第七章 生态学研究试验设计
《生态学研究法》教学大纲
《生态学研究法》教学大纲一、基本信息二、教学目标及任务本课程是一门以整合所学生态学知识并应用于实践为核心的应用基础类课程。
它要求学生既要懂得生态学研究方法的基本原理及具体操作步骤，又要明白各类方法的来龙去脉及具体要求与发展趋势。
本课程主要讲授生态学研究上较为常用的必备方法，包括经典的及前沿的新技术和方法。
主要目标是锻炼学生的知识整合与应用能力，提高学生用生态学思想思考问题和解决问题的能力，并在实践中不断创新。
三、学时分配教学课时分配四、教学内容及教学要求第一章引言第一节课程性质第二节生态学研究方法的类别第三节现代生态学发展特点和趋势习题要点：（1）生态学的主要研究方法有哪些？它们有何联系？（2）现代生态学及其研究方法有哪些新特点？本章重点、难点：生态学研究方法的类别、现代生态学及其研究方法的最新进展及展望。
本章教学要求：了解生态学及其研究方法的发展动向，理解并掌握生态学研究方法的主要类别及它们间的联系第二章生态学研究中的数据第一节生态学试验应遵循的原则第二节生态试验类型及研究方法第三节生态学研究中的数据类型习题要点：生态学实验数据获取与分析的案例分析。
本章重点、难点：生态学研究遵循的基本原则、主要试验设计类型。
本章教学要求：了解生态学研究中的数据类型，理解实验设计的基本类型，掌握生态学试验必须遵循的规则。
第三章动植物种群丰富度的估计方法第一节标记-回收技术1．标记方法2．Petersen方法3．Schnable方法4．Jolly-Seber方法习题要点：（1）利用三种标记回收方法估计出种群大小。
（2）分析三种方法在现实情况下如何实现。
教材上的P3，P4，P5。
第二节去除法和再观察法1．比率变化法2．Eberhardt去除法3．捕获效率法4．再观察法5．其它捕获和标记法习题要点：捕获效率法中影响估计结果的各因素及其影响作用。
教材上的P1.第三节样方估计法1.样方大小和形状的确定方法2.样方框取样习题要点：样方大小对估计结果的影响。
生态学试验设计
3．实验安排的反作用效果 • 在实验研究过程中，如果被试了解了实验的安排或因参加实验而受刺激，
那么他们就可能会产生霍桑效应。即在实验中接受实验刺激的被试在实验 中的表现与平时大大不同。参加实验的被试往往可能为投实验者所好，而 改变正常的行为方式，努力表现实验者所期望的行为。 4．多重实验处理的干扰 • 同一组被试在短期内接受两种或两种以上的实验处理时，前一实验处理往 往会对后一实验处理产生积极或消极的影响，使被试产生练习效应或疲劳 效应，因此用这种实验设计得到的结果就不能适用于单因素实验处理的情 境。
2
实验法的基本要素
• 一个完整的实验，需要具备自变量与因变量、实验组与控制组、实验 环境、实验操作环节和实验结果五个因素。
1.自变量与因变量 • 自变量：指不受其他研究变量影响而自身变化的变量。 • 因变量：指随着研究变量变化而变化的变量。 • 在实验研究中，自变量是我们做实验控制的变量，而因变量是因为自
4．测量工具的使用 • 在实验过程中，测量工具不同，控制方式的不一致都会影响实验处
理的效应。 5．统计回归效应 • 统计回归现象指被试的测量分数在第二次测量时，有向团体平均数
回归（趋近）的倾向。 6．差异的选择 • 在实验过程中，由于没有采用随机化的方法选择和分配被试，因而
造成在实验处理前实验组与控制组之间被试在能力和特质方面存在 着较大的差异，实验结果中出现的差异就有可能是由原来研究组之 间所存在的差异所造成的，而非实验处理的结果。
• 要使一项实验达到较高的内部效度，首先必须明确影响实验 内部效度的各种因素，然后采取各种有效措施，控制这些影 响因素。
• 美国学者坎贝尔和斯坦利认为以下八种因素是影响实验内部 效度的主要因素：
1．历史因素 • 假定研究者所用研究实验设计为：O1XO2。即在给予实验处理（X）之前进
生态学主要研究法
要注意破坏性采样，如测定不同时期的生物量就需要整个植株采样，这样的话， 每个小区重复数一定要足够多，设计的时候要考虑总共采样多少次，每次采样多 少株，再加上成活率等意外影响
每个植株或者器官采样之后进行生长、生理生化指标的测定，每个指标的测定也 需要重复
以水分胁迫对银杏幼苗的生理特性的影响研究为例 如果因子少，如单一研究不同水分胁迫水平的影响，一般采用单因素随机区组设
测定目标个体与其最近个体的距离 继续寻找离目标个体次近个体，测定目标个体与次近个体间的距离 点-四分法 以群落中一个个体作为中心点，画出坐标图 在四个坐标象限中将其他个体进行定位，测定各个个体与中心点的距离
无样方法种群分布格局的判断 集群系数 7.2.2 种群的动态研究 （1）传统的方法： 种群生命表 种群存活曲线 以生命表为常见 适合小尺度的种群动态研究 植物种群一般采用静态生命表 即：用一次调查的该种群的种子、一年生幼苗、幼树、成年大树、衰老大树的数量
作为基本数据，计算各个年龄段的死亡率和存活率得到的结果 是一种空间代时间的方法
棕榈的静态生命表 对于一、二年生植物可以采用动态生命表的方式 即：跟踪一批同时出生的新个体，间隔一定的时间统计存活数，直至这些个体全部
死亡为止 （2）基于GIS的种群动态研究方法 以农业害虫的种群动态为例 获取研究区域的土地利用图或者分类后的卫星影像图和遥感影像图 建立各种土地利用类型的基本属性数据库，包括自然气候土壤特征、作物品种、
生态学研究方法和实验设计
实验设计：确定实验目的、选择实验对象、设定实验条件等 实验操作：按照实验设计进行实验操作，记录实验数据 数据分析：对实验数据进行统计分析，得出实验结果 结果解释：根据实验结果，解释实验现象，提出结论和建议
定义：通过观察和记录自然状态下的生物和环境，收集数据并进行分析的方法
优点：真实、自然、无干扰 缺点：可能存在观察者偏差，数据收集有限 应用：动物行为研究、生态系统监测、生物多样性调查等
生态学研究方法和实 验设计
汇报人：XX
目录
生态学研究方法
实验设计在生态学中的 应用
生态学研究中实验设计 的实际应用
生态学研究方法和实验 设计的未来发展
生态学研究方法
观察法：直接观察 和记录生态现象
调查法：通过问卷、 访谈等方式收集数 据
实验法：在可控条 件下进行实验，验 证假设
统计分析：对收集 到的数据进行统计 分析，得出结论
确定研究目的和问题 确定实验变量和因变量 设计实验方案和流程 确定样本量和实验重复次数 设计数据收集和分析方法 设计实验控制和验证方法
添加项标题
实验目的：明确实验的目的和预期结果
添加项标题
实验设计：合理设计实验方案，包括实验材料、实验方法、实验条件等
添加项标题
数据分析：正确处理和分析实验数据，确保数据的准确性和可靠性
跨学科合作：与其他学科如生 物学、地理学、环境科学等的 交叉融合
研究方法创新：发展新的研究 方法和技术，如生态模型、生
态监测等
实验设计优化：改进实验设计， 提高实验的可行性、准确性和 可靠性
气候变化：研 究方法需要适 应气候变化带
来的新挑战
人类活动影响： 研究方法需要 关注人类活动 对生态环境的
生态学实验教学设计
生态学实验教学设计一、教学目的与要求生态学实验教学是大学生态学课程中不可或缺的一部分，它有助于学生深入了解生态学相关理论，并让学生通过实践来加深对生态系统及相关问题的认识。
本次生态学实验教学的目的是培养学生的生态环境监测与评估能力，同时学习生态指标的测定、分析和解释。
要求学生熟悉各种环境调查方法、了解不同类型生态系统的结构与特点，了解生态学原理，熟练运用生态学理论解决环境保护问题，提高生态系统调查技能和实验研究的能力。
二、实验内容与步骤实验内容：本次实验主要包括以下内容：•确定生态系统的聚落、群落和群落类型；•测定生态系统环境指标（如土壤含水量、土壤pH、光照强度、温度等）；•分析群落物种组成及其关系；•针对不同生态系统群落类型，设计合适的生态环境保护措施。
实验步骤：1.确定生态系统的调查区域，并标注清楚测试点的位置。
2.确定调查的生态系统类型：森林、草原、湿地等。
3.测定本次实验所需要的环境指标数据（如土壤含水量等）。
4.在测试点内进行生态系统聚落、群落调查，记录各种植物、动物的代表性种类。
5.通过数据分析，解释群落物种组成特点，并研究不同类群落之间的相互关系。
6.针对分析结果，设计生态环境保护措施。
三、实验器材和试剂实验器材：•生态学实验地点•野外调查仪器：分光光度计、显微镜、计算机、数据采集器等•采样器材：铁锹、手锯、放大镜、测量尺、车载GPS等•实验药品：石灰、硫元素、氨水等四、实验注意事项1.生态学实验所在的地方多为野外，需要提前做好安全措施，注意防范野生动物等危险因素。
2.实验过程中注意环境保护，确保实验结果的准确性，并采取相应措施，保护野生动植物、生态环境等。
3.实验结束后，需要填写实验报告，汇总数据、分析结果并设计合理的方案以维护生态环境。
五、实验评价指标•实验操作技能（10分）•实验数据记录（10分）•分析能力（20分）•方案设计（20分）•实验报告（40分）六、实验课程时间本生态学实验课程时间预计为两个星期，每周三个小时，两个星期共计六个小时。
生态学实验教学备课教案生态实验的设计与观察
生态学实验教学备课教案生态实验的设计与观察生态学实验教学备课教案生态实验的设计与观察1. 实验介绍在生态学的学习过程中，进行实验是非常重要的一环。
通过实际观察和实验设计，学生能够更深入地了解生态系统的运作以及其中的相互关系。
本教案旨在设计一场生态实验，引导学生观察和分析生态系统中的各个要素，并帮助他们理解生态环境中的相互作用。
2. 实验目标和步骤2.1 实验目标通过本实验，学生将能够：- 了解生态系统的基本概念和组成要素；- 学习观察和记录实验数据；- 理解生态环境中各个要素的相互作用；- 掌握实验设计和数据分析的基本方法。
2.2 实验步骤2.2.1 实验材料准备- 一组大型玻璃容器（如鱼缸或大瓶子），用于构建生态模拟环境；- 沙子、泥土和小石子，用于模拟土壤；- 水，用于构建水域环境；- 选择适当的植物和动物样本，如草、昆虫等；- 实验记录表格或笔记本；- 实验器材，如显微镜、放大镜等。
2.2.2 实验设计与观察- 将玻璃容器分为两个区域，一个区域用于构建陆地环境，另一个区域用于构建水域环境；- 在陆地区域放置适当的土壤和植物样本，如草；- 在水域区域添加水和适当的植物和动物样本，如浮游生物；- 观察并记录植物和动物样本的生长情况，包括数量、大小等；- 观察并记录土壤和水质的变化情况，包括颜色、湿度等；- 使用显微镜或放大镜观察水样本中的浮游生物，并记录所观察到的种类和数量。
3. 数据分析与讨论3.1 实验数据统计- 对实验过程中记录的数据进行整理和统计；- 制作表格或图表，展示植物和动物样本的生长情况，土壤和水质的变化情况，浮游生物的种类和数量等。
3.2 数据分析与讨论- 分析植物和动物样本的生长情况，探讨其与土壤和水质的关系；- 分析土壤和水质的变化情况，探讨其与植物和动物生长的关系；- 分析浮游生物的种类和数量，探讨其在水域生态系统中的作用。
4. 实验总结与反思本实验通过设计和观察生态系统，让学生亲身体验生态环境中的相互关系和相互作用。
生态学实验的设计与操作的教学备课教案
生态学实验的设计与操作的教学备课教案一、教学目标本次实验的目标是通过设计与操作一系列生态学实验，让学生了解和掌握生态学的基本原理和实验方法，培养学生观察、实验设计和数据处理的能力。
二、教学内容1. 实验一：环境因素对种群生长的影响a. 实验目的：研究温度、光照和水分等环境因素对种群生长的影响。
b. 实验材料：温度控制设备、光照控制设备、水分调节设备、不同植物种子、培养皿、土壤等。
c. 实验步骤：i. 选择不同植物种子进行实验。
ii. 将不同种子分别种植于不同温度、光照和水分条件下。
iii. 每天记录和观察植物的生长情况。
iv. 根据观察结果进行数据统计和分析。
2. 实验二：生态系统中物种多样性的调查a. 实验目的：了解野外生态系统中的物种多样性。
b. 实验材料：野外调查工具（如显微镜、计数器、标本瓶等）。
c. 实验步骤：i. 在指定野外区域进行物种多样性的调查。
ii. 记录物种的名称、数量和特征。
iii. 将采集到的样本带回实验室进行进一步观察和分类。
iv. 根据调查结果进行数据整理和分析。
3. 实验三：食物链与营养传递a. 实验目的：通过探究食物链和营养传递的关系，理解生态系统中的能量流动和物质循环。
b. 实验材料：不同环节的生物（如植物、草食动物、肉食动物等）。
c. 实验步骤：i. 构建一个简单的食物链模型。
ii. 观察和测量每个环节的生物数量和生长情况。
iii. 记录和分析能量和物质的流动过程。
三、教学步骤1. 实验前准备：a. 准备实验所需的材料和设备。
b. 清洁和校准实验设备。
c. 检查实验室安全设施。
2. 实验操作：a. 引导学生按照实验步骤进行操作。
b. 监督学生的实验过程，解答他们在实验中遇到的问题。
3. 数据处理与分析：a. 帮助学生整理实验数据。
b. 指导学生使用统计工具进行数据分析和结果展示。
4. 实验总结：a. 引导学生思考和总结实验结果，探讨实验的启示和意义。
b. 提供反馈和评价学生的实验报告。
高中生物教学备课教案生态学实验设计
高中生物教学备课教案生态学实验设计高中生物教学备课教案生态学实验设计一、实验目的通过生态学实验的设计与展示，帮助学生了解生态学的基本概念，理解生态系统的结构与功能，加深对生态学原理的理解，并培养学生的观察、实验和数据分析能力。
二、实验原理生态学是研究生物与环境相互关系的科学，本实验通过对虫类在不同环境条件下的分布与生存状况进行观察和分析，加深学生对生态系统的认识。
三、实验器材和试剂1. 容器：透明玻璃或塑料盒子2. 底沙：河湖底泥或沙土3. 水源：自来水或饮用水4. 植物：水生植物5. 动物：虫类（可选用蚯蚓、蜈蚣等）6. 其他：温度计、放大镜、尺子、显微镜等四、实验步骤1. 实验环境准备a) 准备容器，建议使用透明玻璃或塑料盒子作为实验容器，以方便观察。
b) 在容器底部放入一层河湖底泥或沙土，作为底沙。
c) 加入适量的水源，使底沙湿润，但不要淹没物体。
d) 放置水生植物，增加生态系统的多样性。
2. 动物引入a) 选择合适的虫类（例如蚯蚓或蜈蚣），移植到实验容器中。
b) 注意控制动物数量，避免引入过多。
3. 观察与记录a) 在实验期间，定期观察实验容器中的生态系统，记录所见的现象及数据。
b) 注意观察动物的行为、数量变化，以及植物的生长情况等。
4. 实验结果分析a) 根据观察记录，分析动物在不同环境条件下的分布与生存情况。
b) 对比不同实验容器之间的差异，总结影响生态系统稳定性的因素。
五、实验注意事项1. 注意控制实验条件，尽量保持稳定。
2. 选择合适的环境与动物，确保实验结果可靠性。
3. 注意对动物的保护和合理的处理。
六、实验拓展1. 可以对不同环境条件下的生态系统进行比较研究，探索环境因素对生物生存的影响。
2. 可以进行更具体的生态学实验设计，如食物链、生态圈和生态平衡等。
以上是针对高中生物教学备课教案的生态学实验设计。
通过本实验，学生能够全面了解生态学的基本概念，培养实验观察和数据分析能力，加深对生态系统的认识。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
两因子互作效应： A-X =50-60-55+65.777=0.78 B-X =55-67.33-55+65.777=-1.56
ABij x ij Ai B j x
• 各处理下的测定值可分解为：
Yijk Ai B j ABij eijk
第三节 环境影响的排除方法
BACI法
• 采用处理前后对照区和处理区同一时间测量值 的变化情况来排除环境对处理的影响。 • 同时，也可采用多地点的重复。 • 用Zar(1996)等提出的t测验方法来检验处理与对 照区有无显著差异。
• 差异显著性检测方法 – 计算不同时间处理区和对照区测量值 的差值dt=Ct-It – 分别计算处理前和处理后各时间差值dt 的平均值及方差。 – 计算处理前和处理后的t值
– 事例2：在肥料影响植物生长的研究中， 在两个区域中分别选取50个小区，随 机地进行四种肥料的处理。该处理的 试验单元为多少？ – 事例3：为明确纬度对树木生长速率的 影响，分别测定了100棵树及其所处的 纬度。该测定试验中的试验单元为多 少？
• 问题：随机选取9株Bt棉，研究三种盐分 胁迫(高盐、中等、低等盐分)对棉株生长 的影响。请说出本试验的试验单元及数 量？
第七章 生态学研究试验设计
• 试验设计的基本原则 • 试验设计的主要类型 • 环境干扰排除的试验设计 解决如何设计试验的问题。
第一节 试验设计的基本原则
• 广义上的生态学试验有两类 – 测定性试验mensurative experiments： 对研究对象的真实特性进行测定。如进 行同一种群在两种栖境下的大小测定。 – 处理性试验manipulative experiments： 是对研究对象进行处理的试验。处理一 般有多个。
t
dB d
2 B
A 2 A
S S nB nA
A：处理后 B：处理前
• 自由度的校正（要求处理前后的方差相 等）
2 2 SB SA 2 ( ) nB n A df 2 2 SB S (nB 1)( ) 2 (n A 1)( A ) 2 nB nA
• 查自由度为df，P=0.05水平的t值，如果计 算的t值大于查表所得t值– 进行处理前后的比较
• 降低试验偏差的方法 – 试验的随机化 – 设置重复 – 设置对照
一、随机化Randomizaion
• 随机是一切统计分析的基石，是为了获 得无偏的试验误差。 • 生态学试验中要时时做到尽可能的随机 – 随机抽样 – 对试验单元进行随机处理
• 完全随机设计(Completely randomized design) – 试验单元在时间或空间上的分布严格地 随机 • 随机区组设计(Randomized block design) – 试验区划分出区组，区组内部的理化特 性等相对一致，而区组间有较大差异。 – 试验单元分散地安排在各区组中。
t
年份 上方 下方 差值dt 2 2 SB S A 1988 • 为研究纸浆排出对 14 17 -3 摇蚊丰度有无影响， nB nA 1989 12 14 -2 测定了开工前和开 1990 15 17 -3 2 2 工后不同年份排出 SB S A 2 口上方（对照区） ( ) 1991 -5 nB n A （排浆） 16 21 及下方（处理区） df 2 2 摇蚊的数量，试确 SB S 2 1992 24 -11 A 2 13 ( n 1 )( ) ( n 1 )( ) 定排浆对摇蚊丰定 B A nB nA 1993 12 20 -8 度有无影响？ 1994 15 21 -6 t=5.59 t> t6,0.05。 排浆能显著的影响排 1995 17 26 -9 df=6.19 浆口摇蚊的丰度。 1996 14 23 -9 t6,0.05=2.447
• 生态学研究应遵守的总原则： – 每个试验必须设有对照 CK。 – 设重复。 • 对照是指没进行处理的试验单元。 • 问题：要测定黑麦草对紫茎泽兰生 长的影响，你觉得是否要设定对照？ 如果需要，如何设对照？
CK
A
B
• 采用多个不同处理来判断哪个处理最理 想的试验，可不要独立设置对照。因为 每个处理就是另外处理的对照。 – 实例：研究温度对棉蚜繁殖的影响时， 设立了20、24、28、32℃四个温度则 可，而不必另外设对照 。 – 请问只设两个温度，一个为对照可以 吗？
•多因子试验可分 析因子间的互作 interact。 •因子间存在互作 时，数据变化线 会出现分叉或交 叉，无互作时则 为平行线。
季节
区域
• 因素主效应分析 – A因素i水平的主效应 – B因素j水平的主效应
Ai x i x
Bj x j x
– AB两素ij水平的互作效应
ABij x ij Ai B j x
• 试验单元experimental unit：试验材料中 可划分的最小单位。即能进行试验处理 的最小对象。 • 试验单元要与亚样方相区分。 – 事例1：研究火灾对草原物种多样性的 影响，分别选取了两个10ha的草原， 一个进行火烧，一个没被火烧。分别 在两草原中调查10m2的样方各50个。 则该处理的试验单元为多少个？
试分析每个测定出的密度值的组成
小区
非火烧 火烧
1 2 3 4 5 6
平均 总平均
6 9 5 8 11 9
8.0 5.0
1 2 2 1 4 2
2.0
• 加性模型估计椰树密度为： ＝火烧和非火烧小区内椰树 的平均密度＋火烧或非火 烧的效应＋实验误差
• 火烧处理效应＝火烧区椰 树的平均密度-所有区内椰 树的平均密度＝2-5=-3
树 X 种 Y
Z
平均
A 50 60 70 60
B 55 67 80 67.33
环境 C 平均 60 55 60 62.33
主效应：
A=60-65.777=-5.78 B=67.33-65.777=1.56 C=70-65.777=4.22 X=55-65.777=-10.78
90 80 70 65.777
• 非火烧处理效应＝非火烧区密度-所有区密度 ＝8-5＝3
• 对火烧3号区的密度2进行直线加性模型 分解为： – 测定值(2)＝总平均密度(5)+火烧处理 效应(-3)+误差(2-2)
二、因子设计
• 单因子试验设计较为简单。 • 多因子(一般为两因子)时较为复杂。 • 多因子试验时要求：每一处理的各水平 要与另一处理的各水平一一匹配。 –实例：两种温度和三种盐分组合对鱼 产卵量的影响，必须是每种温度下均 做三种盐分处理，即有6个温度和盐分 的组合。
假重复(pseudoreplication)
• 不是真正意义上的重复 • 简单的假重复：在一个重复中抽取许多 样方进行调查。 • 牺牲性假重复：在数据的统计分析之前， 已把重复数据统到了一起。 • 时间型假重复：对同一重复进行不同时 间调查。
重复的均衡和集中
• 其目的是让试验结果更精确 • 选用更为同质性的试验单元。 • 使用能在每个试验单元中均可测定的相关 变量来进行分析，获取信息。 • 使用更多的重复。 • 使用一个有效的试验设计(重复数与对照)。 • 均衡设计就是在不同处理中平均设计重复。
• 顺序设计(systematic design) – 将处理顺序地安排到各个小区内。试 验结果难以排除时间和空间因子的影 响。
二、重复Replication
• Replications：多次进行基本试验。
–研究高盐对Bt棉生长的影响时，同样 的盐浓度选用了3株生育期相同的棉苗。 –研究高温对棉蚜体形大小影响时，在 同样高温下测定了30头棉蚜的体长。 • 重复间是相互独立的。 • 每种试验的重复至少需要2次及以上。
第二节 试验设计类型
一、直线加性模型 Linear additive models
• 处理效应和试验单元效应属于加性关系。 • 即测定值大小由三部分组成：依赖于试验 单元的值＋依赖于处理的值+误差。 • 处理效应在所有试验单元中均是一个恒定 值。
例，六个火烧区和非火烧区椰树的密度为： 小区号 非火烧区 小区号 火烧区 1 6 7 1 2 9 8 2 3 5 9 2 4 8 10 1 5 11 11 4 6 9 12 2
dB 实例
d
A
讨论与作业
• 如何设计试验来探明工厂排污对周围水系 中水体动物多样性的影响？ –处理：污水 –试验单元：一条河流 –调查项目：排污前后上下游单位样方中 动物种类和数量 –重复：排出的污水质、量及时间基本相 似的3条河 • 作业：P128 T1，3