《生态学实验》
表 实验项目清单
序号 | 项目名称 | 项目类型 | 课时 | 说明 |
1 | 植物种群空间分布格局的调查 | 验证性 | 5 | 野外实验 |
2 | 植物多样性的测定 | 验证性 precollege | 5 | 野外实验 |
3 | 植物化感作用的研究 | 设计性 | 6 | 室内实验 |
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实验一 植物种群空间分布格局的调查 [5课时]
一、实验目的
通过各检验方法的实际训练，使学生认识群落中不同种群个体空间分布表现出的不同类型（随机分布型、集聚分布型、均匀分布型），并掌握检验植物空间分布类型的方法。
二、实验材料
皮尺、样方框（20×20，50×50，l00×100cm2）、铅笔、野外记录表格、计算器。
三、实验原理
群落中种群个体空间分布类型的检验方法研究得比较深入。从1922年Svedberg提出群落中植物分布的非随机性，以及给出检验植物非随机性的标准方法以来，到现在已经相继提出10多个非随机性检验的估计量。本实验选用检验法和Cx分布系数法检验。
1. 圣诞节祝福语英文检验法：如果一个种群的个体分布是随机的，那么各样方包含0、1、2、3、……、n个个体的概率分布都是符合泊松（Poisson）级数的，级数可写成下列形式：
e-m，me-m，e-m，e-m，……，e-m
其中m是样方中的平均个体数目，即均值。
检验是用值检验实测值（即含0、1、2、3、……、n个个体样方的分布频次）与理论期望值（即泊松理论的期望频次）是否吻合，有无显著差异。其统计量为：
查分布百分比表，比较的计算值与查表值，通常可做出如下判断：
若≥，可认为偏离或很不适合泊松分布，即属于非随机分布；
若＜，可认为适合泊松分布，即属于随机分布；
若≤＜，可认为可能不适合泊松分布。
检验时每一级的理论值必须大于5，若小于5，可将相邻区间合并直至满足要求。
2. 分布系数法（扩散系数法）：该方法根据Poisson分布具有方差与均值相等的性质，来统计和检验野外调查数据。分布系数Cx的统计量为：
Cx北京人力培训=
式中：—均值； s2—方差
若Cx=0，种群属于均匀分布；0＜Cx＜1，属于规则分布；Cx=1，属于泊松分布（随机分布）；Cx＞1属于集群分布。在统计学上，采用t检验来确定Cx的实测值与理论预测值1差异的显著程度。T检验的公式为：
t=
式中：s—标准误，s=；
N—样方总数。
查表比较，差异不显著时，可认为符合泊松分布（随机分布）。
四、实验步骤
1. 学生分组，选择所需研究的植物种群，并确定合适的样地面积。根据最小面积法确定样地面积，一般草本植物可用1m×1m，灌木可用5m×5m样地，乔木则根据具体情况，可适当可大尺度，如可用20m×20m样地。采用邻接格子法在所选样地在划分小样方，一般草本可用0.2m×0.2m，灌木可用1m×1m，乔木可用5m×5m。也可根据具体情况采用其它方法确定合适的样方大小。
2. 计数：将每一样方中待测植物的株数，记录在野外记录表格中，整理调查数据，并计算有关统计特征数。
3. 计算值，C不给糖就捣蛋 英文x值。
4. 说明值检验与Cx一旦拥有别无所求值法检验的结果，指出所测定种群的分布类型。
五、思考题
1.种群空间格局分布类型的特点及可能形成原因的分析。
2.各种数据处理和检验方法的优缺点有哪些。
3.讨论样方大小对实验结果的影响。
表1 种群空间格局样方表
日期： 物种： 一年蓬 样地位置：
样地面积： 1m×1m 观测人姓名：
样方号 | 1beermmay | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
个体数 | 2 | 6 | 11 | 16 | 12 | 6 | 5 | 10 | 7 | 8 | 4 | 13 | 10 |
样方号 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | |
个体数 | 7 | 6 | 4 | 5 | 10 | 13 | 10 | 10 | 11 | 15 | 9 | 13 | |
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数据初步整理：
总样方数N | 总个体数n | 每样方平均数 | 方差 s2 |
25 | 223 | 8.92 | 13.41 |
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吴戴维
表2 法数据处理表
个体数 | 理论值 | 实测值 | 差值 | |
0 | 0.0033 | 0 | 2.6460 | 1.3077 |
1 | 0.0298 | 0 |
2 | 0.1330 | 1 |
3 | 0.3953 | 0 |
4 | 0.8816 | 2 |
5 | 1.5728 | 2 |
6 | 2.3382 | 3 |
7 | 2.9796 | 2 | 3.3018 | 1.7300 |
8 | 3.3222 | 1小 s |
9 | 3.2927 | 1 | 0.2298 | 0.0085 |
10 | 2.9371 | 5 |
11 | 2.3817 | 2 | 0.8856 | 0.1144 |
12 | 1.7704 | 1 |
13 | 1.2148 | 3 |
14 | 0.7740 | 0 |
15 | 0.4603 | 1 |
16 | 0.2566 | 1 |
＞16 | 0.2566 | 0 |
| | | | 3.1606 |
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表3 Cx法数据处理表
指数 | 计算结果 | 检验 | 结论 |
CX | 1.5034 | t=1.7438 t0.05(24)=2.064 t0.01(24)=2.797 | 随机分布 sochi |
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实验二 植物多样性的测定 [5课时]
一、实验目的
学习群落物种多样性的调查方法，比较各地区物种多样性的差异；了解各类指数的特点和生态学意义；熟悉和掌握最常用的物种多样性指数的计算方法。
二、实验材料
皮尺、样方框（20×20，50×50，l00×100cmambition2）、铅笔、野外记录表格、计算器。
三、实验原理
物种多样性代表了群落组织水平和功能的基本特征，它通常包涵两种涵义：（1）种的数目或丰富度（species richness），即一个群落或生境中物种数目的多寡；（2）种的均匀度（species evenness or equitability）， 即一个群落或生境中全部物种个体数目的分配状况，它反映的是各物种个体数目分配的均匀程度。多样性指数是反映丰富度和均匀度的综合指标，生态学考察中较多使用的多样性指数有辛普森指数（Simpson's index）、香农-威纳（Shannon－WIener）指数及均衡度指数。
1. 辛普森多样性指数（Simpson's diversity index）：该指数指数假设，对无限大的群落随机取样，样本中两个不同种个体相遇的几率可认为是一种多样性的测度。用公式表示为：
辛普森多样性指数=随机取样的两个个体属于不同种的概率
=1-随机取样的两个个体属于同种的概率
设种i的个体数占群落中总个体数的比例为Pi，那么，随机取种i两个个体的联合概率就为P2i ，如果我们将群落中全部种的概率合起来，就可得到辛普森指数D，即
式中，S为物种数目。
2. 香农-威纳指数（Shannon-Weiner index）及均衡度：该指数假设在无限大的群落中对个体随机取样，而且样本包含了群落中所有的物种，个体出现的机会即为多样性指数。种信息量越大，不确定性也越大，因而多样性也就越高。其计算公式为：
式中：H为香农指数；E为香纳均衡度指数；Pi为第i个种在全体物种中的重要性比例，如以个体数量而言，ni为第i个种的个体数量，N为总个体数量，则有Pi=ni/N；S为物种数目。
四、实验步骤
1. 选择样方
（1）在校园草地和种植区划出同样面积样方块，面积视植物密度而定，从1平方米到10平方米，密度高的样方可小些。
（2）在附近小山的阳坡和阴坡，也可以在教学楼的南面和北面选择同样面积的样方各一块。
2. 统计记录 按选择的样方统计样方内的动、植物种类数和每一种的个体数。对不认识的植物应该采样带回实验室检索。并把有关数据记入下页表。
3. 物种多样性指数计算
4. 比较同一地区不同的耕作条件或不同的自然环境中群落的差异
五、思考题
1. 不同环境中物种多样性的差异程度及其形成原因分析。
2. 各类多样性指数计算结果的差异及分析。
3. 样方面积的大小对多样性指数的影响。
表1 野外群落观察记录
日期： 样地位置： 样地面积： 1m×1m
观测人姓名：
实验三 植物化感作用的研究
（综合设计实验，历时4周）[6课时]
一、实验目的
1．认识植物的化感作用及其对生态系统结构和功能的重要影响，并从中了解从分子水平研究生物与环境相互作用机理的重要性；
2．初步学习怎样通过实验方法来研究植物化感作用的存在；
3．培养独立进行实验设计和科学研究的能力、特别是创造能力，受到一次比较综合的科学训练；同时，通过实验过程中小组同学的密切合作，加强团队精神；
4．初步了解化感作用的研究现状和发展动态。
二、实验原理
1．什么是化感作用
在植物群落中,常有一些植物能产生并向环境中释放一些化学物质,影响(抑制或刺激) 邻近异种或同种植物的生长和发育，这就是植物间的化感作用（allelopathy）。1937 年，奥地利科学家 H.Molisch 在文章中首次用两个希腊字“allelon”（相互）和“pathos”(不利，忍受痛苦)创造了一个新词“allelopathy”。Molisch 对该词的定义为：在所有植物（包括微生物）之间的有害(抑制)和有利的(刺激)生物化学相互关系。
化感作用的基本定义明确了化感作用的3个基本特征：1）相互作用的主客体均是植物，不包括植物与动物及其他有机体的相互作用；2）相互作用的化学物质是植物的释放到环境中的次生代谢物质，不包括在植物体内变化运转的次生物质；3）化感物质主要用于影响自身或邻近植物的生长发育，植物释放的化学通讯（如报警）物质和环境污染物等不属于化感作用基本定义的范围。
植物化感作用是生态系统中种间相互作用的重要途径，在植物群落的组成和分布、生态系统演替过程和物种替代机制、外来种的生态入侵等方面起着重要作用。在森林更新、建造人工林、作物重茬退化、作物间作与混作、枯落物覆盖等生产实践中，化感作用也具 有重要应用。
我国植物化感作用研究起步较晚，20世纪80年代仅有零星报道，但自 20 世纪90年代初开始迅速发展。中国生态学会于1990年12月成立了化学生态学专业委员会，1998年召开了第二届化学生态学学术报告会。目前国内已有数十个化感作用研究课题组，中国科学院应用生态研究所、昆明植物研究所、华南农业大学、中国农业大学、浙江大学农学院 等单位植物化感作用的研究十分活跃。
