GLORIA* 野外工作手册 多峰调查法 * 全球高山生态环境观测研究计划 (GLORIA) 全球陆地观测系统 (GTOS) 的一个重要部分 编者 : Harald PAULI, Michael GOTTFRIED, Daniela HOHENWALLNER, Karl REITER & Georg GRABHERR 地址 :GLORIA Co ordination Institute of Ecology and Conservation Biology University of Vienna Department of Conservation Biology, Vegetation and Landscape Ecology Althanstrasse 14, A-1090 Vienna, Austria, www.gloria.ac.at 参与 GLORIA 欧洲项目野外工作及数据提供人员 : Maia AKHALKATSI (Tbilisi, Georgia), Peter BARANCOK (Bratislava, Slovakia), Neil BAYFIELD (Banchory, Scotland/UK), Jose-Luis BENITO (Jaca, Spain), Luigi BERTIN (Pavia, Italy), Jean-Luc BOREL (Grenoble, France), Gheorghe COLDEA (Cluj-Napoca, Romania), Emmanuel CORCKET (Grenoble, France), Brigitta ERSCHBAMER (Innsbruck, Austria), Maired GABBETT (Stirling, Scotland/UK), Dany GHOSN (Chania, Crete/Greece), Matteo GUALMINI (Parma, Italy), Jarle I. HOLTEN (Trondheim, Norway), Robert KANKA (Bratislava, Slovakia), George KAZAKIS (Chania, Crete/Greece), Jozef KOLLAR (Bratislava, Slovakia), Per LARSSON (Arvika, Sweden), Karin LINDBLAD (Göteborg, Sweden), Martin MALLAUN (Innsbruck, Austria), Geraldine MCGOWAN (Banchory, Scotland/UK), Abderrahmane MERZOUKI (Granada, Spain), Ottar MICHELSEN (Trondheim, Norway), Pavel MOISEEV (Ekaterinburg, Russia), Ulf MOLAU (Göteborg, Sweden), Joaquín MOLERO MESA (Granada, Spain), Laszlo NAGY (Sterling, Scotland), George NAKHUTSRISHVILI (Tbilisi, Georgia), Július OSZLÁNYI (Bratislava, Slovakia), Abdaladze OTARI (Tbilisi, Georgia), Vasilios PAPANASTASIS (Thessalonki, Greece), Giovanni PELINO (Sulmona, Italy), Miha PUSCAS (Cluj-Napoca), Luca RIGGIO (Roma, Italy), Graziano ROSSI (Pavia, Italy), Stepan SHIYATOV (Ekaterinburg, Russia), Angela STANISCI (Roma, Italy), Jean-Paul THEURILLAT (Champex, Switzerland), Marcello TOMASELLI (Parma, Italy), Peter UNTERLUGGAUER (Innsbruck, Austria), Luis VILLAR (Jaca, Spain), Pascal VITTOZ (Lausanne, Switzerland), Mathias VUST (Lausanne, Switzerland). GLORIA 计划欧洲项目有关决策及公众事务协调人员 :Harald BUGMANN (Zurich, Switzerland), Andreas GOETZ (Schaan, Liechtenstein), Elke HAUBNER (Schaan, Liechtenstein), Stefan MOIDL (Wien, Austria), Martin PRICE (Perth, Scotland/UK), Mel REASONER (Bern, Switzerland), Laure SOUBRIER (Chambéry, France). 参与本手册讨论人员 :William BOWMAN (Boulder, Colorado/USA), Martin CAMENISCH (Chur, Switzerland), Katharine J.M. DICKINSON (Otago, New Zealand), Daniel B. FAGRE (West Glacier, Montana/USA), Thomas FICKERT (Erlangen, Germany), Ken GREEN (Jindabyne, Australia), Friederike GRÜNINGER (Erlangen, Germany), Stephan HALLOY (Mosgiel, New Zealand), Michael HOSCHITZ (Wien, Austria), Mary T. KALIN ARROYO (Santiago, Chile), Rüdiger KAUFMANN (Innsbruck, Austria), James B. KIRKPATRICK (Hobart, Tasmania/Australia), Christian KÖRNER (Basel, Switzerland), Alan MARK (Otago, New Zealand), Dave J. MCDONALD (Claremont, South Africa), Bruno MESSERLI (Bern, Switzerland), Andrea MOCHET (Aosta, Italy), John MORGAN (Bundoora, Victoria/Australia), Ken SATO (Sapporo, Japan), Thomas SCHEURER (Bern, Switzerland), Michael RICHTER (Erlangen, Germany), Solveig TOSI (Pavia, Italy), Karsten WESCHE (Marburg, Germany), ZHANG Yili (Beijing, China).
序 全球高山生态环境观测研究计划 (Global Observation Research Initiative in Alpine Environments, GLORIA) 是针对气候变化对山地生态环境影响的监测评估问题而建立的一个国际性的研究网络 为使 来自不同地区的观测数据能够相互比较, 就需要建立一种标准化的取样和分析方法 本手册所描述的是 GLORIA 计划所采用的 多峰调查法 (Multi-Summit approach) 本手册是 GLORIA 多峰调查法野外手册的第 4 版, 同时也是最终版本 主要介绍目标区域山峰生物区系和气候变化的监测方法 本手册主要是对多峰调查法的实际操作技术进行描述, 其内容未包括对研究结果的分析, 以及如何将研究结果向科学界和公众报道 本手册的第一到第六章, 简要介绍了有关国际高山生物区系观测网络的一些基本原理 第七章将重点介绍该研究网络中山脉和监测点的选择标准 第八章将分节描述标准化的监测方案设计和和监测方法, 包括野外操作步骤 工作步骤依字母顺序 (a 到 v) 排列, 在正文中用灰色的下划线标记 第九章介绍数据的输入和数据库管理的基本方法 文本框中的内容是对特定方法或步骤所进行的补充说明 本手册所用相关术语的含义在术语表中有描述 本手册的第三版曾于 2001-2002 年夏季首次用于 GLORIA 计划欧洲项目的野外研究工作 当时共选择了 18 个目标区, 成功建立了 72 个顶峰监测点 这是 GLORIA 计划欧洲项目在 欧盟第 5 次研究与技术开发和示范框架项目 (5th RTD Framework Programme) 下的第一次大规模应用 此外, 在瑞士 意大利 新西兰岛和秘鲁等地也采用多峰调查法建立了监测研究点 在澳大利亚和美国落基山, 也有研究人员正在进行有关的野外工作 本手册 ( 最终版 ) 是在 2002 年 10 月在奥地利 Tulbinger Kogel 召开的 GLORIA 研讨会上经过充分讨论后写作完成的 有 40 名参与了 GLORIA 欧洲项目的来自欧洲和海外的科学家参加了这个研讨会, 交流了 GLORIA 的多峰调查法的野外应用经验 尽管第四版对前面的版本进行了修改, 但已有的数据集, 包括根据第三版的方法获取的野外数据, 与根据本手册在将来所获取的数据完全兼容 本手册与前面版本相比, 主要的修改是 : 原来的第六和第七章合并为第七章, 主要介绍监测点的选择 对小节 8.4.2 的内容进行了彻底的修改, 对附件 II 的采样表进行了相应的修改, 新增了两个表格 附件 III 的内容替换为关于图片文件的编号信息 将来有关 GLORIA 多峰调查法的应用, 都将按照第四版进行 欢迎对本手册提出意见 在开始野外工作之前, 请先浏览 GLORIA 的的网站 :www.gloria.ac.at 再次感谢对 GLORIA 的多峰调查法的建立做出贡献的所有人员 GLORIA 计划协调办公室, 维也纳,2003 年 6 月 2
1. 引言 全球高山生态环境观测研究计划 (Global Observation Research Initiative in Alpine Environments, GLORIA) 的目的在于, 建立一个用于对比研究气候变化对高山生物多样性影响的国际性长期观测网络 (GRABHERR et al. 2000a, PAULI et al. 2003) 根据 IPCC (McCarthy et al. 2001) 的估计, 地球生物圈目前正经受, 并将继续经受快速的气候变迁 大量证据显示, 人类活动对全球气候产生了一定的影响 (Houghton et al. 2001) 预测表明, 大气温度在 1990-2100 年期间将上升 1.4 到 5.8 K (Houghton et al. 2001), 这种变化可能会强烈地改变现存的生物圈格局 虽然所有生态系统都受到了气候变化的影响, 但高山生命带生态系统 ( 即树线以上的高山环境 ) 对气温的升高更加敏感, 因为它们是由低温条件形成的 高山气候正在变暖已经被长期的研究记录所证实 (Haeberli et al. 1996; Price & Barry 1997) 气候变化会影响生物多样性 ( 如永冻带格局和干扰动态的变化 ), 并可能导致物种的灭绝 只有进行长期的野外原地监测才能了解这种物种灭绝的情况有多严峻 与气象学和冰川学相比, 目前针对气候变化影响高山生态系统的问题, 还几乎没有长期的观测研究 仅有的几次记录是可追溯到 19 世纪的关于欧洲阿尔卑斯山脉顶峰生境的一些材料 重新调查这些有历史记录的顶峰发现, 维管植物分布的海拔高度比以前更高 (Grabherr et al. 1994, 2001) 因此可以推测由于气候变暖, 植物分布向上推移是早就在进行的过程 近年来的大量整合分析和文献研究都充分证明, 气候变化对从低温陆地生态系统到热带海洋生态系统都产生了重要的生态影响 (Walther et al. 2002, Parmesan & Yohe 2003, Root et al. 2003) GLORIA 的主要任务, 就是要在地球上所有主要山地系统采用标准化监测方案来建立一个国际性的长期观测研究网络 GLORIA 与国际上的研究需求相一致, 如 IGBP 的山地研究计划 (Mountain Research Initiative,MRI) (Becker & Bugmann 1997, 1999) 和全球陆地观测系统 (Global Terrestrial Observation System, GTOS) 等 GLORIA 正在与 DIVERSITAS 计划的国际山地生物多样性评估 (Global Mountain Biodiversity Assessment (GMBA)) 项目密切合作 (Körner & Spehn 1999) GLORIA 主要关注的是高山生命带 ( 或称高山地带 ) 高山生命带是指低温树线以上的地带, 包括树线交错带 高山带和积雪带 高山生命带是唯一的一类在全球范围内均有分布的陆地生物地理单元 (Körner 1999) 在许多国家, 人为干扰对高山植被的影响比低海拔地方的小或没有, 因而为我们提供了一个可以进行气候变化效应比较监测的机会 本手册主要介绍 GLORIA 计划中的标准野外监测方法, 可用于全世界高山环境 ( 包括从极地到热带 ) 的相关研究 在欧盟 GLORIA 计划欧洲项目框架下, 运用这种方法已在 18 个山区建立了监测点, 这些监测点分布在整个欧洲大陆 2. 计划与目标 GLORIA 多峰调查法的目的是通过建立长期的观测网络, 获取全球高山生物多样性和植被格局的标 准化数据, 从而评估气候变化下高山生态系统的生物多样性丧失及其脆弱性 实施种级水平上的原位观测很重要, 因为植物群落并不是以一个整体来响应气候变暖, 不同的植物对气候变化的反应各不相同 (Ammann 1995, Grabherr et al. 1995, Gottfried et al. 1998) 对一个物种来说太热的温度, 可能对其它物种则较适合, 或者, 某个物种靠迁移来适应气候变化, 而另外的物种由于 3
气候变化导致其迁移的能力受限 因此, 由气候变暖驱动的物种迁移, 可导致在当前的地方和新的地方形成新的物种组合 这种物种的差异性迁移可导致现有生态系统中物种之间连接的中断 (Root et al. 2003), 并伴随着严重的生物多样性丢失和生态系统功能改变 Körner (2002) 曾经指出, 系统中物种丰富的优点之一就是可避免 " 系统崩溃 " 完整的植被结构有利于维护生态系统的安全, 尤其在山地环境中, 只有当其植被维持其完整性和稳定性的情况下, 坡面才能是稳定而安全的 生态系统中物种的功能冗余可能在很长的一段时间内都没有什么重要作用, 但如果非生物限制因素发生剧烈变化, 这些冗余物种就可能变成重要的 生命保存者, 并以此支撑脆弱山地生态系统的功能 据此, GLORIA 多峰调查法的基本目标是 : (a) 提供世界范围内山地系统关于海拔梯度上物种丰富度 物种组成 植被盖度, 土壤温度以及雪被周期等的标准化和量化数据 (b) 通过比较现有物种 植被和环境因子在垂直和水平梯度上 ( 生物地理 ) 的分布格局, 评估气候变化对生物多样性丧失带来的潜在风险 (c) 为物种和植被的长期监测和观察提供本底, 以探测气候变化引起的植被盖度 物种组成变化和物种迁移 ( 监测的间隔期为 5~10 年或更长的时间 ) (d) 量化生物多样性和植被格局的时间变化, 为生物多样性丧失风险和生态系统不稳定的风险提供重要的数据支撑 3. GLORIA 计划的作用 GLORIA 的任务是建立和维持一个有效而适用于全球的网络, 对气候变化条件下的陆生物种群落进行原位监测 高山生态系统从如下几个方面满足了该网络的要求,(1) 存在于所有的大陆及所有主要的生命带中 ;(2) 对气候变化敏感 ;(3) 具有全球可比性 GLORIA 利用敏感性高山生物的指示作用, 研究气候变化的生态学效应 要有效地利用这些指示生物, 必须依靠实地观察, 而不能用空中观测取代 为有效地建立大尺度下的监测网络, 在设计多峰调查法时需要充分考虑其可比性 简单性和经济性 这种方法不需要很多的仪器设备, 成本也比较低, 所需要的野外工作时间也比较短, 即使在野外考察时也具有较高的可行性 因此, 在基本方法中将不包括田间试验 大范围的物候观察以及高成本的采样程序等 尽管从统计学的角度看, 需要进行随机取样并进行多次重复, 但在高山环境中多数情况下是不可行的 从长远来看以及作为本方法的补充, 在 GLORIA 的主要监测点也可以采用其它的一些工作方法, 如单峰调查法 (Pauli et al. 1999) 和其试验设计 ( 见文本框 3.1) 多峰调查法主要针对生物多样性和植被格局 物种丰富度的变化可能在 5 到 20 年的时间尺度上检测到, 但植被覆被和结构变化却需要更长的时间 ( 如 20 年到 50 年, 或者更长的时间 ) 才能清楚地展现出来 4
GLORIA 的多峰调查法的一个优点是沿主要气候梯度在垂直和生物地理两个维度上设置大量的参考监测点 建立这样一个多点网络需要全世界参与的生态学家的共同努力, 并完全取决于相关的研究人员是否具备为远期项目打下基础的意愿, 因为研究的结果是为下一代人所用 项目的进行需要主动的长期观测网络, 同样也依赖于有效的协调, 依赖于与政府 政府间机构以及非政府组织之间的紧密合作, 依赖于对外界的透明度 文本框 3.1 GLORIA 主要监测点及附加监测指标 : 在主监测点将开展未包括在多峰调查法中的科学研究, 这些研究将有助于对多峰调查的结果进行科学解释 主监测点根据现有的科研能力和基础设施情况来确定 在主监测点内的研究活动包括更为广泛的监测 ( 除维管植物外, 还可增加其它指示作用性强的生物类群的调查, 如苔藓 地衣 一些特定节肢动物类群 线虫等 ) 实验和建模研究 专题研究, 如初级生产力 土壤微生物活性 植物物候和生长参数 植物繁殖 放牧的影响 降水格局 永冻带格局和氮沉降等有助于阐明生物多样性和植被格局变化 GLORIA 也希望提供科学框架并鼓励研究人员来建立像这样的高山主监测点 在多峰调查法中也可以选择运用一些其它的指示物种, 如鉴定到种的苔藓 地衣或者线虫 这些选择性调查指标在本手册中不做详细介绍, 但准备在 GLORIA 的网站 : www.gloria.ac.at 中进行介绍 有关隐花植物的内容见文本框 8.6 4. 为什么要关注高山环境 高山的定义是 : 超过高海拔和低温所决定的树线 ( 或其替代植被 ) 的山体 一般情况下, 高山景观主要由冰川塑造形成 ( 冰川作用至少在更新世出现 ), 而严寒是影响成土过程和土壤结构的重要因素 (TROLL 1966) 高山生命带或高山生物群系 ( 或其地方变异 如地中海地区高山 非洲高山, 安第斯高原, 安第斯山脉 帕拉美和普纳高原等 ) 特别适合于进行大尺度的网络研究, 以确定象气候变化效应这样的全球化过程, 因为 : 高山生物群系在所有纬度带均有分布, 在所有的生命带或地带生物群系中都可找到 (Walter 1985) 因此它是能够沿着所有基本气候梯度 ( 海拔 经度和纬度 ) 对气候引发的各种变化进行比较的唯一陆生生物群系 由于因热量条件决定的生命带在山地被高度压缩, 山区常常具有剧烈的生态梯度变化 因而山地是生物多样性富集的地区 (Barthlott et al. 1996), 且通常有较高物种特有性 (e.g. Quézel 1953; Hedberg 1969; Pawłowski 1970; Grabherr et al. 2000b) 由气候变化引起的的物种丧失的可能性也比较高 生态交错带较窄是山地系统的一个关键特征, 使边界偏移容易识别 至少在高海拔区, 高山生态系统相对简单 高山生态系统受非生物的 与气候有关的因素主导 生物因子的重要性 ( 如竞争 ) 随着海拔升高而减弱 因而受低温限制的高山植物被认为对气候变化有高度的敏感性 与低海拔地带生态系统相比, 气候变化对高海拔地带的影响可能更为明显 (KÖRNER 1994) 高山环境常常包含了许多自然的生境, 其生态系统未受直接的人为干扰 在许多国家, 它是自然程度最高的生物群系区, 因而可以在没有或只有少量人类土地利用叠加影响的条件下进行气候变化效应的研究 5
大多数高山植物是多年生物种, 对气候的瞬间波动可能几乎没有反应 然而气候的持续改变可能会引起的植物分布的变化, 甚至威胁它们的长期生存 因此高山植物特别适合监测气候变化的影响 由于多年生植物占优势, 植被调查不需在一个季节内重复进行, 因为所有的或几乎所有物种都可在一个生长季节全部观察到 然而, 应该注意, 这一点并不是针对所有的山脉 ( 如赤道地区, 许多物种可全年观察到, 但也有一些物种可能会在一年的某个时候消失 ) 5. 研究的问题 有两类研究问题 : I 海拔梯度上山地生物区系的当前分布格局 : (I-1) 不同山区不同海拔梯度上物种丰富度 多度 植被盖度的格局是什么 ( 以及与已知物种的地理分布的关系 )? (I-2) 这些格局与环境梯度是如何关联的? (I-3) 在不同山区气候变化对高山生物区系的最可能的直接和间接影响是什么? (I-4) 由于如下原因, 不同的物种 种群 生活型或功能群等面临的风险是什么? 环境限制的改变 ( 例如雪被方式的变化 可用水的变化 ); 生境稳定性的改变 ( 例如侵蚀动力学 ); 竞争压力的改变 ( 如物种从低处向高处的迁移, 或某些物种在现有垂直分布范围内的多度变化 ) (I-5) 采取什么样的措施缓解气候变化导致的生物多样性丧失? II 格局的时间变化 : (II-1) 研究点内物种丰富度是否发生了变化? (II-2) 植被盖度和结构是否发生了改变? (II-3) 物种多度 盖度和物种组成是否发生了变化? (II-4) 如果发生了变化, 是否存在一个与海拔 纬度 经度相关联的 ( 总 ) 格局? (II-5) 所观察到的植被格局的变化能与所观测到的气候变化联系起来? (II-6) 是否存在能指示气候变化对物种 种群 生活型 功能组产生威胁的信号? 这些确定的信号是否与问题 (I-4) 所做的风险评估结果一致? (II-7) 是否急需采取相应的管理措施来减轻由于气候变化导致的对生物多样性的威胁? 如果是, 应如何以可持续的方式来实施这些措施? 6. 为什么以顶峰作为参照单位? 山体的顶部具有特殊的地形地貌 空间位置 气候条件 水文特征以及特殊的植被类型, 因此顶峰显然是一类特殊的生境 而且, 顶峰仅是整个高山生命区的一小部分 初看起来, 选择顶峰进行大尺度下的比较研究有许多缺点 然而, 也有一些有利的论据说明为什么顶峰生境尤其适合作为参照单元进行大尺度气候变化效应研究 ( 注意 : 顶峰这个词不仅仅指山的顶点, 它是从顶点向下到 10 米等高线的山顶地段 ) 这些论据包括: 6
顶峰是一个有明确界限的地形学单位, 能够提供可供比较的环境条件 ; 它在一个很小的地段内包含了各种朝向的生境 ( 东 南 西 北向 ) 周围地形对顶峰通常不存在遮蔽影响 因此, 顶峰的气候条件主要是由所处海拔决定 在其它地形地貌中找到这样的地形单元是很难或者不可能的, 在其它地方, 太阳照射的日变化和季节性变化在很大程度上取决于周围地形的遮蔽情况 顶峰的植物区系没有更高海拔地段植物区系入侵的影响, 因而顶峰的植物物种组成代表了相应海拔高度上的情况 在山腰上要找到这种样地则很困难, 尤其在靠近水道的地方, 受干扰时物种可能会从更高海拔地段迁移下来 顶峰通常具有多样化的生境, 例如与地形位置相关的各种植物群落, 多种多样的生态位导致较高的物种丰富度 在生境或植被类型之间存在的狭窄过渡区可快速识别气候造成的边界改变 反过来, 顶峰对竞争力较弱的喜寒物种由于缺乏其它方向的逃逸路线时而只有向上迁移时, 将起到物种 陷阱 的作用 这种情况发生在拥有较高比例仅出现在高海拔地段的特有物种的孤立山体时显得尤为显著 (Grabherr et al. 1995; Theurillat 1995; Pauli et al. 2003). 顶峰不容易受到诸如碎石滑落或雪崩那样严重干扰的影响, 因而有利于进行长期的观测 顶峰是十分明显的地标, 很容易在重新调查时找到 由于以上原因, 可以认为山峰是沿气候梯度进行生态系统比较研究的最合适地方 然而, 在选择监测点时, 还必须考虑以下标准 : a) 目标区域包含有一组海拔梯度不同的顶峰 ( 见 7.1 和 7.2 章 ) b) 顶峰有足够的空间面积, 以避免出现的不利影响 ( 见 7.2 章 ) 7. GLORIA 监测点的选择 7.1 目标区域 GLORIA 目标区域至少要包括四个山峰, 这些山峰组成一个从自然的树线过渡带 ( 如果有的话 ) 一直到 ( 维管束 ) 植物生存上限的海拔梯度, 如果在这一区域没有那样高的海拔, 就到该区域植物生存的最高处 ( 见图 7.1); 目标区域就是 7
指这四座山峰所在的山地区域 ( 见图 7.2 中的例子 ) 目标区域的所有山峰必须有相同的局部气候, 它们在气候上的差异应仅由海拔不同所造成 目标区内的四座山峰的位置不能跨越大的气候分界线 例如, 处于山地迎风坡的山峰与处于背风坡的山峰不是同一个目标区域 ( 见图 7.3), 山地系统外部较湿润的地方和山地系统内部较干燥的地方也不属于同一个目标区域 在 ( 较大的 ) 山地系统中, 气候差异可能比较大, 建议选择两个或更多个目标区域 如果在水平方向上的气候没有本质的 差异, 那么目标区的面积就没有限制 为了便于调查研究, 目标区域要尽可能的小, 但是又要满足山峰选择的要求 ( 见下一节 7.2) 图 7.1 不同海拔高度的四座山峰代表一个目标区域 ( 与 Box7.1 比较 ) 白线分别表示的是从山顶向下 5 米和 10 米的等高线边界 7.2 山峰的选择 确定 GLORIA 目标区域的首要任务就是选择一组合适的山峰 这些山峰必须满足以下几个条件 :(1) 代表该山地区域海拔梯度上的植被格局特征 ( 见 7.2.1);(2) 符合监测的标准 ( 见 7.2.2) 本手册附件 Ⅱ 是一个目标区域调查样表 ( 表 AⅡ.0) 这个表格提供关于目标区和所选山峰的一些普通信息 目标区和山峰是以 7.2.1 和 7.2.2 节中的指南和定义为基础选定的 这些信息包括垂直植被带或主要的生态过渡带 基岩 人类土地利用和山峰选择标准的指示和描述 ( 见 7.2.2 和附件 Ⅱ 中的表 AⅡ.1.2) 8
图 7.2 目标区的例子 : 位于西班牙 Sierra Nevada 用于研究的不同海 拔高度的山峰 图 7.3 目标区域的选择 目标区域不应跨越主要的区域气候 分水岭 9
7.2.1 海拔梯度 四座山峰的理想位置是在植被垂直带间的过渡带位置上, 因为气候引发的变化最可能首先在这些过渡带上显现出来 比如, 可这样的安排 : 山峰 1 在树线过渡带, 山峰 2 在下高山区和上高山区之间, 山峰 3 在上高山区向终年积雪区之间, 山峰 4 在靠近维管植物生存的上限区 ; 有关植被带的定义见文本框 7.1 但是, 以上理想的情况几乎不会出现, 因为通常找不到植被带之间明显的界限 另一方面, 顶峰本身也带有过渡带的性质, 例如, 顶峰从北坡到南坡的梯度变化 因此, 山峰的选择重点可能不是煞费苦心地去寻找过渡带的位置, 而应该是寻找能够代表植被格局海拔梯度变化的一系列山峰, 而且这些山峰具有各自的山地特征 但是, 那些没有明显植被垂直分异的山地也不应该被排除在外 特别是当一个山地系统仅有一小部分属于高山生命带时, 高山生物区系被限制在一小块地方 这种生物区系尤其易受气候变化的威胁 这种情况下, 用于研究的山峰应该设置在相等海拔间隔上 每个目标区通常包括四座山峰 有时, 某个目标区域可能只包含三座山峰 ; 例如只找到三个合适的山峰 ( 见 7.2.2 下面 ), 但是却找不到第四个合适的山峰 在这种情况下, 由于三个山峰是组成一个海拔梯度的最少数量, 因此三座山峰是 GLORIA 目标区域研究的最低要求 由上面的分析可以看出, 任何一个包括了高山生命带的山地都可以作为 GLORIA 目标区域 但是, 为了进行标准化的观察并有效的监测气候对高山生物区系的影响 ( 见 7.2.2), 作为监测点的山峰必须满足 GLORIA 的几个标准 不是所有的山地区域都能满足这些标准, 因此如果一个区域没有合适的山峰, 那么最好转向其它区域, 重新选择目标区 文本框 7.1: 高山区植被带 GLORIA 目标区特指由低温决定的树线生态交错带以上的区域, 该区域与高山生命带相吻合 下面是一些相关术语的定义 (Koerner 1999,Grabherr et al. 2003) 及在本研究中的需要注意的问题 森林线 ( 或林线 ), 指树线生态交错带的下部界限, 是郁闭 ( 山地 ) 森林消失处的高度界线 树线, 指高度超过三米的乔木消失处形成的界线 树种线, 指所有树木成熟个体分布的上限, 成熟个体包括匍匐的和低矮的个体 树线生态交错带, 指林线和树种线之间的过渡地带 高山生命带, 指树线生态交错带以上的区域 高山带, 指树线和郁闭植被 ( 植被是景观及其外貌的一个显著部分 ) 上限之间的地带 一些山地的高山区可以进一步划分为下高山区 ( 矮灌丛群落是植被斑块的显著部分 ) 和上高山区 ( 草地 草原和草甸是植被斑块的显著部分 ) 积雪带, 指高山区以上的开阔植被区, 在这里植被不是景观组成的显著部分 高山 - 积雪带过渡带 ( 或亚积雪带 ) 是指高山带和积雪带之间的过渡地带, 一般与永冻带一致 关于树线生态交错带 : 在样地的设置中, 目标区的最低山峰不应是乔木树种或高灌木占优势 10
例如, 当有乔木或灌木存在时, 采用 1m 1m 样方进行频度计数就不合适 ( 比较 8.4.1.2) 因为这种方法是专为高山低矮植被设计的 这样, 在最低的山峰上, 应该选择靠近树线过渡带上限的地点, 在那里乔木和灌木都很稀疏 而且, 如果由于人为干扰导致树线明显的降低, 样地应该设在潜在的树线过渡带内, 而不是现存的树线过渡带内 在没有树线或者树线被人类土地利用所替代的山地系统中, 高山生命带是指景观中主要由于冰川 ( 至少在更新世存在 ) 作用而形成, 并且霜冻对成土作用和基质结构有重要作用 (Troll 1966) 的那部分景观单元 7.2.2 选择 GLORIA 山峰的标准 本文所指的 山峰 不仅包括山的最高峰, 而且也包括山脊上任何高出周围 20 米的峰丘 下文给出了本研究中选择 山峰 的六个标准 在图 7.4 中, 这六个标准分别列在六行中, 相应的三个评价分类示于列中 这六个标准不存在哪个优先的问题 所选择的山峰必须满足所有这六个标准 前两个标准, 即 火山作用 和 气候的一致性 可以在出野外以前通过查阅地图 参考文献进行 但是建议对 气候一致性 作进一步详细的评判 其它四个标准也可以在室内先进行初步评估, 但必须在进行实地调查后才能给出最后的评判 其中的 地貌和山峰形状 主要关注的是建立标准化的观测点所需要的地形条件 ; 栖息地状态, 基岩质地 和 土地利用及土地利用历史 关注的是气候以外其它因素的影响, 这些因素可能使得对气候引发的海拔梯度变化的监测产生影响 ( 又见 7.2.2.1) 评价意见分为 推荐, 不推荐 和 不可选 三类 与图 7.4 内容一致, 但以表格的形式列出的山峰选择表见附件 Ⅱ 表 AⅡ.1.2 所有 GLORIA 山峰的选择都必须以该表为准 怎样评价一个山峰 : 对于所选择的山峰, 应根据上述六个标准进行逐一评判 ( 图 7.4) 在附表 AⅡ.1.2 中标记每个评价标准的检验栏 下面是一个评价的例子 : (1) 如果一座山峰满足了所有评价标准栏 推荐, 就可以作为 GLORIA 山峰 (2) 如果一座山峰在评价标准中仅有一项是 不推荐, 那么应该另选一座山峰 如果没有其它山峰可替换, 那么这座山峰也可以用 在这种情况下, 应在目标区域调查样方表 ( 见附件 Ⅱ 表 AⅡ.0) 中对该标准进行必要的注释 (3) 如果一座山峰在评价标准中有两个或更多个 不推荐, 这座山峰是不合适的 必须选择另一座山峰替代它 如果没有, 就应该转向其它地区寻找合适的目标区域 (4) 当一座山峰有一个或多个 不可选 时, 这座山峰是不合适的, 必须选择替代的山峰 如果没有, 就应该转向其它地区寻找合适的目标区域 11
图 7.4 山峰选择标准示意图 12
7.2.3 选择山峰应注意的问题 人类干扰压力 GLORIA 的目的是监测气候变化的影响 所以, 选择的山峰不能是那些受到高强度的人类土地利用 影响的山峰 像放牧 ( 动物的践踏 取食和施肥作用 ) 和人类登山活动等都可能导致物种组成和植被格局的明显变化 这些因素导致的变化可能掩盖气候造成的变化 图 7.5 避免人类的影响 : 经常有游客或者重度放牧 ( 包括牲畜和野生的有蹄类动物 ) 的地方是不适合世界上很多地方的高山生态系统都受到人类活动的直接影响 尤其是受到家养牲畜的影响 ( 例如,Bock et al. 1995;Molinllo & Monasterio 1997;Adler & Morales 1999;Bridle & Kirkpatrick 1999) 在这些地方, 应该选择影响最小的地方 最好是在国家公园或者自然保护区内, 因为这些地方的人类干扰在未来一段时间内都是比较低的 ( 见 8.4.1.2 中的文本框 8.8) 山峰的地貌 山峰在地形外貌上应属 中等程度 ( 见术语表 适度坡度的山峰 中的定义 ) 非常陡峭或坡度平缓的台地山峰, 均不适合进行本研究 而且, 特别陡峭的山峰通常只有很少的微生境适合植物定居, 对观测植被变化没有多大用处 ( 见图 7.6; 山峰选择的例子见图 7.2) 坡度平缓的山峰或平坦台地山峰在一些地方非常常见 ( 例如安第斯山脉的一些地方 青藏高原, 以及极地 亚极地的一些地区 ), 可能很难找到 适度坡度的山峰 在这种情况下, 需要进行一些方法的修改, 可以参考文本框 8.4(8.3.2 小节中 ) 中的描述 GLORIA 山峰不一定是山脉的最高峰 用于研究的山峰可以是任何独立的 有适当坡度又容易识别的山峰 一般来说, 它必须高出周围 20 米 还应该注意, 山脉的最高峰常常是登山者攀爬的目标 山峰的基岩 目标区内所有山峰都应有相似的基岩 性质上反差很大的基岩, 比如, 石灰岩和硅酸岩, 尤其应该避免 因为物种丰富度和物种组成受深受基质性质的影响 而且, 有活火山活动的地区应该避免, 火山活动会影响研究结果 13
不是所有的山地系统都有一套理想的山峰 但是, 详细的知识加上经过仔细的筛选, 研究人员总 能找到一套充分满足上述标准的山峰用于目标区的研究 图 7.6 地形外貌 :(a) 陡峭的山峰 ( 或者相对于采集数据或者相对于维管植物的生长来说 ), 应该避免 (b) 平坦的高原式的山峰是不合适的 : 研究地点不应过大 ; 但是象 8.3.2 小节文本框 8.4 中那样平坦的山峰也可以作为候选 ( 当没有适当坡度的山峰时 ) (c-e) 可选择的有适当坡度的山峰 14
8. 样地设计本章主要描述在山峰上建立监测点的方法, 包括内容如下 : 8.1 样地类型和设计提纲 8.2 材料和准备 8.3 永久样地的建立 8.3.1 山峰最高点 (HSP): 主要参照点的确立 步骤 a :HSP 标定 8.3.2 建立 3m 3m 的样方群和确定山峰扇区顶点 步骤 b 确定主测量线 步骤 c 固定 3m 3m 样方群的网格 步骤 d 测量 HSP 到样方群顶点的方向和距离 8.3.3 确定山峰边界和扇区 8.4 样地观测 步骤 e 设置 5 米 - 山峰等高边界线 步骤 f 设置 10 米山峰等高边界线 步骤 g 把每个山峰划分为几个扇区 8.4.1 1m 1m 样方观测 ( 每个山峰在每个方位 ( 东 西 南 北 ) 上 3m 3m 样方群的四个角上 的小样方总共有 16 个 ): 8.4.1.1 1m 1m 样方内植被的详细记录 ( 目的 : 了解物种组成和植被盖度的变化 ) 步骤 h 记录栖息地特征 步骤 I 记录物种组成 8.4.1.2 1m 1m 样方内频度计数 ( 目的 : 了解小尺度上植被格局的变化, 放牧强度的变 化, 并为盖度估测提供参考数据 ) 步骤 j 网格框内的频度计数 8.4.2 山峰区域分区 (5m 等高线和 10m 等高线山峰区域, 每个区域又分成 4 个扇区, 总共 8 个 山峰扇区 ; 目的 : 评估植物的迁移, 并识别山峰生境特征 ) 步骤 k 分类型盖度估测 步骤 l 列出所有的物种清单和估测每个物种的盖度 8.4.3 连续温度测定 ( 设置微型的温度记录仪 ; 目的 : 比较温度变化情况, 了解不同海拔处积 雪覆盖的时间 ) 步骤 m 准备工作 步骤 n 放置温度记录仪 8.4.4 照相记录 ( 目的 : 精确记录样方的空间位置及现场情况 ) 步骤 o 山峰最高点的照相记录 步骤 p 1m 1m 样方照相记录 步骤 q 3m 3m 样方群照相记录 ( 全景照 ) 步骤 r 山峰区域扇区顶点照相记录 步骤 s 温度记录仪位置照片 步骤 t 山峰全景照片 可选步骤 u 其它的更详尽的照片 8.5 样方网格的移去及重新设置时应注意的问题 步骤 v 样方网格的移去 15
8.1 样地类型和设计提纲 每座山峰的取样设计包括如下内容 : (a)16 个 1m 1m 永久样方 : 在四个方向上各设一个 3m 3m 样方群, 选取每个样方群的四个顶角样 方, 这样每座山峰的一定区域内总共有 16 个 1m 1m 的样方 (b) 山峰区域分区 :5m 等高线以上的山峰区域以及 5-10m 等高线的山峰区域各分为 4 个扇区 山峰 扇区的大小取决于坡面结构与坡度 野外工作的时间应选在能够一次就可观察和识别到绝大多数物种的季节 如果这时有些物种难以 识别, 可采取补充调查的方法来解决 图 8.1 以一座假想的山峰为例说明多峰调查法中的样地设置 :(a) 等高线侧视图 ; (b) 俯视图 4 个 3m 3m 样方群和山峰区域的顶点设置在 4 个地质方向上 有时需要根据实际情况对顶点的位置进行调整 ( 例如, 本图以及图 8.6 中的西方的顶点位置 )( 见 8.3.2) 样方群可以设置在主测量线的左边或右边, 取决于地形和生境状况 这里说的左边和右边是指向顶峰上观察时的方向 图 8.1 用一座假想山峰的侧视图和俯视图来说明样地的设置 图 8.2 用代码标识了所有测量点和样地位置 16
这种取样的方法首先应用在奥地利东北部石灰岩质的阿尔卑斯山 (1998 年 ) 以及西班牙 Sierra Nevada 地区 (1999 年, Pauli et al. 2003) 的研究工作 在 2001 年, 应用这种方法在全欧洲共选 取了 72 座山峰用来进行长期的观测 整个野外工作过程, 包括建立观测点和记录数据, 每座山峰需要花费两个人 3 到 10 天的时间 ( 取 决于植被密度和物种丰富度 ) 这种估计只包括维管植物的取样, 不包括种级水平的苔藓和地衣植物 注意, 建立永久观测点至少需要两个人 图 8.2 多峰调查法取样设计示意图 17
8.2 材料准备 在开始野外工作之前, 应该准备好下面的材料和工具 ( 另见附录 Ⅰ 中的清单 ): 测量样方位置和山峰区域顶点位置 : 两个 50 米长的卷尺 ; 罗盘仪 ; 坡度仪或电子水平尺 ( 如瑞士水平 尺, 当达到水平定位点时可以给出一个声音信号 ); 小的测量卷尺 ( 比如 3 米长的 ) 另外最好再有一个海拔表和一个精度高于 1 米的差分 GPS 划分 1m 1m 的样方 :4 个样方群, 每个样方群为 3m 3m, 在其中划分出 9 个 1m 1m 的网格 网格应用软尺来制作, 外面用一个金属框来固定 ( 见附件 Ⅰ 图 AⅠ.1 中的指南 ) 准备约 100 个 100mm 长的普通钉子和一些细铁丝, 用于固定网格, 再准备一些胶带以便于在野外对网格进行修补 划分山峰区域 :2 卷各长 500m 的细绳和 4 卷约长 100 米的细绳 绳子的长度取决于山峰的地形 ( 山峰越平坦, 绳子越长 ) 绳子的颜色应该与地表颜色成强烈对比( 如白色或黄色 ) 永久标记 : 每座山峰需要 80 个各种长度 (10-25cm) 的铝制管子 ( 直径 0.8 或 1cm) 或其它适当材料 ( 如能够长期保持颜色的白色或黄色的油漆 ) 一把凿子( 钳工錾 ) 所作的标志应不易被其它登山者看到 照相记录 : 一个配有焦距 28mm 和 50mm 的镜头, 规格为 24mm 36mm 的标准单反相机或一个数码相机 ; 彩色胶片 ( 彩色负片和 / 或反转片 ; 见文本框 8.13); 一块小黑板 ( 如 15 20cm) 和粉笔用于记录所拍样地的编号和日期 ; 一根 1.5 到 2 米的棍子用来标记照片上山峰区域顶点 样方记录 : 样方调查表 ( 见附件 Ⅱ 的表格 ); 罗盘, 坡度仪或电子水平尺 ( 可采用样方设置中相同的装置 ); 一个木质或铝质 1 平方米的网格框 ( 分为 100 个网眼, 每个网眼大小为 0.1 0.1m)( 见附件 Ⅰ 图 AⅠ.2 中的指南 ), 用于盖度估测 长期温度测量 : 微型温度记录仪 ( 详情见 8.4.3), 永久性标志和保护记录仪的胶带 8.3 永久样地的设置 8.3.1 山峰最高点 (HSP): 主参照点的确立 山峰最高点 (HSP) 的测定是野外工作中的第一步 HSP 通常是中等坡度山峰的中心点 如果在顶峰的一侧有突出的 高于中心最高点的岩石, 仍应选取中心最高点, 不选取突出的岩石上的点 ( 比较图 7.6) 步骤 a 标记 HSP: 如山顶上找不到现成的标记, 可在坚硬的岩石上刻上十字作为标记 ( 图 8.3) 如没有可以做标记的坚硬岩石时, 可以用金属桩或其它适当的永久性标志 注意, 这个标志应该可以保存几十年 18
图 8.3 山峰最高点的永久性十字标志 8.3.2 3m 3m 样方群和山峰区域顶点的设置 位置的确定样方群 : 在每个地理方位 ( 东 西 南 北 ) 各设置一个 3m 3m 样方群 ( 见图 8.1 和 8.2) 每个样方群包含 9 个 1m 1m 的样方, 这些样方用网格 ( 在野外工作之前准备好 ) 划分开 样方群下部边界位于从山峰最高点垂直距离 5 米以下的等高线上 ( 误差 ±0.5 米 ) 样方群的左下方或右下方的顶点应在方位线 ( 东 西 南 北 ) 上 ( 方向线位置从山峰最高点确定 ) 这样, 样方群或者位于方位线的左边, 或者位于其右边 ( 比较图 8.1 和 8.2) 如果 3m 3m 样方群处于以下位置, 则需要对其位置进行调整 : (1) 地势太陡峭使得调查工作不安全, 或者 (2) 突出的大石块, 或者大片没有植物的裸地 这种情况下, 样方群应该设在离原始方位线最近的地方 山峰区域 - 顶点 : 四个 3m 3m 样方群的下顶点即为 0-5 米山峰区域的顶点 5-10 米山峰区域顶点位于 HSP 下 10m 等高线和 HSP 与前述 5m 等高线顶点的连接线上 ( 比较图 8.2) 下面所描述的步骤 b-d 必须在每个方位重复进行 这里仅以北侧的工作来举例说明 ( 比较图 8.2,8.3 和 8.5; 另见附件 Ⅱ 表 AⅡ.1.1)): 步骤 b 确定主测量线 ( 罗盘方向, 垂直位置和主测量线的长度 ): 即从山峰最高点经过 5 米等高线山峰区域顶点再到 10 米等高线山峰区域顶点的连线 19
调查者 A 在山峰最高点拿着罗盘和样方调查表 ( 表 AⅡ.1.1., 见附件 Ⅱ), 把 50 米长卷尺的一端固定在该处 他或她指示出北方 ( 见图 8.4 和 8.5 以及 Box 8.1) 调查者 B 拿着卷尺的另一端沿着北方向山下走, 并用坡度仪或电子水平尺对准山峰最高点 当仪表指示与山峰最高点为水平位置时, 在地面上放置一个临时标记物 标记物和山峰最高点的高度差等于调查者 B 的眼高 ( 也就是从脚到眼的高度 ) 重复以上步骤, 得到准确的与山峰最高点垂直差为 5 米的点 ( 见图 8.5) 在确定了 5 米等高线后, 调查者 B 即可判断该线正北方向上的点是否适合设置 3m 3m 样方群 如果不适合, 应该在 5 米等高线上尽可能靠近正北方向的位置设置样方群 这个点应该处于东北或西北分区 ( 在工作步骤 g 中建立 ) 之内 用小铝管和一些石块标记这个 5 米山峰区域顶点 ( 记作点 p5m-n11 或 p5m-n31, 见工作步骤 c), 以便于将来重新定位的工作 从 5 米山峰区域顶点出发, 调查者 B 继续向下到达 10 米等高线山峰区域顶点, 调查者 A 帮助他指示方向, 确保 HSP 5 米山峰区域顶点和 10 米山峰区域顶点处于同一方向上 10 米山峰区域顶点 (p10m-n) 同样用小铝管和一些石块标记 调查者 B 拉直 50 米长的卷尺 ( 一端被调查者 A 拿着, 并确保尺子笔直的通过 5 米山峰区域顶点 ), 读出 10 米山峰区域顶点处的距离 ( 见文本框 8.3) 调查者 A 听到读数后, 把这个距离数值记录在样方调查表中 ( 表 AⅡ.1.1., 见附件 Ⅱ) 调查者 A( 在山峰最高点 ) 用罗盘仪对准调查者 B( 在 10 米山峰区域顶点处 ), 读出方向读数 如果调查者 A 看不到 B, 调查者 B 可以用信号棒垂直举起标示其位置 调查者 A 把方向数值记录在样方调查表中 ( 见文本框 8.1) 图 8.4 从山峰最高点到 3m 3m 样方网格顶点再到 10 米山峰区域顶点连线的地理方向的测定 假设当地的磁偏角是偏东 5º, 那么应该按照如下的方法校正 : 测定主测量线时, 采用 355º 而不是 0º 或 360º 是真北极 ( 又见 Box 8.1) 尽管如此, 在地形或生境不适于建立样方群时, 对真北极的适度偏移是必要的 参考步骤 b) 20
文本框 8.1: 罗盘测量 某些地方, 地磁北极和地理北极相差很大, 而且可能在短期内发生变化 因此, 有必要 弄清楚磁偏角 ( 地理北极和地磁北极间的夹角 ) 并把它记录在样方调查表中 ( 表 AⅡ.1.1., 见附件 Ⅱ) 为了确定地理北极, 需要 : (a) 用罗盘测定地磁北极 ;(b) 根据磁偏角校正地磁北极得出地理北极,(c) 在真正的地理北极方向上设置样方点 所有的方位都应按照上述方法确定地理方向 ( 东 南 西 北以及东北 东南 西南 西北 ; 另见下文 ) 然而, 在任何情况下, 实际的地磁方向测定值都应指示出来 ( 也就是罗盘仪上 0-360º 的刻度, 另见图 8.4) 它与样方调查表中记录的所有角度数值都有关系 在测定方向时, 一般野外用的罗盘仪就可以达到 ±2º 的精确度 磁偏角 : 应在样方调查表 ( 表 AⅡ.1.1., 见附件 Ⅱ) 的顶部记录下磁偏角数值 (360º 的形式 ) 以及校正符号 ( 用 + 或 - 表示 ) 例如,-6(=6ºW= 地理北极偏西 6º),+20(=20ºE= 地理北极偏东 20º) 在欧洲南部和阿尔卑斯山地区磁偏角介于 1º 和 3º 之间, 在中国王朗自然保护区约为 1.5ºW 有些地方的磁偏角比较大, 例如, 瑞典北部 ( 目前是 5ºE), 高加索 (6ºE), 乌拉尔山脉南部 ( 大约 13ºE), 乌拉尔山脉北部 (23ºE), 布鲁克斯山脉中部 阿拉斯加 ( 大约 25ºE) 或是 Ellesmere 岛中部 加拿大北部 ( 大约 77ºW) 这些例子表明, 在用罗盘设置永久样方时应该充分考虑到当地目前的磁偏角 全球任何地方目前的磁偏角值都可以在位于波尔得的美国国家地理数据中心的网站上找到, 网址是 : http://www.ngdc.noaa.gov/cgi-bin/seg/gmag/fldsnth1.pl 在确定所有四个主测量线和四个分区线时, 必须要考虑磁偏角 地理北极 = 地磁北极 - 磁偏角, 例如, 如果磁偏角是 +5(5ºE), 真正的地理北极在罗盘上的读数是 355º, 东方是 85º, 南方是 175º, 东南方是 130º; 如果磁偏角是 -10(10ºW), 那么北方是 10º, 东方是 100º, 南方是 190º, 东南方是 145º 如果磁偏角为 +5, 想要建立地理北极方向上的样方群就要在罗盘 355º 方向上确立主测量线和样方群 21
图 8.5 垂直距离的测定 : 调查者 A 指示出罗盘方向 ( 见文本框 8.1), 调查者 B( 假设其眼高为 1.75m) 测量垂直距离 (1) 向山下走 3 倍的眼高, 即到达距山顶垂直距离 5.25 米处 ;(2) 测量并确定 5 米山峰等高线点 ;(3) 再向下走 3 倍的眼高, 即到达距山顶垂直距离 10.25 米处 ;(4) 测量并确定 10 米山峰等高线点 ( 误差见文本框 8.3) 步骤 c 设置 3m 3m 样方群 : 在确定了主测量线以及 5 米和 10 米山峰等高线点之后, 就可以在 5 米山峰等高线点处设置 3m 3m 样方群了 ( 图 8.7) 这项工作应由两人完成, 要特别注意避免踩踏样方 ( 另见文本框 8.2) 如上所述, 前面确定的 5 米山峰等高线点位于 3m 3m 网格的左下角 ( 如记作 p5m-n11) 或右下角 ( 如记作 p5m-n31), 这由地形和栖息地状况决定 这两个角 (p5m-n11 和 p5m-n31) 都在山峰 5 米等高线上, 而且样方群的左右边界应该基本上平行于山峰坡面 网格中每个 1m 1m 样方的四个角应该尽可能固定在地面上 ( 有些顶点可能仍接触不到地面 ) 用普通的 100mm 长的钉子穿过带子上的洞 (3m 3m 网格交叉点上的孔眼 ), 再压上一些石块, 即可 有时要用上细铁丝 此外, 应该在每个样方的四个角上固定短铝管作为永久标记 ( 如果可能的话 ) 为了不被旅游者轻易发现, 铝管只露出地面 1-2cm 即可 如果不能固定铝管 ( 如下面是坚硬的岩石 ), 可以用白的或黄的能够长久不退色的油漆标记 ( 为避免发现, 标记应尽量小 ) 工作步骤 d 测定从山峰最高点到样方群顶点的距离以及地磁方向 : 在固定好 3m 3m 网格之后, 调查者 A 站在山峰最高点处, 调查者 B 指示出每个样方群顶点的位置 ; 调查者 A 测量 3m 3m 网格最外面 4 个顶点的地磁方向, 调查者 B 测量从山峰最高点到样方群外围 4 个顶点的距离 ( 见测量方法表, 附件 Ⅱ 表 AⅡ.1.1 和 Box 8.1) 重复步骤 b, 测定所有的样方群顶点的距离和地磁方向 22
在记录完每个样方群的四个外围顶点的距离和地磁方向之后, 记录者 ( 即 A) 应对表中 ( 附件 II, 表 AII.1.1) 相应的文本框进行打勾, 指明哪一个点 (p5m-n11 或 p5m-n31) 是位于主测量线上 注意 : 任何情况下只记录地磁方向 ( 即罗盘读数 ) 另外, 也可以用差分 GPS( 精度超过 1m 的 ) 来确定样方群外围顶点的垂直和水平坐标 文本框 8.2: 调查者踩踏的影响 应尽量避免在样地网格设置 移开和进行测定过程中人为踩踏影响 在苔类 藓类为优势种的群落和雪地群落中进行测定时尤其需要注意 在地形容许的情况下, 在测定时可采用露营者经常用的防潮垫来减少践踏的影响 文本框 8.3: 测量精确度和误差 距离的测量应精确到 1cm( 例如,13.63m) 虽然这对于大多数地表和较长的距离来说好像是过于精确了 但这样的精确度并不难达到, 因此没有理由采用更低的精确度 此处的距离都是用绷紧的卷尺测量从山峰最高点到样方群顶点的距离 因此, 所有的测量距离都是表面距离, 而不是从山顶到样方群的直线距离 罗盘测定的方位角的精度为 ±2º 普通野外用的罗盘就能达到这样的精确度 样方表面的高度角, 用电子水平尺或坡度仪测量, 测量的精度与装置的精确度有关或者可以上舍入到 5º 为一级 ( 须采用 360º 刻度的设备 ) 山峰区域顶点的 5 米和 10 米等高线垂直高度精确度为 ±0.5 米 文本框 8.4: 平坦台地山峰样地设置 在一些以台地型山峰为主的山脉上很难找到有适当坡度的山峰 在设置 5 米等高线的样方群和在 10 米等高线山峰区域边界顶点时, 从山峰最高点到边界顶点的距离会非常大, 这会在样方设置和取样上花费很多的时间 而且, 这样大的山峰区域对于山峰间的比较也是不适合的 应该尽量避免选择平坦的台地型山峰 当无法回避时, 需要对上述一般性的方法进行适当修改 一般性原则 : 如果从山峰最高点 (HSP) 到 5 米山峰区域等高线的表面距离超过 50 米, 就在 50 米处建立 3m 3m 样方网格 在这种情况下, 在测量完山峰垂直距离之后应该立即用 23
卷尺测量距离, 然后设置 3m 3m 样方网格 与上述做法相似, 如果从山峰最高点 (HSP) 到 10 米山峰区域等高线的表面距离超过 100 米, 就在 100 米处建立山峰区域等高线的点 如果由于山峰最高点到 5 米等高线的距离大于 50 米, 而在 50 米处设置了 3m 3m 样方 网格, 同时 10 米等高线到山峰最高点的距离在 100 米之内, 就要在 10 米等高线处设置边界点 在这种情况下,3m 3m 样方群下边界到 10 米等高线边界点的垂直距离就超过 5 米 8.3.3 设置山峰区域和扇区的边界线 山峰区域的设置 : 用一细绳在等高线 5m 处围绕顶峰, 用直线把 4 个样方群下方的八个角相互连接起来, 以此界定上部上部的山峰区域 (= 5m 山峰区域 ) 因此这里所说的 5m 等高线山峰区域实际上只是在 4 个样方群的下方顶点上达到, 样方群之间的其它地方所处的位置实际上小于 5m 等高线 ( 见图 8.1 和图 8.2) 这样做有助于使山峰区域控制在合理的范围内 ( 特别是在山峰等高线很长的情况下 ) 同时也简化了操作步骤, 因为如果要精确地标定整个 5m 等高线边界, 不仅要多花几倍的时间, 而且也不会显著改善数据质量 采用相同的方法将 10m 等高线上的顶点连接起来, 可以确定下部山峰区域 (= 10m 山峰区域 ) 该区域呈带状围绕 5m 山峰区域 10m 山峰区域与 5m 山峰区域并不相互包含 ( 或重叠 ) ( 见图 8.6, 另比较图 8.1 及图 8.2) 5m 及 10m 山峰区域内各顶点之间的距离不用测量 山峰区域扇区的划分 : 用 4 条细绳从山峰最高点分别沿 4 个方向 ( 东北 东南 西南 西北 )( 见图 8.6) 直线连接到上述两个山峰区域的边界, 由此将每个区域都划分为 4 个山峰区域扇区 此过程中要确定准确的地理方位, 并测量从山峰最高点到区域分界线与扇区划分线交汇处的距离 步骤 e 设置 5m 山峰区域边界线 : 可由两人完成 调查者 A 在 3m x 3m 样方群下方顶点之一固定细绳的一端 ( 如北面样方群的左下角顶点 p5m-n11) 之后调查者 A 持线走到东面样方群的点 p5m-e31, 将细绳绷紧 固定 此时这两点以最短表面距离连接 调查者 B 协助调查者 A 将细绳放直 24
在东面样方群的顶点 p5m-e11 处将细绳固定, 然后把细绳拉到南面的样方群 重复上述过程, 直到细绳固定到北面样方群右下角点 p5m-n31 上 步骤 f 设置 10m 山峰区域边界线 : 以同样的方法, 在 10m 等高线上将东南西北 4 个方向上的标志点用 拉直的细线连接起来即可 ( 如从 p10m-n 到 p10m-e, p10m-s, p10m-w, 最后回到 p10m-n) 图 8.6 八个山峰区域扇区 ( 包括 5m 山峰区域的 4 个扇区和 10m 山峰区域的 4 个扇区 ) 扇区的面积取决于山峰的形状 通常不同方位的扇区面积也有所不同 ( 见右边简图 ) 10m 山峰区域的扇区通常要大一些 扇区分割线从山峰最高点分别向东北, 东南, 西南, 西北四个地理方位延伸, 而主测量线则是从最高点向东 南 西 北 4 个方向延伸, 在生境条件不好时, 主测量线可以适当偏离其地理方向 ( 例如右边简图中方向西 ; 另见小章节 8.3.2 中的步骤 b) 步骤 g 山峰区域划分为扇区 : 调查者 A 站在山峰最高点, 并用罗盘指示出两个相邻边界点之间的某个恰当方位 如东北方向是两个相邻边界点 p10m-n 和 p10m-e 之间的方位 注意在确定方位时同样需要进行磁偏角校正 ( 见图 8.6 及文本框 8.1). 调查者 B 将细绳的一端固定在最高点, 然后按照调查者 A 指示的方位向下拉细绳 当细绳与山峰区域边界线交汇的时候 ( 如在点 pne-5 和 pne-10), 放置一个标记 ( 例如小铝管或石块 ) 在其余三个方向上重复这个过程 这样就在 5m 山峰区域及 10m 山峰区域各形成东 西 南 北四个扇区 ( 见图 8.6) 25
最后, 调查者 A 记录下从最高点到上述标记点的方位 ( 考虑磁偏角, 见文本框 8.1) 同时, 调查者 B 在调查者 A 的协助下, 分别对 4 个交叉线上从最高点到两个标记交汇点之间的表面距离进 行测量 ( 如从最高点到 pne-5 的距离以及从最高点到 pne-10 的距离 ) 完成以上步骤之后即可对山峰区域及样方进行数据采集 在开始进行样方测定之前, 须再次核对工作表上的相关内容是否都已经填写 ( 附件 II 表格 AII.1.1), 包括对 1m x 1m 样方及顶点的照相记录的相关 检验表 ( 见 8.4.4 中步骤 o 到 r 以及 t) 关于测量公差问题, 见文本框 8.3; 相关的理由见文本框 8.14 如果上述工作都已经正确完成, 也就可以绘制出样地的简图了 简图的绘制可在野外工作结束以后 在室内完成 GLORIA 计划协调办公室正计划开发便于这项工作的电子工具 8.4 样地观测 8.4.1 1m x 1m 样方观测 每个 3m x 3m 样方群由九个 1m x 1m 样方组成 ( 用软尺制作的网格划开 ) 植被状况的观测记录只 在四个角落的样方当中进行, 因为其他样方的植被情况可能会因为观测者的践踏而受到破坏 因此每个山峰需要进行观测记录的 1m x 1m 样方共有 16 个, 称为 16 样方区 8.4.1.1 1m x 1m 样方中植被的详细观测记录 对每个 1m x 1m 样方 ( 如图 8.7), 观测记录其各类型地表覆盖物 ( 维管植物 岩石以及碎石等 ) 的投影盖度以及每种维管植物物种的分盖度 目的是为检测物种组成以及植被覆盖变化提供本底资料 样方记录表见附件 II 中表格 AII.3a/b, 附件 II 第二部分是一个例子 步骤 h 生境特征的观测记录在每个样方当中, 目测确定各类地表类型的投影盖度 投影盖度是地表的垂直投射 ( 即垂直于坡面 ), 其总和为 100% 而植物盖度( 见下文 ) 则考虑了植物各层之间的重叠 在郁闭植被当中各物种盖度之和往往要超过 100% (GREIG-SMITH 1983) 地表类型以及投影盖度的估测 - 维管植物 : 所有维管植物的总投影盖度 - 岩石 : 裸露岩石, 这类岩石比较稳固, 一般不会轻易发生移动 ( 如用靴子踢推也不会发生移动 ); 不能移动的大石头也应视为岩石而非碎石 ( 如果有疑问, 则统一将其视为岩石 ); - 碎石 ( 卵石 ): 碎片 包括稳定或不稳定的碎石地, 并且每个石头都大小不一, 在土壤表面或陷入其中 ; 大小比沙粒要大 ( 与裸地相反 ); - 地表地衣植物 : 生长在不被维管植物覆盖的土壤表面的地衣 ; 26
- 地表苔藓植物 : 生长在不被维管植物覆盖土壤表面的苔藓植物 ; - 裸地 : 裸露的土壤, 也就是不被植物覆盖的泥土或砂土 ; - 凋落物 ; 死亡的植物组织 以上各类地表都占 1m² 面积中的一定百分比, 因此各类地表类型的总投影盖度为 100% 各地表类型亚型的盖度估测 : - 在维管植物下方的地衣植物 : 维管植物层之下生长的地衣植物 ; - 在维管植物下方的苔藓植物 ; 维管植物层之下生长的苔藓植物 ; - 岩石上的地衣植物 : 生长在裸露岩层上的地衣植物 ; - 岩石上的苔藓植物 : 生长在岩石裂缝中的苔藓植物 ( 岩石裂缝中有一些看不见的土壤, 与生长在土壤上的苔藓对应 ); - 碎石上的地衣植物 : 生长在碎石以及石块上的地衣植物 ; - 碎石上的苔藓植物 : 生长在碎石和石块缝隙中的苔藓植物, 缝隙中有一些不易看到的土壤 ; 每个亚型都代表以下三种地表类型的一部分 : 维管植物 岩石以及碎石 因此亚型覆盖率是地表类型覆盖度的一部分 例如, 某一样方中 40% 为岩石覆盖, 而岩石的一半为地衣植物覆盖, 在样方表中应记录 岩石上的地衣植物 覆盖率为 50%( 而不是 20%), 这有助于目测估计 测定 用罗盘测定样方的坡向 (N, NE, E, SE, S, SW, W, 及 NW) 平均坡度由坡度仪或是电子水平尺 步骤 i 记录物种组成 用目测的方式估计各维管植物物种盖度 ( 注意 : 应包括该物种处在营养体阶段的个体 ) 可选择是否估计物种水平上苔藓植物和地衣植物的盖度 盖度以植物覆盖面积占样方面积的百分比计数 监测目的要求盖度估测要尽可能准确, 特别是对于多度较小的物种 ( 见文本框 8.5) 请注意, 各种维管植物盖度总和可能超过维管植物的总盖度 ( 在步骤 h 已提到这是由于不同植被 层之间的重叠造成的 ) 文本框 8.5 中有该方法使用中的注意事项 关于隐花植物和维管植物分类学水平的问题, 见文本 框 8.6 27
文本框 8.5: 1m x 1m 样方观测的注意事项 (a) 地表类型投影盖度 : 步骤 h 中定义的地表类型描述了样地生境的不同特征, 这些特征是比较容易识别的 由于会耗费大量的观测时间, 在本手册的第三版当中, 地表类型 生长在没有维管植物覆盖的土壤中的隐花植物 以及地表亚型 维管植物下方生长的隐花植物 并没有细分为苔藓植物和地衣植物 然而在 2002 年十月 GLORIA-EUROPE 研讨会讨论中, 苔藓和地衣的数量图受到了广泛的关注, 因为这两类植物在气候变化的响应方面属于明显不同的功能群 因此, 在本版中将隐花植物细分为苔藓植物和地衣植物 (b) 物种盖度估测 : 物种盖度估计应尽可能准确 盖度 - 多度估测法 ( BRAUN-BLANQUET, 1964) 对本研究显得过于粗糙 [ 例如, 这种方法将盖度 < 1% 的物种归为一类, 但实际上这里面仍存在很大差异 如果某个个体发育良好的物种在样方中的盖度可以达到 1%, 而另一个物种在样方中只有几株幼苗, 盖度还不到上一个物种的 1%( 即盖度小于 0.01%), 将这两个物种的盖度列在同一水平上显然是不合适的 ] * 目测物种盖度的方法本身不太精确, 对于长期监测项目而人员又发生变动的情况下, 常会被视为主观性太强 然而, 对于植被变化的监测而言, 重要的不是物种盖度的绝对值, 而是方法的可重复性 已有研究表明不同调查者对盖度的目测差异一般小于 20%(SYKES et al. 1983; KENNEDY & ADDISON 1987; NAGY et al. 2002), 因此可认为大于 20% 的差异是由偶然因素引起的 在对 1m² 标准样方进行测定时, 由于如下的原因, 所估测盖度的准确度会相对较高 * 借助于样方软尺上的刻度以及采用标准的 1m² 样方都可增加盖度估计的精度 植物覆盖面积可以容易地转化为盖度值 ( 例如 10 x 10 cm 就是 1%, 1 x 1 cm 就是 0.01%) 运用各种盖度模板 ( 如可表示出 1% 0.5% 0.1% 等的盖度模板 ) 也有助于盖度的估测, 这在开始估测的时候特别有用 ( 见附件 I 中图 AI.3a/b) 对于阔叶植物和垫状植物的目测比较准确和可重复, 特别是在植被较为稀疏的情况下 对禾草和及多层密集的植物的目测则需要一定的经验 * 对样方进行照相记录 ( 见 8.4.1.2), 并将 1m x 1m 样方划分为 100 个 0.1 m x 0.1 m 的小格, 记录每个小格中的物种 用这种方法总体上为解释植被格局变化提供了很好的数据资料 * 目测估计盖度是目前比客观测量耗费的时间少而且对样方的破坏小的方法 它是唯一能在较短时间内提供指定区域中每个物种数量资料的方法 * 使用盖度数据的另一个优点是有利于对不同目标区植被覆盖和植被结构的海拔高度的差异进行比较 方框 8.6: 分类鉴定水平 28
对维管植物, 在野外就应尽可能准确地进行分类鉴定, 并至少鉴定到种 ( 在分类群较复杂的情况下 应鉴定到物种组水平 ) 当然, 如果可能的话鉴定到亚种水平更好 严禁在 3m x 3m 样方中采集标 本 隐花植物. 苔藓植物以及地衣植物尽可能地鉴定到种 然而, 由于对某些隐花植物来说, 进行野 外鉴定非常困难, 而且估测隐花植物每个物种的盖度会耗费大量时间, 因此在本手册所述的多峰 调查法中, 对苔藓植物和地衣植物的调查并非是必须的 在一些地方, 隐花植物可能会占当地植物生物量较大比例 ( 例如在 Scandes 的一些地区 ) 在这样 地方, 即可选择是否对苔藓植物或地衣植物进行调查 一旦决定对这些植物进行调查, 必须认识 到这会使得野外工作时间大大加长, 同时增加践踏的影响 图 8.7 3m x 3m 样方群 左图为取自阿尔卑斯山东北部南面的样方群 (2250m); 右图, 样方群的样方编码以及测量点的数字序号 ( 顶点 ) 样方编号由三个字组成 : 第一个是代表地理方位的字母, 第二个字为表明样方自左到右的所在列的数字, ( 左右以观测者看顶峰时的位置为参照点 ), 第三个字为 : 标明样方自下往上的所在行的数字 ( 以山峰为高处 ) 例如, 样方 S31 指位于山峰南面的样方群, 处于样方群的第三列 ( 即右边 ) 第一行 ( 即下侧 )( 样方编号见文本框 9.2) 29
8.4.1.2 1m x 1m 样方中的频度计数 为探测小尺度下植被模式的变化, 需要在 16 个 1m x 1m 个样方中进行物种频度计数 ( 维管植物 必须计数, 而隐花植物则为可选 ) 以及放牧影响的记录 ( 参见文本框 8.7) 通常, 频度计数必须在设立了样方网格框的样方中进行, 否则会导致结果不准确 样方中无法设 立网格框的情况可能在位于树线生态交错带的山峰出现, 那里的样方中偶尔会有乔木或灌木出现 ( 参见文本框 7.1) 此外应记录下放牧痕迹 有三种易于识别的放牧痕迹 : (1) 粪便,(2) 植物被啃食的痕迹以及 (3) 践踏 ( 另见文本框 8.8) 有关记录表见附件 II 表格 AII.4a/b, 例子示于附件 II 第 2 部分 图 8.8 物种频度计数的网格框 左图为安装在崎岖陡峭地形上栅格框架 ; 右图为 1m x 1m 网格框架示意图, 被划分为 0.1m x 0.1m 小格来记录物种出现的状况以及放牧痕迹 步骤 j 用网格框进行频度计数 : 把 1m x 1m 木制或铝制的网格框架用白色细绳划分为 100 个 0.1m x 0.1m 小格, 用于频度计数 ( 见图 8.8 以及附件 I 中的图 AI.2 查看制作细节 ) 在每个小格中对维管植物 ( 隐花植物为可选项 ) 以及放牧痕迹进行记录 小格中出现的所有物种都要记录 因此, 如果一个植物只要有一部分在 0.1m x 0.1m 小格内出现就视为其存在, 不用考虑其根是否生长在小格内 注意记录时观测的角度必须与坡面垂直 ( 即与网格框架平面垂直 ) 在地面不平时, 尤其应注意这一点 30
一般注意事项见文本框 8.7, 放牧痕迹记录见文本框 8.8 文本框 8.7: 频度计数 一般注意事项 记录 100 小格中植物物种出现的情况是为了对小尺度下的植被格局的变化进行监测, 因此在以后进行的重复监测时, 必须严格地将网格框放置在相同的位置上, 这是进行连续监测的前提条件, 故必须对每一样方带有栅格框架的位置进行照相记录 ( 见子章节 8.4.4) 文本框 8.8: 人类土地利用以及放牧影响 7.2.3 子章节中曾提到, 人类践踏以及家畜和野生动物的采食可能掩盖与气候相关的变化 因此, 应尽量避免在土地利用明显的地方选择样地 然而, 在一些地方, 很难找到没有采食或放牧影响的山峰 因此, 估计目标区内放牧影响以及对土地利用作一定评价是相当重要的 : a) 在记录表 ( 见附件 II 中的表格 AII.0) 上记下目标区的主要土地利用类型 利用历史及管理措施 的变化 b) 对每个山峰区域扇区记录放牧影响 ( 附件 II 表格 AII.5a) 特别要记录以下识别特征 : 粪便 采食损伤 践踏 c) 每个 0.1 m x 0.1 m 栅格单元都应记录放牧痕迹 (1) 粪便, (2) 采食损伤 ( 枝叶的损伤 ), (3) 践踏 ( 例如, 蹄印 脚印 地衣损伤 草丛磨损等 ) 这一工作不会花费太多记录时间 只记录哺乳动物 ( 包括小型哺乳动物 ) 对植被的影响 不记录其他动物的影响, 比如节肢动物的影 响 8.4.2 山峰区域扇区的观测 5m 以及 10m 山峰区域各自有四个扇区, 共八个扇区, 覆盖了整个山峰区域 ( 比较图 8.6) 在 每个扇区中应作如下观测 : (1) 不同地表类型的盖度百分比, 以及 (2) 完整的物种名单和每种植物的盖度百分比 主要目的在于探测物种丰富度以及物种迁移的变化 不同地表类型的盖度特征反映了山峰区域的生境条件 而且, 维管植物 ( 地表覆盖类型之一 ) 的总盖度是估计每个物种盖度的参考值 完整的维管植物名单 ( 苔藓植物和地衣植物可根据情况决定 31
是否包括 ) 对于评估是否有植物侵入山峰区域甚为关键 关于山峰区域扇区中物种记录的注意事项见文本框 8.9 记录表见附件 II, 表格 AII.5a/b, 例子示于附件 II 第二部分 步骤 k 记录如下地表类型的盖度百分比 : 维管植物岩石碎石地衣植物 ( 不包括生长在岩石上的地衣 ) 苔藓植物裸地凋落物 地表类型与 1m x 1m 样方中调查的相同 ( 地表类型的定义见 8.4.1.1 子章节之步骤 h) 步骤 l 完整的植物名单以及对物种盖度的估测 仔细观察每一山峰区域的扇区, 记录所有出现的植物种 这一工作为为探测物种丰富度以及物种迁入迁出的变化提供了一个本底, 是相当关键的 估测每一山峰区域扇区内物种盖度百分比 百分比基于每一山峰区域扇区的面积 以数值 ( 如, 65, 20, 12, 4, 1, 0.5, 0.01% 等 ) 来表征盖度, 但要避免使用分级盖度 ( 例如, 不要写成如下形式 :1-5%, 75-100%, < 0.1%, < 1%, < 10%) 见文本框 8.9 另外, 对只在山峰区域扇区内出现的物种 ( 即只在少数地点出现而很容易被忽略的物种 ) 作标记 对于这些物种, 必须对发现地作简要阐述 ( 如处于扇区的中心 位于山峰顶点南面 1m 处 位于点 pne-5 西北偏北方向 2 m 处 位于 psw-10 下部边线 3m 等 ) 无论怎样, 尽可能指出局部分布物种的盖度绝对值以及丰富度 ( 例如 1/2 平方米 ;3 个植株 ; 2 个幼苗等 ) 参见山峰区域扇区记录表 ( 附件 II 中表格 AII.5a/b) 以及例子 ( 附件 II 中第二部分 ) 32
文本框 8.9: 山峰区域扇区内盖度百分比估测 一般注意事项山峰区域各地表类型投影盖度和物种的盖度值可用于不同目标区生境及植被覆盖沿海拔高度变化的比较分析 从各个扇区中获得的数据可以分析不同物种以及植被格局对朝向变化的效应, 但最为主要的目的是提供监测物种丰富度变化的基准, 以便评价物种入侵以及消失, 因此对所有物种都进行监测是相当关键的 为使监测更加灵敏, 除要记录完整的物种名单外, 还要求对各扇区的物种多度和盖度进行定量测定 过去用两种测定方法用来获取这类数据,GLORIA-EUROPE 研讨会 (October 2002) 对这两种测定方法 都进行了讨论, 并指出了其缺点 : (a) 步 - 点法 (step-pointing): 这是针对常见物种的定量测定方法 (Evans & Love 1957, Bayfield 1971) 调查者在每个山峰区域扇区中都按照随机路线行走 200 步, 每走一步, 都记录下安装在靴子前掌处的绘图针插到的植物种类 步 - 点法的应用受地形限制, 坡度太陡以及地形过于崎岖时就无法应用 如果植被对践踏比较敏感 ( 如一些地衣占优势的群落 ), 也不适用本方法 本方法主要适用于植被盖度较大 物种较少 均匀度较高的情况 (b) 多度目测法 (visual abundance estimation): 该方法以定性的多度等级 ( 优势 常见 较分散 稀少 非常稀少 ) 来估计每种植物的多度 多度度等级较低时这种方法相对准确, 但当多度等级处于中上时, 估计就不怎么准确了 尽管该方法是大多数野外快速监测的推荐方法, 但因其主观性太强而倍受非议 特别是很难对所有植物生长型的多度等级进行准确定义 并且, 这种定性的描述也很难用于多元统计分析 因此, 在这里采用物种盖度百分比目测法来取代上述两种方法 采用这种方法耗费的时间和以上两 种方法的总和差不多 物种盖度百分比目测法是最好的解决办法, 因为除此之外, 还没有哪一种方 法能同时达到以下的要求 : 简便可行且定义明确 可提供指定区域内每种植物的定量数据 破坏性较小 与客观测量法相比耗时较少 这种方法与样方中物种盖度的估测方法相同 不同之处是扇区样地面积较大, 且形状各异, 有时不 能从一个视点看到样地的全貌, 这意味着该方法的准确度以及检测盖度变化的敏感度相对较低 ( 特 别是当物种多度处于中低水平以及分散分布时 ) 尽管有上述缺点, 该方法仍然适用于物种丰富度变化以及物种迁入迁出情况的监测 要顺利地运用该方法, 应注意以下几点 : (1) 先对整个样地进行全面的观察 (2) 先记录最常见的物种 (3) 然后对样地中出现的所有物种进行详细调查, 列出所有物种目录, 并在目录中注意按目测多度 排序, 以便于随后进行的盖度估测 33
(4) 对每一物种的盖度百分比进行估计并赋值 不要使用盖度等级 ( 例如, 要避免使用诸如 1-5%, 25-50%, < 0.1%, < 1%, < 10%, or > 50% 这样的记载 ) 如果对盖度进行分级, 就很难进行物种的排序 ( 见以下例子 ) 因此, 在进行盖度估计的时候, 头脑中要始终记住物种排序的问题 换句话说, 当不能准确估计某一物种盖度值时, 可根据该物种的排序来推测其盖度与另一物种相比是稍高还是稍低 而且, 盖度分级也不利于数据的处理 因此, 在 GLORIA 数据库输入数据当中不能输入诸如 1-5%, < 1% 这样的数据 例 : 盖度分级对物种排序造成的困难 右边一栏是没有进行盖度分级的估测值, 这种数据的优点是 便于进行物种排序, 但并不意味着这种数据的准确度更高 (5) 对在山峰区域扇区内只分布在少数点位的物种应作专门的记录 ( 即注明在样地中所处的具体位置以及植株或株丛的面积大小或个体数量 ) 这关系到再次调查, 特别是当植物出现在样地边缘时 例子见附件 II 第二部分 34
8.4.3 连续温度测定 8.4.3.1 温度数据记录仪 在所有气候因子当中, 高山生物区系主要是受温度以及积雪控制 可使用埋藏在土壤中的微型数 据温度计较为方便地记录下相关参数 ( 直接测量温度, 间接测量积雪覆盖时间 ) 某个地点是否有积 20 substrate surface 10 cm below substrate surface diurnal T oscillation 雪覆盖, 可通过其温度日波动特征推测出来 (GOTTFRIED 等 1999, GOTTFRIED 等 2002), 甚至在地表以下 10cm 测量的温度也可以进行这样的推测 ( 见图.8.9) Temperature 10 0 1 day snowcover no snowcover snowcover 图 8.9 地表以及地下 10cm 处的温度变化序列 地下的温度要比地表温度有几个小时的时滞 数据来源于奥地利蒂罗尔 (Tyrol) 地区的 Schrankogel 海拔 3108 m 处 在 GLORIA 研究中, 这些数据将用于 (a) 根据其温度和积雪情况的不同来分析不同目标区之间或之内各个山峰沿海拔高度的变化 ;(b) 监测气候的长期变化 目前最为适合的温度测量设备是美国麻省 ONSET 计算机公司生产的 StowAway Tidbit -20/+50 C 微型温度记录仪 这种温度记录仪外面包被有环氧树脂, 不易出现机械损坏 在每小时记录一次数据的情况下, 该温度记录仪的储存器和电池至少可使用 3 年 即便电池不能用了, 由于有电擦写程序储存器 (EEPROM), 数据仍然能够保存 有关技术说明见图 8.10 如果没有该设备, 其他功能相似的设备也可以使用 该温度记录仪应埋入地下 ( 地下 10 cm; 见图 8.12), 原因是 : a) 地下不受太阳辐射及风的直接影响, 因此可减少由于采样点不同而造成的误差 ; b) 不易被旅游者或动物发现而遭到破坏 图 8.10 StowAway Tidbit 温度记录仪的技术说明书 URL: http://www.hobohelp.com//product_pages/ temperature_pages//4201_s.tidbit.html 35
8.4.3 温度测量的三种不同配置 尽管推荐设备的价格相对较低, 根据资金情况, 仍可选择不同数量的温度记录仪进行测量配置 依 照 GLORIA 欧洲项目的经验, 建议采用配置 C, 以获取高密度的气象数据, 并使今后的数据能够与现有的数据兼容 配置 C: 推荐采用 这是 GLORIA 计划中气象数据测量的常规配置 在每一山峰安装四个温度记录仪, 每个 3m x 3m 样方群中安装一个 ( 见图 8.11) 这样可获得四个方位上的气象数据, 为气候状况的描述提供有价值的数据 ( 例如, 不同积雪格局 ) 应尽可能地采用这样的配置 在 2001 年夏天进行的 GLORIA 欧洲项目中, 已有 71 个山峰监测点采用了这种配置 配置 B: 较不推荐采用 这种配置费用较低, 但所获取的信息量也较少 在两个最具代表性地理方位 ( 如南方和北方 ) 的 3m x 3m 样方群中各安装一个微型温度记录仪 究竟在哪两个方位进行测定要在现场根据具体情况确定 此配置尽管比配置 C 经济, 但其缺点也十分明显 ( 见下文 ) 配置 A: 不推荐 该配置最为经济, 但所获数据量也最少 仅在山峰最高点 ( 见图 8.2 & 8.11) 附近安装一个微型温度记录仪 尽管花费最低, 但有严重的缺点 : a) 在植被结构和微气候方面, 最高点是山峰区域中最不典型的地方 ( 特别是积雪情况 );b) 不能获得不同坡向上小气候的差异 在资金不够的情况下, 也只能采用这种配置, 可在一定程度上了解山峰的大致气候特征 图 8.11 微型温度记录仪的安装位置 依照温度记录仪数量的多少, 有三种不同的配置 : 配置 C: 在每个 3m x 3m 样方群中各安装一个, 共安装 4 个 这是常用的方法 配置 B: 在两个最具代表性气候方位 ( 如积雪覆盖最多和最少的两个方位 ) 处的 3m x 3m 样方群中各安装一个 配置 A: 在山峰最高点安装一个温度记录仪 另见章节 8.4.3.3 以及文本框 8.12; 温度记录仪的编号见文本框 9.2 36
GLORIA-Europe 的经验 : 2001 所进行的 GLORIA 欧洲项目均采用了配置 C 个别情况下综合采用了配置 C 和配置 A 通过比较发现, 配置 A 得到的数据不能反映出不同坡面气候条件的差异 ( 即在 3m x 3m 样方群中配置 C 所反映的 ) 即便是采用配置 B, 也难以充分有效地进行不同山峰的比较分析 而且, 目前所有的 GLORIA 气候分析都是基于配置 C( 每个山峰安装四个温度记录仪 ) 进行的, 因而 很难与采用配置 A 或配置 B 获得的数据进行比较 因此应尽可能地采用配置 C 进行温度的测量 文本框 8.10: 其他气象数据 在 GLORIA 多峰调查法中, 如果能够得到其它的一些气象参数如降水量 土壤湿度以及氮沉降等, 对于监测气候变化是很有益的 尽管对这些参数很难找到低花费的测量方法, 但也应该对其进行认真的考虑 至少是在少数监测点 欢迎读者就此问题提出建议 文本框 8.11: 气象观测前应注意 : 气象观测技术手段发展十分迅速, 特别是微型温度记录仪的发展 诸如取样速度等观测中的细节问题还有待进一步明确 在开始气象观测之前, 请留意 GLORIA 网页 : www.gloria.ac.at 的更新信息 8.4.3.3 微型温度记录仪的安装 步骤 m 准备工作 GLORIA 计划中, 每个温度记录仪都应有如下标准化的全称代码 : CC/TTT/SSS/PPP/YYYYMMDD( 文本框 9.2 给出了这些代码的解释和一些示例 ) 步骤 n 微型温度记录仪的安装位置 配置 A: 选定一个离山峰最高点最近的点 ( 见图 8.2 和 8.11), 能将温度记录仪埋在地下 10 厘米的位置 参照文本框 8.12 的说明进行安装 测量温度记录仪相对于山峰最高点的位置 ( 见表 AII.2, 附录 II) 配置 B: 选择山峰上气候差异最大的两个方位上的 3mX3m 样方群 在每个 3mX3m 样方群的中心样方 ( 如 N22) 中找一个位置, 能将一个温度记录仪埋在地下 10 厘米处 理想情况下, 这一位置应该位于样地中部 另一方面, 这一位置也应该代表样地一般的地面状况 ( 如 : 不能正好位于陡峭的岩石上 ) 当遇到温度记录仪不能安装在样方群的中心样方时, 应该在别的样方内选择一个合适的位置, 但应该避开四个角上的样方 ( 换句话说, 不能安装温度记 37
录仪的样方有 N12,N21,N23, 和 N32, 样方编号见图 8.7 和文本框 8.12) 通常, 记录仪安装点 应该尽可能的代表 3mx3m 样方群所处的微气候特征 按文本框 8.12 的说明安装温度记录仪 测量温度记录仪与样方群下方两个顶点的距离 ( 如 p5m-n11 和 p5m-n31, 见文本框 8.12) 配置 C: 与配置 B 一样, 不同之处是在 4 个 3mx3m 的样方群中安装 文本框 8.12: 如何安装温度记录仪 步骤 n 安装说明 首先设置温度记录仪的采样速度程序并开始 ( 记录仪启动 ) 目前 GLORIA 计划采用每天测量 24 次 采样速度为每小时一次的方法 记录仪启动的具体方法, 请登录 GLORIA 网页 : www.gloria.ac.at 挖一个 10 厘米深的小坑, 注意不破坏小坑周围的土壤结构 指定温度记录仪的全称代码 ( 取决于所选择的安装位置, 见文本框 9.2) 将这一代码同时标在记录表上 ( 见附录 II 表 AII.2) 及温度记录仪的背面 ( 用防水记号笔写 ) 找到记录仪的序列号 ( 通常标志在记录仪器的某个部位, 对于 StowAway Tidbits 型号的记录仪来说, 其序列号标注在仪器的左边 ) 并将其写入记录表 如果使用 StowAway Tidbits 记录仪, 用胶布缠在记录仪的周围, 以保护它上面的玻璃盘面 将一根短绳 ( 大约 10 厘米长 ) 系在环上 ( 这有助于在以后找到温度记录仪 ) 将温度记录仪放入小坑里, 确认记录仪放置在地面下大约 10 厘米的位置 测量从小坑中心到相关测量点的距离 ( 配置 A B C 各不相同 ; 参照本文本框下的图示和本章节的 内容 ), 并将测量数据记录在记录表中 拍两张或多张小坑的照片 ( 一张要包括样地边界和山峰最高点, 或者边界和山峰最高点各一张 ; 另一张为温度记录仪及其附近小环境的特写照片 ) 在放置记录仪的确切位置放一个标志( 如用刀尖或铅笔尖 ) 如果在照片中增加某种视觉标记( 如放一个表示与别的测量点的方位和距离的尺子 ), 将更有利于在将来找到这个温度记录仪 在野外记录表的照片核查框处打勾 ( 附录 II 表 AII.2) 照相记录中的注意事项, 见图 8.12 和 8.4.4 章节 小心地将小坑回填好, 确认系着记录仪的短绳不会露出地面 这有助于我们在向地下挖一厘米深 后, 能够顺利地找到记录仪, 但不会被旅游者轻易地发现 拍摄两张或多张已回填小坑的照片 ( 见上文 ) 这些照片在寻找记录仪时有助于减少对样地土壤结构的破坏 在野外记录表的照片核查框处打勾, 并将记录仪安装日期和时间登记到记录表中 将 距山峰最高点距离 ('Dist-HSP') 和 相对于山峰最高点的磁针方位角 ('Cd-HSP')( 在配置 A 中 ) 或 距左下角样方群顶点距离 ('Dist-11') 和 距右下角样方群顶点距离 ( 'Dist-31') ( 在配置 B/C 中 ) 的测量值填到表格 AII.2 中 38
p-s13 (Row 3) (Row 2) (Column 1) S13 (S12) (Column 2) (S23) (S22) (Column 3) S33 (S32) p-s33 Towards the summit HSP N cd-hsp S11 (Row 1) Dist-11 p5m-s11 (S21) Example for logger position S31 Dist-31 p5m-s31 Dist-HSP Example for logger position 配置 C 或配置 B 中温度记录仪位置示意图配置 A 中温度记录仪位置示意图 sonde optical interface 图 :8.12 温度记录仪 : 微型温度记录仪被埋在地下 10 厘米的深度 左图 : 埋设记录仪的小坑 中图 : 回填好的记录仪位置 右图 :StowAway Tidbit 型号的温 度记录仪 ( 对照图 8.10) 39
8.4.4 照相记录 照相记录对于再次准确地找到样地的位置和记载样方的外观都有重要的作用 ( 参见文本框 9.2) 照相记录的关键是按照 GLORIA 代码系统进行编码 ( 见文本框 9.2 及附录 III) 步骤 o 山峰最高点 (HSP) 的照相记录 : 尽管对最高点做了永久标记, 作为主要的测量点, 仍需对它 进行认真的照相记录 ( 详细照片见图 8.3, 以及远景照片 ; 照片的编号见文本框 9.2 和步骤 p, 项目 编号为 HSP) 步骤 p 1m x 1m 样方的照相记录 : 应从上方分别拍摄所有 16 个样方 ( 拍摄角度要尽可能的与坡面垂直 ) 可以用标准 24x36mm 单反相机和焦距为 28mm 的镜头进行拍摄 ( 见文本框 8.13) 另外, 也可以用数码相机进行拍摄 拍照最好在漫射光下进行, 因为直接在阳光下拍摄会使照片的对比度太大, 这样不利于识别表面结构和纹理 每个 1mx1m 的样方都应该拍摄有频度网格框和没有频度网格框时的情况 ( 如图 8.13), 这两张照片对以后的监测调查都有重要的作用 尤其对于用网格框进行的样方调查 ( 每一样方包括 0.1 米 x0.1 米的小网格共 100 个 ), 精确的定位是日后进行监测的先决条件, 用带有网格框的照片资料来重新定位是最为可行的办法 下面的信息最好也包括在拍摄的照片中 ( 最好写在一个小黑板上, 拍照时把小黑板放置在样方的左边或右边 ): 所有必须的代码 ( 文本框 9.2 和附录 III), 如 : 日期, 国家代码, 目标区代码, 山峰代码和项目代码 ( 如 N31,S11 等 ), 并画上一个指向北方或指向山峰最高点的箭头 ( 参照图 8.13) 箭头 白板不适用, 因为在照片中, 写在白板中的字可能分辨不清 最好对每个样方拍摄可鉴别出物种的详细照片 ( 如每张照片拍摄 1/4 的样方面积 ) 图 8.13 左图为 1mx1m 样方照片 右图为带有频度网格框的 1mx1m 样方照片 40
步骤 q 3mx3m 样方群的照相记录 : 应该从不同的角度对每个样方群进行拍摄 ( 如图 8.7) 在拍摄 中, 不要忘了放入写有代码的黑板 ( 代码编写参照步骤 P; 项目代码分别为 N,E,S 或 W) 以及指向北方或指向山峰最高点的箭头 步骤 r 山峰区域扇区顶点的照相记录 : 应对如下项目进行照相记录 : (1) 山峰最高点 (HSP), 这在步骤 o 中进行 ; (2)4 个 10 米等高线点, 如步骤 p 中的代码编号, 项目代码分别为 p10m-n, p10m-e, p10m-s, p10m-w; (3)8 个山峰区域点, 如步骤 p 中的代码编号, 项目代码分别为 pne-5, pne-10, pse-5, pse-10, psw-5, psw-10, pnw-5, pnw-10; 以上这些点应当用竿子 (1 至 1.5 米长 ) 作信号来标记, 以便在照片上能看清它们 用小铝管和 ( 或 ) 石头作这些点的永久标记是不够的 ( 图 8.14) 每一个点都应有一个全景照和一张详细照片 这些照片上也应包括标有该点相关代码和指向北方或指向山峰最高点箭头的黑板 图 8.14 在 pulpitito( 西班牙,2760 米 ) 的 10 米等高线点 (p10m-w) 照片 以竿子作为标记拍摄 步骤 s 温度记录仪位置的照相记录 :( 见图 8.12 和文本框 8.12) 用步骤 p 定义的代码, 但在每个项目代码的前面, 加上一个前缀 LOG 同时不要忘了在黑板上标出指向北方或指向山峰最高点的箭头 例如 :2002/07/29 AT. HSW. GHK. LOG-N22;2002/08/14 AT. HSW. WEK. LOG-HSP 41
步骤 t 整个山峰的照相记录 : 对山峰全景进行拍照 ( 如从一个邻近的峰丘上 ), 以显示该山峰的地形和整体状况 ( 见图 7.2) 尽量用黑板来标记各种代码, 用 SU-OV 作为项目代码 ( 参见附录 III 的代码 ), 同时不要忘记标出指向北方或指向山峰最高点的箭头 可选步骤 u 其它照相记录 : 如果认为有必要可拍摄更多详细照相记录 如交叉线与其它线交汇的位置等, 这些照片都具有较高的价值 这些详细照片的编码可采用附加在必须项目编码之后的方法 ( 比较步骤 o-r) 如果此项在照片中看不见, 可以在黑板上增加一个指向该项目从属代码的箭头 同时也不要忘了标有指向北方或指向山峰最高点的箭头 最好对样地中的 ( 特殊 ) 植物都进行照相记录 文本框 8.13: 照相记录 普通注意事项 照片 ( 来自于彩色胶卷或幻灯片胶卷 ) 是重新快速而准确的找到样地的一种最重要的参考资料 这些照片让调查者对原来的样地进行快速的重新定位, 而无需重复费时的测量工作 在样地的重新定位中, 照片提供了比仪器更多的资料, 它们记录了永久样地的整个视觉情况, 多年以后仍有很高的比较价值 基于以上原因, 应该仔细地进行照相记录 在拍摄照片时, 为避免照片对比度太强, 不宜在直射光下拍摄 确认每一张照片都有全称代码 ( 见文本框 9.2) 这些全称代码写在一个黑板上, 这个黑板在照片中被放置在适当的地方 给照片核对表 ( 附录 II 表格 AII.1.1 和 AII.2) 打勾, 以确认所有需要的照片都已经拍摄 彩色负片或幻灯片 幻灯片的优点是 : 色彩更加自然, 清晰度较高, 并且可用幻灯片投影机放大 彩色负片的优点是 : 照片可用于样地的重新定位 一个彩色胶卷能够制作出用于存档的底片, 也可以冲印出照片, 这样就不需进行扫描和打印 ( 用幻灯片胶卷比用彩色负片胶卷更费时间, 也更昂贵 ) 普通的照片描绘仪的使用也更为普遍 镜头的焦距 : 为了对 1mx 1m 样方进行全景拍摄, 高于 1.8 米的人用 28 毫米广角镜头的像机就足够了 ; 对于个头小一点的人来说, 像机的镜头焦距应该再小一点 对于拍摄顶点和记录仪放置处等的照片, 可采用 50 毫米镜头的标准像机, 或者别的能适用于这些情况的像机 记载样方详细信息的照片, 都应该用标准的 50 毫米镜头像机来拍摄, 以避免图像变形 数码像机 : 应尽可能的采用相机的最高像素来拍摄照片 42
8. 5 样地线的移去和今后重新设置时应注意的问题 步骤 v 样地线的移去 : 在完成所有第八章规定的步骤后, 移去所有 3mx3m 的栅格框和山峰区域扇区的边界定绳 山峰监测点上仅剩下小的铝管 ( 或别的适当标记 ) 和温度数据记录仪 在移开所有标记界线以前, 应再次检查表格 AII.1.1 和 AII.2( 见附录 II), 以确认所有的样地 ( 项目 ) 已进行了照相记录 有关样地重新定位的问题, 见文本框 8.14 文本框 8.14: 重新定位应注意的问题 利用第一次调查拍摄的样方群和各顶点的照片资料来进行快速和精确的样地重新定位 这样可避免或减少章节 8.3 中所述的繁复测量工作 为快速而准确的重新定位以前的样地, 还必须进行如下工作 : (a) 确定方位以及 5 米和 10 米等高线 ; (b) 为如下两个目的绘制样地详图 : 便于找到调查样地的位置和计算山峰区域扇区的面积 (c) 在无法利用照片进行重新定位时 ( 如由于严重的干扰事件或非常显著的植被变化 ), 需要进行重新测量 43
9. 数据结构 存储和管理 首先要注意的问题 : 文本框 9.1: 随时了解当前的调查记录表结构以及数据存储和共享标准的变化 所有的调查数据都要输入到 GLORIA 中心数据库中 这个数据库目前设在维也纳的 GLORIA 服务 器上, 存储了迄今为止所有的 GLORIA 数据 在本手册中, 总体的调查方法构建 野外记录表格以及数据库的结构都将保持稳定不变, 但今 后也可能有一些细微的修改 因此 : 在进行任何野外工作和数据输入之前, 请先浏览 GLORIA 网页 (www.gloria.ac.at), 以获得最新 的信息, 并下载当前的各种标准和工具 下面对有关的数据结构原则作一些简要的介绍 9.1 数据结构 数据提供者应该 : (a) 提供野外数据 ( 对照附录 II 中从 AII.0 到 AII.5 的表格 ), 包括 : 目标区和各山峰的行政隶属资料 ; 永久样方的位置和山峰区域扇区顶点位置数据 ; 16 个样方植物植物物种盖度及频度 ; 山峰区域扇区物种数据 ; 有关温度测量的管理数据 ; 温度记录仪测定的数据 ( 与 GLORIA 协调办公室合作 ) (b) 数据采集区的物种清单, 并与 GLORIA 项目在 www.gloria.ac.at. 网上提供的物种清单相对照, 检查清单上的物种名称是否与 GLORIA 所提供的一致 对于出现的物种命名问题及其细节, 请与 GLORIA 项目协调办公室联系 (c) 发送物种清单到 GLORIA 协调办公室 这个清单将被核对, 以确认物种名称是否与 GLORIA 中央数据库中已记载物种的名称一致 9.2 数据输入与存储 在 GLORIA 项目服务器上有数据输入的电子工具 通过联系 GLORIA 协调办公室可获得个人版本的 GDIT(GLORIA 项目数据输入工具 ) 输入口令 这些工具由 GLORIA 协调工作组准备, 并将存储你目标区最终的物种清单 ( 见上文 b 和 c) 也可事先从 GLORIA 网页下载一个 GDIT 工具的试用版来做测试 44
9.3 数据管理采用 GDIT 工具可将数据以电子版的形式提交到 GLORIA 项目协调办公室 这些数据将被存入 GLORIA 中央数据库, 并根据 GLORIA 成员内部达成的协议, 将部分数据公布到因特网 在任何情况下, 这些数据提供者都拥有对自己数据的所有权, 任何人要使用这些数据做整合分析, 均需要得到数据提供者的允许 9.4 照片资料的管理原始照片资料及原始野外表格应该一同被保存在办公室, 以便于将来的监测 但这些资料也应该以数字化格式提交给 GLORIA 协调办公室, 以便保存在 GLORIA 中央数据库 因此, 如果没有用数码像机, 建议将照片扫描为电子格式 所有的数码照片都应该根据 GLORIA 的编码系统重新命名 请参见文本框 9.2 和附录 III 以及 GLORIA 网页, 以获取更多的关于如何去做这些以及传输这些材料到 GLORIA 协调办公室的信息 文本框 9.2: 表格项目和照片的 GLORIA 代码 GLORIA 数据库中的各种项目参数, 必须要有 GLORIA 专用的代码, 用在表格 照片 温度记录仪以及在数据库中 国家代码 : 采用 ISO 3166 代码系统, 该代码由两位数组成, 例如 : AT 代表澳大利亚,GE 代表格鲁吉亚,NE 代表新西兰,CL 代表智利 ; 要浏览所有国家的代码, 请登陆网站 www.gloria.ac.at 目标区代码 : 由 GLORIA 协调办公室建立, 每个目标区有一个由三个字母或数字组成的唯一代码, 以避免代码冲突 ; 如果想获得目标区代码, 请与我们联系 例如 :SNE 代表 Sierra Nevada/ 西班牙, HSW 代表 Hochschwab/ 奥地利 山峰代码 : 由三位字母组成的代码 ( 避免采用数字 ) 负责目标区的研究者, 在进行山峰编码时, 都应该仔细选择这些代码, 以避免与目标区代码发生冲突 例如 :ZAK 代表 Zagelkogel, GHK 代表 Ghacktkogel 在任何野外调查表格的表头, 都应该标明以上三种代码 测量点代码 : 所有测量点的代码都标注在图 8.2 上 取样区域代码 : 这些代码都被标注在图 8.2 上 要特别注意如图 8.7 上 1mx 1m 样方的编码 如果调查者站在 3mx 3m 样方群的最低边界的下边, 这个样方群位于山峰的南面, 调查者面向山峰站着, 这时, 调查者左下角的那个 1mx 1m 的样方编码为 S11( 样方群的第一列第一行 ), 而右下角的那个 1mx 1m 的样方编码为 S31( 第三列第一行 ) 其它样方根据它们在样方群中的行列位置进行编号 这种编号与许多地图和 GIS 应用中的方法相似 45
全称代码 : 用于单独进行的调查项目的记录 全称代码由国家代码 + 目标区代码 + 山峰代码 + 其它代码 元素组成 全称代码用于如像下面的调查项目的记录 : 温度记录仪 : 每个记录仪都应在记录表和记录仪上标注全称代码, 全称代码结构如下 : CC_TTT_SSS_PPP_YYYYMMDD 其中,CC 为国家代码,TTT 为目标区代码,SSS 为山峰代码,PPP 为样地代码 ( 在采用配置 A 的情况下, 要标注 HSP; 在采用配置 B 或者 C 时, 使用如图 8.7 所示的样方代码 ),YYYYMMDD 为野外安装记录仪的日期 ( 年 月 日 ) 例如, 全称代码 AT_HSW_ZAK_HSP_20010711 的含义如下 : 该温度记录仪位于奥地利, 目标区为 Hochschwab,, 所选择的山峰为 Zagelkogel, 温度记录仪采用了配置 A, 安装于山峰最高点, 安装时间为 2001 年 7 月 11 日 全称代码为 ES_SNE_TCA_W22_20020801 的含义如下 : 该温度记录仪位于西班牙, 目标区为 Sierra Nevada, 所选择山峰为 Pico del Tosal Cartujo, 安装在山峰西面的 3mx3m 样方群中的 S22 样方内, 安装时间为 2002 年 8 月 1 日 照片代码 : 照片在拍摄时应尽可能包括一个带有说明的小黑板 ( 见文本框 8.11 和第 8 章中的图片 ) 每当给一个不同的 GLORIA 野外调查项目拍照时, 如测量点, 样地, 数据记录仪等 都要给出按正确的顺序编号的相关代码, 可在黑板上用点 (. ) 来分隔各代码元素 所有的照相记录都不要忘记在黑板上标注拍摄日期 有关照片代码举例如下 : 代码 AT. HSW. GHK. N33. 19990817 的含义是 : 该照片拍摄于奥地利, 目标区为 Hochschwab, 所在山峰为 Ghacktkogel, 拍摄对象是编号为 N33 的 1mx1m 样方, 拍摄时间是 1999 年 8 月 17 日 代码 ES.SNE.TCA.p10m-S.20010703 的含义是 : 该照片拍摄于西班牙, 目标区为 Sierra Nevada, 所在山峰为 Pico del Tosal Cartujo, 拍摄对象为山峰南面的 10m 等高线顶点, 拍摄时间是 2001 年 7 月 3 日 在拍摄温度记录仪照片时, 在小黑板上写的样地代码前面要加上一个前缀 LOG 注意 : 为便于在照片上分辨清楚, 可在小黑板的左上角写下拍摄日期, 并用斜线与其它的代码分隔 开 请在你的任何评注或所写的文字中, 都尽量引用这些代码 物种名称的代码 : 物种名称的代码与野外工作和数据输入有关 (a) 野外工作中的代码 : 在野外工作中调查者可用自编码 指代码或物种学名填写野外调查表 然而, 以后则要列出自编码与学名的对应表 46
(b) 数据输入时的编码 : 标准化的物种名称代码存储在 GLORIA 网站上 在使用 GDIT 工具输入物种 名称时, 可在一个下拉菜单中找到相应的物种名称协助输入操作 数据库会自动储存 GLORIA 物种代 码 这就意味着录入人员不必每次都输入物种名称 更多详细的信息都包括在 GDIT 软件包中 请经常登陆 www.gloria.ac.at 网页, 留意当前的代码规则, 并阅读本手册附录 III 中有关代码的解释 47
术语表 ( 按数字和字母顺序排列, 其中有些是解释术语时用到的术语 ) 1m x 1m 频度网格框 (1m x 1m frequency grid frame ): 木制或铝制方框, 面积 1 平方 米, 通常被划分成 100 个 0.1m x 0.1m 的网格, 见附录 I 中图 AI.2. 1mx1m 样方 (1m x 1m quadrat): 面积为 1m² 的永久样方, 位于 3m x 3m 样方群 (3m x 3m quadrat clusters) 的四个角的位置, 用于详细的植被调查 3m x 3m 样方群 (3m x 3m quadrat cluster): 边长 3m 面积为 9m² 的样方群, 设置于 山峰最高点的四个地理方向 (geographic directions) 上的 5m 等高线位置之上 3mx3m 取样格 (3m x 3m sampling grids): 用绳索或皮尺围成的 3mx3m 样方格 ( 如 9 个 1m x 1m 的格子等 ); 见附录 1 图 AI.1. 5-m 等高线 ( 5-m level): 与山峰最高点 (HSP) 垂直高差为 5 米的海拔高度 5-m 山峰区域 (5-m summit area): 位于山峰区域的上部, 调查时进一步分成四个扇区 该区的下限为每个 3m x 3m 样方群两个底部顶点所处的 5m 等高线 在样方群之间, 由于其边界为样方群底部顶点之间的直线, 故其边界常位于 5m 等高线的上面 3m x 3m 样方群包括在 5m 山峰区域之中 10m 等高线 (10-m level): 与山峰最高点 (HSP) 垂直高差为 10 米的海拔高度 10m 山峰区域 (10-m summit area): 位于山峰区域的下部, 调查时进一步分成 4 个扇区 该区域的下限由 4 个位于 10 米等高线与 4 个主要地理方位线的交叉处的点 (p10-) 以 直线连接而成 10m 山峰区域位于 5m 山峰区域下限和该直线之间 16 个样方区 (16-quadrat area): 每座山峰上 16 个面积为 1mx1m 的样方 ( 一共有 4 个样 方群, 每个样方群里有 4 个 1mx1m 的样方 ) 区域 高山生命带 (Alpine life zone): 位于由低温决定的树线生态交错带 (treeline ectone) 以上, 涵盖世界范围内的所有的高山生物区系 (high mountain biome) 以及分布于气 候树线生态交错带与峰顶之间的任何低矮植被 高山 - 积雪带生态交错带 (Alpine-nival ecotone ) 或亚冰雪带 ( subnival zone): 高山 带和冰雪带之间的过渡地带 ; 与永冻带的边界一致 48
高山带 (Alpine zone): 树线和郁闭植被上限之间的区域 在该区域内, 植被覆盖仍然比 较明显, 盖度通常大于 20-40% 在有些山地, 该区域又可划分成上下两个部分 下部 以矮灌丛群落为主, 上部以草地植被为主 裸露地表 (Bare ground): 用于投影盖度估计的表面类型之一, 指无遮盖的有机或矿质土 壤, 如没有被植物覆盖的泥土或沙地 GLO RIA 中央数据库 (Central GLORIA Database): 该数据库目前放在位于维也纳的 GLORIA 的服务器上, 管理着 GLORIA 项目迄今为止搜集到的所有数据, 有兴趣者可以通过 www.gloria.ac.at 查询 坡度仪 (Clinometer): 测量坡度的仪器 利用多峰调查法 (multi-summit approach) 进行研究的时候, 测量坡度的仪器在水平方向必须能够水平地看到山峰区域内所有东西, 这对于确定 5m 等高线和 10m 等高线十分重要 编码 (Coding): 任何项目都应使用 GLORIA 统一的标准代码, 包括调查表格 照片 温度记录仪和数据库中的项目 代码定义了国家 目标区 山峰 样地 样地顶点和记录日期等信息 ( 照相记录中的编码方式见文本框 9.2 和附录 III) 罗盘方位 (Compass direction): 在山峰最高点 (HSP) 用罗盘仪确定的方位角度数 (360 ); 罗盘仪确定的方向同地理方位通常有一定的偏差, 在测量时必须考虑罗盘方位和磁偏角以便确定主要的地理方位 (N,E,S,W) 等高线 (Contour lines): 连接相同海拔高度点的线 ; 设立样地时必须首先确定 5-m 等高 线和 10-m 等高线 ; 在这里, 等高线和海拔高度都是以山峰最高点为参照点 生长在没有维管植物覆盖的土壤上的苔藓类植物 (Bryophytes on soil not covered by vascular plants): 用于投影盖度估计的一种地表类型, 指没有和维管植物生长在一起的苔藓植物 E-5m-SA: 山峰东侧上部的山峰区域扇区 其边界由下列顶点之间的连线界定 :HSP 以及交 叉线上的 pse-5 p5m-e11 p5m-e31 和交叉线上的 pne-5 E-1 0m-SA: 山峰东侧下部的山峰区域扇区 其边界由下列顶点确定 :p5m-e11 pse-5 pse-10 p10m-e pne-10 pne-5 和 p5m-e31 生态交错带 (Ecotone): 此处指不同海拔地带之间的交错带, 如树线交错带或高山 - 冰雪交错带等 49
电子水平尺 (Electronic spirit level): 一种可以代替坡度仪来确定 5m 和 10m 等高线 和测量坡度的工具 ( 例如 Swiss Level, 上面有一个显示器可以显示角度, 当处于水平或 垂直位置的时候能够发出声音提醒 ) 测绳 (Flexible measuring tapes): 一种带厘米刻度的卷尺 在测量从山峰最高点到顶 点的距离的时候最好使用 50 米的测绳 ; 短一些的测绳 (2-3 米 ) 比较适合测量数据记 录仪到最近的测点的距离或测量 5m 和 10m 等高线的准确垂直距离的时候 林线 (Forestline) (or timberline): 郁闭 ( 山地 ) 森林的上限 频度记数 (Frequency counts): 在 16 个样方区中用 1m x 1m 网格框记录记录植物物种 ( 维 管植物必须记录, 隐花植物为可选 ) 在网格中的出现与否以及牲畜放牧影响的一个调查 项目 GDIT: 见 GLORIA 数据输入工具术语 (GLORIA data input tools) 地理方位 (Geographical direction): 以地理北极为参照的方位 ; 主要的地理方位有 N E S 和 W 用于确定主测量线(principal measurement lines); 二级地理方位有 NE, SE, SW, NW, 和 NW, 用于确定交叉线 (intersection lines) 由于磁偏角的存在, 在多数情况下地理方位与罗盘方位存在差异 GLORIA 数据输入工具 (GLORIA data input tools, GDIT): 数据录入的电子工具, 可从 GLORIA 服务器上得到, 见 www.gloria.ac.at 放牧 ( 啃食 ) 影响 (Grazing impacts): ( 家养或野生 ) 动物啃食造成的干扰可能会掩盖气候变化造成的影响, 因此在研究中要对指示动物影响的特征如粪便 啃食和践踏进行记录 ; 利用频度样方框在 16 个样方区内记录动物影响的存在与否 ; 对于山峰区域扇区的放牧影响情况要给出说明 高山生物区系 (High mountain biome) 或高山环境 ( high mountain environment): 通常对应于高山生命带 (alpine life zone) 根据 Troll(1966) 的定义, 高山区域通常应该有如下三个特征 :(1) 位于低温造成的树线以上 ;(2) 景观由至少在更新世就存在的冰川的作用而成 ;(3) 霜冻在土壤发生和土壤结构中扮演着十分重要的作用 山峰最高点 (High est summit point): 山峰的最高点, 用作主要的测量点 在中度山峰, 该点位于山峰区域的中心附近 有些山峰的岩石露头可能不在山峰区域的中心, 虽然其在海拔上可能超过中央最高点, 但是也不能用作主要测量点 50
HSP: 即山峰最高点 ( the highest summit point) 交叉线 (Intersection lines): 4 条从山峰最高点沿二级地理方位 ( 东北 东南 西北 西南 ) 拉到 5m 山峰区域分界线和 10m 山峰区域分界线的直线 测点 pne-5, pne-10, pse-5 等位于这些线与山峰区域边界线的交汇点上 生长在没有维管植物覆盖的土壤上的地衣类植物 (Lichens on soil not covered by vascular plants): 估计投影盖度的一种地表类型 : 用于估测没有和维管植物生长在一起的地衣的盖度 凋落物 (Litter): 估计投影盖度的一种地表类型, 指死的植物材料 磁偏角 (Magnetic declination): 磁北极和地理北极之间的夹角 世界上任何地点目前 的磁偏角可以从下面的网站上查到 : http://www.ngdc.noaa.gov/cgi-bin/seg/gmag/fldsnth1.pl GLORIA 主要监测点 (Master sites of GLORIA ): 目标区 (target region) 内设备比较好的研究站 ; 在这些站里可以开展一些多峰调查法 (multi-summit approach) 无法完成的研究工作 这些研究工作可以用来对调查的结果进行解释 例如, 可对某些生态系统功能重要参数进行针对性的研究, 试验维管植物以外的指示生物 ( 见可选活动 ), 这些研究包括监测 建模和实验等手段 测量线 (Measurement lines): HSP 和测量点之间的直线 必须对从 HSP 到这些线的长度和罗盘方位进行测量 ( 如主测量线 (Principal measurement lines) 从 HSP 到各个 3mx3m 样方的顶点的连线 交叉线 (intersection lines) 等 ) 测量点 (Measurement points): 山峰区域 (summit area) 上永久样方边界的所有顶点 中度山峰 (Moderately shaped summit ): 符合下列两个条件的山峰类型 :(1) 不太陡 峭, 不用登山设备就可以开展测量和取样工作 ;(2) 峰顶比较清楚, 从峰顶沿各地理 方位到 5 米等高线的距离都不超过 50 米, 到 10 米等高线不超过 100 米 多峰调查法 (Multi-Summit approach): GLORIA 计划使用的基本方法, 用于比较在垂直和水平气候梯度下, 气候变化对高海拔生物区系影响 研究过程中, 在目标区选择不同海拔高度的山峰作为参考单位 ; 目标区应分布在全球主要的生物区系 在每个山峰的研究中, 都应使用本手册中的标准取样设计 51
N-5m-SA: 山峰北侧上部的山峰区域扇区 其位置由下列几点确定 :HSP pne-5 p5m-n11 p5m-n31 和 pnw-5 N-10m-SA: 山峰北侧下部的山峰区域扇区 其位置由下列几点确定 :p5m-n11 pne-5 pne-10 p10m-n pnw-10 pnw-5 和 p5m-n31 积雪带 (Nival zone): 高山带以上的稀疏植被带 ; 此带内, 植被已经很少 可选活动 (Optional Activities (OPAs)): 多峰调查法的基本要求以外的活动 ( 如挑选其它的指示生物如隐花植物 特定的节肢动物 线虫以及其它的气象参数等 ); 此类活动可以包括在多峰调查法中作为 自选项目, 也可以在 GLORIA 主要监测点开展 p (-N13, -N33, -E13, -E33, -S13, -S33, -W13, W33): 3m x 3m 样方群的上方顶点, 即 位于样方群第三行的左右顶点 ( 通常位于 5m 等高线以上 ) p5m (-N11, -N31, -E11, -E31, -S11, -S31, -W11, -W31): 3m x 3m 样方群的下方顶点 ( 位 于 5m 等高线的主要地理方位线上 ; 每个样方群有 2 下方顶点, 其中的 1 个处在主测量 线上 ) p5m 各点也界定了 5m 山峰区域扇区的边界 p10m (-N, -E, -S, -W): 10m 山峰区域的下方顶点 ( 位于 10m 等高线的主地理方位处, 也 是主测量线的终点 ) 照相记录 (Photo documentation): 对于样地的快速和精确重新设置非常重要 要用照相 机将每个 3mx3m 样方群, 1mx1m 样方 山峰区域扇区的各个顶点 HSP, 温度记录仪的位 置和整个山峰的外貌进行仔细照相记录 ( 编码见附录三 ) 主测量线 (Principal measurement line): 沿主要地理方位, 从 HSP 拉的经 p5m 点到 p10m 点的直线 如果由于地形和生境的原因无法在该方位上选择合适的 3mx3m 样方群, 主测 量线可以适当的偏离主地理方位 样方 (Quadrat): 此处指进行详细植被记录的 1mx1m 永久样方 样方群 (Quadrat cluster): 此处指布设在山峰四个主要地理方位上的 3mx3m 样方群 S-5m-SA: 山峰南侧上部山峰区域扇区 其范围由下列各个角点确定 :HSP psw-5 p5m-s11 p5m-s31 和 pse-5 S-10m-SA: 山峰南侧下部山峰区域扇区 其范围由下列各个角点确定 :p5m-s11 psw-5 psw-10 p10m-s pse-10 pse-5 和 p5m-s31 52
流石滩 (Scree): 一种地表覆盖类型 ; 包括稳定的和不稳定的流石 以及躺在土壤上的不 同大小的孤立石头, 颗粒尺寸大于沙子 岩石 (Solid rock: ): 一种地表覆盖类型 ; 露出地面的岩石, 固定在地上, 不会轻易移 动 物种盖度 (Species cover ): 目测估计的 1mx1m 样方中每个物种的百分比盖度, 例如 0.1m 2 的物种表面盖度等于 1%, 与地貌和坡度无关 在植被比较稠密的时候, 各物种之间会相互重叠, 所有物种的百分比盖度之和可能会大于 100% 估计盖度的时候, 忽略物种同种个体之间的重叠 在研究中必须对所有的维管植物种类的盖度进行记录 ( 苔藓植物和地衣可不记录到种 ) 物种盖度在山峰区域扇区中同样要记录 地表覆盖类型亚型 (Subtypes of surface types) : 估计生长在维管植物之下 坚硬岩石和流失滩之上的苔藓植物和地衣的百分比盖度 ; 这些亚地表覆盖类型的盖度是相对于包括它的地表类型的面积而言 ( 只用于 1m x 1m 样方调查 ) 山峰 (Summit:): 山脉的突出点, 也可以是山脊上比周围高出 20 米 ( 海拔 ) 左右的小山包 山峰区域 (Summit area) : 山峰的整个调查区域 ( 如 16 个样方区 ;5m 山峰区域 ( 包括 16 个样方区 ) 和 10m 山峰区域 山峰区域扇区 (Summit area section): 在 5m 山峰区域和 10m 山峰区域内各划分出的四 个小区 每个山峰区域共有 8 个扇区 这些小区被用作抽样单位来估计山峰区域的地表 覆盖类型和所有维管植物的物种盖度 山峰选择 ( 标准 )(Summit selection (criteria)): 在 GLORIA 计划中, 研究山峰的选择遵循下列 6 个标准 :(1) 没有火山活动 ;(2) 目标区内所有山峰的气候条件应一致 ; (3) 山峰的地形应为 中度山峰 ;(4) 海拔带上的生境具有区域代表性, 具有植物生长的潜在条件 ;(5) 目标区内所有山峰的母岩性质要一致 ;(6) 最好是以前没有人为干扰的地方, 特别是要避免在近期遭受过明显的人类利用的地方 地表类型 (Surface types): 在 16 个样方区内用来估测投影盖度的各种地表类型 : 本研究中使用的类型有 : 维管植物 岩石 流石滩 裸地 生长在土壤上的苔藓植物 生长在土壤上的地衣 ( 未被维管植物遮盖 ) 和凋落物 在山峰区域扇区调查中使用同样的地表类型 目标区 (Target region): 包含有 4 座组成区域性海拔梯度山峰的山区 在该区内, 水平 梯度上气候条件应没有大的差别 53