《生態(tài)學研究方法》教學大綱

—PAGE12——PAGE9— 《生態(tài)學研究方法》教學大綱Ecologyresearchmethod一、基本信息實驗課程名稱生態(tài)學研究方法課程代碼CX155173實驗課程性質專業(yè)拓展課程學分2學時32學分開課單位資源與環(huán)境學院適用專業(yè)環(huán)境生態(tài)工程先修課程生態(tài)學主要教學參考書選用的教材：章家恩，生態(tài)學常用實驗研究方法與技術，化學工業(yè)出版社，2007.4。主要參考書：婁安如、牛翠娟，基礎生態(tài)學實驗指導，高等教育出版社，2005.9楊持，生態(tài)學實驗與實習，高等教育出版社，2003.8付榮恕、劉林德，生態(tài)學實驗教程，科學出版社，2004.9付必謙，生態(tài)學實驗原理與方法，科學出版社，2006.9二、教學目的（一）知識目標使學生直觀地加深理解個體生態(tài)學、種群生態(tài)學、群落生態(tài)學、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學、景觀生態(tài)學的理論、原理和規(guī)律，掌握生態(tài)學研究和實踐應用的基本方法、手段和技巧。（二）能力目標通過本實驗課程的學習，要求學生通過仔細認真的實驗操作，了解實驗的原理及步驟，并通過實驗過程的體驗，進一步加深對所學相關理論知識的理解，提高學生分析問題和解決問題的能力。（三）素質目標掌握開展生態(tài)研究、生態(tài)設計創(chuàng)新所需的必要的操作技能。三、基本要求（一）了解生態(tài)學理論和方法開展生態(tài)規(guī)劃與設計。（二）理解生態(tài)學理論、原理和規(guī)律。（三）掌握開展生態(tài)學室內研究、野外調查和實踐應用的基本方法、手段和技巧，學會使用生態(tài)學研究所需的主要儀器設備。四、實驗項目設置情況序號實驗項目名稱學時開出要求實驗項目類型必做選做驗證綜合設計創(chuàng)新1生態(tài)因子的綜合測定42種群數(shù)量調查方法43種群生命表的編制與存活曲線44幾種生態(tài)因子脅迫對生物的影響125植物種間關系分析8五、各實驗項目教學內容實驗項目一：生態(tài)因子的綜合測定4學時（一）實驗目的要求通過本實驗使學生了解和掌握生態(tài)環(huán)境中主要生態(tài)因子的觀測和測定方法及一些常見的測定儀器的使用方法，并比較不同生態(tài)環(huán)境中主要生態(tài)因子的變化規(guī)律。（二）實驗材料和儀器設備太陽輻射儀（或照度計）、水銀溫度計、最高溫度計、最低溫度計、干濕球溫度計、風速測定儀、羅盤、竹竿、皮尺、卷尺、記錄筆、記錄紙等。（三）實驗內容1.太陽輻射量調節(jié)太陽輻射儀到水平位置，連接輻射儀與輻射電流表；或調整照度計至“0”的位置，測下列項目：（1）總太陽輻射量將太陽輻射儀的探頭直接暴露于太陽輻射下，待輻射電流表穩(wěn)定后，記錄讀數(shù)，通過換算得出總太陽輻射量。（2）散射輻射量在太陽輻射儀上面的一定高度，用黑色遮陽板遮住太陽輻射的直射部分，待輻射電流穩(wěn)定后，記錄讀數(shù)。（3）直射輻射量等于太陽總輻射與散射輻射量之差。（4）地面反射輻射量將太陽輻射儀探頭朝向地面，并與地面平行，待輻射電流表讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄讀數(shù)。2.氣溫和土溫（1）將一根竹竿（2~4m）垂直于地面，從地面起每隔50cm放一支溫度計（注意不要讓太陽光直射探頭或溫度計的下部，可用黑色遮陽板遮住陽光）。（2）用小鎬挖約20~50cm深的土炕，每隔5cm放一支土壤溫度計。（3）每隔約10分鐘記錄一次讀數(shù)，需要注意的是，當用溫度計測定溫度的時候，取出或取下溫度計時應盡快的讀數(shù)，否則會增大誤差。3.濕度單獨測定濕度的常用溫度計有通風干濕球溫度計和露點溫度計，干濕球溫度計包括兩個溫度計，其球部并排暴露在空氣中。一個溫度計球是干的，另一個溫度計球有可濕潤的棉紗套。在測定溫度時，棉紗套用蒸餾水濕潤，當空氣流通過時會造成蒸發(fā)，而由蒸發(fā)失熱必然造成穩(wěn)定的降低，這樣就與實際的溫度形成溫差。干濕球溫度的讀數(shù)是在濕球已變?yōu)榉€(wěn)定的最小值時進行的。從干濕球溫度計提供的濕球和干球溫度，由下面公式得到時間水汽壓：e＝em－0.00066P（t－t’）（1+0.00114t’）e——干球溫度時的實際水汽壓（毫米汞柱）em——濕球溫度時的飽和水汽壓（毫米汞柱）t——干球溫度（℃）t’——濕球溫度（℃）P——大氣壓（毫米汞柱）相對濕度是在一定溫度下實際水汽壓對該溫度飽和水汽壓（飽和水汽壓可由附表1查出）的比率乘100，公式為：相對濕度＝100e/em；絕對濕度是在一定溫度下每單位體積空氣的水汽重量。公式為：絕對濕度（克/立方米）＝（289.30）e/T；e——實際水汽的壓力（毫米汞柱）T——絕對溫度4.風向和風速測定風有兩個參數(shù)指標，即風向和風速。風向可以簡單地用羅盤或通過云的運動方向或植被彎曲的方向測得。將數(shù)字式風速測定儀或手持風速測定儀放置距地面0.5m和1.5m處，記錄風速，注意不同高度風速的變化。思考題1.選擇幾個代表性樣地，在樣地內重復以上步驟，記錄數(shù)據(jù)，多測幾次取其平均值。2.比較不同樣地各生態(tài)因子的變化規(guī)律。實驗項目二：種群數(shù)量調查法4學時（一）實驗目的要求1.初步掌握樣方法、標志重捕法和去除取樣法。2.理解樣方法、標志重捕法和去除取樣法的理論依據(jù)及其在種群生態(tài)學研究中的重要意義。（二）實驗材料和儀器設備測量繩或卷尺，鋼釘；黑色與白色圍棋子若干，50mL燒杯，黑色布袋，托盤，計算器等（三）實驗內容（一）樣方法1.確定調查對象例如，根據(jù)實際情況，確定校園內某一草地中某種雙子葉植物的種群為調查對象。2.選取樣方3.計數(shù)計數(shù)每個樣方內物種的個體數(shù)量，認真做好記錄4.估計種群數(shù)量計算每個樣方內平均個體數(shù)，根據(jù)樣地的大小，估計種群數(shù)量。（二）標志重捕法1.從黑色棋子中取出50粒，換上50粒白色棋子，然后將棋子放進大燒杯中，充分攪拌，使兩種顏色棋子攪拌均勻。2.抓取棋子，每次從大燒杯中隨機抓取棋子，放入小燒杯中，數(shù)一數(shù)小燒杯中的棋子共有多少粒（設為a），其中含有白色棋子多少粒（設為b）.設黑色棋子為x粒，寫出x的數(shù)學表達（50a/b）3.重復步驟二多次，并記錄取平均值。4.結果分析

求出x值、與黑色棋子實際總數(shù)相比較。（三）去除取樣法1.每3人一組，每組取一布袋，每布袋裝入由實驗老師發(fā)的白色圍棋子若干(一般250個左右)，但每組所裝棋子數(shù)不等；2.用50mL燒杯隨機取1燒杯棋子，記錄50mL燒杯中總棋子數(shù)和黑棋子數(shù)，并填入表1中；3.重復方法與步驟2共4次，并將取出的棋子數(shù)填入表1中。4.用最小二乘法計算出種群的數(shù)量大小。求得a,b值后，即可得到種群大小的估計值：x(當y=0時)=-a/b表１第次取出棋子的數(shù)量與細讀取出棋子數(shù)量的統(tǒng)計分析抽樣次數(shù)每次取出的棋子數(shù)(yi)累計取出的棋子數(shù)（xi）12345思考題：1.采用什么取樣方法可以使每次取樣時每個棋子被取到的概率相等？2.在實驗過程中用布袋中的棋子或野外欲捕的動物必須做出什么樣的假設？本方法才可以使用？3.如果所得到的數(shù)據(jù)不能進行線性回歸，原因是什么？4.去除取樣法是否適合于所有的種群？為什么？5.標志重捕法在什么情況下應用較合適其可靠性程度如何樣方單位和取樣頻次對估量種群大小有何影響？實驗項目三：種群生命表的編制與存活曲線4學時（一）實驗目的要求通過實驗操作，掌握生命表的編制方法；學會分析生命表，并學習種群數(shù)量動態(tài)分析技巧。（二）實驗材料和儀器設備骰子、燒杯、記錄紙、繪圖紙、筆等（三）實驗內容1.以骰子數(shù)量代表所觀察的一組動物的同生群，給每個實驗組發(fā)30只骰子，1個燒杯；2.通過投骰子來模擬動物的死亡過程，每顆骰子代表一個動物，所以開始時動物數(shù)為30，年齡記為0。擲骰子規(guī)則為：將燒杯中骰子充分混勻，一次全部擲出，觀察骰子的點數(shù)，1,2，5,6點代表存活個體，3、4點代表死亡個體，投擲一次骰子代表1年。將投擲次數(shù)作為年齡記在表1的最左邊一欄（年齡x）中，將顯示1,2，5,6點的骰子數(shù)作為存活個體數(shù)記在表1中的存活個體數(shù)nx一欄中；3.將“死亡個體”去除，“存活個體”繼續(xù)放回燒杯中重復以上步驟，直到所有動物全部“死亡”。4.按上面公式計算生命表中其它各項的數(shù)值，完成表1。表1動態(tài)生命表年齡x存活個體數(shù)nx存活率lx死亡數(shù)dx死亡率qxLxTx生命期望ex0123┆n思考題：1.分析靜態(tài)生命表和動態(tài)生命表的異同。2.任選實驗材料中的兩份，編制生命表，繪制存活曲線并分析其存活過程。3.了解不同生物編制生命表的重要意義，并指出其分析重點。實驗項目四：幾種生態(tài)因子脅迫對生物的影響12學時（一）實驗目的要求1.理解生物對環(huán)境因子耐受性的種間差異；2.理解異質性生境對物種空間分布格局的限制性作用。（二）實驗材料和儀器設備金魚，田螺，衣藻和水綿若干或植物種子，1000ml燒杯5×5只；直徑10cm表面皿5×5只；滴管(移液管)，顯微鏡，天平。（三）實驗內容1．在實驗前一周將同學分成幾個大的實驗組，每組抽取一種限制因子，告知學生要研究的問題和實驗室備有的器材，讓學生查文獻進行實驗設計。2．實驗時，各組學生首先報告自己的實驗設計方案，大家討論其合理性。然后各組根據(jù)自己的設計方案開始實驗。實驗持續(xù)2～3周3．實驗結束后各組匯報自己的研究成果，討論實驗中出現(xiàn)的問題并分析原因，最后提交研究小論文實驗項目五：植物種間關系分析8學時（一）實驗目的要求通過本實驗使學生認識兩種重要的物種關系—種間競爭和他感作用，并分析其異同。（二）實驗材料和儀器設備直徑為22cm的花盆，沙土，有機肥，種子袋，剪刀，漏斗，膠皮管，標簽以及放置花盆的臺階型裝置等；種間競爭選用結縷草和高羊茅種子，他感作用選用向日葵和萵苣種子；直尺，電子天平，記錄本。（三）實驗內容1.種間競爭：實驗設計：將結縷草和高羊茅種子按不同比例進行播種，從全部為結縷草種子到全部為高羊茅種子，兩者的比例分別為：0.00︰1.00，0.25︰0.75，0.50︰0.50，0.75︰0.25，1.00︰0.00共5個處理，每個處理重復3次，共需15個花盆。（1）將土壤和有機肥充分拌勻，分別裝到花盆里，使土面稍低于盆口約2cm，放于溫室內備用。（2）按上述比例，每盆均勻播種40粒種子，播完后，將每個花盆貼上標簽，寫明處理、重復編號和播種日期。將花盆依次排列在溫室內，定期交換位置、澆水。（3）種子萌發(fā)后，統(tǒng)計發(fā)芽率和幼苗成活情況。（4）將生長3個月的幼苗進行收獲，分盆分種統(tǒng)計并登記分蘗數(shù)、生物量（鮮重）、株高。（5）將3個重復的分蘗數(shù)、生物量（鮮重）、株高進行統(tǒng)計，取其平均值。用圖解法進行分析。他感作用發(fā)生在兩個不同種之間，指化學物質從一種植物轉移到另一種植物的過程中，對另一種植物的直接或間接影響（Molish,1937）。2.他感作用：實驗設計：在臺階型裝置上部的一排花盆中，每盆播種10粒向日葵種子。在下面一排花盆中，3個盆通過管子和漏斗與上面的盆相連，作為處理；另外3個作為對照。共2個處理，每個處理重復3次。（1）將土壤和有機肥充分拌勻，分別裝到花盆里，使土面稍低于盆口約2cm，放在溫室內備用。（2）先播種向日葵，等到向日葵的真葉出現(xiàn)后，開始澆一定量的水（超過田間持水量），使一部分能夠從水邊的盆中流出來。第一次流出來的水溶液棄掉。第二次同樣處理，將流出來的水溶液通過膠皮管引入下邊的盆中，同樣過程進行兩次以后，保證下邊的盆中的土壤含水量可以播種。對照澆清水，保證與處理的含水量相同。（3）每盆播50粒萵苣，將每個花盆貼上標簽，寫明處理、重復編號和播種日期，同時登記在表格上。（4）按處理和重復編號，將花盆依次排列在溫室內，定期澆水。（5）種子萌