PDF《第一章 生态因子的研究方法与技术》

1

第一章 生态因子的研究方法与技术 生态因子是指生态环境中的客观要素,它对生物的生长、发育、繁殖和分布 能产生直接或间接的影响.

各种生态因子构成生物的生态环境.任何一种生物都 生活在错综复杂的生态环境中,不仅受到各生态因子的制约和束缚,同时也能明 显地改变各生态因子.因此生物与生态因子之间的相互关系是生态学研究的基本 内容之一.本章实验通过对气候因子、土壤因子、水因子、地形因子等的生态因 子的观测与测定,掌握这些生态因子的观测和测定方法;

掌握几种常见的生态因 子测定器材的工作原理和测定方法.并通过不同生态环境及同一生态环境中不同 空间和时间的比较,了解生态因子的变化规律,认识生物与环境的相互作用和相 互关系. 实验 1―1 气候因子的测定 一一一

一、 、 、 、太阳辐射强度的测定 太阳辐射强度的测定 太阳辐射强度的测定 太阳辐射强度的测定 【实验器材】 太阳辐射仪(或照度计、智能辐射仪) 【工作原理】 太阳辐射仪的设计原理是以物体的热电效应为基础的.由康铜――铜制成的 热电堆,热电堆将吸收的热能转化为电能,输出为电压,其输出量的大小与辐射 强度成正比.器材的感应主体由透光罩、感应器、干燥器等组成.透光罩是双层 石英罩,既可以滤去投在黑片上的大气长波辐射,也可以防止风吹去黑白片上的 热量.感应器下面干燥器内装有硅胶,以吸收罩内水分.辐射观察的记录器是灵 敏度较高的电流表,常称为辐射电流表或微安表.测量时,将天空辐射表热电堆 的热端(+)和冷端(-)分别与辐射电流表的正极和负极相接. 【实验步骤】 调节太阳辐射仪至水平位置,连接辐射仪与辐射电流表;

或调整照度计至

0 的位置,测下列项目: 1.总太阳辐射量 将太阳辐射仪的探头直接暴露于太阳辐射下,待辐射电流表稳定后,记录读 数,每个 10~20 秒左右读数一次,连续读数三次,计算平均值. 2.散射辐射量

2 在太阳辐射仪上面的一定高度,用黑色遮阳板遮住太阳辐射的直射部分,待 辐射电流表读数稳定后,记录读数.每个 10~20 秒左右读数一次,连续读数三 次,计算平均值. 3.直射辐射量 等于太阳总辐射量与散射辐射量之差. 4.地面反射辐射量 将太阳辐射仪探头朝向地面,并与地面平行,待电流辐射表读数稳定后,记 录读数.每个 10~20 秒左右读数一次,连续读数三次,计算平均值. 5.测定空地和林地两种环境中各种辐射量的数值,比较并总结变化规律. 二二二

二、 、 、 、大气温度的测定 大气温度的测定 大气温度的测定 大气温度的测定 【实验器材】 多接头自动记录温度测定仪及附件、水银温度计、酒精温度计、土壤温度 计、细绳、竹竿、记录笔、记录纸等. 【工作原理】 地面观测中测定的是离地面 1.5m 高度处的气温.气温的测定包括三项,最高 温度、最低温度、平均温度.而对于林地中还要测定离地面不同高度处的温度, 具体的高度因研究的需求而定.对于水银温度计和酒精温度计比较常用,因此仅 介绍自动温度计的工作原理. 自动温度计是连续记录温度变化过程的变形温度计.器材由感应部分、杠杆 系统和钟筒等三部分组成.感应部分的双金属片是由两条不同性质的金属(铜和 铁)薄片沿平面焊接而成双层的一块平板,温度变化时,它的两个组成部分因膨 胀量不同引起弯曲.如果双金属片作出弧形,并通过杠杆系统放大传递杠杆长臂 上的笔尖,使装有干油墨水的笔尖与钟筒上的记录纸相接触.钟筒的转动是靠装 在钟筒下部的时钟装置驱动的,于是在记录纸上得到连续的温度变化记录.特制 的记录纸印有弧形坐标线,横坐标表示时间,纵坐标表示温度.自计钟有 日计 型 (钟转一周为 24h)和 周计型 (钟转一周为 7d).日计型纸每一小格代 表10min 或15min,周计型纸每一小格代表

2 小时,温度每小格代表 1℃. 【实验步骤】 1.将一根竹竿(2~4m)垂直于地面,从距地面 1.5m 放一个多接头自动记录 温度测定仪探头或温度计(注意不要让太阳光直射探头或温度计的下部,可用黑 色遮阳板遮住阳光).在一天的不同时间分别记录温度的数值.每隔约

10 分钟记 录一次读数,需要注意的是,当用温度计测定温度的时候,取出或取下温度计时 应尽快的读数,否则会增大误差. 2.选择林地内部的环境,重复上述的步骤,并记录.同时,测定林地地面和 冠层中的温度,比较不同时间的温度变化规律.

3 三三三

三、 、 、 、大气湿度的测定 大气湿度的测定 大气湿度的测定 大气湿度的测定 【实验器材】 通风干湿球温度计、露点温度计、记录笔、记录纸等. 【工作原理】 干湿球温度计包括两个温度计,其球部并排暴露在空气中.一个温度计球是 干的;

另一个温度计球有可湿润的棉纱套.在测定温度时,棉纱套用蒸馏水润 湿,当空气流通过时会造成蒸发,而由蒸发失热必然造成温度的降低,这样就与 实际的温度形成温差.干湿球温度的读数是在湿球已变为稳定的最小值时进行 的.从干湿球温度计提供的湿球和干球温度,由下面公式得到实际水汽压: e = em0.00066P(tt'

)(1+0.00114t'

);

e ―― 干球温度时的实际水汽压(毫米汞柱) em ―― 湿球湿度时的饱和水汽压(毫米汞柱) t ―― 干球温度(℃) t'

―― 湿球温度(℃) p ―― 大气压(毫米汞柱) 相对湿度是在一定温度下实际水气压对该温度饱和水汽压(饱和水汽压可由 附表

1 查出)的比率乘 100.(相对湿度也可由附表

2 和3查出)公式为: 相对湿度=100e/em;

绝对湿度是在一定温度下每单位体积空气的水汽重量.公式为: 绝对湿度(g・m-3 )=(289.30)e/T;

e――实际水汽的压力(毫米汞柱) T――绝对温度 【实验步骤】 参阅 大气温度 的实验步骤,但要注意不要在风速较大的地方设置. 四四四

四、 、 、 、风向和风速 风向和风速 风向和风速 风向和风速的测定 的测定 的测定 的测定 【实验器材】 数字式风速测定仪或手持风速测定仪、记录笔、记录纸等. 【工作原理】 手持风速测定仪由主机和风扇组成.由风力引起风扇的转动,再转换为电子 信号由主机显示出来.正确的量测方式,应找一个地点,远离建筑物、树、或其 他障碍物,以避免乱流的产生.按下电源开关,由功能键选择风速单位.可以经 由旗子、风筝或小布条来确定风的风向.手持风扇或固定于脚架上,让风由后向 前吹(后面:固定螺丝的面,前面:刻有 ANEMOMETER 的面)等待约四秒钟,

4 以获得较稳定的读值;

风扇与风的方向的夹角尽量保持在

20 度内.按下电源开 关,由功能键选择温度量测.让风流过风扇(扇叶中心藏有温度测感器)从LCD 读取温度;

按下锁定键,则现有读值会被保持 LCD 上. 【实验步骤】 测定风有两个参数指标,即风向和风速.风向可以简单地用罗盘或通过云的 运动方向或植被弯曲的方向测得.将数字式风速测定仪或手持风速测定仪的测定 装置放置距地面 0.5m 和1.5m 处,测定装置要与风向保持垂直,记录风速.注意 不同高度风速的变化.比较空地和林地内部两种环境的风速的变化规律. 五五五

五、 、 、 、大气中 大气中 大气中 大气中 O

2、 、 、 、CO2 的测定 的测定 的测定 的测定 【实验器材】 O

2、CO2 自动测定仪、记录笔、记录纸等. 【工作原理】 CYES―Ⅱ型O2 、CO2 气体测定仪是小型、方便、低消耗的产品.仪器能快 速断续或连续测定混合气体中的氧气、二氧化碳的百分比含量,气体最少量为 2ml.采用低功耗的发光二极管数字显示.读数直观、清晰、准确.仪器采用了多 点定标,提高了测试精度.该仪器可用于粮食、蔬菜、干鲜果品、药材、烟草等 起气调储藏,保鲜工作中作氧气和二氧化碳气体含量测定. 工作环境:温度 5~49℃,相对湿度:30ml),高温可调电炉,分光光度计,玛瑙研钵. 2.试剂 (1)100g・L-1 碳酸钠溶液:10g 无水碳酸钠溶于水后,稀释至 100ml,摇匀. (2)50ml・L-1 硫酸溶液:吸取 5ml 浓硫酸缓缓加入 90ml 水中,冷却后加水至 100ml. (3)3mol・L-1 硫酸溶液:量取 160ml 浓硫酸缓缓加入到盛有 800ml 水的烧杯 中,不断搅拌,冷却后,再加水至

1000 ml. (4)二硝基酚指示剂:称取 0.2g 二硝基酚溶于

100 ml 水中. (5)5 g・L-1 酒石酸锑钾溶液:称取酒石酸锑钾 0.5 g 溶于 100ml 水中. (6)硫酸钼锑贮备液:量取 126ml 浓硫酸,缓缓加入到 400ml 水中,冷却. 另称取经磨细的钼酸铵 10g 溶于温度约

60 300ml ℃ 水中,冷却.然后将硫酸溶液 缓缓倒入钼酸铵溶液中,再加入 5g・L-1 酒石酸锑钾溶液 100ml,冷却后,加水稀释 至1000ml,摇匀,贮于棕色试剂瓶中. (7)钼锑抗显色剂:称取 1.5g 抗坏血酸(左旋,旋光度+21°~22°)溶于 100ml 钼锑贮备液中.此溶液宜用时现配. (8)磷标准贮备液:准确称取经 105℃下烘干 2h 的磷酸二氢钾(优级纯) 0.4390g,用水溶解后,加入 5ml 浓硫酸,然后加水定容至 1000ml,该溶液含磷 100mg・L-1 ,放入冰箱可供长期使用. (9)5mg・L-1 磷标准溶液:准确吸取 5ml 磷贮备液,放入 100ml 容量瓶中, 定容.该溶液用时现配. 【实验原理】 土壤全磷含量的高低,受土壤母质、成土作用和耕作施肥的影响很大.另外,土壤中磷的含量与土壤质地和有机质含量也有关系.粘性土含磷量多于砂性 土,有机质丰富的土壤含磷量亦较多.在土壤剖面中,耕作层含磷量一般高于底 土层.本实验只做土壤全磷的测定(NaOH 熔融―钼锑抗比色法). 测定方法是将土壤样品与氢氧化钠熔融,使土壤中含磷矿物及有磷化合物全 部转化为可溶性的正磷酸盐,用水和稀硫酸溶解熔块,在规定条件下样品溶液与 银锑抗显色剂反应,生成磷铝蓝,用分光光度法进行定量测定. 【实验步骤】 1.土壤样品制备 取通过 lmm 孔径筛的风干土样在牛皮纸上铺成薄层,划分成许多小方格.用 小勺在每个方格中提出等量土样(总量不少于 20g)于玛瑙研钵中研磨,使其全 部通过 0.149mm 孔径筛.混匀后装入磨口瓶中备用. 2.熔样

14 准确称取风干样品 0.25g,精确到 0.0001g,小心放入镍(或银)坩埚底部, 切勿粘在壁上,加入无水乙醇 3~4 滴,润湿样品,在样品上平铺 2g 氢氧化钠, 将坩埚放入高温电炉,升温.当温度升至 400℃左右时,切断电源,暂停 15min. 然后继续升温至 720℃,并保持 15min,取出冷却,加入约 80℃水10ml,用水多 次洗坩埚,洗涤液一并........