群落多样性
- 测量不同干扰程度区域的生物多样性
- 注意：在本实验中，您将比较受干扰较少的区域与受干扰较多的区域之间的生物多样性。假设：实验假设可能是受干扰较少的区域比受干扰较多的区域具有更高的物种多样性。零假设可能是受干扰较少与受干扰较多的区域之间在多样性上没有差异。
- 首先，分成2至4人的小组，从教室前部领取一个呼啦圈、一个球、卷尺、一组打印好的表格、10个标记旗和一份物种鉴定指南。
- 此外，为土壤取样实验领取一把铁锹和10个采集瓶。
- 到达野外后，您的指导教师将向您展示两个要研究的生境——选择其中一个生境开始工作。
- 在四个角落各放置一面标记旗，形成一个矩形取样区域。
- 以米为单位测量取样区域的长度和宽度，然后将两个数值相乘以确定面积。
- 站在取样区域中央，将一个网球抛向空中，然后用标记旗标记其落地位置。
- 重复此随机投掷操作四次，以确定全部五个随机取样点。
- 将标记旗保留在中心位置，在其周围放置一个呼啦圈。呼啦圈内的区域即为一个样方（quadrat）。
- 识别样方内的所有不同物种，并在指导教师提供的表1中将其记录为物种A、B等。
- 记录完所有植物后，使用铁锹从每个取样点采集一杯土壤，并将样品放入标有您姓名、地点名称和样方编号的样本瓶中。
- 对第一个生境中剩余的四个样方重复进行植物鉴定和土壤取样，并在表1中记录您的观察结果。
- 完成第一个生境的记录后，前往第二个样地，再次划定一个矩形取样区域。
- 使用网球重复随机放置样方的操作，然后在表2中记录每个样方中存在的物种。
- 最后，从受干扰生境的每个样方中各采集一杯土壤，共获得受干扰生境五杯和未受干扰生境五杯土壤样品。
- 沿样线测量生物多样性
- 注意：研究的下一部分将测试边缘效应，即从一种生态系统类型与另一种生态系统交界处到该生态系统核心区域之间沿梯度发生的变化。假设：实验假设是靠近生态系统边缘的物种多样性高于中心或核心区域。零假设是沿从边缘到核心生境的样线，多样性没有变化。
- 在田地边缘与其他生境（如森林或停车场）交界处放置一面标记旗。
- 将卷尺从田地边缘垂直向田地中心延伸。这将构成一条样线（transect）。
- 在样线的0米处（即另一生境的边缘）放置一面标记旗，然后在距边缘10米、20米、30米和40米处的核心生境内再放置标记旗，共设置五个标记点。
- 从样线的0米点开始，在标记位置放置呼啦圈。在表4中记录该样方中存在的物种。
- 现在在10米、20米、30米和40米标记点重复样方放置和物种记录操作。
- 接下来，从田地边缘的不同起点再设置两条样线，延伸至核心区域。
- 在这些样线上标记出每10米的位置，并再次使用这些标记点放置样方。在表4中记录在这些样方中发现的物种。
- 处理土壤样品
- 假设：实验假设是两种不同干扰程度下的景观在土壤组成和pH值上存在差异。零假设是两个采样点之间的土壤组成或pH值没有差异。
- 首先，从第一个采样点的一个样品瓶中取出土壤，填充土壤测试套件的pH比色室至土壤填充线。
- 将pH测试胶囊倒入测试室，然后加入蒸馏水至水填充线。
- 盖上盖子并摇匀。
- 静置约一分钟使颜色充分显色，然后将土壤颜色与比色卡进行比较以确定pH值。
- 对第二个采样点重复pH分析，并在表3中填写记录的pH值。
- 为分析土壤样品中的氮、磷和钾含量，从第一个采样点的样品瓶中取出20 mL土壤。
- 将土壤放入一个干净的容器中，并加入100 mL蒸馏水。
- 对第二个采样点重复此过程，标记每个容器，然后静置一小时。
- 一小时后，使用滴管从第一个采样点的溶液中分别填充氮、磷和钾比色管至填充线。
- 为每个化学测试的比色管加入相应的测试胶囊。
- 盖上盖子并充分摇匀比色管，然后将测试室中的溶液与比色卡进行比较，将结果以相应的数值记录在表3中。
- 对每个采样点重复进行氮、磷和钾的测试。注意：每次测试之间需彻底清洗比色管
- 结果
- 为计算每个观测点的香农-维纳多样性指数（Shannon-Weiner Diversity），首先打开一个新的Excel电子表格。
- 将单元格A1标记为“物种名称”，单元格B1标记为“总数量”。
- 从第二行开始，在A列中根据表1中记录的数据填写第一个采样点发现的每个物种。
- 计算在整个取样过程中每种物种的总数，并将该数值记录在Excel表格的B列中。
- 将单元格G1标记为“所有物种的总数量”，在单元格H1中输入公式或选中适当单元格以对B列中输入的所有计数值求和：= SUM(B2: BX)
- 将单元格C1标记为“各物种比例”，在单元格C2中输入该物种在该地点占总数比例的公式：= B2/H$1
- 将此公式向下拖动至B列中每一行数据对应的行。
- 将单元格D1标记为“物种比例的自然对数”，在单元格D2中输入该物种比例自然对数的公式：=LN(C2)
- 将此公式向下拖动至C列中每一行数据对应的行。
- 在单元格E1中输入公式“物种比例乘以该比例的自然对数”：ps* ln ps
- 在单元格E2中输入公式，将每个物种的比例乘以其比例的自然对数，然后将此公式向下拖动至D列中每一行数据对应的行：= C2 * D2
- 将单元格G2标记为“ps * ln ps 的总和”，然后在单元格H2中输入对E列所有数值求和的公式：= SUM(E3 - EX)
- 将单元格G3标记为“香农-维纳指数”，在单元格H3中输入香农-维纳多样性指数的计算公式：= (EXP - 1 * H2) 注意：这是第一个采样点计算出的香农-维纳多样性指数，将用于两个采样点之间的比较。
- 使用在表2中记录的第二个采样点的数据，在新工作表中重复上述数据分析。注意：指数值较高的区域被认为具有更高的物种多样性。注意观察您的两个采样点之间是否存在差异。
- 使用沿样线各距离处所有物种的总数重复香农-维纳多样性计算，然后在新的Excel工作表中创建一个包含所有这些数值的表格。
- 点击Excel中的“数据”选项卡，然后点击“数据分析”按钮。
- 选择“回归”并点击“确定”。
- 对于输入Y范围，选中香农-维纳多样性指数值；对于输入X范围，选中距离值。
- 选择回归结果的输出位置并点击“确定”。
- 检查截距行中的P值，以判断从边缘到核心生境的距离与生物多样性之间是否存在显著相关性。注意：若P值小于0.05，则拒绝沿样线多样性无变化的零假设；若P值大于0.05，则不能拒绝零假设。
- 接下来，为确定不同采样点之间土壤组成差异而进行t检验，请打开一个新的Excel电子表格。
- 在单元格A1中输入“地点1:pH”，在单元格B1中输入“地点2:pH”。
- 分别在A2至A6单元格和B2至B6单元格中填入受干扰和未受干扰地点采集的土壤pH值。
- 点击Excel中的“数据”选项卡，然后选择“数据分析”。
- 向下滚动并选择“t-检验：双样本等方差假设”，然后点击“确定”。
- 点击“变量1区域”旁边的下拉菜单，选中电子表格中的A2至A6单元格；然后点击“变量2区域”旁边的下拉菜单，选中B2至B6单元格。
- 在“假设平均差”框中输入零，因为我们的零假设是两种干扰程度之间没有差异。
- 保持“标签”框未勾选，并将α值设为0.05。
- 选择“输出区域”，并在框中点击电子表格中的一个空白区域。
- 点击“确定”。t检验结果表格应输出在电子表格中。
- 相关数据是每个地点的均值和α值。如果该P值小于我们设定的α值0.05，则可以拒绝两个地点pH值无差异的零假设，从而支持受干扰与未受干扰地点在pH值上存在差异的假设。然而，如果该值大于0.05，则不能拒绝零假设。
- 对另外三个土壤变量（磷、钾、氮）重复此分析，每种元素创建一个新的电子表格。
- 注意观察您的pH值和养分水平结果在不同条件下是否有所不同，并与小组成员讨论这可能如何影响不同地点的群落结构和多样性。