美国印第安泉高中校园栖息地生物多样性测量报告

作者：杨晴雅（中），Caroline Beisher（美）

指导老师：Bob Pollard（美），Linda Wong（中），Jinfeng Zhou（中）

报告时间：2019年6月

一、实验目的

生物多样性对于环境的生态至关重要。由于生物多样性所包含的基因多样性和生态系统恢复能力，生物多样性的高低通常与物种的健康相关联。多样性高的群落，其内的生物也更有可能以互利互赢的共生关系相处。1）

世界上许多生态系统的生物多样性已被威胁。如果人类继续加快全球变暖，栖息地丧失，污染和过度开发资源，全世界的生物多样性都会减少。生物多样性在农业和医学领域对人类的益处是无限的，人们必须去了解并保护全球各种环境无穷物种的生物多样性，为了地球，也是为了人类自己。

笔者所在的美国阿拉巴马州印第安泉高中的校园被多种生物栖息地所覆盖。栖息地指生物生存、繁衍的地方，校园内的一座湖、一片温带森林和数条小溪皆为栖息地。由于与国家森林公园相接，校园内时常有野生动物出没，还有大量温带植物在此生长。由于大部分栖息地没有受到学生日常活动影响，生态也基本保持原貌，我们可以对其原始多样性进行调查。

此实验目的在于利用Shannon指数测量和计算印第安泉高中校园大致的生物多样性，通过对比实验数据和其他人对于生物多样性的相关研究，找到另一个相似的栖息地进行比较，从而能对校园栖息地多样性的形势有更好的了解以及保护。Shannon指数所展示的主要是一个区域的物种均匀性，物种分布越均匀，指数越高。4）本实验所调查的物种是植物。

二、实验方法

我们选择校园里的温带森林栖息地进行研究，测量其地表植被的生物多样性。以下方法由生物老师Mr. Pollard建议，在2019年四月底和五月初进行实地实验。

1. 随机选择栖息地中一块区域，将其在地图上定位出来（此处我们使用的是谷歌地图）。我们选择学校垒球场和马场后面的山坡作为实验区域。

2. 设计实验区域形状，在地图上绘制（我们选用矩形以方便计算间距）。

比例尺：1:2000

3. 利用谷歌地图的工具找到矩形四个顶点的坐标。

4. 将上述矩形用网格线划分为一个个小格，网格线交叉点为取样处。下图中共有50个交点，正方形小格边长为20米左右（现实中我们并没有手绘图，下图仅为展示操作）。

5. 用塑料管道搭建一个1m x 1m的方形来框定取样区域。

6. 在手机地图上搜索四个顶点的坐标并标记。

7. 走到第一个顶点，将管道方形放在地上。

8. 数并记录方框内植物物种数量和植物每个物种的个体数量，如下：

9. 利用数好的间距和地图提供的方向走到第二个交点

10. 在矩形内每一点重复步骤七至九。

11. 用Excel计算Shannon生物多样性指数，公式如下：

  s

H = ∑ - (Pi * ln Pi)  4）

  i=1

其中P为各个物种所占比例（该物种个体数量除以总个体数量），S为物种数量。

Excel表格算法如下：

三、实验结果

根据实验前的观察，取样区域植被茂密，大部分地表被低矮植物覆盖，我们预测取样区域会有一个相对高的生物多样性指数。

我们计算出的所有样品Shannon指数在0.64到2.04之间，平均值在1.40左右。

H列为Shannon指数

当与上表对比时，我们的平均指数略低于上表所示的指数2.08.

当样品区域越高时，Shannon指数趋于越小，而在半山腰的森林最大。

别的区域Shannon指数多在1.5到3.5之间，我们的指数1.4十分接近这个范围，因此该栖息地的多样性接近平均值。

实验中仍存在不少因难以避免的原因所产生的误差：

1）在数据采集期间不时有降雨，或多或少地改变了植被覆盖率和生长率；

2）有的植被成簇生长，因此我们大概估计了植物个体数量而未逐株去数，导致数目上有细微的差别；

3）由于只抽样了一个区域，我们也不能假设整座校园的温带森林多样性指数都相同。

找到一个对比对象是实验中的一大难题。我们收集数据的对象是所有地表的植物，其中包括一些灌木和树苗，而其他研究通常只是对于一种植物多样性的探索（如：灌木，树木等）。世界各地的报告中，只有一小部分注重于温带森林的生物多样性，且有的表格和方法并非使用Shannon指数。我们遗憾没有找到一个Shannon指数的标准去推断这个指数准确的含义，不过分析过我们自己收集的数据后，我们相信这个估算值是合理的。