實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)-第一章-實(shí)驗(yàn)室研究方法概述

1、實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)（碩士研究生）——,第一章實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究方法概述（4學(xué)時(shí)）,第一節(jié)：概述,實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)定義： 關(guān)于生態(tài)學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究方法的科學(xué)，通過野外的直接干預(yù)或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)的人工模擬，對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)生態(tài)系統(tǒng)及其組分進(jìn)行觀察和研究的一門科學(xué)。簡(jiǎn)言之，實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)是一門使用現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)理論和技術(shù)研究生物之間及生物與環(huán)境之間相互作用的科學(xué)。,研究范圍： 針對(duì)研究目的、研究尺度、研究對(duì)象的不同而各有側(cè)重。

2、 本課程在個(gè)體生態(tài)、種群和群落生態(tài)、生態(tài)系統(tǒng)等層次上，重點(diǎn)講授與水產(chǎn)養(yǎng)殖和水生生物相關(guān)： 生物能量研究原理與方法； 生物操縱原理與方法； 全生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)工程原理與方法； 穩(wěn)定性核素在水生生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用及其方法。,第二節(jié)：小型實(shí)驗(yàn)生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建,根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髽?gòu)建系統(tǒng) 包括的主要要素： 飼養(yǎng)裝置 用水處理

3、 環(huán)境控制 研究對(duì)象確定需控制的環(huán)境參數(shù)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試引入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、植物物種的馴化適應(yīng),,,,,,,,流化生化反應(yīng)器,生化反應(yīng)器,臭氧消毒—泡沫分離器,調(diào)配池（溫度、pH）,養(yǎng)殖池,自控式固液分離機(jī),流著凈化裝置,紫外線消毒裝置,集水池,,,,,,,,,,,,循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程示意圖,第三節(jié)：主要生態(tài)因子檢測(cè)技術(shù),溫度影響試驗(yàn)一、意義： 溫度因子是所有生態(tài)因子中最重要的因子之一，

4、它直接影響水產(chǎn)動(dòng)物的呼吸代謝、營(yíng)養(yǎng)、攝食、生長(zhǎng)、繁殖發(fā)育、成活、分布及洄游等。 包括3方面內(nèi)容： ①研究所能忍受的最高和最低溫度限，即耐性限度； ②研究最適溫度范圍； ③研究魚類對(duì)劇烈溫度變化的忍耐力。,二、研究方法與步驟： ①研究魚類對(duì)溫度的耐性限度 在確定魚類生命活動(dòng)的極限溫度界限時(shí)，首先應(yīng)測(cè)定魚的休克溫度限和致死溫度限。當(dāng)魚從一個(gè)適宜的溫度條件下逐漸轉(zhuǎn)變到不適宜的溫度下生活，首先它將

5、產(chǎn)生不舒服的感覺，然后出現(xiàn)側(cè)臥和仰臥的現(xiàn)象，一旦溫度條件好轉(zhuǎn)，魚將恢復(fù)過來，這時(shí)的溫度叫休克溫度。當(dāng)休克溫度維持下去，則魚會(huì)最終死亡。 魚的休克溫度限和致死溫度限是變化的。 魚最高溫度限的測(cè)定： 控溫箱中——日升溫≤2℃——記錄個(gè)別魚開始休克和全部魚發(fā)生休克時(shí)的溫度——個(gè)別魚和全部魚死亡時(shí)的溫度。 測(cè)定魚的休克和致死低溫限：原理同上,②研究突變溫度對(duì)魚類的影響 突升溫度的影響試驗(yàn)： 動(dòng)物原

6、生活水溫——每0.5-1℃設(shè)梯度，形成溫度序列——記錄發(fā)生死亡、休克、全無休克現(xiàn)象的3種溫度狀態(tài)。 突降溫度的耐寒性試驗(yàn)：原理同上。（魚類無溫度適應(yīng)過程，是立即放入）,③研究魚類的選擇溫度 最適度原理是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的基本概念之一。 最適溫度：如果選擇成為可能，則大多數(shù)個(gè)體都要選擇的那種溫度。 確定魚類最適溫度區(qū)域的意義（研究魚類的分布、活動(dòng)、馴化、生產(chǎn)）。 選擇合適的溫度等級(jí)器——放入實(shí)驗(yàn)

7、魚，應(yīng)是隨機(jī)分布——開啟等級(jí)器——每5～30min照相一次——根據(jù)結(jié)果制作概率分布圖——最后確定選擇溫度、廣溫性指數(shù)、熱非對(duì)稱性指數(shù)。,魚的選擇溫度以什么為標(biāo)準(zhǔn)？平均溫度、眾數(shù)溫度：若分布曲線是對(duì)稱的，兩者相等；若不對(duì)稱，多用眾數(shù)溫度。溫度分布曲線：曲線的峰度可以表明魚類的適應(yīng)范圍，不對(duì)稱性表明該種魚類對(duì)高溫或低溫的生態(tài)趨勢(shì)。常用廣溫性指數(shù)來表示魚類對(duì)溫度適應(yīng)的范圍，而用熱非對(duì)稱性指數(shù)表示魚類對(duì)高溫和低溫的生態(tài)趨勢(shì)。,,其中：n

8、——該溫度條件下出現(xiàn)次數(shù)（％）；m0——眾數(shù)（％），魚出現(xiàn)次數(shù)最多的百分?jǐn)?shù)；tmax,tmin,tm——分別為最大、最小和眾數(shù)溫度,,等級(jí)適度試驗(yàn)中應(yīng)注意事項(xiàng)： 應(yīng)消除其它因子的干擾，魚被隨機(jī)引入等級(jí)器各區(qū)段，有足夠的時(shí)間適應(yīng)試驗(yàn)環(huán)境，注意試驗(yàn)動(dòng)物的馴化溫度條件和蓄養(yǎng)時(shí)間。 統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)：用卡方檢驗(yàn)法來檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果的差異是否顯著。,原理：通過冷暖水對(duì)流形成溫度等級(jí),光對(duì)魚類的影響試驗(yàn),一、光的性質(zhì)和生態(tài)學(xué)意義

9、： 光具有電磁波性和微粒性，這兩種特性使得光成為地球上一切生命的源泉和動(dòng)力。到達(dá)地球表面的太陽光是由多種波長(zhǎng)的波組成，可區(qū)分為3個(gè)部分： 可見光（400～760毫微米）； 紫外線（290～400毫微米）； 紅外光（＞760毫微米）。 在到達(dá)地球表面的太陽光中可見光占39％、紅外線占60％、紫外線占1％，這三種光所起的作用各不相同。紫外光主要能引起變化，具極大的殺傷力；紅外線能引起熱效應(yīng)，具有增溫的

10、作用；可見光能影響魚類和其它動(dòng)物的行為和活動(dòng)節(jié)律；,水中光照條件和空氣中條件大不相同。水中大量存在地顆粒物質(zhì)和鹽類，吸收和散射進(jìn)入的光線，強(qiáng)度大大消弱，光譜成分也發(fā)生很大變化。 一般來說：光譜中長(zhǎng)波長(zhǎng)（紅、黃）光在水的上層被吸收，而短波長(zhǎng)的藍(lán)光、紫外光被吸收的少，可透入較深的水層。 水體中光照條件的好壞與水的透明度、懸浮物和溶解物質(zhì)的多少有關(guān)。光對(duì)生物的作用主要表現(xiàn)在光源和熱源2方面。 在漁業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用：漁具的

11、選擇；根據(jù)魚類的趨光性，燈光誘魚；,二、研究方法： 光因子主要從3個(gè)方面影響魚類及其他水生動(dòng)物：光照強(qiáng)度；光譜成分；光照時(shí)間。 常用儀器：測(cè)量可見光強(qiáng)度（照度計(jì)）；測(cè)量熱輻射強(qiáng)度（輻射計(jì)）；測(cè)量光譜成分（光譜鏡、分光計(jì)）；光等級(jí)器。 可研究：確定魚類對(duì)光照的選擇性（適宜照度試驗(yàn)）；研究魚類對(duì)光色的喜好；研究魚類的光閾值；測(cè)定魚類辨認(rèn)色彩、物體大小、形狀的能力；光照對(duì)魚類活動(dòng)性、攝食性的影響。,水生動(dòng)物耗氧量的測(cè)定

12、,測(cè)定水生動(dòng)物耗氧量的儀器裝置和方法很多。 大致可分為： 密封式靜水試驗(yàn)、 密封式流水試驗(yàn)、 敞水式靜水試驗(yàn)、 敞水式流水試驗(yàn)。,,其中，C0為初始溶解氧濃度，C1為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)溶解氧濃度，V為試驗(yàn)水體體積，P為魚體重量，t為試

13、驗(yàn)持續(xù)時(shí)間。注：微生物的耗氧應(yīng)扣除（設(shè)空白對(duì)照）；試驗(yàn)應(yīng)持續(xù)一定時(shí)間，一般應(yīng)使試驗(yàn)后水體中的溶解氧下降為最初氧飽和度的70％，通常需2小時(shí)以上。,一、密封式靜水試驗(yàn)：,二、密封式流水試驗(yàn)： 測(cè)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為進(jìn)水溶解氧濃度，Cq為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)溶解氧濃度，f為流量（L/h），W為魚體重。 注：該法中流速的控制是頭等重要的事情（可加定量蠕動(dòng)泵）。,三、開放式靜水測(cè)定試驗(yàn)

14、（適用于池塘養(yǎng)殖水體）：,其中，Kf為水體中溶解氧減少速度（百分?jǐn)?shù)/小時(shí)）；V為水體體積；Sat.O2為飽和溶解氧；n為魚數(shù)量；W平均每尾重量。 注：該法的前提是假設(shè)試驗(yàn)水體的體積一定；與大氣接觸的水面一定；界面狀態(tài)一定；實(shí)驗(yàn)水體溶氧分布均勻；微生物或有機(jī)物耗氧極低；魚的耗氧量超過水體的復(fù)氧量。,,四、開放式流水測(cè)定法：,其中，k為池水交換率（次/小時(shí)）；C0進(jìn)水溶解氧濃度；Ct出水溶解氧濃度；B魚的飼養(yǎng)密度，等于全池魚重量除

15、以池水體積；r為池水自身耗氧量（g/m3h）：測(cè)定方法是用250ml容量瓶，同時(shí)采集2瓶水樣，一瓶立即測(cè)定，另一瓶封口放回原池0.5米水深處，經(jīng)過1～3小時(shí)測(cè)定溶氧濃度。注：該實(shí)驗(yàn)可以每1小時(shí)、或每2～3小時(shí)測(cè)定一次，持續(xù)一晝夜，其間可照常投餌。,攝食量的測(cè)定,確定魚類每天需要的食物（餌料日糧）的方法有2種。即直接計(jì)算法和間接計(jì)算法。直接計(jì)算法只適用于兇猛性魚類。間接法用的多，包括：氮素平衡法：動(dòng)物攝食的氮量等于動(dòng)物體內(nèi)積累的

16、氮量加上由于不消化而排出體外的糞便中的氮量和代謝產(chǎn)物所排泄的氮量的總和。因此，只要測(cè)定出魚類通常取食的食物和魚體中的氮量以及排出的氮量，就可間接計(jì)算出攝食量。能量平衡法：魚類攝食的能量主要用于維持生命活動(dòng)的呼吸代謝和增加體重的生長(zhǎng)2個(gè)方面。即：,其中：R為餌料日糧；T為每天維持生命活動(dòng)所需的食物量；P為日平均增長(zhǎng)體重所需的食物量；k為食物的有效系數(shù)；g為食物的干重率?？梢姡灰獪y(cè)定出每克魚體在一定溫度條件下每小時(shí)的耗氧量和每晝夜體重

17、的平均增長(zhǎng)量，就可以根據(jù)呼吸消耗1克氧所釋放的熱量值和1克食物的干重的熱量值計(jì)算出每天為維持生命所需要的食物量（T）：,,w為魚的平均體重；a為一定溫度條件下每克魚重每小時(shí)的耗氧量；b為魚呼吸耗氧1g所放出的熱量值（千卡）；C為1克食物干重所含熱量值（千卡）。根據(jù)魚體和食物中的氮量百分比就可以計(jì)算出日平均增長(zhǎng)體重所需的食物肝重量（P）：,,其中，d為魚每天的平均增長(zhǎng)體重；e為魚體內(nèi)的含氮量；f為食物中的含氮量。,,通過消化

18、率計(jì)算食物量的方法：,C為攝食量；E為排糞量；A為同化量；A/C等于消化率，所以只要知道排糞量和消化率就能計(jì)算出攝食量。,,消化率的測(cè)定方法有： 對(duì)食性簡(jiǎn)單的魚類，可取一定數(shù)量的魚，解剖腸道，分別取出前、中、后腸內(nèi)含物，進(jìn)行化學(xué)成分測(cè)定，前后兩段腸含物中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的差就是消化吸收的數(shù)量（如氮量、葡萄糖量等）。 對(duì)食性復(fù)雜的魚類可以通過食含特殊物質(zhì)的食餌，然后通過比色法和微量分析法測(cè)定出糞便中或消化道活體組

19、織中該物質(zhì)的含量。 （色素法、放射性同位素、非放射性同位素等）。 常用三氧化二鉻作指示劑來測(cè)定魚類的消化率。 該方法測(cè)定的是表觀消化率，主要優(yōu)點(diǎn)是： 不需要收集定量糞便，只要取樣分析餌料和糞便中某些營(yíng)養(yǎng)成分的含量以及用比色法測(cè)定餌料和糞便中指示物的含量，就可計(jì)算消化率。,,,也可用放射性的三氧化二鉻作指示劑，通過測(cè)定實(shí)驗(yàn)前餌料中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和鉻的活性核試驗(yàn)后糞便中剩余的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和鉻的