生態學實驗,實驗一、樣方法調查種群數量及種群內分布型的測定,一、實驗目的 通過實驗，熟悉利用樣方法調查種群數量的基本原理，掌握該方法技術要點。 通過實驗，理解幾種種群內分布型研究方法的基本原理，掌握測定動物種群內分布型的技術。,二、實驗原理,樣方法是指在被調查種群的生存環境中，隨機選取若干個樣方，計數每個樣方內的個體數，計算每個樣方內的平均個體數，然后將其平均數推廣，來估計種群整體。 樣方的形狀可以是方形的、長方形的、條帶狀的或圓形的，但樣方必須具有良好的代表性，這可以通過隨機取樣來保證。,用樣方法估計種群數量，首先要解決的問題是取多少個樣本比較好。在大多數情況下，樣本數可以由經驗來決定。若生物個體集群分布，各樣方個體數離散程度較大，即數據的方差（S2）較大，則需抽取的樣方數較多；反之，若生物個體均勻分布，各樣方個體數離散程度較小，即數據的方差（S2）較小，則需抽取的樣方數較少。若要精確確定，可用以下3種方法： 誤差估計法 平均值滑動法 t值計算法,誤差估計法,取樣數目（N）與估計誤差的關系,平均值滑動法,滑動平均數或方差對樣方數量的相關曲線,t值計算法,d為樣本平均數的允許誤差，可根據實驗情況，人為確定，如允許誤差在10%以內；t可通過查t值表得到，若樣本數大于10，差異顯著性水平為5%時，t值約為2；2為總體方差，是未知的，可用S2代替2。,動物種群的內分布型主要決定于個體間的相互作用和棲息環境的特點。動物種群中的個體，彼此之間可能是相互吸引的，也可能是相互排斥或中性的。若有機體彼此之間相互吸引就會引起動物集群；相互排斥就會使個體相互避開，就可能產生均勻的分布；而中性關系就可能促成隨機分布。如果資源（如食物、營巢地等）是豐富且分布均勻的，動物種群就可能會出現隨機分布，甚至出現均勻分布；如果資源呈斑塊狀分布，就可能導致動物種群集群分布。,種群的內分布型的研究屬于靜態研究，比較適用于植物、定居或不太活動的動物，也適用于測量鼠穴、鳥巢等棲息地的空間分布。測定種群內分布型的方法很多，本實驗僅介紹以下三種方法。 方差/平均數比率法 泊松（Poisson）分布法 負二項式分布法,種群內分布型分析表,三、實驗步驟 (模擬實驗),1. 將木盒內100個小方格編號：0099。 2. 取黃豆約500粒，隨機散布在木盒內。 3. 利用隨機數字表，確定抽取樣方號。 4. 計數已確定抽取樣方中的個體數量。 5. 計算每個樣方內平均個體數，然后乘100，即為種群數量的估計值。同時計算樣本方差。 6. 用空間指數法確定種群的內分布型，且用t檢驗進行顯著性檢驗。,四、作業,1. 根據實驗結果，計算種群數量估計值；同時計數木盒中全部個體數，比較種群數量估計值，是否在允許10%以內。 2. 根據實驗結果，用空間指數法確定種群的內分布型，且用t檢驗進行顯著性檢驗。 3. 利用公式法，試計算若用非放回式抽樣法，你應抽取的樣本數量是多少？,計算公式：,實驗二、標志重捕法和去除取樣法調查種群數量,一、實驗目的 通過實驗，使學生了解標志重捕法和去除取樣法的基本原理，初步掌握去除取樣法技術。,二、實驗原理,在調查地段中，捕獲一部分個體進行標志，然后放回，經一定時間后進行重捕。根據重捕中標志個體的比例，估計該地段中種群個體的總數。若將該地段種群個體總數記作N，其中標志數為M，重捕個體數為n，重捕中標志個體數為m，假定總數中標志個體的比例與重捕取樣中標志個體的比例相同，則 N : M = n : m N = M n / m,標志重捕的方法 林可指數法（Lincoln index method）：一次標志一次重捕法。 施夸貝爾法（Schnabel method）：多次標志一次重捕法。 喬利-西貝爾法（Jolly-Seber method）：多次標志多次重捕法。 若一次標志重捕可獲得足夠的個體數，則采用林可指數法；若一次標志重捕不能獲得足夠的個體數，利用林可指數法，種群數量的估計值往往不夠準確，則可采用施夸貝爾法或喬利-西貝爾法。,林可指數法計算公式,N2SE,注意事項：,標志個體在整個調查種群中均勻分布，標志個體和未標志個體都有同樣的被捕機會。 調查期間，沒有遷入或遷出。 調查期間，沒有新的出生或死亡。,在一個封閉的種群里，隨著連續捕捉，種群數量逐漸減少，單位努力捕獲量逐漸降低，同時，逐次捕捉的累積數就逐漸增大。不難想象，當單位努力的捕獲數為零時，捕獲累積數就是種群數量的估計值。如果將單位努力下的逐次捕獲數（作為Y軸）對捕獲累積數（作為X軸）作圖，利用統計學的直線回歸法，可以得到一條回歸線，將回歸線延長至與X軸相交，交點處X軸的數據就是種群數量的估計值。,去除取樣法的假定條件,每次捕捉時，每只動物受捕機會相等。 在調查期間，沒有出生和死亡、遷入和遷出。,去除取樣法實驗記錄表,去除取樣法計算公式：,三、實驗步驟,林可指數法室內實驗 1將2000g面粉放在玻璃容器中，加入約500頭赤擬谷盜進行培養，經過一段時間，使赤擬谷盜在面粉中分布均勻。 2隨機取出部分面粉（為獲得足夠的蟲數，需取總面粉體積的20%30%），在土壤篩中將蟲子篩出。 3用快干漆對蟲子進行標志。因蟲體較小，漆塊應盡量小。蟲子不停地活動，影響標志，則可邊用微風吹拂，邊進行標志。 4標志漆干燥后，將蟲子計數后，與面粉一同放回玻璃容器。 5經過一段時間后，重復步驟2，進行重捕，計數重捕蟲數及其中標志個體數。 6根據林可指數法，計算種群總數的估計值和種群總數的95%置信區間。,林可指數法模擬實驗 1將木盒內100個小方格編號：0099。 2取黃豆約500粒，隨機散布在木盒內。散落在四周的黃豆可重新散布。 3利用隨機數字表確定抽取樣方號（大約1020個）。 4計數并移去已確定抽取樣方中的個體，加入等數量的黑豆，認真做好記錄。 5將黃豆和黑豆混合，重復步驟24。 6根據林可指數法，計算種群總數的估計值和種群總數的95%置信區間。,去除取樣法室內實驗,1取1000g麩皮放在塑料面盆內，麩皮的厚度約6cm；將黃粉蟲（約200條）放入盆中。讓黃粉蟲在麩皮中充分擴散，約30分鐘后進行下一步驟。 2用小燒杯從塑料面盆中隨機取出含有黃粉蟲的麩皮，倒入土壤篩中，檢出并計數黃粉蟲的數量。共需取麩皮總量的1/51/4。 3將取出的麩皮放回塑料面盆中，使基質保持原來的體積。使塑料面盆中未取出的黃粉蟲繼續擴散，2030分鐘后進行第二次取樣。 4重復步驟23，計數黃粉蟲的數量。如此重復46次，則可明顯看出每次捕獲數量逐次減少。 5按表1整理實驗數據，繪出回歸線圖，求出塑料面盆中黃粉蟲數量的估計值。,去除取樣法模擬實驗 1將木盒內100個小方格編號：0099。 2取黃豆約500粒，隨機散布在木盒內。散落在四周的黃豆可重新散布。 3利用隨機數字表，確定抽取樣方號（大約1020個）。 4計數并移去已確定抽取樣方中的個體，認真做好記錄。 5將余下的黃豆重新散布，重復步驟24。 6整理實驗數據，繪出回歸線圖，求出模擬種群的數量估計值。,四、作業,1. 根據實驗結果，計算模擬種群的數量估計值及95%置信區間。 2. 根據模擬實驗的實驗數據，繪出回歸線圖，計算出種群數量的估計值。,實驗三、捕食者的功能反應測定（Holling圓盤試驗）,一、實驗目的 通過實驗，理解Holling圓盤實驗的基本原理，學習無脊椎動物捕食者功能反應的測定方法，了解被食者種群密度對捕食者捕食效率的影響，及功能反應測定在生物防治中的指導意義。,二、實驗原理,捕食者對被食者密度變化的功能反應可劃分為3種類型： 第I型為線性型。其特點是隨著被食者密度而增加，功能反應曲線呈直線上升，到達上部平坦部分表示捕食者已經飽享。 第型是凸型的,為無脊椎動物型。被食者密度增加的初期，被捕食的數量上升很快，以后逐漸變慢而到充分飽享不再上升。 第型為S型，即脊椎動物型。被食者稀少時，捕食量很少，隨著被食者密度上升，被捕食的數量逐漸增加，然后捕食效率逐漸降低，達到充分飽享，捕食數量不再上升。,捕食者對被食者密度變化的功能反應,功能反應型不呈直線上升的主要原因，可能是被食者飽享問題。因逐步飽享導致所謂的“處理時間” 發生變化。 捕食者的“處理時間”，包括對被食者的控制時間、取食時間、消化停頓等。在處理獵物時，尋覓活動停止。當被食者密度增加，一個捕食者可能捕獲更多的獵物，從而處理時間增加，又影響其尋覓、捕食更多的獵物，即尋覓效率降低。,在實驗室里，以蒙眼人為“捕食者”，砂紙圓盤為“被食者”，模擬捕食者與被食者之間的關系。最簡單的關系表達式為： Y=aTsx 式中，Y為移去的圓盤數，x為圓盤密度，Ts為可供尋覓的時間，a為瞬時發現率，是一常數。 設Tt為總實驗時間，假如每次實驗的時間（Tt）是固定的，Ts應隨找到的砂紙圓盤數而變化，因為移去砂紙圓盤所消耗的時間減少了搜索時間。若設移去1個砂紙圓盤所花費的時間為b，則 Ts=TtbY Y=a（TtbY）x 經整理得： 此即著名的“Holling圓盤方程”。,“Holling圓盤方程”也可用如下變形： 令 、 、 、 則上式可變化為：Y=BX+A。其中A、B則可利用回歸方程計算得出：,“捕食”數目與圓盤密度關系圖,三、實驗步驟,1每2人1組，1人蒙住眼睛充當“捕食者”，1人為觀察者記錄實驗時間。 2“捕食者”蒙住眼睛等待，由觀察者將不同數量的砂紙圓盤撒布在1平方米的桌子上。密度由觀察者任選。 3 “捕食者”站在桌前用手指點觸桌面，碰到砂紙圓盤時就將圓盤移去，放在一邊，算作“捕食”了一個“獵物”。每次實驗為1分鐘，記錄捕食數量。注意在各次實驗中，要求不同的“捕食者”的“捕食”方法要一致，戒用手掌觸圓盤。 4變換不同的砂紙圓盤密度，重復步驟23。圓盤的密度分別為每平方米4、9、16、25、36、49、64、81、100、121、144、169、196個。每組實驗重復三次以上，求其平均數，進行整理分析，并繪出“捕食”數目與圓盤密度之間的關系圖,四、作業,根據砂紙圓盤實驗結果，計算Holling圓盤方程，并繪出“捕食”數目與圓盤密度之間的關系圖。,實驗四、群落多樣性和相似性的測定,一、實驗目的 1熟悉并掌握常用物種多樣性指數如香農指數（Shannonindex）的計算方法。 2熟悉群落相似性與聚類分析的基本方法，掌握相似性及聚類分析的技術要點 。,二、實驗原理,物種多樣性是群落生物組成結構的重要指標，它不僅可以反映群落組織化水平，而且可以通過結構與功能的關系間接反映群落功能的特征。 生物群落的物種多樣性指數可分為多樣性指數、多樣性指數和多樣性指數三類。其中，多樣性指數是反映群落中（群落內部）物種豐富度和個體數量均勻程度的指標；多樣性指數是反映隨群落內環境異質性變化或隨群落間環境變化而導致的物種豐富度和均勻程度變化的指標；多樣性指數可以用來在更大的生態學尺度上如景觀水平上測量物種多樣性變化或差異。,多樣性指數,它包含兩方面的含義：群落所含物種的多寡，即物種豐富度；群落中各個種的相對密度，即物種均勻度。 Shannon-Wiener多樣性指數 H= -（PilnPi ） 式中Pi = Ni/N Shannon均勻度指數 E= H/ lnS Simpson優勢度指數 D=1-Pi2,相似性分析,群落相似性分析是通過對樣地調查所得原始數據進行處理，并根據處理的結果判斷兩個群落之間相似程度。 群落相似程度的指標有兩類：一類是相似系數；另一類是相異性系數。 表征兩個群落間相似程度的指標雖多，但在數據處理上一致：根據兩群落共有種的數量數據，計算其相似或相異程度。,Jaccard相似性系數 S=2c/(a+b) 其中S為兩個群落的相似性系數，c為兩個群落共有物種數，a、b分別為兩個群落的物種數。 最低百分比相似性系數 PS=Pimin 式中Pi = Ni/N,聚類分析,群落的聚類分析是根據各群落（樣方）間的相似關系，將群落歸納為若干組，使組內的群落盡量相似，而組間群落盡量相異，從而在客觀上達到對群落分類的目的。 在聚類分析中，一般把一些實體作為基本單位，如種的頻度、個體數量等。 常見的聚類分析方法有組平均法、最短距離法等。這些分類方法只不過是實現分類過程的手段。,土壤動物群落的相似性,上三角形為Jaccard相似性系數；下三角形為百分比相似性系數。,土壤動物群落的聚類分析,三、實驗步驟,1將木盒內100個小方格編號：0099。 2取各色豆種約500粒，隨機散布在木盒內。散落在四周的黃豆可重新散布。 3利用隨機數字表，確定抽取樣方號（大約1020個）。 4移去已確定抽取樣方中的個體，并認真計數各公豆種數。 5變換豆種數及各色豆種個體數，重復步驟24。（注意物種豐富度、相對多度、及密度對群落多樣性的影響。） 6. 計算各群落的多樣性指數、均勻性指數、優勢度指數，計算各群落間的相似性指數，根據最低百分比相似性指數進行聚類分析并繪圖。,建議：,1 6種豆種 各80多個 共約500 2 6種豆種 有極多或少 共約500 3 4種豆種 各120多個 共約500 4 4種豆種 有極多或少 共約500 5 6種豆種 各50多個 共約300 6 6種豆種 各30多個 共約200,四、作業,計算各群落的多樣性指數、均勻性指數、優勢度指數； 計算各群落間的相似性指數； 根據最低百分比相似性指數進行聚類分析并繪圖。,實驗五、種間關聯,一、實驗目的 通過實驗，使學生了解種間關聯研究方法的基本原理，初步掌握該技術要點，理解該方法的應用意義。,二、實驗原理,在一個特定的群落中，有的種經常生長在一起，有的則相互排斥。如果兩個種一起出現的次數高于期望值，它們就為正關聯，如果它們共同出現的次數少于期望值，則可認為它們為負關聯，如果兩個種一起出現的次數近似于期望值，它們就為無關聯。,正關聯可能是一個種依賴于另一個種而存在，或兩者受生物的和非生物的環境因子制約而生長在一起。負關聯則是由于空間排擠、競爭或他感作用，或不同的生境要求而發生。 種間關聯研究有樣方法和無樣方法。 種間關聯研究在農業、林業生產上具有重要的應用意義。,樣方法,無樣方法,樣方法,無樣方法,三、實驗步驟,（一）樣方法 1將木盒內100個小方格編號：0099。 2取各色豆種各50至150粒不等，分別散布在木盒內。散落在四周的黃豆可重新散布。 3利用隨機數字表，確定抽取樣方號（1020個）。 4移去已確定抽取樣方中的個體，并認真計數每個樣方中各色豆種的有無。 5重復步驟24，共5次。總共取樣50100個。 6. 計算關聯系數，并對關聯系數進行卡方檢驗，確定各物種兩兩之間的關聯性。,（二）無樣方法 1取各色豆種各50至150粒不等，分別散布在木盒內。散落在四周的黃豆可重新散布。 2任選1種為基礎種，隨機選該種3050個個體，分別測量每個個體周圍各物種的距離，并認真記錄在表格中。 3重復步驟2，直至每個物種均為1次基礎種。 4計算關聯系數，并對關聯系數進行卡方檢驗，確定各物種兩兩之間的關聯性。,四、作業,根據樣方法和無樣方法的實驗結果，計算關聯系數，并對關聯系數進行卡方檢驗，確定各物種兩兩之間的關聯性。,實驗六、生態瓶的設計與制作,一、實驗目的 1學會設計和制作生態瓶。 2觀察生態系統的穩定性。,二、實驗原理,從營養結構上講，生態系統由四大成分組成：非生物環境 包括參加物質循環的無機元素和化合物，聯結生物和非生物成分的有機物，及氣候或其他物理條件；生產者 能利用簡單的無機物制造食物的自養型生物；消費者 不能利用無機物