生态学研究方法·14·1.资料的归纳和分析对生态现象观测的资料涉及多种学科领域。众多因素的变量集和各种变量（属性）的类型不同、量纲不一、尺度悬殊，为了便于归纳分析，首先要对数据适当处理，包括对数据类型的转化，主要是把二元（定性）数据转化为定量数据；或者反之，以使数据类型一致。其次是对不同量纲的数据，进行数值转换，如将原始数值换成对数、倒数、角度、概率等，以求更合理地体现各类数据之间的数量关系，具有一定的分布形式（如正态分布）或一定的数据结构（如线性结构）。为了使数据间线性关系加强，可进行数据的标准化或中心化，如把各项数据的绝对值，转换为相对值（比值），使变量的取值在0与1之间，从而获得数据的几何意义，能在一定维数的坐标上定位和进行运算。进行规范方法处理的数据可用来构建数据矩阵，应用多元分析方法进一步对这些数据自作用的大小、相互作用的关系进行辨识。例如，一般的统计相关分析、主分量分析（PCA）、综合结构模型（ISM）、系统层次分析等分析技术。2.生态学的数值分类和排序数值分类是20世纪50年代以后新发展的客观分类群落及种内生态类型的方法技术。分类的对象单元是样地，所以样地的大小、数量和进行物种的数量特征（属性）的测度都要按照规范化的方法。各种属性原始数据须经过处理，建立N个样地P个属性的原始数据矩阵，再计算群落样地两两之间的相似系数或相异系数，列出相似系数矩阵，最后按一定程序进行样地的聚类或分划，得出表征同质群落类型的树状图。数值分类技术的最大特点是原地调查抽样、数据处理、计算分类程序的规范化，具有较大的客观性和可重复检验的特性。计算过程可利用电子计算机。排序技术是确定环境因子、植物种群和群落三方面存在的复杂关系，并将其加以概括抽象的方法。它包括直接梯度分析和间接梯度分析。如果依据两个或更多个环境因素的环境梯度坐标系统来排列种群或群落属性，则是直接梯度分析；若是采取按种群或群落属性的相似性或相异性的测定来导出抽象轴，即群落梯度坐标系统来确定种群或群落形态变化方向与环境的关系，则是间接排序。用测定自然种群或群落抽样来揭示植物种或群落与环境相互关系的间接排序技术，现正在迅速发展。3.生态模型与模拟生物种群或群落系统行为的时态或空间变化的数学概括，统称为生态模型。广义的生态模型还泛指文字模型和几何模型。生态数学模型仅仅是实现生态系统的抽象，每个模型都有其一定的限度和有效范围。生态学系统建模，并没有绝对的法则，但必须从确定对象系统过程的实际出发，充分把握其内部相互作用的主导因素，提出适合的生态学假设，再采用恰当的数学形式来加以表达或描述。如表述种群增长的指数方程与逻辑斯谛方程是用分析模型来表达种群动态的理论模型。由资料总结得到的统计模型现在已有很多很好的实例。数学模型经过验证，确定了它的真实性之后，即可作为一种有用的工具，供进行实验模拟。分别改变方程中的变量参数，在计算机上进行运算，即可得出与改变相应的种群或群落过程的特征和结果，恰似在实地进行实验，也是对模型的合理性与正确性的验证。所以，数学模拟既是验证模型和进行修正的手段，又是代替实地实验，或作为实地实验设计
第一章生态学研究概述·15·的先导。尤其在一些不可能进行实地实验的项日，如流行病、害虫暴发的预测，数学模拟可发挥更重要的作用。思考题1.与生物学其他分支学科相比较，生态学研究方法有什么特殊？2.原地观察、受控实验和数学综合方法在生态学研究方法上各有什么意义？为什么说三者是不可替代的？
第二章生态取样技术生态取样（ecologicalsampling）指在群体生态学（种群或群落水平上）研究中，根据统计学的原理从总体中获取一部分样本来估算总体的数量特征。群体数量是群体生态学研究的一项基础工作。由于在种群或在群落水平要逐个计量或观察所有的生物体，是很难或几乎不可能的，通常只能采取统计学的取样。用样本来估算总体，首先要求样本应具有代表性。即要求取样的人在取样过程中不能有任何主观意识，必须随机抽取样本。其次，要根据总体的分布特征，采用正确的取样技术。取样技术是指在取样场所观察记录生物的方法。记录的资料可以是样本或样地内的绝对数量，分层取样的估计值，或种群相对数量的估计值，也可以在样本内只记录“有”或“无”。这些取样技术会直接影响到统计结果的可靠性。最后，获取的信息要尽可能地丰富、经济和科学。受研究时间、经费和人力的限制，资料收集的步骤与方法应该用最经济的方式，得到最丰富的信息。目前没有一种普遍适用的生态取样方法，要保证选用方法的有效性必须要立地判识准确。立地判识即确定调查的空间位置。立地通常限定在相关的同类空间，可能直接与生物（或其中一部分）有关，这些生物可能在样本内也可能在样本之外。通过立地的判识才能对抽样作出合适的决策。例如，要考虑：样本分布呈随机分布、有规则分布还是两者的联合分布，样本应1个、2个还是3个等级，样方多大才合适等。抽样决策对以后的数据处理方法的选择有很大影响。另外，田间取样，获取结果主要是对象生物的数量资料，或与对象生物有关的环境因子（包括生物因子和非生物因子）的数量资料，并不能反映样地及样地内特征生物的空间特性。拍照是真实记录样地空间背景的重要方法之一，适于样地过大、地形复杂、无合适摄制点等情况。但是，照片也往往难以反映样地全貌，绘制样地地图是生态学野外调查重要的步骤之一，虽然反映的是某特定时间、特定空间的截面图，但常用于较直观地表现样地的全貌。尽管这些最基本的手工绘图技术与方法已经逐渐被现代的信息技术与智能化绘图软件所替代。但作为一个生态学工作者加强基本训练对开展野外工作是不可缺少的。本章以下几节内容主要引白郑师章和吴千红等编写的《普通生态学》一书中的“方法篇”（1994），旨在培养学生掌握基本的生态取样技术与方法。第一节样地制图不论陆生或水生环境都存在极大的时空变异，陆生生境的这种变化常常更为明显。野外的任何一次生态调查总是在某一特定时刻进行的，所调查区域也为该时刻所限定，即使是紧接着的另一次调查，不仅生物组成性质已发生时序上的变更，而且也必然伴随着空间变动。因此，适时绘制调查区域图，既可提供直观的背景资料，也是进行动态监测和生
第二章生态取样技术.17态功能分析的一个重要途径。在植物生态学研究中，制图学早已是重要的研究手段之一，最常用的方法有植物群落生态序列剖面图法（profilemethod）、植被复合结构关键地段平面图法（cluemethod)和植被图法（mappingofvegetation）等。这里仅介绍陆生与水生生境简单的地形轮廊图的绘制方法，目的是给出样地概貌及样地内主要特征物的位置，以便直观地反映样地特征，并作为历史资料备考。一、陆地生境制图不论种群取样或是群落生态学研究，首先要进行环境调查。为了对样区作横向比较以及作为未来变化分析的背景材料，详细绘制研究区的外形图是十分必要的。这种外形图一般包括群落或种群的位置与边界、生物密度、动物巢穴，以及人类和动物活动的痕迹等。若能积累多年的外形图，在环境的科学管理中就会显示出极大的参考价值。陆地外形图绘制法的原理很简单，即通过角度和相距某一观察点的距离来确定一系列的标志点。但要绘出理想的外形图，基本训练是必要的。训练时，可选择一块合适的调查区，先绘制一幅草图，标明全部界标，如道路、河流、水塘、小径、岩石、建筑、乔木、灌丛等，再根据下述任何一种方法绘制轮线，即可绘出尽可能精确的外形图。（一）中心点法沿着所选择的研究区的边界确定适量的界标点。在每一界标点插上竹竿。选一处能看到所有界标点的位置作中心观察点，插上桩（图2-1）。如果找不到这样的观察点，则选择一处既能看到边界的某一角又能看到该角两旁两个或两个以上界标点，以该处为中心观察点。L图2-1中心点法绘制样地轮廉图（Michael，1984)a木桩b.桌子：c中心桩；d.卷尺e绘图纸：f.米尺；g.准星在观察点中心桩的上方摆一桌子，用胶带或图钉把图纸固定于桌面，使纸的一边与近人的桌边对齐。调整桌子的位置，使图纸与桌缘相平一边的中心点对正中心桩。取一米尺，在两端各插一大头针用作准星。如果用方格图纸绘图，可用平直的小木板代替米尺
生态学研究方法18·大头针可任意插在尺端边沿或中间，均不影响观察线的绘制。因为沿米尺边画下观察线，移动位置后仍可在同一边画另一观察线。开始确定沿边界用竹竿标记的第一点的位置。人站在桌子旁边，先在图纸边缘标上米尺一端的所在点，以此作为基点，然后移动米尺使基点、米尺端部两枚大头针，以及第一标点的竹竿在一条直线上。沿米尺一边划一直线。用卷尺测量中心桩至标杆间的距离。选一适当比例在图纸的直线上标出这一距离。用同样的方法画出其余标杆的位置，并标出各标杆与中心桩之间的距离。参阅此前所画草图，把草图上所记录的界标、各种特征物标于外形图的适当位置。用指南针标出地图的方位。（二）中心块法研究区确定适量的界标。样区中部位置标一正方或长方块，在方块四角打一木桩，以带刻度样方绳圈围（图2-2a、b、c、d）。图纸中央同样画一正方块或长方块，各边刻度数与样区内方块四边样方绳刻度数相同。用皮圈尺测量样方绳各刻度点至样区边界任意界标间距离。测量时注意确保卷尺与样方绳垂直（图2-2e）。图纸中作方块相应边相应刻度点垂线，以统一比例把样区所测距离标度垂线。同样方法测量样方绳各刻度点至样区边界对应界标的距离，并标在图纸上。中心块相邻边延长线与边界相交，会形成面积相当大的一块直角扇形区。扇形区绘制方法：取一2m长绳子，两端及中间各扎一小木桩，即为角平分线简易确定仪（图2-2i、f、m）。图2-2中心块法绘制样地轮廓图以中心块木桩a为起点，在相邻边的延长线上截取1m线段，把角平分线简易确定仪两端的小木桩i和m插在1m线段的端点，移动确定仪中间小木桩，使绳索绷直，此时小木在地面的触点，即为邻边延长线夹角平分线上一点（图2-2）。过中心块木a与f点拉直线与边界相交，测量交点与木桩a间距离，标于图纸。然后在新得af直线上以木桩为起点截取1m线段am，同上述方法得直线af与方块边ai延长线夹角平分线上的点