Méthodes de recherche écologique: observer, expérimenter et modéliser

Écologie est l'étude des relations entre les organismes et leur environnement sur terre. Plusieurs méthodes écologiques sont utilisées pour étudier cette relation, notamment l'expérimentation et la modélisation.

Des expériences de manipulation, naturelles ou d'observation peuvent être utilisées. La modélisation permet d'analyser les données collectées.

Écologie, l'étude de la façon dont les organismes interagissent avec leur environnement et entre eux, fait appel à plusieurs autres disciplines. La science environnementale de l'écologie intègre la biologie, la chimie, la botanique, la zoologie, les mathématiques et d'autres domaines.

L'écologie examine les interactions entre les espèces, la taille de la population, les niches écologiques, les réseaux trophiques, le flux d'énergie et les facteurs environnementaux. Pour ce faire, les écologistes s'appuient sur des méthodes minutieuses pour collecter les données les plus précises possibles. Une fois les données collectées, les écologistes les analysent ensuite pour leurs recherches.

Les informations obtenues grâce à ces méthodes de recherche peuvent alors aider les écologistes à trouver les impacts causés par l'homme ou des facteurs naturels. Ces informations peuvent ensuite être utilisées pour aider à gérer et à conserver les zones ou les espèces touchées.

Tous expérience nécessite une observation. Les écologistes doivent observer l'environnement, les espèces qui s'y trouvent et comment ces espèces interagissent, grandissent et changent. Différents projets de recherche nécessitent différents types d'évaluations et d'observations.

Les écologistes utilisent parfois un évaluation documentaire, ou DBA, pour collecter et résumer des informations sur des domaines d'intérêt spécifiques. Dans ce scénario, les écologistes utilisent des informations déjà collectées auprès d'autres sources.

Souvent, cependant, les écologistes s'appuient sur observation et travail de terrain. Il s'agit en fait d'aller dans l'habitat du sujet d'intérêt pour l'observer dans son état naturel. En effectuant des enquêtes sur le terrain, les écologistes peuvent suivre la croissance des populations d'espèces, observer écologie communautaire en action et étudier l'impact de toute nouvelle espèce ou d'autres phénomènes introduits dans l'environnement.

Chaque site de terrain sera différent par sa nature, sa forme ou d'autres manières. Les méthodes écologiques permettent de telles différences afin que différents outils puissent être utilisés pour les observations et l'échantillonnage. Il est crucial que l'échantillonnage soit effectué de manière aléatoire pour lutter contre les biais.

Les données obtenues à partir de l'observation et du travail sur le terrain peuvent être qualitatives ou quantitatives. Ces deux classifications de données varient de manières distinctes.

Données qualitatives: Les données qualitatives se réfèrent à un qualité du sujet ou des conditions. Il s'agit donc d'un plus descriptif forme de données. Il n'est pas facile à mesurer, et il est recueilli par l'observation.

Étant donné que les données qualitatives sont descriptives, elles peuvent inclure des aspects tels que la couleur, la forme, si le ciel est nuageux ou ensoleillé, ou d'autres aspects de l'apparence d'un site d'observation. Les données qualitatives ne sont pas numériques comme les données quantitatives. Elle est donc considérée comme moins fiable que les données quantitatives.

Des données quantitatives: Les données quantitatives se réfèrent à valeurs numériques ou quantités. Ces types de données peuvent être mesurés et sont généralement sous forme de nombres. Des exemples de données quantitatives peuvent inclure les niveaux de pH dans le sol, le nombre de souris dans un site de terrain, les données d'échantillons, les niveaux de salinité et d'autres informations sous forme numérique.

Les écologistes utilisent des statistiques pour analyser des données quantitatives. Elle est donc considérée comme une forme de données plus fiable que les données qualitatives.

Enquête directe : Les scientifiques peuvent observer directement les animaux et les plantes dans leur environnement. C'est ce qu'on appelle une enquête directe. Même dans des endroits aussi éloignés qu'un fond marin, un écologiste peut étudier l'environnement sous-marin. Une enquête directe dans ce cas impliquerait de photographier ou de filmer un tel environnement.

Certaines méthodes d'échantillonnage utilisées pour enregistrer des images de la vie marine sur le fond marin comprennent des traîneaux vidéo, des caméras à rideau d'eau et des Ham-Cams. Les Ham-Cams sont attachés à un Hamon Grab, un dispositif de seau d'échantillon utilisé pour collecter des échantillons. C'est un moyen efficace d'étudier les populations animales.

Le Hamon Grab est une méthode de collecte des sédiments du fond marin, et les sédiments sont transportés sur un bateau pour que les écologistes les trient et les photographient. Ces animaux seront identifiés dans un laboratoire ailleurs.

En plus d'un Hamon Grab, les dispositifs de collecte sous-marine comprennent un chalut à perche, qui est utilisé pour obtenir de plus gros animaux marins. Cela implique d'attacher un filet à une poutre en acier et de pêcher au chalut à l'arrière d'un bateau. Les échantillons sont amenés à bord du bateau, photographiés et comptés.

Enquête indirecte : Il n'est pas toujours pratique ou souhaitable d'observer directement les organismes. Dans cette situation, les méthodes écologiques consistent à observer les traces laissées par ces espèces. Ceux-ci pourraient inclure des excréments d'animaux, des empreintes de pas et d'autres indicateurs de leur présence.

L'objectif primordial des méthodes écologiques de recherche est d'obtenir des données de haute qualité. Pour ce faire, les expériences doivent être soigneusement planifiées.

Hypothèse: La première étape de toute conception expérimentale consiste à proposer une hypothèse ou une question scientifique. Ensuite, les chercheurs peuvent élaborer un plan détaillé d'échantillonnage.

Les facteurs qui affectent les expériences de travail sur le terrain comprennent la taille et la forme d'une zone qui doit être échantillonnée. La taille des sites de terrain varie de petite à très grande, selon les communautés écologiques étudiées. Les expériences en écologie animale doivent tenir compte des déplacements potentiels et de la taille des animaux.

Par exemple, les araignées n'auraient pas besoin d'un grand terrain pour l'étude. Il en serait de même pour l'étude de la chimie du sol ou des invertébrés du sol. Vous pouvez utiliser une taille de 15 mètres sur 15 mètres.

Les plantes herbacées et les petits mammifères peuvent nécessiter des sites de terrain allant jusqu'à 30 mètres carrés. Les arbres et les oiseaux peuvent avoir besoin de quelques hectares. Si vous étudiez de grands animaux mobiles, tels que des cerfs ou des ours, cela pourrait signifier avoir besoin d'une assez grande surface de plusieurs hectares.

Décider du nombre de sites est également crucial. Certaines études sur le terrain peuvent nécessiter un seul site. Mais si deux ou plusieurs habitats sont inclus dans l'étude, deux ou plusieurs sites de terrain sont nécessaires.

Outils: Les outils utilisés pour les sites de terrain comprennent les transects, les placettes d'échantillonnage, l'échantillonnage sans placette, la méthode des points, la méthode d'interception de transects et la méthode point-quart. L'objectif est d'obtenir des échantillons non biaisés d'une quantité suffisamment élevée pour que les analyses statistiques soient plus solides. L'enregistrement des informations sur les fiches de données de terrain facilite la collecte des données.

Une expérience écologique bien conçue aura un énoncé clair de l'objectif ou de la question. Les chercheurs doivent prendre des précautions extraordinaires pour éliminer les biais en fournissant à la fois la réplication et la randomisation. La connaissance des espèces étudiées ainsi que des organismes qui les composent est primordiale.

Résultats: À la fin, les données écologiques recueillies doivent être analysées avec un ordinateur. Il existe trois types d'expériences écologiques qui peuvent être réalisées: manipulatives, naturelles et observationnelles.

Les expériences de manipulation sont celles dans lesquelles le chercheur modifie un facteur pour voir comment cela affecte un écosystème. Il est possible de le faire sur le terrain ou en laboratoire.

Ces types d'expériences produisent des interférences de manière contrôlée. Ils interviennent dans les cas où le travail sur le terrain ne peut pas se dérouler sur une zone entière, pour diverses raisons.

L'inconvénient des expériences de manipulation est qu'elles ne sont pas toujours représentatives de ce qui se passerait dans l'écosystème naturel. De plus, les expériences de manipulation pourraient ne pas révéler le mécanisme derrière les schémas observés. Il n'est pas non plus facile de changer les variables dans une expérience de manipulation.

Exemple: Si vous vouliez en savoir plus sur le lézard prédation d'araignées, vous pourriez modifier le nombre de lézards dans les enclos et étudier le nombre d'araignées résultant de cet effet.

Un exemple plus vaste et actuel d'une expérience de manipulation est la réintroduction de loups dans le parc national de Yellowstone. Cette réintroduction permet aux écologistes d'observer l'effet du retour des loups à ce qui était autrefois leur aire de répartition normale.

Déjà, les chercheurs ont appris qu'un changement immédiat dans l'écosystème s'est produit une fois que les loups ont été réintroduits. Les comportements des troupeaux de wapitis ont changé. L'augmentation de la mortalité des wapitis a conduit à un approvisionnement alimentaire plus stable pour les loups et les charognards.

Les expériences naturelles, comme leur nom l'indique, ne sont pas dirigées par des humains. Ce sont des manipulations d'un écosystème causées par la nature. Par exemple, à la suite d'une catastrophe naturelle, d'un changement climatique ou de l'introduction d'espèces envahissantes, l'écosystème lui-même représente une expérience.

Bien sûr, les interactions du monde réel telles que celles-ci ne sont pas vraiment des expériences. Ces scénarios offrent aux écologistes la possibilité d'étudier les effets des événements naturels sur les espèces d'un écosystème.

Exemple: Les écologistes pourraient recenser les animaux d'une île pour étudier leur population densité.

La principale différence entre les expériences manipulatrices et naturelles du point de vue des données est que les expériences naturelles n'ont pas de contrôles. Par conséquent, il est parfois plus difficile de déterminer la cause et l'effet.

Néanmoins, il y a des informations utiles à tirer des expériences naturelles. Les variables environnementales telles que les niveaux d'humidité et la densité des animaux peuvent toujours être utilisées à des fins de données. De plus, des expériences naturelles peuvent se produire sur de vastes zones ou sur de longues périodes. Cela les distingue en outre des expériences de manipulation.

Malheureusement, l'humanité a provoqué des expériences naturelles catastrophiques à travers le monde. Certains exemples incluent la dégradation de l'habitat, le changement climatique, l'introduction d'espèces envahissantes et l'élimination d'espèces indigènes.

Les expériences d'observation nécessitent des réplications adéquates pour des données de haute qualité. La « règle de 10 » s'applique ici; les chercheurs doivent recueillir 10 observations pour chaque catégorie requise. Des influences extérieures peuvent encore entraver les efforts de collecte de données, telles que les conditions météorologiques et d'autres perturbations. Cependant, l'utilisation de 10 observations de réplication peut s'avérer utile pour obtenir des données statistiquement significatives.

Il est important d'effectuer une randomisation, de préférence avant d'effectuer des expériences d'observation. Cela peut être fait avec une feuille de calcul sur un ordinateur. La randomisation renforce la collecte de données car elle réduit les biais.

La randomisation et la réplication doivent être utilisées ensemble pour être efficaces. Les sites, les échantillons et les traitements doivent tous être attribués au hasard pour éviter des résultats erronés.

Les méthodes écologiques reposent fortement sur des modèles statistiques et mathématiques. Ceux-ci fournissent aux écologistes un moyen de prédire comment un écosystème changera au fil du temps ou réagira aux conditions changeantes de l'environnement.

La modélisation fournit également un autre moyen de déchiffrer les informations écologiques lorsque le travail sur le terrain n'est pas pratique. En fait, il y a plusieurs inconvénients à se fier uniquement au travail sur le terrain. En raison de la grande échelle du travail sur le terrain, il n'est pas possible de reproduire exactement les expériences. Parfois, même la durée de vie des organismes est un facteur limitant pour le travail sur le terrain. D'autres défis incluent le temps, le travail et l'espace.

La modélisation fournit donc une méthode permettant de rationaliser les informations de manière plus efficace.

Des exemples de modélisation comprennent des équations, des simulations, des graphiques et des analyses statistiques. Les écologistes utilisent également la modélisation pour produire des cartes utiles. La modélisation permet aux calculs de données de combler les lacunes de l'échantillonnage. Sans modélisation, les écologistes seraient gênés par la grande quantité de données qui doivent être analysées et communiquées. La modélisation informatique permet une analyse relativement rapide des données.

Un modèle de simulation, par exemple, permet la description de systèmes qui seraient autrement extrêmement difficiles et trop complexes pour le calcul traditionnel. La modélisation permet aux scientifiques d'étudier la coexistence, la dynamique des populations et de nombreux autres aspects de l'écologie. La modélisation peut aider à prédire des modèles à des fins de planification cruciales, comme pour le changement climatique.

L'impact de l'humanité sur l'environnement se poursuivra. Il devient donc de plus en plus crucial pour les écologistes d'utiliser des méthodes de recherche écologique pour trouver des moyens d'atténuer les effets sur l'environnement.