《生态学实验》课程实验教学大纲

一、课程概况（CourseOverview）

课程名称：生态学实验

Course：Experiments of ecology

课程编号：0070400021         适用学生: 生物科学、环境科学、科学教育专业本科学生

Course Number：0070400021     Designed for: The undergraduate students of Biological science, Environmental science, and Science education

学分：  1             学时：  36         独立设课：是

Credit：   1             Class hour: 36         Independent course：yes

预修课程：基础生态学、植物学实验、动物学实验

Preparatory courses:  Fundamentsals of Ecology,  Experiments of Botany, Experiments of Zoology

二、课程简介（Course  Descriptions）

生态学实验主要是面向化学与生命科学学院生物科学、科学教育及环境科学专业开设的实验性课程，目的是培养学生掌握基础生态学领域的基本研究方法、手段，熟悉生态学研究的常用技术，提高学生分析和解决具体生态问题的能力和素质。该课程的设计以方法、技术为核心，旨在要求学生较好地掌握书本上的理论知识，并知道如何综合地利用这些基本方法和技术开展综合性研究。

通过生态学实验，不仅仅让学生理解理论与实际的关联性，更重要的是培养学生在生态学方面的实践技能和实验动手能力，启发学生认识自然界的生态现象，加深对生物与环境关系的理解，提高生态学的专业素养。

Experiments of ecology is designed mainly for the students majored for biological science, science education and environmental science in the College of Chemistry and Life Science. The aim is to train students to master the basic research methods of the area of the basic ecology, know the common technique for ecological studies, and improve the abilities and qualities of analyzing and solving the ecological problems. The course is designed to require students to grasp the theoretical knowledge in books, and know how to use these basic methods and techniques to carry out comprehensive research.

Based on the experiments of ecology, the students can not only understand the relevance of theory and practice, but also train the practical skills and practical ability obout the ecology. Through the experiments, we can inspire students to understand ecological phenomena in nature, deepen the understanding of the relationship between biology and environment, and improve the ecological expertise of the students.

三、实验项目一览表(Experiment project schedule)

《 生态学 》课程实验项目1

实验一、有效积温对植物发育的影响

一、实验目的

1.了解掌握植物生长发育各阶段有效积温的测定方法。

2.进一步加深对温度与植物关系的认识。

二、实验内容

通过在不同温度下观察种植发育，计算有效积温和生物学零度。

三、实验原理

植物在生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的热量才能够完成某一阶段的发育，而植物各发育阶段所需的总热量是一个常数，可表示为公式：

N（T-C）=K

N为发育历期，即生长发育所需的时间；T为发育期间的平均温度；C为生物学零度；K为有效积温。

四、实验方法与步骤

1.选材：豌豆种子或黄豆种子

2.播种：每盆15-20粒；发芽后仅留十粒

3.处理：十盆分两组，一组置于28℃人工气候室内，另一组置于寝室内，每日观察，第一对真叶长出，实验结束。计算K值和生物学零度C。

五、实验要求（实验内容要求、实验报告要求及考核评价要求）

实验内容要求每位学生积极动手、详实准确记录，重在结果分析。

六、场地、设备与器材

人工气候室、光照培养箱、一次性塑料小花盆、小烧杯等。

实验二、土壤温、湿的测定和常见土栖生物种类的鉴别

一、实验目的

了解土壤的结构和特点，以及土壤动物的多样性和重要性；掌握土壤动物生态学研究的基本技术和分析方法。

二、实验内容

挖掘土壤剖面，观察和分析土壤的分层现象和各层土质差异，以及土壤动物的种类和分布规律。

三、实验原理

土壤动物对土壤的形成、改良具有重要作用，而土壤动物在土壤中的分布也具有一定的规律，其形态和活动能力对土壤环境也存在适应性。

四、实验方法与步骤

1.选择样地

2.挖剖面、取土样分析土壤含水量

3.分离土壤动物

五、实验要求（实验内容要求、实验报告要求及考核评价要求）

实验内容要求每位学生积极动手、详实准确记录，重在结果分析。

六、场地、设备与器材

铲子、米尺、温度计、烘箱、筛子等。

实验三河虾对温度、盐度、pH值耐受性的观测

一、实验目的

1.了解测定生物对生态因子耐受范围的方法。

2.认识影响河虾耐受能力的因素，结合其分布生境与生活习惯，加深对谢尔福德耐受性定律的理解。

二、实验原理

不同的生物对温度、盐度、环境pH值等生态因子有不同的耐受上限和下限，上、下限之间的耐受范围有宽有窄，且生物对不同生态因子的耐受能力随生物种类、个体类型、年龄、驯化背景等因素而变化。当多种生态因子共同作用于生物时，生物对各因子的耐受性之间密切相关。

三、实验内容

研究河虾对不同温度、盐度及pH值的耐受性。

四、实验方法与步骤

1. 河虾对温度耐受性的观测

（1）建立5个环境温度梯度，分别为5℃、10℃、20℃、30℃、40℃。

（2）选择健康且大小相近的河虾若干只，称量并记录其体重。

（3）挑选50条体重、大小相近的河虾，分为5组，每组10条，分别置于5个温度梯度下，持续30分钟。

（4）观察动物的活动以及死亡情况，如果在某一温度下，动物出现行为异常或死亡，则需观察在该温度条件下动物死亡数达到50%所需要的时间。

（5）记录河虾在不同温度条件下行为是否存在异常或出现死亡现象。

2. 河虾对盐度耐受性的观测

（1）盐度梯度的建立：

高渗环境梯度（以暴气后自来水配制食盐溶液）：10‰、20‰、40‰（也可根据实验材料的不同，参照预实验的情况，设置适宜的盐度梯度）；并以蒸馏水（或1‰盐浓度）为低渗环境,作为对照组。

（2）实验动物称重。选择体重、大小相似的50只河虾，随机分为5组，计算每组河虾平均体重（±0.01g）。

（3）半数致死浓度测定。将5组河虾分置于上述浓度水体内，观察行为30min，如果正常，则停止观察；如果异常，则观察至动物死亡数到达50%所需的时间。记录数据并制图，得出半数致死浓度。

（4）观察动物的活动以及死亡情况。如果在某盐度环境下，动物出现行为异常或死亡，则需观察在该盐度环境中动物死亡数达到50%所需要的时间。

（5）记录河虾在不同盐度环境中行为是否存在异常或出现死亡现象。

3. 河虾对pH值耐受性的观测

（1）建立5个pH梯度，分别为3、5、7、9、11。

（2）选择健康且大小相近的河虾若干只，称量并记录其体重。

（3）挑选50条体重、大小相近的河虾，分为5组，每组10条，分别置于所设置的5个pH梯度的环境中，持续30 min。

（4）观察动物的活动以及死亡情况，如果在某pH环境中，动物出现行为异常或死亡，则需观察在该盐度环境中动物死亡数达到50%所需要的时间。

（5）记录河虾在不同pH环境中行为是否存在异常或出现死亡现象。

五、实验要求（实验内容要求、实验报告要求及考核评价要求）

实验内容要求每位学生详实准确记录实验数据，并结合理论课上所学到的知识科学地分析实验结果。

六、场地、设备与器材

水族箱、光照培养箱、温度计、天平、纱布等

实验四植物群落物种多样性调查与生活型研究

一、实验目的

掌握群落物种多样性野外调查取样和计算的基本方法，分析物种多样性的生态学意义及与群落的结构和功能等方面的关系。

二、实验内容

物种多样性与均匀度分析。

三、实验原理

（1）Shmpson多样性指数

该指数是Shmpson（1949）基于概率论提出的。其计算公式如下：

SP = N （N—1）/ ∑ni (ni —1)

式中，SP为多样性指数，N为群落（样地）全部种的个体数，ni为第I个种的个体数。

（2）Shannon-Wiener多样性指数

该指数是以信息论范畴的Shannon-Wiener函数为基础的。其计算公式如下：

SW = —∑pi log₂pi

或，SW = 3.3219 [lgN—(1/n)∑ni lgni ]

式中，SW为多样性指数，pi为第i种的个体数的百分数，N为群落全部个体总数，ni为第i种的个体数，3.3219为log₂到lg 的转换系数。

（3）均匀度

群落均匀度是指群落中各个种的多度的均匀程度。它的计算可通过多样性指数值和该群落样地种数、个体总数不变的情况下理论上具有的最大的多样性指数值的比值来度量的。因为这个理论值实际是在假定“群落中所有种的多度分布是均匀的”这个基础上来实现的。

如果物种多样性是基于Shmpson指数，则当ni / N = 1/s时（s为群落中总种数），有最大的物种多样性，可以推导出：

SPmax = s(N—1) / (N—s)

则物种均匀度为：

E = SP / SPmax.

如果是基于Shannon-Wiener指数，则最大的物种多样性为：

Swmax = —∑(1/s)log₂ (1/s) = log₂ s,

因此物种均匀度的计算式为：

E = SW / SPmax = SW / log₂ s.

四、实验方法与步骤

（1）取样方法

样地法通常是在群落内圈出一定面积，称样方，对样方内的生物进行调查的方法。样方的大小和数目根据群落的不同而不同。草本群落的样方大小通常为1m²，较高的草本群落也有用4 m²或更大的样方。灌木的样方大小通常为3m×3m、4m×4m甚至5m×5m。乔木的样方大小通常为100 m²。

样方的数目据群落的类型、物种的丰富程度以及人力和时间等确定。但全部样方的总面积，应略大于群落的最小面积。

样方在群落中的设置有随机设置、规则设置、主观设置（代表样地设置）等不同的方法。随机设置样方（随机取样）是在群落中随机确定每一个样方。可在群落中系统地设置一些点，编上1，2，3，……100等数字，然后随机地抽取其中的数字，以确定样方的位置。规则取样即在群落中以一定的规则确定取样位置，如在群落中设置几条等距离的样线，然后在每一样线的相等间距设置样方。主观取样即在认为有代表性的地段设置样方。

（2）样地的选择

选择两种典型群落进行比较。

五、实验要求（实验内容要求、实验报告要求及考核评价要求）

实验内容要求每位学生积极动手、详实准确记录，重在结果分析。

六、场地、设备与器材

海拔表、皮尺、卷尺、样圆、照度计、GPS。

实验五、植物种内与种间竞争

一、实验目的

（1）学会测定植物自疏现象的方法，理解自然环境中植物种内竞争的自疏现象及其生态意义。

（2）掌握不同种植物在有限的环境中的种间竞争规律。

二、实验内容

同种植物不同密度播种和不同植物按不同比例播种，以研究植物种内与种间竞争的关系。

三、实验原理

验证Yoda指数法则，即自疏现象最终表现为存活密度跟植物的生物量之间有稳定的关系：W＝CP-3/2，或logW＝logC-1.5logP（W是存活植株的干重；P是存活植株的密度；C是跟物种生长特性有关的常数）。

四、实验方法与步骤

1自疏现象

（1）用豌豆和大豆为试验材料，分别以不同密度播种。

（2）在不同生长阶段称重、观察自疏现象。

2种间竞争

（1）如以豌豆和大豆按不同比例播种。

（2）设置光照竞争（叶竞争）和土壤养分竞争（根竞争）条件。

（3）烘干称重，比较同等播种密度条件下同种和异种的生长差异。

五、实验要求（实验内容要求、实验报告要求及考核评价要求）

实验内容要求每位学生积极动手、详实准确记录，重在结果分析。

六、场地、设备与器材

光照培养箱、花盆等。

实验六、动物种群数量的罗辑斯谛增长规律

一、实验目的

通过实验观察草履虫种群数量增长，使学生掌握Logistic方程参数的估计和曲线拟合。

二、实验内容

准备草履虫原液、准备草履虫培养液、确定草履虫最初密度，然后对草履虫种群数量进行观察记录。根据实验数据估计Logistic方程参数，描绘Logistic增长曲线。

三、实验原理

罗辑斯谛增长模型的建立的假设条件：（1）假设环境条件允许种群有一个最大值，此值称为环境容纳量或负荷量，常用“K”表示，当种群大小达到K值时，种群则不再增长，即dK/dt=0。（2）种群增长率降低的影响是最简单的，即其影响随着密度上升而逐渐地、按比例地增加。（3）种群中密度的增加对其增长率的降低作用是立即发生的，无时滞的。（4）种群无年龄结构及无迁出和迁入现象。

四、实验方法与步骤

1.培养草履虫

2.接种后连续培养两周，每日计数

3.数据处理

五、实验要求（实验内容要求、实验报告要求及考核评价要求）

熟练掌握草履虫的培养和血球板计数草履虫数量的方法。掌握Logistic方程参数的估计方法。要求每位学生积极动手、详实准确记录，重在结果分析。

六、场地、设备与器材

光照培养箱、显微镜、载、盖玻片、三角瓶等。

实验七比较植物群落与裸地内生态因子的时空变化规律

一、实验目的

熟悉若干生态因子的测定，了解生态因子在不同生境内的时空变化特点和规律。让学生从感性到理性认识植物群落对环境的改善作用。

二、实验内容

测定植物群落和裸地的气温、空气湿度、光照强度、土壤温度的时空变化。

三、实验原理

（1）群落内外太阳辐射强度及其变化

由于太阳和地球相对位置的不断变化，以及地球表面大气层吸收、反射和散射介质的差异，太阳辐射具有时空上的显著差异。植物群落由于叶子对光的吸收、反射和散射，植物群落内外的太阳辐射也有显著的不同。测定时，在群落内外随机确定若干个测点，从早到晚每隔一定时间测定各点的光照强度。

（2）群落内外温度及其变化

地球表面由于太阳辐射的变化，气温也存在时空变化。植物群落由于植物枝叶的作用，气温和土壤温度的变化与群落外不完全相同，具有本身的特点和规律。测定时，在群落内随机确定若干个测点，群落外确定相近的1—2个点，从早到晚每隔一定时间测定。

（3）群落内外空气湿度及其变化

相对湿度是指在一定的温度下，空气中的实际水汽压 (e) 与该温度下空气的饱和水汽压 (em) 的比率（以百分比表示），饱和水汽压随温度的变化而变化，温度升高，em值增大。因而，相对湿度具有时间和空间的变化。群落由于形成独特的群落环境，其相对湿度的大小及时空变化与群落外具有显著的差异。测定时，在群落内随机确定若干个测点，群落外确定相近的但不受群落影响的1—2个点，从早到晚每隔一定时间测定。

四、实验方法与步骤

选择校园内选择植物茂盛的区域和公路附近的裸地，测定上述指标。

五、实验要求（实验内容要求、实验报告要求及考核评价要求）

实验内容要求每位学生积极动手、详实准确记录，重在结果分析。

六、场地、设备与器材

温湿度计、照度计、土壤温度计、红外CO₂分析仪。

实验八、校园栽培植物的传粉学生态学观察和研究

一、实验目的

学习传粉生态学研究的方法，培养实验者室外定位观测的能力、毅力和团队合作精神。

二、实验内容

长期定位观测开花植物的传粉者的拜访数量和频次，形态上分析两者的进化关系。

三、实验原理

传粉者行为被认为是植物性别表达进化的重要推动力之一，而传粉者与植物花朵存在协同进化的关系。

四、实验方法与步骤

1.在校园内选择生长茂生的开花植物。

2.连续数日观察访花者数量、种类、行为和活动规律。

五、实验要求（实验内容要求、实验报告要求及考核评价要求）

实验内容要求每位学生积极动手、详实准确记录，重在结果分析。

六、场地、设备与器材

校园花坛、相机等。

实验九、动物种群密度的测定

一、实验目的

掌握动植物种群密度的测定方法和技术，比较各方法的适用范围。

二、实验内容

通过标志重捕法或去除法测定样地东亚蝗虫的密度。

三、实验原理

标志重捕法：在被调查种群的生存环境中，捕获一部分个体，将这些个体进行标志后再放回原来环境，经过一定期限后进行重捕，根据重捕中标志个体占捕获数的比例，来估计该种群的数量。公式为：

种群数量N=（标志个体数X重捕个体数）/重捕标志数。

样方法：首先，将调查地段划分为若干个样方；然后，在调查地段中随机地抽取一定数量的样方；随后，计数各样方中的全部个体数；最后通过统计学方法，利用所有样方的平均数，估计种群总数。

去除取样法：在一个封闭的种群里，随着连续的捕捉，种群数量逐渐减少，同等的捕捉力量所获取的个体数逐渐降低，逐次捕捉的累积数就逐渐增大，当单位努力的捕捉数等于零时，捕获累积数就是种群数量的估计值。

四、实验方法与步骤

1.选择样地

2.捕捉或标记

五、实验要求（实验内容要求、实验报告要求及考核评价要求）

实验内容要求每位学生积极动手、详实准确记录，重在结果分析。

六、场地、设备与器材

草地、捕虫网、标记笔。

实验十、水体生态系统初级生产力的测定

一、实验目的

（1）熟练掌握化学滴定法测溶解氧的原理和操作方法。

（2）学习黑白瓶法测定水生生态系统生产力的具体操作方法。

二、实验内容

采水样，处理水样，然后用滴定法（碘量法）滴定，用脱氧后的水做对照分析。然后对实验记录数据进行分析和处理。

三、实验原理

黑白瓶测氧法：适用于生产力水平高的水域（如养殖水域）和实验室培养。将已知氧含量的水样(A)分别置于透光(白瓶B)和不透光(黑瓶C)的培养瓶中在相同条件下培养一定时间，白瓶因光合作用而含氧量上升，黑瓶则因呼吸作用无光合作用而含氧量减少，因此总初级产量P＝B－C,净产量Pn＝B－A。

四、实验方法与步骤

1.挂瓶24h（校园池塘内）；

2.碘量法滴定测定黑白瓶氧含量。

五、实验要求（实验内容要求、实验报告要求及考核评价要求）

实验内容要求每位学生积极动手、详实准确记录，重在结果分析，如试分析黑白瓶测氧法的优缺点及主要影响因素等。

六、场地、设备与器材

水下照度计、自动滴定管、碘量瓶、容量瓶等玻璃仪器。

四、推荐教材及参考书目 (Recommended Teaching Materials and Reference Books)

1.推荐教材（Recommended Teaching Materials）：

李铭红主编.《简明生态学实验指导》. 浙江大学出版社, 杭州. 2010.

Li Minghong ed. Concise guidance of ecological experiments. ZhejiangUniversity Press, Hangzhou. 2010.(in Chinese)

2.参考书目（Reference Books）：

牛翠娟，娄安如，孙儒泳，李庆芬. 基础生态学（第二版）。高等教育出版社，2007.

Niu C.J., Lou A.R., Sun R.Y., et al. (eds.). Fundamentsals of Ecology (2nd). Higher Education Press, Beijing. 2007.

五、考核与评价方式(Course Evaluation)

实验课成绩由以下部分组成：

1.出勤情况：不允许旷课，旷课一次扣5分（占10%）；

2.平时成绩：根据学生完成实验课的内容，实验操作及平时表现给出成绩（占20%）；

3.实验报告成绩：由任课教师或教辅人员批阅得出成绩（占30%）；

4.考核成绩（面试或笔试）：给出一个考核试验，要求学生动手完成，得出实验结果，上交实验报告（占40%）。

Experimental grades consists of the following parts: 
1.Attendance: No absenteeism is allowed (10%); 
2.Class grades: According to the expression and experimental ability in the class, the class grades are marked (20%); 
3.Experimental reports: Marked by the teacher (30%);

4.Test grades (interviews or written): An assessment test is given, and require the  students to complete and submit to reports (40%).

撰写人：王艳妮审定人：李铭红