实验一生态环境中生态因子的观测与测定

PAGEPAGE1《生态学实验》实验一生态环境中生态因子的观测与测定一、实验目的通过本实验使学生了解和掌握生态环境中主要生态因子的观测和测定方法及一些常见的测定仪器的使用方法，并比较不同生态环境中主要生态因子的变化规律。二、实验材料太阳辐射仪（或照度计）、水银温度计、最高温度计、最低温度计、干湿球温度计、风速测定仪、罗盘、竹竿、皮尺、卷尺、记录笔、记录纸等。三、实验原理生态学是研究生物与生物之间，生物与环境之间相互关系和相互作用的科学。任何一种生物都生活在错综复杂的生态环境中，不仅受到各生态因子的制约和束缚，同时也能明显地改变各生态因子。本实验通过对不同生态环境中的主要生态因子的观测与测定，使学生掌握几种主要生态因子的观测和测定方法，并通过不同生态环境及同一生态环境中不同位置的比较，了解生态因子的变化规律，认识生物与环境的相互作用和相互关系。四、实验步骤1.太阳辐射量调节太阳辐射仪到水平位置，连接辐射仪与辐射电流表；或调整照度计至“0”的位置，测下列项目：（1）总太阳辐射量将太阳辐射仪的探头直接暴露于太阳辐射下，待辐射电流表稳定后，记录读数，通过换算得出总太阳辐射量。（2）散射辐射量在太阳辐射仪上面的一定高度，用黑色遮阳板遮住太阳辐射的直射部分，待辐射电流稳定后，记录读数。（3）直射辐射量等于太阳总辐射与散射辐射量之差。（4）地面反射辐射量将太阳辐射仪探头朝向地面，并与地面平行，待辐射电流表读数稳定后，记录读数。2.气温和土温（1）将一根竹竿（2~4m）垂直于地面，从地面起每隔50cm放一支温度计（注意不要让太阳光直射探头或温度计的下部，可用黑色遮阳板遮住阳光）。（2）用小镐挖约20~50cm深的土炕，每隔5cm放一支土壤温度计。（3）每隔约10分钟记录一次读数，需要注意的是，当用温度计测定温度的时候，取出或取下温度计时应尽快的读数，否则会增大误差。3.湿度单独测定湿度的常用温度计有通风干湿球温度计和露点温度计，干湿球温度计包括两个温度计，其球部并排暴露在空气中。一个温度计球是干的，另一个温度计球有可湿润的棉纱套。在测定温度时，棉纱套用蒸馏水湿润，当空气流通过时会造成蒸发，而由蒸发失热必然造成稳定的降低，这样就与实际的温度形成温差。干湿球温度的读数是在湿球已变为稳定的最小值时进行的。从干湿球温度计提供的湿球和干球温度，由下面公式得到时间水汽压：e＝em－0.00066P（t－t’）（1+0.00114t’）e——干球温度时的实际水汽压（毫米汞柱）em——湿球温度时的饱和水汽压（毫米汞柱）t——干球温度（℃）t’——湿球温度（℃）P——大气压（毫米汞柱）相对湿度是在一定温度下实际水汽压对该温度饱和水汽压（饱和水汽压可由附表1查出）的比率乘100，公式为：相对湿度＝100e/em；绝对湿度是在一定温度下每单位体积空气的水汽重量。公式为：绝对湿度（克/立方米）＝（289.30）e/T；e——实际水汽的压力（毫米汞柱）T——绝对温度4.风向和风速测定风有两个参数指标，即风向和风速。风向可以简单地用罗盘或通过云的运动方向或植被弯曲的方向测得。将数字式风速测定仪或手持风速测定仪放置距地面0.5m和1.5m处，记录风速，注意不同高度风速的变化。五、作业1.选择几个代表性样地，在样地内重复以上步骤，记录数据，多测几次取其平均值。2.比较不同样地各生态因子的变化规律。实验二生物关系分析—种间竞争和他感作用一、实验目的通过本实验使学生认识两种重要的物种关系—种间竞争和他感作用，并分析其异同。二、实验材料直径为22cm的花盆，沙土，有机肥，种子袋，剪刀，漏斗，胶皮管，标签以及放置花盆的台阶型装置等；种间竞争选用结缕草和高羊茅种子，他感作用选用向日葵和莴苣种子；直尺，电子天平，记录本。三、实验原理种间竞争是指两个种在所需的环境资源或能量不足的情况下而发生的相互排斥关系。在这种相互关系中，对竞争中的个体生长和种群数量的增长都有抑制作用。种间竞争在自然界中是易于观察到的。种间竞争能力，决定于种的生态习性和生态幅度。而生长速率、个体大小、抗逆性、叶子和根系的数目以及植物的生长习性，也都影响竞争能力。种间竞争在决定共存的种类方面起着重要作用。四、实验步骤1.种间竞争：实验设计：将结缕草和高羊茅种子按不同比例进行播种，从全部为结缕草种子到全部为高羊茅种子，两者的比例分别为：0.00︰1.00，0.25︰0.75，0.50︰0.50，0.75︰0.25，1.00︰0.00共5个处理，每个处理重复3次，共需15个花盆。（1）将土壤和有机肥充分拌匀，分别装到花盆里，使土面稍低于盆口约2cm，放于温室内备用。（2）按上述比例，每盆均匀播种40粒种子，播完后，将每个花盆贴上标签，写明处理、重复编号和播种日期。将花盆依次排列在温室内，定期交换位置、浇水。（3）种子萌发后，统计发芽率和幼苗成活情况。（4）将生长3个月的幼苗进行收获，分盆分种统计并登记分蘖数、生物量（鲜重）、株高。（5）将3个重复的分蘖数、生物量（鲜重）、株高进行统计，取其平均值。用图解法进行分析。他感作用发生在两个不同种之间，指化学物质从一种植物转移到另一种植物的过程中，对另一种植物的直接或间接影响（Molish,1937）。2.他感作用：实验设计：在台阶型装置上部的一排花盆中，每盆播种10粒向日葵种子。在下面一排花盆中，3个盆通过管子和漏斗与上面的盆相连，作为处理；另外3个作为对照。共2个处理，每个处理重复3次。（1）将土壤和有机肥充分拌匀，分别装到花盆里，使土面稍低于盆口约2cm，放在温室内备用。（2）先播种向日葵，等到向日葵的真叶出现后，开始浇一定量的水（超过田间持水量），使一部分能够从水边的盆中流出来。第一次流出来的水溶液弃掉。第二次同样处理，将流出来的水溶液通过胶皮管引入下边的盆中，同样过程进行两次以后，保证下边的盆中的土壤含水量可以播种。对照浇清水，保证与处理的含水量相同。（3）每盆播50粒莴苣，将每个花盆贴上标签，写明处理、重复编号和播种日期，同时登记在表格上。（4）按处理和重复编号，将花盆依次排列在温室内，定期浇水。（5）种子萌发后，可以统计其发芽率和幼苗成活情况。对生物量进行测定，对所测定的数据进行统计分析。五、作业1.分析不同比例播种密度下所测指标的变化趋势并分析其原因。2.了解他感物质对植物生长的影响。3.分析种间竞争和他感作用的异同。实验三种群生命表的编制与存活曲线一、实验目的进一步了解特定时间和特定年龄生命表的异同，掌握其组建方法和各参数的计算方法，并学习种群数量动态分析技巧。二、实验材料调查或利用已有的调查资料，如利用调查某地区人口年龄结构编制生命表，见表3-2。表3-2某地区人口统计数据生命表xnx男性dxqxLxTxexxnx女性dxqxLxTxex01510152025303540455055606570758085100009770896100956629533194722937649269491519899588777384584801387334663313500483494320165856610000979379624695930956839522794621939819310292002904168842385445811077399363810498503349217708利用调查某地区马鹿种群特定时间的年龄数据编制生命表，原始数据见表3-1。表3-1某地区马鹿特定时间生命表xnxdxqxLxTxexxnxdxqxLxTxex12345678910111213141516100071871170469769068450224992786450362281234567891011121314151610008637786946105264423571815951423425179利用田间系统调查并记录某地晚甘蓝第三代菜蛾种群的动态年龄数据编制的生命表，见表3-3。表3-3某地甘蓝第三代菜蛾种群的动态生命表xnzdxF100qxLxTx卵（N1）1154不育第1期幼虫（1~4龄中期）1140降雨第2期幼虫（4龄中期至结茧）604寄生蜂（Microplitisplutellae），降雨预蛹387寄生蜂（Diadegmainsularis）蛹189寄生蜂（Diadromusplutellae）蛾136性（40.1％♀♀）雌蛾×2（N3）109光周期“正常雌蛾”×256.6成虫死亡世代总计三、实验原理生命表是描述种群死亡过程及存活情况的一种有用工具。可以体现各年龄或各年龄组的实际死亡数、死亡率、存活数目和群内个体未来预期余年（即平均期望年龄）。生命表的意义在于提供一个分析和对比种群个体起作用生态因子的函数数量基础。也可以利用生命表中的数据，描述存活曲线图，说明种各年龄组在生命过程中的数量；说明不同年龄的生存个体随年龄的死亡和生存率的变化情况。生命表分为动态生命表和静态生命表两种类型。静态生态表（StaticLifetable）是根据某一特定时间对种群作一个年龄结构调查，并根据调查结果而编制的生命表，常用于有世代重叠，且生命周期较长的生物；动态生命表（dynamicLifeCycle）就是跟踪观察同一时间出生的生物的死亡或动态过程而获得的数据所做的生命表，可用于世代不重叠的生物（如一化性昆虫），它在记录种群各年龄或各发育阶段死亡数量、死亡原因和生殖力的同时，还可以查明和记录死亡原因，从而可以分析种群发展的薄弱环节，找出造成种群数量下降的关键因素，并根据死亡和出生的数据估计下一世代种群消长的趋势。四、实验步骤1.根据所调查生物的特点，确定选用的生命表类型。对于世代重叠、寿命较长和年龄结构较为稳定的生物，一般都采用特定时间生命表（即静态生命表），而对于具有离散世代、寿命较短和数量波动较大的生物，一般都采用特定年龄生命表（即动态生命表或同龄群生命表）。2.根据不同的研究对象一般可采用年、月、日、小时等。人通常采用5年为一年龄组；鹿科动物等以1年为一年龄组；鼠类以1个月为一年龄组；昆虫则常以不同的发育阶段（如卵、幼虫和蛹等）和龄期（如一龄幼虫、二龄幼虫等）为一年龄组。3.实验与田间调查相结合统计数据。（1）死亡年龄数据的调查：收集野外自然死亡动物的残留头骨，可根据角确定死亡年龄；也可以根据牙齿切片，观察生长环确定年龄；牙齿的磨损程度是确定草食性动物年龄的常用方法；根据鱼类鳞片的年轮，推算鱼类的年龄和生长速度；根据鸟类羽毛的特征、头盖的骨化情况确定年龄等。死亡年龄数据可以制定静态生命表。（2）直接观察存活动物数据：观察同一时期出生，同一大群动物的存活情况，调查的数据可以制定动态生命表。（3）直接观察种群年龄数据：根据数据确定种群中每一年龄期有多少个体存活，假定种群的年龄组成在调查期间不变，如直接用人口普查数据编制生命表，属相对静态生命表。3.按年龄阶段将实际观察值或实际调查数据（nz）记入表中。为便于计算，许多生命表习惯用10的倍数个体为基础计算。4.计算生命表其他各栏数据并填入表格。生命表有若干栏，每栏以符号代表，这些符号在生态学中已成为习惯用法，如x=按年龄的分段；nx=在x期开始时的存活数目；dx=从x到x+1的死亡数目=nx－nx+1；dxF为x期间死亡因子；qx=从x到x+1的死亡率=dx/nx；Lx=从x到x+1期的平均存活率=（nx+nx+1）/2；Tx=超过x年龄的总个体数=Lx+Lx+1+…+L最大；ex=x期开始时的平均生命期望=Tx/nx。5.以生命表中年龄（x）为横坐标，相对年龄存活数（nx）的常用对数值为纵坐标，绘制生命存活曲线，并对各曲线的变化特征进行分析。6.初步分析昆虫生命表的关键因子，明确不同致死因子对昆虫种群数量变动所起作用的大小。五、作业1.分析静态生命表和动态生命表的异同。2.任选实验材料中的两份，编制生命表，绘制存活曲线并分析其存活过程。3.了解不同生物编制生命表的重要意义，并指出其分析重点。实验四植物种群空间分布格局的调查一、实验目的通过各检验方法的实际训练，使学生认识群落中不同种群个体空间分布表现出的不同类型（随机分布型、集聚分布型、均匀分布型），并掌握检验植物空间分布类型的方法。二、实验材料皮尺、样方框（20×20，50×50，l00×100cm2）、铅笔、野外记录表格、计算器。三、实验原理群落中种群个体空间分布类型的检验方法研究得比较深入。从1922年Svedberg提出群落中植物分布的非随机性，以及给出检验植物非随机性的标准方法以来，到现在已经相继提出10多个非随机性检验的估计量。本实验选用检验法和Cx分布系数法检验。1.检验法：如果一个种群的个体分布是随机的，那么各样方包含0、1、2、3、……、n个个体的概率分布都是符合泊松（Poisson）级数的，级数可写成下列形式：e-m，me-m，e-m，e-m，……，e-m其中m是样方中的平均个体数目，即均值。检验是用值检验实测值（即含0、1、2、3、……、n个个体样方的分布频次）与理论期望值（即泊松理论的期望频次）是否吻合，有无显著差异。其统计量为：查分布百分比表，比较的计算值与查表值，通常可做出如下判断：若≥，可认为偏离或很不适合泊松分布，即属于非随机分布；若＜，可认为适合泊松分布，即属于随机分布；若≤＜，可认为可能不适合泊松分布。检验时每一级的理论值必须大于5，若小于5，可将相邻区间合并直至满足要求。2.分布系数法（扩散系数法）：该方法根据Poisson分布具有方差与均值相等的性质，来统计和检验野外调查数据。分布系数Cx的统计量为：Cx=式中：—均值s2—方差若Cx=0，种群属于均匀分布；0＜Cx＜1，属于规则分布；Cx=1，属于泊松分布（随机分布）；Cx＞1属于集群分布。在统计学上，采用t检验来确定Cx的实测值与理论预测值1差异的显著程度。T检验的公式为：t=式中：s—标准误，s=；N—样方总数。查表比较，差异不显著时，可认为符合泊松分布（随机分布）。四、实验步骤1.学生分组，选择所需研究的植物种群，并确定合适的样地面积。根据最小面积法确定样地面积，一般草本植物可用1m×1m，灌木可用5m×5m样地，乔木则根据具体情况，可适当可大尺度，如可用20m×20m样地。采用邻接格子法在所选样地在划分小样方，一般草本可用0.2m×0.2m，灌木可用1m×1m，乔木可用5m×5m。也可根据具体情况采用其它方法确定合适的样方大小。2.计数：将每一样方中待测植物的株数，记录在野外记录表格中，整理调查数据，并计算有关统计特征数。3.计算值，Cx值。4.说明值检验与Cx值法检验的结果，指出所测定种群的分布类型。五、作业1.种群空间格局分布类型的特点及可能形成原因的分析。2.各种数据处理和检验方法的优缺点有哪些。3.讨论样方大小对实验结果的影响。表4-1种群空间格局样方表日期：物种：一年蓬样地位置：样地面积：1m×1m观测人姓名：样方号12345678910111213个体数2611161265107841310样方号141516171819202122232425个体数7645101310101115913数据初步整理：总样方数N总个体数n每样方平均数方差s2252238.9213.41表4-2法数据处理表个体数理论值实测值差值00.003302.64601.307710.0298020.1330130.3953040.8816251.5728262.3382372.979623.30181.730083.3222193.292710.22980.0085102.93715112.381720.88560.1144121.77041131.21483140.77400150.46031160.25661＞160.256603.1606表4-3Cx法数据处理表指数计算结果检验结论CX1.5034t=1.7438t0.05(24)=2.064t0.01(24)=2.797随机分布实验五植物群落的生活型分析一、实验目的通过本实验使学生掌握划分植物生活型的方法，并通过不同地区和不同植被类型植物生活型的分析，进一步认识植物与环境的关系及划分植物生活型的生态意义。二、实验材料不同生活型的植物标本、计算器等。三、实验原理生活型是生物对外界环境适应的外部表现形式，同一生活型的生物，不但体态相似，而且在适应特点上也是相似的。对植物而言，其生活型是植物对综合环境条件的长期适应，而在外貌上反映出来的植被类型。它的形成是植物对相同环境条件趋同适应的结果。在同一类生活型中，常常包括了在分类系统上地位不同的许多种，因为不论各种植物在系统分类上的位置如何，只要它们对某一类环境具有相同或（相似）的适应方式和途径，并在外貌上具有相似的特征，它们都属于同一类生活型。关于植物生活型的分类有各种标准和系统，这里采用丹麦生态学家Raunkiaer的生活型分类系统和《中国植被》中的生活型系统。1.Raunkiaer的生活型分类系统他以植物体在度过生活不利时期（冬季严寒、夏季干旱）对恶劣条件的适应方式作为作为分类的基础。具体的是以休眠或复苏芽所处位置的高低和保护的方式为依据，把陆生植物划分为五类生活型。

（1）高位芽植物（Phanerophytes）休眠芽位于距地面25厘米以上，又依高度分为四个亚类，即大高位芽植物（高度＞30米），中高位芽植物（8～30米），小高位芽植物（2～8米）与矮高位芽植物（25厘米到2米）。如乔木、灌木和一些生长在热带潮湿气候条件下的草本等。

（2）地上芽植物（Chamaephytes）更新芽位于土壤表面之上，25厘米之下，多为半灌木或草本植物。受土表的残落物保护，在冬季地表积雪地区也受积雪的保护。

（3）地面芽植物（Hemicryptophytes）又称浅地下芽植物或半隐芽植物，更新芽位于近地面土层内，在不利季节，地上部分全枯死，即为多年生草本植物。

（4）地下芽植物（Cryptophytes）又称隐芽植物，更新芽位于较深土层中或水中，多为鳞茎类、块茎类和根茎类多年生草本植物或水生植物。

（5）一年生植物（Therophytes）是只能在良好季节生长的植物，以种子的形式度过不良季节。2.《中国植被》一书中即按植物体态划分出下列生长型类群：Ⅰ.木本植物

1.乔木：具有明显主干，又分出针叶乔木，阔叶乔木，并进一步分出常绿的，落叶的，簇生叶的，叶退化的。

2.灌木：无明显主干，也可按上述原则进一步划分。

3.竹类。

4.藤本植物。

5.附生木本植物。

6.寄生木本植物。

Ⅱ．半木本植物

7.半灌木与小半灌木。

Ⅲ．草本植物

8.多年生草本植物：又可分出蕨类，芭蕉型，丛生草，根茎草，杂类草，莲座植物，垫状植物，肉质植物，类短命植物等。

9.一年生植物：又分冬性的，春性的与短命植物。

10.寄生草本植物。

11.腐生草本植物。

12.水生草本植物：又分挺水的，浮叶的，漂浮的，沉水的。

Ⅳ.叶状体植物

13.苔藓及地衣。

14.藻菌。统计某个地区或某个植物群落内各类生活型的数量对比关系称为生活型谱。通过生活型谱可以分析一定地区或某一植物群落中植物与生境（特别是气候）的关系。从各个不同地区或各个不同群落的生活型谱的比较，可以看出各个地区或群落的环境特点，特别是对于植物有重要作用的气候特点。四、实验步骤1.调查或利用已有的调查资料，如利用调查某地区（或群落）的植物种类（附生活型）情况，见表5-1、5-2、5-3。表5-1群落1植物种类乔木黄山松、马尾松、甜槠、木荷、小叶青冈、东南石砾、制定生活型谱的方法，首先是弄清整个地区（或群落）的全部植物种类，列出植物名录，确定每种植物的生活型，然后把同一生活型的种类归到一起。按下列公式计算：某一生活型的百分率=该地区该生活型的植物种数/该地区全部植物的种数×100%实验六物种多样性的测定一、实验目的学习群落物种多样性的调查方法，比较各地区物种多样性的差异；了解各类指数的特点和生态学意义；熟悉和掌握最常用的物种多样性指数的计算方法。二、实验材料皮尺、样方框（20×20，50×50，l00×100cm2）、铅笔、野外记录表格、计算器。三、实验原理物种多样性代表了群落组织水平和功能的基本特征，它通常包涵两种涵义：（1）种的数目或丰富度（speciesrichness），

即一个群落或生境中物种数目的多寡；（2）种的均匀度（speciesevennessorequitability），

即一个群落或生境中全部物种个体数目的分配状况，它反映的是各物种个体数目分配的均匀程度。多样性指数是反映丰富度和均匀度的综合指标，生态学考察中较多使用的多样性指数有辛普森指数（Simpson'sindex）、香农-威纳（Shannon－WIener）指数及均衡度指数。1.辛普森多样性指数（Simpson'sdiversityindex）：该指数指数假设，对无限大的群落随机取样，样本中两个不同种个体相遇的几率可认为是一种多样性的测度。用公式表示为：辛普森多样性指数=随机取样的两个个体属于不同种的概率=1-随机取样的两个个体属于同种的概率设种i的个体数占群落中总个体数的比例为Pi，那么，随机取种i两个个体的联合概率就为P，如果我们将群落中全部种的概率合起来，就可得到辛普森指数D，即

式中，S为物种数目。2.香农-威纳指数（Shannon-Weinerindex）及均衡度：该指数假设在无限大的群落中对个体随机取样，而且样本包含了群落中所有的物种，个体出现的机会即为多样性指数。种信息量越大，不确定性也越大，因而多样性也就越高。其计算公式为：E=H/InS式中：H为香农指数；E为香纳均衡度指数；Pi为第i个种在全体物种中的重要性比例，如以个体数量而言，ni为第i个种的个体数量，N为总个体数量，则有Pi=ni/N；S为物种数目。四、实验步骤1.选择样方（1）在校园草地和种植区划出同样面积样方块，面积视植物密度而定，从1平方米到10平方米，密度高的样方可小些。（2）在附近小山的阳坡和阴坡，也可以在教学楼的南面和北面选择同样面积的样方各一块。2.统计记录按选择的样方统计样方内的动、植物种类数和每一种的个体数。对不认识的植物应该采样带回实验室检索。对不认识的小型动物，能采样的都要给予麻醉固定，带回检索。并把有关数据记入下页表。3.物种多样性指数计算4.比较同一地区不同的耕作条件或不同的自然环境中群落的差异五、作业1.不同环境中物种多样性的差异程度及其形成原因分析。2.各类多样性指数计算结果的差异及分析。3.样方面积的大小对多样性指数的影响。表6-1野外群落观察记录日期：样地位置：样地面积：1m×1m观测人姓名：种名群落1群落2群落3群落4群落5实验七重金属在农业生态系统中的迁移、积累和分布一、实验目的通过本实验使学生了解重金属在农田生态系统中的迁移、积累和分布特征，学习生物样品的测定方法（样品消化前处理、火焰原子吸收分光光度计的原理和使用方法等）。二、实验材料火焰原子吸收分光光度计，育苗盆，植物培养液，铜标准贮备溶液。三、实验原理重金属进入大气、水体或土壤环境，被动植物吸收后，有一个不断积累和逐渐放大的过程。生物积累包含两个过程：（1）生物浓缩，指生物直接从环境中摄取毒物；（2）生物放大，指从食物中摄取毒物，生物积累造成某些毒物的浓缩。因此，重金属在生物组织中的浓度要比其周围环境中的浓度高出许多倍。在农业生态系统中，植物吸收、积累水或土壤中的重金属，使其迁移分布于植株体的各个部位，当动物或人体取食植株的根、茎、叶、花或果时，重多属就在食物链中积累起来，达到较高的浓度，从而直接危害人体健康。四、实验步骤1.植物培养预备实验：分别盆栽水稻、蔬菜或牧草，每种植物做3个重复，定期浇水或培养液，正常管理，使其生长良好。2.重金属处理：植株长到合适大小时，连续几天施入预先配好的一定浓度的重金属溶液，培养一段时间后分根、茎、叶、花、果分别取样。3.重金属浓度测定：将样品进行消解预处理后，直接用原子分光光度计测定植株体各部位及生活水体或土壤中的重金属浓度。4.分析比较植物体不同部位及其生活环境中重金属浓度的差异。五、作业1.分析重金属在不同植物体中的迁移、积累和分布的异同。分析不同植物对其生活环境中重金属的吸收性能。分析重金属在生态系统中的积累过程有什么规律。实验八水体富营养化的测定与分析一、实验目的通过本实验使学生了解周边水体的污染状况，进一步认识水体富营养化的形成原因和对动植物生长的危害，熟悉和掌握水体富营养化的几个测定指标和测定技术。二、实验材料仪器和材料：量筒，鱼缸，采样容器（瓶、桶等），塑料板，量杯，手表，水藻，小金鱼（或小蝌蚪），分光光度计及10nm石英比色皿，压力为1.1~1.4kg/cm2压力锅，50ml具塞（磨口）刻度管，25ml具玻璃磨口塞比色管，溶解氧测定仪（或250ml溶解氧瓶，250ml锥形瓶，25ml酸式滴定管，50m1移液管和吸球），化学需氧量测定仪（或沸水浴装置，250ml碘量瓶，25ml棕色酸式滴定管，定时钟，G-3玻璃砂芯漏斗）药品和试剂：ρ=1.84g/ml硫酸，1.4g/ml硝酸，1.68g/ml高氯酸，1+1硫酸，1mol/L硫酸，1mol/L氢氧化钠，6mol/L氢氧化钠，50g/L过硫酸钾，钼酸铵溶液，酒石酸锑钾溶液，100g/L抗坏血酸溶液，磷酸盐标准储备液，10g/L酚酞溶液，无氨水，200g/L氢氧化钠溶液，20/L氢氧化钠溶液，碱性过硫酸钾溶液，1+9盐酸溶液，硝酸钾标准溶液，1+35硫酸溶液，硫酸锰溶液，碱性碘化钾溶液，浓硫酸，1％淀粉溶液，0.025mol／L硫代硫酸钠溶液，不含有机物蒸馏水，ρ=1.84g/ml硫酸，50%氢氧化钠溶液，1+5硫酸溶液，0.05mol/L高锰酸钾溶液，10%碘化钾溶液，0.0250mol/L重铬酸钾标准溶液，1%淀粉溶液，0.025mol/L硫代硫酸钠溶液，30%氟化钾溶液，4%叠氮化钠溶液。三、实验原理水体富营养化是指氮、磷、钾、硫等生物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。导致水体富营养化的主要营养物是磷酸盐和硝酸盐。水体N、P含量过多，停留时间过长，会导致水生生物，特别是各种藻类大量繁殖，有机体的呼吸作用及死亡个体的分解作用会导致溶解氧浓度急剧下降，致使水体严重缺氧，从而使生活于其中的鱼类和其他水生生物大量死亡。溶解氧量（DO）受水温、气压和溶质（如盐分）的影响，随水温升高而减少，与大气中氧分压成比例增加。越干净的水，所含溶解氧越多；水污染越厉害，溶解氧就越少。因此常用水体总氮含量、总磷含量、溶解氧量和化学需氧量（COD）表示水体的富营养化程度。化学需氧量是在一定条件下，用一定的强氧化剂处理水样时所消耗的氧化剂的量，以氧的毫克／升表示。它利用化学氧化剂，将水样中的还原物质加以氧化，然后从剩余的氧化剂的量计算出氧的消耗量。四、实验步骤1.根据《水样的采集和保存》介绍的方法，在学校的几个水池和排水沟中取适量水样。2.测定各水样的富营养化指标，并将结果填入表8-1。DO测定采用碘量法。分析技术详见附录1：GB13738.4-1998海水分析标准方法。COD的测定方采用碱性高锰酸钾法。分析技术详见附录2：GB13738.4-1998海水分析标准方法。水质总磷的测定采用钼酸铵分光光度计。分析技术详见附录3：GB11893-89水质分析标准方法。水质总氮的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法。分析技术详见附录4：GB11893-89水质分析标准方法。3.在各鱼缸内分别加入等量的水样，并编号，各水样做三个重复。4.在各鱼缸内各放入10条小金鱼（或小蝌蚪）和相同数量的水藻，盖上塑料板，放在相同环境中培养。5.观察鱼缸内水藻生长情况，比较三者的不同，并记录金鱼（或小蝌蚪）成活时间，观察哪个鱼缸中金鱼（或小蝌蚪）第一个死亡，哪个鱼缸中10条金鱼（或小蝌蚪）先死光，将结果填入表8-2。6.分析不同水体的富营养化程度及对动植物生长的影响。表8-1：水质富营养化指标测定结果水样指标abcd总氮（N）总磷（P）溶解氧（DO）化学需氧量（COD）表8-2：水质富营养化观察记录水样观察现象abcd第一天第二天第三天………五、作业1.分析不同取样地水质的富营养化程度及形成原因。2.比较不同富营养化程度水体对动植物生长的影响。3.分析水体富营养化的形成机制，并探讨其解决办法。附录一水中溶解氧的测定—碘量法1.实验原理水中溶解氧的测定，一般用碘量法。在水中加入硫酸锰及碱性碘化钾溶液，生成氢氧化锰沉淀。此时氢氧化锰性质极不稳定，迅速与水中溶解氧化合生成锰酸锰：

2MnSO4+4NaOH=2Mn(OH)2↓+2Na2SO4

2Mn(OH)2+O2=2H2MnO3

H2MnO3十Mn(OH)2＝MnMnO3↓+2H2O(棕色沉淀)加入浓硫酸使棕色沉淀(MnMn02)与溶液中所加入的碘化钾发生反应，而析出碘，溶解氧越多，析出的碘也越多，溶液的颜色也就越深。

2KI+H2SO4=2HI+K2SO4

MnMnO3+2H2SO4+2HI=2MnSO4+I2+3H2O

I2+2Na2S2O3=2NaI+Na2S4O6

用移液管取一定量的反应完毕的水样，以淀粉做指示剂，用标准溶液滴定，计算出水样中溶解氧的含量。2.仪器器皿溶解氧瓶(250ml)；锥形瓶(250ml)；酸式滴定管(25ml)；移液管(50m1)；吸球。3.试剂——浓硫酸

——硫酸锰溶液。溶解480g分析纯硫酸锰(MnS04·H20)溶于蒸馏水中，过滤后稀释成1L。

——1%淀粉溶液：称取1.0g可溶性淀粉，用少量水调成糊状，再用刚煮沸的水冲稀至100ml。冷却后，加入0.4g氯化锌防腐或临用时现配。——碱性碘化钾溶液。取500g分析纯氢氧化钠溶解于300—400ml蒸馏水中(如氢氧化钠溶液表面吸收二氧化碳生成了碳酸钠，此时如有沉淀生成，可过滤除去)。另取得气150g碘化钾溶解于200ml蒸馏水中。将上述两种溶液合并，加蒸馏水稀释至1L。

——重铬酸钾标准溶液C（1/6K2Cr2O7）=0.0250mol/L：称取于105℃-110℃烘干2h并冷却至恒重的优级纯重铬酸钾1.2258g，溶于水，移入1000ml容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。——硫代硫酸钠标准溶液。溶解6.2g分析纯硫代硫酸钠(Na2S2O3·5H20)于煮沸放冷的蒸馏水中，然后在加入0.2g无水碳酸钠，移入1L的溶量瓶中，加入蒸馏水至刻度(0.0250mol／L)。为了防止分解可加入氯仿数毫升，储于棕色瓶中用前用重铬酸钾标溶液进行标定：4.水样的采集与固定（1）用溶解氧瓶取水面下20—50cm的河水、池塘水、湖水或海水，使水样充满250ml的磨口瓶中，用尖嘴塞慢慢盖上，不留气泡。

（2）在河岸边取下瓶盖，用移液管吸取硫酸锰溶液1ml插入瓶内液面下，缓慢放出溶液于溶解氧瓶中。（3）取另一只移液管,按上述操作往水样中加入2ml碱性碘化钾溶液,盖紧瓶塞，将瓶颠倒振摇使之充分摇匀。此时，水样中的氧被固定生成锰酸锰(MnMnO3)棕色沉淀。将固定了溶解氧的水样带回实验室备用。5.实验步骤（1）酸化：往水样中加入2ml浓硫酸，盖上瓶塞，摇匀，直至沉淀物完全溶解为止(若没全溶解还可再加少量的浓酸)。此时，溶液中有I2产生，将瓶在阴暗处放5分钟，使I2全部析出来。

（2）用标准Na2S2O3溶液滴定

①用50ml移液管从瓶中取水样于锥形瓶中。

②用标准Na2S2O3溶液滴定至浅黄色。

③向锥形瓶中加入淀粉溶液2ml。

④继续用Na2S2O3标准溶液滴定至蓝色变成无色为止。

⑤记下消耗Na2S2O3标准溶液的体积。

⑥按上述方法平行测定三次。

（3）计算溶解氧(mg／L)＝CNa2S2O3×VNa2S2O3×32/4×1000/V水

O2―→2Mn(OH)2―→MnMnO3―→2I2―→4Na2S2O3

1mol的O2和4mol的Na2S2O3相当

用硫代硫酸钠的摩尔数乘氧的摩尔数除以4可得到氧的质量(mg)，再乘1000可得每升水样所含氧的毫克数：

CNa2S2O3——硫代硫酸钠摩尔浓度(0．0250mol／L)

VNa2S2O3——硫代硫酸钠体积(m1)

V水——水样的体积(ml)附录二化学需氧量的测定—碱性高锰酸钾法1.方法原理在碱性条件下，加一定量高锰酸钾溶液于水样中，并在沸水浴上加热反应一定时间，以氧化水中的还原性物质。加入过量的碘化钾还原剩余的高锰酸钾，以淀粉做指示剂，用硫代硫酸钠滴定释放出的碘，换算成氧的浓度，用CODOH.KI表示。2.仪器器皿沸水浴装置；碘量瓶，250ml；棕色酸式滴定管，25ml；定时钟；G-3玻璃砂芯漏斗。3.试剂除特殊说明外，所用试剂均为分析纯试剂，所用纯水均指重蒸水。——硫酸（H2SO4），ρ=1.84g/ml。——硫酸溶液，1+5。——50%氢氧化钠溶液：称取50g氢氧化钠（NaOH）溶于水中，用水稀至100ml，贮于聚乙烯瓶中。——高锰酸钾溶液C（1/5KMnO4）=0.05mol/L：称取1.6g高锰酸钾溶于1.2L水中，加热煮沸，使体积减少到约1L，放置12h，用G-3玻璃砂芯漏斗过滤，滤液贮于棕色瓶中。——10%碘化钾溶液：称取10.0g碘化钾（KI）溶于水中，用水稀释至100ml，贮于棕色瓶中。——重铬酸钾标准溶液C（1/6K2Cr2O7）=0.0250mol/L：称取于105℃-110℃烘干2h并冷却至恒重的优级纯重铬酸钾1.2258g，溶于水，移入1000ml容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。——1%淀粉溶液：称取1.0g可溶性淀粉，用少量水调成糊状，再用刚煮沸的水冲稀至100ml。冷却后，加入0.4g氯化锌防腐或临用时现配。——硫代硫酸钠溶液C（Na2S2O3）≈0.025mol/L：称取6.2g硫代硫酸钠（Na2S2O3•5H2O）溶于煮沸放冷的水中，加入0.2g碳酸钠，用水稀释至1000ml，贮于棕色瓶中。使用前用0.0250mol/L重铬酸钾标准溶液标定。——30%氟化钾溶液：称取48.0g氟化钾（KF•2H2O）溶于水中，用水稀释至100ml，贮于聚乙烯瓶中。——4%叠氮化钠溶液：称取4.0g叠氮化钠（NaN3）溶于水中，稀释至100ml，贮于棕色瓶中，暗处存放。4.样品的采集与保存水样采集于玻璃瓶后，应尽快分析。若不能立即分析，应加入硫酸调节pH<2，4℃冷藏保存并在48h内测定。5.测定步骤（1）吸取100ml待测水样（若水样CODOH.KI高于12.5mg/L，则酌情少取，用水稀释至100ml）于250ml碘量瓶中，加入50%NaOH溶液0.5ml，摇匀。（2）加入0.05mol/L高锰酸钾溶液10.00ml，摇匀。将碘量瓶立即放入沸水浴中加热60min（从水浴重新沸腾起计时）。沸水浴液面要高于反应溶液的液面。（3）从水浴中取出碘量瓶，用冷水冷却至室温后，加入4%叠氮化钠溶液0.5ml，摇匀。（4）加入30%氟化钾溶液1ml，摇匀。（5）加10%碘化钾溶液10.00ml，摇匀。加入（1+5）硫酸5ml，加盖摇匀，暗处置5min。（6）用0.025mol/L硫代硫酸钠溶液滴定至溶液呈淡黄色，加入1ml淀粉溶液，继续滴定至蓝色刚好消失，尽快记录硫代硫酸钠溶液的用量。（7）空白实验另取100ml水代替试样，按照10.1至10.6步骤做全程序空白，记录滴定消耗的硫代硫酸钠溶液的体积。（8）结果的表示水样的CODOH.KI按下式计算：CODOH.KI（O2，mg/L）=(V0-V1)×C×8×1000/V…（2）式中：V0—空白试验消耗的硫代硫酸钠溶液的体积（ml）；V1—试样消耗的硫代硫酸钠溶液的体积（ml）；C—硫代硫酸钠溶液浓度（mol/L）；V—试样体积（ml）；8—氧（1/2O）的摩尔质量（g/mol）。附录三总磷—分光光度法1.方法原理测定总磷先用过硫酸钾法消化，将有机磷和磷氧化成正磷酸盐，然后使之与酸性钼酸盐试剂反应形成磷钼酸盐络合物，再用抗坏血酸还原成深色化合物，在一定波长下测其吸光度。2.仪器设备分光光度计；100mL硼硅玻璃瓶；压力锅；100mL容量瓶若干。3.试剂配制试剂所用水均用重蒸馏水。——9.0N硫酸：仔细将250mL浓硫酸（分析纯）（比重＝1.84）加到750mL蒸馏水中，冷却压缩后稀释到1L，在棕色玻璃瓶中储存。——钼酸铵溶液：溶解9.5g四水钼酸铵（分析纯）于90mL蒸馏水中，稀释至100mL，储存在玻璃瓶中，只要试剂不混浊就可使用。——酒石酸锑钾溶液：溶解3.25g酒石酸锑钾（分析纯）K（Sb0）C4H4O6于100mL蒸馏水中，储存在玻璃瓶中。只要溶液不混浊就可使用。——混合试剂：边搅拌边将近45mL钼酸盐溶液慢慢加入到达120mL9N硫酸中，然后加入5mL酒石酸锑钾溶液和70mL蒸馏水，储存在棕色玻璃瓶中。在无灰条件下，该试剂可稳定数月。此试剂用于已加酸保护的样品，即在于100mL样品中已加入1mL9NH2SO4的样品。它也适用于测定总磷的操作。——抗坏血酸溶液：溶解7.0g抗坏血酸（分析纯）C6H8O6于100mL蒸馏水中。盛在棕色玻璃瓶中储存在冰箱内，该还原剂至少稳定一个月，只要试剂近看无色，就可以使用。——磷酸盐标准储备液：将磷酸二氢钾（分析纯）KH2PO4在烘箱里面110℃干燥1～2小时，然后放在干燥器中。精确称量1.088g，溶于蒸馏水中，转入1000mL容量瓶中，稀释至标线，混匀。此溶液盛在玻璃瓶中，置于阴冷处，可以稳定数月。储备标准液含有8.00μmolPO4-3-P/mL。有效期为半年。——标准使用液：80μmolP/L。取1mL磷标准储备液于100mL容量瓶中，稀释至标线，有效期为一周。——过硫酸钾溶液：5gK2O8溶于100mL蒸馏水中，室温下储存在聚乙烯瓶中，避免阳光直接照射，可稳定一周。4.样品的采集和储存水样采集后应立即分析，最好在半个小时内进行，若两小时不能将样品分析完则须在每100mL溶液中加0.5mL的1：1硫酸酸化，盛于聚乙烯瓶中于冷暗处保存，若是测定溶解态的总磷，则须将样品经过0.45μm的膜过滤。5.测定步骤(1)制定工作曲线①取磷标准使用溶液0、1.00、2.00、3.00、4.00于100mL容量瓶中，稀释定容。溶液浓度分别为0、0.80、1.60、2.40、3.20μmolP/L。②各取35mL放入氧化瓶，分别加入2mL过硫酸钾溶液，盖紧盖子。③置于已盛有适量水的压力锅中，加热30分钟。④冷却至室温。⑤加入1mL抗坏血酸溶液混合半分钟后再加入1mL，混合试剂，混匀。⑥测定吸光度（反应5分钟后尽快在880nm波长下测定）Ai（其中未加磷标准使用溶液为A0）。⑦以Ai-Ao为纵坐标，溶液中磷浓度为横坐标作图。(2)样品测定①取35mL样品两份。②参照(1)中②～⑥步测样品吸光值Aw。③取35mL蒸馏水两份参照(1)中②～⑥步测Ao，由Aw-Ao从工作曲线上查磷的含量。附录四总氮—分光光度法1.方法原理海水中总氮包括无机氮和有机氮，其中无机氮有氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。过硫酸盐在碱性介质中将有机氮和氨氮转化为硝酸盐氮，此后再将硝酸盐还原为亚硝酸盐，连同原有的亚硝酸盐一起利用测定亚硝酸盐的方法进行测定。2.仪器和器皿反应瓶：50mL有聚丙烯或聚四氟乙烯螺旋盖的玻璃瓶；压力锅；50mL容量瓶若干；振荡器。3.试剂及配制——无氨蒸馏水或纯水。——氯化钠溶液：31g氯化钠（优级纯）溶于1000mL无氨蒸馏水中。——0.12N氢氧化钠溶液：4.8g分析纯氢氧化钠溶于1L无氨蒸馏水