4.1 森林生态站及野外综合实验基地建设

4.1.1 生态站站址选择
    选择能代表该气候带的主要植被类型且能表征土壤、水文及生境等特征，人为干扰小、交通、水电等条件相对便利的典型植被区域。

4.1.2 生态站站名命名
    各生态站全称为森林生态系统定位研究站，例如海南尖峰岭森林生态系统定位研究站；简称为森林生态站，例如大岗山森林生态站。

4.1.3 综合实验基地选址
     野外综合实验基地选择在野外定位研究区试验区交通、水电便利的地方。

4.1.4 综合实验楼
    基地拥有框架或砖混结构综合实验楼，建筑面积200~600m²，设数据分析室、资料室、化学分析实验室、研究人员宿舍等。

4.1.5 定位研究分析实验室

各森林生态站承担单位和定位研究野外综合实验基地必须有分析实验室，分析实验室以能承担完成森林植物化学、土壤物理化学、水文化学及大气环境化学的全部分析指标为准则，分析实验室的主要仪器设备见表1：

       表1   分析实验室仪器配备

4.2 森林气象观测设施建设

4.2.1 地面标准气象站建设

4.2.1.1 地面气象观测场
    观测场应设在能较好地反映本区较大范围气象要素特点的地方，避免局部地形的影响；观测场四周必须空旷平坦，避免设在陡坡、洼地或临近有公路、工矿、烟囱、高大建筑物的地方；观测场应设在最多风向的上风方向，边缘与四周孤立障碍物距离大于该障碍物高度的3倍以上；距成排障碍物距离应大于其高度的10倍以上；距较大的水体的最高水位线距离应大于100m以上。观测场四周10m范围内不能种植高杆植物。

4.2.1.2 观测场规格
    观测场规格为 25m´25 m或16m(东西向)´20m(南北向) (高山、海岛不受此限制)，场地应平整有均匀草层(草高<20cm)。场内禁止种植作物、保持自然状态，铺设0.3~0.5m宽的小路，仅在小路上行走。观测场四周设高度1.2m的稀疏围栏，保持气流畅通；经常清除场上的杂物、剪修草被、清除小路积雪。

4.2.1.3 观测场内仪器设置
    高的仪器安置在北面、低的仪器顺次安置在南面，东西排列成行；南北间距不小于3m、东西间距不小于4m，仪器距围栏不小于3m；观测场门开在北面，仪器紧靠东西向小路的南面，观测人员从北面接近仪器；观测场内基本仪器、设备等见表2。

表2    气象观测场内仪器、测定因素、设置误差

4.2.2 森林小气候观测设施设置

4.2.2.1  观测场选择：

     a)气候、土壤、地形、地质、生物、水分和林分、树种等具有广泛的代表性；
     b) 不能跨越两个林分，要避开道路、小河、防火道、林缘；
      c) 林分标准地的形状应为正方形或长方形，林木在200株以上。

4.2.2.2 观测场面积及观测设施：观测场面积16´20m²，设置自动化系统装置。

4.2.2.3 自动观测仪器、设施见表3。

表3    林区气象要素及小气候观测仪器设施

4.2.3 森林梯度观测设置

4.2.3.1  森林梯度自动化设置

4.2.3.1.1 由于森林的几何尺度特征，森林梯度观测除了能量平衡研究以外，森林对温度、湿度、风速、辐射、光的分布影响尤其是对垂直方向的水汽通量、热通量及痕量元素通量的研究均需要通过梯度观测进行。

4.2.3.1.2 森林梯度观测设施布设：观测场选择同小气候，采用观测塔配备自动化与常规性仪器观测。自动化传感器一般安置在专用的气象观测铁塔上。

4.2.3.1.3 观测塔类型：开敞式，高度为林分冠层高度的1.5～2倍，观测塔应安装有避雷设施。观测层次高度按对数分布确定；

4.2.3.1.4 传感器类型：均值(响应时间10s~60s或更长)，其风向—风向标(0°~360°)；准确度：±10°(£5m/s), ±5°(>5m/s以上)；阻尼比0.3~1.0。风速：风杯风速计(0.3m/s~50m/s)；准确度：±0.3m/s(£5m/s), ±10%(>5m/s)。温湿度传感器：温度量程：-50°C~+50°C，准确度：±0.2°C；湿度量程0～100％，准确度±2％。辐射仪器精度同地面气象要素仪器，见表4。

4.2.3.1.5 传感器安装：

    a)安装在专用的观测塔上，应尽量避开伸臂和支架的影响，安装在来风方向的扇形区内；
    b)安装位置应小于塔体最大断面的1.5倍；
    c)两套相同传感器安装互成180°方向；
    d)传感器应加相应的防护罩。

4.2.3.2 梯度观测常规仪器设置：

表4        能量平衡－波文比法梯度观测的常规仪器布置

4.2.4 森林大气成分观测设施

从生态学角度，森林大气成分观测主要是指森林植物对大气环境化学组分中产生影响效益的部分化学组分即森林大气中的CO₂、SO₂、NO_x浓度观测。

4.2.4.1 森林大气成分现场观测设施
    采用便携式CO₂测定仪、SO₂测定仪及NO_x测定仪检测CO₂(分辨率0.01umol/mol)、SO₂(分辨率0.001mg/l)、NO_x(分辨率0.01mg/l)的浓度。

4.2.4.2 气体样品采集分析
    将森林中测定高度的空气充入一定体积的容器内，送回实验室进行分析。当森林中SO₂、NO_x浓度低于分析的最低检测限而不能直接测定时，常采用固体吸附法、溶液吸收法和低温冷凝法将样品富集。

4.2.4.3 气体样品富集法仪器设备
    吸附法采用内径3mm～10mm、长60mm～100mm的玻璃采样管、吸附剂粒度为20～60目的活性炭、硅胶、分子筛、GDS担体、Porak、Tenak树脂，采样流量范围为0.1 L•min^-1～2 L•min^-1。吸收法采用气池吸收管或多孔玻璃吸收管装有吸收液，气体物质在吸收液界面发生溶解或化学反应则被吸收，采样流量范围0.1L•min^-l～1L•min^-1。低温冷凝采用U型冷凝管，流量范围为0.1 L•min^-1～1L•min^-1。

4.2.4.4 气体采样器
    通常采用TH-110B便携式直流大气采样器或CD-1大气采样器采集。吸收法吸收液的配制按照“大气环境化学观测”标准执行。

4.2.4.5 大气降尘量

采样场布设：采样场(点)附近不应有高大建筑物及局部污染源；集尘罐放置高度距地面5m～15m；可在洁净地区、林区放置集尘罐进行对比采样。

4.2.4.6 大气湿沉降

4.2.4.6.1 降水收集器及设置

    一个带盖的口径>40cm、高20cm的聚乙烯塑料容器，收集器设置的相对高度为1.2m～1.5m。

4.2.4.6.2 大气环境化学及大气湿沉降分析指标及分析方法

参照森林生态系统定位研究观测指标体系及实验室分析标准执行。
 

4.3 森林水文观测设施建设

4.3.1森林集水区
    选择在森林类型上具有代表性的一个自然闭合的封闭区，集水区与周围没有水平的水分交换即自然分水线清楚、底层为不透水层、地质条件一致、生物群落与周边更大范围的生物群落相一致，面积为10,000m²～2,000,000m²的自然闭合小区。生态系统的全部水分将经集水区出口处基岩上所修筑的测流堰流出。

4.3.2 水量平衡场
    选择一个有代表性的封闭小区，与周围没有水平的水分交换。建筑在土壤层下面具有粘土或重壤土构成的不透水层的地方。水量平衡场的地上部分形状、结构、尺寸与坡面径流场相类似，四周用混凝土筑隔水墙直插入不透水层、地面上高出25cm；地表水和地下水的集水槽分开装置。常设有水井观测地下水位的变化。

4.3.3 对比集水区或水量平衡场
    建设林地和无林地两个或多个相似的场，其自然地质地貌、植被与试验区相类似，其距离相隔不远。

4.3.4 集水区及径流场测流堰建筑标准

三角形、矩形、梯形和巴歇尔测流堰必须由水利科学研究部门设计和施工；对枯水流量极小、丰水流量极大的径流测堰，可设置多级测堰或镶嵌组合堰。

4.3.5 水文要素观测设施

4.3.5.1 降水量观测点：森林上空(或林中空地)和林外(可以用站区气象站的降水量代替)设置降水量观测点2个。

4.3.5.2 穿透水量测装置：在每个森林类型的小集水区或水量平衡场内，安置穿透水收集量测装置1组。

4.3.5.3 树干径流量测装置：在每个森林类型的小集水区或水量平衡场内，设置树干径流量测装置1组。

4.3.5.4 地表径流场：在反映本站典型的森林植被类型中设置地表径流场1个，同时，至少在某一对照森林类型中设置地表径流场1个。

4.3.5.5 集水区测流堰：必须有反映整个站区一般状况并最好能控制全站区的森林流域集水区测流堰1个，有反映本站典型森林植被类型的小集水区测流堰1个，同时，至少有对照森林类型的小集水区测流堰1个。

4.3.6 水化学样品采集设施

4.3.6.1 采样瓶
     样品瓶可用高压聚乙烯瓶，测重金属的样品瓶应选用高压低密度聚乙烯瓶。

4.3.6.2 水样采样采集设置

4.3.6.2.1 大气降水：设置1个口径60～100cm容器(高0.2～1.2m)于露天，待降水时接收水样(避开污染源、无遮挡)。

4.3.6.2.2 穿透水：在测定穿透水的样地，网格法设置若干个口径>20cm的广口瓶（以1mm滤网封口滤掉果、枝、花瓣等）。

4.3.6.2.3 树干流：按径级（纯林）或重要值径级(混交林)或样地法，选设若干个样株，盘绕树干的聚乙烯管收集管不用任何粘剂，下接收集桶。

4.3.6.2.4 径流：水样应从测流堰引水道前的进水口水面下深度20cm处采集。

4.3.6.2.5 土壤渗透水：采集土壤渗漏水采用建立排水采集器法。

4.3.6.2.6 地下水：从观测井中采集水样常利用抽水机设备。待管内杂质及陈旧水排出数分钟后采取水样，也可选适合的专用采水器采集水样。

4.3.7 水化学分析指标及分析方法
    参照森林生态系统定位研究观测标准及试验室分析标准执行。 

4.4 森林生物定位研究设施建设

4.4.1 森林群落观测设施设置

4.4.1.1 标准样地的建立
    选择具有代表性的植被类型且受人为干扰较少交通又相对方便的地方设置，设置比例为：1个/500hm²森林面积；每块面积为0.1～1.0 hm²，采用罗盘仪(DQL-3)、测绳或皮尺设置标准样地为正方形或长方形。

4.4.1.2 固定样地的建立
    按照不同森林群落类型的最小取样面积（表现面积）确定固定样地大小（一般为0.1～20hm²），每种森林类型设置1～3个，四角埋设条石或PC管标记、周边绳圈。用eTrex vista GPS确定样地及被测林木地理位置、海拔高度；破坏性调查不能在该固定样地内进行；所有的野外试验设施都必须处于样地外。

4.4.1.3 样方的建立
    在标准地或固定样地内采用罗盘仪(DQL-3)、测绳和钢卷尺设置10´10m²、2´2m²、1´1m²面积的各类样方，分别用于乔木层、下木层、草本层调查。

4.4.2 森林生产力观测设施设置

4.4.2.1 径阶等比标准木法实验设施设置

    采用罗盘仪(DQL-3)、测绳、皮尺等建立6块以上0.1hm²有代表性的长方形或正方形标准地，采用胸径尺、测高仪实现每木检尺编号。按径阶等比选择标准木，将标准木伐倒后(木锯、枝剪)，每隔1m或2m锯开（第一段1.3m，若树木较高大时可间隔4m或8m），采用台秤、YP600型电子天平测定各分段的树干、树枝、树皮、树叶的鲜重；地下根部分全部挖出(镐头)测定鲜重；分取各部分样品烘干法确定重量(101-2A干燥箱)。

4.4.2.2 气体交换法试验仪器设置

采用LI－6400P便携式光合作用测定仪及CD03型便携激光叶面积仪测定。

4.4.2.3 森林草本层生物量测定设置

在森林中设置30块面积为1m²的小样方。在每个小样方中将所有的草本连根挖出，用水冲去泥土后称鲜质量，然后烘干称出干质量。

4.4.2.4 森林灌木层生物量测定设置

设置有代表性的面积为0.1hm²的灌木样地6块以上。采用全部收获法测定灌木层生物量。  

4.4.3  生物多样性研究设施设置

4.4.3.1 森林昆虫种类的调查试验设置

设置大小为1m×1m的样方30个；每个样方放置无底木框，调查记录框中所有昆虫的种类。设置一定长度的样线，样线长度与调查区域的面积和生境复杂性成正比。

4.4.3.2 大型兽类种类和数量的调查试验设置

沿森林生态梯度设置若干条5000m长样线，沿样线进行调查，行进速度控制在3km·h^-1左右，用自动步行计数器确定观测点位置。借助望远镜、罗盘仪进行动物或痕迹观察和定位。

4.4.3.3 两栖类动物种类和数量的调查试验设置

根据生境类型，选择若干50m²样方，每种类型设样方5～10个；借助捕捉网、手电直接捕捉一昼夜，捕尽所有两栖类，记录其种类和数量。

4.4.3.4 植物种类和数量的调查试验设置

4.4.3.4.1 种类调查：设置样线，沿样线进行调查，记录样线两边10m内的植物种类。

4.4.3.4.2 数量调查：设置样方。在样方内记录各种植物的数量。

4.4.4  森林植物化学分析指标和分析方法
    参照森林生态系统定位研究观测指标标准及实验室分析标准执行。 

4.5 土壤定位观测设施建设

4.5.1 土壤剖面的设置、层次划分和记录

 4.5.1.1 剖面设置
    选择具有代表性和典型性地段设置土壤剖面，森林坡面则在坡脊、坡中、坡底分别设置，坡面规格宽0.8m、长1m、深1~1.5m，土层深不足1m时挖深至母岩风化层。

4.5.1.2 层次划分和记录
    依据剖面表面枯落物聚集和分解特征及剖面颜色、质地、新生体、侵入体及各种障碍性因子，将剖面自上而下划分若干层，以cm为单位，注明层次符号并做连续记录。

4.5.2 土壤化学指标及分析方法
     参照森林生态系统定位观测指标体系标准及实验室分析标准执行。

4.6 森林健康和可持续发展观测设施建设

4.6.1 森林病虫害发生与危害指标观测

在整个站区内设置样方，记载样方的面积。在每个样方内，记录胸径大于2cm的乔木的株数和其中被虫害侵染的株数。在被害木中随机取3-5株，记录各株上的害虫数。后者除以前者即为受虫害植物百分率。判定虫害侵染乔木的方法因站区害虫种类而异。站区虫害面积按公式：计算。式中： Wa--虫害面积，hm²；a--站区面积，hm²；pi--第i个样方的受害率；n--样方数。虫口密度为被调查的被害木虫口数的算术平均值。

4.6.2 土壤微生物(真菌、细菌、放线菌)观测

4.6.2.1 样品采集及处理
    采样深度和用具与一般土壤采集用具相同，但凡与样品接触的用品均需事先进行灭菌，常用的灭菌方法有干热灭菌、紫外线灭菌和70％的酒精消毒等。对不同样点相同处理的样品混合需在灭菌纸上进行；土样一般经2mm筛孔过筛后，装于塑料袋中，样品应及时进行测定，否则，需将样品置于4°C冰箱保存。样品采回后经混合，称取10g，测定烘干样质量水分换算系数(k₁).

4.6.2.2 培养基的种类
    培养好气性细菌多采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基；真菌常用马丁氏培养基；放线菌则采用淀粉铵盐培养基。

4.6.2.3 土样稀释液制备
    称取土样10g置于250ml三角瓶中，加无菌水至100ml，在每分钟振荡70次的往复振荡机上振荡10分钟，此为1：10的稀释液；从此稀释液中再取1ml移入9ml无菌水的试管中，制成1：100的稀释液，以此论推一直稀释到所需要的稀释度。每次吸取悬液时要注意无菌操作，并把悬液摇匀。

4.6.2.4 接种与培养
    将测定某种微生物的培养基熔化后，倾注在无菌培养皿中做成平板，待凝固后，用无菌刻度吸管吸取稀释液0.1ml接种在上述培养的平板上。应按高稀释度顺序接种，每次吸取前必须把稀释液摇匀，接种平皿培养基上的悬液用无菌玻璃刮铲均匀地涂抹在整个平皿表面上。同一稀释度的稀释液的重复可用同一刮铲涂抹，涂抹后的培养皿放置1小时后倒置于规定温度下培养，当菌落长成后，选择适宜稀释度的平皿进行计数。 

4.7 水土资源的保持观测设施建设

4.7.1 林地土壤侵蚀指标的观测

设置林地观测样地300´900m²，在样地内分成30´30 m²样方，各样方4个顶点地面上打一个PC管标记，每年测定计量各PC管的土壤侵蚀深度，然后在站区图上勾绘出侵蚀的面积。计算出样地各PC管处土壤侵蚀深度的算术平均值，按公式：计算土壤侵蚀模数，式中：M--土壤侵蚀模数，t/km²；D--平均侵蚀深度，m；S--被测区面积，m²；U--干土容重，t·m^-3；A--站区面积，km²。

4.7.2 不同侵蚀强度林地的土壤侵蚀模数观测

    在不同森林类型的对比集水区测流堰上方设置沉沙池，每次降水产流时采集水样测定泥沙含量，同时按粒径测量沉沙池沙量，根据集水面积计算不同侵蚀强度土壤侵蚀模数，在不同森林植被的径流场设置沉沙池，测定泥沙量和径流含沙量，结合径流场的面积计算不同侵蚀强度的林地面积和百分率。

4.8 数据管理配套设施建设

4.8.1 野外数据采集设施设置

     用于野外数据采集的手提电脑、数据线、移动硬盘、GSM卡等。野外3S集成系统（星源通掌上森林调查仪等）等野外作业设备。观测仪器距实验基地远且交通不便利的台站可配备野外数据采集用车。

4.8.2 数据管理软硬件设施设置

配备数据采集、传输、接收、贮存、分析处理以及数据共享所需的软硬件：如电脑、服务器、打印机、刻录机等；可视化森林生态软件包（Systat）等数据库处理软件；网络相关设施等。