生态学实验讲义吕耀平

1、 生态学实验讲义吕 耀 平 编写丽水学院化学与生命科学学院二一三年三月 前 言 生态学学正处于蓬勃发展中的学科。随着人们对人口、环境、资源等问题的普遍重视，生态学的发展已经在世界范围内受到各界人士的普遍关注。生态学已经成为国内外大学生许多相关专业的必修课。为了做好生态学理论课程重要补充的生态学实验课程，经过多方面的努力汇编了这本讲义。生态学综合实验目的在于培养学生掌握基础生态学领域基本研究方法、手段，熟悉生态学研究的常规技术，提高学生分析和解决具体生态问题的能力和素质。该课程的设计以方法、技术为核心，旨在要求学生较好地把握书本上的理论知识如何在现实世界中通过生态学的方法和技术去获得，进而理解如

2、何综合性地利用这些基本方法和技术开展综合性研究、创造性地进行获得新的知识。 通过实验，不仅仅让学生理解理论与实际的关联性，更重要的是培养学生在生态学方面的实践技能和实验动手能力，启发学生认识自然界的生态现象、加深对生物与环境的关系的理解，提高生态学的专业素养。通过实验手段对生态学基本的知识和基本理论进行实践演练，认识生态学知识获得的基本途径和常规方法；了解常见生态观测仪器的使用操作和测定原理，熟悉观测分析技术，掌握几种重要生态因子的定量测定和综合分析方法；熟练掌握生态学中常见的环境样品的采样、制备、保存技术，掌握常见样品的化学分析和仪器分析方法和操作技术；综合应用常规单项技术，熟练应用到个体生

3、态、种群生态、群落及生态系统生态学中常见生态指标的观测和分析当中。与此同时，掌握各类数据的整合分析方法，并能结合实际情况对所得到的数据进行分析讨论。本实验讲义在编写过程中，参阅了大量文献资料，许多师生及本专业同仁为编写此讲义付出大量的心血，在此一并致谢。由于编者水平有限，书中不当之处在所难免，希望使用本讲义的的教师、学生和相关科研工作者能够为我们指出不足与错误之处，并提出好的修改建议，以便使本书更加完善。 编 者 2013年3月8日 目 录序 号实 验 项 目 名 称页 码实验一生态因子测定的若干仪器与使用方法1实验二环境（水）因子对植物结构的影响3实验三鱼类对温度、盐度耐受性的观测5实验四种

4、间竞争7实验五生命表的编制11实验六生态瓶的设计及制作12实验七土壤样品的采集、制备和保存14实验八人口预测预报16实验一 生态因子测定的若干仪器与使用方法【实验目的】熟悉生态学生态因子测定的基本仪器的使用方法。【实验内容】气温、空气湿度、光照强度、土壤温度和pH测定的仪器与使用方法。【实验器材】温度计、湿度计、照度计、土壤温度计、pH计。【方法与步骤】教师先逐一介绍照度计、温湿度计、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4组练习，熟悉各仪器的使用和观测方法。1. 照度计：测定太阳辐射强度（单位为lx, umol m-2 s-1）一般采用照度计（国产有ST80A型、ZF2型

5、），它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（单位为lx）。2. 温湿度计：空气湿度可用通风干湿温度计测定。通风干湿温度计分干球温度计和湿球温度计，前者用于测定气温，后者用于测定大气湿度。测定时，在湿球温度计下端的水槽中注满水，在温度计的探头上

6、绑上纱布，把纱布的另一端放进水槽中，然后把温度计置于欲测的地方（注意要置于空气流通处）。由于水分蒸发吸收热量，湿球温度计的温度将较干球温度计的温度低，从两者的温度差反映出空气的湿度。几分钟后，分别读取干球和湿球的温度，根据干球温度和湿球温度的大小及两者的温度差，从温度计后面的表中，便可查出相对湿度的大小。空气湿度通常用相对湿度表示。相对湿度是指在一定的温度下，空气中的实际水汽压 (e) 与该温度下空气的饱和水汽压 (em) 的比率（以百分比表示），即： 相对湿度=(e/em)×100%。3温度计：温度包括气温和土壤温度。常用的温度测量仪主要有以下四类：（1）玻璃液体温度计一般分为两类

7、，一是水银温度表，如普通温度表、最高温度表等; 另一类是利用有机液体（如酒精）制成的，如最低温度表。玻璃液体温度表用与瞬时测定，灵敏度较高。（2）自记温度计这是利用双金属片热胀冷缩而变形的原理设计而成的温度计，它不但可以记录某个时间的温度，而且可以知道某段时间内大气温度的变化情况、温度极值（最高温度和最低温度）及其出现的时间。（3）遥测温度计主要有遥测通风干湿仪和遥测土壤温度仪两种。前者用于遥测大气温度与湿度，后者用于遥测土壤温度。它们利用导线，把感应温度的探头与显示仪器相连。由于太阳辐射的时空变化，温度也有时空的变化。群落由于形成独特的群落环境，其温度的空间变化及时间变化均与群落外有显著的不

8、同。测定气温时，把温度计置于欲测的地方，数分钟后，便可读数。（4）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（注意温度计的底部与地表平行），把土填回，用手压实，一小时后便可读数。4. 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±0.02pH。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

9、极并用干净纱布拭干，便可对被测溶液进行测定。【作业】总结各仪器的使用方法、使用注意事项等。实验二 环境（水）因子对植物结构的影响【实验目的】探讨和分析环境条件对植物叶片形态结构的影响和叶片形态结构对所处环境条件的适应性；独立开展实验设计，完成所设计的实验内容，分析实验结果。【实验内容】通过对旱生叶、水生叶、中生叶以及阳生叶和阴生叶的形态与结构的解剖和观察，掌握不同生态类型的叶的形态结构特点，理解其与功能间的关系以及环境条件对植物器官结构的影响。练习徒手切片技术。通过观察不同生境条件下植物叶片的外部形态和内部结构，综合分析植物叶片的形态和结构与功能的关系，培养学生的观察能力，综合分析问题和解决问

10、题的能力。【实验原理】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多植物体内的水分,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、叶片内储水组织发达等,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

11、叶片的这些适应性结构不同,形态变化也较大。【实验器材】显微镜，双面刀片，毛笔，载玻片，盖玻片，培养皿，以及各种生境下的植物的叶子的横切面永久装片。（旱生、水生）植物：睡莲、苇叶、夹竹桃、芦荟等。【方法与步骤】一、了解相关知识点（将本课程知识点综合和多课程知识点综合分开写）1. 本课程知识点综合：叶片的基本结构、叶片的功能、植物的营养；徒手切片技术、生物绘图技术；结构与功能的统一性；2. 多课程知识点综合：植物体的形态结构与生态环境的相互统一性，植物适应环境但又受制于环境的辨证关系。二、实验设计（提示）实验设计中应注意的几个问题：对比的环境条件是否需要有较明显的区别？每一环境条件下的植物样品数量

12、？应（根据具体的植物）选取哪些形态结构指标？三、植物叶片的采集 采集不同生态类型（旱生、水生）植物的结构，观察不同生态类型植物的茎、根、叶片的外部形态特征等，并记录。练习徒手切片，制作临时装片，观察和比较不同生境下的植物叶片的结构差别，分析这种差别的生物学意义，并绘图【作业】实验报告要求：1 列表比较不同植物叶片形态结构2 说明植物叶子对生活环境（旱生、水生环境；阳地、阴地植物等）的适应性的形态结构特点。3 绘制不同生境条件下植物叶片的解剖结构图，并注明各部分名称。4 总结植物生活于不同的生态环境中其叶片的适应性形态和结构。5 分析不同生境植物叶的形态结构及其与生态环境的统一性关系。实验三 鱼

13、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。【实验内容】观察动物对不同温度的耐受能力，建立不同等级的环境温度，观察在该低温条件下随温度降低的行为反应，纪录动物死亡数达到50%所需的时间。观察不同淡水鱼类对盐度的耐受能力，并纪录动物随盐度升高的行为反应和动物死亡数达到50%所需的时间。【实验器材】1. 实验动物：金鱼(Carassius auratus) ；孔雀鱼(Poecili

14、a reticulata )2. 设备与试剂：水族箱、光照培养箱、温度计、海水精、冰、天平、纱布等。【方法与步骤】一、观察动物对高温和低温的耐受能力1. 建立环境温度梯度： 0（冰水混合 ）、室温 、31。 2. 记录其种类、驯化背景等。3. 将金鱼和热带鱼各6条分成一组,分别暴露在9、室温和35下30分钟。观察行为。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中。动物种体重/g驯化背景0（冰水混合 ）随时间(分钟)的死亡率/%室温随时间(分钟)的死亡率/%32随时间(分钟)的死亡率/%二、 观察不同淡水鱼类对盐度的耐受能力1. 建立盐度梯度(20 ,32

15、, 45)。2. 将金鱼分成每6条一组，分别放入20 ,32 ,45的高盐度环境中，同上观察其行为30分钟。进行记录并填表。动物名称体重/g驯化背景20随时间(分钟)的死亡率/%32随时间(分钟)的死亡率/%45下随时间(分钟)的死亡率/%取金鱼（或热带鱼）6条暴露在不同温度下（ 9 、室温、35） 30min观察死亡率流程1 流程2 配制盐溶液取金鱼6条放入不同盐度环境中30min观察死亡率【作业】实验报告：结果与分析实验四 种间竞争【实验目的】掌握植物竞争研究的实验原理和方法，了解植物种间竞争的特点和规律。【实验内容】两种植物之间对光照、水分和营养等的竞争。【实验器材】红萍、青萍、塑料盆、

16、完全培养液、烘箱、天平。【方法与步骤】同种或不同种的个体生长在一起，当空间、水分或营养等不足时，便会发生竞争。竞争的结果将影响植物的生长。本实验包括A、B、C三个处理。A：塑料盆装上100%和50%完全培养液，分别放入红萍2个个体。设23个重复。B：塑料盆装上100%和50%完全培养液，分别放入青萍2个个体。设23个重复。C：塑料盆装上100%和50%完全培养液，分别放入红萍2个个体，青萍2个个体。设23个重复。把上述塑料盆置于温室培养，每天记录每种植物的个体数，观察生长情况。实验结束，测定每盆每个种的生物量（80烘箱烘48h）。【作业】分析不同营养条件下两个种的竞争情况，完成结果分析和实验报

17、告。附：霍格伦德（Hoagland）液配方：（1）硝酸钙 0.821克 ；（2）硝酸钾 0.506克；（3）磷酸二氢钾 0.136克；（4） 硫酸镁 0.120克；（5）酒石酸亚铁 0.005克；把上述盐类溶解在少量蒸馏水里，然后稀释到1000毫升。实验四的拓展实验（一）： 豌豆、大豆种间竞争【实验目的】掌握植物竞争研究的实验原理和方法，了解植物种间竞争的特点和规律。【实验内容】两种植物之间对光照、水分和营养等的竞争。【实验器材】豌豆、大豆、一次性杯、复合肥、土壤、烘箱、天平。【方法与步骤】同种或不同种的个体生长在一起，当空间、水分或营养等不足时，便会发生竞争。竞争的结果将影响植物的生长。本实

18、验包括A、B、C三个处理。在各个一次性杯中装上与复合肥混合均匀的泥土。A：放入豌豆10粒。设23个重复。B：放入大豆10粒。设23个重复。C：放入大豆和豌豆各10粒（混合均匀）。设23个重复。把上述一次性杯置于温室培养，每天记录每种植物的个体数，观察生长情况。实验结束，测定每盆每个种的生物量（80烘箱烘48h）。【作业】分析不同营养条件下两个种的竞争情况，完成结果分析和实验报告。实验四的拓展实验（二）：油菜籽、车钱草种子种间竞争【实验目的】掌握植物竞争研究的实验原理和方法，了解植物种间竞争的特点和规律。【实验内容】两种植物之间对光照、水分和营养等的竞争。【实验器材】油菜籽、车钱草种子、塑料盆、

19、完全培养液、烘箱、天平。【方法与步骤】用三个花盆，每盆播油菜籽和车钱草种子各100粒（混合均匀）。两个内容操作同时进行。1、实验需提供2批药苗，龄期包括5，10周。每种苗龄应有几个重复，另加2盆，以防实验失败后重做。2、在秧盆内装复合肥（离盆上缘2厘米）。第一次每盆均匀播种相同量的种子(分50粒、100粒、200粒三种)。3、5周10周后重复播种第二次，标记秧盆。4、在阴凉的花房内把盆栽秧苗分组紧排在长凳上，每周随机交换秧盆位置，以防边际效应。可用拉丁方技术排列秧盆。5、在两个时期收集数据，间隔7天为宜。拔出10棵苗株，必要时可用吸水纸吸干，测根系长度、茎高（茎基植株最高点），称鲜重。求平均株

20、高和株重。再把这些植株的地上部分装入纸袋。每只纸袋用铅笔注明：秧苗编号秧龄存活株数（密度）放在60-700C干燥箱内烘干。7天后。烘箱中取出纸袋。纸袋、苗株一道称重。空纸袋称重。计算每批秧苗的每苗平均干重：（袋和苗株总重-袋重）/植株数【作业】分析不同营养条件下两个种的竞争情况，完成结果分析和实验报告。实验五 生命表的编制【实验目的】掌握生命表的编制方法；能利用生命表进行有关信息的分析。【实验内容】1. 利用动物种群观测或人口调查数据编制动态或静态生命表。2. 根据种群生命表对种群出生率、死亡率、生命期望、年龄结构等进行分析。【实验器材】骰子、烧杯、记录纸、绘图纸、笔等【方法与步骤】1. 以骰

21、子数量代表所观察的一组动物的同生群，给每个实验组发30只骰子，1个烧杯；2. 通过投骰子来模拟动物的死亡过程，每颗骰子代表一个动物，所以开始时动物数为30，年龄记为0。掷骰子规则为：将烧杯中骰子充分混匀，一次全部掷出，观察骰子的点数，1,2，5,6点代表存活个体，3、4点代表死亡个体，投掷一次骰子代表1年。将投掷次数作为年龄记在表1的最左边一栏（年龄x）中，将显示1,2，5,6点的骰子数作为存活个体数记在表1中的存活个体数n一栏中；3 .将“死亡个体”去除，“存活个体”继续放回烧杯中重复以上步骤，直到所有动物全部“死亡”。4 .按上面公式计算生命表中其它各项的数值，完成表1。表1动态生命表年龄

22、x存活个体数nx存活率lx死亡数dx死亡率qxLxTx生命期望ex0123n【作业】以年龄x 为横坐标，lglx 为纵坐标作图，看看得出一条怎样的存活曲线。实验六 生态瓶的设计与制作【实验目的】1学会设计和制作生态瓶。2观察生态系统的稳定性。【实验内容】设计和制作生态瓶并观察生态系统的稳定性。【实验器材】金鱼藻、小鱼、鱼虫要鲜活，生命力强；淤泥要无污染，不能用一般的土来代替；砂子要洗净；河水清洁，无污染；自来水需提前3天晾晒。【实验原理】从营养结构上讲，生态系统由四大成分组成：非生物环境 包括参加物质循环的无机元素和化合物，联结生物和非生物成分的有机物，及气候或其他物理条件；生产者 能利用简单

23、的无机物制造食物的自养型生物；消费者 不能利用无机物制造有机物，而是直接或间接依赖于生产者所制造的有机物，属于异养型生物；分解者 也属于异养型生物，其作用是将生物体中的复杂有机物分解为生产者能重新利用的简单的化合物，并释放出能量。 自然生态系统几乎都属于开放式生态系统，只有人工建立的完全封闭的生态系统才属于封闭式系统，不与外界进行物质的交换，但允许阳光的透入和热能的散失。本实验所建立的微型生态系统生态瓶即属于封闭式系统。将少量的植物、以这些植物为食的动物及适量的以腐烂有机质为食的生物（微小动物和微生物）与某些其他非生物物质一起放入一个广口瓶中，密封后便形成一个人工模拟的微型生态系统生态瓶。由于

24、生态瓶内系统结构简单，对环境变化敏感，系统内各种成分相对量的多少，均会影响系统的稳定性。【方法与步骤】一、实验材料的准备金鱼藻、小鱼、鱼虫要鲜活，生命力强；淤泥要无污染，不能用一般的土来代替；砂子要洗净；河水清洁，无污染；自来水需提前天晾晒。二、生态瓶的制作1. 在广口瓶中放入少量淤泥，并加入适量的水，将淤泥平铺在瓶底。2. 将洗净的砂子放入广口瓶，摊平，厚度约为1cm。3. 将事先准备好的水沿瓶壁缓缓加入，加入量为广口瓶容积的4/5左右。加水时不要将淤泥冲出，以免水质变混。4. 加入适量绿色植物。若是有根植物，可用长镊子将植物的根插入砂子中。5. 加入适量鱼虫。水蚤易死亡，加入量要少。水丝蚓

25、必须要加。6. 加入小鱼条。注意不要用金鱼，因为金鱼的耐逆性很差。7. 将瓶口作凡士林密封，生态瓶制作完成。8. 将制成的生态瓶放在太阳光下。注意光线不能太强，以免瓶内温度太高，影响生物的存活。每天定时观察瓶内情况，认真记录下每一点变化。 【作业】运用生态学原理，分析生态瓶内变化的原因。 实验七 土壤的采集和样品的制备【实验目的】1. 了解并掌握土壤样品采集的基本原理，以及常规的操作办法。2. 学会运用各种仪器设备对样品科学的加工制备。【实验内容】1. 采集样品(1) 剖面标本 纸盒标本：采集时利用削土刀，采用水平方向的方式削取；观察面应该剥离成自然裂面；采集完毕后，填写标本标签。 整段标本(

26、2) 分析样品 土壤剖面的分析样品：采集中应除去较大的石子和明显的根系杂物；土样装袋后要填写“一式三份”的采土标签；同一剖面的各层土样要拴在一起；样品采集重量为1Kg左右。 农化样品：采用方格法、蛇形曲线法、棋盘式进行采集。 混合样品：如果多点采集的土壤样品超过1kg，则需要通过“四分法”对土壤样品进行选取，确保留取土壤样品在0.5-1kg。2. 土壤样品的制备(1) 土样的风干土样置于木盘/塑料布/牛皮纸/磁盘中；期间不断翻动土样并捏碎其中的大土块；捡出其中的非土壤形成物。注意：风干土样中要放好土样采集标签。(2) 风干土样的制备 称土样：取土样100g左右，置于台面上，用木碾碾碎。 粉碎过

27、筛：碾碎的土样全部通过2mm孔径的筛子，充分混匀后用四分法分成两份。 20目土样：取其中一份继续研磨，使其通过20目的筛子，通不过的继续研磨，直至全部通过。 60目土样：20目的土样经过两次“四分法”取其中四分之一土样，继续研磨直全部通过60目筛子。其余20目土样混匀后，装入牛皮纸袋内，袋外注明土壤编号、名称、采样地点、时间、层次及深度。 100目土样：60目的土样经“四分法”取其中一半，继续研磨直全部通过100目筛子。其余60目土样混匀后装袋并作记录。100目的土样也混匀后装袋并作记录。(3) 风干土样的保存 过筛后的各号土样，混匀后装入广口瓶/塑料瓶/牛皮纸袋内，样品瓶上标签须注明样号、采

28、样地点、土类名称、试验区号、深度、采样日期、筛孔等项目。 装瓶的土壤样品存放于能够避免阳光、高温、潮湿、酸碱和不洁气体等环境中。 【实验器材】镊子、天平、土碾、研钵、10、20、60、100目铜筛各一个、牛皮纸袋【方法与步骤】1. 土壤的采集 （1）采集土壤剖面带回室内做标本。 （2）进行土壤理化性质的分析。 （3）采集1kg样品，取出几克分析，用以代表一定面积的土壤特性。 2. 样品的制备 （1）新鲜样品是暂时的田间情况，它随着土壤中水分状况的改变而变化，不是一个可靠的常数，风干主要目的在于风干土样测出的结果是一个平衡常数，比较稳定和可靠，从而便于不同样品的比较。 （2）除去非土壤部分，也就

29、是剔除土壤以外的新生体和侵入体。 （3）适当磨细，充分混匀，使分析时所称取的少量样品具有较高的代表性，以减少称样误差 。 （4）全量分析项目，样品需要磨细，以使分解样品的反应能够完全和彻底，不同样品之间的可比性更高。 （5）使样品可以长期保存，不致因微生物活动而霉坏。 【作业】 实验报告实验八 人口的预测预报【实验目的】1. 通过实验，加深理解有关人口统计指标的概念，掌握人口统计分析的基本方法。2. 通过调查，对特定地区、特定年份的人口总数、出生人数和死亡人数进行预测。【实验原理】人口统计学是阐明搜集、整理和分析人口现象、数量资料的方法论科学。搜集人口资料主要通过经常性的人口登记、特别调查（包

30、括抽样调查和典型调查等）和人口普查。人口资料需按人口统计指标进行整理。人口数量统计指标有：时点人口数、平均人口数、人口密度。人口再生产统计指标有：人口出生统计指标（出生数和出生率、育龄妇女生育率、特殊生育率和终生生育率），婚姻统计指标（总结婚率、可婚年龄结婚率、离婚率、一般离婚率和分年龄离婚率），计划生育统计指标（晚婚率、晚育率、计划生育率、节育率、人工流产率和人工流产比），人口死亡统计指标（人口死亡数和人口死亡率、年龄别死亡率和婴儿死亡率）和人口自然增长统计指标（人口自然增长率）。人口迁移统计指标有：绝对指标（总迁移数、迁移差额）和相对指标（迁入率、迁出率、总迁移率和净迁移率）。人口增长统计指标有：人口增长率、总的人口增长率、平均年人口增长率、人口翻番时间和零人口增长。人口统计分析的方法有：对比分析、分组分析和结构分析、相关因素分析、综合指标分析。其中，综合指标分析是从几个指标的相互关系、相互作用中，反映出某种人口现象的必然发展趋势。计算人口再生产率、计算平均预期寿命和预测人口等均需要用几个指标综合进行分析后，才能得出相应的结果。人口总数的变动，实际上是人口的出生、死亡和迁移的综合结果。随着社会经济条件的变化，这几种因素的变动程度并不一样。为