调查:*盖度、*生活型1次/5a灌木层种类组成与种群数量特征按样方分植物种观测:株数/多度、平均高度、基径、单丛茎数、盖度、生活型、物候期、生物量(包括枝干重,叶干重,地下部总干重,1次/5a;夏季草本层种类组成与种群数量特征按样方分植物种观测:株数/多度、叶层平均高度、盖度、生活型、地上部活体干重1次/5a;夏季*一年生植物种类组成按样方分植物种观测:*株数/多度、*叶层平均高度、*生殖枝平均高度、*盖度、*物候期、*地上部活体鲜重、*地上部活体干重1次/月*乔木层群落特征基于每木调查,按II级样方统计:*种数、*优势种、*优势种平均高度

11、、*密度按样方观测:*群落盖度1次/5a灌木层群落特征基于分种调查,按样方统计:种数、优势种、优势种平均高度、密度/多度按样方观测:群落盖度1次/5a;夏季草本层群落特征基于分种调查,按样方统计:种数、优势种、优势种平均高度、密度/多度按样方观测:群落盖度1次/5a;夏季* 表示不属于CERN的核心项目。表5-3 荒漠植物群落物质生产与物质循环的观测指标项目指标频度*乔木层生物量基于每木调查的分种统计结果,计算:*地上部总干重、*地下部总干重1次/5a;夏季灌木层生物量基于分种观测,按样方统计:地上部总干重、地下部总干重按样方观测:枯枝/立枯干重、凋落物干重1次/5a;夏季草本层生物量基于分种

12、观测,按样方统计:地上部总干重按样方观测:立枯干重、凋落物干重、地下部总干重1次/5a;夏季凋落物回收量季节动态(主要针对荒漠区以木本植物为优势的群落枝干重、叶干重、花果干重、杂物干重每年观测;1次/月优势植物矿质元素含量与热值全碳、全氮、全磷、全钾、全硫、全钙、全镁、热值1次/5a;生长季末取样* 表示不属于CERN的核心项目。表5-4 荒漠植物群落种子产量与种子库的观测指标项目指标频度种子产量分种的种子产量1次/5a;秋季土壤有效种子库分种的土壤有效种子数量1次/5a;秋季主要对优势植物或指示植物的重要物候期进行观测(表5-5。表5-5 荒漠植物群落物候与短命植物生活周期的观测指标项目指标

13、频度乔木和灌木层优势植物或指示植物物候*树液流动开始日期芽开放期展叶期开花始期开花盛期果实或种子成熟期*果实或种子脱落期叶秋季变色期落叶期每年观测草本层优势植物或指示植物物候萌动期/返青期开花期果实或种子成熟期种子散布期黄枯期每年观测短命植物生活周期植物种、密度、冠层高度、盖度、地上生物量、萌动期、黄枯期、生活期1次/5a;生长季* 表示不属于CERN的核心项目。表5-6 荒漠动物群落种类组成的观测指标项目指标频度*大型土壤动物种类组成*类别、*名称、*数量、*发育阶段、*分种平均重量1次/5a家畜种类与数量家畜种类、数量、载畜率、喂养方式、个体平均重量、个体年耗草量1次/5a;年末* 表示不

14、属于CERN的核心项目。主要对土壤微生物群落的生物量和结构进行观测,其中微生物生物量用生物量碳或生物量氮表示(表5-7。表5-7 土壤微生物群落生物量与结构的观测指标项目指标频度土壤微生物群落生物量土壤微生物生物量碳*土壤微生物生物量氮每5年做一个季节动态*土壤微生物群落结构*类别*数量*比率1次/5a* 表示不属于CERN的核心项目。表5-8 植被类型和空间分布的观测指标项目指标频度植物空间分布格局变化位点植物种高度密度每年8月植被类型、面积与分布植被类型群落名称面积地理位置(经度和纬度分布特征分布图一次/5a;夏季5.4 农田区野外观测规范与方法5.5 荒漠区野外观测规范与方法在植物群落学

15、研究中,样地的生境描述是必不可少的。这是植物群落研究,特别是以后的野外调查不可缺少的基础资料。野外调查记录应当简明、规范,便于计算机识别和操作。首先对选定的采样点做一个总的描述,描述内容主要包括植物群落名称、群落高度、水分状况、动物活动、人类活动、生长/演替特征、土壤类型、土壤剖面特征、土壤pH、土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷等。这些因子大多数可以通过直观的观察确定,如植被类型、植物群落名称、地貌地形、水分状况、人类活动、动物活动以及演替特征等,通常只需要定性描述即可。对于土壤pH、土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷需要通过取样,并做进一步的定量分析测定。观测地点为主观测场、辅观测场和站区调查点。

16、每5年调查一次,在78月植被生物量最高的时候进行调查及采样。在永久样地中的10个固定样方中进行。样方框(1 m×1 m,钢卷尺,测绳,皮尺,剪刀,天平(感量:0.01g,布袋或纸袋,卡尺,铅笔,记录表(参见第3章附表3-3、3-4、3-5,油性记号笔等。无论主观测场,还是辅观测场或是站区调查点,都是植被观测的固定样地。各群落类型的观测样方,要求至少有510个重复。如需要设定其他临时样地,可参考固定观测样地的设置方法。灌木层记录种名(中文名和拉丁名,分种调查:株数(丛数、株高或丛平均高、单丛茎数、盖度、生活型、随机10株的基部直径,并记录调查时所处的物候期。按样方观测群落总盖度,记录在

17、附表3-4中。然后基于分种调查,按样方统计以下群落特征:种数、优势种、优势种平均高度、密度/多度。需要说明的是,灌木调查如果能像乔木一样编号定株调查,对长期观测而言会更有意义。草本层记录种名(中文名和拉丁名,分种调查:株数、盖度、高度、生活型,并记录调查时所处的物候期。按样方观测群落总盖度,记录在附表3-5中。然后基于分种调查,按样方统计以下群落特征:种数、优势种、优势种平均高度、密度/多度。(1由于荒漠地区植被较为稀疏,密度统计时,乔木植被最好采用50 m×50 m或100 m×100 m的大样方。灌木、半灌木植被采用10 m×10 m或5 m×5 m

18、的样方,草本植物采用1 m×1 m样方。(2密度调查时,对于受到沙埋的灌丛,如果能确定几株植物组成的就算几株植物,如果难以确定是由几株植物组成的可将整个灌丛沙堆算做一株。群落生物量指群落各个层次生物量的总和,即森林群落总生物量为乔木层、灌木层和草本层的生物量;灌木群落总生物量为灌木层和草本层生物量的总和。需要特别说明的是,根系因其涉及水分的吸收和更新,对于水分为限制因子的荒漠生态系统尤其重要。所以荒漠生态系统的根生物量必须观测。但考虑到荒漠生态系统中根的观测对样地可能造成的巨大破坏性,根的观测要在破坏性样地中取样。至于根的取样深度,要求收集到细根范围,要收集到3 a以上根系,或者要求

19、收集到70%的根量。需要注意的是:(1在荒漠、半荒漠地区,有些乔木种植株常常成灌木状生长。对这些乔木应按灌木方式测定其地上、地下生物量。对幼小植株,可直接剪取地上部测定生物量。(2用标准木法估算样地中乔木的生物量,一定要注意植株大小的分级和相应数量。如果条件允许,每个径级都做些标准株,这样可使数据更为准确。(3在测定地下生物量时,应根据不同植物根系的分布情况适当调整取样范围和深度。灌木群落有两大类:一类为干旱、半干旱地区分布的荒漠灌木、半灌木和草原稀疏灌丛;另一类为湿润森林区分布的灌丛。两者的灌木群落在生长外貌、分布方式等方面都截然不同,因此在测定其生物量和生产力的方法上也有所区别。另外,森林

20、群落内分布的灌木层可以作为灌木群落的一种特殊类型。荒漠灌木具有种类少、植丛低、密度小的特点,测定时,先统计一定面积上每种灌木的丛数。然后分组取样,测定标准丛的单丛的生物量,经统计便可算出单位面积上的灌木生物量和净生物量。测绳,枝剪,小锯,铁锹(或小铲,塑料袋,布(纸口袋,天平(感量:0.01g,烘箱,油性记号笔。(1选定要测定的灌木、半灌木群落的代表性样地,布置5个10 m×10 m(灌木或5 m×5 m(半灌木的样方。(2统计样方中灌木植物的种类,对每种灌木,依其丛幅和高度相对地划分为大、中、小三个等级组。(3按不同等级组,分别统计各种灌木丛的数量,记为N l,N m,N

21、 s。(4在每一等级组内,选10丛(或5丛标准丛,分别齐地面收割,并挖出地下部分,称重。将地上部分的绿色部分(即当年生枝叶和木质部分分开,分别称其鲜重。然后取适量样品,置于65烘干至恒重后,再称干重,经换算后,求出不同等级灌木的平均绿色部分重量(G l,G m,G s、木质部分重量(V l,V m,V s和地下部分的重量(R l,R m,R s。然后分别乘以其丛数,最后相加,即可得到一定面积内灌木或半灌木的生物量。如果取样是在观测场外,最后还要据此对观测场内的灌木、半灌木生物量进行准确估算。计算结果要给出平均值、标准差和样本数。(5地下生物量是在地上部分剪割后,以其根颈为圆心,在半径25 cm

22、或50 cm,深度1.0 m范围内用铁锹或小铲按每20 cm一层分层挖取根状茎和根系,测定其地下生物量。(1如果灌丛内不同的丛是由不同的单种组成的,可以逐种进行上述测定步骤,获得每种灌木植物生物量。所有灌木生物量之和即为该群落灌木之生物量;否则,可以不分种,进行一次测定即可。(2在荒漠生态系统中,中大型灌木种类比较少,密度低,生长慢,且在小尺度上分布不均匀,如果直接在观测场内测定其生物量可能会对观测场内植被产生较大影响,甚至影响到下次测定。因此,建议只在观测场内进行灌丛调查,确定标准丛的参数,然后按其参数在观测场附近地段选择标准丛进行生物量测定,最后根据调查和测定结果计算观测场内灌丛的生物量。

23、(3半灌木个体小,密度相对较大,且分布可能相对均匀,可在观测场破坏性样地内直接进行测定。但应注意不要进行连片剪割,以免形成裸斑引起土壤风蚀。(4在测定地下生物量时,应根据不同植物根系的分布情况适当调整取样范围和深度。(5根的观测一般采用破坏性比较小的“土芯法”和“尼龙网袋法”取样(Jain,1980; Persson,1983;孙力安等,1993;宇万太,于永强,2001。(6若要测定荒漠灌木的生产力动态,则需建立样方,统计每种灌木每个等级组的数量,并根据一年当中的测定次数,标出大、中、小等级组中标准丛若干个。每隔一定时期如半个月,随机选取每种灌木各个等级组中的标准丛各5个,测定其绿色部分的生

24、物量。由于不同时期的单丛绿色部分生物量(G l,G m,G s不同,即各种群的生产力不同;每期所有灌木种群的生产力与草本层生产力之和,按时间顺序排列起来,即构成灌木群落生产力动态。草地现存生物量是指测定时草地上存在的植物生物量,由植物地上生物量(绿色量、立枯量、凋落物量和地下生物量构成。5.5.6.1 活体生物量与立枯生物量在我国北方荒漠、半荒漠地区,植被生物量一般在7月下旬到8月中下旬达到最大。因此,各生态站应根据当地实际情况,在这一时期内确定测定植物生物量的时间。如测定生物量季节动态,则早春应从群落中大多数植物萌发1015 d后开始进行第一次测定,此后每隔一个月测定一次。根据各地植物生长的

25、情况,对生长比较快且较高大的植物群落可每隔1015 d测定一次。测定样方的大小应以群落最小面积为准,一般以1 m2为宜,取样重复510次。要求各样方所取得数据的变异系数不超过10%。5.5.6.2 凋落物5.5.6.3 地下生物量(1方法要点地下生物量是指单位水平面积土体内根系的重量,地下生物量的测定时间应与地上生物量同步进行。此外,于每年植物尚未萌生前(34月份以及植物完全枯死后(约11月份各测一次,可以了解植物群落及根系养分转移与消耗以及失重情况。荒漠草本地下生物量的测定可用土钻法和样方法。前者在每个地上生物量取样样方内,每个样方用土钻提取4个根样,然后根据土钻截面积换算成单位面积根的生物

26、量;后者是在每个地上生物量取样样方内,以50 cm×50 cm的小样方进行地下生物量的取样。取样深度以根系分布的深度为准,但不能小于50 cm。通过计算所得数据的相对误差不超过10%。凋落物是指植物在生长发育过程中主动或被动地凋落于地面的叶片和枝条。乔木和灌木凋落物的收集与测定是研究生态系统结构与功能不可缺少的部分。目前在森林生态系统中较为广泛使用的方法为凋落物收集器法。其方法通常是以一定面积的网状物来回收凋落物,然后换算成单位面积的平均量。但在荒漠生态系统中,乔、灌木一般比较低矮、稀疏,采用该种方法很难取得准确数据。因此,在使用该种方法无效的情况下,也可使用剪取法和样方法。观测地点

27、:主观测场和辅观测场或其他观测区。每年调查一次。每次调查时间在春季植被返青时(4月和秋季树木落叶前(9月各1次。修枝剪,凳子或人字短梯,布袋,铅笔,记录表(附表5-2,油性记号笔。(1样株的设定。根据观测场内乔、灌木的种类、数量、大小和分布格局,确定要测定的植株数。当单种植株数量很少时,可全部作为测定对象;如果数量较多且大小不均时,可按大小分级,每级选择35株样株。样株确定后,挂上明显标志,编上序号。(2凋落物的测定。测定时,分种分株用剪刀剪下即将脱落的黄叶、枯叶、果壳、树皮、折断未落枝条及其它植物器官,对于未折断的枯枝不予剪取。剪下的枝叶等装入布袋,放入标签,带回实验室测定重量。在每年秋季落

28、叶前,将其植株(指落叶树上全部叶片剪下,作为冬季凋落物产量。(3凋落物产量的换算。将测定的样株凋落物产量按照所代表的植物种和数量折算成单位面积凋落物产量。布袋,1 m×1 m高边(10 cm样方框,铅笔,记录表(可参照附表3-12制作,油性记号笔。(1样方的设定。根据乔、灌木分布的实际情况,选择可以较好反映植物凋落物产量的地段,设置样方。样方的重复数应根据植株分布的均匀程度决定,一般1020个。如果观测场内乔、灌木数量很少,可将样方设在树下。样方一旦设定,即作为永久观测样方,因此需要固定。(2凋落物的测定。测定时,轻轻捡出落入样方内的凋落物。对于部分埋入沙土中的凋落物,也应捡出。在可

29、能的情况下,应剔除草本植物的凋落物,然后分类存放、标记,带回实验室测定重量。(1采用剪取法时,两次采样间隔期间脱落的一些凋落物可能未被测到。为了解决这一问题,可将该法和样方法配合使用。(2样地中的立枯木可以在多年内保持原状,这部分称为枯死木质残体。对于立枯木,需要在第一次测定后给予标记,以免以后再重复记入立枯木的量中。单株立枯木量的估计也可以用维量分析法计算。室内分析方法参见本书第8章和第9章。植物种子产量的观测是研究植物生产力和繁殖力的重要方法之一,是生物观测的一项重要内容。由于种子的收获是一项时间性很强的工作,因此必须适时观测和收获,并在事前做好一切采集或收获的准备工作。调查地点为主观测场

30、和辅观测场。每5年调查一次,在种子成熟时进行调查,具体时间根据所调查的植物种类而定。不同植物品种的采种时间可参考植物种子采集手册(刘学忠,刘金,1988。调查记录表参见附表5-3。所谓种子,在植物学上是指经过受精后发育成熟的胚珠。许多干而不裂的果实与植物学上的种子在外部形态上不大容易区分,并且常用来播种,所以人们把这类果实也称做种子,其实,这些是植物学上的果实。在农、林、牧和园艺生产上,种子的概念是广义的,即包括真正的种子、果实和作繁殖用的营养器官。本规范中所说的种子,是指植物学上的种子和果实。采种首先要掌握植物的种类、分布和结实情况,确定采种样地,选择母株,这样才能保证采到足够数量和品质优良

31、的种子。(1实地调查。要掌握植物结实情况,必须先对观测场地内的植物进行调查,了解进行有性繁殖的植物种类、数量和分布情况,并根据物候观测确定开花结实时间。(2确定采种样方或采种植株。在掌握观测场内有性繁殖的植物种类、数量和分布情况后,应确定采种样方或采种植株。一般来说,草本植物需要设定采种样方,而乔木、灌木、半灌木可直接确定采种植株。草本植物的采种样方不可和其他观测样方重叠,面积一般 1 m×1 m,5个重复,样方内应包括大部分草本植物种类。木本植物采种植株的确定,应根据其种类和数量而定。如果其单种植株数量很少,可每株都进行采种,如果数量较大,可采取典型株法确定采种植株。但无论是采种样

32、方,还是采种植株,一旦确定,将永久使用,因此要做好明显的固定标记。确定种子收获的时间,需要考虑到两个问题,既要能获得高额产量和品质优良的种子,又要注意尽可能地减少收获时间不当所造成的损失。(1种子成熟。种子成熟期,可分为乳熟期、蜡熟期和完熟期。种胚的形成完成于乳熟期,此时种子为绿色,含水多,质软,含乳白色乳状质,种子易于弄破;乳熟期的种子干燥后轻而不饱满,发芽率及种子产量均很低,绝大部分不具有经济价值。蜡熟期的种子呈蜡质状,果实的上部呈紫色或灰色,但部分种子仍保存浅绿色的斑点,种子容易用指甲切断。完熟期的种子,具有较好的品质,它们的千粒重、发芽率、种子产量均较高,是适宜收获的种子。在外观上,一

33、般植物的果实或种子的颜色由浅变深,种仁饱满而坚韧,表明种子已经成熟。为了不错过种子的成熟期,延误种子的收获,应根据各种植物的物候期,确定每种植物的大致采种时间。而在各种植物开花开始或结束1215 d后,应每日视察采种样方或植株,准确掌握植物种子成熟进程。(2适时采种。许多植物的种子在成熟后自行飞散或脱落,如蒲公英、白头翁等种子成熟后随絮飞散,杨柳结实当年在45月成熟后自行飞落等,这些种子应在飞絮前采种。山杏、胡桃的种子,成熟后自行落地,可在地上收集。收集时,可摇动树干把上面的果实摇下来一并收集,但不能收集过晚,以免因鸟兽虫鼠而影响种子质量和产量。对于不易脱落的种子,如鼠李、紫穗槐、臭椿等植物的

34、种子,成熟后能较长时间的挂在树上,可在入冬前采集。多年生禾本科牧草植物,如猫尾草、草地羊茅、无芒雀麦、大看麦娘、高燕麦草、小糠草、草地早熟禾等的种子,应该在第一次刈割时采收种子,以保证最大种子产量和较好质量。成熟期不一致的植物种子,可分批采集或重复采集。准备好采种工具,及时采种,提高采种效率,保证采种安全,对采集高产优质的种子具有重要意义。(1采种工具的准备。采种工具的选择应本着对植物本身无伤害或伤害极小而又能提高采种效率,工具简单轻便而又能保证采种安全为原则。常用的采种工具有:剪刀、高枝剪及剪枝剪、采种镰、松树球果采摘刀等。其他用具主要是指与采种、装种和运种有关的用具,主要包括:装种子用的纸

35、袋或布袋、记录表格和标签、运种子用的车辆或其他工具。准备好晾晒种子的场地。(2种子采收。种子的采收方法因植物种类和采收面积不同而有很大不同。在观测场内,种子采收方法主要有两种:1直接采摘法:对于母株较少或种子较大的植物,其种子可采取手工直接采摘。2剪切法:将植物的果穗用剪刀剪下或用采种镰切割下来,经过晾晒收取种子。在野外种子采集中,采集到的大部分是果实,把种子从果实中取出,并进行适当处理,以便保存,称为种子的调制。(1从果实中取出种子。从干果中取种子:通过晾晒、滚压、吹抛和手拣等方法,清除干果的鳞片、荚皮、外壳、残枝、乱叶、土块等杂质,分选出干净的种子。从多汁果实中取种子:首先清除枝叶果柄,然

36、后根据果实的种类采取不同的处理方法。如樱桃、李等树木果实,可浸入水中27 d后用木棒捣,然后用水清洗,除掉果皮和果肉等渣滓即可得到种子。对山葡萄、女贞等果实,可倒入桶中揉搓,再用水冲洗。对于核桃、山杏等果实,可堆在一起,上盖禾草,撒些温水,经78 d,果皮就可脱离,清除果皮即可。从针叶树的球果中取种子:针叶树种子包在球果中,要取得种子,必须使球果自动裂开。一般的球果经过一周左右的晾晒,球果干燥后会自动裂开。樟子松的球果较硬,果鳞不易开裂,可放入火屋内烘烤,在45下处理34 d,然后用木锤轻轻敲击。像马尾松等多胶脂的果实,不易开裂,采回后可堆在阴处,覆盖麦草,通过增加热度,一周后使其胶脂松散,再

37、放到烈日下暴晒,即可脱去果皮。(2种子的干燥。干燥是保存种子的一项重要措施。种子经干燥处理后,可以减弱种子内部的生化活动过程,提高种子贮藏的稳定性,减少损失。同时,干燥可以加速种子的后熟,杀死或抑制有害微生物的生长,消灭仓库害虫,从而改善种子的品质,提高播种质量。因此,刚收获后的种子必须立即进行干燥处理,使其含水量达到规定的标准。种子的干燥方法有自然干燥和人工干燥两类。自然干燥是利用日光暴晒、通风、摊晾等方法来降低种子的含水量。晾晒种子时,保持通风和经常翻动,可以促进种子堆里的气体流通,尽快使种子干燥。种子的自然干燥是种子干燥最经济、最有效的方法,但如遇到阴雨天气或其它原因,种子不能在预期时间

38、内自然干燥时,可采取人工干燥的方法。人工干燥方法是将要干燥的种子放入人工干燥室、烘箱等设施内,通过加温除湿的方法使种子在短期内干燥。人工干燥时,注意温度一般不得超过3545,温度过高可能会影响种子的生命力。根据种子在贮藏期间的生命活动过程及其影响因素,种子在贮藏期间必须注意以下问题:(1种子含水量。种子在储藏之前,必须注意检查种子的含水量。适于贮藏的种子含水量,在北方条件下禾本科牧草不应超过15%,豆科牧草种子不应超过13%,超过这一标准时,在入库之前必须进行干燥处理。由于种子的来源不同,种子的外表情况不同,因此不同含水量,不同外表及不同纯净度的种子应分别贮放。(2清选分级。种子在入库之前必须

39、进行清选、分级、除去杂质,按种子级别进行存放。(3经常检查。种子在贮藏期间,必须经常进行检查。检查要采取定期、定层、定点及定时的“四定”方法,加强管理,防止种子堆变湿、升温,注意虫、鼠害的发生。调查地点为主观测场和辅观测场。每5年调查一次。每次调查时间在当年4月和9月各一次。群落地表和土壤中全部存活的植物种子构成了土壤种子库。以单位面(体积中的种子量来度量。土壤种子库的时空格局在一定程度上可反映某个植物种群的过去,也预示着未来。对实际调查步骤大致说明如下,调查记录表参见附表5-5。(1取样。在群落内随机设置20 cm×20 cm小样方510个(依群落类型而定,样方的设置应避开采种样方

40、。持刀沿框四边切入土壤,每4 cm为一层,分5层取样。(2种子分离。将过筛法或漂浮法和发芽试验法结合,从土壤中分离种子。(3种子数量。对分离出来的种子进行分类计数,计算单位面积或体积土壤种子库的数量。(4种类鉴别。根据种子形态和发芽试验所长出的幼苗形态进行种类鉴定。(5种子活力测定。在室内将各层样品中的整粒种子挑出,用四唑染色法或发芽试验法对种子活力进行检验。在干旱荒漠地区,一般都存在短暂的降水季节,一些一年生植物能够利用这一有水的短暂时期,进行生命活动,并迅速完成其生活周期。当漫长的干旱季节来临时,这些植物则以种子形式保存于土壤中,等待下一个雨季的到来,这类一年生植物称为短命植物。植物的生活

41、周期是指植物从种子萌发开始到正常繁殖,直至自然死亡为止的这样一个生命过程所需要的时间。调查地点为主观测场、辅观测场。每5年调查一次。每次调查的时间:从雨季植物萌芽开始至其枯黄,每35天观测一次物候期变化,每10天测定一次种群数量特征。短命植物物候期包括:萌动期、分蘖期、分枝期、展叶期、拔节期、抽穗期、现蕾期、开花期、结荚期(果熟期、第二次开花期、成熟期、种子散布期、黄枯期等。CERN制定的观测指标为萌动期和黄枯期。在观测植物每一物候期的同时,测定植被的盖度、密度、高度和地上生物量,然后计算各个物候期变化所需时间及数量特征的变化速度等。相关的调查记录表见附表5-5。(4地上现存生物量的测定。在测

42、定植物种群的盖度和高度之后,用剪刀将样方内的植物齐地面剪下,装入塑料袋中,然后按样方编号,带回实验室内迅速称其鲜重后,再放入大小适宜的纸袋中,置于鼓风干燥箱内65烘干至恒重后称重。(5生长节律分析。取得不同物候期植物的生长高度、盖度、密度和生物量之后,用不同物候期之间植被数量特征的差值除以相应天数,可以得到其不同物候期植物生长规律。采用社会调查的方法,对站区调查点周边的牧户进行访问调查,并将调查数据与当地统计部门核对后上报。具体采样与分析方法参见本书第10章相关内容。生态站所在区域。每5年调查一次。每次调查时间在78月。(1在站区不同群落类型的典型地段设置样地。(4按一定比例尺绘制植被分布图。

43、一般程序包括:确定比例尺并选择适当比例尺的地形图作为底图;制图地区的植被调查;通过植被分类确定制图单位;编制作图指南;野外实地作图;图的简合;植被图的清绘;撰写说明书(宋永昌,2001,529-533。一般地,不同比例尺的植被图所表示的植被分类单位也不同。大比例尺和特大比例尺植被图反映的是植被分类的低级单位。而小比例尺植被图反映高级单位。但某一植被类型的表示,除决定于比例尺外,还决定于它的分布特征。大比例尺植被图可以反映小面积的植被现状和细节,而小比例尺植被图则可反映大范围内植被的综合特征和基本的地带性规律以及区域性特征。大比例尺的植被图是通过野外实际测量绘制的,而小比例尺植被图则是在大比例尺

44、图的基础上运用综合、概括和简化的制绘手段主要在室内绘制的。因此,绘制植被图时,应根据编图目的和观测区域的大小选择比例尺。植被图的图例是植被空间结构地图化模型的索引。地图中所反映的各种植被生态特征的信息,首先是通过图例系统来表达的,所以设计和拟定图例的工作是植被制图学中最基础和最重要的工作之一。(1植被图例的分类。植被图例可分为基本图例和补充图例两部分。基本图例是用数码或字母、色谱或线条纹、形象符号对一定比例尺相适应的植被分类系统的概括和综合。补充图例是数码或字母、符号等手段所反映的比例尺外植被类型,如具有重要意义的小面积植被片段,或特定植物资源等。补充图例又称超比例图例。(2图例的设计和安排。

45、设计和拟定图例的原则以制图的目的和任务为转移。通常植被现状图的图例是建立在现实植被群落分类系统上的,它要反映现实植被特征及其与主导生态因素的相关性,因此图例的设计要和图的比例尺以及所反映的植被类型相适应,并且简单明了。文字图例要简单明了,但要包括植被类型的基本特征:优势种、生态指示种、结构、生产力、生境(海拔高度、水热状况、土壤等。色谱图例主要用于彩色植被图,线条网纹图例主要用于黑白植被图(也用于彩色图。选用时,色彩的深浅和阴影线的疏密要和植被的某些特征相结合,如郁闭度、生产力等,一般郁闭度大、生产力高,阴影线愈密。符号图例:分基本符号图例和补充符号图例。前者是基本图例的辅助表示手段,用来表示

46、基本图例之间的组合关系,常与数码、色谱、阴影线符号布置在同一框室的右下方,符号还可用不同颜色来区别。补充符号图例在植被制图中尚无统一规范标准。图例的安排应遵循一定的植被学生态原则,通常在大比例尺与部分中比例尺图中,可依据植被分类系统的基本顺序安排图例,先安排地带性植被和地带性植被的变体,再安排非地带性植被。在同一植被区内部,主要根据植被在演替系列中的稳定程度来安排,先安排“顶极群落”,后安排演替系列群落。(1群落边界的类型。在植被制图过程中,关键的一步是区分植被的类型和确定群落的边界,并通过图斑将其表示出来。而图上每一个图斑,就是制图单位的空间位置、生态地理范围和所占面积的标志。因此,正确地确

47、定群落边界,构绘图斑就成了植被制图的第一步工作。在自然界,植物群落之间的空间边界可能比较显著,也可能十分模糊。一般同质同型群落之间的边界往往是逐渐过渡的,很不容易划分,而异质异型群落的边界则比较清楚,一目了然。群落的边界一般分为以下几种类型:显著边界:指因地貌地形、水热等外界条件发生显著变化,植被类型也发生显著变化,形成很容易观察到的边界,称作显著边界。镶嵌边界:与显著边界的区别在于,在两个群落之间的接触处,可以观察到这些群落个别片段的嵌入体,即在边界上可以观察到某种植被构造的复合体。这种边界具有岛状镶嵌的特征。边饰边界:与镶嵌边界的区别在于两个相邻的群落之间存在一个或几个在质上不同于前者的微

48、带状群落,并构成群落之间的边饰,这种现象在沙地、沼泽和草原上比较常见。扩散边界:是一个群落逐步被另一个群落逐步替代的表现形式,由多优势种或建群种构成的群落边界,常以这种形式出现。(2群落边界的确定。群落边界的确定,必须与相互交界群落之间的调查、群落相似系数的分析,以及群落接触地段生态环境的调查同步进行。同时,还可以用下列公式测定群落边界的相对显著度:122F F T a+= 式中:a 边界的宽度;F 1,F 2相邻群落的宽度。一般地,群落之间边界的宽度越大,边界的显著度越低,边界宽度越低,显著度越大。简合是植被制图中图斑形状和内容的选择和综合过程,是为了使得图清晰易读,重点突出。包括:图斑的简

49、合和图例的综合,二者之间有着密切的联系。(1图斑的简合。为了反映不同植被类型的空间关系和分布规律,由大比例尺植被图向中、小比例尺图缩编时必须对某些图斑进行选择、校正和取舍,以避免图面超负荷而无法阅读。通常,植被图斑的最小面积为2 mm×2 mm 。但还要根据具体情况对某些具有特殊意义的植物群落,即使图斑面积小于2mm×2 mm ,也要酌情做适当“放大处理”构绘出图斑轮廓,或者采取超比例尺符号的方法将其轮廓描绘于图上。为了避免图面上出现不应有的复杂化和超负荷现象,也不能不分主次地把图斑面积大于2 mm×2 mm 的所有群落轮廓都绘于图上。这就需要进行图斑的综合,即需

50、要删掉一部分虽然按比例尺可以构绘出来,但又干扰反映主要类型分布规律的某些次要植物组合的图斑轮廓。一般来说,图斑综合是将图斑面积较小的群落,按其发生关系向相应的原生植被归并。并且同时还要对简化的图斑轮廓界线进行几何图形校正,使之与地体特征一致,特别是综合以后的图斑界线和轮廓的弯曲度应与水文脉络、地质构造、地貌形态走向一致。(2图例的简合。图例的简合,即图斑内容的系统化、概念化,是和图斑几何图形的综合相辅相成并同步进行的。通常,图例的简合通过下面3个途径完成:一是根据植被分类系统进行图例综合,即随着比例尺的逐级缩小,植被的分类单位由低级向高级综合。一般特大比例尺图或详图的基本制图单位为群丛或群丛变

51、体,概测图为群丛或群丛组,中比例尺图为群丛组或群系,综合型小比例尺图为群系、群系组或植被型,概括性小比例尺图为地带性植被或植被型。二是根据植被动态特征进行图例的简化,即在比例尺缩小的过程中,将面积较小的次生群落类型归属于原生植被,非地带性植被归属于地带性植被,使图例简化。三是植被图例的加权简化,即随着比例尺的缩小,一些在大比例尺图上的类型因图斑缩小无法再表现,又不能按照上述两种办法简化时,采取将个别群落类型与相邻类型合并为一组合的方法,进而达到突出重点,又不删掉重要细节的目的。植被图制作完成后,可以通过测定每个图斑的面积计算出每种植被类型的面积。测定图斑面积的方法很多,常用的有:绘图仪测定法:其方法是利用绘图仪的绘图笔沿每种植被类型图斑线进行描绘,形成闭合线路,计算机就会根据输入的信息和图的比例尺计算出图斑面积和所代表的实际面积。称重法:选择质地均匀的硫酸绘图纸10 cm×10 cm ,用感量为0.001 g 的电子天平进行称重并计算出单位面积纸的重量。用0.2mm 或0.5 mm 的绘图笔将植被图清绘到上面,根据图的比例尺