1、生态学实习论文生命科学学院级生物科学班 实验一 野生种群的数量调查1 实验目的1.1 学习和掌握样方法的基本操作技术和数据处理方法； 1.2 为进一步的野地实验做准备。2 实验原理野外调查和野生种群的实地监测为生态学和保护生物学研究的基本研究内容，为生态学研究者必备的工作技能之一。对种群基本生态学特征的了解和把握为相关理论研究、保护策略和开发方案的重要基础。从种群生态学研究角度看，野外调查要解决的问题基本上体现为以下几个方面：了解种群大小；掌握种群的基本特征，以预测种群的动态趋势；种群的空间分布格局及其时空动态；种群在大的景观尺度内的动态特征，如相关小种群动态及彼此间的关系等栖息地状态及变化对
2、种群结构和动态的影响；物种分布的关键地区和关键保护区域的确定；野生种群管理（控制或保护）对策的生态效应评价等。 客观条件的限制决定了对整个野生种群的全面调查统计的可行性极低。实际上，绝大多数情况下，野生种群的绝对大小是不可能精确统计的。因此，取样调查以获取种群相对大小便成为生态学研究的常用方法。实际工作中，取样方法应根据研究对象的生物学和生态学特征而灵活掌握。一般有样线法、样带法和样方法。样方法为最常用的一种研究方法，适用于不同组织层次种群或群落结构调查及其动态监测。 样方法在植物、浮游生物、鱼类、底栖动物、小型动物、土壤生物乃至大型动物的痕迹调查等方面广泛应用。选用该方法的基本原则是：调查者
3、的活动对调查对象的状态和活动影响不大；对象易于鉴定。 3 实验材料样方框、直尺、卷尺、测绳（200m）、记录本；4 实验步骤4.1 物种选择：选择泰山阳面扰动较小的坡地（防火道），经实地观测，选择易于鉴定的草本植物。4.2.选取样方：根据其密度及空间分布状况设计样方的设置方案：性状、大小、数目及空间配置等，以保证样方的代表性。4,.3.调查计数：4 人一组，合作设置样方。每人分别调查统计一个物种的个体数量及大小组成； 4.4.估算种群大小。 5 实验结果5.1.样方法实际操作中应注意的问题确定样方时应选择有代表性的地段，原则上样方中即包括所有物种，又能反映实际物种的分布与生物量的多少，另一方面
4、应与物种密度梯度成比例。大样方确定后应遵循随机固定取较小样方的方法，避免人为因素造成的误差。样方的大小要合适，太大工作量就太大，太小又缺少代表性。其大小应根据调查对象的个体大小、密度及分布状况等确定。 样方形状，经典的为方形，而圆形样方也常用。考虑到边缘效应的影响，圆形样方较好。在方便的情况下，应尽可能设置圆形样方； 样方数是一个大样方还是多个小样方，应具体分析。考虑到个体漏记，设置多个样方或重复多次调查为矫正偏差所必须； 调查频度用于种群动态调查。应根据物种生活史特征及生活习性确定调查周期及频度。 5.2.种群结构特征分析种群密度，同一地段乔木、灌木、草本植物的密度和多度依次增大，从山下往上
5、，基本上是种群密度先曾后减，但具体种有各有差别。年龄结构，为稳定型。空间分布，整体上同一海拔上呈随机分布，而小范围的，尤其是草本，又呈聚集分布的特征。5.3.样方的评价桥本选用 2020 样方，多度为 10-20 左右，大小比较合适。灌木采用 5个 55 样方，物种数量较少，样方偏小。应根据具体情况扩大样方面积。草本样方采用 11，物种较丰富，数量也较多，大小合适，有代表性。【思考题】物种的生境特征、有哪些主要伴生物种？生境特征：泰山防火道阳坡、土壤干燥、水分稀少、多沙砾、多落叶。伴生物种：律叶蛇葡萄、臭椿、山合欢、鸡桑。实验二 植物群落的物种多样性测定1.实验目的了解各类物种多样性指数的特点
6、、测度方法及其生态学意义。 熟悉并掌握常用的物种多样性指数的计算方法。 进一步熟悉样方法在生态学调查中的应用。2.实验原理物种多样性（species diversity）是群落生物组成结构的重要指标，既可以反映群落组织化水平、又可以通过结构与功能的关系简介反映群落功能的特征。 自 20 世纪初开始，越来越多的生态学家在实践中摸索着物种多样性的测度和表示方法。先后提出了诸多的测度指数。迄今为止，物种多样性指数可以大致分为三类：-多样性指数、-多样性指数和 -多样性指数。 本实验将采用被较广泛地接受的三种 -多样性指数来指导和分析天然森林群落中的植物物种多样性测定。 辛普生(Simpson)多样性
7、指数 式中：D 为多样性指数Pi 为第 I 个物种的相对丰度（占所有物种总个体数的百分比）S 为物种数。 香农-维纳（Shannon-Wiener）指数： 式中：H 为多样性指数； Pi、S 同上； x 根据具体需要可取 2，3，10 或 e； 种间相遇几率（PIE）或群落组织水平相互关系的指数 这是物种在随机情况下的个体之间相遇的比例。其计算公式如下：式中：PIE 为种间相遇率；N 为所有物种的个体总数；ni 为第 i 个种的个体数；S 为物种数。3.实验器材植物标本采集箱一只，卷尺(一米或三米)一把，测绳一根、测高仪。GPS手持机、计算机、计算器。4.实验步骤 每组（4-5 人）于各类型生
8、境中设样方一个，并设几个重复。样方设置：利用所学理论，于以下代表性生境分别设置样方：草地、人工林的阴坡和阳坡。样方大小：草地 1m2、林地 100 m2。调查计数各生境中样方的植物物种数，及各物种个体数。对不认识的物种采样带回实验室检索。 按表 2-1 记录并计算三种多样性指数。 数据整理，统计分析； 计算各种生境中物种多样性。比较不同生境间物种多样性的差异。5.实验结果5.1.群落描述 样方面积 物种名 个体数 D H PIE 400麻栎、侧柏、槲树 19 0.30111 0.4102 0.3301 25荆条、扁担杆、葎叶舌葡、黄连木100 0.7556 0.8001 0.7302 1求米草
9、、鸭跖草、泰山韭、鬼针草、山莴苣、鸦葱143 0.8551 0.9021 0.80255.2.各层高度 层盖度 植物种数 优势种优势种的重要值优势种的水平分布格局乔木层 3-10 0.0258 3 麻栎 0.98 呈随机分布灌木层 0.5-3 0.05 4 荆条 0.75 多随机分布草被层 0.1-0.5 0.3 6 求米草 0.99 大随机小聚集5.3.三种生物多样性指数比较香农-威纳指数和辛普森指数则包括了测量群落的异质性。香农-威纳指数借用了信息论方法。在群落多样性的测度上，就是预测下一个采集的个体属于什么种，如果群落的多样性程度越高，其不定性也就越大。在香农-威纳指数中，包含着两个成分
10、：种数；各种间个体分配的均匀性（equiability 或evenness）。各种之间，个体分配越均匀，H 值就越大。如果每一个体都属于不同的种，多样性指数就最大；如果每一个体都属于同一种，则其多样性指数就最小。 而 PIE 指数则根据中间相遇几率来计算，中间相遇几率越高表明物种多样性也高。5.4.物多样性特点分析根据数据可以看出：生物多样性乔木、灌木、草本植物依次增高。其原因主要是，乔木个体比较大，所占空间比较大，同等大小的样地中乔木个体数自然就少。生物多样性也就低了。相反草本植物，个体较小，中间及中内竞争较为缓和。物种多样性较高。【思考题】三种物种多样性指数的共同特征主要关注局域均匀生境下
11、的物种数目。实验三 植物群落的结构及影响因子分析1.实验目的熟悉植物群落调查的一些基本方法，如样方面积的确定、仪器和设备的使用； 对植物群落的种类组成、垂直结构、水平结构等有基本的认识，并能做出简单的分析； 学会植物群落命名方法，了解群落物种组成的数量特征。2.实验原理群落的结构包括群落的外貌和生活型、群落的空间格局（群落的垂直结构、水平结构、群落交错区等）及时间格局等内容。 群落的外貌（physiognomy）是指生物群落的外部形态或表相。为群落中生物与生物之间、生物与环境之间相互作用的综合反映。陆地生物群落的外貌主要取决于制备的特征，水生生物群落的外貌主要取决于水的深度和水流特征。陆地生物
12、群落的外貌是由组成群落的植物种类形态及其生活型（life form）所决定的。 植物的生活型有多种不同的定义和分类方法，其中丹麦植物学家Raunkiaer 按休眠芽和复苏芽所处的位置高低和保护方式将高等植物划分为 5个生活型：1）高位芽植物（phanerophytes）; 2) 地上芽植物（chamaephytes）；3）地面芽植物（hemicryptophytes）；4）隐芽植物（cryptophytes）; 5）一年生植物（therophytes）。 群落的垂直结构主要指群落的分层现象。陆地群落的分层与光的利用有关，森林群落可划分为乔木层、灌木层、草本层和地被层等层次。植物的幼苗则根据其实
13、际逗留的层而划入相应的层中。附生和寄生植物也划入其实际依附的层中。 群落的水平结构的形成主要与构成群落的成员的分布状况有关。大多数群落的物种多呈现出不均匀的斑块状分布。这主要决定于生境条件的异质性。 群落的时间格局指的是群落的外貌、物种组成等在时间尺度上的动态变化特征。主要受限于光、温度、湿度等生态因子的明显的时间节律性（昼夜、季节性、年际、地球大周期等）。植物群落表现最明显的就是季相，如温带草原外貌一年四季的变化，动物群落时间格局主要表现为：群落中动物的季节变化，如鸟类的迁徙、变温动物的休眠和苏醒、鱼类的洄游等。 群落交错区（ecotone）是两个和多个群落之间的过渡地带。由于交错区没有明显
14、的优势种，物种多样性往往比邻近的群落为高 3.实验器材样地：选取特定生境斑块（草地、人工林的阴阳坡）作实地调查； 仪器设备：GPS，样方框，测绳，卷尺，枝剪，野外用秤；记录表、铅笔、钢笔和标记笔。 4.实验步骤4.1.实地调查，获取基础数据实地勘查，选择合适地段，以 GPS 定位。再以测绳设定实验样方参照线。4.1.1 样方地理位置、环境特征观察记录： GPS 定位坐标； 地形地貌：山地或平原、坡向及坡度、海拔、底质类型；天气条件；松散环境异质性、群落均一性（连续性）描述； 人为干扰情况：土地利用类型、利用强度、退化程度等。 目测群落类型； 4.1.2 群落外貌观察记录： 目测优势种，林地的分
15、层等； 主要物种的生活型。 4.1.3 物种数测定： 物种数； 每种物种的个体数，要求分种逐一计数，及时记录； 4.1.4 群落和物种盖度测定： 群落的总体盖度； 优势种的盖度；4.1.5 高度： 各种植物的高度。实测或测高仪测量，及时记录；4.1.6 物候期和季相：每种所处的物候期：营养期、花蕾期、开花期、结果期、落叶期、休眠期或枯死期；几期同时出现的，以 50以上的个体的物候期记录入表；季相：以建群种所处的物候期为群落的季相；4.2.统计分析： 4.2.1 统计分析调查群落的如下特征：物种丰度（S）：各样方 S 值和总体 S 值；相对丰度（Pi）:单种个体数占总个体数的百分比；物种密度（D
16、）：株数/m2；密度比（DR）：单种密度/最大密度种的密度；相对盖度（RC）:单种盖度/所有种盖度和（）；盖度比：单种盖度/最大盖度种的盖度；相对优势度（RDE）:单种优势度/所有种优势度和（）；相对频度（RF）:单种频度/全部种的频度和（）；频度比：单种频度/建群种频度；相对高度：单种高度（均值）/所有种高度和（）；高度比：单种高度/最高种高度； 重要值（IV）:相对密度相对优势度相对频度。 4.2.2 群落结构分析： 群落的垂直结构：分层；各层高度、盖度、物种多样性； 群落水平结构：群落类型及其镶嵌格局； 群落时间结构：群落季相及其周期性变动。 4.2.3 比较几种生境的群落特征，分析群落
17、结构的主要影响因素： 分析指标：优势种、物种数、物种多样性系数、物种均匀度系数、主要物种的重要值等；对比组合： 草地人工林； 人工林阴坡人工林阳坡。5.实验结果5.1.群落的地理位置、生境状况和利用状况 地理位置：山地人工林阳坡生境状况：为山地，水分较少，土壤养分含量少。落叶较多，分解较慢，常堆积成堆。保水力强。利用状况：因为是山地，群落中物种个体较少，自然资源的利率偏低。5.2.植物群落的物种组成及其特征值华山松-刺槐针阔混交林，样地外貌季相特征明显，有一定多样性，垂直分层明显，优势种丰度高，水平分布呈一定镶嵌性，某些物种有连续性分布。具有一定空间环境异质性，外界干扰度较低。5.3.垂直结构
18、分析样地的垂直结构基本分三个层次：从上到下分别为乔木层、灌木层、草本层。这种结构有利于对光能的充分利用，灌木层对光优先利用，未被灌木层利用的光，漏下，被灌木层接收，灌木层较乔木层需光较少，能满足其生长的需要。而剩下的资源则被草本层利用。这种分布减小了中间的竞争，能充分利用空间、阳光等自然资源。是群落演替的必然结果。5.4.水平结构分析水平结构因山地海拔高度不同而表现出地域性差异。从山下往上依次为侧柏、麻栎、栓皮栎、华山松、刺槐、槲树。下为落叶阔叶林上为针阔叶混交林。【思考题】1.描述植物群落结构的基本特征参数生物多样性、丰富度：Gleason 指数、Margalef 指数、辛普生(Simpso
19、n)多样性指数、香农-维纳（Shannon-Wiener）指数、种间相遇几率（PIE）或群落组织水平相互关系的指数重要值=（相对密度+相对频度+相对优势度）/3多度、密度、盖度、频度、高度、体积、重量、优势度2.样方法和样线法的结合使用中应注意的问题样方大小和延方向应根据调查对象的个体大小、密度及分布状况等确定。样方形状应采取长方形或线性。样方数是一个大样方还是多个小样方，应具体分析。考虑到个体漏记，设置多个样方或重复多次调查为矫正偏差所必须。样方位置一方面要有代表性，另一方面应与物种密度梯度成比例；一般用于种群过度地段的测量。 调查频度：用于种群动态调查。应根据物种生活史特征及生活习性确定调查周期及频度。3.影响群落结构的生态因子竞争、捕食、干扰4.人为扰动多群落结构会产生的影响及所谓干扰顶极的生态学意义。干扰可以增加群落的物种丰富度。因为干扰使许多竞争力强的物种占据不了优势，其他物种乘机侵入。 如果要保护自然界的生物多样性，就不要简单地去阻止干扰。实际上，干扰可能是产生多样性的最有力手段之一。这种思想在自然保护、森林和野生动物管理等方面有重要意义。
