植物群落物种多样性的测定

海南大学环境与植物保护学院戚春林生态学实验环境科学实验教学示范中心海南大学环境与植物保护学院戚春林实验一植物群落中光照强度的测定海南大学环境与植物保护学院戚春林实验目的及仪器设备：实验目的：了解测定光照强度的几种途径，并掌握照度计的工作原理及使用方法。通过不同树冠内及不同群落中光照强度的测定，认识植物和光的相互影响。仪器设备：照度计，钢卷尺，皮卷尺，记录纸等。并事先选好被测树木及测试群落。海南大学环境与植物保护学院戚春林实验步骤：分组测定不同树冠内光的分布：在校园中选择树冠密实与疏散的树木各一株，分层测定树冠内的光照强度，分层时，层面必须与入射光垂直，同时测定树冠外的光照强度作为对照。每层重复测定6次，结果记入表1－1。海南大学环境与植物保护学院戚春林表1－1树冠内光照强度测定记录表植物名称：取样时间：取样地点：最大树冠（m）树高：观测人：123456平均相对值%对照12345海南大学环境与植物保护学院戚春林实验步骤：分组测定不同群落中光照强度的分布：选择两个不同的群落类型，在每一群落中随机设置3个样点（如群落上层、中层、下层），水平分层测定光照强度，每层重复4次，结果填入表1－2，取平均值，计算各层的相对光强。海南大学环境与植物保护学院戚春林表1－2群落内光照强度测定记录表群落名称：取样时间：取样地点：群落高（m）：总盖度：观测人：1234平均相对值%对照12345海南大学环境与植物保护学院戚春林注意事项：在任何情况下，不得将光电池直接暴露于强光下，以保持其灵敏度。光探头要准确地放置在测定位置，使光电池与入射光垂直。每一次测定量程开关必须遵循从高档到低档的顺序，以免烧坏仪器。当屏幕显示“1”时表示过载，需将量程开关调高一档；当屏幕上的第一位数字为“0”时，需将量程开关调低一档，以增加精确度。每次用毕，及时关闭电门，以免使电流计受损。温度与湿度会影响仪器的灵敏度，不能把照度计存放在潮湿或温度超过40℃的地方。仪器使用一段时间后，显示屏左上角出现“LOBAT”字样时，需要更换电池。海南大学环境与植物保护学院戚春林实验报告与讨论：绘制不同树冠内光的削减图，比较它们的异同，并讨论有关树木补偿点的问题。绘制不同群落中的削减曲线，并加以比较、分析。海南大学环境与植物保护学院戚春林实验二草本群落生物量的计算环境科学实验教学示范中心海南大学环境与植物保护学院戚春林实验目的及仪器设备：通过植物群落光合作用生产的有机物质，称之为初级生产。初级生产又分为总初级生产和净初级生产两个概念。生产力通常以单位土地面积和单位时间里，由植物生产的有机物质的量（干物质量或除去灰分的干物质量）来表示，也可以用碳量，或者热能量来表示，单位为g/m2·a或J/m2·a。总初级生产量（Pg）是指一定期间内植物光合作用所产生的有机物同化量。其中，包括同一期间内植物体因呼吸而失去的有机物的消耗量。而净初级生产量（Pn）是指从总初级生产量（＝总光合量）中，减去植物各器官因呼吸作用消耗的有机物的量（R）,即Pg＝Pn＋R或Pn＝Pg－R此外，净初级生产量在植物群落中还指植物的全部有机物生产量，包括经济上未必有用途的地下部分。这应该与经济上有用的部分的产量和农林牧业中往往称为生产力的产量区别开来。群落初级生产力是整个生物圈中生命部分对太阳能第一次固定后，保留在生态系统有机体中能量的描述。这部分能量是生态系统中能量流动的源泉，在生态系统中具有重要的实用价值。测定植物初级生产力，使我们能够了解群落中不同植物种的生长特点，生产力的大小，为我们提供比较不同植物经济、生态、社会价值的参考依据。此外，通过分析植物生产力的大小，参考植物在群落中的位置和生态作用，可以揭示不同种植物在群落中的作用，从而为人类利用和改造生态系统提供理论的依据。用收获法测定群落的净初级生产量时，首先需从测定群落的生物量入手。生物量（B）是一定面积内某一时间所具有的植物物质的总量，单位为g（干重）/m2。设开始时间（t1）与终了时间（t2）的生物量分别为B1和B2，则Pn＝ΔB＋L＋GΔB＝B2－B1式中，ΔB为t1～t2间植物的生长量，L为此期间的枯死及脱落量，G为草食动物吃掉的量。此式为生产量测定的基本公式。二、仪器、设备及材料1、烘箱，筛，剪刀，锄头，1m2的样框，标签，电子天平，米尺，薄膜塑料袋，纸信封。2、手锯，弹簧秤，粗天平，卡尺，透明方格板，记录纸。海南大学环境与植物保护学院戚春林实验步骤：草本群落地上部分生物量的测定与分析按分层刈割法测定草本群落地上部分的生物量，当区分出每层的种类组成及光合系统及非光合系统时，可以反映群落的格局、种间关系。在不同季节测定，还可了解群落的动态。（1）确定样方根据群落情况决定样方大小及数目，一般采用1m×1m的样方，样地的重复数量须按统计学的要求来设计。在样方四角竖立标杆，首先确定每层的厚度（高度1m以下的群落以10cm为宜，1m以上的群落用15cm或20cm）。先在样方内测定各层的相对照度。然后拉上水平线，以线的高度为准进行剪割。剪割完上层后，用同样方法剪下一层。剪时应尽量按照群落原有的自然状态，斜生叶片就斜着剪。剪掉了上层，如果有些枝叶翘起，则应把它固定到原来的位置。每层的样本应分别用塑料袋装好，贴上标签，以防水分损失。（2）样品分类、测重和干燥剪割完成后，把各层样品按叶（光合系统）、茎、花、果（非光合系统）分开（有条件时，可按种或类分开），测定鲜重。然后用感量为0.1g天平取各层鲜重20g左右，置于烘箱中于80℃烘至恒重（24～48h）。在干燥器中冷却后，用感量为0.01g天平称干重。数据记录于表2－5中。海南大学环境与植物保护学院戚春林表2－5植物群落分层刈割记录层次高度/cm种（或类）1……相对照度光合系统非光合系统鲜重/g干重/g叶面积/cm2鲜重/g干重/g棵数最高层第二层第三层……最低层海南大学环境与植物保护学院戚春林草本群落生物量的计算：根据需要可测定叶面积和株数。叶面积测定可取部分叶片作样品，用描画法画在纸上（或把叶子摆在照相用的感光纸上，压以玻璃板，在日光或电光下曝光），然后按叶形剪下，同时剪下已知面积的相同质量的标准纸样，同前者一起放在烘箱中于60℃下烘4h。在干燥器中冷却后，用分析天平称重。据下式求出每层的叶面积（S）：S＝S0×W/W0式中，S为样品叶片面积；S0为标准纸面积，S0＝样品叶片重׃标准纸重；W为每层的总干重；W0为样品叶片干重。根据表2－5中的数据，可作出群落的生产结构图。海南大学环境与植物保护学院戚春林草本群落地上部分生产量的测定与分析：初次取样在群落中选定3个样地，样地大小据群落具体情况而定，草本群落一般采用1m×1m，分别编号为样地1、样地2和样地3。用木桩把样地标出，初次取样时，把样地1的地上部分自地表剪下，把活物质和死物质（包括地表、地面的所有死植物体）分开，装入不同的口袋中，并作上记号。从样地2上消除所有的活植物体，把所有死的植物体都留在原地，用以测定生长期内死植物体的消失率。如果死物质可能从样地上由于正常分解以外的过程而损失，或会从附近地段加进死物质的话，样地在测定期间应用金属网罩上。所有样品都放在烘箱中在80℃下烘至恒重，在干燥器中冷却后称干重。如果样品太多，可分别称鲜重W，再在感量为0.1g天平称出部分样品W1，烘干后，在感量为0.01g天平上称得W2，据下式求得每一样品的总干重X：X＝W2/W1×W测定结果记录于表2－6中。最终取样在取样末期，从样地2上把死植物体收集起来；把样地3的全部植物体自地表剪下，死物质与活物质分开。所有样品均以上述方法处理。数据记录于表2－6中。）初次取样海南大学环境与植物保护学院戚春林表2－6生产测定期始末活物质的烘干重取样地点样地1样地2样地3测定日期：面积：测定日期：面积：测定日期：面积：活物质(Mb1)死物质(Md1)活物质(Mb2)死物质(Md2)活物质(Mb3)死物质(Md3)海南大学环境与植物保护学院戚春林净生产量的计算：计算死物质的瞬时消失率（r）：可用样地1的死物质质量（Md1）和样地2的死物质质量（Md2）用以下公式算出：式中，t为测定期间的日数。计算死物质的消失量（X）：可由下式求出：式中，Md1、Md3分别为样地1和样地3中死物质的重量。计算活物质的死亡量（Md）：Md（g/样地）＝X＋（Md3－Md1）计算净生产量（Pn）：Pn（g/样地）＝（Mb3－Mb1）＋Md式中，Mb1、Mb3分别为样地1和样地3的活物质重量。把每样地内的净生产量换算成g/m2•d：Pn(g/m2•d)＝每样地内净生产量/（测定期天数×样地面积）将上述计算结果填入表2－7中。t/lnd)r(g/gd2dMM1rt)(g/2MMX3d1d样地海南大学环境与植物保护学院戚春林表2－7生产量的测定结果取样地点地上死物质消失率r地上死物质消失量X地上死物质现存量Md3-Md1地上活物质现存量Mb3-Mb1地上部分净生产量克/样地克/m2•d海南大学环境与植物保护学院戚春林实验报告及讨论：实验报告：选取一草本群落，应用刈割法分组测定群落地上部分的生物量和净初级生产量。讨论与思考本实验全部植物体均用干重，为什么？本实验算出的枯死体消失率r只是近似地反映了群落中枯死体的真正消失率，为什么？如何使测得的r值较接近于实际情况？取样末期样地2的植物体应以未完全分解完毕为条件，为什么？本实验测得的生产量是没有考虑草食动物采食量的，如何校正因草食动物采食引起损失的净生产量估值？3个样地的选取对结果影响很大，选择样地应注意什么问题？有条件时，每个样地可多作几个重复。海南大学环境与植物保护学院戚春林实验三植物群落物种多样性的测定海南大学环境与植物保护学院戚春林实验目的及仪器设备：目的和意义通过对群落中的物种多样性的测定，认识多样性指数的生态学意义及掌握测定物种多样性的方法。仪器、设备和材料1m2样框，铅笔，野外调查记录表格，计算器。海南大学环境与植物保护学院戚春林实验步骤：Simpson多样性指数式中，ni为第i个种的个体数量；N总个体数量；s为物种数。Simpson多样性指数的最低值是0，最高值是（1－1/s），前一种情况出现在全部个体均属于一个种的时候，后一种情况出现在每一个个体分别属于不同种的时候。Shannon－Wiener多样性指数信息量是未确定的量，H值越大，多样性指数越高。当群落中各个种的个体数目相等时，即Pi＝1/s时，信息量最大，Hmax＝log2s；当群落中全部样本为一个种时，即Pi＝s/s时，信息量最小，Hmin＝0。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。如果物种多样性的计算是基于Simpson指数，则当ni/N＝1/s时，有最大的物种多样性，可以推导出：则物种均匀计算式为：E＝D/Dmax如果物种多样性的计算是基于Shannon－Wiener指数，则最大的物种多样性为：因此物种均匀度的计算式为：E′＝H/Hmax＝H/log2ssisisiiiiiNNnnNnpD11122111/11siiiisiinnNNPPH12221log1loglogsNNsD1maxsisssH122maxlog1log1海南大学环境与植物保护学院戚春林实验报告及讨论：作业：应用不同的多样性指数，测定一个群落的物种多样性与均匀度，并加以分析。讨论与思考解释Simpson多样性指数和Shannon－Wiener多样性指数的数学原理。其指数值的高低与哪些因素有关？物种多样性指数的高低，反映了群落的哪些生态学特征？试述群落物种多样性与群落稳定性的一般关系。试说明在裸地形成植物群落过程中，哪个阶段的物