Ekološke metode istraživanja: promatranje, eksperimentiranje i modeliranje

Ekologija je proučavanje odnosa između organizama i njihove okoline na zemlji. Za proučavanje ovog odnosa koristi se nekoliko ekoloških metoda, uključujući eksperimentiranje i modeliranje.

Mogu se koristiti manipulativni, prirodni ili promatrački eksperimenti. Modeliranje pomaže u analizi prikupljenih podataka.

Ekologija, studija o tome kako organizmi komuniciraju sa svojim okolišem i međusobno, temelji se na nekoliko drugih disciplina. Ekološka znanost o okolišu uključuje biologiju, kemiju, botaniku, zoologiju, matematiku i druga područja.

Ekologija ispituje interakcije vrsta, veličinu populacije, ekološke niše, prehrambene mreže, protok energije i čimbenike okoliša. Da bi to učinili, ekolozi se oslanjaju na pažljive metode za prikupljanje najtočnijih podataka koje mogu. Jednom kada se podaci prikupe, ekolozi ih analiziraju za svoja istraživanja.

Informacije prikupljene ovim metodama istraživanja mogu tada pomoći ekolozima da pronađu utjecaje uzrokovane ljudima ili prirodnim čimbenicima. Te se informacije tada mogu koristiti za pomoć u upravljanju i očuvanju pogođenih područja ili vrsta.

Svaki eksperiment zahtijeva promatranje. Ekolozi moraju promatrati okoliš, vrste unutar njega i kako te vrste međusobno djeluju, rastu i mijenjaju se. Različiti istraživački projekti zahtijevaju različite vrste procjena i zapažanja.

Ekolozi se ponekad koriste a procjena na stolu, ili DBA, za prikupljanje i sažimanje informacija o određenim područjima interesa. U ovom scenariju ekolozi koriste informacije već prikupljene iz drugih izvora.

Međutim, ekolozi se često oslanjaju promatranje i rad na terenu. To podrazumijeva zapravo odlazak u stanište subjekta od interesa da bi ga se promatralo u njegovom prirodnom stanju. Istraživanjem na terenu, ekolozi mogu pratiti rast populacije vrsta, promatrajte ekologija zajednice na djelu i proučavati utjecaj bilo koje nove vrste ili drugih uvedenih pojava u okoliš.

Svaka se poljska lokacija razlikuje po prirodi, obliku ili na druge načine. Ekološke metode dopuštaju takve razlike tako da se različiti alati mogu koristiti za promatranje i uzorkovanje. Ključno je da se uzorkovanje vrši nasumično u svrhu borbe protiv pristranosti.

Podaci dobiveni promatranjem i terenskim radom mogu biti kvalitativni ili kvantitativni. Ove dvije klasifikacije podataka razlikuju se na različite načine.

Kvalitativni podaci: Kvalitativni podaci odnose se na a kvaliteta predmeta ili uvjeti. Stoga je više opisni oblik podataka. Nije ga lako izmjeriti, a sakuplja se promatranjem.

Budući da su kvalitativni podaci opisni, oni mogu uključivati ​​aspekte kao što su boja, oblik, je li nebo oblačno ili sunčano, ili druge aspekte izgleda mjesta promatranja. Kvalitativni podaci nisu numerički poput kvantitativnih podataka. Stoga se smatra manje pouzdanim od kvantitativnih podataka.

Kvantitativni podaci: Kvantitativni podaci se odnose na numeričke vrijednosti ili veličine. Takve se vrste podataka mogu mjeriti i obično su u obliku brojeva. Primjeri kvantitativnih podataka mogu uključivati ​​razine pH u tlu, broj miševa na polju, podaci o uzorcima, razine slanosti i ostale informacije u numeričkom obliku.

Ekolozi koriste statistiku za analizu kvantitativnih podataka. Stoga se smatra pouzdanijim oblikom podataka od kvalitativnih.

Izravna anketa: Znanstvenici mogu izravno promatrati životinje i biljke u njihovom okruženju. To se naziva izravnim istraživanjem. Čak i na mjestima udaljenim poput morskog dna, ekolog može proučavati podvodni okoliš. U ovom bi slučaju izravno istraživanje zahtijevalo fotografiranje ili snimanje takvog okruženja.

Neke metode uzorkovanja koje se koriste za snimanje slika morskog života na morskom dnu uključuju video saonice, kamere s vodenim zavjesama i Ham-Cam-ove. Ham-Camovi su pričvršćeni na Hamon Grab, uređaj sa žlicom za uzorke koji se koristi za prikupljanje uzoraka. Ovo je jedan od učinkovitih načina proučavanja populacija životinja.

Hamon Grab je metoda prikupljanja sedimenta iz morskog dna, a talog se odvozi na brod kako bi ga ekolozi sortirali i fotografirali. Te će životinje biti identificirane u drugom laboratoriju.

Uz Hamon Grab, podmorski uređaji za sakupljanje uključuju i gredu s mrežom koja se koristi za dobivanje većih morskih životinja. To podrazumijeva pričvršćivanje mreže na čeličnu gredu i kočarenje sa stražnje strane broda. Uzorci se donose na brod i fotografiraju i broje.

Neizravna anketa: Nije uvijek praktično ili poželjno izravno promatrati organizme. U ovoj situaciji ekološke metode podrazumijevaju promatranje tragova koje te vrste ostavljaju za sobom. To bi moglo uključivati ​​rasipanje životinja, otiske stopala i druge pokazatelje njihove prisutnosti.

Glavna svrha ekoloških metoda za istraživanje je dobivanje visokokvalitetnih podataka. Da bi se to učinilo, eksperimenti moraju biti pažljivo planirani.

Hipoteza: Prvi korak u bilo kojem eksperimentalnom dizajnu je postavljanje hipoteze ili znanstvenog pitanja. Tada istraživači mogu smisliti detaljan plan uzorkovanja.

Čimbenici koji utječu na eksperimente s terenskim radom uključuju veličinu i oblik područja koje treba uzorkovati. Veličine terena kreću se od malih do vrlo velikih, ovisno o tome koje se ekološke zajednice proučavaju. Eksperimenti u ekologiji životinja moraju uzeti u obzir potencijalno kretanje i veličinu životinja.

Na primjer, paucima nije potrebno veliko terensko mjesto za proučavanje. Isto bi vrijedilo i za proučavanje kemije tla ili beskičmenjaka u tlu. Možete koristiti veličinu od 15 metara sa 15 metara.

Zeljastim biljkama i malim sisavcima mogu biti potrebna polja do 30 četvornih metara. Drveću i pticama možda treba nekoliko hektara. Ako proučavate velike, pokretne životinje, poput jelena ili medvjeda, to bi moglo značiti potrebu za prilično velikom površinom od nekoliko hektara.

Odluka o broju web mjesta je također presudna. Neke terenske studije mogu zahtijevati samo jedno mjesto. Ali ako su u studiju uključena dva ili više staništa, potrebna su dva ili više terena.

Alati: Alati koji se koriste za terenska polja uključuju transekte, uzorkovanje ploha, uzorkovanje bez plota, točkovnu metodu, metodu presretanja transekta i metodu tromjesečne točke. Cilj je dobiti nepristrane uzorke dovoljno velike količine da će statističke analize biti zvučnije. Snimanje podataka na terenskim listovima podataka pomaže u prikupljanju podataka.

Dobro osmišljeni ekološki eksperiment imat će jasnu svrhu ili pitanje. Istraživači bi trebali paziti na uklanjanje pristranosti pružajući i replikaciju i randomizaciju. Znanje o vrstama koje se proučavaju, kao i o organizmima u njima, najvažnije je.

Rezultati: Po završetku prikupljene ekološke podatke treba analizirati računalom. Postoje tri vrste ekoloških pokusa: manipulativni, prirodni i promatrački.

Manipulativni eksperimenti su oni u kojima istraživač mijenja faktor da vidimo kako utječe na ekosustav. To je moguće učiniti na terenu ili u laboratoriju.

Ovakve vrste eksperimenata kontrolirano pružaju smetnje. Rade u slučajevima kada se terenski rad iz različitih razloga ne može dogoditi na cijelom području.

Loša strana manipulativnih eksperimenata je što nisu uvijek reprezentativni za ono što bi se dogodilo u prirodnom ekosustavu. Uz to, manipulativni eksperimenti možda neće otkriti mehanizam koji stoji iza bilo kojeg uočenog uzorka. Također nije lako mijenjati varijable u manipulativnom eksperimentu.

Primjer: Ako ste željeli naučiti o gušteru grabežljivost pauka, mogli biste promijeniti broj guštera u ograđenim prostorijama i proučiti koliko je pauka rezultiralo tim učinkom.

Veći i aktualni primjer manipulacijskog eksperimenta je ponovno uvođenje vukova u Nacionalni park Yellowstone. Ovo ponovno uvođenje omogućuje ekolozima da promatraju učinak vukova koji se vraćaju na ono što im je nekada bilo normalno.

Već su istraživači saznali da se trenutna promjena u ekosustavu dogodila nakon što su vukovi ponovno uvedeni. Ponašanje stada losova promijenilo se. Povećana smrtnost losova dovela je do stabilnije opskrbe hranom i za vukove i za mesojede.

Prirodni eksperimenti, kao što im i samo ime kaže, nisu usmjereni prema ljudima. To su manipulacije ekosustava uzrokovane prirodom. Na primjer, nakon prirodne katastrofe, klimatskih promjena ili unošenja invazivnih vrsta, sam ekosustav predstavlja eksperiment.

Naravno, interakcije u stvarnom svijetu poput ove nisu istinski eksperimenti. Ovi scenariji pružaju ekolozima priliku da prouče učinke koje prirodni događaji imaju na vrste u ekosustavu.

Primjer: Ekolozi bi mogli izvršiti popis životinja na otoku kako bi proučavali njihove populacija gustoća.

Glavna razlika između manipulativnih i prirodnih eksperimenata iz perspektive podataka jest ta što prirodni eksperimenti nemaju kontrolu. Stoga je ponekad teže odrediti uzrok i posljedice.

Ipak, korisne su informacije koje se mogu dobiti prirodnim eksperimentima. Za potrebe podataka i dalje se mogu koristiti okolišne varijable poput razine vlage i gustoće životinja. Uz to, prirodni eksperimenti mogu se dogoditi na velikim područjima ili u velikom vremenskom rasponu. To ih dalje razlikuje od manipulativnih eksperimenata.

Nažalost, čovječanstvo je izazvalo katastrofalne prirodne eksperimente širom svijeta. Neki od primjera uključuju degradaciju staništa, klimatske promjene, uvođenje invazivnih vrsta i uklanjanje domaćih vrsta.

Promatrački eksperimenti zahtijevaju odgovarajuće replikacije visokokvalitetnih podataka. Ovdje vrijedi "pravilo 10"; istraživači bi trebali prikupiti 10 opažanja za svaku potrebnu kategoriju. Vanjski utjecaji još uvijek mogu ometati napore na prikupljanju podataka, poput vremenskih prilika i drugih smetnji. Međutim, korištenje 10 ponovljenih opažanja može se pokazati korisnim za dobivanje statistički značajnih podataka.

Važno je izvršiti randomizaciju, po mogućnosti prije izvođenja promatračkih eksperimenata. To se može učiniti proračunskom tablicom na računalu. Randomizacija jača prikupljanje podataka jer smanjuje pristranost.

Randomizacija i replikacija trebaju se koristiti zajedno kako bi bili učinkoviti. Mjesta, uzorci i tretmani trebali bi biti nasumično dodijeljeni kako bi se izbjegli zbrkani rezultati.

Ekološke se metode u velikoj mjeri oslanjaju na statističke i matematičke modele. Oni pružaju ekolozima način predviđanja kako će se ekosustav s vremenom mijenjati ili reagirati na promjene uvjeta u okolišu.

Modeliranje također pruža još jedan način za dešifriranje ekoloških informacija kada terenski rad nije praktičan. Zapravo postoji nekoliko nedostataka oslanjanja isključivo na rad na terenu. Zbog tipično velikog opsega terenskog rada, nije moguće točno ponoviti eksperimente. Ponekad je čak i životni vijek organizama čimbenik koji ograničava brzinu rada na terenu. Ostali izazovi uključuju vrijeme, rad i prostor.

Stoga modeliranje pruža metodu kojom se informacije učinkovitije usmjeravaju.

Primjeri modeliranja uključuju jednadžbe, simulacije, grafikone i statističke analize. Ekolozi koriste modeliranje i za izradu korisnih karata. Modeliranje omogućuje izračun podataka kako bi se popunili nedostaci u uzorkovanju. Bez modeliranja, ekologe bi sputavala velika količina podataka koje treba analizirati i priopćiti. Računalno modeliranje omogućuje relativno brzu analizu podataka.

Primjerice, simulacijski model omogućuje opis sustava koji bi inače bili izuzetno teški i prekomplicirani za tradicionalni račun. Modeliranje omogućuje znanstvenicima proučavanje suživota, dinamike populacije i mnogih drugih aspekata ekologije. Modeliranje može pomoći u predviđanju obrazaca za ključne potrebe planiranja, poput klimatskih promjena.

Utjecaj čovječanstva na okoliš nastavit će se. Stoga ekolozima postaje sve važnije koristiti metode ekološkog istraživanja kako bi pronašli načine za ublažavanje učinaka na okoliš.