CN105493858A

CN105493858A - 一种长期监测西部矿区沙地植被多样性动态变化的方法

Info

Publication number: CN105493858A
Application number: CN201510984600.0A
Authority: CN
Inventors: 毕银丽; 申慧慧; 热斯江
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT; China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2016-04-20

Abstract

本发明提供一种长期监测西部矿区沙地植被多样性动态变化的方法，包括：确定待调查的区域的范围和边界；确定样方数量，选择样方的布置点；确定样方的大小和形状；在各个样方四角处布设永久监测点，进行编号及相应坐标位置记录，并绘制图纸；对样区内所设置的永久监测点进行监测，并记录各个监测点生物的种类、数量；统计调查每次各样方内生物种类、数量的变化，从而计算出该样区内生物丰富指标、多样性指数、均匀度指数和生态优势度等统计指标，比较不同时间段该样区植被多样性的动态变化规律。本发明综合考虑西部矿区实验样区的地形、地貌、原始植被和土质条件等影响因素，合理布设样点位置及数量，设置永久样方。

Description

一种长期监测西部矿区沙地植被多样性动态变化的方法

技术领域

本发明涉及一种矿区沙地生物多样性监测方法，具体涉及一种长期监测西部矿区沙地植被多样性动态变化的方法。

背景技术

生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和，一般认为由遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三部分组成。生物多样性是地球生命的基础。它的重要社会经济伦理和文化价值无时不在宗教、艺术、文学、兴趣爱好以及社会各界对生物多样性保护的理解与支持等方面反映出来。它们在维持气候、保护水源、土壤和维护正常的生态学过程中对整个人类做出的贡献更加巨大。国外对生物多样性调查的相关工作已经进行的十分完备，国内起步较晚，有些内容仍待补充完善。

目前常用的生物调查方法有样方法、样线法。

样方法是在被调查种群的生存环境内随机选取若干个样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度，在抽样时要使总体中每一个个体被抽选的机会均等。同时，样方法要求被选个体与其他个体之间无任何牵连，同时满足随机性和独立性地抽样，即随机取样或简单随机取样。该方法的缺陷就是随机取样容易掺入取样人的主观性，容易造成调查结果可信度降低。样方法适用于植物种群密度，昆虫卵密度的取样调查，主要用于移动能力较低，种群密度均匀的种群。

样线法指在某个植物群落内或者穿过几个群落取一直线(用测绳、卷尺等)，沿线记录此线所遇到的植物并分析群落结构的方法。与样带法相同，适于分析逐渐过渡的群落结构。缺点：存在偶然性。

这两种生物多样性调查方法都能够完成某一区域生物多样性的调查，但都存在一些不足，这两个方法布点取样具有随机性，并不能够反映出该区域上植被多样性的动态变化过程。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明对样区生物多样性常规测定方法——样方法作出改进，提供了一种长期监测西部矿区沙地植被多样性动态变化的方法。

本发明所提供的长期监测西部矿区沙地植被多样性动态变化的方法，包括下述步骤：

(1)确定待调查的区域的范围和边界；

(2)确定样方数量，选择样方的布置点；

(3)样方的布置点选好后，确定样方的大小和形状；

(4)样方确定好后，在各个样方四角处布设永久监测点，进行编号及相应坐标位置记录，并绘制图纸；

(5)对样区内所设置的永久监测点进行监测，并记录各个监测点生物的种类、数量；

(6)统计调查每次各样方内生物种类、数量的变化，从而计算出该样区内的生物统计指标，比较不同时间段该样区植被多样性的动态变化规律。

上述方法步骤中，步骤(4)是本专利较常规多样性调查统计的区别所在。本发明与其他方法最大的区别就是步骤(4)，增加了样方定位功能。由于西部干旱半干旱区域中植被稀疏，且分布不均匀，加上煤炭开采扰动地表，开采过程中植被受损死亡，煤炭开采后，地表环境慢慢稳定恢复，植物呈现快速上升的一个敏感期，优势种群快速生长，后期优势植物种的生长速度变慢，其他物种入侵进入本区域。相比于常规样方法，本发明对其生物种群动态的变化过程、统计方法及直观敏感性反应更为优越。

上述方法步骤(2)中，样方的数量依据样区面积的大小来确定，如样区面积为1000m²，样方数量为10-15个。

样方布置点的选择需充分考虑样区的地形、地貌、原始植被、土质条件等，选择具有良好代表性和典型性的地点布置样方。

上述方法步骤(3)中，样方一般为正方形，可根据植被大小来确定样方的大小，大型乔木，样方一般设为5*5m，灌木，样方一般设为2*2m，草本，样方一般设为1*1m。

上述方法步骤(6)中，所述生物统计指标包括：生物丰富指标、多样性指数、均匀度指数和生态优势度。

本发明综合考虑西部矿区实验样区的地形、地貌、原始植被和土质条件等影响因素，合理布设样点位置及数量，设置永久样方。永久且定位设置样方，目的是为了能够长期监测样区内生物多样性变化，测定的变化也更加稳定有效，同时可以满足不同月份，不同季节，植物不同生长期，不同年份等动态比较，相比于常规样方法，其结果更加直观，可信度也更高。该方法可以在短期内(如2个月)监测到植被的变化，监测精度更准确。

这种定点样方法，不仅有利于生物多样性的监测，同时，对于植物、土壤、微生物等的取样及性状监测，也能够起到较好的作用，达到更好的实验目的。本发明为长期动态监测西部矿区沙地生物多样性调查提供了科学方法。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例一：定点样方法应用于陕西省神东煤炭集团大柳塔矿复垦种植的樟子松人工林

实验目的：调查樟子松人工林草本植物的种类，数量及分布情况。

该样区面积：500M²。

实验材料：海拔表、地质罗盘、GPS、大比例尺的地形图、望远镜、照相机、测绳、皮尺、钢卷尺、木桩、植物标本夹、枝剪、手铲、小刀、锤子、植物采集记录本、标签、供样方记录用的一套表格、方格绘图纸、制备土壤剖面用的简易用品等。

实验步骤：

1、熟悉样区地形、地貌、植被等实际情况，利用海拔表、地质罗盘、GPS、大比例尺的地形图、望远镜、照相机等做记录和备注。规划并绘制出拟监测样点位置图，该样区设定10个样方。同时需要制作好植物采集记录本的表格，方格绘图纸等。

2、根据规划图，找到设定样点，用照相机记录样点周围情况，再利用钢卷尺测出边长1M的样方，利用锤子将木桩安置于样方的四个永久监测点。并拿标签标记。

3、绘图人员借助海拔表、地质罗盘、GPS、大比例尺的地形图、望远镜等仪器，加上之前绘制的规划图，在方格绘图纸上做详细绘图。

4、2名工作人员对样方内所有植物名称，一人记录，一人数数，并在采集记录本上记录，包括采集植物标本的人员、样方植物调查情况、时间、地点、气候状况等信息。并制好植物标本及其记录。

5、继续进行2、3、4步，直至完成一个样区，表1为樟子松人工林样区草本植物记录总表。

6、计算该样区的生物多样性指数——SIMPSON指数。

D＝1-∑Pi²

Pi＝Ni/N

式中，Pi＝Ni/N(整个生态系统总体中第i种个体的比例)；D为SIMPSON指数。

表1樟子松人工林样区草本植物记录总表

时间：2015-7-22坐标：东经110°21′，北纬39°16′记录员：申慧慧

利用以下公式计算该样区的生物多样性指数——SIMPSON指数。

D＝1-∑Pi²

Pi＝Ni/N

式中，Pi＝Ni/N(该生态系统总体中第i种个体的比例)；D为SIMPSON指数。

P1＝0.050847(1＝沙蒿)

P2＝0.8(2＝绳虫实)

P3＝0.023729(3＝羊草/碱草)

P4＝0.040678(4＝沙奶草)

P5＝0.084746(5＝糙隐子草)

D＝1-∑Pi²＝0.348014938

两个月后在所述永久监测点再次进行监测，表2为两个月后樟子松人工林样区草本植物记录总表。

表2樟子松人工林样区草本植物记录总表

时间：2015-9-22坐标：东经110°21′，北纬39°16′记录员：申慧慧

利用以下公式计算该样区的生物多样性指数——SIMPSON指数。

D＝1-∑Pi²

Pi＝Ni/N

P1＝0.048859935(1＝沙蒿)

P2＝0.599348534(2＝绳虫实)

P3＝0.026058632(3＝羊草/碱草)

P4＝0.159609121(4＝白草)

P5＝0.045602606(5＝沙奶草)

P6＝0.087947883(6＝糙隐子草)

P7＝0.003257329(7＝沙芦苇)

P8＝0.016286645(8＝针茅草)

P9＝0.013029316(9＝狗娃花)

D＝1-∑Pi²＝1-0.398020138＝0.601979862

监测结果分析：

将表1中的SIMPSON指数D标为D1，表2中的D标为D2，D1＝0.348014938，D2＝0.601979862。D2明显大于D1，表明经过2个月的樟子松人工林样区中植被种类数增大，并且各种个体分配更加均匀。SIMPSON指数越高，指示群落多样性越好。综上所述，9月份相比7月份，植物群落种类数更多，个体分配更加均匀，植物群落多样性也更好。

实施例二：定点样方法应用于陕西省神木县大柳塔煤矿复垦种植的沙棘

实验目的：调查沙棘人工林草本植物的种类，数量及分布情况。

该样区面积：500M²。

实验步骤：

4、2名工作人员对样方内所有植物，一人记录，一人数数，并在采集记录本上记录，包括采集植物标本的人员、样方植物调查情况、时间、地点、气候状况等信息。并制好植物标本及其记录。

5、继续进行2、3、4步，直至完成一个样区，表3为沙棘人工林样区草本植物记录总表。

6、计算该样区的物种丰富度指标——SHANNON-WIENER指数。

H＝-Σ(Pi(lnPi))

式中Pi＝Ni/N(该生态系统总体中第i种个体的比例)；H为SHANNON-WIENER指数。

表3沙棘人工林样区草本植物记录总表

时间：2015-7-24坐标：东经110°19′，北纬39°17′记录员：申慧慧

利用以下公式计算物种丰富度指标——SHANNON-WIENER指数。

H＝-Σ(Pi(lnPi))

P1＝0.346154(1＝绳虫实)

P2＝0.224359(2＝糙隐子草)

P3＝0.160256(3＝沙苇草)

P4＝0.121795(4＝狗娃草)

P5＝0.147436(5＝花棒)

H＝-Σ(Pi(lnPi))＝1.534632136

两个月后在所述永久监测点再次进行监测，表4为两个月后沙棘人工林样区草本植物记录总表。

表4沙棘人工林样区草本植物记录总表

时间：2015-9-24坐标：东经110°19′，北纬39°17′记录员：申慧慧

利用以下公式计算物种丰富度指标——SHANNON-WIENER指数。

H＝-Σ(Pi(lnPi))

P1＝0.059459(1＝沙蒿)

P2＝0.340541(2＝绳虫实)

P3＝0.027027(3＝沙奶草)

P4＝0.108108(4＝糙隐子草)

P5＝0.124324(5＝沙苇草)

P6＝0.091892(6＝针茅草)

P7＝0.054054(7＝狗娃草)

P8＝0.054054(8＝芨芨草)

P9＝0.005405(9＝地肤)

P10＝0.054054(10＝羊角子草)

P11＝0.081081(11＝花棒)

H＝-Σ(Pi(lnPi))＝2.056380309。

监测结果分析：

将表3中SHANNON-WIENER指数标为H3，表4中的SHANNON-WIENER指数标为H4。在SHANNON-WIENER指数中，包含着两个成分：①种数；②各种间个体分配的均匀性。各种之间，个体分配越均匀，H值就越大。如果每一个体都属于不同的种，多样性指数就最大；如果每一个体都属于同一种，则其多样性指数就最小。H4大于H3，表明，两个月后，该生态系统中，植物种类数增加，这一点显而易见。另外，各种间个体分配也更加均匀，植物的丰富度得到了进一步提高。

实施例三：定点样方法应用于陕西省神木县大柳塔煤矿复垦种植的文冠果

实验目的：调查文冠果人工林草本植物的种类，数量及分布情况。

该样区面积：500M²。

实验步骤：

1、熟悉样区地形、地貌、植被等实际情况，利用海拔表、地质罗盘、GPS、大比例尺的地形图、望远镜、照相机等做记录和备注。当天规划并绘制出拟监测样点位置图，该样区设定10个样方。同时需要制作好植物采集记录本的表格，方格绘图纸等。

5、继续进行2、3、4步，直至完成一个样区，表5为文冠果人工林样区草本植物记录总表。

6、计算该样区的生态优势度。

D＝∑Pi²

式中，Pi＝Ni/N(该生态系统总体中第i种个体的比例)。

表5文冠果人工林样区草本植物记录总表

时间：2015-7-27坐标：东经110°22′，北纬39°20′记录员：申慧慧

利用以下公式计算该样区的生态优势度。

D＝∑Pi²

式中，Pi＝Ni/N(该生态系统总体中第i种个体的比例)。

P1＝0.007168(1＝沙蒿)

P2＝0.358423(2＝绳虫实)

P3＝0.132616(3＝糙隐子草)

P4＝0.322581(4＝沙苇草)

P5＝0.111111(5＝针茅草)

P6＝0.0681(6＝狗娃草)

P7＝0.365591(7＝花棒)

D＝∑Pi²＝0.267147133。

两个月后在所述永久监测点再次进行监测，表6为两个月后文冠果人工林样区草本植物记录总表。

表6文冠果人工林样区草本植物记录总表

时间：2015-9-27坐标：东经110°22′，北纬39°20′记录员：申慧慧

利用以下公式计算生态优势度。

D＝∑Pi²

式中，Pi＝Ni/N(该系统总体中第i种个体的比例)。

P1＝0.017857(1＝沙蒿)

P2＝0.288265(2＝绳虫实)

P3＝0.061224(3＝沙奶草)

P4＝0.038265(4＝糙隐子草)

P5＝0.104592(5＝沙苇草)

P6＝0.173469(6＝针茅草)

P7＝0.081633(7＝狗娃草)

P8＝0.056122(8＝芨芨草)

P9＝0.030612(9＝地肤)

P10＝0.030612(10＝羊角子草)

P11＝0.117347(11＝花棒)

D＝∑Pi²＝0.155117659。

监测结果分析：

生态优势度指数反映的是各物种种群数量的变化情况。生态优势度指数越大,说明群落内物种数量分布越不均匀,优势种的地位越突出。

将表5中的生态优势度标为D5，表6中的生态优势度标为D6。D5明显大于D6，所以说明在7月，该生态群落中的优势种地位突出，但也表征其群落内植物种类分布不均匀。7月份，绳虫实、沙苇草、花棒的分布范围远超其他物种。而在9月，除了绳虫实优势依旧明显之外，沙苇草和花棒优势度降低，其他的植被，例如针茅草、狗娃草优势也逐渐明显，或者说是植被分布更加均匀。

采用本方法，可以原位定点直观比较出生物种群的动态变化规律，不会重复统计结果，可信度更高。该方法可以敏感监测到物种在不同季节的变化状况，特别适应于西部受煤炭开采扰动的区域，其原本植被稀疏，且分布不均匀，开采后物种多样性变化较快，监测结果更准确灵敏，可在短期内(如2个月)监测到植被的动态变化。

Claims

1.一种长期监测西部矿区沙地植被多样性动态变化的方法，包括下述步骤：

(1)确定待调查的区域的范围和边界；

(2)确定样方数量，选择样方的布置点；

(3)样方的布置点选好后，确定样方的大小和形状；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：与常规方法最大的区别就是步骤(4)，增加了样方定位功能。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法步骤(2)中，样方的数量依据样区面积的大小来确定，样区面积为1000m²，样方数量为10-15个。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法步骤(3)中，样方一般为正方形，根据植被大小来确定样方的大小，大型乔木，样方一般设为5*5m，灌木，样方一般设为2*2m，草本，样方一般设为1*1m。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法步骤(6)中，所述生物统计指标包括：生物丰富指标、多样性指数、均匀度指数和生态优势度。