生态学综合实验讲义

实验一 物种多样性测定１ 实验目的通过对不同地区植物（动物：与植物方法相同）种类及个体数量的分析，比较各地区物种多样性的差异；了解各物种多样性指数的特点和生态学意义；熟悉和掌握最常用的指数：Shannon-Wiener 指数的计算方法。

２ 实验器材米尺、计算器、植物采集箱、笔等３ 实验方法与步骤 3.1 野外调查（1）每两个学生为一组，确定调查的生境（如草地、树林、农田等），并选择合适的样地位置。

（2）样地面积应根据最小面积法确定，一般在植物中，草本植物可用1⨯1m 2样地，灌木可用5⨯5m 2样地，乔木则可根据具体情况，适当加大尺度，如可考虑20⨯20m 2样地。

（3）统计样方内动植物的种类及其个体数，记录到表格中（见附表1）。

3.2 数据处理按野外调查数据，分别计算出物种丰富度指数（D ）、Shannon-Wiener 指数（H ）和Simpson 指数（D ）。

（1）物种丰富度指数（D ），计算公式如下：N S D lg )1(-=式中：D ——物种丰富度指数；S ——物种数目；N ——所有物种个体数之总和。

（2）Shannon-Wiener 指数（H ），计算公式如下：i si i p p H 21log ∑=-=式中：H ——物种多样性指数；S ——物种数目；Pi ——第i 物种的个体在全部个体中的比例。

式中对数的底可取2、e 和10，但单位分别为：nit, bit 和dit 。

（3）Simpson 指数（D ），计算公式如下：∑=-=si iP D 121式中：D ——Simpson 多样性指数；S ——物种数目；Pi ——第i 物种的个体在全部个体中的比例。

４ 思考题1. 不同环境中物种多样性的差异程度及其形成原因分析。

2. 各类多样性指数计算结果的差异及分析。

3. 样方面积的大小对多样性指数的影响。

表1物种多样性调查记录表实验二生态因子的测定1实验目的本实验通过对光的照度、气温、土壤温度以及空气湿度等生态因子的测定，使学生掌握几种常见的生态测定仪器的工作原理及使用方法，并通过不同生境生态因子的比较，认识植物与环境之间的相互关系。

1 生态学ecology (eco + logy)一词来源于希腊语oikos + logos，最早提出生态学概念的是德国生物学家海克尔E. Haeckel（关于“有机体与其周围环境相互关系”的研究。

）
2 美国生态学家E.Odum（1956）提出的定义是：“生态学是研究生态系统的结构和功能的科学。

”汉语〈生态学〉为日本东京帝国大学三好学教授（1895年）所译的名词，由武汉大学张挺教授引入我国。

我国著名生态学家马世骏认为：“生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学。

”
3生态学的研究对象：从分子到生物圈。

对4个层次特别感兴趣：个体、种群、群落和生态系统。

空间尺度、时间尺度和组织尺度
4 根据研究对象的分类学类群划分植物生态学动物生态学微生物生态学陆生植物生态学哺乳动物生态学昆虫生态学地衣生态学等；根据研究对象的生境类别划分：陆地生态学（Terrestrial Ecology）海洋生态学（Marine Ecology）淡水生态学（Freshwater Ecology）岛屿生态学（Island Ecology）
5公元16世纪以前生态学的萌芽时期，公元17世纪至19世纪生态学的建立时期，20世纪初至20世纪50年代生态学的巩固时期，20世纪50年代至现在现代生态学时期。

6 生态学的研究方法：原地观测①野外考察：②定位观测：③原地实验；受控实验(实验室模拟系统：微宇宙实验、人工气候箱等)；生态学的综合分析方法①资料的归纳和分析②生态学的数值分类和排序③生态模型和模拟。

实验一生态环境中生态因子的观测与测定一、实验目的1、熟悉太阳辐射仪的使用方法2、熟悉风速测定仪的使用方法3、掌握干湿球温度计的测量原理与方法二、实验器材太阳辐射仪（或照度计）、干湿球温度计、风速测定仪等。

三、实验内容1、太阳辐射量调节太阳辐射仪到水平位置，连接辐射仪与辐射电流表；或调整照度计至“0”的位置，测下列项目：（1）总太阳辐射量将太阳辐射仪的探头直接暴露于太阳辐射下，待辐射电流表稳定后，记录读数，通过换算得出总太阳辐射量。

（2）散射辐射量在太阳辐射仪上面的一定高度，用黑色遮阳板遮住太阳辐射的直射部分，待辐射电流稳定后，记录读数。

（3）直射辐射量等于太阳总辐射与散射辐射量之差。

（4）地面反射辐射量将太阳辐射仪探头朝向地面，并与地面平行，待辐射电流表读数稳定后，记录读数。

（5）单位：英尺烛光是指距离一烛光的光源（点光源或非点光源）一英尺远而与光线正交的面上的光照度，简写为1ftc（1lm/ft2，流明/英尺2），即每平方英尺内所接收的光通量为1流明时的照度，并且1ftc=10.76lux。

2、湿度单独测定湿度的常用温度计有通风干湿球温度计和露点温度计。

干湿球湿度计的原理：干湿球温度计包括两个温度探头，其球部并排暴露在空气中。

干球温度探头直接露在空气中，湿球温度探头用湿纱布包裹着。

其测湿原理就是，在一定风速下，湿球外边的湿纱布的水分蒸发带走湿球温度计探头上的热量，使其温度低于环境空气的温度；而干球温度计测量出来的就是环境空气的实际温度，此时，湿球与干球之间的温度差与环境的相对湿度有一个相应的关系。

测定步骤：干湿计放置距地面1.2～1.5米的高处。

在测定温度时，棉纱套用蒸馏水湿润，当空气流通过时会造成蒸发，而由蒸发失热必然造成稳定的降低，这样就与实际的温度形成温差。

干湿球温度的读数是在湿球已变为稳定的最小值时进行的。

由该湿度计所附的对照表就可查出当时空气的相对湿度。

例如，设干球温度计所示的温度是22℃，湿球温度计所指示的是16℃，两球的温度差是6℃，可先在表中所示温度一行找到22℃，又在温度一行找到6℃，再把22℃横向与6℃竖行对齐，找到数值54。

生态学实验实习指导手册浙江林学院生态学科二○○七年一月目录实验一植物群落内生态因子的测定 (2)实验二不同树种的比叶面积测定 (4)实验三种群空间分布格局的调查分析 (6)实习一森林群落调查实习之一——样方法 (8)实习二森林群落调查方法之二点一象限法 (18)实习三森林群落调查方法之三——样线接触法 (22)实验一植物群落内生态因子的测定植物群落与环境是不可分的。

任何一个植物群落在形成的过程中，植物不仅对环境具有适应能力，而且对环境也有巨大的改造作用。

随着植物群落发育到成熟阶段，群落的内部环境也发育成熟。

植物群落内的环境因子如温度、湿度、光照强度等都不同于群落外部。

植物群落内的各生物物种在它们自己创造的环境中，井然有序地生活着。

不同的植物群落，其群落环境因子存在明显的差异。

【实验目的】（1）在掌握光照强度、温湿度测量仪器的使用和测定方法的基础上，对不同类型植物群落内的光照强度、湿度和大气湿度等生态因子进行测定。

（2）认识不同植物群落内部生态因子以及植物群落与裸地间生态因子的差异。

【实验器材】便携式光照度计，温湿度记录仪，风速测定仪，钢卷尺。

【方法与步骤】（一）植物群落内光照强度的测定（1）选取针叶林、阔叶林与竹林三种不同类型的群落。

（2）分别在针叶林、阔叶林与竹林下，从林缘向林地中心均匀选取5个测定点，用照度计测定每一点的光照强度，并记录每次测定的数值（见表1-1）。

（3）选择一空旷无林地（最好地面无植被覆盖）作为对照，随机测定5个点，用照度计测定裸地的光照强度，并记录每次测定的数值。

（二）植物群落内温湿度的测定在上述同样针叶林、阔叶林与竹林三种不同类型的群落以及对照地中，实施大气温湿度的测定：（1）从林缘向林地中心在1.5m高处，均匀选取5个点，测定每一点的温度和湿度，并记录每次的数值（见表1-2）。

（2）同时在空旷无林地的1.5m高处，随机选取5个点，测定空气温度和湿度，并记录每次测定的数值。

实验一、大气环境污染物含量的测定一、大气中总悬浮颗粒物的测定（重量法）（一）实验原理通过空气采样器，以恒速抽取定量体积的空气，空气中粒径小于100 μm的悬浮颗粒物，被截留在已恒重的滤膜上。

根据采样前、后滤膜重量之差及采样体积，计算空气中总悬浮颗粒物的浓度。

（二）仪器和材料中流量采样器（流量50～150 L min-1），滤膜（超细玻璃纤维滤膜或聚氯乙烯滤膜），镊子，恒温恒湿箱，精密电子天平。

（三）实验步骤1. 采样（1）每张滤膜使用前需用光照检查，不得使用有针孔或任何缺陷的滤膜采样。

（2）将选好的滤膜放在恒温恒湿箱中平衡24 h，取出滤膜，30 s内称完，记下滤膜重量W0（g）（精确到0.1 mg）。

（3）在选定的样点，安装好空气采样器，打开采样头顶盖，取出滤膜夹，擦去灰尘。

将滤膜“毛”面向上，放在滤膜支持网上，放上滤膜夹。

对正，拧紧，使不漏气。

（4）仪器设定标准时间的设定：仪器使用说明书5.3.9。

采样开始时间：仪器使用说明书5.3.10。

采样持续时间：仪器使用说明书5.3.11。

流量：仪器使用说明书5.3.13。

（5）测定日平均浓度一般从8：00开始采样至第二天8：00结束。

记录采样流量和采样时间，同时读取现场气温和气压。

将有关参数记录在表1中。

数据记录方法查询：当仪器处于采样状态，按查询键，可查出各采样参数；采样结束，停机，按查询键，可查出各采样参数。

打印：仪器可连接打印机，输出和打印数据。

（6）样品采完后，打开采样头，用镊子轻轻取下滤膜，采样面向里，将滤膜对折，放入表面光滑的纸袋中。

2. 样品测定将采样后的滤膜放入恒温恒湿箱中平衡24 h，然后称重，30 s内称完，记录下滤膜重量W1 （g）（精确到0.l mg）。

有关参数及结果记录在表1中。

（四）结果计算(W1－W0)×1000总悬浮颗粒物含量（TSP，mg m-3）= -------------------------V r式中：W1为采样后的滤膜重量（g）；W0为空白滤膜的重量（g）；V r为换算为参比状态下的累计采样体积（m3）。

实验一鱼类对温度、盐度耐受性的观测【实验目的】（1）认识并练习判断生物对生态因子耐受性范围的方法。

（2）认识不同鱼类对温度、盐度等因子的耐受限度和范围不同，这种不同的耐受性与其分布生境和生活习性密切相关，加深对Shelford 耐受性定律的理解。

（3）认识影响鱼类耐受能力的因素。

【实验器材】1、实验动物：鲤鱼（Cyprinus carpio）、鲫鱼（Carassius auratus）等。

2、设备与试剂光照培养箱、温度计、天平、加热棒、容纳箱、玻璃棒等【方法与步骤】1、观察动物对高温和低温的耐受能力（1）建立环境温度梯度（5℃，室温20~25℃，35℃）。

（2）对实验动物称重，并记录其种类、驯化背景等。

（3）将鲤鱼和鲫鱼各6条分成一组，分别暴露在5℃、室温和35℃下30分钟。

观察行为。

如果正常，则停止观察；如有异常，则观察在该温度条件下动物死亡数达到50%时所需要的时间。

如果动物明显不动，则可认定死亡。

注：将动物放入低温（高温）环境中后，如果动物马上出现死亡，说明温度过低（或过高），应适当提高（降低）2~3℃再观测。

同时观察并比较室温条件下各鱼的行为。

（4）将鱼类在高温和低温出现死亡的温度条件下死亡率随时间的变化记录在表1-1中。

表1-1 极端温度下不同鱼类死亡率随时间的变化2 观察不同淡水鱼类对盐度的耐受能力（1）建立盐度梯度（20‰，30‰，40‰)。

（2）对实验动物称重，并记录其种类、驯化背景等。

（3）将鲤鱼和鲫鱼各6条分成一组，分别放入20‰，30‰，40‰的盐度环境中，同上观察其行为30分钟。

如果正常，则停止观察；如有异常，则继续观察在该条件下动物死亡数达到50%时所需要的时间。

如果动物明显不动，则可认定死亡。

（4）将鱼类在各盐度条件的死亡率随时间的变化记录在表1-2中。

表1-2鱼类对盐度的耐受性观测结果记录表【结果与分析】1、依据表中记录结果，以时间为横坐标、死亡率为纵坐标作图。

2、各组根据实验结果，结合谢尔福德耐受性定律等对结果进行讨论，分析各组间的差异，评估不同鱼类对温度、盐度耐受性的差异及其影响因素。

生态学实验讲义生命科学学院生态实验分室2014年1月目录一、气候因子测定（3学时）二、土壤因子测定（3学时）三、植物种间关系分析（3学时）四、校园景观格局定量分析（6学时）五、取样方法（3学时）六、种群空间结构分析（3学时）七、植物种间联结分析（3学时）八、植物群落物种多样性测定（6学时）实验目的：学会使用和掌握生态因子的观测仪器及其使用方法。

实验原理：不同的环境由于其地形、基质等的不同，导致其热量、水分等循环有其自身的特征。

尤其在野外，地形等条件变化较多，生态因子变化较快，能够及时准确地测定相关因子是野外调查需要掌握的一个基本技术。

实验指标：土壤温度、空气温度、空气湿度和太阳辐射。

实验步骤：分别采用土温计、温湿度计和照度计测定阳光直射裸地和灌丛群落两种环境下的土壤温度、空气温度、空气湿度和太阳辐射，每个因子连续观测三个小时，每隔20分钟记录一次数据，做出生态因子随时间的变化曲线。

空气温度为里地面1.5米处的气温。

讨论：①对数据进行分析，提出自己对数据规律的解释。

②对仪器操作时和测定时需要注意的地方进行讨论。

实验目的：掌握土壤因子的测定方法实验原理：土壤水分含量的多少，直接影响土壤的固、液、气三相比例，以及土壤的适耕性和作物的生长发育。

在栽培作物时，需经常了解田间含水量等土壤水分状况，以便适时灌排，利于耕作，保证作物生长对水分的需求，达到高产丰收。

土壤水分大致分为化学结合水、吸湿水和自由水三类。

自由水是可供作物利用的；吸湿水是土粒表面分子力所吸附的单分子水层，只有在转变为气态时才能摆脱土粒表面分子力的吸附；而化学结合水却要在600-700℃下才能脱离土粒。

在进行理化分析时，需要在105℃下烘干，测定烘干的土样的土壤吸湿水含量，并以烘干样品重为相对统一的计算基础。

这是因为土壤理化常规分析常按烘干样品重计算分析结果，这样就可使整个分析结果有一合理的相对性数值。

土壤容重是土壤在未破坏自然结构的情况下，单位容积中的重量，通常以克/厘米3表示。

李博主编生态学讲义第一章生态学是一门科学生态学的定义生态学的形成与发展生态学与其他学科的关系一．生态学的定义1．生态学（ecology）是研究生物与周围环境和无机环境相互关系及机理的科学。

（E.Haeckel，1866）它包括4个层次的内容：生态学的定义还有很多：生态学是研究生物（包括动物和植物）怎样生活和它们为什么按照自己的生活方式生活的科学。

（埃尔顿，1927）生态学是研究有机体的分布和多度的科学。

（Andrenathes,1954）生态学是研究生态系统的结构与功能的科学。

（E.P.Odum，1956）生态学是研究生命系统之间相互作用及其机理的科学。

（马世骏，1980）生态学是综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学。

（E.P.Odum，1997）二．生态学的形成与发展理论上：概念上的提出—→论著的出版—→学科的形成。

时间上：萌芽时期—→近代发展：4大学派的形成—→现代发展：生态系统、人类生存环境的研究。

实验技术上：描述—→定性—→定量—→模拟。

（1）生态学萌发阶段（时期）公元16世纪以前：在我国：公元前1200年《尔雅》一书；公元前200年《管子》“地员篇”；公元前100年前后，农历确立了24节气，同时《禽经》一书（鸟类生态）问世；《本草纲目》。

在欧洲：公元前285年也有类似著作问世。

（2）近代生态学阶段（公元17世纪—19世纪末）建立时期：17世纪后生态学作为一门科学开始成长。

1792年德国植物学家C.L.Willdenow出版了《草学基础》；1807年德国A.Humbodt出版《植物地理学知识》提出“植物群落”“外貌”等概念；1798年T.Malthus《人口论》的发表；1859年达尔文的《物种起源》；1866年Haeckel在他的著作《普通生物形态学》中首先提出ecology一词，并首次提出了生态学定义。

1895年E.Warming发表了他的划时代著作《以植物生态地理为基础的植物分布学》（1909年经改写成《植物生态学》）。

第一章绪论(2 学时)第一节生态学及其发展一、生态学：是研究生物与其环境相互关系的科学。

是生物学的一个分支，有人称之为环境生物学。

其学科基础是生物学。

二、生态学的发展：（1）1803年，Malthus 《人口论》研究生物繁殖与食物关系，特别分析人口增长与食物生产的关系；（2）1859年，Darwin ‘The Origin of species’提出生物进化论，“物竞天择，适者生存”的观点；（3）1866年德国学者海克尔（Haeckel）提出生态学概念，标志着生态学的诞生。

生态学的研究对象从个体生态→种群→群落→生态系统1935年英国生态学家坦斯列（Tansley）提出了生态系统的概念，标志着生态学的发展进入了近代生态学发展阶段。

三、生态学分类植物生态学理论生态学（按研究对象可分为）动物生态学按性质可分为微生物生态学应用生态学（包括农业生态学、森林生态学、景观生态学、污染生态学、数学生态学、化学生态学、土壤生态学、旅游生态学等）海洋生态学按研究的环境特点可分为陆地生态学（森林生态学、草原生态学、农田生态学）淡水生态学农业生态学作为一门应用生态学于1986年被国家教委指定为农业院校的必选课之一。

第二节农业生态学及其发展一、农业生态学概念：农业生态学是生态学在农业领域领域应用的一个分支学科，是运用生态学的原理及系统论的方法，研究农业生物与其自然环境和社会环境相互关系的应用性科学。

其学科基础是生态学，方法论基础是系统分析法。

二、农业生态学的产生和发展农业生产的实质就是利用生物与资源环境相互作用形成人类农产品的过程。

20世纪90年代，保护资源与环境，促进可持续发展成为全球经济发展的主题，农业生态学受到重视，进入新的发展阶段。

（农业本身就是利用、调节生物与环境关系的一个生态过程。

农业生态学的研究对象经历了一个从个体生态→种群→群落→农业生态系统。

农业生态系统是农业生态学的研究核心。

三、农业生态学研究的内容与任务1．农业生态学研究的内容主要研究由农业生物与其环境构成的农业生态系统的结构、功能及其调控和管理的途径。

第一章绪论一、生态学（Ecology）定义Ecology 源希腊词“Oikos”和“logos”，前者表示住所和栖息地，后者表示学科，原意是研究生物栖息环境的科学几个有代表性学者对生态学的定义：1、研究生物及环境间相互关系的科学（E.Haeckel,1866）2、研究生物形态、生理和行为上的适应（Кашкаров,1954）3、研究决定有机体的分布与多度相互作用的科学(Krebs,1972, 1985)4、研究生态系统的结构和功能的科学（E.P. Odum,1956）5、综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学（E.P. Odum,1997 ）6、研究生命系统与环境系统之间相互作用规律及其机理的科学(马世骏1980综上所述，“生态学是研究生物及环境间相互关系的科学”，其中，生物包括：动物、植物、微生物及人类本身；环境：指生物生活其中的无机因素，生物因素和人类社会。

二、生态学的研究对象生态学研究对象可以小到生物个体，大到整个生物圈。

生态学系统等级结构的每一个层次都有其独特的结构和过程，因此，每一个层次都给生态学研究增加一个不同的研究途径。

主要研究对象包括：✧分子(molecular)✧个体(individual)✧种群(population)✧群落(community)✧生态系统(ecosystem)✧景观(landscape)✧生物圈(biosphere)经典生态学的分支学科：✧按组织层次划分：分子生态学、个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学✧按交叉学科划分：数学生态学、地理生态学、生理生态学✧按应用领域划分：农业生态学、城市生态学、资源生态学、环境生态学、保护生态学、恢复生态学、旅游生态学、污染生态学✧按生物类群划分：动物生态学、植物生态学、微生物生态学、鱼类生态学、鸟类生态学✧按生物栖息环境划分：水生生态学、河口生态学、海洋生态学、陆地生态学、湿地生态学三、生态学的发展史1、生态学的萌芽时期（公元16世纪以前）以古代思想家、农学家对生物环境相互关系的朴素的整体观为特点。