שיטות מחקר אקולוגיות: התבוננות, ניסויים ודוגמנות

אֵקוֹלוֹגִיָה הוא חקר הקשר בין אורגניזמים וסביבתם על פני כדור הארץ. מספר שיטות אקולוגיות משמשות לחקר הקשר הזה, כולל התנסות ודוגמנות.

ניתן להשתמש בניסויים מניפולטיביים, טבעיים או תצפיתיים. דוגמנות עוזרת בניתוח הנתונים שנאספו.

אֵקוֹלוֹגִיָההמחקר על האופן שבו אורגניזמים מתקשרים עם סביבתם וזה עם זה, מסתמך על כמה תחומים אחרים. מדעי הסביבה של אקולוגיה משלבים ביולוגיה, כימיה, בוטניקה, זואולוגיה, מתמטיקה ותחומים אחרים.

אקולוגיה בוחנת אינטראקציות בין מינים, גודל אוכלוסייה, נישות אקולוגיות, קורי מזון, זרימת אנרגיה וגורמים סביבתיים. על מנת לעשות זאת, אקולוגים מסתמכים על שיטות זהירות לאיסוף הנתונים המדויקים ביותר שהם יכולים. לאחר איסוף הנתונים, אקולוגים מנתחים אותם לצורך מחקרם.

המידע הנצבר משיטות מחקר אלה יכול לעזור לאקולוגים למצוא השפעות הנגרמות על ידי בני אדם או גורמים טבעיים. ניתן להשתמש במידע זה בכדי לסייע בניהול ושימור אזורים או מינים מושפעים.

כֹּל לְנַסוֹת דורש התבוננות. על אקולוגים להתבונן בסביבה, במינים שבתוכה ובאופן שבו מינים אלה מתקשרים, גדלים ומשתנים. פרויקטים מחקריים שונים דורשים סוגים שונים של הערכות ותצפיות.

לפעמים אקולוגים משתמשים בא הערכה מבוססת שולחן, או DBA, לאיסוף ולסיכום מידע על תחומי עניין ספציפיים. בתרחיש זה, אקולוגים משתמשים במידע שכבר נאסף ממקורות אחרים.

לעתים קרובות, עם זאת, אקולוגים מסתמכים על כך תצפית ועבודת שטח. זה כרוך בפועל להיכנס לבית הגידול של נושא העניין להתבונן בו במצבו הטבעי. על ידי ביצוע סקרי שטח, אקולוגים יכולים לעקוב אחר גידול אוכלוסין של מינים, להתבונן אקולוגיה קהילתית בפעולה ולחקור את ההשפעה של כל מין חדש או תופעות שהוצגו בסביבה.

כל אתר שדה שונה במהותו, בצורתו או בדרכים אחרות. שיטות אקולוגיות מאפשרות הבדלים כאלה, כך שניתן להשתמש בכלים שונים לתצפיות ולדגימה. חיוני כי הדגימה תתבצע באופן אקראי כדי להילחם בהטיה.

הנתונים המתקבלים מתצפית ועבודה בשטח יכולים להיות איכותיים או כמותיים. שני סיווגי הנתונים הללו משתנים בדרכים שונות.

נתונים איכותיים: נתונים איכותיים מתייחסים לא איכות הנושא או התנאים. לכן זה יותר תיאור צורת נתונים. זה לא נמדד בקלות, והוא נאסף על ידי תצפית.

מכיוון שנתונים איכותניים הם תיאוריים, הם עשויים לכלול היבטים כמו צבע, צורה, בין אם השמים מעוננים או שטופי שמש, או היבטים אחרים לאופן שבו אתר תצפית עשוי להיראות. נתונים איכותיים אינם מספריים כמו נתונים כמותיים. לכן הוא נחשב פחות אמין מנתונים כמותיים.

מידע כמותי: נתונים כמותיים מתייחסים ל ערכים מספריים או כמויות. ניתן למדוד סוגים אלה של נתונים ולרוב הם בצורת מספר. דוגמאות לנתונים כמותיים עשויות לכלול רמות pH בקרקע, מספר העכברים באתר שדה, נתוני מדגם, רמות מליחות ומידע אחר בצורה מספרית.

אקולוגים משתמשים בסטטיסטיקה לניתוח נתונים כמותיים. לכן הוא נחשב לצורת נתונים אמינה יותר מאשר לנתונים איכותיים.

סקר ישיר: מדענים יכולים לצפות ישירות בבעלי חיים ובצמחים בסביבתם. זה נקרא סקר ישיר. אפילו במקומות מרוחקים כמו קרקעית ים, אקולוג יכול לחקור את הסביבה התת-מימית. סקר ישיר במקרה זה יכלול צילום או צילום סביבה כזו.

כמה משיטות הדגימה המשמשות להקלטת תמונות על חיי הים על קרקעית הים כוללות מזחלות וידיאו, מצלמות וילון מים ו- Ham-Cams. Ham-Cams מחוברים ל- Hamon Grab, מכשיר דלי לדוגמא המשמש לאיסוף דגימות. זוהי דרך יעילה אחת לחקר אוכלוסיות בעלי חיים.

תפיסת המון היא שיטה לאיסוף משקעים מקרקעית הים, והמשקע נלקח לסירה שאותם אקולוגים ימיינו ויצלמו. בעלי חיים אלה יזוהו במעבדה במקום אחר.

בנוסף לתפיסת המון, מכשירים לאיסוף תת-ימי כוללים סלילת קרן המשמשת להשגת חיות ים גדולות יותר. זה כרוך בהצמדת רשת לקורת פלדה וטרירה מגב סירה. הדוגמאות מובאות על סיפון הסירה ומצטלמות ונמנות.

סקר עקיף: לא תמיד מעשי או רצוי לצפות ישירות באורגניזמים. במצב זה, שיטות אקולוגיות כרוכות בתצפית על העקבות שאותם משאירים מינים. אלה יכולים לכלול סריקת בעלי חיים, טביעות רגל ואינדיקטורים אחרים לנוכחותם.

מטרת העל של שיטות אקולוגיות למחקר היא להשיג נתונים איכותיים. על מנת לעשות זאת, יש לתכנן בקפידה ניסויים.

הַשׁעָרָה: השלב הראשון בכל תכנון ניסיוני הוא לבוא עם השערה או שאלה מדעית. לאחר מכן, החוקרים יכולים להמציא תוכנית מפורטת לדגימה.

גורמים המשפיעים על ניסויים בעבודה בשטח כוללים את הגודל והצורה של אזור שיש לדגום. גדלי אתרי השדה נעים בין קטנים לגדולים מאוד, תלוי אילו קהילות אקולוגיות נחקרות. ניסויים באקולוגיה של בעלי חיים חייבים לקחת בחשבון פוטנציאל תנועה וגודל של בעלי חיים.

לדוגמא, עכבישים לא ידרשו אתר שדה גדול לצורך לימוד. הדבר נכון גם כאשר לומדים כימיה בקרקע או חסרי חוליות בקרקע. אתה יכול להשתמש בגודל של 15 מטר על 15 מטר.

צמחים עשבי תיבול ויונקים קטנים עשויים לדרוש אתרי שדה של עד 30 מ"ר. עצים וציפורים עשויים להזדקק לכמה דונם. אם אתה לומד חיות גדולות וניידות, כמו צבאים או דובים, זה יכול להיות שאתה זקוק לשטח די גדול של כמה דונם.

ההחלטה על מספר האתרים היא גם מכריעה. חלק מלימודי השטח עשויים לדרוש אתר אחד בלבד. אך אם נכללים במחקר שני בתי גידול או יותר, יש צורך בשני אתרי שטח או יותר.

כלים: הכלים המשמשים לאתרי שדה כוללים טרנסקטים, חלקות דגימה, דגימה ללא עלילה, שיטת הנקודה, שיטת יירוט חיתוך ושיטת רבע הנקודה. המטרה היא לקבל דוגמאות חסרות פניות של כמות מספיק גבוהה שהניתוחים הסטטיסטיים יהיו יותר בריאים. הקלטת מידע בגיליונות נתונים בשטח מסייעת באיסוף הנתונים.

לניסוי אקולוגי מתוכנן היטב תהיה אמירה ברורה של מטרה או שאלה. החוקרים צריכים לנקוט בזהירות יוצאת דופן כדי להסיר הטיה על ידי מתן שכפול וגם אקראיות. הידע על המינים הנחקרים כמו גם על האורגניזמים שבתוכם הוא בעל חשיבות עליונה.

תוצאות: עם השלמתם יש לנתח נתונים אקולוגיים שנאספו באמצעות מחשב. ישנם שלושה סוגים של ניסויים אקולוגיים שניתן לבצע: מניפולטיביים, טבעיים ותצפיתיים.

ניסויים מניפולטיביים הם אלה בהם החוקר משנה גורם לראות כיצד זה משפיע על מערכת אקולוגית. אפשר לעשות זאת בשטח או במעבדה.

ניסויים מסוג זה מספקים הפרעה בצורה מבוקרת. הם עובדים במקרים בהם עבודת שטח לא יכולה להתרחש על שטח שלם, מסיבות שונות.

החיסרון של ניסויים מניפולטיביים הוא שהם לא תמיד מייצגים את מה שיקרה במערכת האקולוגית הטבעית. בנוסף, ניסויים מניפולטיביים עשויים שלא לחשוף את המנגנון שמאחורי דפוסים שנצפו. לא קל גם לשנות משתנים בניסוי מניפולטיבי.

דוגמא: אם רצית ללמוד על לטאה טורף של עכבישים, תוכלו לשנות את מספר הלטאות במתחמים וללמוד כמה עכבישים נבעו מהשפעה זו.

דוגמה גדולה ונוכחת יותר לניסוי מניפולציה היא הכנסת זאבים לפארק הלאומי ילוסטון. הכניסה המחודשת הזו מאפשרת לאקולוגים לבחון את השפעתם של זאבים שחזרו לטווח הרגיל שלהם.

כבר כעת, החוקרים למדו כי שינוי מיידי במערכת האקולוגית התרחש לאחר הכנסת זאבים מחדש. התנהגויות עדר האיילים השתנו. תמותת איילים מוגברת הובילה לאספקת מזון יציבה יותר עבור זאבים ואוכלי נבלות.

ניסויים טבעיים, כשמם, אינם מופנים על ידי בני אדם. אלה מניפולציות של מערכת אקולוגית הנגרמת על ידי הטבע. לדוגמא, בעקבות אסון טבע, שינויי אקלים או הכנסת מינים פולשנית, המערכת האקולוגית עצמה מייצגת ניסוי.

כמובן, אינטראקציות בעולם האמיתי כמו אלה אינן ניסויים באמת. תרחישים אלה אכן מספקים לאקולוגים הזדמנות לחקור את ההשפעות שיש לאירועים טבעיים על מינים במערכת אקולוגית.

דוגמא: אקולוגים יכלו לערוך מפקד של בעלי חיים באי כדי לחקור אותם אוּכְלוֹסִיָה צְפִיפוּת.

ההבדל העיקרי בין ניסויים מניפולטיביים וטבעיים מנקודת מבט נתונים הוא שלניסויים טבעיים אין בקרות. לכן לפעמים קשה יותר לקבוע סיבה ותוצאה.

עם זאת, ניתן להשיג מידע שימושי מניסויים טבעיים. משתנים סביבתיים כמו רמות לחות וצפיפות של בעלי חיים עדיין יכולים לשמש למטרות נתונים. בנוסף, ניסויים טבעיים יכולים להתרחש על פני שטחים גדולים או פרקי זמן עצומים. זה מבדיל אותם עוד יותר מניסויים מניפולטיביים.

למרבה הצער, האנושות גרמה לניסויים טבעיים קטסטרופליים ברחבי העולם. כמה דוגמאות לכך כוללות השפלה של בתי גידול, שינויי אקלים, הכנסת מינים פולשניים והסרת מינים מקומיים.

ניסויי תצפית דורשים שכפול מתאים לנתונים באיכות גבוהה. "הכלל של 10" חל כאן; החוקרים צריכים לאסוף 10 תצפיות עבור כל קטגוריה נדרשת. השפעות חיצוניות עדיין יכולות לעכב את המאמצים לאיסוף נתונים, כגון מזג אוויר והפרעות אחרות. עם זאת, שימוש בעשרה תצפיות משכפלות יכול להועיל להשגת נתונים משמעותיים סטטיסטית.

חשוב לבצע אקראיות, רצוי לפני ביצוע ניסויים תצפיתיים. ניתן לעשות זאת באמצעות גיליון אלקטרוני במחשב. רנדומיזציה מחזקת את איסוף הנתונים מכיוון שהיא מפחיתה הטיה.

יש להשתמש באקראי ובשכפול יחד כדי להיות יעילים. יש להקצות אתרים, דגימות וטיפולים באופן אקראי כדי למנוע תוצאות מבולבלות.

שיטות אקולוגיות נשענות במידה רבה על מודלים סטטיסטיים ומתמטיים. אלה מספקים לאקולוגים דרך לחזות כיצד מערכת אקולוגית תשתנה לאורך זמן או תגיב לתנאים המשתנים בסביבה.

דוּגמָנוּת מספק גם דרך נוספת לפענוח מידע אקולוגי כאשר עבודה בשטח אינה מעשית. למעשה, ישנם מספר חסרונות להסתמך אך ורק על עבודת שטח. בגלל היקף העבודה הגדול בדרך כלל, לא ניתן לשכפל ניסויים במדויק. לפעמים אפילו אורך החיים של אורגניזמים הוא גורם מגביל קצב לעבודה בשטח. אתגרים אחרים כוללים זמן, עבודה ומרחב.

אם כן, דוגמנות מספקת שיטה בה ניתן לייעל מידע בצורה יעילה יותר.

דוגמאות לדוגמנות כוללות משוואות, סימולציות, גרפים וניתוחים סטטיסטיים. אקולוגים משתמשים בדוגמנות גם לייצור מפות מועילות. הדוגמנות מאפשרת חישובי נתונים כדי להשלים פערים מהדגימה. ללא דוגמנות, אקולוגים יופגעו מכמות הנתונים העצומה שיש לנתח ולהעביר. מודלים ממוחשבים מאפשרים ניתוח מהיר יחסית של נתונים.

מודל סימולציה, למשל, מאפשר תיאור של מערכות שאחרת היו קשות ומורכבות ביותר לחישוב מסורתי. דוגמנות מאפשרת למדענים ללמוד דו קיום, דינמיקת אוכלוסייה והיבטים רבים אחרים של אקולוגיה. דוגמנות יכולה לסייע בחיזוי דפוסים למטרות תכנון מכריעות, כמו למשל לשינוי אקלים.

ההשפעה של האנושות על הסביבה תימשך. לפיכך, חשוב יותר לאקולוגים להשתמש בשיטות מחקר אקולוגיות כדי למצוא דרכים למתן את ההשפעות על הסביבה.