《天然草地》课程实验指导（共十八个实验）.pdf_大学文库

第一章　生态学实验一生活型及生态类型观察一、实验内容通过本实验使学生掌握划分植物生活型及生态类型的方法，并通过对不同生活型及生态类型植物标本形态生活环境的观察分析，进一步认识植物与环境的关系及划分生活型及生态类型的生态学意义。二、实验目的（1）了解生态类型及生活型与环境的关系（2）熟悉生态类型及生活型划分的依据（3）掌握主要生态类型的特点及生活型分类系统三、实验方法不同生活型及生态类型的植物标本；生境照片、录像；计算器等。②调查或利用现有资料，如某地区的植被种类制作生活型谱。四、实验原理植物与环境之间的生态适应通常有两种类型：趋同适应和趋异适应。不同种类的植物，生存在相同或相似的环境条件下，常形成相同或相似的适应方式和途径，称为趋向适应。而亲缘关系相近的植物体，由于分布地区的间隔，长期生活在不同的环境条件下而形成不同的适应方式和途径，称为异同适应。植物由于趋同适应和趋异适应而形成不同的适应类型：植物的生活型和生态型。不同种植物长期生活在同一区域或相似区域，由于对该地区环境的共同适应，从外貌上反映出来的植物类型，都属于同一生活型。如在荒漠地区，植物种类少，对该环境的适应结果是形成了相同的生活型：而在复杂的森林群落内，由于环境复杂，植物对该环境的适应形成不同的生活型，表现为成层现象。Raunkiaer把高等植物划分为高位芽植物、地上芽植物、地面芽植物、地下芽植物和一年生植物等5大生活型：高位芽植物（Phaenerophyte）渡过不利生长季节的芽或顶端嫩枝位于离地面较高处的枝条上。如乔木、灌木和热带潮湿地区的大型草本植物都属此类。根据芽距离地面的高度，又可将其分为大型（30米以上）、中型（8～30米）、小型（2～8米）和矮小型（0.25～2米）1

1 第一章生态学实验一生活型及生态类型观察一、实验内容通过本实验使学生掌握划分植物生活型及生态类型的方法，并通过对不同生活型及生态类型植物标本形态生活环境的观察分析，进一步认识植物与环境的关系及划分生活型及生态类型的生态学意义。二、实验目的（1）了解生态类型及生活型与环境的关系（2）熟悉生态类型及生活型划分的依据（3）掌握主要生态类型的特点及生活型分类系统三、实验方法 ① 不同生活型及生态类型的植物标本；生境照片、录像；计算器等。② 调查或利用现有资料，如某地区的植被种类制作生活型谱。四、实验原理植物与环境之间的生态适应通常有两种类型：趋同适应和趋异适应。不同种类的植物，生存在相同或相似的环境条件下，常形成相同或相似的适应方式和途径，称为趋向适应。而亲缘关系相近的植物体，由于分布地区的间隔，长期生活在不同的环境条件下而形成不同的适应方式和途径，称为异同适应。植物由于趋同适应和趋异适应而形成不同的适应类型：植物的生活型和生态型。不同种植物长期生活在同一区域或相似区域，由于对该地区环境的共同适应，从外貌上反映出来的植物类型，都属于同一生活型。如在荒漠地区，植物种类少，对该环境的适应结果是形成了相同的生活型；而在复杂的森林群落内，由于环境复杂，植物对该环境的适应形成不同的生活型，表现为成层现象。Raunkiaer 把高等植物划分为高位芽植物、地上芽植物、地面芽植物、地下芽植物和一年生植物等 5 大生活型：高位芽植物（Phaenerophyte）渡过不利生长季节的芽或顶端嫩枝位于离地面较高处的枝条上。如乔木、灌木和热带潮湿地区的大型草本植物都属此类。根据芽距离地面的高度，又可将其分为大型（30 米以上）、中型（8～30 米）、小型（2～8 米）和矮小型（0.25～2 米）

四类。再根据常绿或落叶，芽有无芽鳞保护的特征，将其进一步分为12个类型，加上肉质多浆汁高芽位植物，多年生草本高芽位植物和附生高芽位植物，合计有15个类型。地上芽植物（Chamaephyte）芽或顶端嫩枝位于地表或接近地表，距地表的高度不超过20～30厘米，在不利于生长的季节中能受到枯枝落叶层或雪被的保护。可分为四个类型：矮小半灌木地上芽植物：被动地上芽植物，即一些枝条太纤弱而不能直立只能平伏于地面的植物；主动地上芽植物，这类植物也平伏于地面，但枝条并不纤弱，而是主动地横向伸展；垫状植物。地面芽植物（Hemicryptophyte）在不利季节时地上的枝条枯菱，其地面芽和地下部分在表土和枯枝落叶的保护下仍保持生命力，到条件合适时再度萌芽。可分为原地面芽植物、半莲座状地面芽植物、莲座状地面芽植物三个类型。地下芽植物（Geophyte）亦称隐芽植物。芽埋在土表以下，或位于水体中以渡过恶劣环境的。可再分七个类型：根茎地下芽植物（如芦苇、姜等）：块茎地下芽植物（如马铃薯）：块根地下芽植物（如白薯、大丽花等）；鳞茎地下芽植物（如洋葱、百合等）：没有发达的根茎、块茎、鳞茎的地下芽植物；沼泽植物和水生植物。将一个地区的植物按阮基耶尔的生活型标准分类，再列表比较各类生活型的数量对比关系，这便称为生活型谱区的生活型谱反映了该地区的气候特征。如在潮湿的热带地区，高位芽植物占优势，在干燥炎热的沙漠和草原地区，一年生植物最多：在温带和北极地区，地面芽植物居多。比较和分析各类植物群落的生活型谱，则可以反映各类群落的生境特点，特别是气候特点。生态型，是指同一物种的不同类群长期生活在不同生态环境产生趋异适应，成为遗传上有差异的、适应不同生态环境的类群。它是由美国植物学家图雷森于1992年提出的概念，指物种表型在特定的生境中产生的变异群，是同种中最小单位的种群，位于种群之下。生态型是遗传变异和自然选择的结果，代表不同的基因型，所以即使将它们移植于同一生境，它们仍保持其稳定差异，但型间差异尚不足以作为物种的分类标志。不同生态型之间可以自由杂交。壤生态型主要是指长期在不同主壤条件的影响下形成的生态型。生态型的形成有许多因素，通常按照形成生态型的主导因素将其划分为气候生态型、土壤生态型、生物生态型和人为生态型4类：气候生态型主要是长期在不同气候因子（日照、温度、降水量等）的影响下形成的。例如，北美的糖械树可分为北部、中部和南部3个生态型。北部生态型耐寒，不耐旱，强日照2

2 四类。再根据常绿或落叶，芽有无芽鳞保护的特征，将其进一步分为 12 个类型，加上肉质多浆汁高芽位植物，多年生草本高芽位植物和附生高芽位植物，合计有 15 个类型。地上芽植物（Chamaephyte）芽或顶端嫩枝位于地表或接近地表，距地表的高度不超过 20～30 厘米，在不利于生长的季节中能受到枯枝落叶层或雪被的保护。可分为四个类型：矮小半灌木地上芽植物；被动地上芽植物，即一些枝条太纤弱而不能直立只能平伏于地面的植物；主动地上芽植物，这类植物也平伏于地面，但枝条并不纤弱，而是主动地横向伸展；垫状植物。地面芽植物（Hemicryptophyte）在不利季节时地上的枝条枯萎，其地面芽和地下部分在表土和枯枝落叶的保护下仍保持生命力，到条件合适时再度萌芽。可分为原地面芽植物、半莲座状地面芽植物、莲座状地面芽植物三个类型。地下芽植物（Geophyte）亦称隐芽植物。芽埋在土表以下，或位于水体中以渡过恶劣环境的。可再分七个类型：根茎地下芽植物（如芦苇、姜等）；块茎地下芽植物（如马铃薯）；块根地下芽植物（如白薯、大丽花等）；鳞茎地下芽植物（如洋葱、百合等）；没有发达的根茎、块茎、鳞茎的地下芽植物；沼泽植物和水生植物。将一个地区的植物按阮基耶尔的生活型标准分类，再列表比较各类生活型的数量对比关系，这便称为生活型谱区的生活型谱反映了该地区的气候特征。如在潮湿的热带地区,高位芽植物占优势，在干燥炎热的沙漠和草原地区，一年生植物最多；在温带和北极地区，地面芽植物居多。比较和分析各类植物群落的生活型谱，则可以反映各类群落的生境特点，特别是气候特点。生态型，是指同一物种的不同类群长期生活在不同生态环境产生趋异适应，成为遗传上有差异的、适应不同生态环境的类群。它是由美国植物学家图雷森于 1992 年提出的概念，指物种表型在特定的生境中产生的变异群，是同种中最小单位的种群，位于种群之下。生态型是遗传变异和自然选择的结果，代表不同的基因型，所以即使将它们移植于同一生境，它们仍保持其稳定差异，但型间差异尚不足以作为物种的分类标志。不同生态型之间可以自由杂交。土壤生态型主要是指长期在不同土壤条件的影响下形成的生态型。生态型的形成有许多因素，通常按照形成生态型的主导因素将其划分为气候生态型、土壤生态型、生物生态型和人为生态型 4 类：气候生态型主要是长期在不同气候因子（日照、温度、降水量等）的影响下形成的。例如，北美的糖槭树可分为北部、中部和南部 3 个生态型。北部生态型耐寒，不耐旱，强日照

能伤其叶；南部生态型不耐寒，耐旱，喜日照：中部生态型在几方面都介乎二者之间。又如艾在美国可分为在海滨、内陆及平原上生长的3个生态型。土壤生态型主要是长期在不同土壤条件的影响下形成的。例如，蛇纹岩土壤是散在世界各处的一种特殊土壤，它缺钙，有些还缺氮、磷和钼，而富含镁、铬、镍，后两种含量接近对一般生物有毒的水平。因而，在这种土壤上生长的植物发育受阻，与非蛇纹岩土壤上生长的同种植物明显不同，形成独特的生态型。再如草本植物头花吉尔草、欧夏枯草和小酸模等种类有耐蛇纹岩的主壤生态型。有些植株体内所含的铬量可以是不耐蛇纹岩生态型植株体内含量的1万倍。在废矿堆和矿山附近也常分布有耐毒土的生态型，如羊茅有耐铅的生态型，细弱剪股颖有耐多种金属的土壤生态型。生物生态型主要是在生物因子长期作用下形成的。有的种长期生长在不同的群落中，由于植物之间竞争等关系的不同，可分化为不同的生态型。例如，稗可分为长在稻田和非稻田中的两种生态型：前者秆直立，常与水稻同高，几乎同时成熟：后者秆较矮，开花期迟早不等。还有些是专门的区系生态型，如牧场区系中的生态型，因长期受特定动物的啃食和践踏，多具有矮小、丛生或呈莲座状或具匍茎，再生力较强，无性繁殖较盛，提早成熟等特性。品种生态型作物的品种生态型是由于人为因素（引种、扩种等活动）使作物在新生境的长期影响下形成的。例如，水稻栽培在由热带到寒温带的辽阔区域里，经受复杂的气候和土壤条件，在长期的自然选择和人工培育下，形成了很多适应于不同气候、土壤的品种生态型，如有釉、梗稻等温度生态型，早、中、晚稻等光照生态型，水、陆稻等土壤生态型等生态型是基本的生态单位，严格地说，与生态位相对应的不是物种，而是生态型。因此，对生态型的研究可用以分析种内生态适应的形成，了解种内分化及定型的过程和原因。生态型的分化也是物种进化的基础，所以研究物种如何在不同生境条件下分化为不同的生态型，是研究新物种形成过程的重要内容。生态型的研究使引种、育种工作和作物栽培工作深入一步，着眼点由物种深入到生态型。例如对厂布种或经济植物的生态型分类工作在引种和栽培利用方面都极为重要。因为不同的生态型，引种成功率不同，栽培利用的经济效益也不同。生态型杂交产生的后代多具有更强的适应力，因而是育种工作发展的动向之一。五、实验报告无单独实验报告，知识要点记载在生态学笔记本中。考核方式为考查，实验总评成绩=笔记5%+课堂互动5%。3

3 能伤其叶；南部生态型不耐寒，耐旱，喜日照；中部生态型在几方面都介乎二者之间。又如艾在美国可分为在海滨、内陆及平原上生长的 3 个生态型。土壤生态型主要是长期在不同土壤条件的影响下形成的。例如，蛇纹岩土壤是散在世界各处的一种特殊土壤，它缺钙，有些还缺氮、磷和钼，而富含镁、铬、镍，后两种含量接近对一般生物有毒的水平。因而，在这种土壤上生长的植物发育受阻，与非蛇纹岩土壤上生长的同种植物明显不同，形成独特的生态型。再如草本植物头花吉尔草、欧夏枯草和小酸模等种类有耐蛇纹岩的土壤生态型。有些植株体内所含的铬量可以是不耐蛇纹岩生态型植株体内含量的 1 万倍。在废矿堆和矿山附近也常分布有耐毒土的生态型，如羊茅有耐铅的生态型，细弱剪股颖有耐多种金属的土壤生态型。生物生态型主要是在生物因子长期作用下形成的。有的种长期生长在不同的群落中，由于植物之间竞争等关系的不同，可分化为不同的生态型。例如，稗可分为长在稻田和非稻田中的两种生态型：前者秆直立，常与水稻同高，几乎同时成熟；后者秆较矮，开花期迟早不等。还有些是专门的区系生态型，如牧场区系中的生态型，因长期受特定动物的啃食和践踏，多具有矮小、丛生或呈莲座状或具匍匐茎，再生力较强，无性繁殖较盛，提早成熟等特性。品种生态型作物的品种生态型是由于人为因素（引种、扩种等活动）使作物在新生境的长期影响下形成的。例如，水稻栽培在由热带到寒温带的辽阔区域里，经受复杂的气候和土壤条件，在长期的自然选择和人工培育下，形成了很多适应于不同气候、土壤的品种生态型，如有籼、粳稻等温度生态型，早、中、晚稻等光照生态型，水、陆稻等土壤生态型等。生态型是基本的生态单位，严格地说，与生态位相对应的不是物种，而是生态型。因此，对生态型的研究可用以分析种内生态适应的形成，了解种内分化及定型的过程和原因。生态型的分化也是物种进化的基础，所以研究物种如何在不同生境条件下分化为不同的生态型，是研究新物种形成过程的重要内容。生态型的研究使引种、育种工作和作物栽培工作深入一步，着眼点由物种深入到生态型。例如对广布种或经济植物的生态型分类工作在引种和栽培利用方面都极为重要。因为不同的生态型，引种成功率不同，栽培利用的经济效益也不同。生态型杂交产生的后代多具有更强的适应力，因而是育种工作发展的动向之一。五、实验报告无单独实验报告，知识要点记载在生态学笔记本中。考核方式为考查，实验总评成绩= 笔记 5%+课堂互动 5%

实验二植物私生活观看一、实验内容通过对有关植物生长发育及种间关系现象的视频观看，了解植物生活史、生存对策和种间竞争的基本理论。进一步认识植物适应环境原理在生产实践中的应用。二、实验目的（1）了解植物的生活史及种间关系：（2）熟悉影响植物生长的主导因子：（3）掌握植物适应环境原理在生产实践中的应用。三、实验方法实验材料为植物生长发育及种间关系相关多媒体视频。实验步骤如下：①观看相关视频；②讨论环境因素对植物生活史的影响：③设计一个验证高斯假说的实验。四、实验原理生长是指身体各器官、系统的长大和形态变化，是量的改变：发育是指细胞、组织和器官的分化完善与功能上的成熟，产质的改变。两者密切相关，生长是发育的物质基础，而发育成熟状况又反映在生长的量的变化。人的生长发育是指从受精卵到成人的成熟过程。生长和发育是儿童不同于成人的重要特点。生长是指儿童身体各器官、系统的长大，可有相应的测量值来表示其的量的变化：发育是指细胞、组织、器官的分化与功能成熟。生长和发育两者紧密相关，生长是发育的物质基础，生长的量的变化可在一定程度上反映身体器官、系统的成熟状况。各种植物发育所经历的阶段常有很大的区别。在一个生长季内完成从种子萌发到营养体建成最俊达到开花结实的植物，称为一年生植物（或一次结实植物）。有的植物在营养体生长多年之俊才开始达到开花阶段，开花筱营养体即衰老死亡（如竹），这些植物称为多年生的一次结实植物。许多木本植物具有多次开花结实的习性，它们每年开花结实俊，营养体并不衰退，这些植物称为多次结实植物。不同的物种具有不同的生活史特征，例如一年生、二年生和多年生的，一年中只生殖一次的和多次的，有休眠的和无休眠的等等。植物彼此间生活史的差别是很明显的。比较各个物种的生活史特征，揭示其相似性和分异性，进而联系其栖息地环境条件，探讨其适应性，联系物种的分类地位，探讨各种类型和亚类型生活史在生存竞争中的意义，是现代生态学的4

4 实验二植物私生活观看一、实验内容通过对有关植物生长发育及种间关系现象的视频观看，了解植物生活史、生存对策和种间竞争的基本理论。进一步认识植物适应环境原理在生产实践中的应用。二、实验目的（1）了解植物的生活史及种间关系；（2）熟悉影响植物生长的主导因子；（3）掌握植物适应环境原理在生产实践中的应用。三、实验方法实验材料为植物生长发育及种间关系相关多媒体视频。实验步骤如下：① 观看相关视频；② 讨论环境因素对植物生活史的影响；③ 设计一个验证高斯假说的实验。四、实验原理生长是指身体各器官、系统的长大和形态变化，是量的改变；发育是指细胞、组织和器官的分化完善与功能上的成熟，产质的改变。两者密切相关，生长是发育的物质基础，而发育成熟状况又反映在生长的量的变化。人的生长发育是指从受精卵到成人的成熟过程。生长和发育是儿童不同于成人的重要特点。生长是指儿童身体各器官、系统的长大，可有相应的测量值来表示其的量的变化；发育是指细胞、组织、器官的分化与功能成熟。生长和发育两者紧密相关，生长是发育的物质基础，生长的量的变化可在一定程度上反映身体器官、系统的成熟状况。各种植物发育所经历的阶段常有很大的区别。在一个生长季内完成从种子萌发到营养体建成最後达到开花结实的植物﹐称为一年生植物（或一次结实植物）。有的植物在营养体生长多年之後才开始达到开花阶段﹐开花後营养体即衰老死亡（如竹）﹐这些植物称为多年生的一次结实植物。许多木本植物具有多次开花结实的习性﹐它们每年开花结实後﹐营养体并不衰退﹐这些植物称为多次结实植物。不同的物种具有不同的生活史特征，例如一年生、二年生和多年生的，一年中只生殖一次的和多次的，有休眠的和无休眠的等等。植物彼此间生活史的差别是很明显的。比较各个物种的生活史特征，揭示其相似性和分异性，进而联系其栖息地环境条件，探讨其适应性，联系物种的分类地位，探讨各种类型和亚类型生活史在生存竞争中的意义，是现代生态学的

一个重要任务。生活史的关键组分包括身体大小、生长率、繁殖和寿命。种间竞争指两个不同物种之间为争夺同一资源（食物、空间或水体等）而展开的竞争。当两个竞争种的生活习性越相似时，竞争就越尖锐。也就是说，同属不同种之间的竞争，要比异属各种之间的竞争更加剧烈，因为它们的生态需求重叠得更多些。种间竞争在自然界屡见不鲜，在*化石记载中也不断出现。地质历史上，有不少植物或动物在某个时期全部绝迹，其中许多是种间竞争的结果。达尔文（1859）指出，生活要求类似的近缘种之间经常发生激烈的竞争。他例举了一方消灭另一方的若干事实。后来洛特卡（A.J.Lotka，1925）和沃尔特拉（V.Volterra，1926）用数学模式对此加以考察，高斯（G.F.Gause，1932）也对此进行了实验性研究、根据对自然界近缘种间的相互关系的考察，以及侵入种取代当地种的实例和从近缘种的分布、形态的比较中所得到的一系列间接证据，结果得出了竞争排他法则。克莱门茨（F.E.Clements，1916）十分重视植物的种间竞争，把它看作是植物演替的重要原因。另外在应用方面，作物与杂草间的竞争也一直在研究中。主要分为利用性竞争和干扰性竞争：利用性竞争是通过损耗有限的资源发生竞争，个体不直接相互作用。如：双小核草履虫和大草履虫间的竞争：两种淡水硅藻—星杆藻和针叶藻间的竞争：两种达尔文雀——勇地雀和仙人掌地雀。干扰性竞争是通过竞争个体间直接的相互作用开展竞争。最明显的是动物为了竞争领域或食物进行的打斗。由于竞争的结果，两个相似的物种不能占有相似的生态位，而是以某种方式彼此取代，使每一物种具有食性或其他生活方式上的特点，从而在生态位上发生分离的现象，这一假说称为高斯假说（Gause'sHypothesis）。高斯的这一思想是在他的开创性实验工作基础上形成的。高斯首次用实验的方法观察了两个物种的竞争现象。他将在分类和生态上极相近的两种草履虫一双小核草履虫（Parameciumaurelia，具一大核，两小核）和大草履虫（Pcaudatum，具一大核，一小核）作为实验材料，以一种杆菌为饲料，进行培养。当单独培养时，两种草履虫都出现典型的逻辑斯蒂增长，当混合在一起时，开始两个种群都有增长，但双小核草履虫增长快些。16天后，只有双小核草履虫生存，大草履虫完全消亡。由实验条件可以保证，两种草履虫之间只有食物竞争而无其他关系。高斯的解释是，大草履虫的消亡是由于其增长速度（内票增长率）比双小核草履虫慢。因为竞争食物，增长快的种排挤了增长慢的种。这就是当两个物种利用同一食物资源时产生的竞争排序现象。近代生态学家用竞争排原理对5

5 一个重要任务。生活史的关键组分包括身体大小、生长率、繁殖和寿命。种间竞争指两个不同物种之间为争夺同一资源(食物、空间或水体等)而展开的竞争。当两个竞争种的生活习性越相似时,竞争就越尖锐。也就是说,同属不同种之间的竞争,要比异属各种之间的竞争更加剧烈,因为它们的生态需求重叠得更多些。种间竞争在自然界屡见不鲜, 在*化石记载中也不断出现。地质历史上,有不少植物或动物在某个时期全部绝迹,其中许多是种间竞争的结果。达尔文（1859）指出，生活要求类似的近缘种之间经常发生激烈的竞争。他例举了一方消灭另一方的若干事实。后来洛特卡（A. J. Lotka，1925）和沃尔特拉（V. Volterra，1926）用数学模式对此加以考察，高斯（G. F. Gause，1932）也对此进行了实验性研究、根据对自然界近缘种间的相互关系的考察，以及侵入种取代当地种的实例和从近缘种的分布、形态的比较中所得到的一系列间接证据，结果得出了竞争排他法则。克莱门茨（F. E. Clements，1916）十分重视植物的种间竞争，把它看作是植物演替的重要原因。另外在应用方面，作物与杂草间的竞争也一直在研究中。主要分为利用性竞争和干扰性竞争：利用性竞争是通过损耗有限的资源发生竞争，个体不直接相互作用。如：双小核草履虫和大草履虫间的竞争；两种淡水硅藻——星杆藻和针叶藻间的竞争；两种达尔文雀——勇地雀和仙人掌地雀。干扰性竞争是通过竞争个体间直接的相互作用开展竞争。最明显的是动物为了竞争领域或食物进行的打斗。由于竞争的结果，两个相似的物种不能占有相似的生态位，而是以某种方式彼此取代，使每一物种具有食性或其他生活方式上的特点，从而在生态位上发生分离的现象，这一假说称为高斯假说（Gause's Hypothesis）。高斯的这一思想是在他的开创性实验工作基础上形成的。高斯首次用实验的方法观察了两个物种的竞争现象。他将在分类和生态上极相近的两种草履虫——双小核草履虫（Paramecium aurelia，具一大核，两小核）和大草履虫（P. caudatum，具一大核，一小核）作为实验材料，以一种杆菌为饲料，进行培养。当单独培养时，两种草履虫都出现典型的逻辑斯蒂增长，当混合在一起时，开始两个种群都有增长，但双小核草履虫增长快些。16 天后，只有双小核草履虫生存，大草履虫完全消亡。由实验条件可以保证，两种草履虫之间只有食物竞争而无其他关系。高斯的解释是，大草履虫的消亡是由于其增长速度（内禀增长率）比双小核草履虫慢。因为竞争食物，增长快的种排挤了增长慢的种。这就是当两个物种利用同一食物资源时产生的竞争排斥现象。近代生态学家用竞争排斥原理对