Ekologiset tutkimusmenetelmät: havainnointi, kokeilu ja mallinnus

Ekologia on tutkimus organismien ja niiden ympäristön välisestä suhteesta maan päällä. Tämän suhteen tutkimiseen käytetään useita ekologisia menetelmiä, mukaan lukien kokeilu ja mallinnus.

Voidaan käyttää manipulatiivisia, luonnollisia tai havaintokokeita. Mallinnus auttaa analysoimaan kerättyä tietoa.

EkologiaTutkimus siitä, miten organismit ovat vuorovaikutuksessa ympäristönsä ja toistensa kanssa, perustuu useisiin muihin tieteenaloihin. Ekologian ympäristötieteessä on mukana biologia, kemia, kasvitiede, eläintiede, matematiikka ja muut alat.

Ekologia tutkii lajien vuorovaikutusta, populaation kokoa, ekologisia markkinarakoja, ruokaverkkoja, energian virtausta ja ympäristötekijöitä. Tätä varten ekologit luottavat huolellisiin menetelmiin kerätäkseen mahdollisimman tarkat tiedot. Kun tiedot on kerätty, ekologit analysoivat sen tutkimusta varten.

Näistä tutkimusmenetelmistä saatu tieto voi sitten auttaa ekologeja löytämään ihmisten tai luonnon tekijöiden aiheuttamat vaikutukset. Näitä tietoja voidaan sitten käyttää vaikutusalueiden tai lajien hallintaan ja säilyttämiseen.

Joka koe vaatii tarkkailua. Ekologien on tarkkailtava ympäristöä, siinä olevia lajeja ja kuinka nämä lajit ovat vuorovaikutuksessa, kasvavat ja muuttuvat. Erilaiset tutkimushankkeet edellyttävät erityyppisiä arviointeja ja havaintoja.

Ekologit käyttävät joskus a työpohjainen arviointi, tai DBA, kerätä ja tiivistää tietoja tietyistä kiinnostuksen kohteista. Tässä skenaariossa ekologit käyttävät tietoa, joka on jo kerätty muista lähteistä.

Usein kuitenkin ekologit luottavat siihen havainnointi ja kenttätyö. Tämä tarkoittaa itse menemistä kiinnostavan kohteen elinympäristöön tarkkailemaan sitä sen luonnollisessa tilassa. Tekemällä kenttätutkimuksia ekologit voivat seurata lajien populaation kasvua, tarkkailla yhteisön ekologia toiminnassa ja tutkia uusien lajien tai muiden tuotujen ilmiöiden vaikutuksia ympäristöön.

Kukin kenttäpaikka eroaa toisistaan ​​luonteeltaan, muodoltaan tai muilla tavoin. Ekologiset menetelmät mahdollistavat tällaiset erot, jotta erilaisia ​​välineitä voidaan käyttää havaintoihin ja näytteenottoon. On ratkaisevan tärkeää, että näytteet otetaan satunnaisesti puolueellisuuden torjumiseksi.

Havainnoinnista ja kenttätyöstä saadut tiedot voivat olla joko kvalitatiivisia tai kvantitatiivisia. Nämä kaksi tietoluokitusta vaihtelevat eri tavoin.

Laadulliset tiedot: Laadulliset tiedot viittaavat a aiheen tai ehtojen laatu. Siksi se on enemmän kuvaileva tietojen muodossa. Sitä ei ole helppo mitata, ja se kerätään havainnoimalla.

Koska laadulliset tiedot ovat kuvailevia, ne saattavat sisältää näkökohtia, kuten väriä, muotoa, onko taivas pilvistä vai aurinkoista, tai muita näkökohtia havainnointipaikan näyttämiseksi. Laadulliset tiedot eivät ole numeerisia kuten kvantitatiiviset tiedot. Siksi sitä pidetään vähemmän luotettavana kuin määrällisiä tietoja.

Kvantitatiivinen tieto: Määrälliset tiedot viittaavat numeeriset arvot tai määrät. Tällaisia ​​tietoja voidaan mitata ja ne ovat yleensä numeromuodossa. Esimerkkejä kvantitatiivisista tiedoista voivat olla pH-arvot maaperässä, hiirten määrä pellolla, näytetiedot, suolapitoisuudet ja muut numeeriset tiedot.

Ekologit käyttävät tilastoja analysoidakseen määrällisiä tietoja. Siksi sitä pidetään luotettavampana tietomuotona kuin laadullista tietoa.

Suora kysely: Tutkijat voivat tarkkailla eläimiä ja kasveja suoraan ympäristössään. Tätä kutsutaan suoraksi tutkimukseksi. Jopa niin kaukaisissa paikoissa kuin merenpohja, ekologi voi tutkia vedenalaista ympäristöä. Suora tutkimus tässä tapauksessa merkitsisi tällaisen ympäristön valokuvaamista tai kuvaamista.

Joitakin näytteenottomenetelmiä, joita käytetään merenpohjan kuvien tallentamiseen merenpohjaan, ovat videokelkat, vesiverhokamerat ja Ham-Cams. Kinkkukammiot on kiinnitetty Hamon Grabiin, näytesäiliölaitteeseen, jota käytetään näytteiden keräämiseen. Tämä on yksi tehokas tapa tutkia eläinpopulaatioita.

Hamon Grab on menetelmä sedimentin keräämiseksi merenpohjasta, ja sedimentti viedään veneeseen ekologien lajittelemiseksi ja valokuvaamiseksi. Nämä eläimet tunnistetaan muualla sijaitsevassa laboratoriossa.

Hamon Grabin lisäksi merenalaisiin keräyslaitteisiin kuuluu puomitrooli, jota käytetään suurempien merieläinten hankkimiseen. Tähän sisältyy verkon kiinnittäminen teräspalkkiin ja troolaus veneen takaosasta. Näytteet tuodaan veneelle, valokuvataan ja lasketaan.

Epäsuora tutkimus: Ei ole aina käytännöllistä tai toivottavaa tarkkailla organismeja suoraan. Tässä tilanteessa ekologiset menetelmät edellyttävät näiden lajien jättämien jälkien tarkkailua. Näihin voivat sisältyä eläinten säkit, jalanjäljet ​​ja muut niiden läsnäolon osoittimet.

Ekologisten tutkimusmenetelmien yleisenä tarkoituksena on saada korkealaatuista tietoa. Tätä varten kokeilut on suunniteltava huolellisesti.

Hypoteesi: Kokeellisen suunnittelun ensimmäinen vaihe on esittää hypoteesi tai tieteellinen kysymys. Sitten tutkijat voivat laatia yksityiskohtaisen suunnitelman näytteenotosta.

Kenttätutkimuksiin vaikuttaviin tekijöihin kuuluu näytteen otettavan alueen koko ja muoto. Kentän koot vaihtelevat pienistä erittäin suuriin, riippuen siitä, mitä ekologisia yhteisöjä tutkitaan. Eläinekologian kokeissa on otettava huomioon eläinten mahdollinen liike ja koko.

Esimerkiksi hämähäkit eivät vaadi suurta kenttää tutkimukseen. Sama pätee tutkittaessa maaperän kemiaa tai maaperän selkärangattomia. Voit käyttää kokoa 15 metriä 15 metriä.

Ruohokasvit ja pienet nisäkkäät saattavat tarvita jopa 30 neliömetrin peltoalueita. Puut ja linnut saattavat tarvita pari hehtaaria. Jos opiskelet suuria, liikkuvia eläimiä, kuten peuroja tai karhuja, tämä voi tarkoittaa, että tarvitset melko suuren, hehtaarin pinta-alan.

Sivustojen lukumäärästä päättäminen on myös ratkaisevan tärkeää. Jotkut kenttätutkimukset saattavat edellyttää vain yhtä sivustoa. Mutta jos tutkimukseen sisältyy kaksi tai useampia elinympäristöjä, tarvitaan vähintään kaksi elinympäristöä.

Työkalut: Kenttäkohteisiin käytettäviä työkaluja ovat transektit, näytteenottokäyrät, piirtämätön näytteenotto, pistemenetelmä, transektin sieppausmenetelmä ja pisteen neljännesmenetelmä. Tavoitteena on saada puolueettomia näytteitä riittävän suuresta määrästä, jotta tilastolliset analyysit ovat vakaampia. Tietojen tallentaminen kenttätaulukkoihin auttaa tiedonkeruuta.

Hyvin suunnitellulla ekologisella kokeella on selkeä tarkoitus tai kysymys. Tutkijoiden tulisi huolehtia poikkeuksellisesta poikkeamasta tarjoamalla sekä replikointi että satunnaistaminen. Tutkittavien lajien ja niiden sisältämien organismien tuntemus on ensiarvoisen tärkeää.

Tulokset: Valmistuttuaan kerätyt ekologiset tiedot tulisi analysoida tietokoneella. Ekologisia kokeita on kolmenlaisia: manipulatiivisia, luonnollisia ja havainnoivia.

Manipulatiiviset kokeet ovat niitä, joissa tutkija muuttaa tekijää nähdä miten se vaikuttaa ekosysteemiin. Tämä on mahdollista tehdä kentällä tai laboratoriossa.

Tämäntyyppiset kokeet tuottavat häiriöitä hallitusti. Ne toimivat tapauksissa, joissa kenttätöitä ei voida suorittaa koko alueella, eri syistä.

Manipulatiivisten kokeiden haittapuoli on, että ne eivät aina edustaa sitä, mitä luonnollisessa ekosysteemissä tapahtuisi. Lisäksi manipulatiiviset kokeet eivät välttämättä paljasta havaittujen mallien taustalla olevaa mekanismia. Muuttujien muuttaminen manipulatiivisessa kokeessa ei ole myöskään helppoa.

Esimerkki: Jos haluat oppia liskosta saalistaminen hämähäkkien kohdalla voit muuttaa liskojen määrää koteloissa ja tutkia kuinka monta hämähäkkiä johti tähän vaikutukseen.

Suurempi ja ajankohtaisin esimerkki manipulointikokeesta on susien palauttaminen Yellowstonen kansallispuistoon. Tämän uudelleen käyttöönoton avulla ekologit voivat tarkkailla susien paluuta aikaisemmalle alueelleen.

Jo tutkijat ovat oppineet, että ekosysteemissä tapahtui välitön muutos, kun sudet otettiin uudelleen käyttöön. Hirven laumakäyttäytyminen muuttui. Hirvien kuolleisuuden lisääntyminen johti ravintovakauden vakautumiseen sekä susille että syöjille.

Luonnollisia kokeita, kuten heidän nimensä viittaa, eivät ohjaa ihmiset. Nämä ovat luonnon aiheuttamia ekosysteemin manipulointeja. Esimerkiksi luonnonkatastrofin, ilmastonmuutoksen tai invasiivisten lajien käyttöönoton jälkeen ekosysteemi itse edustaa kokeilua.

Tällaiset tosielämän vuorovaikutukset eivät tietenkään ole todellisia kokeita. Nämä skenaariot tarjoavat ekologeille mahdollisuuden tutkia luonnon tapahtumien vaikutuksia ekosysteemin lajeihin.

Esimerkki: Ekologit voisivat suorittaa saaren eläinten laskennan tutkiakseen eläimiä väestö tiheys.

Suurin ero manipulatiivisten ja luonnollisten kokeiden välillä datanäkökulmasta on, että luonnollisilla kokeilla ei ole kontrolleja. Siksi on joskus vaikeampi määrittää syy ja seuraus.

Luonnollisista kokeista on kuitenkin hyödyllistä tietoa. Ympäristömuuttujia, kuten eläinten kosteustasoja ja tiheyttä, voidaan edelleen käyttää tietotarkoituksiin. Luonnollisia kokeita voi lisäksi tapahtua suurilla alueilla tai laajalla ajanjaksolla. Tämä erottaa ne edelleen manipulatiivisista kokeista.

Valitettavasti ihmiskunta on aiheuttanut katastrofaalisia luonnonkokeiluja ympäri maailmaa. Joitakin esimerkkejä näistä ovat elinympäristön huonontuminen, ilmastonmuutos, invasiivisten lajien lisääminen ja kotoperäisten lajien poistaminen.

Havainnointikokeet edellyttävät riittävää toistoa korkealaatuiselle tiedolle. "10 sääntö" pätee tähän; tutkijoiden tulisi kerätä 10 havaintoa kutakin vaadittavaa luokkaa varten. Ulkopuoliset vaikutteet voivat edelleen haitata tietojen keräämistä, kuten sää ja muut häiriöt. Kymmenen toistuvan havainnon käyttö voi kuitenkin osoittautua hyödylliseksi tilastollisesti merkitsevien tietojen saamiseksi.

On tärkeää suorittaa satunnaistaminen, mieluiten ennen havainnointikokeiden suorittamista. Tämä voidaan tehdä tietokoneen laskentataulukolla. Satunnaistaminen vahvistaa tiedonkeruuta, koska se vähentää ennakkoluuloja.

Satunnaistamista ja replikointia tulisi käyttää yhdessä, jotta ne olisivat tehokkaita. Kaikki kohteet, näytteet ja hoidot tulisi määrittää satunnaisesti sekaannusten välttämiseksi.

Ekologiset menetelmät tukeutuvat suuresti tilastollisiin ja matemaattisiin malleihin. Nämä tarjoavat ekologeille keinon ennustaa, kuinka ekosysteemi muuttuu ajan myötä tai reagoi muuttuviin ympäristöolosuhteisiin.

Mallinnus tarjoaa myös toisen tavan tulkita ekologista tietoa, kun kenttätyö ei ole käytännöllistä. Itse asiassa pelkän kenttätyön tukeutumiseen on useita haittoja. Kenttätyön tyypillisesti suuren mittakaavan vuoksi kokeita ei voida toistaa tarkasti. Joskus jopa organismien elinikä on nopeutta rajoittava tekijä kenttätyössä. Muita haasteita ovat aika, työ ja tila.

Siksi mallinnus tarjoaa menetelmän tiedon virtaviivaistamiseksi tehokkaammin.

Esimerkkejä mallinnuksesta ovat yhtälöt, simulaatiot, kaaviot ja tilastolliset analyysit. Ekologit käyttävät mallinnusta myös hyödyllisten karttojen tuottamiseen. Mallinnus mahdollistaa tietojen laskemisen täyttämään näytteenoton aukot. Ilman mallinnusta ekologeja haittaisi pelkästään analysoitavan ja välitettävän tiedon määrä. Tietokonemallinnus mahdollistaa tietojen suhteellisen nopean analysoinnin.

Esimerkiksi simulointimalli mahdollistaa sellaisten järjestelmien kuvaamisen, jotka muuten olisivat erittäin vaikeita ja liian monimutkaisia ​​perinteisen laskennan kannalta. Mallinnus antaa tutkijoille mahdollisuuden tutkia rinnakkaiseloa, populaatiodynamiikkaa ja monia muita ekologian näkökohtia. Mallinnus voi auttaa ennustamaan malleja ratkaisevissa suunnittelutarkoituksissa, kuten ilmastonmuutoksessa.

Ihmiskunnan vaikutus ympäristöön jatkuu. Siksi on entistä tärkeämpää, että ekologit käyttävät ekologisia tutkimusmenetelmiä löytääkseen tapoja vähentää ympäristövaikutuksia.