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生态学实验

实验一光照强度的测定

1、原理

地球上所有生命的维持，均依靠来自太阳的辐射能，其波长范围在299nm到3000nm之间，其中，波长380nm到720nm的可见光的能量全部太阳辐射的40-50%。

绿色植物仅能吸收波长380nm到740nm的辐射。

测定太阳辐射有两种途径，第一种是测定辐射量，即入射到接收表面上的总辐射量，以热量为单位、能量单位功率单位表示，如卡/cm2.分钟。

另一种途径是测定光照强度，即物体表面所获得的光通量，以照度单位米烛光（LX）或千米烛光（kLX）表示（100kLX=1.5卡/cm.分钟）。

由于植物生理有效辐射大致与可见光谱相吻合，所以这一方法常为生态学工作者所采用。

所用测定仪器通常以光电原理为基础，如各种类型的照度计。

照度计通常由光电变换器（光探头）和读数单元两部分构成。

2、目的

1、了解测定光辐射的两种途径，掌握照度计的使用方法。

2、通过对树冠内不同高度、不同树冠及不同群落中光照强度的测定，认识植物和光的相互影响。

三、仪器设备

照度计、钢管尺、记录纸、铅笔。

4、步骤

调试：

①首先检查是否安装电池和电量。

对于ST-80B型，按下“电池检查”键，现实的数字小于75.0时，应更换机内电池。

其他型号的检查，参见其使用说明书，现在的新产品，大多能自动显示其电量是否充足。

②将光探头的光触面置于待测位置并将其插头插入读数单元的插孔内。

③按下采样键后，遵循从高档（x1000）到抵挡（x1）的顺序，先按下“x1000”档键，此时显示窗口上显示数字，该数字与量程因子的乘积即为此环境的照度值（Lx），如欲将测量数据保持，可按下“保持”键。

注意不能在未按下量程键前按“保持”键。

读完数后应恢复到“采样”状态，若在量程高档键下（x1000,x100）显示窗口上的数字为“00.x”，可换一下档量程，以提高精度。

如显示窗口的左端只显示“1”表明照度过载。

应接更大量程键，或表明在按下量程键前已误按“保持”键故应正确操作。

测量调试完毕后，将各键复位，光探头插头亦抽出。

掌握仪器使用后，分组进行下列测定：

1、树冠内不同高度的光分布：

在校园内选定树冠密实与疏散的数目各一株，分上、中、下三层测定每株各层的光强度，同时测定树冠外光强度作为对照，每一层重复6次，记入表1-1。

表1-1树冠内光强度测定结果

植物名称：

取样时间：

取样地点：

树高：

冠幅：

树冠外光强度：

观测人：

测定位置

测定次数

对照

平均

相对%

上层

699

1359

1409

1589

1485

中层

1355

1408

1363

1465

1344

下层

1344

1450

954

1353

五、讨论

1、作图比较不同树种树冠内光照强度变化规律，并讨论有关树木补偿点问题。

2、作图比较不同群落内光照强度随高度的变化规律，并加以分析。

实验二温度的测定

1．原理

在温度与植物的生态学关系分析中，大气候.地方气候的特征可依据气象资料说明，局部小气候或生境中的热状况，则通常由实地观测获得。

植物生态研究中，测量温度的仪表可分为液体温度计.金属变形温度计和电温度计。

本节只对实验室中所涉及的温度计做简要说明，如选用其他温度计可参阅有关文献。

1.水银温度计：

是野外观测中最简便的一种测温表。

由于水银熔点较高，在-38.87℃发生冻结；因此，在做低温实验时，常须配备熔点较低的酒精温度计（酒精熔点-117.3℃，沸点78.5℃）

2.通风干湿表：

装有通风导管，上端安有风扇，风扇以弹簧发条驱动，导管下端与双层金属壁的套管相连。

开动风扇后，空气从下端套管进入，经上部导管至风扇侧面排出，空气流大约以每秒2m的速度通过温度计球部。

因此，在任何情况下均可给出准确结果。

3.曲管地温表：

是测定浅层（5—20cm）土壤温度最普通的温度计，是具乳白色玻璃插入式温标的水银温度计，表杆近球部弯曲成135°的角，温度计下部的毛细管与玻璃套管之间充满棉花或草灰，其作用是消除温度表上部和埋在地下的部分间因温度不同而引起套管内空气对流而引起的读数不准确性。

一套曲管地温表包括4支不同长度的温度计，可供测5cm，10cm，15cm，20cm深的土壤温度，在更深的土层中可使用直管地温表。

二、目的

1、掌握温度表测温的一般原理。

2、通过对植物群落中气温与低温的测定，掌握测定温度的一般方法，讨论植物与温度的生态关系。

3、仪器设备

通风干湿表，沙维诺夫曲管温度表，记录纸、花锄、皮尺。

4、实验步骤

1、观测场地的选择：

在校园内或野外人选一草本植被（尽可能选择植物个体分布均匀的地段），并在临近相似地形处选择一空旷地，用于对比观测。

2、一起的安置及观测程序

观测想么的设计，包括气温、地表和地下温度完整的一组，安置各种测温表方法如下：

（1）气温：

在选定的场地内选择有代表性的观测点，牢固埋入1-3根2m长的竹竿（竹竿应比群落高），将通风干湿表，普通温度表按群落的上中下三层依次悬挂在竹竿上，并用皮尺量取各层的高度，开动下层通风干湿表发条，然后顺序向上相机开动其他二层上的发条，从第一个发条开动三分钟后，立即按仪器位置由下而上顺序读数并记录。

若只有一个通风干湿表，则分别做上述三层的测量。

由于气候随时变化，其准备性受到影响。

（2）土壤温度。

曲管温度表由东向西，由浅到深（5、10、15、20cm）排成一列，每两只间隔15cm，表球部朝北，倾斜埋入土中，露出部分用两根木棍支撑好，轻轻盖上浮土，至少五分钟后，先读取5cm深的温度表，次为10、15、20cm。

（3）与此同时，另一分组同学，在群落附近的旷地上同时进行1-3项的实验，以作为对照。

表2-1环境温度观测度数记录

日期：

2012.12地点：

生科院三楼门口观测人：

江瑶代畅史宗畔宋盼竺丽萍赵大群李一凡王小春罗端

环境一般特点：

群落特征及一般特征：

沿阶草地，荒地

各层次气温

各种深度（cm）地温

裸地

群落

裸地

群落

上

中

下

上

中

下

5cm

10cm

15cm

20cm

5cm

10cm

15cm

20cm

7.6

8.0

6.8

7.6

8.0

7.5

7.8

8.0

8.5

8.0

8.2

8.4

9.0

7.7

8.2

8.3

6.5

7.6

8.1

7.5

7.9

8.3

8.6

7.9

8.3

8.5

9.1

5、讨论

以垂直高度或深度为纵坐标，温度为横坐标作图并分析群落内与裸地间的差异及其原因。

6、说明

温度测定一般要求至少完成一个完整的日进程（24小时），因此，实验工作中，要求全日观测，从凌晨7点开始，到次日7时，每2小时读数一次，由于时间原因，本实验未安排全日观测。

实验三大气湿度测定

1、原理

不同温度下大气湿度（即大气水汽浓度）是关系到空气和动植物或土表，水面之间交换过程的重要生态因子。

在某些环境中，大气湿度可以成为有机体分布和存在的重要限制因子。

因此，大气湿度的测定对生态学家而言是比较重要的。

1、常用测量单位

（1）水汽压：

一毫米汞柱或其它常用大气压的单位表示的空气中水汽的压力，一般用e表示，最大水汽压（em）是到达一个空间与纯属米的界面平衡时的水汽压，并且是温度的函数。

（2）水汽压差或饱和差，是在空气温度下e和em之间的差。

（3）相对湿度：

是在一定温度下实际水汽压对该温度下饱和水汽压的比率。

相对湿度=e\em×100

（4）绝对湿度：

是在一定温度下每单位体积空气的水汽重量。

绝对湿度（g／㎡）=289.3e／T

式中的e为水汽的压力（毫米汞柱），T为绝对温度。

2、常用测量方法

（1）通风干湿表：

具两个温度计，其球部暴露于空气中，一个温度计球是干燥的，另一个包有湿润的棉纱套，当棉纱球用蒸馏水湿润后，开动上部风扇，3分种后记录，此时流过温度计球体的气流造成湿球上水蒸发。

该温度计的温度必然由于蒸发失热而降低。

从干湿两支温度计上可读出各自的温度，由下式得出实际水汽压：

e=em’-0.00066p（t-t’）（1+0.00114t’）。

式中，e=干球温度计的实际水汽压（毫米汞柱），em=湿球温度计的饱和水汽压（毫米汞柱），t=干球温度（℃），t’=湿球温度（℃），p=大企业能（毫米汞柱）。

二、目的

通过不同生境中大气湿度的测定，掌握测定湿度的原理与方法，了解植物对大气湿度的影响。

三、仪器

通风干湿表，自动湿度记录仪，支架，记录纸，皮尺。

四、实验步骤

观察样地的选择，仪器安装位置及观测程序均同气温的测定，将观测测值填入表中。

大气湿度的测定结果

环境

高度梯度

干球温度

（t）

湿球温度

（t’）

相对湿度

（r）

群落

上

6.9

6.0

87%

中

7.0

6.2

87%

下

7.9

7.1

90%

裸地

上

7.4

5.4

74%

中

7.8

5.8

74%

下

7.9

6.1

78%

5、讨论

作图比较群落和裸地各层次的相对湿度差异并分析差异原因。

根据上图，群落和裸地各个层次的相对湿度差异的原因是：

所测的黄葛树呼吸作用使得群落间的温度高于裸地温度，呼吸作用也会释放些水分，湿度也较裸地高，所以造成群落相对湿度高于裸地相对湿度。

实验四土壤养分速测

一、实验原理

土壤养分是环境的一个重要限制因子。

土壤养分速测是用一种简易方法，有针对性的测定土地壤有效养分的含量。

它是一种半定量性质的测定方法，可在实验室和田间进行测定，能概略了解土壤肥力情况，为农业生产、环境绿化和果蔬栽培等提供参考。

土壤养分速测程序包括样品采集、水分（%）测定，酸碱度（pH）测定、土壤有机质含量测定、土壤速效养分简易速测。

二、实验目的

掌握土壤养分速测技术

三、实验仪器及药品

铁锹（或小铲、锄头）、架盘天平，土壤盒，白瓷比色板，酸碱度比色卡、土壤有机质比色卡，吸管，玻棒，小刀，试管、火柴、10ml量筒、塑料袋、酸碱混合指示剂，4%重铬酸钾，浓硫酸、灯用酒精。

四、实验步骤

1、土壤样品的采集

（1）每块土地按对角线方式（四方形土地）或其他方式（不规则形土地可按蛇形方式）取样，至少要有五个取样点。

（2）在20cm深处取土样。

取样时，现将土地表面的植物遗体除去，用锄头或圆锹将土壤挖一垂直面，在垂直面上取土。

各点取土后，将土壤弄细、混合再用“四分法”进行缩合，留半市斤左右土样，装入塑料袋内，贴上标签，注明采集地点、深度、日期及必要的事项。

2、土壤水分（%）简易测定

（1）揭去土壤盒盖，称土壤盒重量，得到重量A（盒重）

（2）装入少许土壤（10g—20g），称重，得到重量B（盒重+土壤重）（3）在已称重的土样上先用10ml灯用酒精浸润土样（根据土样多少及干湿情况，可适量增减灯用酒精），引火燃烧，用小刀轻轻拨动土壤以助燃烧干燥。

待火熄灭后，再用3—5ml酒精，燃烧干燥2—3次，冷至常温，称至恒重（前后两次称量相差不超过0.1g），令干燥后总重量为C（盒重+干燥土样）。

（4）按下式算出水分重=B—C干土样重=C—A土壤水分（%）=水分重/干土样重·100=B—C/C—A·100（斤/100斤干土样）3、土壤酸碱度（PH）简易测定方法：

取黄豆大小一勺样品，放在干净干燥的白瓶比色板穴孔中，加入3—4d酸碱混合指示剂，使样品全部淹着，静置1—2min,观察指示剂颜色，与酸碱度（PH）标准比色卡比较，直接读出样品的酸碱度（pH）值。

4、土壤有机质含量测定

（1）样品处理称取相当于干土样0.5g的湿土，将土样放入一支干净干燥试管底部，先加入5ml4%浓硫酸，继续搅拌5min,静置20min比色、查表。

用标准吸管吸取试管内上层清夜2d,放于白瓶比色板穴孔内，观察溶液颜色，与有机质含量（%）标准比色卡比较，直接读出“比色卡读数”（土壤有机质含量（%）），从“土壤有机质含量换算表”中，直接查出对应的“每亩干土中有机质含量（万斤/亩）”。

若土壤中有机质含量已超过最高色阶（3.5%）时，可增加4%重铬酸钾溶液和浓硫酸用量各5ml,最后把查表所得数值乘2，即得结果按下式计算湿土样品的重量：

湿土重=干土重+（干土重·水分1%）

实验六种群分布格局的测定

一、原理

不同植物种群有自己特定的分布格局，这是由其生物学特性、种间关系及环境条件综合作用的体现。

种群个体分布格局一般呈随机型、均匀型和集群型分布，其判断方法为：

1、X2检验在调查时，对于所取的n个样方，每个样方中个体的平均数为X则其分散度S2（方差）为:

S2=∑[（Xi-X）2]/（n-1）。

式中Xi为第i个样方中该物种的个体数量，当S2﹤X时，为均匀型分布；S2=X时,为随机分布；S2﹥X时，为集群型分布。

2、方差/均值比率法（分布系数法）：

用于检验泊松分布（即随机分布）。

其根据是泊松分布具有方差（S2）与均值（X）相等的性质。

分布系数Cx的计算为：

Cx=S2/X,采用t检验来确定Cx的实测值与理论预期值的显著度。

t=（实验值-1）/标准误=（s2/x-1）/s

式中标准误S=2/（n-1），在d=0.05以下的显著水平上差异不显著，可认为符合泊松分布。

3、最近邻体法：

①逐一测出样区内全部个体与最近邻体间的距离后，算出平均距离rA=∑ri／n,n为样区内个体数，ri为第i个体与最近邻体的距离；②测量样区面积S；③计算密度D=n/s;④判别偏离随机分度程度，由下式计算该密度下的随机分布的平均最近邻体距离期望值rB：

rB=1/2D

计算实测距离rA与期望值rB比率R=rA／rB

此R为偏离随机分布的统计量，R=1为随机分布；R=0，表示最大聚集（即全部个体集中于一点）；R=2.1491，表示个体间隔最大，这时rA=1.0746／D，即为六方格局（），R的取值范围的[0、2.1491]；R=0.5，表示个体平均偏离随机分布期望的一半。

⑤检验rA偏离rB的显著性u=（rB-rA）/SrB。

式中Sr=0.26136Dn如u大于P=0.05水平时的u值1.96，则rA与rB。

4、最近个体法:

根据群落类型，选定不同距离的点，森林一般可选5-10m一个点，草地可选10×10cm的格子点，测定每个点到待测物种最近植株的距离Xi以及该植株到最近同种植株的距离Yi，这样形成n个点的数据集n（Xi，Yi）,测A值计算为：

A=∑Xi2/∑zYi2

当A=1，为随机（泊松）分布；A﹥1为集群分布；A﹤1可能是随机分布。

二、目的

1、掌握种群分布格局的类型及其简单的判别方法。

2、了解形成不同空间分布格局的原因。

三、设备

1m、20m卷尺，样方绳，记录纸，铅笔，1×1m2样方框，计算器。

四、实验步骤

1、选一森林样地，根据最近邻体法，最近个体法，以5m为一个点，做该样地的优势种的分布格局调查（点不得少于100个）。

2、选一荒草坡样地：

以1×1m2的样方框随机套样，计数每套样方中某种优势种的数量，套样不得少于50个，采用X2检验法、方差/均值比率法分别测算其分布格局类型。

3、同一草坡上以20×20m2为样方大小，分别用X2以检验法，方差/均值比率法作其优势种的分布格局测定。

4、同一草坡上，以20cm为点距离，按最近邻体法取样，测其优势种分布格局。

5、同一草坡上，以A值法取样，测优势种的分布格局。

五、讨论

1、比较森林样方与草坡样方中优势种的分布格局。

2、比较同一草坡中四种取样方法测定的同一优势种的分布格局有无差异，若有则分析原因。

3、说明研究种群个体分布格局的意义。

1、实验结果：

马尾松相邻体间距离表

（一）

编号

邻体间距离

1.17

1.80

1.90

1.44

2.00

2.30

1.55

1.20

1.90

0.63

编号

邻体间距离

1.47

1.76

1.14

1.47

1.78

1.23

1.70

1.80

1.72

0.72

编号

邻体间距离

1.53

1.50

1.52

2.63

1.63

1.70

1.73

2.30

结果：

平均距离