森林生態(tài)站設(shè)計(jì)

1、森林生態(tài)站的設(shè)計(jì)學(xué)院 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè) 水土保持與荒漠化防治 森林生態(tài)站的設(shè)計(jì)一、 森林生態(tài)站的設(shè)計(jì)依據(jù)中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站建設(shè)技術(shù)要求（LY/T1626-2005） 中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)森林生態(tài)站數(shù)字化建設(shè)技術(shù)規(guī)范（LY/T 1873-2010）中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)指標(biāo)體系（LY/T 1606-2003）中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)森林生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期定位觀測(cè)方法（LY/T 1952-2011）中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)森林生態(tài)站工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中華人民共和國(guó)水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)SL415-2007中華人民共和國(guó)地面氣象觀

2、測(cè)規(guī)范 中華人民共和國(guó)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范 GB_50057-2010中華人民共和國(guó)國(guó)家林業(yè)局陸地生態(tài)系統(tǒng)定位研究網(wǎng)絡(luò)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2008-2020 年）二、指導(dǎo)思想森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站建設(shè)以實(shí)現(xiàn)野外觀測(cè)和科學(xué)研究為一體的長(zhǎng)期基地及可持續(xù)發(fā)展為宗旨，以生態(tài)學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)學(xué)及生物環(huán)境學(xué)理論為指導(dǎo)，以充分發(fā)揮森林的生態(tài)效益和社會(huì)效益為目標(biāo)，以森林群落組成、結(jié)構(gòu)、能量循環(huán)、水分循環(huán)、養(yǎng)分循環(huán)及環(huán)境效益為觀測(cè)建設(shè)基礎(chǔ)，遵循自然規(guī)律，依靠科學(xué)的設(shè)施、先進(jìn)的觀測(cè)和分析儀器，觀測(cè)分析與研究并重且持續(xù)推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享、大尺度服務(wù)效應(yīng)，逐步建成完備的森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站標(biāo)準(zhǔn)系列。三、森林生態(tài)站的設(shè)計(jì)目

3、的意義通過(guò)在典型森林植被區(qū)建立長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)點(diǎn)與樣地，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、生物生產(chǎn)力、養(yǎng)分循環(huán)、水循環(huán)和能量利用等在自然狀況下或某些人為活動(dòng)干擾下的動(dòng)態(tài)變化格局與過(guò)程進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)定位觀測(cè)，闡明生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展等演替過(guò)程的內(nèi)在機(jī)制和自身的動(dòng)態(tài)平衡及參與生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程等。 四、森林生態(tài)站的選址a)森林生態(tài)站選址應(yīng)依據(jù)中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站建設(shè)技術(shù)要求 （LY/T 626-2005）及國(guó)家林業(yè)局陸地生態(tài)系統(tǒng)定位研究網(wǎng)絡(luò)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2008-2020 年）中森林生態(tài)站建設(shè)與發(fā)展的要求，同時(shí)必須符合下列條件：1.具有科學(xué)性、代表性和典型性；2.各種觀測(cè)設(shè)施和儀

4、器設(shè)備布設(shè)的可行性；3.人為因素影響較小的地方；4.具備可靠的電源、水源和通訊等外部協(xié)作條件。b)森林生態(tài)站觀測(cè)設(shè)施的布設(shè)，應(yīng)符合下列條件：1.森林生態(tài)站觀測(cè)設(shè)施的布設(shè)應(yīng)依據(jù)中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)指標(biāo)體系 （LY/T 1606-2003）、中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站建設(shè)技術(shù)要求（LY/T 1626-2005）和中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)森林生態(tài)站數(shù)字化建設(shè)技術(shù)規(guī)范（LY/T 1873-2010）。2.森林生態(tài)站觀測(cè)設(shè)施的布設(shè)應(yīng)按照統(tǒng)一規(guī)劃、科學(xué)布局的原則，同時(shí)應(yīng)充分考慮氣候和區(qū)域等方面的差異性，突出區(qū)域特色。3.森林生態(tài)站觀測(cè)設(shè)施的布設(shè)數(shù)量應(yīng)根據(jù)森

5、林生態(tài)站區(qū)域內(nèi)代表性的地帶性森林植被類型（主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種）多少和實(shí)際觀測(cè)需求，以及地形、地貌、坡度、坡向、巖性、土壤等確定。五、森林氣象觀測(cè)的設(shè)計(jì)森林生態(tài)站氣象常規(guī)觀測(cè)主要?dú)庀笠厥侵改鼙碚饕惶囟ǖ囟蝺?nèi)氣候特征的溫度、氣溫、氣壓、風(fēng)、云、雨、霧、降水等，表征近地層。由于森林生態(tài)效應(yīng)在森林內(nèi)部及其周圍形成特殊氣候，表征森林內(nèi)垂直梯度、水平氣候特征及森林與大氣界面層間的氣候特征。表征森林內(nèi)空氣中部分化學(xué)物質(zhì)含量特征。因此建設(shè)森林生態(tài)系統(tǒng)地面氣象觀測(cè)是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，它是整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)和研究的基礎(chǔ)，對(duì)它的設(shè)計(jì)更是要合理、精確。它的設(shè)計(jì)包括地面標(biāo)準(zhǔn)氣象站、森林小氣候氣象站和綜合觀測(cè)塔設(shè)計(jì)。5.

6、1地面標(biāo)準(zhǔn)氣象站的設(shè)計(jì) 地面標(biāo)準(zhǔn)氣象站觀測(cè)指標(biāo)如下表：表5.1地面標(biāo)準(zhǔn)氣象站觀測(cè)指標(biāo)指標(biāo)類別觀測(cè)指標(biāo)單位觀測(cè)頻率風(fēng)風(fēng)速m/s 10min風(fēng)向空氣溫度最低、最高溫度土壤溫度一定深度地溫空氣濕度相對(duì)濕度%輻射輻射量J/大氣降水降水總量mm每次降水觀測(cè)降水強(qiáng)度5.1.1環(huán)境要求觀測(cè)場(chǎng)應(yīng)設(shè)在能較好地反映本區(qū)較大范圍氣象要素特點(diǎn)的地方，避免局部地形的影響；觀測(cè)場(chǎng)四周必須空曠平坦，避免設(shè)在陡坡、洼地或臨近有公路、工礦、煙囪、高大建筑物的地方；觀測(cè)場(chǎng)應(yīng)設(shè)在最多風(fēng)向的上風(fēng)方向，邊緣與四周孤立障礙物距離大于該障礙物高度的3倍以上；距成排障礙物距離應(yīng)大于其高度的10倍以上；距較大的水體的最高水位線距離應(yīng)大于100

7、m。觀測(cè)場(chǎng)四周10m范圍內(nèi)不能種植高桿植物。5.1.2觀測(cè)地設(shè)計(jì) 觀測(cè)場(chǎng) 25m25m的平整場(chǎng)地，由于需要安裝輻射儀器，觀測(cè)場(chǎng)南邊緣向南擴(kuò)展10m。 要測(cè)定觀測(cè)場(chǎng)的經(jīng)緯度（精確到分）和拔海高度（精確到0.1m），其數(shù)據(jù)刻在觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)的固定標(biāo)志上。 觀測(cè)場(chǎng)四周應(yīng)設(shè)置1.2m高的稀疏圍欄，圍欄不宜采用反光太強(qiáng)的材料。觀測(cè)場(chǎng)圍欄的門(mén)開(kāi)在北面。場(chǎng)地應(yīng)平整，保持有均勻草層（不長(zhǎng)草的地區(qū)例外），草高不能超過(guò)20cm。對(duì)草層的養(yǎng)護(hù)，不能對(duì)觀測(cè)記錄造成影響。場(chǎng)內(nèi)不準(zhǔn)種植作物。 為保持觀測(cè)場(chǎng)地自然狀態(tài)，場(chǎng)內(nèi)鋪設(shè)0.4m寬的小路，人員只準(zhǔn)在小路上行走。有積雪時(shí)，除小路上的積雪可以清除外，應(yīng)保護(hù)場(chǎng)地積雪的自然狀態(tài)。

8、根據(jù)場(chǎng)內(nèi)儀器布設(shè)位置和線纜鋪設(shè)需要，在小路下修建電纜溝（管）。電纜溝（管）應(yīng)做到防水、防鼠，并便于維護(hù)。 根據(jù)氣象行業(yè)規(guī)定的防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，觀測(cè)場(chǎng)的防雷屬于第三類防雷建筑物，應(yīng)采用第三類防雷措施。5.1.3觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)儀器設(shè)計(jì)觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)儀器設(shè)施的布置要注意互不影響，便于觀測(cè)操作。具體要求： 高的儀器設(shè)施安置在北邊，低的儀器設(shè)施安置在南邊； 各儀器設(shè)施東西排列成行，南北布設(shè)成列，相互間東西間隔4m，南北間隔3m，儀器距觀測(cè)場(chǎng)邊緣護(hù)欄3m； 儀器安置在緊靠東西向小路南面，觀測(cè)員應(yīng)從北面接近儀器； 輻射觀測(cè)儀器安裝在觀測(cè)場(chǎng)南面，觀測(cè)儀器感應(yīng)面不能受任何障礙物影響； 觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)儀器設(shè)施的布置根據(jù)表5.2，

9、可參考圖5.1。表5.2 地面氣象觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)儀器、設(shè)置誤差序號(hào)儀器要求與允許誤差范圍基準(zhǔn)部位1百葉箱通風(fēng)干濕表 高度1.50m 5cm感應(yīng)部分中心2干濕球溫度表(WQG11) 高度1.50m 5cm感應(yīng)部分中心3最低溫度表 高度1.52m 5cm感應(yīng)部分中心4最高溫度表高度 1.53m 5cm感應(yīng)部分中心5曲管地溫表(-21+61) 直管地溫表與地面呈 45允許誤差0.5感應(yīng)部分中心6暗筒式日照計(jì)（EJ2 上海）高度以便于操作為準(zhǔn)，緯度以本站緯度為準(zhǔn)，允許誤差：0.5，方位正北0.5底座南北線7總輻射表(DFY - 4 型)高度 1.53m 5cm感應(yīng)面水平8凈輻射(TBB- 2 型) 高度1.

10、52m 5cm感應(yīng)水平面9標(biāo)準(zhǔn)雨量器(SM1) 高度70cm 3cm口緣10虹吸式雨量計(jì)(ST1)儀器自身高度口緣11雨量傳感器高度不得低于70cm口緣12蒸發(fā)皿(MA3) 高度70cm 3cm口緣13E601B型蒸發(fā)器 高度30cm 1cm口緣14地面最高、最低溫度表感應(yīng)部分和表身埋入土中一半感應(yīng)部分中心15電接風(fēng)向風(fēng)速儀(EL100M)安置在觀測(cè)場(chǎng)風(fēng)速感應(yīng)器中心距地 10m12m風(fēng)杯中心16定槽式水銀氣壓表(DYM2)高度以便于操作為準(zhǔn)象牙針尖1、 溫度、濕度計(jì)2、 干濕球溫度表、最低溫度最高溫度表3、 溫濕度傳感器4、 雨量筒5、 翻斗式雨量傳感器6、 虹吸式雨量計(jì)7、 E6018型蒸發(fā)

11、器、蒸發(fā)傳感器8、 小型蒸發(fā)器10、地面溫度表及傳感器11、日照計(jì)12、深層地溫表及傳感器13、輻射表圖5.1 觀測(cè)場(chǎng)儀器布置參考圖5.2林內(nèi)氣象觀測(cè)場(chǎng)的設(shè)計(jì) 5.2.1觀測(cè)場(chǎng)選擇a）氣候、土壤、地形、地質(zhì)、生物、水分和林分、樹(shù)種等具有廣泛的代表性；b） 不能跨越兩個(gè)林分，要避開(kāi)道路、小河、防火道、林緣；c） 林分標(biāo)準(zhǔn)地的形狀應(yīng)為正方形，林木在 200 株以上。觀測(cè)場(chǎng)面積及觀測(cè)設(shè)施：觀測(cè)場(chǎng)面積（1620），設(shè)置自動(dòng)化系統(tǒng)裝置。 5.2.2觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)儀器設(shè)置溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、蒸發(fā)、輻射、地溫、日照傳感器均按表5.3的要求按裝在觀測(cè)場(chǎng)規(guī)定的位置上，風(fēng)向、風(fēng)速傳感器也可以安裝在屋頂平臺(tái)上，

12、氣壓傳感器一般按裝在數(shù)據(jù)采集器內(nèi)。表5.3觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)儀器設(shè)置、誤差儀器要求與允許誤差范圍基準(zhǔn)部位溫濕度傳感器高度1.50m 5cm感應(yīng)部分中部雨量傳感器高度不得低于70cm口緣地面溫度表（傳感器）感應(yīng)部分和表身埋入土中一半感應(yīng)部分中心曲管地溫表（淺層地溫傳感器）深度5、10、15、20cm 1cm傾斜角45（曲管地溫表） 5感應(yīng)部分中心表身與地面直管地溫表（深層地溫傳感器）深度40、80cm 3cm深度160cm 5cm深度320cm 10cm感應(yīng)部分中心日照計(jì)（傳感器）高度以便于操作為準(zhǔn)緯度以本站緯度為準(zhǔn) 0.5方位正北 5底座南北線輻射表（傳感器）支架高度1.50m 10cm直射、散射輻射表

13、：方位正北 0.25直接輻射表：緯度以本站緯度為準(zhǔn) 0.1支架安裝面底座南北線風(fēng)速器（傳感器）安裝在觀測(cè)場(chǎng)高10-12m風(fēng)杯中心風(fēng)向器（傳感器）安裝在觀測(cè)場(chǎng)高10-12m方位正南 5風(fēng)標(biāo)中心方位指南桿氣壓計(jì)（傳感器）高度以便于操作為準(zhǔn)采集器箱高度以便于操作為準(zhǔn)觀測(cè)塔水泥底座面積11，位于觀測(cè)場(chǎng)中央，為了防雷、防鼠、防水和安裝、維修方便，自動(dòng)氣象站的電纜應(yīng)穿入電纜管內(nèi)，電纜管應(yīng)安置在電纜溝內(nèi)。電纜溝要求便于排水、通風(fēng)，兩側(cè)應(yīng)砌磚墻，磚墻壁上預(yù)設(shè)安置電纜管的金屬支架（或金屬掛鉤），為防止電纜被積水浸泡，安置電纜的金屬支架（或金屬掛鉤）距離地溝底的高度以不小于30cm為宜；觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)的電纜溝一般在小路

14、下面，溝上面蓋的水泥蓋板就是小路的路面，溝的寬度以30cm左右為宜，溝的深度以便于安裝電纜和防止大雨后積水為宜。不宜建電纜溝的臺(tái)站，也可采用埋電纜管和修建電纜井的方法鋪設(shè)電纜。電纜不能架空架設(shè)。觀測(cè)場(chǎng)需要安裝避雷針。風(fēng)向、風(fēng)速傳感器應(yīng)在避雷針的有效保護(hù)范圍內(nèi)；整個(gè)自動(dòng)氣象站設(shè)備的機(jī)殼應(yīng)連接到接地裝置上。5.3森林梯度觀測(cè)設(shè)計(jì)森林梯度觀測(cè)指標(biāo)如下表表5.4森林梯度觀測(cè)指標(biāo)指標(biāo)類別觀測(cè)指標(biāo)單位觀測(cè)頻率風(fēng)林冠上方5m,3m,0.75H，距地面1.5m的風(fēng)速、風(fēng)向m/s連續(xù)觀測(cè)空氣溫度林冠上方5m,3m,0.75H，距地面1.5m，地面植被層溫度樹(shù)干溫度地上1-1.5處的溫度地表溫度和土壤溫度地表、1

15、0、20、30、40、80cm深處的溫度空氣相對(duì)濕度林冠上方5m,3m,0.75H，距地面1.5m，地面植被上層濕度mm土壤含水量地表、10、20、30、40、80cm深處的土壤含水量輻射總輻射，凈輻射J/日照時(shí)數(shù)h每日一次森林梯度觀測(cè)場(chǎng)選擇和小氣候觀測(cè)場(chǎng)選擇相同，它的高度為林分冠層高度的1.5到2倍,應(yīng)安裝避雷設(shè)施。觀測(cè)塔類型為：開(kāi)敞式，觀測(cè)層次高度按對(duì)數(shù)分布確定。其觀測(cè)設(shè)備及其布置要求如表5.5，可參考圖5.2：表5.5能量平衡-波文比梯度觀測(cè)常規(guī)儀器布置觀測(cè)高度項(xiàng)目?jī)x器說(shuō)明林冠上4米溫、濕 通風(fēng)干濕表上下交換一次反復(fù)重讀10次林冠上2米溫、濕、風(fēng)通風(fēng)干濕表、風(fēng)速儀上下交換一次反復(fù)重讀10

16、次林冠上1.6米總輻射、反射、云量、太陽(yáng)相對(duì)高度角天空輻射表、太陽(yáng)高度角測(cè)定器取3次讀數(shù)平均林冠內(nèi)0.75H(H代表冠層高度)處溫、濕點(diǎn)溫計(jì)或溫度表四個(gè)方位設(shè)觀測(cè)點(diǎn)地上1-1.5米處樹(shù)干溫度點(diǎn)溫計(jì)或溫度表地面地面溫度地面溫度表地下5,10,15，20，40,80,160地溫表傳感器安裝：a）安裝在專用的觀測(cè)塔上，應(yīng)盡量避開(kāi)伸臂和支架的影響，安裝在來(lái)風(fēng)方向的扇形區(qū)內(nèi)；b）安裝位置應(yīng)小于塔體最大斷面的 1.5 倍；c） 兩套相同傳感器安裝互成 180方向；d）傳感器應(yīng)加相應(yīng)的防護(hù)罩。1. 風(fēng)向傳感器2. 輻射傳感器3. 風(fēng)速傳感器4. 空氣溫濕度傳感器5. 降水觀測(cè)6. 土壤熱通量7. 土壤水分、

17、溫度 圖5.2 森林梯度觀測(cè)塔六、森林水文觀測(cè)的設(shè)計(jì)為了揭示森林水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律和水分分配狀況，通常要采用水量平衡場(chǎng)法和流域試驗(yàn)法，集水區(qū)和水量平衡場(chǎng)是森林水文要素研究數(shù)據(jù)獲取的首要實(shí)驗(yàn)設(shè)施。集水區(qū)主要是在典型森林類型上選擇具有代表性的一個(gè)自然閉合區(qū)，集水區(qū)與周圍沒(méi)有水平的水分交換即自然分水線清楚、底層為不透水層、地址條件一致、生物群落與周邊更大范圍的生物群落相一致，面積為100002000000的自然閉合區(qū)。生態(tài)系統(tǒng)的全部水分將經(jīng)集水區(qū)出口處基巖上所修筑的量水堰出流。水量平衡場(chǎng)選取具有典型性的地段設(shè)計(jì)水量平衡場(chǎng)，其規(guī)格型號(hào)1020，其主要用途是“四水”平衡規(guī)律的觀測(cè)。選擇一個(gè)有代表性的封閉小區(qū)，

18、與周圍沒(méi)有水平的水分交換。建筑在土壤層下面具有粘土或重壤土構(gòu)成的不透水層的地方。水量平衡場(chǎng)的地上部分形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸與坡面徑流場(chǎng)相類似（其設(shè)計(jì)以下面徑流場(chǎng)設(shè)計(jì)），四周用混凝土筑隔水墻直插入不透水層、 地面上高出 25cm； 地表水和地下水的集水槽（集水桶）分開(kāi)裝置。 常設(shè)有水井觀測(cè)地下水位的變化（井深2.5m，矩形井筒內(nèi)徑25cm25cm,井筒外筑反濾層，上口加蓋）。森林水文觀測(cè)指標(biāo)如表6.1。表6.1森林水文觀測(cè)指標(biāo)觀測(cè)指標(biāo)單位觀測(cè)頻度林內(nèi)降水量mm連續(xù)觀測(cè)林內(nèi)降水強(qiáng)度mm/h連續(xù)觀測(cè)穿透雨mm每次降水樹(shù)干徑流量mm每次降水地表徑流量mm連續(xù)觀測(cè)地下水位m每月一次枯枝落葉層含水量mm每月一次

19、森林蒸發(fā)量mm每月一次6.1森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量觀測(cè)設(shè)計(jì)6.1.1.觀測(cè)內(nèi)容 采用液流計(jì)測(cè)量單木樹(shù)干液流；蒸滲系統(tǒng)測(cè)量林分蒸散量；大孔徑閃爍儀測(cè)量單個(gè)或多個(gè)林分的蒸散量。觀測(cè)方法參考相關(guān)設(shè)備說(shuō)明和要求。6.1.2觀測(cè)場(chǎng)設(shè)置單木樹(shù)干液流量觀測(cè)場(chǎng)應(yīng)設(shè)在研究區(qū)域的典型林分內(nèi)，地勢(shì)平坦，植被分布均勻。單個(gè)林分蒸散量觀測(cè)場(chǎng)土壤、地形、地質(zhì)、生物、水分和樹(shù)種等條件具有廣泛的代表性，要避開(kāi)道路、小河、防火道、林緣，形狀應(yīng)為正方形或長(zhǎng)方形，林木在 200 株以上。多個(gè)林分蒸散量觀測(cè)場(chǎng)的測(cè)量路徑長(zhǎng)度要包含或覆蓋單木樹(shù)干液流和單個(gè)林分蒸散量觀測(cè)點(diǎn)所在的典型林分，且路徑中心位置盡量位于森林小氣候觀測(cè)塔附近。6.2森林

20、生態(tài)系統(tǒng)水量空間分配格局觀測(cè)6.2.1觀測(cè)內(nèi)容大氣降水量、穿透降水量、樹(shù)干徑流量、枯枝落葉層持水量、地表徑流量、土壤含水量、壤中流量。6.2.2儀器設(shè)備表 6.2森林水文觀測(cè)儀器設(shè)備觀測(cè)指標(biāo)儀器設(shè)備大氣降水量自記雨量計(jì)和激光雨滴譜儀穿透降雨量集水槽和自記雨量計(jì)樹(shù)干徑流量自記雨量計(jì)和樹(shù)干徑流收集槽枯枝落葉層含水量精密電子天平地表徑流量自記翻斗流量計(jì)土壤水分量鋁盒、電子天平，取土鏟、烘箱、干燥器壤中流量壤中流收集槽和自記雨量計(jì)6.2.3觀測(cè)場(chǎng)設(shè)計(jì)在小流域，以典型森林植被為基本觀測(cè)對(duì)象，圍繞典型森林植被林冠層、枯枝落葉層和土壤層，設(shè)置降水量觀測(cè)點(diǎn)、地表徑流場(chǎng)、 坡面水量平衡場(chǎng)、樹(shù)干徑流和穿透降水觀測(cè)

21、樣地、土壤水分觀測(cè)樣地。6.2.3.1降水量觀測(cè)a） 布點(diǎn)方法及數(shù)量1）雨量觀測(cè)點(diǎn)數(shù)應(yīng)按集水區(qū)面積的配置，具體見(jiàn)表 6.3。雨量觀測(cè)點(diǎn)要均勻鋪設(shè)，對(duì)于要進(jìn)行水質(zhì)分析的雨量觀測(cè)點(diǎn)，應(yīng)離林緣、公路或居民點(diǎn)有一定距離。2）采用自記雨量計(jì)（日記、月記等）和標(biāo)準(zhǔn)雨量筒測(cè)定森林降雨。儀器放置在徑流場(chǎng)或標(biāo)準(zhǔn)地附近的空曠地上，或者用特殊設(shè)施（如森林蒸散觀測(cè)鐵塔）架設(shè)在林冠上方，或者選一株直徑較大且干形較好的最高樹(shù)木，去其頂梢。將雨量承接器水平固定在樹(shù)頂上（高于周圍林冠層），然后用膠管將雨水引致林地進(jìn)行測(cè)定。3）在林中空地和林外約 50m100m 處空曠地分別設(shè)置激光雨滴譜儀 1 臺(tái)，自動(dòng)觀測(cè)降水量、降水強(qiáng)度、

22、降水等級(jí)、降水速度、降水粒徑大小及其分布譜圖。表6.3雨量觀測(cè)點(diǎn)按集水區(qū)面積的配置集水區(qū)面積0.20.20.50.52255101020205050100雨量觀測(cè)點(diǎn)數(shù)1132435465768786.2.3.2測(cè)流堰的設(shè)計(jì)選擇在森林類型上具有代表性的一個(gè)自然閉合的封閉區(qū)，集水區(qū)與周圍沒(méi)有水平的水分交換即自然分水線清楚、底層為不透水層、地質(zhì)條件一致、生物群落與周邊更大范圍的生物群落相一致，面積為0.1h-2 000000的自然閉合小區(qū)設(shè)計(jì)測(cè)流堰，它的用途是研究流域產(chǎn)流、產(chǎn)沙過(guò)程。生態(tài)系統(tǒng)的全部水分將經(jīng)集水區(qū)出口處基巖上所修筑的測(cè)流堰流出。測(cè)流堰建筑標(biāo)準(zhǔn)：三角形、矩形、梯形和巴歇爾測(cè)流堰。本設(shè)計(jì)采

23、用梯形測(cè)流堰，相對(duì)于別的堰，精度高。 圖6.1 測(cè)流堰 設(shè)計(jì)b=0.50m,B=0.608m，h=0.166m，P=0.216m,D=0.382m,T=0.166m,P=0.166m,L=0.940m,實(shí)測(cè)流量范圍1063。注:未包括安裝尺寸,安裝尺寸可按實(shí)際需要增加0.050.08m,6.2.3.3地表徑流量觀測(cè)設(shè)計(jì)選取典型地段建設(shè)坡面徑流場(chǎng)，主要用于研究林分產(chǎn)流、產(chǎn)沙過(guò)程。在選擇時(shí)要注意保留原有的自然條件，土壤剖面結(jié)構(gòu)相同，土質(zhì)厚度比較均勻，坡度比較均一，土壤理化特性（機(jī)械組成、土壤密度、有機(jī)質(zhì)含量）比較一致。如果坡面有比較小的起伏時(shí)，可進(jìn)行人工修理。在觀測(cè)場(chǎng)地中建立標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)，位置應(yīng)盡量

24、設(shè)置在坡面平整的坡地上。根據(jù)徑流場(chǎng)規(guī)格，要求徑流樣方徑流寬度5m（與等高線平行），長(zhǎng)20m（水平投影），水平投影面積100坡度5或15。徑流場(chǎng)上部及兩側(cè)設(shè)有圍埂，小區(qū)頂部設(shè)截水溝，下部設(shè)有集水槽和引水槽，引水槽末端是接水池。為了阻止徑流進(jìn)出小區(qū)，設(shè)置的圍埂其高25cm,埋深45cm,厚度5cm，上緣向小區(qū)外呈60傾斜用混凝土板砌成，內(nèi)直外斜，圍埂外側(cè)設(shè)寬為2m的保護(hù)帶。集水槽和引水槽的橫斷面采用矩形，集流槽上緣為一水平面，寬10cm，集流槽下沿為擋土墻，接水池設(shè)計(jì)為長(zhǎng)128cm，寬128cm，高1.m,厚為14cm的正方形池，。 圖6.2 標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)6.2.3.4樹(shù)干徑流量測(cè)裝置a）觀測(cè)樹(shù)木的

25、選取及數(shù)量采用徑階標(biāo)準(zhǔn)木法，調(diào)查觀測(cè)樣地內(nèi)所有樹(shù)木的胸徑，按胸徑對(duì)樹(shù)木進(jìn)行分級(jí)（一般 2cm4cm 為一個(gè)徑級(jí)），從各級(jí)樹(shù)木中選取 23 株標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行樹(shù)干徑流觀測(cè)。b）觀測(cè)設(shè)備安裝將直徑為 2.0cm3.0cm 的聚乙烯橡膠環(huán)開(kāi)口向上，呈螺旋形纏繞于標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)干下部，纏繞時(shí)與水平面成 30 角，纏繞樹(shù)干 23 圈，固定后，用密封膠將接縫處封嚴(yán)。將導(dǎo)管伸入量水器的進(jìn)水口，并用密封膠帶將導(dǎo)管固定于進(jìn)水口，旋緊進(jìn)水口的螺紋蓋。收集導(dǎo)入量水器的樹(shù)干徑流，并進(jìn)行人工或自動(dòng)觀測(cè)。七、土壤定位觀測(cè)的設(shè)計(jì)為了研究森林生態(tài)系統(tǒng)與森林土壤之間的相互機(jī)制、森林土壤長(zhǎng)期變化過(guò)程、環(huán)境變化對(duì)森林土壤的影響以及森林土壤中碳

26、的動(dòng)態(tài)變化，土壤定位觀測(cè)的建立很十分重要的的。要想提高研究的精確性、可靠性，必須要設(shè)計(jì)出正確的土壤定位觀測(cè)站。土壤定位研究主要通過(guò)土壤剖面進(jìn)行研究，所以，設(shè)計(jì)的核心是設(shè)計(jì)土壤剖面。表7.1土壤定位觀測(cè)的指標(biāo)森林枯落物厚度mm每年一次蓄積量t/每年一次凋落量t/.a每月一次分解速率t/.a每五年一次土壤物理性質(zhì)土壤顆粒組成%土壤容重g/cm3土壤孔隙度%土壤入滲率mm/min土壤化學(xué)性質(zhì)Ph每年一次陽(yáng)離子交換量cmol/每五年一次交換性鈣、鎂cmol/交換性鉀、鈉cmol/有機(jī)質(zhì)含量%a)土壤剖面點(diǎn)的選擇原則1、要有比較穩(wěn)定的土壤發(fā)育條件，即具備有利于該土壤主要特征發(fā)育的環(huán)境，通常要求小地形平坦

27、和穩(wěn)定，在一定范圍內(nèi)土壤剖面具有代表性。2、不宜在路旁、住宅四周、溝附近、糞坑附近等受人為擾動(dòng)很大而沒(méi)有代表性的地方挖掘剖面。b)土壤剖設(shè)計(jì)選擇具有代表性和典型性的坡脊、坡中、坡地地段分別設(shè)置土壤剖面，刨面規(guī)格寬0.8m、長(zhǎng)1m、深11.5m,土深不足1m時(shí)要挖至母巖風(fēng)化層。將朝陽(yáng)的一面挖成垂直的坑壁，而與之相對(duì)的坑壁挖成每階為3050厘米的階梯狀，以便上下操作。在挖剖面時(shí)要注意觀察朝陽(yáng)面，觀察面上端不準(zhǔn)堆土，也不準(zhǔn)站人踩踏，以保持土壤的田間自然狀況，挖出的土拋在土坑長(zhǎng)邊的兩旁，表土與心土分別堆放，觀察與記載結(jié)束后，必須將土坑先心土后表土進(jìn)行填平。剖面制定好之后，依據(jù)剖面表面枯落物聚集和分解特

28、征及剖面顏色、質(zhì)地、新生體、侵入體等等將其分層，以cm為單位、注明層次符號(hào)連續(xù)記錄。圖7.1土壤剖面八、森林生物定位研究的設(shè)計(jì) 8.1森林群落觀測(cè)指標(biāo)喬木森林群落年齡每五年一次森林群落起源森林群落的平均樹(shù)高m森林群落的平均胸徑cm森林群落的密度株/公頃森林群落的樹(shù)種組成森林群落的動(dòng)植物種類、數(shù)量森林群落的郁閉度森林群落主林層的葉面指數(shù)亞喬木平均高m灌木灌木種類灌木株數(shù)株/公頃灌木平均高度m灌木平均冠幅cm灌木蓋度%草本平均高m林下植被總蓋度和分層蓋度%標(biāo)準(zhǔn)樣地的建立：選擇具有代表性的植被類型且受人為干擾較少交通又相對(duì)方便的地方設(shè)置，每塊面積為 1.0 h，采用羅盤(pán)儀(DQL - 3)、測(cè)繩或皮尺設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樣地為正方形 。固定樣地的設(shè)計(jì)：按照不同森林群落類型的最小取樣面積（表現(xiàn)面積）確定固定樣地大小0.1-20h，每種森林類型設(shè)置3個(gè)，四角埋設(shè)條石標(biāo)記、 周邊繩圈。用 GPS 確定樣地及被測(cè)林木地理位置、海拔高度；破壞性調(diào)查不能在該固定樣地內(nèi)進(jìn)行；所有的野外試驗(yàn)設(shè)施應(yīng)處于樣地外。樣方的設(shè)計(jì)：在標(biāo)準(zhǔn)地、固定樣地內(nèi)采用羅盤(pán)儀(DQL - 3)、測(cè)繩和鋼卷尺設(shè)置(20