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1、实验生态学(硕士研究生)实验生态学(硕士研究生) 第一章 实验生态学实验室研究方法概述 (4学时) 第一节:概述 实验生态学定义: 关于生态学的实验研究方法的科学,通过 野外的直接干预或实验室内的人工模拟,对自 然生态系统或实验生态系统及其组分进行观察 和研究的一门科学。简言之,实验生态学是一 门使用现代实验理论和技术研究生物之间及生 物与环境之间相互作用的科学。 研究范围: 针对研究目的、研究尺度、研究对象的不同而各有 侧重。 本课程在个体生态、种群和群落生态、生态系统等 层次上,重点讲授与水产养殖和水生生物相关: 生物能量研究原理与方法; 生物操纵原理与方法; 全生态系统与生态工程原理与方
2、法; 稳定性核素在水生生态系统中的应用及其方法。 第二节:小型实验生态系统的构建 根据实验目的和要求构建系统 包括的主要要素: 饲养装置 用水处理 环境控制 研究对象 确定需控制的环境参数 系统运行调试 引入实验动物、植物 物种的驯化适应 流化生化反应器流化生化反应器生化反应器生化反应器 臭氧消毒臭氧消毒泡沫分离器泡沫分离器 调配池(温度、调配池(温度、pHpH) 养殖池养殖池 自控式固液分离机自控式固液分离机 流着净化装置流着净化装置 紫外线消毒装置紫外线消毒装置 集水池集水池 循环水养殖系统工艺流程示意图循环水养殖系统工艺流程示意图 第三节:主要生态因子检测技术 温度影响试验 一、意义:
3、温度因子是所有生态因子中最重要的因子 之一,它直接影响水产动物的呼吸代谢、营养 、摄食、生长、繁殖发育、成活、分布及洄游 等。 包括3方面内容: 研究所能忍受的最高和最低温度限,即 耐性限度; 研究最适温度范围; 研究鱼类对剧烈温度变化的忍耐力。 二、研究方法与步骤: 研究鱼类对温度的耐性限度 在确定鱼类生命活动的极限温度界限时,首先应测 定鱼的休克温度限和致死温度限。当鱼从一个适宜的温 度条件下逐渐转变到不适宜的温度下生活,首先它将产 生不舒服的感觉,然后出现侧卧和仰卧的现象,一旦温 度条件好转,鱼将恢复过来,这时的温度叫休克温度。 当休克温度维持下去,则鱼会最终死亡。 鱼的休克温度限和致死
4、温度限是变化的。 鱼最高温度限的测定: 控温箱中日升温2记录个别鱼开始休 克和全部鱼发生休克时的温度个别鱼和全部鱼死亡 时的温度。 测定鱼的休克和致死低温限:原理同上 研究突变温度对鱼类的影响 突升温度的影响试验: 动物原生活水温每0.5-1设梯度,形 成温度序列记录发生死亡、休克、全无休 克现象的3种温度状态。 突降温度的耐寒性试验:原理同上。(鱼 类无温度适应过程,是立即放入) 研究鱼类的选择温度 最适度原理是现代生态学的基本概念之一 。 最适温度:如果选择成为可能,则大多数 个体都要选择的那种温度。 确定鱼类最适温度区域的意义(研究鱼类 的分布、活动、驯化、生产)。 选择合适的温度等级器
5、放入实验鱼, 应是随机分布开启等级器每530min 照相一次根据结果制作概率分布图最 后确定选择温度、广温性指数、热非对称性指 数。 鱼的选择温度以什么为标准? 平均温度、众数温度:若分布曲线是对称的 ,两者相等;若不对称,多用众数温度。 温度分布曲线:曲线的峰度可以表明鱼类的 适应范围,不对称性表明该种鱼类对高温或低 温的生态趋势。 常用广温性指数来表示鱼类对温度适应的范 围,而用热非对称性指数表示鱼类对高温和低 温的生态趋势。 其中: n该温度条件下出现次数(); m0众数(),鱼出现次数最多的百分数; tmax,tmin,tm分别为最大、最小和众数温度 等级适度试验中应注意事项: 应消除
6、其它因子的干扰,鱼被随机引入等级器各区段,有足 够的时间适应试验环境,注意试验动物的驯化温度条件和蓄养时 间。 统计检验:用卡方检验法来检验试验结果的差异是否显著。 热水流向 冷水流向 Brett垂直式温度等级器 原理:通过冷暖水对流形成温度等级 光对鱼类的影响试验 一、光的性质和生态学意义: 光具有电磁波性和微粒性,这两种特性使得光成 为地球上一切生命的源泉和动力。到达地球表面的太 阳光是由多种波长的波组成,可区分为3个部分: 可见光(400760毫微米); 紫外线(290400毫微米); 红外光(760毫微米)。 在到达地球表面的太阳光中可见光占39、红外 线占60、紫外线占1,这三种光所
7、起的作用各不相 同。紫外光主要能引起变化,具极大的杀伤力;红外 线能引起热效应,具有增温的作用;可见光能影响鱼 类和其它动物的行为和活动节律; 水中光照条件和空气中条件大不相同。水 中大量存在地颗粒物质和盐类,吸收和散射进 入的光线,强度大大消弱,光谱成分也发生很 大变化。 一般来说:光谱中长波长(红、黄)光在 水的上层被吸收,而短波长的蓝光、紫外光被 吸收的少,可透入较深的水层。 水体中光照条件的好坏与水的透明度、悬 浮物和溶解物质的多少有关。光对生物的作用 主要表现在光源和热源2方面。 在渔业生产上的应用:渔具的选择;根据 鱼类的趋光性,灯光诱鱼; 二、研究方法: 光因子主要从3个方面影响
8、鱼类及其他水生 动物:光照强度;光谱成分;光照时间。 常用仪器:测量可见光强度(照度计); 测量热辐射强度(辐射计);测量光谱成分( 光谱镜、分光计);光等级器。 可研究:确定鱼类对光照的选择性(适宜 照度试验);研究鱼类对光色的喜好;研究鱼 类的光阈值;测定鱼类辨认色彩、物体大小、 形状的能力;光照对鱼类活动性、摄食性的影 响。 水生动物耗氧量的测定 测定水生动物耗氧量的仪器装置和方法很 多。 大致可分为: 密封式静水试验、 密封式流水试验、 敞水式静水试验、 敞水式流水试验。 其中,C0为初始溶解氧浓度,C1为试验结束时溶解 氧浓度,V为试验水体体积,P为鱼体重量,t为试验 持续时间。 注
9、:微生物的耗氧应扣除(设空白对照);试验应 持续一定时间,一般应使试验后水体中的溶解氧下降 为最初氧饱和度的70,通常需2小时以上。 一、密封式静水试验: 二、密封式流水试验: 测定流入呼吸室和流出呼吸室的水流中的 含氧量和水流的流量。 其中,Ci为进水溶解氧浓度,Cq为试验结束时溶解氧 浓度,f为流量(L/h),W为鱼体重。 注:该法中流速的控制是头等重要的事情(可加定 量蠕动泵)。 三、开放式静水测定试验(适用于池 塘养殖水体): 其中,Kf为水体中溶解氧减少速度(百分数/小时); V为水体体积;Sat.O2为饱和溶解氧;n为鱼数量;W平 均每尾重量。 注:该法的前提是假设试验水体的体积一
10、定;与大 气接触的水面一定;界面状态一定;实验水体溶氧分 布均匀;微生物或有机物耗氧极低;鱼的耗氧量超过 水体的复氧量。 四、开放式流水测定法: 其中,k为池水交换率(次/小时); C0进水溶解氧浓度; Ct出水溶解氧浓度; B鱼的饲养密度,等于全池鱼重量除 以池水体积; r为池水自身耗氧量(g/m3h):测定 方法是用250ml容量瓶,同时采集2瓶 水样,一瓶立即测定,另一瓶封口放 回原池0.5米水深处,经过13小时 测定溶氧浓度。 注:该实验可以每1小时、或每23 小时测定一次,持续一昼夜,其间可 照常投饵。 摄食量的测定 确定鱼类每天需要的食物(饵料日粮)的方法有2种。 即直接计算法和间
11、接计算法。 直接计算法只适用于凶猛性鱼类。 间接法用的多,包括: 氮素平衡法:动物摄食的氮量等于动物体内积累的氮 量加上由于不消化而排出体外的粪便中的氮量和代谢 产物所排泄的氮量的总和。因此,只要测定出鱼类通 常取食的食物和鱼体中的氮量以及排出的氮量,就可 间接计算出摄食量。 能量平衡法:鱼类摄食的能量主要用于维持生命活动 的呼吸代谢和增加体重的生长2个方面。即: 其中:R为饵料日粮;T为每天维 持生命活动所需的食物量;P为日平 均增长体重所需的食物量;k为食物 的有效系数;g为食物的干重率。 可见,只要测定出每克鱼体在一 定温度条件下每小时的耗氧量和每 昼夜体重的平均增长量,就可以根 据呼吸
12、消耗1克氧所释放的热量值和 1克食物的干重的热量值计算出每天 为维持生命所需要的食物量(T): w为鱼的平均体重; a为一定温度条件下每克鱼重 每小时的耗氧量; b为鱼呼吸耗氧1g所放出的热 量值(千卡); C为1克食物干重所含热量值( 千卡)。 根据鱼体和食物中的氮量百分 比就可以计算出日平均增长体重 所需的食物肝重量(P): 其中, d为鱼每天的平均增长体重; e为鱼体内的含氮量; f为食物中的含氮量。 通过消化率计算食物量的方法: C为摄食量; E为排粪量; A为同化量; A/C等于消化率,所以只要 知道排粪量和消化率就能计 算出摄食量。 消化率的测定方法有: 对食性简单的鱼类,可取一定
13、数量的鱼,解剖肠 道,分别取出前、中、后肠内含物,进行化学成分测 定,前后两段肠含物中营养物质的差就是消化吸收的 数量(如氮量、葡萄糖量等)。 对食性复杂的鱼类可以通过食含特殊物质的食饵 ,然后通过比色法和微量分析法测定出粪便中或消化 道活体组织中该物质的含量。 (色素法、放射性同位素、非放射性同位素等)。 常用三氧化二铬作指示剂来测定鱼类的消化率。 该方法测定的是表观消化率,主要优点是: 不需要收集定量粪便,只要取样分析饵料和粪便 中某些营养成分的含量以及用比色法测定饵料和粪便 中指示物的含量,就可计算消化率。 也可用放射性的三氧化二铬作指示剂,通过 测定实验前饵料中的营养物质含量和铬的活性 核试验后粪便中剩余的营养物质含量和铬的活 性来计算消化率。 其中,a、为粪便中营养物质含量; r、为粪便中铬的活性(单位重量的脉冲 数); b、为饵料中营养物质的含量; R、为饵料中铬的活性。