森林环境技能训练.docx
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森林环境技能训练.docx
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森林环境技能训练
《森林环境》技能训练部分
实训项目1森林结构特征的观察
一、实训目标
通过本次实训,了解森林及林分的概念,熟悉森林结构特征的主要内容。
二、实训场所
校园附近、公园等地。
三、实训形式
在教师指导下,学生利用所学知识,对森林结构特征逐一进行现地观察。
四、实训备品与材料
海拔仪、记录夹、笔记本、笔。
五、实训内容与方法
(一)观察林木与孤立木
分别观察记录林木和孤立木的特征,并作比较。
1.林木
林木一般树干高大、通直、圆满,自然整枝良好,枝下高长,树冠较小,且多集中于树干上部。
2.孤立木
孤立木一般树干粗矮尖削、树冠庞大,几乎分布在整个树干上、枝下高短。
(二)观察森林的结构特征
选择某一林分对其主要结构特征进行观察记录:
1.森林组成
观察并能区分单纯林或混交林。
(1)单纯林(或称纯林)是指仅由单一树种组成的森林。
在森林经营中常将虽有几个树种组成,但某一树种占绝对优势,其它树种所占比重不足一成的森林也称为单纯林。
(2)混交林是由两个以上树种组成的森林。
2.森林的层次
观察并能区分乔木层、灌木层、草本植物层及层间植物层。
对乔木层进一步观察是单层林或复层林。
(1)乔木层由高大的乔木树种组成,位于森林群落的最上层,是森林的主体。
(2)灌木层处于乔木层以下,是所有灌木型木本植物的总称,包括灌木及生长不能达到乔木层高度的乔木,在林业上灌木层有时也被称为下木层。
(3)草本植物层位于灌木层之下,生长在森林的最下一层,覆盖在林地表面,包括地衣、苔藓在内的所有草本植物的总称。
3.森林的起源
观察并能判别天然林或人工林。
(1)天然林是指天然下种、人工促进天然更新或萌生形成的森林、林木和灌木林(不含人工林采伐后萌生形成的森林)。
天然林通常没有规则的株行距,林木分布不均匀,没有规则的树种结构和比例,林下植物种类较多,林内生物多样性较为丰富。
(2)人工林是指人工植苗(包括植苗、分植、扦插)、直播(穴播或条播)或飞播方式形成的森林、林木、灌木林(包括人工林采伐后萌生形成的森林)。
人工林通常有较规则的株行距,林木分布比较均匀整齐,树种较单纯,多为单纯林,或者几个树种在林地上的分布具有某种明显的规律性,同时,树木年龄基本相同,一般为同龄林,林下植物种类也相对单一。
天然林则相反,没有规则的株行距,林木分布不均匀,没有规则的树种结构和比例,林下植物种类较多,林内生物多样性较为丰富。
4.森林的郁闭度和密度
对所观察林分的郁闭度和密度进行目测。
(1)郁闭度是指林冠投影面积与林地面积之比,它可以反映一片森林中林冠彼此衔接的程度或是林冠遮盖地面的程度。
简单的目测法可估计树冠间露出天空的比例,如占样地30%,则树冠郁闭度为70%,一般使用十分制,即写成0.7。
观察时要多看多算,不应局限在某一小局部。
(2)密度是指单位面积上林木株数的多少。
单位面积株数较多的林分密度较大,反之则较小。
5.森林的年龄
观察并能识别同龄林或异龄林。
(1)同龄林林分内林木年龄相差不超过一个龄级的为同龄林。
同龄林通常具有水平郁闭的特点。
(2)异龄林林分内林木年龄相差超过一个龄级的称为异龄林。
异龄林常表现出垂直郁闭的形式。
6.森林的立地质量
观察同年龄不同林分的高生长,大概判断其立地质量。
森林的立地质量与林分高之间有着密切关系,通常在相同年龄时,林分越高,说明立地条件对该树种越适合,林地的立地质量越好,林地生产力越高。
六、注意事项
本实训主要是以观察为主,对森林的结构特征没有做量化的实际测定,故学生应该集中注意力结合教师的讲解认真观察记录;野外实训要注意维护自身安全和提高森林的防火意识。
七、实训报告要求
记录比较林木与孤立木、森林各结构特征,并写出其主要特点。
实训项目2光照强度的测定
一、实训目标
了解照度计的构造和工作原理;学会使用照度计;掌握光照强度的测定方法。
二、实训场所
校园、林场等
三、实训形式
在教师指导下选设测点,并进行现场的光照强度测定。
四、实训备品与材料
按4~6人一组计算,每组配备:
照度计1台,记录表格若干。
五、实训内容与方法
(一)照度计的构造和工作原理
图2—5照度计
1.量程开关2.指示部分3.滤光器4.感应部分(光电池)
照度计是根据光电效应原理制成。
其构造主要有光电池、电流表和量程开关三部分组成(图2—5)。
光电池由硒半导体或硅半导体元件制成,装在圆形有柄的胶木盒内。
光电池用电线连接到电流表,在一定强度的光照下,可产生相应强度的电流,把电流换算成照度值,表示在电流表的刻度板上。
这样,电流表上的指针示度就是光照强度的读数,即可以直接由电流表读出照度值(lx)。
(二)照度计的使用和光照强度的测定
观测光照强度时,将光电池放在应测高度有代表性的部位,光电池要水平放置,并应根据实际光照强弱确定相应的量程。
光电池附有相应的滤光器,当光照很强时,必须将滤光器放在光电池上,并将开关调至相应的倍数档上,再进行读数。
光照强度=读数×量程×修订系数(lx)
表2—2光照强度的测定记录
测定时间:
年月日
项目
林内
林外
1
2
3
1
2
3
光照
强度
(lx)
读数
结果
平均
六、注意事项
1.在测定光照强度时,照度计的感应部分必须保持水平。
2.照度计上的量程选择应注意必须从最大量程开始,依次选取。
3.照度计不使用时,应把开关拨至“关”档。
七、实训报告要求
个人独立完成或以小组为单位完成。
汇总不同测点的几次观测值,求出各测点的平均值,然后进行对比分析。
要求数据齐全,计算结果正确,分析结论准确。
实训项目3气温和土温的观测
一、实训目标
了解常用温度表的构造原理,熟悉温度表的种类、用途及安装,掌握温度表的使用以
及气温、土温的观测方法,具备对温度观测资料进行一般的整理和分析能力。
二、实训场所
实验室,气象观测场或校园。
三、实训形式
先以小组为单位由教师介绍常用温度表的有关知识以及气温、土温的观测方法,然后
以个人为单位在教师的指导下进行实际的观测。
四、实训备品与材料
预先在气象观测场内安装好两套仪器:
百叶箱内安装干球温度表、湿球温度表、最低温度表、最高温度表,地温地段安装地面温度表、地面最低温度表、地面最高温度表,曲管地温表(分别测定离地面5、10、15、20cm深的土壤温度)。
观测记录纸若干,各温度表的订正值表。
五、实训内容与方法
(一)温度表的构造原理
测定气温和土壤温度用的温度表都是玻璃液体温度表,其构造主要分为四部分(图3—7),即感应部分(6)、毛细管
(1)、刻度磁板(3)和外套管(4)。
温度表的感应部分是一充满测温液体的球部,其外形有球状或柱状等。
毛细管一端封闭,另一端与感应球部相连。
这种温度表就是利用感应液体随温度改变而引起体积膨胀,由毛细管中液柱的位置变化来测定温度的。
球部和毛细管的一部分充满感应液(水银或酒精)。
通过毛细管后面的刻度磁板可以读出温度的具体数值。
图3—7干球温度表(套管式)
1.毛细管2.水银柱3.刻度磁板4.外套管5.鞍托6.感应球部
常用的感温液(或测温液)有水银和酒精两种,其中主要是水银。
因为水银的比热小,导热系数大,沸点高,内聚力大,用水银作为感温液可以使温度表有较高的测温精度。
但
由于水银的凝固点较高(-38.9℃),故不宜用来测量低温。
而酒精的凝固点较低(-117.3℃),可以代替水银测低温。
但酒精的膨胀系数不稳定,易挥发,与玻璃有浸润作用,误差较大,故不常采用。
气象观测中常用的温度表有以下几种。
1.普通温度表
普通温度表即一般的套管式玻璃液体温度表,其测温液为水银。
温度表的球部有球形、桃形、圆柱形等。
测定空气温度和湿度用的干湿球温度表、地面温度表和曲管地温表都属于这种类型。
2.最高温度表
最高温度表是用来测定一定时段内的最高温度的,其测温液为水银。
如图3—8所示,最高温度表在接近球部的内管里镶上一根玻璃针尖,使球部与毛细管之间形成一窄口。
当温度上升时,球部内的水银膨胀,压力增大,迫使水银挤过窄口上升到毛细管内;当温度下降时,球内水银收缩,但由于无足够的压力使水银挤过窄口回至球部,因而水银就在窄口处断开。
这样,窄口以上的水银顶端就保持在过去曾感受到的最高温度示度处。
为了防止毛细管内的水银受重力影响下滑,从而改变示度,最高温度表应平放,球部稍低。
图3—8最高温度表(局部)
3.最低温度表
最低温度表是用来测定一定时段内的最低温度的,测温液为酒精。
如图3—9所示,最低温度表的毛细管比一般水银温度表的粗,毛细管的酒精柱内,有一蓝色的哑铃状游标
(1)。
当温度下降时,酒精柱收缩下降,借助酒精柱顶端表面张力的作用,带动游标一齐下降;当温度上升时,酒精可以绕过游标,从游标与毛细管壁间的缝隙上升,而不致带动游标。
所以,游标远离球部一端的示度即为前一段时间内温度表曾感受到的最低温度。
为防止游标因重力下滑,在使用时也应将最低温度表平放,球部稍高。
图3—9最低温度表(表身局部)
1.游标2.酒精柱
4.曲管地温表
曲管地温表一套共4支,分别用来测定深度为5、10、15、20cm浅层土壤的温度。
曲管地温表的球部为圆柱形,球部与表身弯曲成135°角。
4支温度表的长度不同,安装后其读数部分裸露在地面以上。
为了防止套管内空气的对流,套管内刻度板以下部分用棉花充填。
(二)实习步骤和内容
1.室内练习
在室内熟悉各种温度表的形状、构造和性能。
可以用手掌或温水作热源,模拟升降温变化,并练习读数(保留一位小数)和订正。
2.仪器安装
图3—10百叶箱内部
1.干球温度表2.湿球温度表3.毛发湿度表4.最高温度表5.最低温度表6.水杯
(1)气温表的安装
气温表必须安装在特制的小百叶箱内的温度表支架上。
其中干湿球温度表应垂直挂在铁支架两端的环内,干球温度表在东边,湿球温度表在西边,球部朝下,球部中心离地面1.5m。
湿球的下方固定一个带盖的小水杯,杯口离湿球约为3cm。
最高、最低温度表分别水平安放在支架下部的横梁钩上,球部朝东,而且离地面分别为1.53m和1.52m(图3—10)。
(2)地温表的安装
地面温度表和曲管地温表安装在观测场南侧、面积为2×4m2的裸地上,地表应疏松、平整、无杂草,且与整个观测场地面相平。
①地面温度表的安装:
3支地面温度表并排平放在地段中央偏东的地面上,球部向东,由北向南依次为地面温度表、地面最低温度表、地面最高温度表,表身相距5cm。
球部和表身一半埋入土中,一半露在地面上边(图3—11(b))。
不可用土整个掩埋球部。
图3—11地面温度表和曲管地温表的安装示意图
1.地面温度表2.最低温度表3.最高温度表4.曲管地温表5.踏板
(a)安装地温表的地段(b)地面温度表的安装示意图
(c)曲管地温表的安装示意图(详见图3—12)
②曲管地温表的安装:
曲管地温表安装在地段中央偏西的土层中。
按5、10、15、20cm的顺序自东向西排列,各温度表之间相距10cm(图3—11(a))。
5cm的曲管地温表距离地面最低温度表头部20cm。
安装时球部向北,表身南倾与地面成45°角。
4支曲管地温表沿东西方向排列整齐,表身红线应与地面相平,露出地面的表身应用叉形木架或竹架支牢(图3—12)。
安装时,在埋设地段的地面上划出安装位置,然后挖一条长约40cm,宽约20cm东西向的小沟。
沟的北壁为一垂直面,南壁与地面成45°的斜坡(图3—11(c)和图3—12)。
沟底由东向西逐渐加深,并呈阶梯状(共4个阶梯),每个阶梯距地面的垂直深度分别为5、10、15和20cm。
沟底与沟坡的士层要压紧。
尔后,将各支温度表按顺序背靠南壁放入沟中,其感应球部朝北,并与沟底相贴,注意各温度表间约相距10cm。
最后培土将沟填平。
填土时,土层也须适度压紧。
为便于正确安装曲管地温表和日后检查深度变化,在温度表上有一红漆记号,安置后的土面应与记号齐平。
为了观测时不践踏土壤,应在曲管地温表北面40cm处沿东西方向设置一踏板。
踏板长1OOcm,宽约3Ocm。
图3—12曲管地温表的安装示意图(放大详图)
3.气温和土温的观测与记录
每天北京时间02、08、14、20时进行4次气温和土温的观测(表3—8、3—9)。
其中,最高温度表和最低温度表只在20时观测1次。
①气温的观测轻轻打开百叶箱,按干球温度表、湿球温度表、最高温度表、最低温度表的顺序读数记录,复读后调整最高温度表和最低温度表。
温度表读数时应注意:
动作要迅速,先读小数,后读整数;视线应与水银柱顶端表面相切,最高温度表水银柱如上滑,观测时应稍稍抬高表身,让球部朝下,使水银柱下滑后再读数;最低温度表的酒精柱如有中断,应收回维修。
每次观测后,最高、最低温度表都应及时调整。
最高温度表的调整方法是:
用手握住表身中部,球部朝下,把手臂向下伸直,向前伸出约30°,用大臂在前后45°范围内甩动,直至水银柱示度接近当时的干球温度为止。
甩动时,动作要迅速,且甩动平面要与刻度板的刻度面一致。
放回原处时,应先放球部,后放表身,以免水银柱上滑。
最低温度表的调整方法是:
将球部向上抬起,使游标落在酒精柱的顶端。
放回原处时,要先放表身,后放球部,以免游标下滑。
②土壤温度的观测观测时,要求踏在踏板上俯视读数,按照先地面后地中、由浅到深的顺序进行观测记录。
观测读数时和气温观测相同。
在观测地面温度表时,如果表身被水淹没,应水平地取出水面,并迅速读数,记录完后将表内水排除,把表重新安放好,并在“备注栏”注明“地温表被水淹没”。
地面温度表被雪覆盖,应于观测前10min将其取出置于雪面上,球部及表身一半埋入雪中。
在夏季炎热的日子里,08时观测后,将地面最低温度表收回,放于阴凉处,到20时观测前重新调整后安放回原处。
当地面温度低于-36℃时,停止观测地面和最高温度表,将其收回室内,而只用最低温度表进行观测。
其酒精柱示度为地面温度;其游标示度为地面最低温度。
曲管地温表被雪覆盖而无法读数时,可以不进行读数。
若估计积雪很快会融化,可把表身上的积雪除去,然后读数。
冬季地冻前,应将全部曲管地温表取回。
取回的时间最好在旬、月、年底,以便于统计。
来年解冻后,再把曲管地温表安放原处,继续观测。
夏季估计可能降雹时,应提前用防护罩把地面和曲管地温表罩好,以免被冰雹击毁。
4.整理观测记录
(1)器差订正
读出温度表的示度值(保留一位小数)后,要作器差订正。
订正值在每支温度表所附的检定证上查得。
例如3366号温度表的检定证如表3—7。
表3—7各温度示值的订正值(℃)
示值
订正值
示值
订正值
由
至
由
至
-30.0
-20.0
-14.9
-20.1
-15.0
-5.0
+0.1
+0.2
+0.1
-4.9
+5.1
+35.1
+5.0
+35.0
+40.0
0.0
-0.1
-0.3
如某时刻温度读数为20.3℃,查上述检定证,订正值为-0.1,订正后的温度值为20.2℃。
表3—8土温的观测记录
观测时间:
年月日
时间
2
8
14
20
合计
平均
读数
器差
订正后
读数
器差
订正后
读数
器差
订
正
后
读数
器差
订正后
土温
0cm
地面最高
日最高
地面最低
日最低
5cm
10cm
15cm
20cm
表3—9空气温度的观测记录
观测时间:
年月日
时间
2
8
14
20
合计
平均
读数
器差
订正后
读数
器差
订正后
读数
器差
订
正
后
读数
器差
订正后
干球温度表
湿球温度表
——
——
毛发表
最高温度表
日最高
最低温度表
日最低
水汽压
相对湿度
露点温度
——
——
饱和差
——
——
(2)日最高、日最低值的挑选:
日最高、最低气温从当日最高、最低气温和各定时气温(包括前一天20时气温)中挑一最高、最低值,即为当日真正的最高、最低气温。
地面日最高、最低温度从当日地面最高、最低温度和各定时地面温度(包括前一天20时地面温度)中挑一最高、最低值,即为当日真正的地面最高、最低温度。
(3)求算日平均温度(〒日),其求算式为:
①四次观测的日平均值用下式计算:
〒日=
(t2+t8+t14+t20)
式中t2、t8、t14、t20分别表示2、8、14、20时的定时观测值。
②三次观测时,2时气温以订正后的自记记录代替。
无自记仪器的,其平均气温可用
下式计算:
〒日=
〔
(t20′+tmin)t8+t14+t20〕
式中t20′为前一天20时气温,tmin为当日最低气温,其余符号同上。
在计算5、10cm地温的日平均时,2时的记录可用8时的记录代替,其日平均可按下
式计算:
〒日=
(2×t8+t14+t20)
另外,2时的15、20cm地温项目可作空白不计,它们的日合计、日平均可按三次记录
统计。
六、注意事项
1.观测气温和土温时,不能用手触摸温度表球部,且切勿将温度表拿离原处读数。
2.最高温度表、最低温度表调整后,一定要注意安放的先后顺序。
3.温度表读数时,视线应与观察面顶端相切,并注意复读,避免错漏。
4.按照要求作好检查、维护工作。
七、实训报告要求
个人独立完成对气温和土温的观测记录,并进行读数的订正、极值的挑选和日合计、日平均的计算。
然后画出一天土温的垂直分布图,并进行分析。
要求数据齐全,计算结果正确,分析结论准确。
实训项目4空气湿度的观测
一、实训目标
了解干湿球温度表、通风干湿表的构造原理;学会使用它们的方法;掌握空气湿度的测定方法。
二、实训场所
校园、气象观测场等。
三、实训形式
4~6人一组,在教师指导下选设测点,并进行现场空气湿度的测定。
四、实训备品与材料
1.小百叶箱1~2个,其内安装:
干球温度表、湿球温度表、最高温度表、最低温度表各一套,湿度查算表15~20本,蒸馏水,记录表格若干。
2.按4~6人一组计算,每组配备:
通风干湿表1台,蒸馏水1瓶,记录表格若干。
五、实训内容与方法
(一)干湿球温度表测定空气湿度
1.测湿原理干湿球温度表是由两支型号、大小完全相同的普通水银温度表组成。
其中一支用来测定气温,称为干球;另一支球部包扎脱脂纱布(图4—4(a)),纱布伸入水杯,使其保持湿润,叫做湿球。
二者垂直挂在小百叶箱内的温度表支架上,左边是干球,右边是湿球(图4—5)。
干湿球温度表处在同一环境中,当空气未饱和时,湿球纱布上的水分随时都在蒸发,蒸发过程中消耗的热量来自周围空气。
所以,湿球温度低于干球温度(空气温度),它们的差值称作“干湿差”。
空气湿度小,湿球纱布上的水分蒸发快,失热多,则干湿差大;反之,则干湿差小。
因此,可以根据湿球温度和干湿差来确定空气湿度。
此外,蒸发速度还与气压、风速等有关。
根据这些因子,可以导出下列基本公式,即
e=Ew-AP(t–tW)
式中,e为空气的水汽压(hPa);t为干球温度(℃);tW为湿球温度(℃);P为气压(hPa),A是与通风速度和温度表球部形状有关的测湿系数(℃-1)。
Ew为湿
球温度下的饱和水汽压(hPa)。
图4—4湿球纱布包扎的示意图
(a)温度0℃以上时湿球纱布包扎(b)湿球纱布冻结时纱布包扎
(c)通风干湿表的湿球纱布包扎
在实际工作中,若每次用公式计算,过于繁杂且易出错误,为使用方便,国家气象局
依据上述的公式,编制出《湿度查算表》。
这样,只要测得t、tW、P值,借助《湿度查算表》,从相应表中可查得水汽压(e)、相对湿度(U)、露点(td)和饱和差(d)。
图4—5小百叶箱内温度表的安置
1.干球温度表2.毛发湿度表3.湿球温度表4.最高温度表
5.最低温度表6.水杯7.纱布条
2.湿球温度表的使用
(1)湿球纱布包扎(图4—4)用统一规定的吸水性良好的纱布包扎球部,包扎时,湿球温度表从百叶箱中取出,洗干净手后,再用清洁的水将球部洗净,然后用长约10cm的新纱布在蒸馏水中浸湿,平贴无皱折地包卷在水银球上(纱布的绝大部分留在下边),纱布的重叠部分不要超过球部周围的1/4;包好后,用纱线把高出球部上面的纱布扎紧,再将纱布弄平,用纱线把球部下面的纱布紧靠着球部扎好,不宜过紧,最后剪掉多余的纱线。
冬季,湿球纱布开始结冰后,取走水杯,并在湿球球部下端2~3mm处剪断(图4—4(b))。
(2)湿球溶冰湿球结冰,不能用水杯供水时,在每次观测前均须润湿湿球纱布,其目的是使湿球纱布能有足够的水分(或冰衣),保持湿球表面有良好的蒸发,以获得正确的湿球示度。
溶冰用的水温不可过高,相当于室温的水,能将湿球上的冰层溶化即可。
溶冰时,将湿球球部浸在水杯内,待冰层完全溶化(用湿球温度的示度来判断),移开水杯,用杯口将聚集在湿球纱布上的水滴除去。
一般在观测前30min左右进行溶冰;风大时可在观测前20min进行;风小湿度大时,在观测前50min进行。
3.观测和记录:
表4—3空气湿度的观测记录
(一)
观测时间:
年月日
时间
2
8
14
20
合计
平均
读数
器差
订正后
读数
器差
订正后
读数
器差
订
正
后
读数
器差
订正后
干球温度表
湿球温度表
——
——
毛发表
最高温度表
日最高
最低温度表
日最低
水汽压
相对湿度
露点温度
——
——
饱和差
——
——
测定空气湿度的准确度与湿球示度是否准确有密切关系。
湿球观测记录的方法与干球一样(先观测干球后
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