农田土壤动物野外大型固定样地建设和监测方法

摘要

本发明提供了农田土壤动物野外大型固定样地建设和监测方法，属于土壤动物监测技术领域，旨在解决适应寒冷条件、极大温差地区的大型超精细野外观测技术缺乏的问题；包括以下步骤：样地的野外建设；完成室内设计图；样地的野外放样和定位；固定样地的检查；开展野外调查；建立数据库；固定监测样地平台建立后获得的产品；本发明的方法，能够推动土壤动物基础研究长期监测的发展，为我国开展土壤动物多样性长期调查和监测提供了关键的技术支撑；促进了土壤动物基础研究的规范化发展，为开展土壤动物野外样地建设和调查监测提供了借鉴性资料，推动了土壤动物野外长期调查和监测的规范性和普及性，为建设全国性的大型长期监测网络平台提供了可参照的关键技术。

说明书

技术领域

本发明涉及土壤动物监测技术领域，具体为农田土壤动物野外大型固定样地建设和监测方法。

背景技术

土壤动物是生态系统重要的分解者，对于维持农田土壤健康和粮食安全具有重要意义。目前农田土壤动物面临生物多样性减少的困境，建设大型长期固定样地，开展长期野外调查和研究，获取长期的、超精细的野外监测数据，可以为多样性保护提供大量的、精准的科学数据，为生物多样性保护提供重要的、宝贵的基础数据。东北黑土农田是世界黑土区中面积最小、气候条件最寒冷、气温差最大的区域。研发适用我国东北黑土农田区的土壤动物野外科学观测技术，对于粮食安全和生态安全具有战略性意义。但我国一直缺少这种适应寒冷条件、极大温差地区的大型超精细野外观测技术。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供农田土壤动物野外大型固定样地建设和监测方法，推动了土壤动物基础研究长期监测的发展；实现了土壤动物大空间和长时间尺度的野外调查和监测，积累了大尺度和长期的宝贵数据资料，同时积累了精细时间和空间尺度的数据资料，为我国开展土壤动物多样性长期调查和监测提供了关键的技术支撑；促进了土壤动物基础研究的规范化发展；本技术指导下形成的土壤动物大型固定样地建设手册与调查和监测技术指南，为开展土壤动物野外样地建设和调查监测提供了借鉴性资料，推动了土壤动物野外长期调查和监测的规范性和普及性，为建设全国性的大型长期监测网络平台提供了可参照的关键技术。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

农田土壤动物野外大型固定样地建设和监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)样地的野外建设

a)选择农田样地

在农田生态系统中，选择面积大于400m×400m的固定样地；

b)样地设计

在研究样地建设一个面积等于400m×400m的固定监测样地平台；用经纬仪和RTK把样地分成小样方；然后采用平面坐标系标注该样地所有点的空间位置；

c)测量地形图和地面控制点

在样地里选择一个点作为该样地的坐标原点，实地测量原点坐标、等高线、周围地形特征、4个地面控制点，用永久性地标标记4个地面控制点；

2)完成室内设计图

基于AutoCAD软件，生成该样地完整的的地形图，包括等高线、地物特征符号和以最小空间粒度为间隔的规则格网的图件，并将该空间信息传输到RTK中；

3)样地的野外放样和定位

使用RTK放样，将所有的点都放到农田样地中；放出空间样点后立即插上标记物品，然后插上标记空间样点信息的pvc管作为临时标记；

4)固定样地的检查

样地建设完毕，对所有的空间点进行整理和检查，为后续调查工作做好准备；

5)开展野外调查

根据研究目的和研究方案，在该样地内开展相关的野外调查工作；

6)建立数据库

基于SQL Server软件构建数据库，自行设计所需要的数据库，包括空间坐标、土壤动物、土壤因子、气候因子、农业管理活动数据；

7)固定监测样地平台建立后获得的产品。

本发明的有益效果在于：推动了土壤动物基础研究长期监测的发展；实现了土壤动物大空间和长时间尺度的野外调查和监测，积累了大尺度和长期的宝贵数据资料，同时积累了精细时间和空间尺度的数据资料，为我国开展土壤动物多样性长期调查和监测提供了关键的技术支撑；促进了土壤动物基础研究的规范化发展；本技术指导下形成的土壤动物大型固定样地建设手册与调查和监测技术指南，为开展土壤动物野外样地建设和调查监测提供了借鉴性资料，推动了土壤动物野外长期调查和监测的规范性和普及性，为建设全国性的大型长期监测网络平台提供了可参照的关键技术。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

农田土壤动物野外大型固定样地建设和监测方法，包括以下步骤：

1)样地的野外建设

a)选择农田样地

在农田生态系统中，选择面积至少为400m×400m的固定样地(也可以根据需要设置更大的样地)，选择样地的原则如下：

i.样地要具有典型性和代表性。参考航片、地形图并与当地专家、农户等相关部门交流，经过多次野外踏查，查看地形地貌、土壤类型、农业耕作情况、人类干扰等特点，要确保样地能够代表所在区域的气候、土壤、农业生产活动等特征。

ii.选择的样地尽量具有完整性，最好远离村庄、河流、畜禽场所等，避免外部干扰对样地建设和后续调查监测带来的潜在影响。

iii.选择的样地便于野外调查监测。生活条件能相对便利，便于各项野外调查工作的开展。样地建设和后期的长期调查监测，通常需要携带大量的工具和材料，采集的样品量巨大，如果交通不便利，一来会增加工作的难度，二来会降低长期监测的效率和次数。

iv.选择的样地便于长期监测和保护。可以在农业站内，可以和农户签订长期的租赁合同，保证该样地的长期性、持久性。

v.选择样地的面积、形状和方向。一般来讲，长期固定监测样地的面积要求至少16ha，根据需要，可以设置更大的样地。形状为正方形，走向最好与垄向一致。

b)样地设计

在研究样地建设一个至少为400m×400m的固定监测样地平台，基本沿着农田样地的垄向建立。用经纬仪和RTK把样地分成5m×5m或者1m×1m的小样方。当然，根据需要，也可以划分成更精细粒度的小样方，比如0.5m×0.5m、0.1m×0.1m的小样方等。然后采用平面坐标系标注该样地所有点的空间位置。

c)测量地形图和地面控制点

在事先选择好的农田内，选择一个点作为该样地的坐标原点O(0,0)(如西南角)，实地测量原点坐标、等高线、周围地形特征、4个地面控制点。

用永久性地标标记4个地面控制点：(1)2个地表控制点，使用水泥桩标记，其中1个为常用控制点，1个为备用控制点(2)2个为地下控制点，2个为地下控制点。地下控制点的建设，使用铁锹挖取深度约1m、直径约0.5-1m的土炕，将铁丝网弯曲放入土坑内，然后向内浇灌水泥，水泥顶面约达地表土壤5-10cm以下，然后在水泥上写上该地标的重要信息，如“20200717.商丘.宁波大学”，其中20200717为2020年7月17日，商丘为该样地建设的地点商丘市，宁波大学为该样地的建设单位。待水泥干透之后，在其上覆盖土壤，踩实。这些地标埋设在固定样地周围，选择容易寻找、不容易被破坏的地点，比如道路交叉口、村民的菜园子、水井旁等地点。

2)完成室内设计图

基于AutoCAD等软件，生成该样地完整的的地形图，包括等高线、地物特征符号和以最小空间粒度(如5m、1m、0.5m、0.1m等)为间隔的规则格网的图件。并将该空间信息传输到RTK中。

3)样地的野外放样和定位

使用RTK放样，将所有的点都放到农田样地中。放出空间样点后立即插上小红旗或其他较明显的物体作为准确标记，然后插上标记空间样点信息的pvc管作为临时标记，该pvc管50cm左右，并在每个pvc管上标注样点编号，如0101，表示从坐标原点O算起的第1行第1列的坐标点；又如1213，表示从坐标原点算起的第12行第13列的坐标点。样点编号的标注可以使用记号笔直接书写，也可以事先打印在纸上，再用透明胶带将该纸质标签粘贴到pvc管上。这些PVC管可以作为临时性的空间标记，并以这些为参照开展野外调查工作。在大型农业活动之前，如秋季翻地的时候，将所有的PVC管收回并保存。

4)固定样地的检查

样地建设完毕，对所有的空间点进行整理和检查，为后续调查工作做好准备，内容包括：

i.所有的空间坐标点都进行了测量；

ii.所有的空间坐标点都进行了标记；

iii.在样地外侧设置了地面控制点和永久性地标；

iv.测量了原点O的地理空间坐标；

v.获得了样地的照片、视频等信息，对于样地设置过程中发生的特殊情况或者一些问题都做了详细的记录；

5)开展野外调查

根据研究目的和研究方案，在该样地内开展相关的野外调查工作，如陷阱法捕获地表土壤动物，土柱法捕获中小型土壤动物，电击法捕获蚯蚓等。

6)建立数据库

采用SQL Server等软件自行设计所需要的数据，至少要包括以下重要的数据：空间数据、土壤动物数据、土壤理化性质数据、农业活动数据、气候因子数据及其他相关的数据。这些数据最重要的特点，就是有对应的空间信息和空间坐标，可以进行空间分析，也可以在相同的空间维度内与国内、甚至国外类似的研究成果进行匹配、对比、分析等。

7)固定监测样地平台建立后获得的产品

该固定样地平台建立后，我们获得以下产品：

i.4个控制点，产品形式为4个永久性地标和控制点坐标。

ii.固定监测样地的地形图，包括等高线和地物符号；电子产品。

iii.样地格网图，由最小空间粒度划分样方组成的农田固定监测样地，该格网图和地形图可以叠加；电子产品。

iv.测量出来的样地实物，包括格网和网格交叉点；黑土样地实物。

本发明中的设计，推动了土壤动物基础研究长期监测的发展；实现了土壤动物大空间和长时间尺度的野外调查和监测，积累了大尺度和长期的宝贵数据资料，同时积累了精细时间和空间尺度的数据资料，为我国开展土壤动物多样性长期调查和监测提供了关键的技术支撑；促进了土壤动物基础研究的规范化发展；本技术指导下形成的土壤动物大型固定样地建设手册与调查和监测技术指南，为开展土壤动物野外样地建设和调查监测提供了借鉴性资料，推动了土壤动物野外长期调查和监测的规范性和普及性，为建设全国性的大型长期监测网络平台提供了可参照的关键技术。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。