生态学实验13.docx

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生态学实验13

生态学实验一植物的种内和种间竞争

[实验目的和要求]

认识种内、种间竞争；了解其特点和规律

[实验基本原理]

竞争是指两个或两个以上的物种（也可以是种内多个个体）在共同利用同一资源而产生的相互妨碍作用。

处于竞争的个体在生长和种群数量的增长等方面都会受到抑制。

一般可以认为，每个个体的平均生物量小，意味着为了惊蛰消耗的物质或能量就多，竞争也比较激烈，反之亦然。

[实验仪器设备、材料]

1、实验仪器和设备

花盆、泥土、标签、烘箱

2、实验材料

种内竞争：

大豆种子

种间竞争：

大豆、豇豆种子

[实验步骤]

1、实验材料的选择和培养盆的准备

选择籽粒饱满完整、大小均匀（保证发芽率）

花盆中土面低于盆口约2cm，贴上标签，标明处理、重复号和播种日期。

2、种内竞争实验

高密度组：

播种大豆20颗，发芽后留12颗

中密度租：

播种大豆10颗，发芽后留6颗

低密度组：

播种大豆2颗，发芽后留1颗

每组2个重复。

共需6个花盆。

日均气温在15度以上，培养20天左右；日均温度15度以下，培养30天以上，视情况收获。

培养期间适时浇水。

3、种间竞争

以高密度方式播种，两者的比例分别为：

0.00︰1.00，（20颗/盆，豇豆20颗，发芽后留下12颗），0.25︰0.75，（大豆5颗，豇豆15颗，发芽后留下大豆3颗，豇豆9颗）0.50︰0.50，（大豆10颗，豇豆10颗，发芽后留下各6颗）0.75︰0.25，（大豆15颗，豇豆5颗，发芽后大豆留9颗，豇豆留3颗），1.00︰0.00（20颗大豆，发芽后留12颗）共5个处理，即每个处理重复3次，共需15个花盆。

[竞争结果判定及分析]

1、将培养好的各盆植物适时收获。

在不损坏植物的前提下，仔细地将每个培养盆中的植物个体完整收获，洗去表面泥土，记录每个植株的株高，根长。

2、称其湿重，计算每个个体的平均湿重（生物量）

3、以株高、根长、平均湿重为指标，进行竞争结果的比较。

表1-1大豆：

种内竞争

平均株高

平均根长

平均湿重

死亡率

高密度

中密度

低密度

表1-2豇豆

种间竞争

平均株高

平均根长

平均湿重

死亡率

0.00:

1

0.25:

0.75

0.5:

0.5

0.75:

0.25

表1-3大豆

种间竞争

平均株高

平均根长

平均湿重

死亡率

0.00:

1

0.25:

0.75

0.5:

0.5

0.75:

0.25

[注意事项]

1、实验时，尽可能保证各处理的光照、肥力、水分等实验条件的均一。

2、种内竞争实验在收获时，可以将同密度培养的材料（同密度的3个培养盆中的植物）混在一起进行称量并计算其个体平均生物量。

3、种间竞争实验在收获时，应将不同处理、不同物种分开称量并计算其个体平均生物量。

[实验报告]

分析种内竞争和种间竞争的结果

实验二植物群落的物种多样性测定

[实验目的]

了解各类物种多样性指数的特点、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。

[实验原理]

物种多样性是群落生物组成结果的重要指标，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间接反应群落功能的特征。

自20世纪初开始，越来越多的生态学家在实践中摸索着物质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：

α-多样性指数、β-多样性指数和γ-多样性指数。

本实验将采用被较广泛接受的三种α-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。

1、辛普生（simpson）多样性指数

上式中D为多样性指数；N为所有种的个体总数；Ni为第i种的个体数；S为种的数目。

2、香农-维纳（Shannon-Wiener）指数：

式中：

H’为多样性指数；

3、种间相遇几率（PIE）或群落组织水平相互关系的指数，体现均匀度

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。

[实验器材]

每组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、计算器、计算机。

[实验步骤]

1、每组4人于各类生境中设样方一个，全班10个重复。

2、样方设置：

利用所学理论，于以下代表性生境分别设置样方：

人工林、林-草结合带、草地、天然次生林的阴坡和阳坡。

样方大小：

草地和林-草结合带1m2、林地100m2。

3、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。

4、按表10-1记录并计算三种多样性指数。

5、数据整理，统计分析；

6、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。

表2-1天然群落物种多样性调查统计表

群落描述

样方面积

物种名

个体数

Simpson多样性指数

Shannon-Wiener多样性指数

PIE均匀度指数

Marglef丰富度指数

Menhinick丰富度指数

[实验报告]

计算并比较三种多样性指数，体会彼此的特点；

实验三植物群落的结构及影响因子分析

[实验目的]

1、熟悉植物群落调查的一些基本方法，如样方面积的确定、仪器和设备的使用等；

2、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；

3、学会植物群落命名方法，了解群落物种组成的数量特征。

[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植被的特征，水生生物群落的外貌主要取决于水的深度和水流特征。

陆地生物群落的外貌是由组成群落的植物种类形态及其生活型所决定的。

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；2）地上芽植物；3）地面芽植物；4）隐芽植物；5）一年生植物。

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，森林群落从上到下依次可分为乔木层、灌木层、草本层和地被层等层次。

植物的幼苗则根据其实际逗留的层之中。

附生和寄生植物也划入其实际依附的层中。

水热条件越优越，群落的垂直结构越复杂。

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。

主要受限与光、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。

群落交错区是两个和多个群落之间的过度地带。

由于交错区没有明显的优势种，物种多样性往往比临近的群落高。

[实验器材]

样地：

选取特定生境斑块（草地、林草结合带、人工林、天然林的阴阳坡）作实地调查；

仪器设备：

GPS，样方框、测绳，卷尺，枝剪，野外用称，记录表，铅笔，钢笔和标记比。

[实验步骤]

一、实地调查，获取基础数据（本实验与实验三的野外工作同时开展）。

学生每4人为一组，作样方法调查。

样地选择：

各组分别调查一个生境样方：

可选草地、林草结合带、人工林、天然林阳坡、天然林阴坡。

实地勘察，选择合适地段，以GPS定位。

再以测绳设定实验样方参照线。

林地样线长不小于100m，草地样线长30-50m。

沿样线两侧设定样方，每组完成一个样方的设定和实验内容。

样方大小在5m×5m-10×10m之间，根据实际环境灵活掌握。

但样方间的间距距离不小于样方边长的5倍。

建议林地样方为10m见方，草地1m见方。

样方调查测定：

获取如下数据。

1、样方地理位置、环境特征观察记录：

1）GPS定位坐标；

2）地形地貌：

山地或平原、坡向及坡度、海拔、底质类型；天气条件；

3）环境异质性、群落均一性（连续性）描述；

4）人为干扰情况：

土地利用类型、利用强度、退化程度等；

5）目测群落类型。

2、群落外貌观察记录：

1）目测优势种，林地的分层等；

2）主要物种的生活型。

3、物种数测定：

1）物种数；

2）每种物种的个体数，要求分种逐一计数，及时记录；

4、群落和物种盖度测定：

1）群落的总体盖度；

2）优势种的盖度；

5、高度：

各种植物的高度。

实测或测高仪测量，及时记录；

6、物候期和季相：

1）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；

2）季相：

以建群种所处的物候期为群落的季相；

二、统计分析：

1、综合全班几组数据，统计分析调查群落的如下特征：

1）物种丰度（S）：

各样方S值和总体S值；

Gleason指数：

D=S/lnA,A为单位面积，S为群落中的物种数目

Margalef指数：

D=（S-1）/lnN,S为群落中的物种总数目，N为观察到的个体总数

2）相对丰度（Pi）：

单种个体数占总个体数的百分比；

3）物种密度（D）：

株数/m2；

4）密度比（DR）：

单种密度/最大密度密度种的密度；

5）相对盖度（RC）：

单种盖度/所有种盖度和（%）；

6）盖度比：

单种盖度/最大盖度种的盖度；

7）相对优势度（RDE）:

单种优势度/所有种优势度和（%）；

8）相对频度（RF）:

单种频度/全部种的频度和（%）；频度=某物种出现的样方数／样方总数×100％

9）频度比：

单种频度/建群种频度；

10）相对高度：

单种高度（均值）/所有种高度和（%）；

11）高度比：

单种高度/最高种高度；

12）重要值（IV）：

相对密度+相对优势度（可用相对基盖度）+相对频度。

13）群落相似性系数：

Jaccard群落相似性系数Cj=j/（a+b-j）,式中，j为群落A与B的共有种数；a为群落A含有的全部种数；b为群落B含有的全部种数。

2、群落结构分析：

比较10种生境的群落特征，分析群落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、物种丰富度指数、主要物种的重要值、群落的相似性。

[实验报告]

1.通过调查群落中物种的重要值确定各生境的优势种

2.统计全班调查样地群落的特征，求出群落的相似性，确定相似性最高的群落

3.分析各群落结构的特征以及造成群落结构特征差异的影响因素。

表3-1植物群落调查记录表（样表）：

样方生境类型：

样方编号：

地理坐标：

日期：

天气：

样方大小：

总盖度：

%

实验人：

物种号

物种名

个体数

分盖度

物种密度

频度

物候期

重要值

填表说明：

样方生境类型指草地、林草地结合带、人工林、天然林阳坡、天然林阴坡；

样方大小填写格式：

am×bm；

总盖度：

样方植被总盖度；

物种号用于不认识的物种的标记和事后鉴定。

要求此表中编号和标本标签上的编号严格对应；

表3-2调查样地各群落的相似性（计算出各群落的Jaccard相似系数填写于下表中）

样地号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10