摘 要 样方法是生态学调查中重要的取样方法，其采用随机取样的核心理念，在人教版高中生物必修3教材中用样方法探究草地中某种双子叶植物的种群密度。学生在学习中对样方法、抽样检测、取样器取样法与黑光灯诱捕法易出现适用范围的混淆。本文从样方的设置、随机取样的规则两方面进行讨论，并分析比较教材中出现的4种方法，利用随机取样的核心理念理清了各种取样法之间的关系。
关键词 样方法 随机取样 取样器取样法 抽样检测法
样方法是估算种群密度的最常用方法之一。在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估计值。取样的关键是要做到随机取样，不能掺入主观因素[1]。与之相配套的试题训练通常围绕以下关键词：随机取样，五点取样法，等距取样法，计算平均值，估计值。人教版教材设置了探究实验“用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度”，该探究实验的开展有利用培养学生的实验探究能力、科学思维等核心素养，还有很多老师对此实验进行了二次开发，如采用5种不同样方法对同一样样地进行种群密度比较[2]、利用样方法和辛普森多样性指数的指导学生进行户外植物物种多样性的调查[3]、探究种群密度动态生成的调查等[4]。本文将重点讨论如何样方的设置、随机取样的规则，并比较分析人教版教材中出现的各种取样方法，以期为一线教学的老师解释随机取样的核心内涵。
1.样方的设置
1.1 样方的大小 样方法是基于无法对研究的全体逐一进行清点，只能抽取一部分作为研究而提出来的取样调查方法，最早是在植被研究中被提出，由H.von Post于1851年创立[5]。在现代关于植被生态学、物种多样性的研究中多采用样方法，研究者们在使用时常使用样方(quadrat)、样地(site)、样区（样点）(plot)三个从小到大的概念[6-8]。
以课题“南山区骑行绿道两侧入侵植物多样性调查”① 为例，在南山区范围内不同层级的绿道设置12个样区（图1a),每个样区设置3个样地，样地之间间隔100m（图1b)，每个样地沿绿道两侧用等距取样法设置5个样方（图1c)，每个样方之间间隔1m，样方大小为1m×1m。
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图1 样区、样地、样方设置示例
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① 该课题为深圳市2017年中小学探究性小课题立项项目，笔者为指导教师。
由此可见样方应是面积精确的取样单元，而且根据不同的研究对象，样方面积的大小也有不同（表1）[5]，但一般认为样方面积最小也要两倍于体积最大种的平均值[9]。
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1.2 样方的数目 研究中样方数目设置是不是越多越好？文献显示研究物种多样性时常采用“种-样方数目曲线”来确定最少的取样数目（图2）。图中的转折点所对应的样方数即为最少取样数目，因为在转折点之后即使增加样方数目，种数增加并不显著[10]。这提示研究者关于样方的数量，并不是越多越好，而是实际的取样数目应该是花较少的人力物力时间却取得最接近理想的结果[5]。
人教版生物必修3中的探究实验“用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度”引导学生使用五点取样法及等距取样法，其实是基于种群分布较为均匀的情况，若是种群呈现镶嵌分布、斑块化分布则需要通过预实验来确定最小样方数。学生的探究活动中常设置5个样方是比较合理的选择，便于取样与计算平均值。
2.随机取样的规则
随机取样是为了避免掺入主观因素，而主观因素主要受预期结果的影响。以深圳市中小学探究性课题“深圳市大沙河沿岸鬼针草种群密度调查”为例，若选取种群密度高的地方设置样方则为主观干扰，若以茶光路D出口为起点，每500m设置1个样区，每个样区内设间隔为20米的3个样地，样地内用五点取样法设置5个样方。由此可见随机性是通过规则来保障。笔者将常见的规则归纳为两类：
（1）机会均等（图3a），即在某一样区范围内，确保每一个单位都有同等的机率被抽到。可以将样区的地图以座标系的形式呈现，通过对不同座标点的随机抽取设置样地。
（2）定点等距（图3b,c），即在某一样区范围内，起点的样地的设置是随机的，以此为起点可以线型、幅射型等距设置样地。运用此规则的取样方式也称为系统取样法[5]。
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图3 取样规则
人教版生物必修3中提到的五点取样法和等距取样法则符合笔者归纳的定点等距规则：五点取样法的中间样方是确定的，其余4个样方与其等距；等距取样法的起点样方是固定的，其余样方依次等距。
3.随机取样与分层取样
随机取样最大优点是符合统计学要求，取样不足时，也易于增添、补充[5]。随机取样在各种研究中广泛运用，但是要考虑一个前提是抽样单位是否均匀分布。如调查酵母菌种群密度的实验中要求将酵母菌培养液摇匀，就是要确保抽样时抽到的每一个单位是均匀的。但是有的研究对象的抽样单位是不均匀的，如某水体中草履虫的种群密度调查，取样时要考虑表层水、中层水和下层水中草履虫的不均匀分布，因此加入取样层次的划分则使统计数据更接近真实。这种方法称为分层取样法，在分层取样的各个层次中仍然遵循了随机取样的原则。
4.随机取样在教材中的运用
人教版生物必修3中出现了样方法、抽样检测法、取样器取样法和黑光灯诱捕法，围绕以上4种方法是不是能归为样方法也引起了广泛的讨论[11]。笔者仅针对教材中的方法进行对比分析（表2）。
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通过分析笔者认为出现四种方法范围归属的讨论其症结就是样方与抽样单位两者概念不清。样方是抽样单位，但是抽样单位不限于样方，可以是一个血球计数板的单位，也可以是一个取样器的单位还可以是一个诱集器的单位。发生如上的混淆还有一个原因是四种方法都采用了随机取样的原理，而学习者经常有“随机取样=样方法”的误区。
主要参考文献
[1]朱正威,赵占良（主编）.2008.普通高中课程标准实验教科书——生物必修3稳定与环境,人民教育出版社,p60-61.
[2]魏志琴,卢娅.2017.探究不同样方法调查植物的种群密度.中学生物学,33(9):37-39.
[3]赵玥.2017.校园植物物种多样性的户外调查实验.生物学教学,2017,42(7):55-56.
[4]于彦军,刘宁宁.2016.调查草地中植物种群密度动态生成的探究实验.生物学教学, 41(12):50.
[5]宋永昌.2017.植被生态学(第二版).高等教育出版社.p585-591.
[6]甘田,徐正会,罗丛凤等.2017.样方法和Winkler分离法在西双版纳半常绿季雨林蚂蚁多样性研究中的运用.西南农业学报,30(12):2799-2804.
[7]魏守珍.1995.亚热带常绿阔叶林调查中的样方法与随机点四分法的结合.福建师范大学学报（自然科学版）,11(3):102-108.
[8]李粉霞.2006.佛坪国家自然保护区苔藓植物的物种及生态系统多样性.华东师范大学.
[9]Greig-Smith P.1983. Quantitative Plant Ecology. 3rd. London: Butterworths / New York：Wiley-Interscience, 359p.
[10] 周红敏,惠刚盈,赵中华等.2009.森林结构调查中最适样方面积和数量的研究.林业科学研究, 22(4): 482-495.
[11] 刘俊华,翁雪芹,罗秀琼. 2013.抽样检测法和取样器取样法属于样方法吗.中学生物教学，7：70.
第一作者简介
刘倩，1983年5月，女，中级，博士