樣方法調(diào)查種群數(shù)量及種群內(nèi)分布型的測定.ppt

生態(tài)學(xué)實驗,實驗一、樣方法調(diào)查種群數(shù)量及種群內(nèi)分布型的測定,一、實驗?zāi)康?通過實驗，熟悉利用樣方法調(diào)查種群數(shù)量的基本原理，掌握該方法技術(shù)要點。 通過實驗，理解幾種種群內(nèi)分布型研究方法的基本原理，掌握測定動物種群內(nèi)分布型的技術(shù)。,二、實驗原理,樣方法是指在被調(diào)查種群的生存環(huán)境中，隨機選取若干個樣方，計數(shù)每個樣方內(nèi)的個體數(shù)，計算每個樣方內(nèi)的平均個體數(shù)，然后將其平均數(shù)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(shù)量，首先要解決的問題是取多少個樣本比較好。在大多數(shù)情況下，樣本數(shù)可以由經(jīng)驗來決定。若生物個體集群分布，各樣方個體數(shù)離散程度較大，即數(shù)據(jù)的方差（S2）較大，則需抽取的樣方數(shù)較多；反之，若生物個體均勻分布，各樣方個體數(shù)離散程度較小，即數(shù)據(jù)的方差（S2）較小，則需抽取的樣方數(shù)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(shù)目（N）與估計誤差的關(guān)系,平均值滑動法,滑動平均數(shù)或方差對樣方數(shù)量的相關(guān)曲線,t值計算法,d為樣本平均數(shù)的允許誤差，可根據(jù)實驗情況，人為確定，如允許誤差在10%以內(nèi)；t可通過查t值表得到，若樣本數(shù)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(nèi)分布型主要決定于個體間的相互作用和棲息環(huán)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(chǎn)生均勻的分布；而中性關(guān)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(xiàn)隨機分布，甚至出現(xiàn)均勻分布；如果資源呈斑塊狀分布，就可能導(dǎo)致動物種群集群分布。,種群的內(nèi)分布型的研究屬于靜態(tài)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(nèi)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(shù)比率法 泊松（Poisson）分布法 負(fù)二項式分布法,種群內(nèi)分布型分析表,三、實驗步驟 (模擬實驗),1. 將木盒內(nèi)100個小方格編號：0099。 2. 取黃豆約500粒，隨機散布在木盒內(nèi)。 3. 利用隨機數(shù)字表，確定抽取樣方號。 4. 計數(shù)已確定抽取樣方中的個體數(shù)量。 5. 計算每個樣方內(nèi)平均個體數(shù)，然后乘100，即為種群數(shù)量的估計值。同時計算樣本方差。 6. 用空間指數(shù)法確定種群的內(nèi)分布型，且用t檢驗進(jìn)行顯著性檢驗。,四、作業(yè),1. 根據(jù)實驗結(jié)果，計算種群數(shù)量估計值；同時計數(shù)木盒中全部個體數(shù)，比較種群數(shù)量估計值，是否在允許10%以內(nèi)。 2. 根據(jù)實驗結(jié)果，用空間指數(shù)法確定種群的內(nèi)分布型，且用t檢驗進(jìn)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(yīng)抽取的樣本數(shù)量是多少？,計算公式：,實驗二、標(biāo)志重捕法和去除取樣法調(diào)查種群數(shù)量,一、實驗?zāi)康?通過實驗，使學(xué)生了解標(biāo)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(shù)。,二、實驗原理,在調(diào)查地段中，捕獲一部分個體進(jìn)行標(biāo)志，然后放回，經(jīng)一定時間后進(jìn)行重捕。根據(jù)重捕中標(biāo)志個體的比例，估計該地段中種群個體的總數(shù)。若將該地段種群個體總數(shù)記作N，其中標(biāo)志數(shù)為M，重捕個體數(shù)為n，重捕中標(biāo)志個體數(shù)為m，假定總數(shù)中標(biāo)志個體的比例與重捕取樣中標(biāo)志個體的比例相同，則 N : M = n : m N = M n / m,標(biāo)志重捕的方法 林可指數(shù)法（Lincoln index method）：一次標(biāo)志一次重捕法。 施夸貝爾法（Schnabel method）：多次標(biāo)志一次重捕法。 喬利-西貝爾法（Jolly-Seber method）：多次標(biāo)志多次重捕法。 若一次標(biāo)志重捕可獲得足夠的個體數(shù)，則采用林可指數(shù)法；若一次標(biāo)志重捕不能獲得足夠的個體數(shù)，利用林可指數(shù)法，種群數(shù)量的估計值往往不夠準(zhǔn)確，則可采用施夸貝爾法或喬利-西貝爾法。,林可指數(shù)法計算公式,N2SE,注意事項：,標(biāo)志個體在整個調(diào)查種群中均勻分布，標(biāo)志個體和未標(biāo)志個體都有同樣的被捕機會。 調(diào)查期間，沒有遷入或遷出。 調(diào)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(xù)捕捉，種群數(shù)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(shù)就逐漸增大。不難想象，當(dāng)單位努力的捕獲數(shù)為零時，捕獲累積數(shù)就是種群數(shù)量的估計值。如果將單位努力下的逐次捕獲數(shù)（作為Y軸）對捕獲累積數(shù)（作為X軸）作圖，利用統(tǒng)計學(xué)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(shù)據(jù)就是種群數(shù)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(diào)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(shù)法室內(nèi)實驗 1將2000g面粉放在玻璃容器中，加入約500頭赤擬谷盜進(jìn)行培養(yǎng)，經(jīng)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(shù)，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(jìn)行標(biāo)志。因蟲體較小，漆塊應(yīng)盡量小。蟲子不停地活動，影響標(biāo)志，則可邊用微風(fēng)吹拂，邊進(jìn)行標(biāo)志。 4標(biāo)志漆干燥后，將蟲子計數(shù)后，與面粉一同放回玻璃容器。 5經(jīng)過一段時間后，重復(fù)步驟2，進(jìn)行重捕，計數(shù)重捕蟲數(shù)及其中標(biāo)志個體數(shù)。 6根據(jù)林可指數(shù)法，計算種群總數(shù)的估計值和種群總數(shù)的95%置信區(qū)間。,林可指數(shù)法模擬實驗 1將木盒內(nèi)100個小方格編號：0099。 2取黃豆約500粒，隨機散布在木盒內(nèi)。散落在四周的黃豆可重新散布。 3利用隨機數(shù)字表確定抽取樣方號（大約1020個）。 4計數(shù)并移去已確定抽取樣方中的個體，加入等數(shù)量的黑豆，認(rèn)真做好記錄。 5將黃豆和黑豆混合，重復(fù)步驟24。 6根據(jù)林可指數(shù)法，計算種群總數(shù)的估計值和種群總數(shù)的95%置信區(qū)間。,去除取樣法室內(nèi)實驗,1取1000g麩皮放在塑料面盆內(nèi)，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?jǐn)U散，約30分鐘后進(jìn)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(shù)黃粉蟲的數(shù)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(zhì)保持原來的體積。使塑料面盆中未取出的黃粉蟲繼續(xù)擴(kuò)散，2030分鐘后進(jìn)行第二次取樣。 4重復(fù)步驟23，計數(shù)黃粉蟲的數(shù)量。如此重復(fù)46次，則可明顯看出每次捕獲數(shù)量逐次減少。 5按表1整理實驗數(shù)據(jù)，繪出回歸線圖，求出塑料面盆中黃粉蟲數(shù)量的估計值。,去除取樣法模擬實驗 1將木盒內(nèi)100個小方格編號：0099。 2取黃豆約500粒，隨機散布在木盒內(nèi)。散落在四周的黃豆可重新散布。 3利用隨機數(shù)字表，確定抽取樣方號（大約1020個）。 4計數(shù)并移去已確定抽取樣方中的個體，認(rèn)真做好記錄。 5將余下的黃豆重新散布，重復(fù)步驟24。 6整理實驗數(shù)據(jù)，繪出回歸線圖，求出模擬種群的數(shù)量估計值。,四、作業(yè),1. 根據(jù)實驗結(jié)果，計算模擬種群的數(shù)量估計值及95%置信區(qū)間。 2. 根據(jù)模擬實驗的實驗數(shù)據(jù)，繪出回歸線圖，計算出種群數(shù)量的估計值。,實驗三、捕食者的功能反應(yīng)測定（Holling圓盤試驗）,一、實驗?zāi)康?通過實驗，理解Holling圓盤實驗的基本原理，學(xué)習(xí)無脊椎動物捕食者功能反應(yīng)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(yīng)測定在生物防治中的指導(dǎo)意義。,二、實驗原理,捕食者對被食者密度變化的功能反應(yīng)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(yīng)曲線呈直線上升，到達(dá)上部平坦部分表示捕食者已經(jīng)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(shù)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(shù)量逐漸增加，然后捕食效率逐漸降低，達(dá)到充分飽享，捕食數(shù)量不再上升。,捕食者對被食者密度變化的功能反應(yīng),功能反應(yīng)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(dǎo)致所謂的“處理時間” 發(fā)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(dāng)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(guān)系。最簡單的關(guān)系表達(dá)式為： Y=aTsx 式中，Y為移去的圓盤數(shù)，x為圓盤密度，Ts為可供尋覓的時間，a為瞬時發(fā)現(xiàn)率，是一常數(shù)。 設(shè)Tt為總實驗時間，假如每次實驗的時間（Tt）是固定的，Ts應(yīng)隨找到的砂紙圓盤數(shù)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(shè)移去1個砂紙圓盤所花費的時間為b，則 Ts=TtbY Y=a（TtbY）x 經(jīng)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(shù)目與圓盤密度關(guān)系圖,三、實驗步驟,1每2人1組，1人蒙住眼睛充當(dāng)“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(shù)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(shù)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(fù)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(fù)三次以上，求其平均數(shù)，進(jìn)行整理分析，并繪出“捕食”數(shù)目與圓盤密度之間的關(guān)系圖,四、作業(yè),根據(jù)砂紙圓盤實驗結(jié)果，計算Holling圓盤方程，并繪出“捕食”數(shù)目與圓盤密度之間的關(guān)系圖。,實驗四、群落多樣性和相似性的測定,一、實驗?zāi)康?1熟悉并掌握常用物種多樣性指數(shù)如香農(nóng)指數(shù)（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(shù)要點 。,二、實驗原理,物種多樣性是群落生物組成結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，它不僅可以反映群落組織化水平，而且可以通過結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系間接反映群落功能的特征。 生物群落的物種多樣性指數(shù)可分為多樣性指數(shù)、多樣性指數(shù)和多樣性指數(shù)三類。其中，多樣性指數(shù)是反映群落中（群落內(nèi)部）物種豐富度和個體數(shù)量均勻程度的指標(biāo)；多樣性指數(shù)是反映隨群落內(nèi)環(huán)境異質(zhì)性變化或隨群落間環(huán)境變化而導(dǎo)致的物種豐富度和均勻程度變化的指標(biāo)；多樣性指數(shù)可以用來在更大的生態(tài)學(xué)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(shù),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(shù) H= -（PilnPi ） 式中Pi = Ni/N Shannon均勻度指數(shù) E= H/ lnS Simpson優(yōu)勢度指數(shù) D=1-Pi2,相似性分析,群落相似性分析是通過對樣地調(diào)查所得原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理的結(jié)果判斷兩個群落之間相似程度。 群落相似程度的指標(biāo)有兩類：一類是相似系數(shù)；另一類是相異性系數(shù)。 表征兩個群落間相似程度的指標(biāo)雖多，但在數(shù)據(jù)處理上一致：根據(jù)兩群落共有種的數(shù)量數(shù)據(jù)，計算其相似或相異程度。,Jaccard相似性系數(shù) S=2c/(a+b) 其中S為兩個群落的相似性系數(shù)，c為兩個群落共有物種數(shù)，a、b分別為兩個群落的物種數(shù)。 最低百分比相似性系數(shù) PS=Pimin 式中Pi = Ni/N,聚類分析,群落的聚類分析是根據(jù)各群落（樣方）間的相似關(guān)系，將群落歸納為若干組，使組內(nèi)的群落盡量相似，而組間群落盡量相異，從而在客觀上達(dá)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(shù)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(xiàn)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(shù)；下三角形為百分比相似性系數(shù)。,土壤動物群落的聚類分析,三、實驗步驟,1將木盒內(nèi)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(nèi)。散落在四周的黃豆可重新散布。 3利用隨機數(shù)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(rèn)真計數(shù)各公豆種數(shù)。 5變換豆種數(shù)及各色豆種個體數(shù)，重復(fù)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(shù)、均勻性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)，計算各群落間的相似性指數(shù)，根據(jù)最低百分比相似性指數(shù)進(jìn)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(yè),計算各群落的多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)； 計算各群落間的相似性指數(shù)； 根據(jù)最低百分比相似性指數(shù)進(jìn)行聚類分析并繪圖。,實驗五、種間關(guān)聯(lián),一、實驗?zāi)康?通過實驗，使學(xué)生了解種間關(guān)聯(lián)研究方法的基本原理，初步掌握該技術(shù)要點，理解該方法的應(yīng)用意義。,二、實驗原理,在一個特定的群落中，有的種經(jīng)常生長在一起，有的則相互排斥。如果兩個種一起出現(xiàn)的次數(shù)高于期望值，它們就為正關(guān)聯(lián)，如果它們共同出現(xiàn)的次數(shù)少于期望值，則可認(rèn)為它們?yōu)樨?fù)關(guān)聯(lián)，如果兩個種一起出現(xiàn)的次數(shù)近似于期望值，它們就為無關(guān)聯(lián)。,正關(guān)聯(lián)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(huán)境因子制約而生長在一起。負(fù)關(guān)聯(lián)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(fā)生。 種間關(guān)聯(lián)研究有樣方法和無樣方法。 種間關(guān)聯(lián)研究在農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)上具有重要的應(yīng)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(nèi)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(nèi)。散落在四周的黃豆可重新散布。 3利用隨機數(shù)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(rèn)真計數(shù)每個樣方中各色豆種的有無。 5重復(fù)步驟24，共5次。總共取樣50100個。 6. 計算關(guān)聯(lián)系數(shù)，并對關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行卡方檢驗，確定各物種兩兩之間的關(guān)聯(lián)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(nèi)。散落在四周的黃豆可重新散布。 2任選1種為基礎(chǔ)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(rèn)真記錄在表格中。 3重復(fù)步驟2，直至每個物種均為1次基礎(chǔ)種。 4計算關(guān)聯(lián)系數(shù)，并對關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行卡方檢驗，確定各物種兩兩之間的關(guān)聯(lián)性。,四、作業(yè),根據(jù)樣方法和無樣方法的實驗結(jié)果，計算關(guān)聯(lián)系數(shù)，并對關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行卡方檢驗，確定各物種兩兩之間的關(guān)聯(lián)性。,實驗六、生態(tài)瓶的設(shè)計與制作,一、實驗?zāi)康?1學(xué)會設(shè)計和制作生態(tài)瓶。 2觀察生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。,二、實驗原理,從營養(yǎng)結(jié)構(gòu)上講，生態(tài)系統(tǒng)由四大成分組成：非生物環(huán)境 包括參加物質(zhì)循環(huán)的無機元素和化合物，聯(lián)結(jié)生物和非生物成分的有機物，及氣候或其他物理條件；生產(chǎn)者 能利用簡單的無機物制造食物的自養(yǎng)型生物；消費者 不能利用無機物