生态学实验报告(经典)

实验一．不同生态系统中生态因子的测定及其比较（一）、实验内容：气温、光照强度、土壤温度、水分、容重和pH测定的仪器与使用方法;气温、光照强度、土壤温度的时空变化。（二）、目的要求：熟悉生态学生态因子测定的基本仪器的使用方法;熟悉若干生态因子的时空变化特点和规律；比较分析以上生态因子在不同生态系统中的异同及其原因。（三）、主要仪器设备：温度计、照度计、土壤温度计、pH计、环刀、铝盒、土壤钻、小铲、烘箱、50ml小烧杯、玻璃棒、土壤筛（孔径1mm）、分析天平、干燥器（内盛变色硅胶或无水氯化钙）等。（四）、实验方法及原理：研究生助教介绍照度计、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8组，在校园中选取不同森林生态系统，开展光照强度、气温、土壤温度、土壤容重、土壤含水量、pH等的时空测定。照度计：测定太阳辐射强度（单位为umolm-2s-1）。一般采用照度计，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。这种电池对300-700nm的光是不是灵敏的，而且具有反应迅速、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）。温度计：温度包括气温和土壤温度。主要介绍土壤温度计。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。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极并用干净纱布拭干，便可对被测溶液进行测定。土壤水分测定：两个目的，一是为了解土壤的实际含水状况，分析生态系统的水分动态及贮水能力。二是风干土样水分的测定，为各项分析结果计算的基础。前一种田间土壤的实际含水量测定，目前测定的方法很多，所用仪器也不同。风干土中水分含量受大气中相对湿度的影响。它不是土壤的一种固定成分，在计算土壤各种成分时不包括水分。因此，一般不用风干土作为计算的基础，而用烘干土作为计算的基础。分析时一般都用风干土，计算时就必须根据水分含量换算成烘干土。测定时把土样放在105～110℃的烘箱中烘至恒重，则失去的质量为水分质量，即可计算土壤水分百分数。在此温度下土壤吸着水被蒸发，而结构水不致破坏，土壤有机质也不致分解。群落内外太阳辐射强度及其变化：由于太阳和地球相对位置的不断变化，以及地球表面大气层吸收、反射和散射介质的差异，太阳辐射具有时空上的显著差异。植物群落由于叶子对光的吸收、反射和散射，植物群落内外的太阳辐射也有显著的不同。测定时，在群落内外随机确定若干个测点，从早到晚每隔一定时间测定各点的光照强度。群落内外温度及其变化：地球表面由于太阳辐射的变化，气温也存在时空变化。植物群落由于植物枝叶的作用，气温和土壤温度的变化与群落外不完全相同，具有本身的特点和规律。测定时，在群落内随机确定若干个测点，群落外确定相近的1—2个点，从早到晚每隔一定时间测定。（五）、具体步骤（1）光照强度：既观测其时间上的波动（10:30、11:30、12:30、14:30的波动），又比较一个生态系统内部不同高度（如地面、1.5m、3m处）、不同生态系统之间的差异。（2）土壤温度：既观测其时间上的波动（10:30、11:30、12:30、14:30的波动），又比较不同土壤深度（表面、10、15、20cm）、以及不同生态系统之间的差异。（3）土壤水分：比较不同土壤深度（0-15、15-30、30-45、45-60cm）和不同生态系统之间的差异。（4）土壤pH：比较不同生态系统0-15cm层土壤pH的异同，分析原因。（5）空气温湿度：除了时空动态之外，还可以分析温度和湿度的相关性？（六）、结果记录（混交林）（七）分析①马尾松林中，在同一地区不同深度的土壤层的土壤含量相对变化不大，在不同的区的相同层次内其土壤含量也变化不明显。这是因为其灌木层和草本层生长来良好，它们在土壤表层有一定量的主根和大量的须根系，而在土壤深层有乔木的大量主根系，从而弥补了上层土壤由乔木层主根系不足带来的空缺。致使土壤含量在不同的层次内变化不明显。②阔叶混交林中，在同一地区不同深度的土壤层的土壤含量相对变化较大，在不同地区相同土壤层次中土壤含量也变化明显。这是因为其灌木层和草本层不发达，土壤中的根系主要是由乔木层的主根系组成，而乔木的主根系是随土壤深度的变化而变化，明显在深的土壤中含量较高，所以其层次性根系数量变化很大，导致土壤含量变化也很大。③马尾松林和阔叶混交林相比，在土壤表层它们的土壤含量马尾松林相对较少，这是因为其表层根系多的原因。而在土壤深层中它们的土壤含量基本相同，因为它们在那里的根系含量都是由乔木层的根系所决定的，所以它们在土壤深层的根系含量是基本相同的，从而土壤含量也相同。实验二．群落调查与分析（一）、实验内容：群落调查取样方法、种群分布、群落种类组成分析、物种多样性与均匀度分析。（二）、目的要求：掌握种群和群落调查的基本方法、了解群落结构分析方法、掌握群落物种多样性计算的基本方法，了解群落的结构和功能的关系。（三）、主要仪器设备：罗盘仪、GPS、皮尺、测绳、胸径围尺、记录夹等。（四）、实验地点学校不同陆地生态系统（南昌大学图书馆南侧马尾松林）（五）实验方法及原理：1、样地法样地法通常是在群落内圈出一定面积，称样方，对样方内的生物进行调查的方法。样方的大小和数目根据群落的不同而不同。革本群落的样方大小通常为lm2，较高的草本群落也有用4m2或更大的样方。灌木的样方大小通常为3m~3m、4m×一4m甚至5rex5m。乔木的样方大小通常为100m2。样方的数目据群落的类型、物种的丰富程度以及人力和时间等确定。但全部样方的总面积，应略大于群落的最小面积。2、数据整理是将野外调查的原始资料条理化，并演算出一些反映群落特征的数量指标。其中反映种群在群落中优势度大小的指标有：相对多度：指种群在群落中的丰富程度。计算式为：相对多度=(某种植物的个体数／同一生活型植物的个体总数)×100％频度与相对频度：频度是指一个种在所作的全部样方中出现的频率。相对频度指某种在全部样方中的频度与所有种频度和之比。计算式为：频度=该种植物出现的样方数/样方总数相对频度=(该种的频度/所有种的频度总和)×100％（六）、具体步骤（1）样地选取随机设置、规则设置、主观设置（2）样地大小草本群落的样方大小通常为1m2，较高的草本群落也有用4m2或更大的样方。灌木的样方大小通常为3m×3m、4m×4m、5m×5m。乔木的样方大小通常为100m2、400m2。样方的数目据群落的类型、物种的丰富程度以及人力和时间等确定。但全部样方的总面积，应略大于群落的最小面积。（3）调查记录调查记录的内容、项目随研究目的不同而不同。但原则是不宜罗列得太繁太细致，以免影响调查进度。细致的数据整理分配工作应在室内进行。研究群落的组成和结构，可使用群落调查表格，群落调查表格根据研究目的和对象而制订。（4）分析：针阔混交林和马尾松群落分析：1.对比针阔混交林和马尾松林，其物种多样性很大区别。马尾松林中乔木马尾松占绝对优势，为建群种。在阔叶针叶林中主要为马尾松、苦槠和枫香，各物种之间在高度上互相竞争，争夺太阳光照面积。2．在灌木层中，针阔混交林中物种数目也明显多于马尾松林，马尾松的绝对优势是树冠层很密，使得进入灌木层的阳光很有限，于是林下植物发育较弱，地被层主要是蕨类、苔藓和少量阔叶草本植物，枯枝落叶层较厚，分解程度低，营养回复利用效率低，对灌木的多样性有负效应。3.在稳定性上，相对于马尾松林来说，针阔混交林中物种多样性高，群落的结构复杂，其自我调节能力强，在结构和功能上具有更好的稳定性，使更成熟的群落类型。（七）结果数据乔木调查表植物名称高度（m)胸径(cm)冠幅(m*m)备注枫香1437黄瑞木613.88cm处分支黄瑞木613.6黄瑞木7143cm处分支黄瑞木713黄瑞木1127马尾松16897.74*7.5黄瑞木6.5141.34*1.71黄瑞木715.5黄瑞木713.5苦槠3.517山矾814.8黄瑞木611.2枫香1018.3马尾松1549.7黄瑞木6.514.3黄瑞木6.514.3马尾松8.537黄瑞木718.2山矾917枫香818.2马尾松1867.7马尾松1455马尾松1764黄瑞木4.511.5黄瑞木512.3枫香917.3苦槠16638.15*7.34黄瑞木410.2马尾松1254枫香1243.5枫香1024.53.6*3枫香1018.3枫香723枫香1226枫香818黄瑞木4.514.55cm处分支黄瑞木4.511黄瑞木12.54140cm处分黄瑞木811.5黄瑞木518.5黄瑞木412黄瑞木514.4马尾松1142.6马尾松1353.5马尾松941马尾松1432.5马尾松719.5马尾松1467山矾9172.33*1.1山矾815苦槠934苦槠952苦槠946.5苦槠939苦槠9.539苦槠722苦槠948灌木调查表植物名称株数平均高度盖度（%）生活型备注柃木93m42.86高位芽黄瑞木24.514.29高位芽枯死三叶赤楠51.228.57高位芽檵木12.414.29高位芽黄瑞木84m28.57高位芽乌药30.214.29高位芽柃木14.514.29高位芽黄瑞木45m28.57高位芽枯死三叶赤楠1114.29高位芽大青40.542.86高位芽乌药40.2m28.57高位芽三叶赤楠30.828.57高位芽黄瑞木7628.57高位芽苦槠50.314.29高位芽柃木14m14.29高位芽黄瑞木44.528.57高位芽乌药40.242.86高位芽大青20.528.57高位芽草木层调查表种名株数覆盖度高度（cm）苔草15苔草12层间植物调查表种名蔓数覆盖度高度（cm）土茯苓8南舌藤10（八）结果处理1、群落特征的计量指标A、相对多度相对多度=（某一植物个体总数/同一生活型植物个体总数）*100%乔木：枫香相对多度=(10/58)*100%=17.2%黄瑞木相对度=（22/58）*100%=37.9%马尾松相对度=(13/58)*100%=22.4%山矾相对度=(4/58)*100%=6.9%苦槠相对度=(9/58)%100=15.5%灌木：乌药相对多度=(11/68)*100%=16.2%黄瑞木相对多度=(25/68)*100%=36.8%檵木对多度=(1/68)*100%=1.72%三叶赤楠相对多度=（9/68)*100%=15.5%柃木相对多度=（11/68）*100%=16.2%大青相对多度=(6/68)*100%=8.82%苦槠相对多度=(5/68)*100%=7.25%草本：苔草相对多度=（2/2）*100%=100%层间植物：土茯苓相对多度=（8/18）*100%=44.4%南蛇藤相对多度=（10/18）*100%=55.6%多样性指数Sp=749090/233848=3.20群落均匀度指数E1=13.18/3.20=4.12实验三．生态系统固碳能力的测定（一）、实验内容：不同生态系统的固碳能力的比较分析。（二）、目的要求：掌握生态系统中土壤和植物材料的取样方法、掌握植物和土壤有机质的测定方法、理解不同生态系统服务功能的差异性。（三）、实验地点：学校不同陆地生态系统（南昌大学图书馆南侧马尾松林）（四）、仪器设备和药剂1.铲子、锄头、筛子、直尺2.（1）0.008mol·L-1(1/6K2Cr2O7)标准溶液。称取经130℃烘干的重铬酸钾（K2Cr2O7，GB642-77，分析纯）39.2245g溶于水中，定容于1000ml容量瓶中。。（2）H2SO4。浓硫酸（H2SO4，GB625-77，分析纯）。（3）0.2mol·L-1FeSO4溶液。称取硫酸亚铁（FeSO4·7H2O，GB664-77，分析纯）56.0g溶于水中，加浓硫酸5mL，稀释至1mL。（4）指示剂:邻啡罗啉指示剂：称取邻啡罗啉（GB1293-77，分析纯）1.485g)与FeSO4·7H2O0.695g，溶于100mL水中。(五)、实验原理1、有机质含量的计算土壤中有机质含量可以用土壤中一般的有机碳比例(即换算因数)乘以有机碳百分数而求得。其换算因数随土壤有机质的含碳率而定。各地土壤有机质组成不同，含碳量亦不一致，因此根据含碳量计算有机质含量时，如果都用同一换算因数，势必造成一些误差。2.土壤有机质的测定重铬酸钾容量法——外加热法方法原理：在外加热的条件下(油浴的温度为180，沸腾5分钟)，用一定浓度的重铬酸钾——硫酸溶液氧化土壤有机质(碳)，剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁来滴定，从所消耗的重铬酸钾量，计算有机碳的含量。本方法测得的结果，与干烧法对比，只能氧化90％的有机碳，因此将得的有机碳乘以校正系数，以计算有机碳量。在氧化滴定过程中化学反应如下：2K2Cr2O7+gH2SO4+3C~2K2SO4+2Cr2(SO4)3+3CO2+8H2OK2Cr2O7+6FeSO4→K2SO4+Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O在lmol‘L一1H2S04溶液中用Fe2+~Cr2072一时，其滴定曲线的突跃范围为122～085V。表滴定过和中使用的氧化还原指剂有以下四种指示剂E0本身变色氧化-还原Fe2+滴定Cr2O72-时的变色氧化-还原特点二苯胺0.76V深蓝→无色深蓝→绿需加硫酸；近终点须强烈摇晃，较难掌握二苯胺磺酸钠0.85V红色→无色红紫→篮需加硫酸将8～lO个试管放入自动控温的铝块管座中(试管内的液温控制在约170~C)，f或将8～10个试管盛于铁丝笼中(每笼中均有l～2个空白试管)，放入温度为185～190℃的石蜡油锅中。要求：放入后油浴锅温度下降至170～180℃左右，以后必须控制电炉，使油浴锅内始终内维持在170~180~C]，待试管内液体沸腾发生气泡时开始计时，煮沸5rain，取出试管(用油浴法，稍冷，擦净试管外部油液)。冷却后，将试管内容物倾入250mL三角瓶中，用水洗净试管内部及小漏斗，这三角瓶内溶液总体积为60~70mL，保持混合液中(1／2H2S04)浓度为2～3tool·L．1，如用邻啡罗啉指示剂，加指示剂2～3滴，溶液的变色过程中由橙黄一蓝绿一砖红色即为终点。记取FeS04滴定毫升数(V)。每一批(即上述每铁丝笼或铝块中)样品测定的同时，进行2～3个空白试验，即取O500E粉状二氧化硅代替土样，其他手续与试样测定相同。记取FeS04滴定毫升数(v0)，取其平均值。结果计算：土壤有机碳=式中：c——08000mol·L-1(1/6K2Cr207)标准溶液的浓度；5——重铬酸钾标准溶液加入的体积(mL)：V—一空白滴定用去FeS04体积(mL)：V——样品滴定用去FeS04体积(mL)：3.0——1/4碳原子的摩尔质量(g·m01．1)：lO-3——将mL换算为L；l.1——氧化校正系数：m——样品质量(g)；k——将风干土样换算成烘干土的系数。（六）实验步骤：1、叶片取样与有机C含量取标准木2株，在一株标准木的上中下东南西北各称一部分，混合，作为一个样，另一株为另个样。带回实验验洗干净，70度烘干，磨碎，测定有机质含量。2、茎的取样与有机C含量取某2种典型灌木，砍取部分地下部分，去叶，用枝剪剪成若干小段，带回实验验，洗净，烘干，磨碎，测定有机质含量。3、根系取样与C贮量在样地中，随机选取2点，每点分0-15cm和15-30cm两层挖30*30cm的方块，过筛取其根系，洗净，烘干，称重，磨碎，测定有机质含量，并计算土壤根系C贮量。4、土壤取样和C贮量同上。随机分层取部分土壤，风干，磨碎，过筛，测定有机质含量。5、有机质测定重铬酸钾容量法——外加热法(1)称取通过0.149mm（100目）筛孔的风干土样0.1～1g（精确到0.0001g），放入一干燥的硬质试管中，用移液管准确加入0.8000mol·L-1(1/6K2Cr2O7)标准溶液5mL（如果土壤中含有氯化物需先加入Ag2SO40.1g），用注射器加入浓H2SO45mL充分摇匀，管口盖上弯颈小漏斗，以冷凝蒸出之水汽。(2)将8～10个试管放入自动控温的铝块管座中（试管内的液温控制在约170℃），[或将8～10个试管盛于铁丝笼中（每笼中均有1～2个空白试管），放入温度为185～190℃的石蜡油锅中，要求放入后油浴锅温度下降至170～180℃左右，以后必须控制电炉，使油浴锅内始终内维持在170～180℃]，待试管内液体沸腾发生气泡时开始计时，煮沸5min，取出试管（用油浴法，稍冷，擦净试管外部油液）。(3)冷却后，将试管内容物倾入250mL三角瓶中，用水洗净试管内部及小漏斗，这三角瓶内溶液总体积为60～70mL，保持混合液中（1/2H2SO4）浓度为2～3mol·L-1，然后加入2-羧基代二苯胺指示剂12～15滴，此时溶液呈棕红色。用标准的0.2mol·L-1硫酸亚铁滴定，滴定过程中不断摇动内容物，直至溶液的颜色由棕红色经紫色变为暗绿（灰蓝绿色），即为滴定终点。如用邻啡罗啉指示剂，加指示剂2～3滴，溶液的变色过程中由橙黄→蓝绿→砖红色即为终点。记取FeSO4滴定毫升数（V）。(4)每一批（即上述每铁丝笼或铝块中）样品测定的同时，进行2～3个空白试验，即取0.500g粉状二氧化硅代替土样，其他手续与试样测定相同。记取FeSO4滴定毫升（V）其平均值。结果处理1、土壤、根、叶固定的有机碳量（针叶林）林冠位置土壤层次样品质量（g）消耗FeSO4体积（mL）有机碳（g·kg-1）林冠中部0-5cm0.48115.86.9945-10cm0.33014.712.2710-15cm0.31016.110.249林冠边缘0-5cm0.33117.07.9055-10cm0.32717.96.28710-15cm0.36417.66.162林隙0-5cm0.32317.27.7155-10cm0.36817.66.09510-15cm0.36016.28.653树叶0.0195.4470.7根0.01710.8380.9空白对照21.202、土壤固碳能力的计算i表土壤层次；Ci表不同土壤层次的有机碳含量；Di表不同土壤层次的容重；d表土壤层次的厚度；S为样方面积（数据表格在试验1中）针叶林土壤有机碳量=（767.643+794.898+383.295+1780.938+543.972+697.932+1012.527+1277.771+792.869）*15*225*0.00001g/m=235.07g/m（八）分析1.土壤层中因为表面有落叶腐质层的缘故，是的0-15cm层中含有机C量高于15-30cm，切在一定深度内，越深含C越低。2.对于一个植物来说，其茎枝所含有机C量要比叶中丰富。3.将马尾松林与混交林相比较，混交林明显具有更浅的固碳能力。因为混交林物种多样性高，这样对生态系统中各层次的光能的利用。物质循环的效率都是有力的。这就使得混交林中的C量高于马尾松林。4.在马尾松林中，0-15cm中的根系来说比15-30cm丰富。由于该群落中落叶层堆积的腐质层后，因此0-15cm中含有机C量高于15-30cm，即在一定深度内，土壤浅层比深层的根系丰富。5.在混交林中，0-15cm中根系比15-30cm贫瘠。这说明起物质循环快，腐质层分解速度快，而物种多样性高，根系发达。实验四、研究报告和生态学软件示范及其实例应用（一）实验内容1、研究论文的撰写2、生态学软件及其上机体验3、研究案例分析4、研究报告的提交（二）实验步骤1.题目：切合文章主要内容，明确、醒目、有特点、不落俗套。信息足够：试验对象，处理因素，效应特点。文字简练：一般不超过30个中文字或100个英文字符。生动具体：用具体的效应特征增加吸引力。2.作者和单位国际通行的作法是：对论文内容做出较重要实质贡献的参加署名，做出最重要研究工作贡献的为第一作者，为研究工作提出思路、指导和提供开展工作条件的为通讯作者。在材料、方法、技术、讨论、资金等方面为研究工作提供了帮助的可写到“致谢”中。第一作者的单位为第一完成单位，署名作者的单位均应为完成单位，列在作者行的下方。单位应列出全称，国家，城市，邮编。通讯作者要注出通信联络的具体地址，电话，传真号码和Email地址。摘要与关键词摘要既可作为论著的一个部分出现于论著的开始，也可与题目一起独立出现于各种检索系统。因此，摘要既要为读者阅读论著提供一个简明的概要，也要为无法阅读全文的读者提供论著主要内容，包括目的、方法、结果和结论。摘要的长度一般不超过全文的5％。关键词(也称主题词)是检索编写人员编制检索时的依据，关系到读者是否能够顺利检索到该论著，所以也应按规范写出。关键词：关键词可以是短浯也可以是单词，可方便读者利用各种检索工具搜寻感兴趣的论著。关键词一般跟在论著摘要前后。须注意关键词选择是否得当，与你的论著被引用频率有密切关系，因而不要忽视关键词的选择。关键词应该能表示论著中重要的主题，还应选择能够吸引读者的注意力的词汇作关键词。国际互联网为文献检索提供更便利条件，准确提供关键词的重要性也日益增加。关键词以新词为最佳，应为特定词汇。“应用”、“调查”、“研究”之类非特定词不能作为关键词。4前言前言的目的是给出本文作者进行此项工作的原因，企图达到和已经达到的目的。因此应给出必要的背景材料，让对这一领域并不特别熟悉的读者能够了解进行这方面研究的意义，前人已经达到的水平，已经解决和尚待解决的问题，最后应用一两句话说明本文目的和主要创新之处。前言不是综述，不要牵扯面太大，避免过多细节和无关问题。在介绍背景材料时还应该注意和自己完成的工作相适应。（材料和方法材料与方法一般分为若干小节，不仅提供支持论著结果的方法学依据，也可供他人重复和借鉴。有些借鉴于他人的方法，可以简要地描述，甚至不作具体描述，但是应当提供所借鉴的文献。材料与方法写作的范围及描述细致程度，要根据与论著结果的关系，重要的应当写得具体，次要的可简单一些。对于创新或重大改进的方法，对创新或改进部分作较详细的叙述。(三）结果实验结果是检验科学思想的手段，进行科学推理的依据，是实验科学论文的主体。一篇好