生态学实验报告经典.docx
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生态学实验报告经典
生态学实验要求学生通过实验，熟悉和掌握若干生态因子的测定原理和方法，熟悉生态学生态因子测定的基本仪器的使用方法，了解生态因子的变化规律和作用特点;掌握生物种群、生物群落调查取样方法、分析方法和基本实验研究方法;掌握生态系统观察与分析的基本方法。
熟悉和掌握生态学研究的一般仪器设备的使用，掌握生态学一般实验技能和方法，从而巩固课堂学习，提高学生的动手能力、分析能力和创新能力。
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）、结果处理（马尾松林）
时间段
样地
土壤温度
光度
大气温度
湿度
0CM
10CM
15CM
20CM
0M
1.5M
2M
10:
30
A
11
10
10
12
631
707
656
14.2℃
50.8％
B
11
12
10
12
779
842
866
14.4℃
51％
C
11
10
10
12
372
557
437
14.6℃
57％
11:
30
A
12
10
10
12
639
796
868
16.1℃
48.8％
B
11
10
10
12
814
987
1077
15.6℃
48.5％
C
11
10
12
10
1089
1110
1370
15.3℃
47.8％
12:
30
A
12
10
11
12
1264
1149
2440
15.3℃
49.2％
B
12
10
12
10
2500
1169
3180
15.5℃
49.5％
C
12
12
10
10
3000
1429
3030
15.5℃
51.4％
14:
30
A
13
11
11
12
4200
4610
890
18.4℃
41.7％
B
13
10
12
10
1694
2370
1089
18.4℃
41.5％
C
12
11
12
11
1753
1230
1190
18.5℃
41.1％
土壤PH
1
2
3
0-15cm
4.7
4.6
4.6
15-30cm
4.7
4.5
4.5
土壤容重
1
2
3
0-15cm
0.853（g/cm3）
0.9393（g/cm3）
0.8201（g/cm3）
15-30cm
0.6915（g/cm3）
0.8922（g/cm3）
0.8334（g/cm3）
土壤含水量
1
2
3
0-15cm
15.0％
13.2％
14.0％
15-30cm
20.5％
14.6％
13.1％
（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。
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
样地
一
二
三
四
五
灌木
白花檵木
7
3
3
0
5
乌药
4
4
0
0
3
黄瑞木
0
0
0
1
10
三叶刺楠
3
7
0
1
3
柃木
2
0
6
7
0
草本
桑露
0
0
10
0
0
乔木
形状
胸径cm
树高
m
枝下高
m
冠幅
m*m
马尾松
28
6.7
3.27
棕褐
粗糙
圆锥
2.07*1.43
马尾松
28.6
6.6
2.02
棕褐
粗糙
圆锥
2.40*1.68
马尾松
30.5
7.1
2.08
棕褐
粗糙
圆锥
2.80*2.40
马尾松
48.9
7.5
2.18
棕褐
粗糙
圆锥
3.40*2.81
马尾松
16
5.4
1.96
棕褐
粗糙
圆锥
3.5*2.5
马尾松
18
6
2.04
棕褐
粗糙
圆锥
2.98*2.65
灌木
形状
层次
盖度
最高m
均高m
白花檵木
中层
6.7%
2.44
2.23
冬青
下层
11.2%
2.34
1.92
乌药
下层
2.7%
0.84
0.74
黄瑞木
中层
18%
2.03
1.82
刺楠
下层
3.5%
1.54
1.3
山矾
下层
0.3%
1.3
1.3
（八）数据处理
乔木层
株数
相对多度
马尾松
83
46.4﹪
枫香
31
17.3﹪
苦槠
65
36.3﹪
草本
频度
相对频度
桑露
0.2
100﹪
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+8H2O
K2Cr2O7+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。
（七）结果处理
滴定结果
有机碳%
滴定前（mL）
滴定后（mL）
滴定差值（mL）
平均值（mL）
土壤层
0-15cm
19.90
30.40
15.50
15.40
6.3
2.80
18.10
15.30
18.10
33.50
15.40
15-30cm
2.30
20.70
18.40
18.27
4.6
20.70
38.80
18.10
1.60
19.90
18.30
（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。
四.实验总结
通过此次生态学实验，熟悉和掌握了若干生态因子的测定原理和方法，熟悉了生态因子测定的基本仪器的使用方法，了解了生态因子的变化规律和作用特点；掌握了生物种群。
生物群落调查取样方法.分析方法和基本实验研究方法；掌握了生态系统观察与分析的基本方法。
熟悉和掌握了生态学研究的一般仪器的使用，掌握生态学一般的实验技巧。
五.实验体验及心得
为期三个周的生态学综合实习，地点主要位于学校校园南昌大学图书馆南面的树林。
通过本次实习，我们基本掌握了野外实习考察、实验数据的采集、和数据处理分析等技能和知识。
在此，还要感谢一直陪同在我们身边的研究生学姐，每次出外实验，她都一直陪在我们身边。
在实验过程中，她对我们进行有效的指导，即使是在中午时分，也陪着我们挨饿，由此我们也看到了生态学研究者的吃苦耐劳精神，值得我们敬佩和学习。
我们于2010年3月27日开始了生态学综合实习，在这三周的生态学实验期间我们感触很多，不仅收获了专业知识也学到了很多书本上没有的东西，下面将我们的实习心得体会分享如下：
实验的第一个任务是在小树林里进行土样采集、温度、湿度、光照等生态因素的采集。
土样采集利用的是打孔法，对不同深度的土样采集，既需要认真细心，又需要有足够好的方法和不错的体力。
适度、温度等因素则需要有足够的耐心、以及做事认真、实事求是的态度。
各项工作我们采用分工协作的方法，最终很好地完成了。
第二项任务是在陈伏生老师的带领与指导下的，我们认识了不少学校中的植物，理解了一些植物的特点。
除此之外，我们主要是区做植被调查，选了20m×20m的样地来进行实地调查，用样方法来对样地分别进行了乔木调查、灌木调查、草本调查，了解了样地的植被物种构成，并利用实验数据对调查地进行了物种多样性分析，得出了物种多样性指数。
第三个任务就是在实验室中进行生态系统固碳能力的测定，通过对采集来的土样等进行处理从而测：
土壤中有机质含量可以用土壤中一般的有机碳比例乘以有机碳百分数而求得。
其换算因数随土壤有机质的
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