Екологични методи за изследване: Наблюдение, експериментиране и моделиране

Екология е изследването на връзката между организмите и тяхната среда на земята. Няколко екологични метода се използват за изследване на тази връзка, включително експериментиране и моделиране.

Могат да се използват манипулативни, естествени или наблюдателни експерименти. Моделирането помага да се анализират събраните данни.

Екология, изследването на това как организмите взаимодействат с околната среда и помежду си, се основава на няколко други дисциплини. Екологичната наука за екологията включва биология, химия, ботаника, зоология, математика и други области.

Екологията изследва видовите взаимодействия, размера на популацията, екологичните ниши, хранителните мрежи, енергийния поток и факторите на околната среда. За да направят това, еколозите разчитат на внимателни методи за събиране на възможно най-точните данни. След като данните бъдат събрани, еколозите ги анализират за своите изследвания.

Информацията, получена от тези изследователски методи, може след това да помогне на еколозите да открият въздействия, причинени от хора или природни фактори. След това тази информация може да бъде използвана за управление и опазване на засегнатите райони или видове.

Всеки експеримент изисква наблюдение. Еколозите трябва да наблюдават околната среда, видовете в нея и как тези видове взаимодействат, растат и се променят. Различните изследователски проекти изискват различни видове оценки и наблюдения.

Еколозите понякога използват a бюро-оценкаили DBA, за да събира и обобщава информация за конкретни области на интерес. При този сценарий еколозите използват информация, вече събрана от други източници.

Често обаче еколозите разчитат наблюдение и работа на терен. Това предполага всъщност влизане в местообитанието на обекта, за който се интересуваме, за да го наблюдаваме в естественото му състояние. Правейки теренни проучвания, еколозите могат да проследят растежа на популацията на видовете, наблюдават екология на общността в действие и проучете въздействието на всеки нов вид или други въведени явления в околната среда.

Всеки полеви обект ще се различава по природа, форма или по други начини. Екологичните методи позволяват такива разлики, така че различни инструменти да могат да се използват за наблюдения и вземане на проби. От решаващо значение е вземането на проби да се извършва на случаен принцип за борба с пристрастията.

Данните, получени от наблюдението и полевата работа, могат да бъдат както качествени, така и количествени. Тези две класификации на данните се различават по различен начин.

Качествени данни: Качествените данни се отнасят до a качество на предмета или условията. Следователно е повече описателен форма на данни. Не се измерва лесно и се събира чрез наблюдение.

Тъй като качествените данни са описателни, те могат да включват аспекти като цвят, форма, дали небето е облачно или слънчево, или други аспекти за това как може да изглежда мястото за наблюдение. Качествените данни не са числени като количествените данни. Следователно се счита за по-малко надеждни от количествените данни.

Количествени данни: Количествените данни се отнасят до числови стойности или величини. Тези видове данни могат да се измерват и обикновено са в числова форма. Примерите за количествени данни могат да включват нива на рН в почвата, брой мишки на място, данни от проби, нива на соленост и друга информация в цифрова форма.

Еколозите използват статистически данни за анализ на количествени данни. Следователно се счита за по-надеждна форма на данни от качествените данни.

Директно проучване: Учените могат директно да наблюдават животни и растения в тяхната среда. Това се нарича директно проучване. Дори на места, отдалечени като морско дъно, екологът може да изследва подводната среда. В този случай директното проучване би довело до фотографиране или заснемане на такава среда.

Някои методи за вземане на проби, използвани за записване на изображения на морския живот на морското дъно, включват видео шейни, камери с водни завеси и Ham-Cams. Ham-Cams са прикрепени към Hamon Grab, устройство с кофа за проби, използвано за събиране на проби. Това е един ефективен начин за изследване на популации животни.

Hamon Grab е метод за събиране на утайки от морското дъно и утайката се взима на лодка за еколози за сортиране и фотографиране. Тези животни ще бъдат идентифицирани в друга лаборатория.

В допълнение към Hamon Grab, подводните устройства за събиране включват лъчев трал, който се използва за получаване на по-големи морски животни. Това предполага закрепване на мрежа към стоманена греда и тралиране от задната част на лодка. Пробите се носят на борда на лодката и се снимат и броят.

Непряко проучване: Не винаги е практично или желателно да се наблюдават организми директно. В тази ситуация екологичните методи включват наблюдение на следите, които тези видове оставят след себе си. Те могат да включват животни, отпечатъци и други показатели за тяхното присъствие.

Основната цел на екологичните методи за изследване е да се получат висококачествени данни. За да се направи това, експериментите трябва да бъдат внимателно планирани.

Хипотеза: Първата стъпка във всеки експериментален дизайн е да се излезе с хипотеза или научен въпрос. След това изследователите могат да изготвят подробен план за вземане на проби.

Факторите, които оказват влияние върху експериментите на терен, включват размера и формата на площ, която трябва да бъде взета. Размерите на полевите площадки варират от малки до много големи, в зависимост от това какви екологични общности се изследват. Експериментите в екологията на животните трябва да вземат предвид потенциалното движение и размера на животните.

Например, паяците няма да се нуждаят от голямо полево място за проучване. Същото би било вярно и при изучаване на почвена химия или почвени безгръбначни. Можете да използвате размер 15 метра на 15 метра.

Тревистите растения и дребните бозайници могат да изискват полеви площадки с площ до 30 квадратни метра. Дърветата и птиците може да се нуждаят от няколко хектара. Ако изучавате големи, подвижни животни, като елени или мечки, това може да означава, че се нуждаете от доста голяма площ от няколко хектара.

Решаването на броя на сайтовете също е от решаващо значение. Някои полеви проучвания може да изискват само един сайт. Но ако две или повече местообитания са включени в изследването, са необходими две или повече полеви места.

Инструменти: Инструментите, използвани за полеви обекти, включват трансекти, парцели за вземане на проби, безпроблемно вземане на проби, точков метод, метод за пресичане на трансекти и метод за четвърт. Целта е да се получат безпристрастни проби с достатъчно голямо количество, което статистическите анализи да бъдат по-добри. Записването на информация в полеви листове с данни помага при събирането на данни.

Добре проектираният екологичен експеримент ще има ясна цел или въпрос. Изследователите трябва да полагат извънредни грижи за отстраняване на пристрастия, като осигуряват както репликация, така и рандомизация. Знанието за видовете, които се изследват, както и за организмите в тях е от първостепенно значение.

Резултати: След приключване, събраните екологични данни трябва да бъдат анализирани с компютър. Има три вида екологични експерименти, които могат да бъдат направени: манипулативни, естествени и наблюдателни.

Манипулативните експерименти са тези, при които изследователят променя фактор за да видим как влияе върху една екосистема. Възможно е да направите това на полето или в лаборатория.

Този вид експерименти осигуряват смущения по контролиран начин. Те работят в случаите, в които полевата работа не може да се осъществи в цяла област по различни причини.

Недостатъкът на манипулативните експерименти е, че те не винаги са представителни за това, което би се случило в естествената екосистема. Освен това манипулативните експерименти може да не разкрият механизма, който стои зад наблюдаваните модели. Също така не е лесно да се променят променливи в манипулативен експеримент.

Пример: Ако искате да научите за гущер хищничество на паяци, можете да промените броя на гущерите в загражденията и да проучите колко паяци са резултат от този ефект.

По-голям и актуален пример за манипулационен експеримент е повторното въвеждане на вълци в националния парк Йелоустоун. Това повторно въвеждане позволява на еколозите да наблюдават ефекта на вълците, които се връщат към това, което някога е било нормалното им разпространение.

Вече изследователите са научили, че незабавна промяна в екосистемата е настъпила, след като вълците са въведени отново. Поведението на стадото на лосове се промени. Повишената смъртност на лосове доведе до по-стабилно снабдяване с храна както за вълци, така и за мършояди.

Естествените експерименти, както подсказва името им, не се ръководят от хората. Това са манипулации на екосистема, причинени от природата. Например, вследствие на природно бедствие, изменение на климата или въвеждане на инвазивни видове, самата екосистема представлява експеримент.

Разбира се, реалните взаимодействия като тези не са истински експерименти. Тези сценарии предоставят на еколозите възможности да проучат въздействието на природните събития върху видовете в дадена екосистема.

Пример: Еколозите биха могли да направят преброяване на животни на остров, за да проучат техните население плътност.

Основната разлика между манипулативните и естествените експерименти от гледна точка на данните е, че естествените експерименти нямат контрол. Следователно понякога е по-трудно да се определи причината и следствието.

Въпреки това има полезна информация, която може да бъде получена от естествени експерименти. Променливите на околната среда като нивата на влага и плътността на животните все още могат да се използват за целите на данните. Освен това могат да се провеждат естествени експерименти в големи площи или огромно време. Това допълнително ги отличава от манипулативните експерименти.

За съжаление човечеството предизвика катастрофални природни експерименти по целия свят. Някои примери за това включват деградация на местообитанията, изменение на климата, въвеждане на инвазивни видове и премахване на местни видове.

Наблюдателните експерименти изискват адекватно копиране на висококачествени данни. Тук важи „правилото на 10“; изследователите трябва да съберат 10 наблюдения за всяка необходима категория. Външните влияния все още могат да възпрепятстват усилията за събиране на данни, като например времето и други смущения. Използването на 10 реплициращи наблюдения обаче може да се окаже полезно за получаване на статистически значими данни.

Важно е да се извърши рандомизация, за предпочитане преди извършване на наблюдателни експерименти. Това може да стане с електронна таблица на компютър. Рандомизацията засилва събирането на данни, защото намалява пристрастията.

Рандомизацията и репликацията трябва да се използват заедно, за да бъдат ефективни. Всички места, проби и обработки трябва да бъдат разпределени на случаен принцип, за да се избегнат объркани резултати.

Екологичните методи разчитат до голяма степен на статистически и математически модели. Те предоставят на еколозите начин да предскажат как една екосистема ще се промени с течение на времето или ще реагира на променящите се условия в околната среда.

Моделиране предоставя и друг начин за дешифриране на екологична информация, когато полевата работа не е практична. Всъщност има няколко недостатъка да се разчита единствено на полевата работа. Поради типично мащабната полева работа не е възможно да се възпроизведат точно експериментите. Понякога дори продължителността на живота на организмите е фактор, ограничаващ скоростта на полевата работа. Други предизвикателства включват време, труд и пространство.

Следователно моделирането осигурява метод, при който да се рационализира информацията по по-ефективен начин.

Примери за моделиране включват уравнения, симулации, графики и статистически анализи. Еколозите използват моделиране и за изготвяне на полезни карти. Моделирането позволява изчисляване на данни, за да се запълнят пропуските от вземането на проби. Без моделирането еколозите биха били затруднени от огромното количество данни, които трябва да бъдат анализирани и съобщени. Компютърното моделиране дава възможност за сравнително бърз анализ на данните.

Например симулационен модел дава възможност за описание на системи, които иначе биха били изключително трудни и твърде сложни за традиционното смятане. Моделирането позволява на учените да изследват съжителството, динамиката на популацията и много други аспекти на екологията. Моделирането може да помогне за прогнозиране на модели за решаващи цели на планирането, като например за изменението на климата.

Въздействието на човечеството върху околната среда ще продължи. Следователно за еколозите става все по-важно да използват методи за екологични изследвания, за да намерят начини за смекчаване на въздействието върху околната среда.