生态学实验报告

1 / 21 生态学实验报告 实验一 植物种群空间分布格局的测定 一、实验目的与要求 通过各检验方法的实际训练，使学生认识群落中不同种群个体空间分布表现出的不同类型，并掌握检验植物空间分布类型的方法。 二、实验内容、原理 分布系数法：该方法根据 Poisson 分布具有方差与均值相等的性质，来统计和检验野外调查数据。分布系数 Cx的统计量为： C? 式中： x 均值 x 2 S 2 方差 若 Cx 1，种群属于均匀分布； Cx=1，属于随机分布）； Cx 1属于集群分布。在统计学上，采用 t检验来确定Cx的实测值与理论预测值 1差异的显著程度。 T检验的公式为： t=/s 2 / 21 式中： s 标准误， s= N 样方总数。 查表比较，若 t 2 N?1 t n?1, 则认为 Cx 对 1 的偏离具有显著性。 差异不显著时，可认为符合泊松分布。 三、实验主要仪器设备和材料 皮尺、样方框、铅笔、野外记录表格、计算器。 2 四、实验步骤 1.选择所需研究的植物种群，并确定合适的样地面积。根据最小面积法确定样地面积，一般草本植物可用 1m 1m，在所选样地在划分小样方，一般草本可用。 2. 计数：将每一样方中待测植物的株数，记录在野外记录表格中，整理调查数据，并计算有关统计特征数。 3. 计算值， C值。 4. 说明 t 值检验的结果，指出所测定种群的分布类型。 实验二 群落基本特征分析 一、实验内容： 3 / 21 群落调查取样方法、群落种类组成分析。 二、目的要求： 掌握群落调查的基本方法和群落分析方法。 三、主要仪器设备： 皮尺、卷尺、野外调查表格，计算器 GPS。 四、取样方法： 1 样地法 样地法通常是在群落内圈出一定面积，称样方，对样方内的生物进行调查的方法。样方 2 的大小和数目根据群落的不同而不同。草本群落的样方大小通常为 1m，较高的草本群落也 2 有用 4 m或更大的样方。 样方在群落中的设置有随机设置、规则设置、主观设置等不同的方法。随机设置样方是在群落中随机确定每一个样方。可在群落中系统地设置一些点，编上 1， 2， 3， ?100等数字，然后随机地抽取其中的数字，以确定样方的位置。规则取样即在群落中以一定的规则确定取样位置，如在群落中设置几条等距离的样线，然后在每一样线的相等间距设置样方。主观取样即在认为有代表性的地段设置样方。 2 调查记录 4 / 21 表 1 植物群落调查表 调查者： 调查日期： 样地编号： 样地面积：群落类型： 群落名称： 地理位置： 经度： 纬度： 地形： 海拔： 坡向：坡度： 微地形、地被物： 土壤： 人为干扰情况： 其它 表 2 草本调查表 调查者：日期：样地号：样地面积： 4数据整理 数据整理是将野外调查的原始资料条理化，并演算出一些反映群落特征的数量指标。其中反映种群在群落中优势度大小的指标有： 密度：个体数目 /样地面积；相对密度：一个种的密度 /所有种的总密度 相对多度：指种群在群落中的丰富程度。计算式为： 相对多度 = 100% 频度与相对频度：频度是指一个种在所作的全部样方中出现的频率。相对频度指某种在全部样方中的频度与所有种频度和之比。计算式为： 频度 =该种植物出现的样方数 /样方总数 相对频度 = 100% 相对显著度：指样方中某种个体的胸面积和与样方中所有种个体胸面积总和的比值。计算式为： 相对显著度 = 100% 5 / 21 重要值：是一个综合的指标，通常综合考虑相对多度、相对频度和相对显著度中两至三个指标。 重要值 =相对多度 +相对频度 +相对显著度 上述指标可整理成群落表，从中可 清楚看出群落中各种群在群落中的优势度的大小。 物候期的记录 群落物候反映季相和外貌，故在一次性调查之中记录群落中个种植物的物候期仍有意义。在草本群落调查中，则更显得重要。 物候期的划分和记录方法各种各样，有分五个物候期的，如营养期、花蕾期、开花期、结实期、休眠期。 我们经过多年实践，发现以分为以下 6 个物候期记录为好： 1.营养期： 或者不记； 2.花蕾期或抽穗期：； 3.开花期或孢子期： O 4.结果期或结实期： +5.落果期、落叶期或枯黄期： 6.休眠期或枯死期： 如果某植物同时处于花蕾期、开花期、结实期，则选取一定面积，估计其一物候期达 50%以上者记之，其它物候期记在括符中，例如开花期达 50%以上者，则记 O。 实验三 群落物种多样性分析 一、实验内容： 物种多样性与均匀度分析。 二、目的要求： 掌握群落物种多样性野外调查取样和计算的基本方6 / 21 法，分析物种多样性的生态学意义及与群落的结构和功能等方面的关系。 三、主要仪器设备： 皮尺、卷尺、计算机、 GPS，野外记录表 。 四、方法与步骤： 1取样 按照实验 1 的样地取样法，所需数据为样地中种数、每个种的个体数等数据。 2. 计算 Simpson 多样性指数 该指数是 Simpson 基于概率论提出的。其计算公式如下： SP = N / ni 式中， SP 为多样性指数， N 为群落全部种的个体数，ni为第 I个种的个体数。 Shannon-Wiener多样性指数 该指数是以信息论范畴的 Shannon-Wiener函数为基础的。其计算公式如下： SW = pi log2pi 或， SW = lgN ni lgni 式中， SW 为多样性指数， pi为第 i种的个体数的百分数， N为群落全部个体总数， ni 为第 i种的个体数，为 log2 到 lg 的转换系数。 均匀度 群落均匀度是指群落中各个种的多度的均匀程度。它的计算可通过多样性指数值和该群落样地种数、个体总数不变的情况下理论上具有的最大的多样性指数值的比值来度量的。因为这个理论值实际是在假定“群落中所有种的多7 / 21 度分布是均匀的”这个基础上来实现的。 如果物种多样性是 基于 Shmpson指数，则当 ni / N = 1/s时，有最大的物种多样性，可以推导出： SPmax = s / 则物种均匀度为： E = SP / SPmax. 如果是基于 Shannon-Wiener 指数，则最大的物种多样性为： Swmax = log2 = log2 s,因此物种均匀度的计算式为： E = SW / SPmax = SW / log2 s. 实验四草本植物群落生物量测定 一、实验内容： 草本植物群落生物量测定。 二、目的要求： 掌握草本植物群落生物量测定方法。 三、主要仪器设备： 皮尺、卷尺、剪刀、烘箱、电子天平。 四、方法与步骤： 群落的生物量也称现存量，是指特定时间内群落现有的活有机体的干物质总重量。生物量的测定是把一定样方内全部植物割下称重求得。这种方法称刈割法。分层刈割法则把群落每一层的生物量分别割下称重。 首先根据群落情况决定样方大小及数目。高草通常用 3m 3m,或 5m 5m大小的样方，中草通常用 1m 1m或 2m 2m 的样方， 矮草通常用 1m 1m 或更小的样方。在样方的8 / 21 四角树以标杆，确定每层的厚度。先在样方内测定各层的光照强度，然后拉上水平线，以线的高度为准进行剪割。剪割完上层后，用同样的方法剪较下一层。剪时应尽量按照群落原有的自然状态，斜省叶片就斜着剪。如果剪掉了上层，有些枝叶翘起，应把它固定到原来的位置。每层的样本分别装在塑料袋里，包好，以防水分损失。 剪割完成后，把各层样品按叶、茎、花、果等器官分开，测定鲜重。然后用感量天平取各层鲜重 20g 左右，在烘箱中 80烘至恒重，在干燥器中冷却后用感量天平称干重。 作出群落生产结构图。 表 1 草本群落分层刈割记录 井冈山大学校园植物多样性调查 摘要：城市大学校园既是城市的一个子系统，又是一个相对独立的复杂生态系统，我们通过校园生态系统的各要素的调查情况，来分析、反映校园生态系统的结构及各生态要素之间相互的影响，从而理解城市生态系统以及植物多样性的意义。 关键词：井冈山大学，植物多样性，校园 1.野外生存常识 野外如何辨别方向 指南针 9 / 21 出野外最好带一只刻度清晰的指南 针，具体使用时需确保水平使用。 手表判断法 手表水平放置将时针指示的时间数减半后的位置朝向太阳，表盘上 12 点时刻度所指示的方向就是概略北方。假如时间是 16 时，则手表 8 时的刻度指向太阳， 12 时刻度所指的就是北方。 植物判别法 树木年轮线密集的一方是北方 , 植物枝叶茂盛的一方是南方。 如何防治毒蛇咬伤 野外时每个人必须穿好旅游鞋并打上绑腿，同时手上应拿一根竹竿或木棍，大草惊蛇。万一被毒蛇咬伤，应立即停 止伤肢活动，迅速结扎伤口近 心端，将病人送往医院救治。 几种外伤的紧急救护 如果在野外实习时，有人不慎意外头部受伤，现场自救是十分重要的。首先应判断出外伤的程度，以便采取相应的措施。如果手遭受外伤，也要进行紧急救护。踝关节扭伤是生活、工作和运动中很常见的一种外伤。当发生踝关节扭伤时，应当立即停止行走或运动，用软物如枕头、被褥等10 / 21 把伤脚垫高，再用冷水进行冷敷以减轻肿痛。 防治蜜蜂蛰咬 躲避：遇到群蜂袭来，不要乱跑，蜂飞的速度比人跑得快，要立即抱头蹲下，用书包、衣服或者手臂将身体裸露部分遮挡住 ，尤其是头颈和面部，是重点保护部位。 清洗：一旦被蜂蜇了，要用温水、肥皂水或者盐水、糖水清洗伤口，没有水时，新鲜的尿也可以。如果伤口处有残留的蜇刺，应立即拔掉。 涂药：万花油、红花油、绿药膏等都可以。将生姜、大蒜、马齿苋等捣烂、嚼烂涂在伤口处也行。 去医院：如果出现头疼、头昏、恶心、呕吐、烦躁、发烧等症状时，应立即到医院治疗。 2 样地选择 调查时间为 2016年 4 月 5 月，调查采用样方法。在井冈山大学先进性随机抽样调查，然后在确定样地的位置。我们选 择了井冈山大学校本部艺术学院前的杂草地，植被类型包括灌木和草本，地形为山地地带，地势平缓，面积约为5 5m2，在设立的样地内进行植物群落学和多样性调查。 3 植物资源调查 我们组调查的是草本层植物，记录了植物种名、株数、高度、胸径、盖度及生长状况；灌木层和乔本层的植物的种名、盖度、高度及生长状况等信息未记录。在此基础上，11 / 21 计算出显著度、相对重要值、生物多样性指数等，并进行分析讨论。 4 生命表的编制 生命表是表达种群死亡过程的有力工具。通过编制生命表，可获得有关种群存活率、存活曲线、生命期望、世代净增殖率、增长率等有重要价值的信息。我们依据生物性质划分年龄阶段，作为表中最左边的一列 x,观察同一时期出生的同一群生物从出生到死亡各年龄阶段开始时的存活情况，将观测值 nx 列再 x 值右边一栏，根据这些值即可算出表中其他栏目数据。 5不同类型群落比较研究 植物群落是指在相同时间聚集在同一地段上的各种植物群的集合。一个自然植物群落内，各物种之间的相互关系以及物种对环境的适应性是在群落的形成过程中 形成的，因此，原始的植物群落与人工 植物群落相比，在物种组成、群落结构、发展趋势以及群落内部环境方面存在差异。 通过对天然次生林群落与人工林群落的对比研究，探寻天然次生林群落与人工林群落在群落组成、结构群落的发展趋势以及生物多样性等方面的差异，充分认识自然群落在维持生态系统的生物多样性、稳定性以及对环境改造作用的重要性。 12 / 21 6植物群落的结构特性及多样性分析 生物多样性是指生物中的多样化和变异性以及物种生境的生态复杂性。 群落的结构特性 植物 群落的数量特征分析方法 植物群落调查中，必须了解各种群在群落中的数量特征，对物种组成进行数量分析是近代群落分析方法的基础。选用的描述植物群落数量特征的其他数据如下： 多度：样地内各植物种的个体数。 相对多度：某物种个体数占样地内所有物种个体数的百分比。 公式为：相对多度 =某物种个体数 /所有物种个体数 100% 频度：某物种出现于样方的次数。 相对频度：某物种的频度占所有物种频度之和的百分比。 公式为：相对频度 =某物种的频度 /所有物种的 频度之和 100% 显著度：某一物种的胸高断面积之和占样地面积的百分 比。 相对显著度：某物种的显著度占样地内所有物种显著度之和的百 分比。 13 / 21 公式为：相对显著度 =某物种的显著度 /所有物种显著度之和 100% 盖度：某物种投影面积占样地面积的百分比。 相对盖度：某物种的盖度占样地内所有物种盖度之和的百分 比。 公式为：相对盖度 =某物种的盖度 /所有物种盖度之和 100% 密度：单位面积上的植株数。 相对密度：某物 种的密度占所有物种密度之和的百分比。 公式为：相对密度 =某物种的密度 /所有物种密度之和 100% 重要值：某物种在群落中的地位和作用的综合数量指标。 计算公式为：乔木的重要值 =相对多度 +相对频度 +相对显著度 灌木的重要值 =相对高度 +相对频度 +相对盖度 物种多样性不仅反映了一个群落中物种的丰富度或均匀度，也反映了一个群落的动态特点和稳定性，以及不同的自然环境条件与群落的相互关系。 本调查采用的多样性指数为物种丰富度指数S,Simpson 指数、 Shannon-Weiner 指数和 Pielou指数。 物种丰富度指数，即出现在样地中的物种数目，是14 / 21 最简单、最古 老的物种多样性测度方法。 树种优势度即 Simpson 指数，是对多样性的反面，即集中性的度 实验一不同生态系统中生态因子的测定及其比较 、实验内容： 气温、光照强度、土壤温度、水分、容重和 pH测定的仪器与使用方法 ; 气温、光照强度、土壤温度的时空变化。 、目的要求： 熟悉生态学生态因子测定的基本仪器的使用 方法 ; 熟悉若干生态因子的时空变化特点和规律；比较分析以上生态因子在不同生态系统中的异同及其原因。 、主要仪器设备： 温度计、照度计、土壤温度计、 pH计、环刀、铝盒、土壤钻、小铲、烘箱、 50ml小烧杯、玻璃棒、土壤筛、分析天平、干燥器等。 、实验方法及原理： 研究生助教介绍照度计、土壤温度计、 pH 计等仪器使用方法和观察记录方法后，学生分成 8 组，在校园中选取不同森林生态系统，开展光照强度、气温、土壤温度、土壤容重、土壤含水量、 pH等的时空测定。 照度计：测定太阳辐射强度。一般采用照度计，它15 / 21 是利用光电原理制成的。光电池具有一个氧化层，在光的作用下，从那里放出电子，只要用一个低电阻的电流表把金属膜和金属基部相连接，就会发出一个与光强度成正比的电流。这种电池对 300-700nm 的光是不是灵敏的，而且具有反应迅速、不需要外接电源等优点。测定时，在照度计的电池槽内装上电池，把光电头插头插入仪器的插孔，打开开关及探头盖，照度计的显示屏上显示读数，待数字稳定后，把光敏探头置于欲测光源处，便可读数。显示屏的读数分 4档，每档相差 10倍。 温度计：温度包括 气温和土壤温度。主要介绍土壤温度计。土壤温度计的原 理与构造与一般的水银空气温度计相似，所不同的是土壤温度计一端弯曲，以便读数。土壤温度计有不同长短的一组温度计组成，以测定不同深度的土壤温度。测定时，在土壤表面挖不同深度的小坑，把不同深度的温度计埋至不同的深度，把土填回，用手压实，一小时后便可读数。 pH计： pH 计有多种类型，可根据精度的需要选用不同的 pH计。本实验使用 PHB-3便携式 pH计。该仪器体积小，便于携带，使用方便，测量精度为。测量时，先用标准溶液对仪器进行校正。校正后，用 纯净水冲洗测定电极并用干净纱布拭干，便可对被测溶液进行测定。 土壤水分测定：两个目的，一是为了解土壤的实际16 / 21 含水状况，分析生态系统的水分动态及贮水能力。二是风干土样水分的测定，为各项分析结果计算的基础。前一种田间土壤的实际含水量测定，目前测定的方法很多，所用仪器也不同。 风干土中水分含量受大气中相对湿度的影响。它不是土壤的一种固定成分，在计算土壤各种成分时不包括水分。因此，一般不用风干土作为计算的基础，而用烘干土作为计算的基础。分析时一般都用风干土，计算时就必须根据水分含量换算成烘干土 。 测定时把土样放在 105 110的烘箱中烘至恒重，则失去的质量为水分质量，即可计算土壤水分百分数。在此温度下土壤吸着水被蒸发，而结构水不致破坏，土壤有机质也不致分解。 群落内外太阳辐射强度及其变化：由于太阳和地球相对位置的不断变化，以及地球表面大气层吸收、反射和散射介质的差异，太阳辐射具有时空上的显著差异。植物群落由于叶子对光的吸收、反射和散射，植物群落内外的太阳辐射也有显著的不同。测定时，在群落内外随机确定若干个测点，从早到晚每隔一定时间测定各点的光照强度。 群落内 外温度及其变化：地球表面由于太阳辐射的变化，气温也存在时空变化。植物群落由于植物枝叶的作用，气温和土壤温度的变化与群落外不完全相同，具有本身的特17 / 21 点和规律。测定时，在群落内随机确定若干个测点，群落外确定相近的 1 2个点，从早到晚每隔一定时间测定。 、具体步骤 光照强度：既观测其时间上的波动，又比较一个生态系统内部不同高度、不同生态系统之间的差异。 土壤温度：既观测其时间上的波动，又比较不同土壤深度、以及不同生态系统之间的差异。 土壤水分：比较不同土壤深度和不同 生态系统之间的差异。 土壤 pH：比较不同生态系统 0-15cm 层土壤 pH 的异同，分析原因。 空气温湿度：除了时空动态之外，还可以分析温度和湿度的相关性？ 、结果记录 光照 时间 /高度 位置 10:30 树干 1860 1600 2900 林冠中部 1780 1710 1620 林冠边缘 1770 1710 1650 林隙 12400 3380 2400 11:30 树干 2500 3800 2000 林冠中部 2500 2200 1