طرق البحث البيئي: المراقبة والتجريب والنمذجة

علم البيئة هي دراسة العلاقة بين الكائنات الحية وبيئتها على الأرض. يتم استخدام العديد من الأساليب البيئية لدراسة هذه العلاقة ، بما في ذلك التجريب والنمذجة.

يمكن استخدام التجارب المتلاعبة أو الطبيعية أو القائمة على الملاحظة. النمذجة تساعد في تحليل البيانات التي تم جمعها.

علم البيئة، دراسة كيفية تفاعل الكائنات الحية مع بيئتها ومع بعضها البعض ، تعتمد على العديد من التخصصات الأخرى. تشمل العلوم البيئية لعلم البيئة علم الأحياء والكيمياء وعلم النبات وعلم الحيوان والرياضيات ومجالات أخرى.

تدرس البيئة تفاعلات الأنواع ، وحجم السكان ، والمنافذ البيئية ، وشبكات الغذاء ، وتدفق الطاقة ، والعوامل البيئية. من أجل القيام بذلك ، يعتمد علماء البيئة على طرق دقيقة لجمع البيانات الأكثر دقة التي يمكنهم الحصول عليها. بمجرد جمع البيانات ، يقوم علماء البيئة بتحليلها لأبحاثهم.

يمكن للمعلومات المكتسبة من طرق البحث هذه أن تساعد علماء البيئة في العثور على التأثيرات التي يسببها البشر أو العوامل الطبيعية. يمكن بعد ذلك استخدام هذه المعلومات للمساعدة في إدارة وحفظ المناطق أو الأنواع المتأثرة.

كل تجربة - قام بتجارب يتطلب الملاحظة. يجب أن يراقب علماء البيئة البيئة والأنواع الموجودة فيها وكيف تتفاعل هذه الأنواع وتنمو وتتغير. تتطلب المشاريع البحثية المختلفة أنواعًا مختلفة من التقييمات والملاحظات.

يستخدم علماء البيئة أحيانًا ملف التقييم المكتبي، أو DBA ، لجمع وتلخيص المعلومات حول مجالات اهتمام محددة. في هذا السيناريو ، يستخدم علماء البيئة المعلومات التي تم جمعها بالفعل من مصادر أخرى.

في كثير من الأحيان ، ومع ذلك ، يعتمد علماء البيئة على المراقبة والعمل الميداني. يستلزم هذا الدخول فعليًا إلى موطن الموضوع محل الاهتمام لمراقبته في حالته الطبيعية. من خلال إجراء المسوحات الميدانية ، يمكن لعلماء البيئة تتبع النمو السكاني للأنواع والمراقبة بيئة المجتمع في العمل ودراسة تأثير أي نوع جديد أو ظواهر أخرى أدخلت في البيئة.

سيختلف كل موقع ميداني في طبيعته وشكله وبطرق أخرى. تسمح الطرق البيئية بمثل هذه الاختلافات بحيث يمكن استخدام أدوات مختلفة للرصد وأخذ العينات. من الأهمية بمكان أن يتم أخذ العينات بطريقة عشوائية لمكافحة التحيز.

البيانات التي يتم الحصول عليها من المراقبة والعمل الميداني يمكن أن تكون نوعية أو كمية. يختلف هذان التصنيفان للبيانات بطرق مختلفة.

البيانات النوعية: تشير البيانات النوعية إلى أ جودة الموضوع أو الشروط. لذلك فهو أكثر وصفي شكل البيانات. لا يمكن قياسه بسهولة ، ويتم جمعه عن طريق الملاحظة.

نظرًا لأن البيانات النوعية وصفية ، فقد تتضمن جوانب مثل اللون أو الشكل أو ما إذا كانت السماء غائمة أو مشمسة أو جوانب أخرى لكيفية ظهور موقع المراقبة. البيانات النوعية ليست رقمية مثل البيانات الكمية. لذلك تعتبر أقل موثوقية من البيانات الكمية.

البيانات الكمية: تشير البيانات الكمية إلى القيم العددية أو الكميات. يمكن قياس هذه الأنواع من البيانات وعادة ما تكون في شكل رقم. قد تتضمن أمثلة البيانات الكمية مستويات الأس الهيدروجيني في التربة ، وعدد الفئران في الموقع الميداني ، وبيانات العينة ، ومستويات الملوحة وغيرها من المعلومات في شكل رقمي.

يستخدم علماء البيئة الإحصائيات لتحليل البيانات الكمية. لذلك تعتبر شكلاً من أشكال البيانات أكثر موثوقية من البيانات النوعية.

المسح المباشر: يمكن للعلماء مراقبة الحيوانات والنباتات مباشرة في بيئتهم. هذا يسمى المسح المباشر. حتى في الأماكن البعيدة مثل قاع البحر ، يمكن لعالم البيئة دراسة البيئة تحت الماء. المسح المباشر في هذه الحالة يستلزم تصوير أو تصوير مثل هذه البيئة.

تتضمن بعض طرق أخذ العينات المستخدمة لتسجيل صور الحياة البحرية في قاع البحر زلاجات فيديو وكاميرات ستائر مائية وكاميرات هام. يتم توصيل كاميرات Ham-Cams بمقبض Hamon Grab ، وهو عبارة عن جهاز دلو يستخدم لجمع العينات. هذه طريقة فعالة لدراسة مجموعات الحيوانات.

يعتبر Hamon Grab طريقة لجمع الرواسب من قاع البحر ، ويتم نقل الرواسب على متن قارب لعلماء البيئة لفرزها وتصويرها. سيتم التعرف على هذه الحيوانات في مختبر في مكان آخر.

بالإضافة إلى Hamon Grab ، تشتمل أجهزة التجميع تحت سطح البحر على شباك الجر ، والتي تُستخدم للحصول على حيوانات بحرية أكبر. يستلزم ذلك ربط شبكة بعارضة فولاذية والصيد بشباك الجر من مؤخرة القارب. يتم إحضار العينات على متن القارب وتصويرها وإحصائها.

مسح غير مباشر: ليس من العملي أو المرغوب دائمًا مراقبة الكائنات الحية مباشرة. في هذه الحالة ، تستلزم الأساليب البيئية مراقبة الآثار التي تتركها تلك الأنواع وراءها. يمكن أن يشمل ذلك براز الحيوانات وآثار أقدامها ومؤشرات أخرى على وجودها.

الغرض الشامل من الأساليب البيئية للبحث هو الحصول على بيانات عالية الجودة. من أجل القيام بذلك ، يجب التخطيط بعناية للتجارب.

فرضية: تتمثل الخطوة الأولى في أي تصميم تجريبي في التوصل إلى فرضية أو سؤال علمي. بعد ذلك ، يمكن للباحثين الخروج بخطة مفصلة لأخذ العينات.

تشمل العوامل التي تؤثر على تجارب العمل الميداني حجم وشكل المنطقة التي يجب أخذ عينات منها. تتراوح أحجام المواقع الميدانية من صغيرة إلى كبيرة جدًا ، اعتمادًا على المجتمعات البيئية التي تتم دراستها. يجب أن تأخذ التجارب في علم البيئة الحيوانية في الاعتبار الحركة المحتملة للحيوانات وحجمها.

على سبيل المثال ، لن تتطلب العناكب موقعًا ميدانيًا كبيرًا للدراسة. سيكون الأمر نفسه صحيحًا عند دراسة كيمياء التربة أو اللافقاريات. يمكنك استخدام حجم 15 مترًا في 15 مترًا.

قد تتطلب النباتات العشبية والثدييات الصغيرة مواقع حقلية تصل إلى 30 مترًا مربعًا. قد تحتاج الأشجار والطيور إلى هكتارين. إذا كنت تدرس حيوانات كبيرة متحركة ، مثل الغزلان أو الدببة ، فقد يعني ذلك أنك تحتاج إلى مساحة كبيرة جدًا من عدة هكتارات.

كما أن تحديد عدد المواقع أمر بالغ الأهمية. قد تتطلب بعض الدراسات الميدانية موقعًا واحدًا فقط. ولكن إذا تم تضمين موائل أو أكثر في الدراسة ، فمن الضروري وجود موقعين ميدانيين أو أكثر.

أدوات: تشمل الأدوات المستخدمة في المواقع الميدانية المقاطع ، وخطط أخذ العينات ، وأخذ العينات بدون قطع ، وطريقة النقطة ، وطريقة المقطع المقطعي ، وطريقة النقطة الربعية. الهدف هو الحصول على عينات غير متحيزة بكمية عالية بما يكفي لتكون التحليلات الإحصائية أسلم. يساعد تسجيل المعلومات في صحائف البيانات الميدانية في جمع البيانات.

سيكون للتجربة البيئية المصممة جيدًا بيان واضح للغرض أو السؤال. يجب على الباحثين توخي الحذر الشديد لإزالة التحيز من خلال توفير كل من النسخ المتماثل والعشوائية. معرفة الأنواع التي تتم دراستها وكذلك الكائنات الحية داخلها أمر بالغ الأهمية.

نتائج: عند الانتهاء ، يجب تحليل البيانات البيئية التي تم جمعها باستخدام جهاز كمبيوتر. هناك ثلاثة أنواع من التجارب البيئية التي يمكن إجراؤها: متلاعبة وطبيعية وقائمة على الملاحظة.

التجارب المتلاعبة هي تلك التي يقوم بها الباحث يغير عاملا لنرى كيف يؤثر على النظام البيئي. من الممكن القيام بذلك في الميدان أو في المختبر.

توفر هذه الأنواع من التجارب تداخلاً بطريقة محكومة. إنهم يعملون في الحالات التي لا يمكن أن يحدث فيها العمل الميداني على منطقة بأكملها ، لأسباب مختلفة.

الجانب السلبي لتجارب التلاعب هو أنها لا تمثل دائمًا ما يمكن أن يحدث في النظام البيئي الطبيعي. بالإضافة إلى ذلك ، قد لا تكشف التجارب المتلاعبة الآلية الكامنة وراء أي أنماط يتم ملاحظتها. كما أنه ليس من السهل تغيير المتغيرات في تجربة متلاعبة.

مثال: إذا أردت معرفة المزيد عن السحلية الافتراس من العناكب ، يمكنك تغيير عدد السحالي في العبوات ودراسة عدد العناكب الناتجة عن هذا التأثير.

المثال الأكبر والحالي لتجربة التلاعب هو إعادة إدخال الذئاب في متنزه يلوستون الوطني. تسمح إعادة الإدخال هذه لعلماء البيئة بمراقبة تأثير عودة الذئاب إلى ما كان سابقًا مداها الطبيعي.

لقد تعلم الباحثون بالفعل أن تغييرًا فوريًا في النظام البيئي حدث بمجرد عودة الذئاب. تغيرت سلوكيات قطيع الأيائل. أدت زيادة نفوق الأيائل إلى توفير إمدادات غذائية أكثر استقرارًا لكل من الذئاب وأكل الجيف.

التجارب الطبيعية ، كما يوحي اسمها ، لا يتم توجيهها من قبل البشر. هذه تلاعبات في نظام بيئي تسببه الطبيعة. على سبيل المثال ، في أعقاب كارثة طبيعية أو تغير المناخ أو إدخال الأنواع الغازية ، يمثل النظام البيئي نفسه تجربة.

بالطبع ، التفاعلات في العالم الحقيقي مثل هذه ليست تجارب حقيقية. توفر هذه السيناريوهات لعلماء البيئة فرصًا لدراسة تأثيرات الأحداث الطبيعية على الأنواع في النظام البيئي.

مثال: يمكن لعلماء البيئة إجراء تعداد للحيوانات في جزيرة ما لدراستها تعداد السكان كثافة.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين التجارب المتلاعبة والطبيعية من منظور البيانات في أن التجارب الطبيعية لا تحتوي على عناصر تحكم. لذلك يصعب أحيانًا تحديد السبب والنتيجة.

ومع ذلك ، هناك معلومات مفيدة يمكن اكتسابها من التجارب الطبيعية. لا يزال من الممكن استخدام المتغيرات البيئية مثل مستويات الرطوبة وكثافة الحيوانات لأغراض البيانات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تحدث التجارب الطبيعية عبر مناطق واسعة أو فترات زمنية شاسعة. هذا يميزهم كذلك عن التجارب المتلاعبة.

لسوء الحظ ، تسببت البشرية في تجارب طبيعية كارثية في جميع أنحاء العالم. وتشمل بعض الأمثلة على ذلك تدهور الموائل وتغير المناخ وإدخال الأنواع الغازية وإزالة الأنواع المحلية.

تتطلب التجارب القائمة على الملاحظة تكرارًا مناسبًا للبيانات عالية الجودة. تنطبق هنا "قاعدة العشرة" ؛ يجب على الباحثين جمع 10 ملاحظات لكل فئة مطلوبة. لا تزال التأثيرات الخارجية تعرقل جهود جمع البيانات ، مثل الطقس والاضطرابات الأخرى. ومع ذلك ، فإن استخدام 10 ملاحظات مكررة يمكن أن يكون مفيدًا للحصول على بيانات ذات دلالة إحصائية.

من المهم إجراء التوزيع العشوائي ، ويفضل قبل إجراء تجارب الرصد. يمكن القيام بذلك باستخدام جدول بيانات على جهاز كمبيوتر. يقوي التوزيع العشوائي جمع البيانات لأنه يقلل التحيز.

يجب استخدام التوزيع العشوائي والتكرار معًا ليكونا فعالين. يجب تعيين المواقع والعينات والعلاجات بشكل عشوائي لتجنب النتائج المربكة.

تعتمد الأساليب البيئية بشكل كبير على النماذج الإحصائية والرياضية. توفر هذه لعلماء البيئة طريقة للتنبؤ بكيفية تغير النظام البيئي بمرور الوقت أو الاستجابة للظروف المتغيرة في البيئة.

النمذجة يوفر أيضًا طريقة أخرى لفك تشفير المعلومات البيئية عندما يكون العمل الميداني غير عملي. في الواقع ، هناك العديد من العوائق للاعتماد على العمل الميداني فقط. بسبب الحجم المعتاد للعمل الميداني ، لا يمكن تكرار التجارب بالضبط. في بعض الأحيان يكون عمر الكائنات الحية عاملاً محددًا لمعدل العمل الميداني. تشمل التحديات الأخرى الوقت والعمل والمكان.

لذلك ، فإن النمذجة توفر طريقة لتبسيط المعلومات بطريقة أكثر كفاءة.

تشمل أمثلة النمذجة المعادلات والمحاكاة والرسوم البيانية والتحليلات الإحصائية. يستخدم علماء البيئة النمذجة لإنتاج خرائط مفيدة أيضًا. تسمح النمذجة بحسابات البيانات لملء الفجوات من أخذ العينات. بدون النمذجة ، سيُعيق علماء البيئة بسبب الكم الهائل من البيانات التي تحتاج إلى تحليل ونقل. تسمح النمذجة الحاسوبية بتحليل سريع نسبيًا للبيانات.

نموذج المحاكاة ، على سبيل المثال ، يمكّن من وصف الأنظمة التي قد تكون صعبة للغاية ومعقدة للغاية لحساب التفاضل والتكامل التقليدي. تسمح النمذجة للعلماء بدراسة التعايش وديناميكيات السكان والعديد من الجوانب الأخرى في علم البيئة. يمكن أن تساعد النمذجة في التنبؤ بالأنماط لأغراض التخطيط الحاسمة ، مثل تغير المناخ.

سيستمر تأثير الإنسانية على البيئة. لذلك يصبح من المهم أكثر من أي وقت مضى لعلماء البيئة استخدام طرق البحث البيئي لإيجاد طرق للتخفيف من الآثار على البيئة.