Ökoloogia on organismide ja nende keskkonna seose uurimine maa peal. Selle seose uurimiseks kasutatakse mitut ökoloogilist meetodit, sealhulgas katsetamist ja modelleerimist.
Kasutada võib manipuleerivaid, looduslikke või vaatluskatseid. Modelleerimine aitab kogutud andmeid analüüsida.
Mis on ökoloogia?
Ökoloogiauurib, kuidas organismid suhtlevad oma keskkonna ja üksteisega, tuginedes mitmetele teistele teadusharudele. Ökoloogia keskkonnateadus hõlmab bioloogiat, keemiat, botaanikat, zooloogiat, matemaatikat ja muid valdkondi.
Ökoloogia uurib liikide koostoimeid, populatsiooni suurust, ökoloogilisi nišše, toiduvõrke, energiavoogusid ja keskkonnategureid. Selleks tuginevad ökoloogid võimalikult täpsete andmete kogumiseks hoolikatele meetoditele. Kui andmed on kogutud, analüüsivad ökoloogid neid oma uuringute jaoks.
Nende uurimismeetodite abil saadud teave võib seejärel aidata ökoloogidel leida inimeste või looduslike tegurite põhjustatud mõjusid. Seda teavet saab seejärel kasutada mõjutatud piirkondade või liikide haldamiseks ja kaitsmiseks.
Vaatlus ja välitööd
Iga katse nõuab vaatlemist. Ökoloogid peavad jälgima keskkonda, selles olevaid liike ja seda, kuidas need liigid suhtlevad, kasvavad ja muutuvad. Erinevad uurimisprojektid nõuavad erinevat tüüpi hinnanguid ja vaatlusi.
Ökoloogid kasutavad mõnikord a tööpõhine hindaminevõi DBA, et koguda ja kokku võtta teavet konkreetsete huvivaldkondade kohta. Selles stsenaariumis kasutavad ökoloogid juba teistest allikatest kogutud teavet.
Sageli loodavad ökoloogid siiski vaatlus ja välitööd. See tähendab huvipakkuva subjekti elupaigale minekut, et seda looduslikult jälgida. Väliuuringuid tehes saavad ökoloogid jälgida liikide populatsiooni kasvu, jälgida kogukonna ökoloogia tegevuses ja uurida uute liikide või muude sissetoodud nähtuste mõju keskkonnale.
Iga väljakukoht erineb oma olemuselt, kujust või muul viisil. Ökoloogilised meetodid võimaldavad selliseid erinevusi, nii et vaatluste ja proovide võtmiseks saab kasutada erinevaid vahendeid. Eelotsuste vastu võitlemiseks on ülioluline, et proovid võetakse juhuslikult.
Saadud andmete tüübid
Vaatlusel ja välitöödel saadud andmed võivad olla nii kvalitatiivsed kui ka kvantitatiivsed. Need kaks andmete klassifikatsiooni erinevad erineval viisil.
Kvalitatiivsed andmed: Kvalitatiivsed andmed viitavad a teema kvaliteet või tingimused. Seetõttu on see rohkem kirjeldav andmete kujul. Seda ei ole lihtne mõõta ja see kogutakse vaatluse teel.
Kuna kvalitatiivsed andmed on kirjeldavad, võivad need sisaldada selliseid aspekte nagu värv, kuju, kas taevas on pilves või päikseline, või muid aspekte vaatluspaiga väljanägemise kohta. Kvalitatiivsed andmed ei ole arvulised nagu kvantitatiivsed andmed. Seetõttu peetakse seda vähem usaldusväärseks kui kvantitatiivseteks andmeteks.
Kvantitatiivsed andmed: Kvantitatiivsed andmed viitavad arvväärtused või kogused. Selliseid andmeid saab mõõta ja need on tavaliselt numbrivormis. Kvantitatiivsete andmete näited võivad hõlmata pH taset mullas, hiirte arvu põllul, prooviandmeid, soolsustasemeid ja muud arvulist teavet.
Ökoloogid kasutavad statistikat kvantitatiivsete andmete analüüsimiseks. Seetõttu peetakse seda usaldusväärsemaks andmete vormiks kui kvalitatiivseteks andmeteks.
Välitööuuringute tüübid
Otsene uuring: Teadlased saavad otse jälgida loomi ja taimi nende keskkonnas. Seda nimetatakse otseküsitluseks. Isegi nii kaugetes kohtades nagu merepõhi, saab ökoloog uurida veealust keskkonda. Otsene küsitlus tähendaks sel juhul sellise keskkonna pildistamist või filmimist.
Mõned proovid, mida kasutatakse mereelustiku kujutamiseks merepõhjas, on videokelgud, veekardinate kaamerad ja Ham-Cams. Sinkkambrid on kinnitatud proovide kogumiseks kasutatava Hamon Grab - proovikopi seadme külge. See on üks tõhus viis loomade populatsioonide uurimiseks.
Hamon Grab on meetod merepõhjast setete kogumiseks ja sete viiakse ökoloogide jaoks paati, et need sorteerida ja pildistada. Need loomad tuvastatakse mujal laboris.
Lisaks Hamon Grabile kuuluvad veealuste kogumisseadmete hulka ka piimtraal, mida kasutatakse suuremate mereloomade saamiseks. See tähendab võrgu kinnitamist terastala külge ja traalimist paadi tagant. Proovid tuuakse paati ja neid pildistatakse ning loendatakse.
Kaudne uuring: Alati pole otstarbekas ega soovitav organisme otse jälgida. Selles olukorras eeldavad ökoloogilised meetodid nende liikide jälgede jälgimist. Nende hulka võivad kuuluda loomade koorikud, jalajäljed ja muud nende olemasolu näitajad.
Ökoloogilised katsed
Ökoloogiliste uurimismeetodite üldine eesmärk on saada kvaliteetseid andmeid. Selleks tuleb katsed hoolikalt planeerida.
Hüpotees: Mis tahes eksperimentaalse kavandi esimene samm on hüpoteesi või teadusliku küsimuse esitamine. Seejärel saavad teadlased välja pakkuda proovide võtmise üksikasjaliku kava.
Tegurid, mis mõjutavad välitöö katseid, hõlmavad proovi võtmist vajava ala suurust ja kuju. Põldude suurused varieeruvad väikestest kuni väga suurteni, sõltuvalt sellest, milliseid ökoloogilisi kooslusi uuritakse. Loomade ökoloogia katsetamisel tuleb arvestada loomade võimaliku liikumise ja suurusega.
Näiteks ei vaja ämblikud uuringuks suurt välikohta. Sama lugu oleks ka mullakeemia või selgrootute uurimisega. Võite kasutada suurust 15 meetrit 15 meetrit.
Rohtsed taimed ja väikesed imetajad võivad vajada kuni 30 ruutmeetri suuruseid põlde. Puud ja linnud võivad vajada paar hektarit. Kui uurite suuri liikuvaid loomi, näiteks hirvi või karu, võib see tähendada üsna suure mitme hektari suuruse ala vajadust.
Samuti on ülioluline saitide arvu üle otsustamine. Mõni väliuuring võib nõuda ainult ühte saiti. Kuid kui uuringusse kaasatakse kaks või enam elupaika, on vaja kahte või enamat põldu.
Tööriistad: Tööväljade jaoks kasutatavate tööriistade hulka kuuluvad transektid, proovivõtuplaanid, graafikata proovide võtmine, punktimeetod, transektide lõikamise meetod ja punktveerandi meetod. Eesmärk on saada erapooletud proovid piisavalt suurest kogusest, et statistilised analüüsid oleksid usaldusväärsemad. Teabe salvestamine väliandmelehtedele aitab andmete kogumisel.
Hästi kavandatud ökoloogilisel eksperimendil on selge eesmärk või küsimus. Teadlased peaksid erakorralise ettevaatusega eemaldama kallutatuse, pakkudes nii replikatsiooni kui ka randomiseerimist. Teadmised uuritavatest liikidest ja neis leiduvatest organismidest on esmatähtsad.
Tulemused: Pärast valmimist tuleks kogutud ökoloogilisi andmeid arvutiga analüüsida. Ökoloogilisi eksperimente saab teha kolme tüüpi: manipuleeriv, looduslik ja vaatluslik.
Manipuleerivad katsed
Manipuleerivad katsed on need, milles uurija muudab tegurit et näha, kuidas see mõjutab ökosüsteemi. Seda on võimalik teha põllul või laboris.
Sellised katsed pakuvad häiritud toimimist kontrollitud viisil. Nad töötavad erinevatel põhjustel juhtudel, kui välitööd ei saa toimuda kogu piirkonnas.
Manipuleerivate katsete negatiivne külg on see, et need ei ole alati esinduslikud looduslikus ökosüsteemis toimuvale. Lisaks ei pruugi manipuleerivad katsed paljastada täheldatud mustrite taga olevat mehhanismi. Samuti pole manipuleeriva eksperimendi käigus muutujaid lihtne muuta.
Näide: Kui soovite teada sisalikust kisklus ämblike puhul võiksite muuta sisalike arvu ümbristes ja uurida, kui palju ämblikke selle mõju tagajärjel tekkis.
Suurem ja praegune näide manipuleerimiskatsest on huntide taasasustamine Yellowstone'i rahvusparki. See taaskehtestamine võimaldab ökoloogidel jälgida huntide mõju, mis naaseb kunagisele tavapärasele levialale.
Juba on teadlased teada saanud, et huntide taaskehtestamise järel toimus kohene muutus ökosüsteemis. Põdrakarja käitumine muutus. Põdra suremuse suurenemine põhjustas nii huntide kui ka raipesööjate toiduvarude stabiilsuse.
Looduslikud katsed
Looduslikud katsed, nagu nende nimigi ütleb, pole inimeste juhitud. Need on looduse põhjustatud manipulatsioonid ökosüsteemiga. Näiteks looduskatastroofi, kliimamuutuste või invasiivsete liikide sissetoomise tagajärjel esindab ökosüsteem ise katset.
Loomulikult ei ole sellised reaalmaailmas toimuvad suhtlemised tõeliselt katsed. Need stsenaariumid pakuvad ökoloogidele võimalusi uurida looduslike sündmuste mõju ökosüsteemi liikidele.
Näide: Ökoloogid võiksid saarel nende loomade uurimiseks looma teha elanikkonnast tihedus.
Peamine erinevus manipuleerivate ja looduslike katsete vahel andmete vaatenurgast seisneb selles, et looduslikel katsetel pole juhtelemente. Seetõttu on mõnikord põhjust ja tagajärge raskem kindlaks teha.
Sellegipoolest võib looduskatsetest saada kasulikku teavet. Andmete saamiseks võib endiselt kasutada keskkonnamuutujaid, näiteks loomade niiskustaset ja tihedust. Lisaks võivad looduslikud katsed toimuda suurtel aladel või suurel hulgal ajaperioodidel. See eristab neid veelgi manipuleerivatest katsetest.
Kahjuks on inimkond põhjustanud katastroofilisi looduskatseid kogu maailmas. Mõned näited neist hõlmavad elupaikade seisundi halvenemist, kliimamuutusi, invasiivsete liikide sissetoomist ja kohalike liikide eemaldamist.
Vaatluskatsed
Vaatluskatsed nõuavad kvaliteetsete andmete piisavat replikatsiooni. Siin kehtib reegel 10; teadlased peaksid koguma 10 vaatlust iga vajaliku kategooria kohta. Välised mõjud võivad endiselt takistada andmete kogumist, näiteks ilmastiku ja muude häirete korral. Kuid 10 korduva vaatluse kasutamine võib osutuda kasulikuks statistiliselt oluliste andmete saamiseks.
Oluline on teha randomiseerimine, eelistatult enne vaatluskatsete tegemist. Seda saab teha arvutustabeli abil. Randomiseerimine tugevdab andmete kogumist, kuna see vähendab eelarvamusi.
Efektiivsuse tagamiseks tuleks randomiseerimist ja replikatsiooni kasutada koos. Segiajamise vältimiseks tuleks kõik saidid, proovid ja töötlused määrata juhuslikult.
Modelleerimine
Ökoloogilised meetodid tuginevad suuresti statistilistele ja matemaatilistele mudelitele. Need annavad ökoloogidele võimaluse ennustada, kuidas ökosüsteem aja jooksul muutub või reageerib keskkonna muutuvatele tingimustele.
Modelleerimine pakub ka teist võimalust ökoloogilise teabe dešifreerimiseks, kui välitööd pole otstarbekad. Tegelikult on ainult välitöödele lootmisel mitmeid puudusi. Tüüpiliselt suure välitööde tõttu ei ole katseid võimalik täpselt korrata. Mõnikord on isegi organismide eluiga välitöödel kiirust piiravaks teguriks. Muud väljakutsed hõlmavad aega, tööjõudu ja ruumi.
Seega pakub modelleerimine meetodit teabe tõhusamaks sujuvamaks muutmiseks.
Modelleerimise näited hõlmavad võrrandeid, simulatsioone, graafikuid ja statistilisi analüüse. Ökoloogid kasutavad modelleerimist ka kasulike kaartide loomiseks. Modelleerimine võimaldab andmete arvutamist, et täita proovivõtulünki. Ilma modelleerimiseta takistaks ökolooge tohutu hulk andmeid, mida tuleb analüüsida ja edastada. Arvutimodelleerimine võimaldab andmeid suhteliselt kiiresti analüüsida.
Näiteks simulatsioonimudel võimaldab kirjeldada süsteeme, mis muidu oleksid traditsioonilise arvutuse jaoks äärmiselt keerukad ja liiga keerulised. Modelleerimine võimaldab teadlastel uurida kooseksisteerimist, populatsiooni dünaamikat ja paljusid muid ökoloogia aspekte. Modelleerimine aitab prognoosida mustreid otsustava tähtsusega planeerimise eesmärgil, näiteks kliimamuutuste jaoks.
Inimkonna mõju keskkonnale jätkub. Seetõttu on ökoloogidel üha olulisem kasutada ökoloogilisi uurimismeetodeid, et leida võimalusi keskkonnamõjude leevendamiseks.