Ökológia a szervezetek és a környezetük közötti kapcsolat tanulmányozása a földön. Számos ökológiai módszert alkalmaznak ennek a kapcsolatnak a tanulmányozására, beleértve a kísérletezést és a modellezést.
Manipulatív, természetes vagy megfigyelési kísérletek alkalmazhatók. A modellezés segít az összegyűjtött adatok elemzésében.
Mi az ökológia?
Ökológia, annak vizsgálata, hogy az élőlények hogyan hatnak egymással a környezetükkel és egymással, számos más tudományágra támaszkodik. Az ökológia környezettudománya magában foglalja a biológiát, a kémiát, a botanikát, az állattant, a matematikát és más területeket.
Az ökológia megvizsgálja a fajok kölcsönhatásait, a populáció méretét, az ökológiai fülkéket, a táplálékhálókat, az energiaáramlást és a környezeti tényezőket. Ennek érdekében az ökológusok gondos módszerekre támaszkodnak a lehető legpontosabb adatok összegyűjtésére. Miután az adatokat összegyűjtötték, az ökológusok ezt elemzik kutatásaik céljából.
Ezekkel a kutatási módszerekkel nyert információk ezután segíthetnek az ökológusoknak megtalálni az emberek vagy a természetes tényezők okozta hatásokat. Ezeket az információkat felhasználhatja az érintett területek vagy fajok kezelésének és megóvásának elősegítésére.
Megfigyelés és terepi munka
Minden kísérlet megfigyelést igényel. Az ökológusoknak meg kell figyelniük a környezetet, a benne lévő fajokat és azt, hogy ezek a fajok hogyan hatnak egymásra, nőnek és változnak. A különböző kutatási projektek különböző típusú értékeléseket és megfigyeléseket igényelnek.
Az ökológusok néha a asztalon alapuló értékelés, vagy a DBA, hogy információkat gyűjtsön és összefoglaljon az adott érdeklődési területekről. Ebben a forgatókönyvben az ökológusok más forrásokból már összegyűjtött információkat használnak.
Az ökológusok azonban gyakran támaszkodnak megfigyelés és terepi munka. Ez azt jelenti, hogy valóban belépünk az érdeklődő alany élőhelyébe, hogy természetes állapotában megfigyeljük. Terepi felmérések elvégzésével az ökológusok nyomon követhetik a fajok populációjának növekedését, megfigyelhetik közösségi ökológia akcióban, és tanulmányozza a környezetben előforduló új fajok vagy más beillesztett jelenségek hatását.
Az egyes mezők helyei természetükben, alakjukban vagy más módon különböznek. Az ökológiai módszerek lehetővé teszik az ilyen különbségeket, így különböző eszközöket lehet használni a megfigyelésekhez és a mintavételhez. Rendkívül fontos, hogy a mintavétel véletlenszerű módon történjen az elfogultság leküzdése érdekében.
A megszerzett adatok típusai
A megfigyelés és a terepi munka során nyert adatok kvalitatívak vagy kvantitatívak lehetnek. Az adatok e két osztályozása különféle módon változik.
Minőségi adatok: A minőségi adatok a a tantárgy vagy a feltételek minősége. Ezért több leíró adatok formája. Nem könnyen mérhető, és megfigyeléssel gyűjtik össze.
Mivel a kvalitatív adatok leíró jellegűek, lehetnek olyan szempontok, mint a szín, az alak, az, hogy felhős vagy napos az ég, vagy más szempontok a megfigyelési hely kinézetére. A kvalitatív adatok nem numerikusak, mint a kvantitatív adatok. Ezért kevésbé megbízhatónak tekintik, mint a mennyiségi adatokat.
Mennyiségi adatok: A mennyiségi adatok a számértékek vagy mennyiségek. Az ilyen típusú adatok mérhetők, és általában szám formában vannak. A kvantitatív adatok például a talaj pH-értékét, az egerek számát a szántóföldön, a mintadatokat, a sótartalom szintjét és egyéb számszerű információkat tartalmaznak.
Az ökológusok statisztikai adatokat használnak a mennyiségi adatok elemzésére. Ezért megbízhatóbb adatformának tekintik, mint a kvalitatív adatokat.
A terepi munkafelmérések típusai
Közvetlen felmérés: A tudósok közvetlenül megfigyelhetik az állatokat és növényeket a környezetükben. Ezt nevezzük közvetlen felmérésnek. Az ökológus még olyan távoli helyeken is, mint egy tengerfenék, tanulmányozhatja a víz alatti környezetet. A közvetlen felmérés ebben az esetben egy ilyen környezet fényképezésével vagy filmezésével járna.
Néhány mintavételi módszer, amelyet a tengeri élet képeinek rögzítéséhez használnak a tengerfenéken, közé tartozik a szánkók, a függöny kamerák és a Ham-Cams. A ham-bütykök egy Hamon Grab-hoz vannak rögzítve, egy mintavevő eszközhöz, amelyet minták gyűjtésére használnak. Ez az állatpopulációk egyik hatékony módja.
A Hamon Grab módszer az üledék összegyűjtésére a tengerfenékről, és az üledéket egy csónakba viszik, hogy az ökológusok válogassanak és fényképezhessenek. Ezeket az állatokat másutt laboratóriumban azonosítják.
A Hamon Grab mellett a tenger alatti gyűjtőeszközök közé tartozik egy gerendaháló, amelyet nagyobb tengeri állatok előállítására használnak. Ez azt jelenti, hogy hálót kell rögzíteni egy acélgerendához, és vonóhálózni a csónak hátuljáról. A mintákat a hajó fedélzetére viszik, lefényképezik és megszámolják.
Közvetett felmérés: Nem mindig praktikus vagy kívánatos a szervezetek közvetlen megfigyelése. Ebben a helyzetben az ökológiai módszerek magukban foglalják a fajok hátrahagyott nyomainak megfigyelését. Ide tartozhatnak az állati pikkelyek, a lábnyomok és a jelenlétük egyéb mutatói.
Ökológiai kísérletek
Az ökológiai kutatási módszerek átfogó célja a magas színvonalú adatok megszerzése. Ennek érdekében gondosan meg kell tervezni a kísérleteket.
Hipotézis: Minden kísérleti tervezés első lépése egy hipotézis vagy tudományos kérdés előterjesztése. Ezután a kutatók kidolgozhatják a mintavétel részletes tervét.
A terepi munkakísérleteket befolyásoló tényezők között szerepel egy olyan terület mérete és alakja, amelyből mintát kell venni. A helyszíni méretek a kicsitől a nagyig terjednek, attól függően, hogy milyen ökológiai közösségeket vizsgálnak. Az állatökológiai kísérletek során figyelembe kell venni az állatok lehetséges mozgását és méretét.
Például a pókok számára nem lenne szükség nagy terepen történő tanulmányozásra. Ugyanez lenne a helyzet a talajkémia vagy a talaj gerinctelenek vizsgálatakor. Használhat 15 és 15 méteres méretet.
A lágyszárú növények és a kisemlősök számára akár 30 négyzetméteres szántóföldi területek is szükségesek lehetnek. A fáknak és a madaraknak szükségük lehet pár hektárra. Ha nagy, mozgó állatokat, például szarvasokat vagy medvéket tanul, ez azt jelentheti, hogy elég nagy, több hektáros területre van szükség.
A helyek számának meghatározása szintén döntő fontosságú. Egyes terepi tanulmányokhoz csak egy helyszínre lehet szükség. De ha két vagy több élőhely szerepel a vizsgálatban, két vagy több terepi hely szükséges.
Eszközök: A terepi helyszínekhez használt eszközök közé tartoznak a transzektek, a mintavételi ábrák, a plotless mintavétel, a pont módszer, a transzekt elfogás és a negyed negyed módszer. A cél az, hogy elfogulatlanul nagy mennyiségű mintákat kapjunk, hogy a statisztikai elemzések szilárdabbak legyenek. Az adatok rögzítése a terepi adatlapokon segíti az adatgyűjtést.
Egy jól megtervezett ökológiai kísérletnek egyértelmű a célja vagy a kérdése. A kutatóknak rendkívüli gondot kell fordítaniuk az elfogultság megszüntetésére a replikáció és a randomizálás révén. A vizsgált fajok és a bennük élő szervezetek ismerete a legfontosabb.
Eredmények: A befejezés után az összegyűjtött ökológiai adatokat számítógéppel kell elemezni. Háromféle ökológiai kísérlet végezhető: manipulatív, természetes és megfigyelési.
Manipulatív kísérletek
Manipulatív kísérletek azok, amelyekben a kutató megváltoztat egy tényezőt hogy lássa, hogyan befolyásolja az ökoszisztémát. Erre lehetőség van terepen vagy laboratóriumban.
Az ilyen típusú kísérletek szabályozott módon biztosítják az interferenciát. Olyan esetekben dolgoznak, amikor a terepi munka nem történhet teljes területen, különféle okokból.
A manipulatív kísérletek hátránya, hogy nem mindig reprezentatívak ahhoz, ami a természetes ökoszisztémában történne. Emellett a manipulatív kísérletek nem fedhetik fel a megfigyelt minták mögött álló mechanizmust. Ugyancsak nem könnyű változót megváltoztatni egy manipulatív kísérlet során.
Példa: Ha meg akarta volna ismerni a gyíkot ragadozás a pókok közül megváltoztathatja a gyíkok számát a burkolatokban, és tanulmányozhatja, hogy hány pók lett ebből a hatásból.
A manipulációs kísérlet nagyobb és aktuális példája a farkasok visszavezetése a Yellowstone Nemzeti Parkba. Ez az újbóli bevezetés lehetővé teszi az ökológusok számára, hogy megfigyeljék a farkasok hatását, amelyek visszatérnek az egykori normális tartományba.
A kutatók már megtudták, hogy az ökoszisztéma azonnali változása történt a farkasok újbóli bevezetése után. A jávorszarvas állomány viselkedése megváltozott. A megnövekedett jávorszarvas-mortalitás stabilabb élelmiszer-ellátást eredményezett mind a farkasok, mind a dögevők számára.
Természetes kísérletek
A természetes kísérleteket - nevükből adódóan - nem az emberek irányítják. Ezek az ökoszisztéma természet általi manipulációi. Például egy természeti katasztrófa, az éghajlatváltozás vagy az invazív fajok betelepülése nyomán maga az ökoszisztéma jelent kísérletet.
Természetesen az ilyen valós interakciók nem igazán kísérletek. Ezek a forgatókönyvek valóban lehetőséget nyújtanak az ökológusoknak arra, hogy tanulmányozzák a természeti események által az ökoszisztémában található fajokra gyakorolt hatásokat.
Példa: Az ökológusok össze tudják számolni az állatokat egy szigeten, hogy tanulmányozzák őket népesség sűrűség.
A manipulatív és a természetes kísérletek közötti fő különbség adatszempontból az, hogy a természetes kísérleteknek nincsenek kontrolljaik. Ezért néha nehezebb meghatározni az okot és az okozatot.
Ennek ellenére hasznos információk nyerhetők a természetes kísérletekből. A környezeti változók, mint például az állatok nedvességszintje és sűrűsége, továbbra is felhasználhatók adatcélokra. Ezenkívül természetes kísérletek történhetnek nagy területeken vagy hatalmas ideig. Ez tovább megkülönbözteti őket a manipulatív kísérletektől.
Sajnos az emberiség katasztrofális természeti kísérleteket okozott szerte a világon. Néhány példa ezekre: élőhelyek pusztulása, éghajlatváltozás, invazív fajok behurcolása és őshonos fajok eltávolítása.
Megfigyelési kísérletek
A megfigyelési kísérletek megfelelő replikációt igényelnek a kiváló minőségű adatokhoz. A „10-es szabály” itt érvényes; a kutatóknak minden szükséges kategóriához 10 megfigyelést kell összegyűjteni. A külső hatások még mindig akadályozhatják az adatgyűjtésre irányuló erőfeszítéseket, például az időjárási és egyéb zavarokat. 10 ismétlődő megfigyelés használata azonban hasznosnak bizonyulhat statisztikailag szignifikáns adatok megszerzéséhez.
Fontos a randomizálás, lehetőleg a megfigyelési kísérletek elvégzése előtt. Ez számítógépes táblázattal végezhető el. A randomizálás erősíti az adatgyűjtést, mert csökkenti az elfogultságot.
A randomizálást és a replikációt együtt kell használni, hogy hatékony legyen. A helyeket, a mintákat és a kezeléseket véletlenszerűen kell kiosztani a zavaros eredmények elkerülése érdekében.
Modellezés
Az ökológiai módszerek nagymértékben támaszkodnak statisztikai és matematikai modellekre. Ezek az ökológusok számára lehetővé teszik annak megjóslását, hogy az ökoszisztéma idővel hogyan változik, vagy hogyan reagál a környezet változó körülményeire.
Modellezés az ökológiai információk megfejtésének másik módját is biztosítja, ha a terepi munka nem praktikus. Valójában számos hátránya van annak, ha kizárólag a terepi munkára támaszkodunk. A terepmunka tipikusan nagy léptéke miatt a kísérleteket nem lehet pontosan megismételni. Néha még a szervezetek élettartama is sebességkorlátozó tényező a terepi munkában. További kihívások az idő, a munka és a tér.
A modellezés tehát olyan módszert biztosít, amelynek segítségével az információkat hatékonyabban ésszerűsíteni lehet.
A modellezés példái közé tartoznak az egyenletek, szimulációk, grafikonok és statisztikai elemzések. Az ökológusok modellezéssel segítenek hasznos térképek készítésében is. A modellezés lehetővé teszi az adatok számítását a mintavétel hiányosságainak pótlására. Modellezés nélkül az ökológusokat akadályozná a rengeteg elemezendő és közölendő adatmennyiség. A számítógépes modellezés lehetővé teszi az adatok viszonylag gyors elemzését.
Például egy szimulációs modell lehetővé teszi olyan rendszerek leírását, amelyek egyébként rendkívül nehézek és túl összetettek a hagyományos számításokhoz. A modellezés lehetővé teszi a tudósok számára az együttélés, a népességdinamika és az ökológia számos más aspektusának tanulmányozását. A modellezés segíthet megjósolni a döntő tervezési célokból fakadó mintákat, például az éghajlatváltozás szempontjából.
Az emberiség környezeti hatása továbbra is fennmarad. Ezért egyre fontosabb, hogy az ökológusok ökológiai kutatási módszereket alkalmazzanak a környezetre gyakorolt hatások mérséklésére.