植物地理野外实习指导.docx
- 文档编号:9134012
- 上传时间:2023-02-03
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:310.58KB
植物地理野外实习指导.docx
《植物地理野外实习指导.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《植物地理野外实习指导.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
植物地理野外实习指导
野外生态学
实习指导
刘鸿雁、郭大立、贺金生、唐志尧、郑成洋
北京大学生态学系
2005年6月
目录
第一章实习区介绍…………………………..
3
第二章植物分类与植物群落调查…………..
7
第三章土壤调查……………………………..
14
第四章光合作用的测定……………………..
17
第五章遥感影像分析………………………..
20
第六章动物观测……………………………..
21
第一章实习区介绍
本实习地点为北京大学地球环境与生态系统定位研究塞罕坝站,以河北塞罕坝机械林场为驻地,选择6条路线,向周围到达河北御道口牧场以及内蒙古克什克腾旗红山军马场和乌兰布统乡(图1-1)。
图1-1实习区及周边地区自然地理概况
围场县位于河北省最北部,距离北京直线距离约180公里,隶属承德市。
围场县及附近地区为清代皇家猎场“木兰围场”所在地。
1860年以后,特别是1905年以来,由于农业人口的大量迁入,自然环境发生了急剧变化。
塞罕坝机械林场位于围场县西北部,与内蒙古自治区克什克腾旗和多伦县接壤,是大型国有机械化林场。
1.1地貌特征
实习区位于内蒙古高原东南缘,主体部分海拔为1100-1400m。
高原面地貌形态多样。
西部为浑善达克沙地,由多条东西走向的沙带组成。
东南和南部为冀北山地。
沟谷海拔在500-700m之间,在坝缘部分,山地海拔迅速上升到1400-1700m,最高峰大光顶子海拔接近2000米。
向北和西北方向进入内蒙古高原,海拔复又缓缓下降,这一部分即为通常所称的“坝上”。
1.2气候条件
表1-1为实习区及周边地区1月均温、7月均温、年降水量及平均风速。
表1-1实习区及其周围地区主要台站的气候状况
站名
经度
纬度
海拔
(m)
1月
均温(℃)
7月
均温
(℃)
年降
水量
(mm)
平均
风速
(m/s)
围场*
117.75
41.93
842.3
13.3
20.7
414.3
2.1
经棚
117.53
43.25
1003.2
-16.4
20.2
362.9
3.7
大局子
117.35
42.58
1510.0
-19.4
16.1
504.0
3.2
塞罕坝**
117.25
42.40
1450.0
-20.1
17.6
425.9
缺少
白音敖包
117.21
43.52
1340.7
-22.7
17.4
390.1
3.3
多伦县
116.47
42.18
1245.4
-16.9
18.8
372.8
3.6
表中标有*者为1961-70年平均值,标**为1959-1994年平均值,其余为1951-70年平均值
利用内蒙古高原东南部的气候资料,对整个区域的气候状况进行克里格插值处理,结果如图1-2所示。
从图1-2可以看出,实习区及周边地区年降水量存在SE-NW向的梯度。
而温度指标的梯度不明显,总体上坝下气温偏高,坝缘山地和大兴安岭南段山地由于海拔较高而温度偏低,内蒙古高原部分温度差异较小。
年均温(C)
年降水量(mm)
纬
度
经度
图1-2主要气候指标的空间分布(图中黑色圆圈为塞罕坝机械林场位置)
1.3土壤特征
由于气温递变速率快,地貌类型多样,本区土壤类型多样。
从冀北山地向锡林郭勒熔岩台地,土壤类型依次为棕壤、灰色森林土、黑钙土、淡黑钙土、暗栗钙土。
在浑善达克沙地主要为风沙土。
一些高海拔的山顶分布有亚高山草甸土。
1.4植物区系
研究区在植物区系组成上有着非常明显的过渡性,从冀北山地向内蒙古高原过渡,表现为东亚成分逐渐减少而达乌里—蒙古成分增多。
冀北山地是东亚成分向内蒙古高原腹地渗透的门户;大兴安岭南部山地又是东亚成分北上及东西伯利亚成分南下的桥梁。
1.5土地利用
坝下第三乡以南以农为主,农林结合,自然林较少,在一些地区有斑块状人工林。
从第三乡到坝上吐力根河以林为主,为塞罕坝机械林场的范围,除天然的落叶阔叶林外,还栽种了大面积落叶松林和一定数量的樟子松林,森林覆盖率高。
吐力根河以北东半部分为冀北山地和大兴安岭山前丘陵,台地,境内土地利用方式为林牧结合,森林以天然林为主;西半部分土地利用以牧为主,有红山军马场、元宝山牧场等牧业基地。
第二章植物分类与植物群落调查
2.1实习要求
1、认识150~200种实习地区常见的野生植物,掌握植物标本的采集、压制、记载、定名的基本方法;
2、掌握植被野外调查的基本方法;
3、能初步分析植被与环境要素(如坡度、海拔、土壤、小地形等)之间的关系;
4、掌握实习区植被分布规律,对实习区地理格局有初步的认识。
2.2实习必备工具
大皮尺(50米)、标本夹、枝剪、罗盘、放大镜、望远镜
(除望远镜外以上工具每组必备一份)
样方本、标签、钢卷尺、实习地区植物检索表(或植物志)
(以上工具每组必备若干)
野外记录簿、橡皮、小刀、铅笔
(以上工具人手一份)
2.3样方法简介
如何测定植物群落的种类组成以及评价它们在群落中所起的作用一直是群落生态学研究的重要内容。
为了分析组成某一植物群落的种类,必须在该植物群落分布的范围内选取一定数目的样地进行统计,这种方法称为样地法。
一般说来,样地应该选择在植物分布比较均匀、有代表性的地段。
取样可以分为主观取样和客观取样两种。
主观取样一般是在对一定地区的植物群落有充分了解的基础上,根据研究者的研究目的进行的。
客观取样又可以分为规则取样和随机取样两种,这种方法一般用于研究者对当地植物群落缺乏了解,或研究者需要用概率统计的手段来支持他们的结论时。
2.3.1样地设置
样地形状可以是方形的或圆形的,前者称为样方法。
样地的大小一般需要事先进行实验。
对于草本群落,一般最初用10cm×10cm的面积,对于森林群落,一般最初用5m×5m或者更大的面积,登记这一面积内所有的植物种类,然后按照一定顺序,扩大样地边长,每扩大一次,登记新增加的种类,扩大样地的方式如图2-1所示。
图2-1确定样地表现面积的方法:
从小到大按一定顺序逐渐扩大样地面积
随着样地面积的增大,种类数目逐渐增加。
在一定的样地面积以上,种类数目基本保持稳定(图2-2)。
我们把植物种数不再有明显增加时的样地面积称为群落的表现面积,也称最小面积,也就是说至少要有那么大的空间才能包含群落的大多数植物种类,表现群落的主要特征。
表现面积
种
数
面积
图2-2种-面积曲线
2.3.2描述群落种类组成特征的数量指标
(1)多度
一个物种的某一样地内出现的个体数量称为多度。
它随着时间和空间而改变,在有的情况下很难精确计算一个种的多度或者时间不允许这样做,这时可以用目视评估的办法。
在西方国家经常采用的多度等级如下:
1:
稀少(scarce)
2:
少见(infrequent)
3:
常见(frequent)
4.:
多(abundant)
5:
很多(veryabundant)
我国学者仿效前苏联,采用德鲁德(Drude)六级制多度,或称德氏多度。
具体的简写和含义如下:
cop3(copiosae3):
很多
cop2(copiosae2):
多
cop1(copiosae1):
尚多
sp(sparsae):
分散
sol(solitariae):
个别
un(unicum):
一个
此外,还有soc(sociales)与多度符号同时使用,表示密集,植物的地上部分互相靠拢。
(2)密度
与多度接近,但指单位面积内某种植物的平均数量。
(3)盖度
盖度指某种植物在群落中覆盖的程度。
盖度有两种表达方式。
一是投影盖度,二是基部盖度。
投影盖度表示植物枝叶所覆盖的地面面积,以覆盖地面的百分比来表示。
它表现出的是植物所实际占有的水平空间,即它利用太阳光能进行光合作用的同化面积。
一般采用目测估算,也可以采用仪器量测。
在林业上通常采用郁闭度来表示投影盖度。
所谓郁闭度就是林冠彼此接触闭合的程度,一般以0,0.1,0.2等表示,完全郁闭时为1。
基部盖度指植物基部着生的面积。
在草本群落中,投影盖度往往随着不同年份降水的多少而有很大差别,基部盖度则比较稳定。
基部盖度一般通过量测基径然后计算获得。
(4)频度
各种植物在群落内不同部分的出现率称为频度。
频度的计算通过以下方法获得。
首先在群落内不同部位取一定数目的小样地(小样方或小样圆)。
有某种植物出现的小样地的数目占所有小样地数目的百分比即为这一植物的频度。
小样地的面积根据实际情况而定,对于草本群落,通常取1平方分米。
频度的作用在于说明个体数量及其分布。
频度指数越大,表明个体数量多且分布均匀,该物种在群落中所起的作用也大。
(5)优势度
优势度指一个物种在它所处的群落内所起的作用和所处的地位,如在该群落物质循环中的作用,对其它物种的影响等。
优势度一般很难度量。
多度大、盖度也大的物种,其优势度大;多度不大而盖度又小的物种,优势度一般较小。
但多度小而盖度大的物种所起的作用可能也大,如森林群落中的优势乔木就是如此。
估计优势度有多种方法。
有的学者把多度和盖度结合起来估算优势度,如Braun-Blanquet拟订了以下等级表,用于划分优势度:
+:
稀少或者非常稀少,盖度非常小
1:
很多,但覆盖的面积小
2:
大量或至少覆盖5%的面积
3:
任何个体数目,覆盖25%-50%的面积
4:
任何个体数目,覆盖50%-75%的面积
5:
覆盖面积超过75%
以上方法主观性较大,但简单易行。
另一种方法是重量法,把所有植物收集起来按物种或生活型进行称重,根据它们之间的重量对比关系确定优势度。
这种方法比较繁琐,而且一般只能提供地上部分的重量。
一个群落中优势度明显较其它物种高的一个或多个物种称为优势种。
优势种提供了群落中基本的物质量。
在森林群落中,乔木树种一般作为优势种。
优势种中的最优势者,即盖度最大、重量最大、多度也大的植物种,称为建群种。
建群种是群落的创造者和建设者。
它占有最大的空间,对群落的物质循环影响最大,并最大程度地影响和控制群落的其它物种,对改变环境所起的作用也最大。
优势种以外的盖度和多度都较小的植物种称为附属种。
它们对群落环境的影响较小。
一般说来,优势种更能有效地利用群落的环境资源,而附属种能够利用优势种利用后余下的部分环境资源。
有的群落,如热带雨林,很难确定出一个建群种,在这种情况下,可以确定出两个或两个以上的建群种,称为共建种。
(6)生活力
指植物在群落中发育的能力。
Braun-Blanquet和Pavillard(1922)制定了生活力划分的四级标准,具体如下:
1:
正常通过全部生长发育周期;
2:
发育周期不完全,营养体发育尚强烈;
3:
发育周期不完全,而且营养体发育微弱;
4:
只偶尔产生幼苗,但很快就死亡。
2.3.3群落间比较的数量指标
为了更好地比较不同群落的差异,在样方调查的基础上,可以利用一些综合性的数量指标比较不同群落间种类组成的差异。
(1)种类多样性
群落内的种类多样性不仅与群落内的种类数量,还与不同不同物种间个体数量分布的均匀性有关。
如两个植物群落分别都有5个物种,共100个个体,但甲群落中某一物种有80个个体,其它物种各有5个个体。
乙群落中每个物种的个体数都是20个。
显然乙群落的种类多样性比甲群落大。
为了表达群落间种类多样性,人们提出了许多参数。
应用最广的是香农-维纳指数。
这一指数来源于信息论,具体的计算方法为:
s
H=-∑pilog2pi
i=1
公式中H表示种类多样性,s是群落中种的数目,pi表示属于第i个物种的个体数占群落中总个体数的比值(介于0和1之间)。
因为pi总是<1,取对数后<0,所以公式前面加上负号。
(2)重要值
多度、盖度和频度等都是从一个侧面来表达物种的特征。
在进行群落间比较时需要把这些特征综合起来。
目前使用最广的是计算每一个物种的重要值。
重要值=(相对密度+相对频度+相对优势度)/300
由于相对优势度难以定量,一般用相对盖度来代替。
相对密度=(一个种的密度/所有种的密度)×100
相对频度=(一个种的频度/所有种的频度)×100
相对盖度=(一个种的盖度/所有种的盖度)×100
2.3.3实习操作
根据研究目的的不同,样地记录的内容和方式可以有差异。
本实习中森林群落采用10米×10米的样方,草原群落采用2米×2米的样方进行调查。
野外调查中分层记载种类名称、多度、盖度和高度等信息。
对于森林群落,分乔木层、灌木层、草本层、枯落物层、立木更新分别进行记载。
对于乔木层,每木量测胸径、基径,估测冠幅、树高。
对于灌木层和草本层,记载种名、丛数或多度、盖度、高度。
对于立木更新,根据高度划分龄级,根据龄级记载不同幼苗和幼树的数量,定性描述其分布状况。
对于枯落物层,记载其组成、覆盖程度和分布等指标。
2.4实习区主要群落类型的特征
2.4.1蒙古栎林
该类型为中国温带、暖温带地带性的群落类型,在本区内主要分布于冀北山地海拔1400m以下,土壤为棕壤,由于受人为活动的影响,森林片断面积较小,一般在几百平方米以内。
在坝上高原面局部地区散生成疏林。
2.4.2白桦林
是本区普遍分布的一种群落类型。
分布的海拔范围为1100-1750m。
其土壤为灰色森林土,表层10-20厘米含有机质,以下为沙。
这种土壤条件有利于保证白桦生长所需的水分。
根据其种类组成,可以划分为两个亚类。
一类含缬草(Valerianaofficinalis),花荵(Polemoniumcaeruleum),二叶舞鹤草(Maianthemumbifolium)和林问荆(Equisetumsylvaticum)等喜冷湿的种类,它们分布于海拔1450米以上;另一类基本不含上述种类,而含有另外一组种类,包括虎榛子(Ostryopsisdavidiana),北柴胡(Bupleurumchinense),蓬子菜(Galiumverum),斑叶堇菜(Violavariegata),菊叶委陵菜(Potentillatanacetifolia)和茜草(Rubiacordifolia),这一亚类分布于海拔1450米以下。
根据区分种出现的恒有度和盖度,分别称为缬草-白桦林和虎榛子-白桦林。
2.4.3棘皮桦林
分布于冀北山地海拔1200至1600米处,坝上部分偶有出现。
其林下含有稠李(Prunuspadus),猪殃殃(Galiumaparinevar.tenerum),展枝沙参(Adenophoradivaricata),北方沙参(Adenophoraborealis),这些种类在本区内其它森林类型中较少出现。
棘皮桦林与蒙古栎林的自然分布区域相一致,通常在坡上至脊部为蒙古栎林,其下为棘皮桦林。
2.4.4山杨林
山杨林在本研究区内主要分布于内蒙古高原海拔1450米以下的地区,与虎榛子-白桦林有类似的生境条件,有时林下混有白桦和蒙古栎等,但其生境更偏干,分布比白桦林更接近于草原区。
5白扦林
在本实习区内,云杉处于其分布的北界。
内蒙古高原的白扦林具有超地带性,仅有零星的片断见于局部沙地内。
从种类组成来看,不仅乔木层普遍出现白桦,而且草本层还较多出现冷蒿(Artemisiafrigida)等草原种。
野外调查表明离草原带越近,白扦更新越困难。
云杉的生态习性是喜冷湿,而越接近草原带,气候越趋冷干,而此时沙地较好的土壤水分条件为其生长提供了保证。
6油松林
在坝下地区油松能正常分布。
在内蒙古高原只在有限的沙地内(四道河口、源水头、响水、纳尔苏和甘旗纳尔斯)呈片断分布,具有超地带性。
大的片断有数百平方米,小的片断只有数棵油松。
7虎榛子灌丛
是本研究区内最普遍出现的一种灌丛类型。
在冀北山地沟谷,虎榛子灌丛中的种类较少,而坝上地区虎榛子灌丛内的种类较多。
8.低地草甸
一般分布于海拔1400米以上的低湿地,在不同的生境条件下,鹅绒委陵菜、寸草苔和灰脉苔草均可能成为优势种,群落中常出现一些柳属(Salixspp.)灌木。
9.山地草甸
分布于海拔1450米以上地区,主要见于森林边缘或者大的森林斑块之间。
地榆、裂叶蒿和华灰早熟禾在不同的小生境条件下分别成为优势种。
10.贝加尔针茅草原
本类型为草甸草原类型,分布于缓丘上部和顶部。
在海拔1400-1550米的山前丘陵台地,出现地榆(Sanguisorbaofficinalis)和裂叶蒿(Artemisialaciniata)两个喜湿种类,在海拔1400m以下的高原面,则不出现这两个种类。
在地形部位上,贝加尔针茅草原相当稳定地分布于排水良好的丘陵坡地、台地、山前倾斜平原等,在丘陵坡地分布在坡地中段,往上至坡地上部与丘顶土层渐薄,常为线叶菊草原所代替。
在本实习区内,森林一般分布在陡阴坡,其它地貌部位主要为草原群落。
11.羊草草原
是实习区草原带普遍分布的一种群落类型,由于人为干扰强烈,样地内普遍出现冷蒿(Artemisiafrigida),糙隐子草(Cleistogenessquarrosa),黄囊苔草(Carexkorshinskii)和茵陈蒿(Artemisiacapillaris)。
受人为干扰强度的不同,这些种类均可能成为优势种。
羊草草原分布范围较广,在偏湿润的生境条件下,一般与线叶菊草原镶嵌分布。
12.榆树疏林
榆树疏林主要分布于沙地坡脚。
在浑善达克沙地成片分布,在其它地区成零星片断。
乔木层仅出现榆树一种,盖度一般在30%以下。
榆树疏林中草原成分发育而森林群落中常见种类较少出现。
由于受过度放牧的影响,退化草原的指示种,如冷蒿、糙隐子草、黄囊苔草和星毛委陵菜(Potentillaaccaulis)等,较多出现。
第三章土壤调查
3.1实习目的
1.认识土壤并掌握土壤调查的一般方法
2.了解土壤在人类-自然生态系统中的地位
3.学习与生态学相关的土壤采样及野外实验方法
4.练习综合考察报告的写作
3.2实习内容
1.土壤剖面的挖掘与观察
(1)土壤剖面挖掘的目的、原则与方法
(2)不同海拔、地理位置及植被类型的土壤剖面的观察
(3)土壤侵蚀与水土保持
2.土壤在生态系统能量物质流动中的地位
(1)土壤对能量流动的调节作用(体现在反射、对温度的影响等方面)
(2)土壤在生态系统碳(C)循环中的作用
(3)土壤在生态系统氮(N)、磷(P)循环中的作用
(4)土壤对生态系统水分流动的调节
3.与生态学相关的土壤采样及野外实验方法
(1)土壤理化性质的采样及测定:
土壤容重,土壤温度,土壤水分,土壤酸碱度,土壤颗粒分析等
(2)土壤系统中的生态过程的观测方法:
(a)土壤系统C库(pools)及通量(fluxes):
包括枯枝落叶的积累与分解,土壤呼吸,土壤有机C库的动态,根系及共生真菌的生长、死亡、分解及呼吸等
(b)土壤系统N库及周转(cycling):
N的矿化、吸收及淋失
(c)土壤P的动态:
P的矿化、吸收及固定
(d)土壤水分动态
(e)土壤与森林生态系统生产力
4.合考察报告的写作
3.3实习工具
土壤野外速测箱(小卷尺、米尺、剖面刀、稀盐酸、pH试纸、蒸馏水、白瓷板等)、橡皮筋、罗盘、野外工作包、标准土壤色卡、记录夹、土壤剖面描述手册、铁锹、铁铲、土钻等
3.4实习方法
a)实习路线的确定:
结合植物地理实习,选择一条有较大土壤变化的线路进行调查,选择的路线应包括当地典型的地带性土壤;
b)土壤剖面位置的确定:
沿实习路线对主要土壤类型进行观察,剖面位置应有代表性;
c)土壤剖面的要求与准备
平地要求土壤剖面大小为120cm(长)╳80~100cm(宽)╳100cm(深),呈一面平直(观测面)。
另一面为阶梯状土坑,观测面朝阳或在上坡向;挖掘剖面时不同层次的土壤分开堆置,以便观测后按层次添坑。
土壤观测面上方严禁践踏、站人和堆土;
剖面挖好后,一半用刀铲铲成光面,另一半用剖面刀雕成自然毛面,剖面中间设置一个米尺;
d)剖面观测与采样
i.挖掘剖面的同时,记载剖面所在地的成土条件(母质,地形,气候,生物,时间,自然或人为干扰等);
ii.根据土壤颜色、根系、松紧度、质地、新生体、孔隙等特点综合划分土壤层次;
iii.根据《土壤剖面描述标准》由上往下描述土壤,记录每层的深度、名称、界线、色斑(新生体或侵入体)、质地、结构等;
iv.根据观察结果概括土壤特性,推测分析土壤成土过程并对土壤进行初步(野外)定名;
v.根据土壤理化分析的需要从下往上采集土壤样品;
e)土壤剖面观察分析要点
i.观察原则:
整体-局部(细节)-整体;
ii.严格按照《土壤剖面描述标准》描述、记载;
iii.多动手、勤观察、勤比较,多讨论(与同组同学);
iv.注意土壤母质、成土环境(局部地段地形、植被、干扰等),仔细分析土壤性质与成土因素之间的关系;
v.全面记载,实习中每组填写一份土壤剖面描述表(该表应包括在每人的实习报告中,并附以文字说明),同时记录实习中遇到的有关土壤的认识和问题,并将这些内容反映在实习报告中,增加实习报告的创造性成分;
f)土壤在生态系统能量物质流动中的地位(由指导老师讲述,请记笔记!
)
g)土壤系统中生态过程的观测方法(由指导老师讲述并做示范,请记笔记!
)
h)土壤野外考察分析与综合(也可用作实习报告内容指南,
(1)-(6)为土壤调查部分,(7)-(8)为土壤生态过程部分)
i.土壤成土条件概括;
ii.土壤剖面特点概括;
iii.土壤成土过程推测分析;
iv.土壤剖面特点、土壤发育与局部成土环境之间的关系;
v.实习区域内土壤与区域生物气候之间的关系;
vi.特殊土壤层次、埋藏土壤与环境变迁、人为活动的相互关系;
vii.土壤生态系统的主要生态过程及测定方法;
viii.利用土壤生态过程的测定数据预测环境变化(CO2浓度升高,气温升高,N沉降,降雨格局的变化等)对生态系统结构功能(如养分循环、生产力、物种组成等)的影响;
3.5实习报告
a)内容:
土壤剖面的观察结果(任选3个剖面,图文结合),土壤野外方法的描述(任选3个生态过程),土壤在人类-自然生态系统中的地位(综述)(详细内容参见第四节第8小节)
b)其他说明:
报告长度控制在1000-3000字,按规范撰写(即包括前言、方法、结果、讨论及引用文献等5部分),充分利用实习材料,分析归纳有逻辑性,内容全面;语言简洁规范(忌口语化,忌泛泛而谈),本报告占土壤实习总成绩的40%。
推荐参考文献:
1.徐启刚,黄润华编著,土壤地理学教程,高等教育出版社,1990年
2.张凤荣等编著,土壤发生发育分类学,北京大学出版社,1992年
3.龚子同等编著,中国土壤系统分类-理论.方法.实践,科学出版社,1999年
4.BradyandWeil,NatureandPropertiesofSoils,13thEd,PrenticeHall,2002.
附件:
土壤剖面描述指南(包括描述表3页,剖面描述英文说明2页
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 植物 地理 野外 实习 指导