森林生态学实验指导书.doc
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福建农林大学林学院
森林生态学实验指导书
福建农林大学林学院生态环境系
14
实验一 生物气候图的绘制
水热组合状况在决定植被类弄中起着重要的作用。
Walter生物气候图解能较好地反映水、热二者综合的气候特点，是目前解释植被分布规律的一种比较理想的方法。
Walter生物气候图解主要是用月平均气温和月平均降水量的匹配关系来表示生物气候类型。
通常以月平均气温和月平均降水量为两个纵坐标（右边为降水量，左边为温度），两者之间的匹配关系为P＝2T（其中P为月平均降水量，Ｔ为月平均温度），而用一年中的12个月份作为横坐标。
实验目的：
（1）掌握生物气候图的绘制方法
（2）加深理解植被分布与气候之间的相互关系，并预测研究区域的地带性植被类型及其特点
实验器材：
1、气象资料（世界主要城市气候数据）
2、实验器材
坐标纸、直尺、铅笔、橡皮等
方法与步骤
1、气象数据的整理
2、坐标轴刻度的确定
（1）按P=2T分别建立两条纵轴（降水与温度）的坐标刻度值，每个刻度的大小视站点逐月平均温度和平均降水量的具体数值大小而定，如月平均温度曲线1刻度（即1格）等于10℃，则月平均降水刻度1格等于20mm。
若月平均降水量超过100mm，则刻度单位缩小1/10。
（2）以两条均分为12段（代表12个月）的平行直线作为横坐标，并从左至右依次标出1月、2月、3月、…12月。
3、生物气候图的绘制
根据上述确定的坐标体系以及计算出来的逐月年平均降水量和逐月年平均温度，在坐标纸上绘制年平均降水量曲线和年平均温度曲线，并标定图示。
（1）将降水曲线与温度曲线相交的区域填充不同的标示符。
如果温度曲线在上，降水曲线在下，两者间的区域表示干旱区，将此区域用小黑点填充。
（2）如果温度曲线在下，降水曲线在上，两者间的区域表示湿润期，将此区域用细黑竖线填充。
（3）月平均降水量超过100mm的区域用黑色填充。
（4）在降水轴的上方，标明该站点的年均温度和年均降水量。
（5）在温度轴的上方标明该站点的海拔高度和经纬度。
（6）在双线横轴上将月平均温度低于0℃的月份用斜线填充。
（7）在气候图解的左上方注明站点的名称。
原始数据见附录。
实验二 环境因子对植物形态结构的影响
一、实验目的：
1、掌握生长在不同环境下的植物形态结构的特点，理解植物形态结构是如何适应于其生境特征。
掌握从植物外部形态及生长，生境特点上鉴别植物耐荫性的方法。
2、理解植物器官的结构特点对植物生长发育及其环境适应的意义。
初步判定植物对光照强度的适应类型.
二、实验原理：
在植物的生长发育过程中，光和水是极其重要的生态因子。
根据植物与其生境中水分的的关系，把植物分为水生植物、陆生植物（包括了中生植物和旱生植物）。
水生植物依据其生活型又可分为沉水植物、浮水植物和挺水植物。
生长在不同环境中的植物，在演化过程中会形成一些适应环境的结构特征，其中以叶的结构变化最为显著。
叶子是植物的重要器官，它有两大生理功能，光合作用和蒸腾作用。
蒸腾作用是根系吸收水分的动力之一，植物根系吸收的矿物质主要是随蒸腾液流上升并转运到植物体的其他部位。
另外，蒸腾作用也能降低叶片的表面温度，从而使叶子在强烈的日光照射下，不至于因温度过分升高而受损伤。
但蒸腾作用会消耗很到植物体内的水分，因而植物根系吸收的水分和叶片蒸腾作用消耗的水分之间需达到一个等量的状态，即水分平衡状态。
植物在长期的进化过程中，逐渐形成了防止水分散失的结构，如叶表面的角质层，密生绒毛，气孔下陷或形成气孔窝，叶片内储水组子发达等，都是为了适应保持水分，减少水分蒸腾的特征。
植物生活于不同的生态环境中其叶片的这些适应性结构不同，形态变化也较大。
阳光，是植物光合作用的能量来源，但是由于植物长期适应不同的环境条件，不同的植物需要光的强度是不同的。
根据植物对光照强弱不同的要求，可把它们分为阳性植物（喜光植物，或“习光植物”），和阴性植物（喜阴植物，或“习阴植物”）两大类。
阳地植物与阴生植物是生长在不同光照强度环境中的植物，由于叶是直接接受光照的器官，因此，受光照强度的影响，也就容易反映在它们的形态和结构上。
又因为具有相同基因型的植物若长期生活在不同的生态环境中，会出现结构和生理的趋异性；而不同基因型的植物生活在同一环境中，又会出现趋同性，所以，即使是同一植物，因叶所处位置的光照不同，也会有阴生与阳生的差异。
一般来说树冠上部和向阳一面的叶，具阳生叶特征；而树冠下部和阴面的叶则具阴生叶的特点。
由此也可以看出叶是最具变化的器官。
表1 不同植物耐荫性类型的主要差异
特征
阳性植物
阴性植物
1、外观
①冠形
伞形
圆锥形
②枝叶分布
稀疏，透光度大
浓密，透光度小
③叶型
一般只有阳生叶
有阴阳叶或只有阴生叶
④枝下高
大，自然整枝强
小，自然整枝弱
⑤相对高
较小
较大
2、生长发育
①生长
较快
较慢
②开花结实
较早
较晚
③寿命
较短
较长
3、生境特征
干旱贫瘠土壤
湿润肥沃土壤
4、群落
①群落内天然更新
少或无
多
②自然稀疏
出现早，强度大
出现晚，强度小或无
5、生理
①光补偿点
高
低
②光饱和点
高
低
③叶绿素a/叶绿素b
较大（喜直射，利用红光）
较小（喜散射，利用蓝紫光）
④可溶性蛋白含量
较高
较低
其它参考
树冠的叶幕区稀疏透光，叶片色淡而质薄，如果是常绿树，其叶片寿命较短的为阳性树。
叶幕区浓密，叶色浓而且质地厚的，如果是常绿树，则叶可在树上存活多年的为耐荫树；常绿性针叶树的叶呈针状的多为阳性树，叶呈扁平或呈鳞片状而表、背区别明显的为耐荫树；阔叶树中的常绿树多为耐荫树，而落叶树种多为阳性树或中性树。
表2 阳生叶与阴生叶形态、解剖及生理特性比较
特征
阳生叶
阴生叶
叶片形态
厚而小
薄而大
叶片颜色
较浅
较深
角质层
发达
不发达
栅栏组织
较厚或紧密
较薄或稀疏
气孔
较密较小
较希较大
叶脉
较密
较稀
叶绿素含量
较少
较多
蒸腾作用
较强
较弱
光补偿点、饱和点
高
低
三、实验材料：
校园内生长在不同生境条件下植物种类
四、方法与步骤：
1、在校园内选择20种完全展叶的成年植物（包括乔木和灌木），分别按下列指标分级进行观测，结果填入”结果1-1”中。
生活型：
乔木（针叶、阔叶、常绿、落叶）、灌木（常绿、落叶）
冠形：
伞形、近伞形、近圆锥形、圆锥形。
枝叶分布：
稀疏、较稀疏、较浓密、浓密。
透光度：
枝叶透光面积占树冠面积的百分比。
叶型：
“阳生叶”－只着生阳生叶；“阳、阴”－有阳生叶和阴生叶分化；“阴生叶”－只着生阴生叶。
枝下高（m）：
最下一轮活枝到地面的高度。
冠高比：
树冠长度与树高之比。
相对高：
植物株高（树高m）与基径（胸径cm）之比。
生长速度：
快，较快，较慢，慢。
开花结实：
早，较早，较晚，晚
寿命：
短，较短，较长，长。
生境：
干旱贫瘠，较干旱贫瘠，较湿润肥沃，湿润肥沃。
2、综合考虑各观测指标，对20种植物的耐荫性按由强到弱的顺序（1，2，3，…）排序；
3、根据各植物的耐荫性顺序，并结合年龄、气候、土壤条件对耐荫性的影响，确定不同植物的耐荫性类型（阳性植物、中性植物、阴性植物）
结果1-1 植物耐荫性鉴别调查记录表
种名
生活型
冠形
枝叶分布
透光度
叶型
枝下高
冠高比
相对高
生长速度
开花结实
寿命
生境条件（包括所处位置）
排序
类型
结果1-2 植物阳生叶、阴生叶形态、解剖结构特征观察记录表
特征
海桐
樟树
夹竹桃
阳生叶
阴生叶
阳生叶
阴生叶
阳生叶
叶片形态
长度（cm）
宽度（cm）
厚度（cm）
叶片颜色
栅栏组织
层数
紧密度
气孔
相对密度
相对大小
叶脉相对密度
其它特征
实验报告要求：
1、写出小组成员姓名（以3人一组为宜），根据调查记录表分析你所调查植物的耐荫性及对光适应的典型特征。
简要说明根据植物生长发育过程中对光照强度的不同适应性在栽培管理及群落配置的应用上应注意的问题.
2、附上植物耐荫性鉴别调查记录表（不少于20种）
实验三 植物群落内生态因子测定
生态因子是指环境中对生物的生长、发育、繁殖和分布能产生直接或间接影响的环境要素。
各种生态因子构成生物的生态环境，而生物个体或群体在某一个地段上所占有的生态环境就是它的生境。
在长期的进化过程中，植物不仅逐步适应了其所在的生境，而且对其生境能产生某种程度的改造作用。
因此，植物与生态因子的相互关系是生态学研究的基本内容之一，并已经在实践中得到广泛应用。
本实验通过对太阳辐射强度、温度、湿度、水分、土壤等生态因子的测定，使学生掌握几种常见的生理生态测定仪器的工作原理及使用方法，并通过不同群落或同一群落不同部位生态因子的质量和数量的比较，认识植物与环境之间的相互关系。
一、 实验目的：
１、熟悉光照强度、温度和大气湿度等相关仪器的使用和测定方法，加深对生态因子相互联系规律的认识，为今后野外实习奠定基础。
２、选择不同地段让学生进行实际操作测定，比较不同下垫面小气候的差异及不同高度条件下光强及温度的变化特征。
二、实验器材：
照度计、通风干湿表、数字温湿度计、数字微风仪、针式土壤温度计、海拔仪等。
三、实验方法与步骤：
（一）光照强度的测定
1、选取有林地和空旷无林地静态测定光照强度
2、按照图1的样方配置在有林地内选择测定点5个，在每个测定点分别10cm、50cm、150cm高度的光照强度（高度应一致），并记录每次测定的数值（要求15分钟内测定完毕），填入表1。
1方方方方方1
5
4
3
2
图1.有林地内的样方配置
3、在同一时间（尽可能做到同时测定才具有可比性），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，并记录好每次测定的数值。
表1不同样点光强变化
样点
高度
1
10cm
50cm
150cm
2
1）2）3）4）
1）2）3）4）
1）2）3）4）
3
1）2）3）4）
1）2）3）4）
1）2）3）4）
4
1）2）3）4）
1）2）3）4）
1）2）3）4）
5
1）2）3）4）
1）2）3）4）
1）2）3）4）
（二）温湿度的测定
与上述测定的地点相同，实施下述内容的测定：
1、大气温度的测定
（1）群落内外温度差异观测
选定一处正常生长的植物群落，在群落内分为乔、灌、草三个层次高度进行观测（注意各层应统一高度），各3个重复。
群落外选取1.5m高处进行测量。
表2群落内不同层次温度变化
群落层次
重复
1
2
3
乔木层
灌木层
草本层
（2）植株各部位温度观测
选择1-3株健康的全光照下生长的树木进行植物个体不同部位的温度观测。
观测部位包括树干、叶、芽、花等。
使用手持式点温湿度计进行3次重复测定，填入表3。
表3植株各部位温度记录表
部位
重复
1
2
3
树干
叶
芽
花
2、大气湿度测定
在群落内均匀选取5个点，在1.5m测定其湿度，同时在空旷无林地的1.5m高处，随机选取5个点，测定空气湿度，并记录每次测定的数值。
（三）风速的测定
（1）在上述同样的林地中，在测定光强相同的样点上，在1.5m的高处，用风速测定仪分别测定每点的风速。
（2）同时在空旷无林地，随机选取5个点，测定每个点的风速，并作好记录。
注意事项
有林地与对照地的环境生态因子测定一定要在相同的时间进行，这样获得的数据才具有可比性。
思考题
植物群落内不同高度光强的变化特点及不同层次温度的变化特征以及树木不同部位其温度的变化规律，试分析造成此种差异的原因。
实验四 种群生命表和年龄结构的编制
生命表是系统记载和分析种群生死动态的一览表，是研究种群数量动态和进行预测预报的有力工具。
通过生命表的组建和分析，不仅可以直观考察种群数量动态的一系列特征，如种群各年龄的存活数和存活率、死亡数和死亡率、死亡原因、出生率、生命期望等，而且可以进一步了解种群数量动态的内在规律和机制，如分析种群的存活动态、估计特定条件下种群的增长潜力和种群数量消长的趋势。
一、实验目的
1、掌握生命表分析的基本原理和方法。
通过给定种群各年龄时期的存活个体数，计算生命表各特征值，理解种群生命期望的含义，领会生命表的生态学意义，并对生命表进行合理分析。
2、进一步提高建立数学模型和设计图表来处理复杂的生态数据的意识和能力。
二、实验方法与步骤
（一）种群生命表编制及其分析
1、划分年龄阶段：
根据研究物种的生活史特征，划分年龄组。
人通常采用5年为一年龄组；盘羊、鹿等以1年；鼠类以1个月为一年龄组。
对于一年生昆虫等则根据个体发育的特征（如若虫的龄期）具体划分年龄组。
2、调查各年龄段开始时的个体存活数，详细记录得生命表的原始数据nx。
3、据原始数据nx计算并填写生命表的其它各项特征值，完成表格（dx、lx、Lx、Tx、ex），并得出研究种群的生命期望ex。
现以一虚拟种群的动态生命表为例，说明其编制方法：
许多生命表常采用以1000个体为基础计算，或经过标准化而将n1转化为1000（如表4-1），表中各栏数据的演算及其关系如下。
表4-1一个假定种群的动态生命表结构
年龄（x）
期初存活个体数（nx）经标准化后的lx
期间死亡个体数（dx）
x-（x+1）期平均存活数（Lx）
存活个体的年龄时间总和（Tx）
个体的平均存活期望（ex）
死亡率（1000qx）
log（lx）
1
1000
300
850
2180
2.18
300
3
2
700
200
600
1330
1.90
286
2.858
3
500
200
400
730
1.46
400
2.70
4
300
200
200
330
1.1
667
2.48
5
100
50
75
130
1.3
500
2
6
50
30
35
55
1.1
600
1.70
7
20
10
15
20
1.0
500
1.30
8
10
10
5
5
0.5
1000
1
表中Lx表示从x到x+1龄期的平均存活个体数，如L1=（1000+700）/2=850，L2=（700+500）/2=600，余类推；
Tx表示龄期x及其以上各年龄级的个体存活总年数，如表中结果，由表Lx底栏逐渐向上累加Lx得到Tx值。
平均期望寿命ex值是表示到某个年龄的动物，平均还能活多长时间的估计值。
用Tx除以存活个体数目（nx）就能得到平均期望寿命ex值，如表中第一栏的2.18表示1000个个体能平均活2.18年。
4、存活曲线绘制：
以年龄x为横坐标、lgnx为纵坐标作图进行分析。
（二）人口年龄结构图绘制
根据现有数据绘制人口的年龄结构（包括性别比）绘制（以人口统计数据为基础）（见PPT）
三、基础数据
表4-2根据调查某地斑羚数据编制生命表
年龄（X）
存活数标准化（lx）
死亡数（dx）
从x到（x+1）期的平均存活数（Lx）
Tx
期望平均年龄（ex）
死亡率
（1000qx）
log（lx）
0
1000
1
945
2
880
3
865
4
800
5
735
6
415
7
249
8
132
9
99
10
66
11
33
12
0
附录
世界主要城市气候数据
1961——1990年世界各地气温（oC）、降水（mm）月均值
巴黎〔法国〕气候数据
气象站位置：
北纬49.0度，东经2.5度，海拔65米
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均气温
3.5
4.5
6.8
9.7
13.3
16.4
18.4
18.2
15.7
11.8
6.9
4.3
降水量
54.3
46.1
53.5
46.5
63.3
57.8
53.6
51.6
53.8
55.5
55.8
55.6
伦敦〔英国〕气候资料
气象站位置：
北纬51.2度，西经0.2度，海拔59米
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均气温
3.5
3.8
5.7
8.0
11.3
14.4
16.5
16.1
13.8
10.7
6.4
4.5
降水量
78.0
51.0
61.0
54.0
55.0
57.0
45.0
56.0
68.0
73.0
77.0
79.0
开罗〔埃及〕气候资料
气象站位置：
北纬30.1度，东经31.4度，海拔64米
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均气温
13.6
14.9
16.9
21.2
24.5
27.3
27.6
27.4
26.0
23.3
18.9
15.0
降水量
7.0
4.0
4.0
2.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
1.0
3.0
5.0
雅典〔希腊〕气候资料
气象站位置：
北纬37.9度，东经23.7度，海拔15米
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均气温
10.2
10.5
12.4
16.0
20.6
25.0
27.8
27.6
24.3
19.3
15.4
12.0
降水量
45.2
47.8
44.3
24.8
14.4
6.0
5.6
8.1
9.7
47.8
50.8
66.3
阿斯旺〔埃及〕气候数据
气象站位置：
北纬24.0度，东经32.8度，海拔193米
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均气温
15.3
17.5
21.8
27.0
31.4
33.5
33.6
33.2
31.2
27.7
21.5
16.9
降水量
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
新加坡〔新加坡〕气候数据
气象站位置：
北纬1.4度，东经104.0度，海拔16米
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均气温
25.8
26.4
26.8
27.2
27.5
27.4
27.1
27.0
26.8
26.8
26.3
25.7
降水量
198.0
154.0
171.0
141.0
158.0
140.0
145.0
143.0
177.0
167.0
252.0
304.0
布宜诺斯艾利斯〔阿根廷〕气候数据
气象站位置：
南纬34.6度，西经58.5度，海拔25米
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均气温
24.5
23.4
21.3
17.6
14.4
11.2
11.0
12.3
14.4
17.2
20.3
23.0
降水量
119.0
117.6
134.1
97.0
73.6
62.6
66.3
69.8
73.3
119.0
108.6
105.0
纳里扬马尔〔俄罗斯〕气候资料
气象站位置：
北纬67.6度，东经53.0度，海拔12米
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均气温
-18.9
-17.3
-11.9
-7.6
-0.5
7.3
13.3
10.3
5.6
-2.1
-9.7
-14.3
降水量
25.8
21.2
20.2
23.3
31.3
40.1
48.2
62.6
51.4
43.9
37.0
30.0
比尔马〔尼日尔〕气候资料
气象站位置：
北纬18.7度，东经12.9度，海拔357米
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均气温
17.0
20.0
24.3
29.2
32.3
33.3
33.3
33.0
31.3
27.6
21.9
18.1
降水量
0.1
0.0
0.0
0.0
0.0
1.7
2.2
7.1
1.0
0.2
0.0
0.0
巴马科〔马里〕气候资料
气象站位置：
北纬12.5度，西经7.9度，海拔381米
1月
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