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第4章 生态学实验基础(3)

(3)观察搜索法

许多昆虫往往不易被发现,特别是具“拟态”现象的昆虫,与环境融为一体,难以辨认。此时只要振动周边环境,一般昆虫便会受惊起飞;具“假死性”的昆虫经振动便会坠地或吐丝下垂。根据不同昆虫的生境进行观察采集,如土蝽、蝼蛄、步甲及它们的幼虫常生活在土壤中;天牛、象甲、吉丁虫、小蠹虫等大多数甲虫及其幼虫钻蛀在植物茎秆中;卷叶蛾、螟蛾等生活在卷叶中;不少昆虫生活在枯枝、落叶、岩石缝隙中。只要我们仔细观察和搜索,便可从这类环境中采集多种昆虫。

(4)诱捕法

利用昆虫对某些物理、化学因素的特殊趋性或生活习性进行诱捕。具有趋光性的昆虫(如蛾类、蝼蛄、蝽类、金龟子、叶蝉等)可用灯诱的方法在夜间进行诱捕(可用不同频率的诱光灯诱捕不同的昆虫);具有趋化性的种类(如夜蛾类、金龟子、蝇类等)可用食物来诱捕。

因为昆虫种类不同,采集的季节也不尽相同。一般而言,每年的晚春到秋末,昆虫活动最为频繁,适宜采集。

每天的采集时段也要根据不同的昆虫种类而定。一般白天活动的昆虫多在10时至15时活动最盛;对于一些喜欢夜间活动的昆虫,采集时间就必须在黄昏后或黎明前。采集一般应在温暖晴朗的天气进行,此时收获较大。

采集的地点可根据采集目标昆虫的栖息环境去寻找。一般来说,植物丰富的地方也是昆虫种类较多的地方。

3)土壤动物的采集技术和方法

土壤动物一般是指那些生命活动的全部过程或有一段时间定期在土壤中度过,对土壤有一定影响的动物。土壤动物是土壤生态系统中的重要组成成分,在生态系统的能量流动、物质循环以及土壤形成与热化过程中均起重要作用,是反映环境变化的敏感指示生物。

(1)土壤动物的采集

①样地选择。一般性调查的样地应尽量具备如下条件:坡度不大,石块较少;基本无人类活动干扰;不在生境边缘;避开蚁巢和白蚁冢。

②取样深度。常分为0~5、5~10以及10~15。以3个层次取样。尽可能考虑与自然土层相符,最好按自然剖面分层取样。

③采集。直接挖取面积为1/4平方米(50cm*50cm)的一定深度的土壤,当即手拣。也可用圆形不锈钢大环刀打入土中,取出其内5cm的土样,进行手拣。

(2)土壤动物的实验室分离方法

①手拣法。在解剖镜下采用解剖针拨开土壤,拣出动物,将其装进酒精瓶,并做好标签。

②干漏斗法。绝大多数土壤动物具有遇到干旱必然向潮湿地方移动的习性。干漏斗装置是利用外加热源使土壤水分逐渐蒸发,使动物向下方移动,最终经筛网落入漏斗和标本瓶,该装置也称自动分离器。

③湿漏斗法。湿漏斗的结构大体与干漏斗相同,主要差别在于漏斗下方装有12~13cm的长胶管,其上有2个止水夹。在接通灯泡电源前,先接好橡胶管上端的止水夹,然后注满干净的自来水。一般用40W灯泡照射48h,抽取结束时,应先装好下端的止水夹,然后打开上端的止水夹,待动物沉淀下来,再夹好,最后打开下端止水夹,动物就会落入接受器皿中。

(3)土壤动物的镜检和种类鉴定

从野外采集的动物标本,经过分离后,需要进一步进行镜检和种类鉴定。通常是将标本倒入培养皿中,在解剖镜下逐一进行观察,按照土壤动物分类检索图进行分检和种类识别。若要更细致的鉴定,请参考本书附录。

3.水生动物类群的生态调查和观测方法

水生动物是指生活于水体中的动物类群。它们大多是在物种进化中未曾脱离水体生活的一级水生动物,但是也包括像鲸鱼和水生昆虫之类由陆生动物转化成的二级水生生物,后者有的并不靠水中的溶解氧来呼吸。按照栖息场所不同,水生动物可分为海洋动物和淡水动物两类。水生动物是水生生态系统中食物链(网)的重要组成部分,对水体的物质循环、能量转化以及水体环境具有重要的影响。

1)鱼类种类和数量的调查方法

(1)鱼类样品的采集

鱼类样品可由研究者亲自去捕捞,也可利用渔场或渔民所提供的鱼类样品。

(2)鱼体的测量和称重

鱼体的长度以厘米(cm)或毫米(mm)为单位,最好使用量鱼板来测量。常用的长度指标有:①体长,即鱼的吻端至尾鳍中央鳍条基部的直线长度。②全长,即鱼的吻端至尾鳍末端的直线长度。对于尾鳍分叉的鱼类,在测量其全长时,可将尾鳍的两叶握紧,选其中较长的一叶来测量,或者把尾鳍摆成自然状态进行测量。

鱼体的质量以克(g)或毫克(mg)为单位。在称重过程中,所有样品应保持标准湿度,以免因失水而造成误差。

为了比较同一种鱼在不同时期或不同水域的肥瘦情况,常用鱼的肥满度指标来测定。鱼的肥满度的公式为

K=W/L3

式中,K为肥满度,%;L为体长,cm;W为体重g。

2)浮游动物种类和数量的调查方法

浮游动物是一类经常在水中浮游,本身不能制造有机物的异养型无脊椎动物和脊索动物幼体的总称。浮游动物的种类极多,包括低等的原生动物、腔肠动物、栉水母、轮虫、甲壳动物、腹足动物等。其中以种类繁多、数量极大、分布又广的桡足类最为突出。浮游动物在不同水域中的分布也较广。无论是在淡水,还是在海水的浅层和深层,都有典型的代表。浮游动物是中上层水域中鱼类和其他经济动物的重要饵料,对渔业的发展具有重要意义。由于很多种浮游动物的分布与气候有关,因此,它们也可作为暖流、寒流的指示动物。

(1)水样的采集

采集浮游动物定性和定量样品的工具有浮游生物采集网和采水器。浮游生物采集网的孔径一般为64pm(25号)和86pm(13号)。采水器一般为有机玻璃采水器,容量为2.5L和5L。

①采样点设置。应根据水体的面积、浮游动物的生态分布特点、工作条件和要求等进行采样点设置。在水体的中心区、沿岸区、主要的进出水口附近必须设置有代表性的采样点。

②采样频率和时间。根据研究目的不同,可每月采样1~4次,或每季度1次,或春、夏各1次,或仅夏季1次。采样时间应尽量在每天的相近时间。

③采样层次。采样层次视水体深浅而定。若水深在2m以内,可采表层(0.5m)的水样;若水深2~10m,至少应取表层(0.5m)和底层(离底0.5m)两处的混合水样。

1一进水阀门;2—压重铅阀;3—温度计;4一溢水门;5—橡皮管。

④采水量。一般采水量为1000mL。若采混合水样,则每层平均取样。

(2)水样的固定

采得的水样应立即加以固定,以杀死水样中的浮游动物和其他生物。固定剂一般采用碘液。固定剂用量一般为水样的1%,使水样呈棕黄色即可。需要长时间保存的样品,应再加入5mL左右的甲醛溶液。

(3)水样的浓缩

将水体中的浮游动物浓缩到较小的体积中,一般采用沉淀法和过滤法。

①沉淀法。把筒形分液漏斗固定在架子上,将水样倒入分液漏斗沉淀24~48h后,去掉上层清液,把下层沉淀浓缩样品倒入试剂瓶中,定量为30mL或50mL。

②过滤法。甲壳动物一般个体较大,在水体中的丰度也较低,因此需要用浮游生物网过滤较多的水样才具有较好的代表性。

(4)计数

①原生动物、轮虫的计数。计数时,沉淀样品要先充分摇匀。然后,用定量吸管吸取0.1mL注入0.1mL计数框(或血球计数板)中,在10 X 20的放大倍数下计数原生动物;或吸取1mL注入1mL计数框中,在10X10的放大倍数下计数轮虫。一般计数两次,取平均值。

②甲壳动物的计数。取10~50L水样,用孔径为64pm(25号)浮游生物网过滤,把过滤得到的生物放入标本瓶中,在计数时,根据样品中甲壳动物的量分若干次全部过数。

3)底栖动物种类、数量和生物量的观测方法

底栖动物是指生活史的全部或大部分时间生活于水体底部的水生动物类群。其栖息的形式多为固着于岩石等坚硬的基体上和埋没于泥沙等松软的基底中,或附着于植物或其他底栖动物的体表,或栖息在潮间带。多数种类个体较大,易于辨认。在摄食方法上,它们以悬浮物摄食和沉积物摄食居多。多数底栖动物长期生活在底泥中,具有区域性强、迁移能力弱等特点,对于环境污染及变化通常少有回避能力,其群落受到破坏后重建需要相对较长的时间。不同种类底栖动物对环境条件的适应性及对污染等不利因素的耐受力和敏感程度不同。根据上述特点,底栖动物的种群结构、优势种类、数量等参量可以确切反应水体的质量状况。底栖动物的现存量指单位体积或单位面积底泥中所存在的各类底栖动物的数量(密度)或质量(生物量),通常采用采泥器法测定。

(1)样点的设置

在水体中选择有代表性的点用采泥器采集作为小样本,将若干小样本连成的若干断面作为大样本,然后由样本推断总体。设置样点时,应考虑底栖动物的分布特点,使所采集的样本具有代表性。一般在水体的沿岸带、敞水带及不同的大型水生植物分布区均需设置样点和断面。

(2)样品的采集和处理

当采泥器在采样点采样后,底栖动物与底泥、腐屑等混为一体,需经过洗涤后才能进行检测。筛洗、澄清后,将获得的样品贴上标签带回实验室进行进一步的分拣。样品一般应放入冰箱(0°C)保存,或用酒精浸泡保存。

(3)样品的鉴定

软体动物和水栖寡毛类的优势种应鉴定到种;摇蚊科幼虫鉴定到属;水生昆虫鉴定到科。水栖寡毛类和摇蚊科幼虫等应先制片,然后在解剖镜或显微镜下观察鉴定。

(4)计数和称重

把每个采样点所得的底栖动物按不同种类准确地统计个体数,再根据采样器的开口面积推算出1平方米面积内的个数,包括每个物种的数量和总数量。

小型种类的称重,可将其从保存剂中取出,放在吸水纸上吸去标本上附着的水分,然后在感量为0.1g或0.01g的天平上称量;大型种类,用托盘天平或电子天平称量即可。将称量所得结果换算为1平方米面积上的生物量。

1.1.6生态系统能量流动与物质循环的研究方法与技术

生态系统是指在一定的空间和时间范围内,在各种生物之间以及生物群落与其无机环境之间,通过能量流动和物质循环而相互作用的一个统一整体。地球上生命的生存与发展,完全依赖于生态系统的能量流动和物质循环,能量的单向流动和物质周而复始的循环推动了一切生命活动的进行。能量流动和物质循环是生态系统的动力核心,也是生态系统功能的两个主要方面。

1.生态系统中的能量流动

生态系统的能量流动分析,就是对生态系统能量的输入及其在系统各组分之间的传递、转化和散失情况进行分析。研究能量流动可以是在个体水平上,也可以在群体水平上。通常在群体水平上,这种将群体视为一个整体进行研究是系统科学常用的研究方法,一般可分为以下几个步骤:

①确定研究对象和对象的边界。根据研究目的确定研究对象,并确定所研究生态系统的规模、时间、空间尺度及其边界。

②明确系统的组成成分及相互关系,按照统一的能流符号,绘出能流路径。

③通过实测或搜集到的资料,确定各组分的各种实物流量或输入、输出量。

④按照各种实物的折能系数,将不同物质的实物流量转换为能流量。

⑤进行能流分析,包括输入能量结构分析、产出能量结构分析、输入能流密度分析、产出能量密度分析、各种能量转换效率计算与分析。

2.生态系统中的物质循环

在生态系统中,组成生物体的C、H、O、N、P、S等基本化学元素不断地进行着从无机环境到生物群落,又从生物群落到无机环境的循环过程。这称为生态系统的物质循环。

生命的维持不但需要能量,而且也依赖于各种化学元素的供应。生态系统是由无机环境和生命有机体构成的物质实体。物质在生态系统中起着双重作用,既是维持生命活动的物质基础,又是能量的载体。没有物质,能量就不可能沿着食物链进行传递。因此,生态系统中的物质循环和能量流动是紧密联系的,它们是生态系统的两个基本功能。

当前,面临的许多全球性环境生态问题与人类影响下的生态系统的物质循环有密切关系。研究生态系统的物质循环,有利于理解和正确处理当今人类面临的全球性环境问题,并有助于改善人类的生存环境。

生态系统物流模型的建立一般根据研究的物流对象(如水分、C、N、P、K等),采用以下几个步骤:

①确定生态系统的边界与研究对象,绘制生态系统库和物流关系图。

②确定生态系统的养分输入、输出项目,并调查和测定获得各项目的实际数量和流量。

③列出生态系统的养分平衡表,同时绘制生态系统物流图。

④进行物流分析,包括物质投入、产出效率分析,物质周转期与循环率分析,物质转化效率分析等。

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