生态学种群调查方法

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1、第三章生态学调查方法第一节基本问题一、调查目的通常的目的是估测某种群在一定面积中的个体数，或整个种群的大小。一种做法是调查研究区域内的所有个体数，但不现实。因此必须取样。1、种群大小估计1）随机取样通常是最佳选择，因为没有偏差（人的主观通常是有明显偏差的）划定一个长方形区域将其划分成一个网络对每一个网格编号，并用随机数确定要调查的小区2）随机数产生方法：采用随机数表计算机的随机数发生器电话簿上的最后一位数随机地从手表上某一时刻开始读100 秒后的数随便出一个4 位数，各位数相加的和3）如果研究地段生境有明显的分异，则可分层取样；先把研究地分成不同的生境，然后再在个类型中随机取样。4） 种类调查

2、时的技巧：每天作一个得到物种总数的统计，绘制一条曲线，可以指示进一步调查的效率。2、种群变化监测1） 最好不要改变调查方法，尽管改进后的方法效果可能更好2） 如果改变方法，必须使两种方法的应用有一个重叠期，以便不同方法调查结果的比较3） 同时监测环境因素的变化4） 详细而确切地描述调查方法5） 最好对调查区域或物种个体进行定位3、 确定种群的生境需求比较物种分布点与随机样点的情况：该种的多度捕食种或天敌种的多度巢穴多度与生境或群落结构环境因子注意一个常见的错误是只调查该种分布的最佳生境而不调查缺如的生境4、 寻找物种减少的原因确定种群需要的生境条件，然后分析这些因子是否发生变化；比较该种仍存在

3、和该种已消失的生境在分析种群变化时，对繁殖和更新成活的限制因素的调查研究通常非常重要例： 英国白垩土半自然草地的特有物种银斑跃蝶（Hesperia comma）日渐稀少，人们发现雌蝶喜欢在羊茅（Festuca ovina）叶上产卵，就设立保护区；种群确更少。比较发现该蝶喜欢在裸露区产卵， 随即引进放牧； 却又发现牧食过的草地上种群低于未牧食的草地。观察进一步发现雌蝶不在牧食过的草叶上产卵；最后措施是冬季加强放牧形成裸地，春、夏停牧。5、 生境管理监测 对于有管理因素参与的自然变化的生态效应的估计，应设置具有重复性和随机性的控制对比实验。以确定自然因素和人为因素的作用。其要点：设置对照实验：有人

4、为因素和环境因素影响；只有环境因素影响；无环境因素影响对异质环境要随机设置对照实验实验的不同控制需要多次重复例： 北美大草原生物多样性的火烧对比实验：3 月份烧、 7 月份烧、不烧6、 种群动态二、观测的准确性与精确性明确目的有助于了解调查计数的精确水平；若相对数量可以满足，则采用准确的相对数量比不准确的绝对数量更好。另外，不同目的的研究对调查内容详细程度的要求不同，群落学只需要数量；而种群学调查则需要年龄或性别结构。精确性测度1、95置信区间：期望值=N；95置信区间 =CL1, CL2 2、百分比相对精确度（PRP） ：PRP=50*(CL2-CL1)/N 偏差来源：1） 实验技术不熟练2

5、） 影响因素的忽略3） 统计模型的前提假设不能满足4） 随机因素精确性与付出代价的平衡三、测量原则：1、 并非所有可以测量的都应该测量2、 找到一个问题，然后明确地开始追求你的目标3、 收集能够达到目的的数据，并使统计分析令人愉快4、 有些生态学问题在目前尚不可能回答有些西方人把生态学问题和理论与统计比作马和马车，并说“ You can t get your statistical cart in front of your ecological horse ”5、 对于连续性的数据，为了节省时间和经费，在开始实验以前应该决定从全部数据中获得显著性结果所需的数据量。6、 作出一个生态学评价时，

6、必须给出对其可能误差的测度在 3 种情况下，生态学的统计推断是非常困难的：现实种群在时空范围内非常复杂，以至于难以进行随机而且可重复的取样隐含变量可能使我们对数据的解释复杂化统计方法只能应付随机误差而对系统误差导致的偏差无能为力7、 对统计显著性检验的结果应保持怀疑的态度，因为生态系统是一个灰色系统8、 任何时候都不要混淆统计学显著和生态学显著9、 将你的生态学数据进行编码，并以某种为计算机自动识别的格式输入计算机10、有多少努力，就有多少收获（坏数据出不了好结果）四、研究途径与调查方法选择1、问题的性质决定两种研究途径：可控事件：实验研究，包括重复实验、非重复实验和取样模拟（Sampling

7、 for modelling ）不可控事件： 1）有明显的扰动发生：干涉设计（intervention design ）2）无明显扰动发生：i. 研究区域限定：采用观测研究ii. 在整个区域内取样：描述性取样设计假设检验并不一定重要，最重要的是研究的目标2、 观测方法选择的标准生物学和技术方面好的取样设置统计学方面 好的统计学设计好的测量应该是可靠的、准确的、与问题相关的、和适应自然动态节律的。注意精确性与准确性的区别。在我们感兴趣、研究和调查的对象之间存在如下的关系：3、调查方法选择的决策程序需要一个绝对 的密度估计吗需要关于个体 的数据吗有机体可动吗已知其扩散 是随机的吗种群正在被 开发利

8、用吗密度低吗有年龄或性 别选择吗是否是是是是否否否否否否是是相对密度 指标标记重捕技术比例改变法标记重捕技术获得努力法样方统计法样方统计法距离法样线法Sample measuredPopulation StudiedPopulation of interestedStatitical representation Ecological representation第二节、植物调查方法由于生境条件的斑块性、种子的有限距离传播和群聚生长，植物在空间上通常呈斑块分布；又由于气候的季节性变化和植物不同的生活史，其相对多度在时间上也表现出季节变化和年际变化。一、植物种群调查的常用指标1.高度（ Heig

9、ht） ：树木高度2.胸径（ Diameter at breast height, DBH ） ：胸高直径，约1.3m 处3.冠幅（ Canopy dimension） ： 树冠的垂直投影大小4.枝下高： 树冠最高下活枝的高度5.密度（ density） ：单位面积的数量缺陷 ：1）群聚植物的个体难以区分，一个遗传株经常可能由多个彼此相连的分体构成。 2）不同种类甚至同种个体的大小相差悬殊。6.盖度（ cover） ：一个种地上部分垂直投影面积的总和。群落全部种盖度之和100。 缺陷： 偏利于枝叶开展生长型和大叶的植物7. 频度（ frequency） ：一个种在全部样方中出现的样方数缺陷：

10、依赖于该种的盖度，并受其分布格局的明显影响8. 生物量（ biomass） ：一个种全部个体干有机质重量之和。缺陷 ：由于实际操作的限制，通常采用地上部分的重量之和，因此对组织密度大或单位重量大的种，如木质化的种比较有利。二、取样方法1、总计数方法： 直接计数优缺点： 结果准确，但在调查面积大或种群密度大的情况下比较费时。适用于相反的情况。偏差： 无偏差2、目测盖度方法： 可以在整个研究区域或网格样方中进行；将群落乔、灌、草、苔藓等各层分别估测比较合理。通常按5 级划分：优势（dominant） 、丰富（ abundant） 、常见（ frequent） 、偶见（ occasional） 、稀

11、有（ rare） 。或按 Domin 和 Bran-Blanquet 等级划分：等级值Bran-Blanquet 等级Domin 等级盖度 5cm 三层取样，其中最上层包含的枯枝落叶需要去除。水生植物群落的种子库可以用挖泥机挖取。通过分离土壤样芯中的种子估计土壤种子库，通常采用萌发实验和分离计数种子两种方法来达到目的。萌发实验： 将土样放在室外或温室中，浇水或喷雾以保证湿度，使土壤中的种子自然萌发，鉴别、记录后去掉，定期翻搅土壤使所有的种子都能暴露。直至几周后没有萌发为止。 重要的促进方法是先将土样置于5 的冰箱中保存3 4 周，然后置于温室中萌发以打破种子休眠。计数种子： 通过一系列网眼大小

12、不同的网筛用自来水筛洗土样，去除杂物、砂石和土粒。分离出种子，然后鉴别、计数。种子库研究只计有活力种子，故需要对种子库分取亚样品，用染色法鉴定统计成活种子的比例。四唑氮染色： 以 pH 值 68 的磷酸盐为缓冲液的12,3,5-氯化三苯基四唑氮染液在黑暗条件下染色2 小时，活着的种子组织被染成红色。靛洋红染色：热蒸馏水配置0.05%的靛洋红染液过滤放凉后，将种子组织在黑暗条件下染色 2 小时，活种子无色，死种子变蓝色。优缺点： 两种方法的工作量都很需要多个样品，甚至多次取样。 萌发实验中只有部分有活力种子萌发；筛洗分离种子也会有部分很小的种子被漏掉。种子活力的化学检验是最好的办法，但工作量很大

13、即是一个亚样品也很费时。偏差 ： 土壤芯的深度可能会影响样品中不同种类种子的比例；样品对最近产生种子的种也会产生偏差；萌发实验的条件可能对有些种偏利；而过筛法将低估小种子的物种。9、种子雨收集法适用于陆生植物和水生挺水植物种子雨的收集。方法： 根据研究目的， 沿环境梯度或选择特定群落和种群，于种子成熟期在林下设置已知面积的种子收集器，收集计测单位时间内落在其中的种子数量。目前最常用的收集器是采用黏性表面，以防止种子从收集器丢失，这些黏性物质往往还对鸟类和昆虫有排斥作用。具体做法实在收集器表面涂上黏性物质，或在收集器内放置一个涂有黏性物质的纸片或布片，定期更换粘附种子的纸片。用镊子或无毒溶剂将种

14、子从收集器中取下，进行鉴别和计数。种子活力测定同种子库研究方法。若进行萌发实验，需要清理种子上的黏性物质以利于其吸水。优缺点： 评定种子雨的所有方法都是费时的。种子盘方法的工作量最小，但萌发实验存在同样的问题。应采取措施减少动物取食和风吹造成的种子损失和加入（从地上）。偏差： 非常小的种子最容易丢失。10、植物的个体标记与制图 11、植被制图第三节、动物调查方法1 直接计数法2 标记重捕获法2.1 基本思想： 在种群中捕获一组样品，标记后放回，让标记动物与种群其它个体充分混合后重捕获一组样品。有理由认为标记动物在第二组样品中所占的比例与所有标记动物在整个种群中所占比例相同。若n1：第一次标记并

15、放回的样本数；n2：第二次捕获的样本数；m2：第二次样本中标记过的动物数；N：种群总数。则有：m2 / n2=n1 / N 故： N=n1*n2/m2 2.2 隐含假设： 所采用的标记物不会丢失；检验方法 ：同时采用两种标记物A 、B，捕获一样品若只有一个标记物，则另一个已丢失。认为两种标记物的丢失事件是彼此独立的，则标记物A 在放回和再捕获之间丢失的概率是： RB/(RB+RAB)其中， RB是重捕获样本中只有B 标记物的个体数；RAB是重捕获样本中有两种标记物的个体数。丢失率可以用来矫正对种群的估计。 所用的标记不影响动物的死亡率和行为检验方法 ：比较不同标记方法对动物的影响，或比较标记和

16、未标记动物的行为；也可用重捕获样本的数据进行分析。 动物的可捕获性不会变化（但实际上可捕获性会发生很多变化）随时间的变化不同性别和年龄组的差异捕获器太少或分布不合理；前后两次捕获间隔不足种群迁出和迁入引起的变化（选用不同的模型）捕捉器引起的变化： “捕获器恐惧”型和“捕获器喜欢”型2.3 标记方法可以作一次标记或彼此不同的多重标记，以获得该个体的被捕获历史。2.4 精确性的PRP估计；统计检验2.5 消除可捕获性的变化2.6 标记重捕获方法Peterson 方法Schnabel 方法Burnhum 和Overton 方法Jolly-Seber 方法捕获 /重捕获次数两次数次数次数次种群开放或封闭封闭封闭封闭开放捕获概率相同相同不同相同标记类型单个单个多个或个体标记多次特殊标记或个体标记Peterson 方法基础n1=第一次捕获标记并释放的个体数n2=第二次捕获的个体数m2=第二次捕获的被标记个体数种群大小（ N）估计值N=(n1+1)(n2+1)/(m2+1)-1 方法该方法的百分比相对精确度为: Q=200(N/n1n2)1/2或 n