Ekologinių tyrimų metodai: stebėjimas, eksperimentavimas ir modeliavimas

Ekologija yra organizmų ir jų aplinkos santykio žemėje tyrimas. Šiam ryšiui tirti naudojami keli ekologiniai metodai, įskaitant eksperimentus ir modeliavimą.

Gali būti naudojami manipuliaciniai, natūralūs ar stebėjimo eksperimentai. Modeliavimas padeda analizuoti surinktus duomenis.

Ekologijatyrimas, kaip organizmai sąveikauja su aplinka ir vienas kitu, remiasi keliomis kitomis disciplinomis. Ekologijos aplinkos mokslas apima biologiją, chemiją, botaniką, zoologiją, matematiką ir kitas sritis.

Ekologija tiria rūšių sąveiką, populiacijos dydį, ekologines nišas, maisto tinklus, energijos srautus ir aplinkos veiksnius. Norėdami tai padaryti, ekologai remiasi kruopščiais metodais, kad surinktų kuo tikslesnius duomenis. Surinkus duomenis, ekologai juos analizuoja atlikdami tyrimus.

Informacija, gauta taikant šiuos tyrimo metodus, gali padėti ekologams surasti žmogaus ar natūralių veiksnių poveikį. Ši informacija gali būti naudojama padėti valdyti ir išsaugoti paveiktas teritorijas ar rūšis.

Kiekvienas eksperimentas reikalauja stebėjimo. Ekologai turi stebėti aplinką, joje esančias rūšis ir tai, kaip tos rūšys sąveikauja, auga ir keičiasi. Skirtingiems mokslinių tyrimų projektams reikalingi skirtingi vertinimai ir stebėjimai.

Ekologai kartais naudoja a stalo vertinimas, arba DBA, rinkti ir apibendrinti informaciją apie konkrečias interesų sritis. Pagal šį scenarijų ekologai naudoja jau iš kitų šaltinių surinktą informaciją.

Tačiau dažnai ekologai pasikliauja stebėjimas ir lauko darbai. Tai reiškia, kad iš tikrųjų reikia patekti į dominančio subjekto buveinę ir stebėti ją natūralioje būsenoje. Atlikdami lauko tyrimus, ekologai gali stebėti rūšių populiacijos augimą, stebėti bendruomenės ekologija ir tirti naujų rūšių ar kitų įneštų reiškinių poveikį aplinkai.

Kiekviena lauko vieta skirsis savo pobūdžiu, forma ar kitais būdais. Ekologiniai metodai leidžia tokius skirtumus, kad stebėjimams ir mėginių ėmimui būtų galima naudoti skirtingas priemones. Labai svarbu, kad mėginiai būtų imami atsitiktinai, siekiant kovoti su šališkumu.

Stebėjimo ir lauko darbų metu gauti duomenys gali būti tiek kokybiniai, tiek kiekybiniai. Šios dvi duomenų klasifikacijos skiriasi skirtingais būdais.

Kokybiniai duomenys: Kokybiniai duomenys nurodo a dalyko kokybė ar sąlygos. Todėl tai daugiau aprašomasis duomenų forma. Jis nėra lengvai matuojamas ir surenkamas stebint.

Kadangi kokybiniai duomenys yra aprašomieji, jie gali apimti tokius aspektus kaip spalva, forma, ar dangus debesuotas ar saulėtas, ar kitus aspektus, kaip gali atrodyti stebėjimo vieta. Kokybiniai duomenys nėra skaitiniai, kaip ir kiekybiniai duomenys. Todėl tai laikoma mažiau patikima nei kiekybiniai duomenys.

Kiekybiniai duomenys: Kiekybiniai duomenys nurodo skaitinės vertės ar dydžiai. Tokio tipo duomenis galima išmatuoti ir paprastai pateikti skaičiais. Kiekybinių duomenų pavyzdžiai gali būti pH lygis dirvožemyje, pelių skaičius lauko vietoje, mėginio duomenys, druskingumo lygis ir kita skaitmenine informacija.

Ekologai naudoja statistiką kiekybiniams duomenims analizuoti. Todėl tai laikoma patikimesne duomenų forma nei kokybiniai duomenys.

Tiesioginė apklausa: Mokslininkai gali tiesiogiai stebėti gyvūnus ir augalus jų aplinkoje. Tai vadinama tiesiogine apklausa. Net atokesnėse vietose kaip jūros dugnas ekologas gali ištirti povandeninę aplinką. Tiesioginis tyrimas šiuo atveju reikštų tokios aplinkos fotografavimą ar filmavimą.

Kai kurie mėginių ėmimo metodai, naudojami užfiksuoti jūros gyvenimo vaizdus jūros dugne, yra vaizdo rogės, vandens užuolaidų kameros ir „Ham-Cams“. „Ham-Cams“ yra pritvirtinti prie „Hamon Grab“ - mėginių rinkimo prietaiso, naudojamo mėginiams rinkti. Tai yra vienas efektyvus būdas tirti gyvūnų populiacijas.

„Hamon Grab“ yra nuosėdų surinkimo iš jūros dugno metodas. Nuosėdos yra paimamos į valtį, kad ekologai galėtų jas surūšiuoti ir fotografuoti. Šie gyvūnai bus identifikuoti laboratorijoje kitur.

Be „Hamon Grab“, povandeniniuose rinkimo įtaisuose yra sijų tralas, naudojamas didesniems jūros gyvūnams gauti. Tai reiškia, kad tinklą reikia pritvirtinti prie plieninės sijos ir traluoti iš valties galo. Mėginiai atnešami į valtį, nufotografuojami ir suskaičiuojami.

Netiesioginė apklausa: Ne visada praktiška ar pageidautina tiesiogiai stebėti organizmus. Šioje situacijoje taikant ekologinius metodus reikia stebėti tų rūšių paliekamus pėdsakus. Tai gali būti gyvūnų šepetys, pėdsakai ir kiti jų buvimo rodikliai.

Ekologinių tyrimų metodų pagrindinis tikslas yra gauti aukštos kokybės duomenis. Norėdami tai padaryti, eksperimentai turi būti kruopščiai suplanuoti.

Hipotezė: Pirmasis bet kokio eksperimentinio projekto etapas yra hipotezės ar mokslinio klausimo pateikimas. Tada tyrėjai gali pateikti išsamų mėginių ėmimo planą.

Veiksniai, turintys įtakos lauko darbų eksperimentams, yra ploto, kurį reikia atrinkti, dydis ir forma. Lauko vietos dydžiai svyruoja nuo mažų iki labai didelių, atsižvelgiant į tai, kokios ekologinės bendruomenės yra tiriamos. Gyvūnų ekologijos eksperimentuose turi būti atsižvelgiama į galimą gyvūnų judėjimą ir dydį.

Pavyzdžiui, vorams nereikėtų didelių lauko vietų tyrimams. Tas pats būtų ir tiriant dirvožemio chemiją ar dirvos bestuburius. Galite naudoti 15 metrų 15 metrų dydį.

Žoliniams augalams ir mažiems žinduoliams gali prireikti iki 30 kvadratinių metrų ploto laukų. Medžiams ir paukščiams gali prireikti poros hektarų. Jei studijuojate stambius, judrius gyvūnus, tokius kaip elniai ar meškos, tai gali reikšti gana didelį kelių hektarų plotą.

Taip pat labai svarbu nuspręsti dėl vietų skaičiaus. Kai kuriems lauko tyrimams gali prireikti tik vienos svetainės. Bet jei į tyrimą įtraukiamos dvi ar daugiau buveinių, reikia dviejų ar daugiau lauko vietų.

Įrankiai: Lauko vietoms naudojami įrankiai apima transektus, mėginių ėmimo schemas, mėginių ėmimą be plotų, taško metodą, transekto perėmimo metodą ir taško ketvirčio metodą. Tikslas yra gauti nešališkus pakankamai didelio kiekio pavyzdžius, kad statistinė analizė būtų patikimesnė. Informacijos įrašymas į lauko duomenų lapus padeda rinkti duomenis.

Gerai suplanuotas ekologinis eksperimentas turės aiškų tikslą ar klausimą. Mokslininkai turėtų nepaprastai stengtis pašalinti šališkumą teikdami replikaciją ir atsitiktinę atranką. Žinios apie tiriamas rūšis ir jose esančius organizmus yra svarbiausios.

Rezultatai: Užbaigus surinktus ekologinius duomenis reikia analizuoti kompiuteriu. Galima atlikti trijų tipų ekologinius eksperimentus: manipuliacinius, natūralius ir stebėjimo.

Manipuliaciniai eksperimentai yra tie, kuriuose tyrėjas keičia faktorių pamatyti, kaip tai veikia ekosistemą. Tai galima padaryti lauke ar laboratorijoje.

Tokio tipo eksperimentai trukdo kontroliuojami. Jie dirba tais atvejais, kai lauko darbai negali vykti visoje teritorijoje dėl įvairių priežasčių.

Manipuliacinių eksperimentų trūkumas yra tas, kad jie ne visada atspindi tai, kas nutiks natūralioje ekosistemoje. Be to, manipuliaciniai eksperimentai gali neatskleisti jokių pastebėtų modelių mechanizmo. Taip pat nėra lengva pakeisti kintamuosius atliekant manipuliacinį eksperimentą.

Pavyzdys: Jei norėtumėte sužinoti apie driežą plėšrumas vorų, galite pakeisti driežų skaičių aptvaruose ir ištirti, kiek vorų atsirado dėl šio efekto.

Didesnis ir dabartinis manipuliavimo eksperimento pavyzdys yra vilkų sugrąžinimas į Jeloustouno nacionalinį parką. Šis pakartotinis įvedimas leidžia ekologams stebėti vilkų, grįžtančių į kadaise buvusį įprastą, poveikį.

Mokslininkai jau sužinojo, kad nedelsiant ekosistema pasikeitė, kai vilkai buvo vėl įvežti. Briedžių bandos elgesys pasikeitė. Padidėjęs briedžių mirtingumas leido stabiliau tiekti maistą tiek vilkams, tiek mėsos valgytojams.

Natūralūs eksperimentai, kaip rodo jų pavadinimas, nėra žmonių vadovaujami. Tai yra gamtos sukeltos manipuliacijos ekosistema. Pavyzdžiui, po stichinės nelaimės, klimato kaitos ar invazinių rūšių įvedimo pati ekosistema yra eksperimentas.

Žinoma, tokia realaus pasaulio sąveika nėra eksperimentai. Šie scenarijai suteikia ekologams galimybių ištirti gamtos įvykių poveikį ekosistemos rūšims.

Pavyzdys: Ekologai galėtų surašyti gyvūnus saloje, kad galėtų juos ištirti gyventojų tankis.

Pagrindinis skirtumas tarp manipuliacinių ir natūralių eksperimentų iš duomenų perspektyvos yra tas, kad natūralūs eksperimentai neturi kontrolės. Todėl kartais sunkiau nustatyti priežastį ir pasekmę.

Nepaisant to, iš natūralių eksperimentų galima gauti naudingos informacijos. Duomenų tikslais vis dar galima naudoti aplinkos kintamuosius, tokius kaip gyvūnų drėgmės lygis ir tankumas. Be to, natūralūs eksperimentai gali vykti dideliuose plotuose ar didžiuliuose laiko ruožuose. Tai juos dar labiau skiria nuo manipuliacinių eksperimentų.

Deja, žmonija visame pasaulyje sukėlė katastrofiškų gamtos eksperimentų. Kai kurie iš jų yra buveinių degradacija, klimato kaita, invazinių rūšių introdukcija ir vietinių rūšių pašalinimas.

Stebėjimo eksperimentams reikia tinkamai pakartoti aukštos kokybės duomenis. Čia galioja „10 taisyklė“; tyrėjai turėtų surinkti po 10 stebėjimų kiekvienai kategorijai. Išorinė įtaka vis tiek gali trukdyti pastangoms rinkti duomenis, pvz., Orui ir kitiems trikdžiams. Tačiau naudojant 10 pakartojamų stebėjimų gali būti naudinga gauti statistiškai reikšmingus duomenis.

Svarbu atlikti atsitiktinių imčių parinkimą, pageidautina prieš atliekant stebėjimo eksperimentus. Tai galima padaryti naudojant skaičiuoklę kompiuteryje. Randomizavimas sustiprina duomenų rinkimą, nes sumažina šališkumą.

Kad būtų veiksminga, atsitiktinių imčių ir atkartojimo priemonės turėtų būti naudojamos kartu. Vietos, mėginiai ir gydymas turėtų būti parinkti atsitiktine tvarka, kad būtų išvengta painių rezultatų.

Ekologiniai metodai labai priklauso nuo statistinių ir matematinių modelių. Tai suteikia ekologams galimybę numatyti, kaip ekosistema laikui bėgant pasikeis ar reaguos į besikeičiančias aplinkos sąlygas.

Modeliavimas taip pat pateikia kitą būdą iššifruoti ekologinę informaciją, kai lauko darbai nėra praktiški. Tiesą sakant, pasikliauti vien lauko darbais yra keletas trūkumų. Dėl paprastai didelio lauko darbų masto neįmanoma tiksliai pakartoti eksperimentų. Kartais net organizmų gyvenimo trukmė yra ribojantis veiksnys lauko darbams. Kiti iššūkiai yra laikas, darbas ir erdvė.

Todėl modeliavimas pateikia metodą, kaip efektyvinti informaciją.

Modeliavimo pavyzdžiai yra lygtys, modeliavimas, grafikai ir statistinė analizė. Ekologai naudoja modeliavimą ir naudingiems žemėlapiams kurti. Modeliavimas leidžia apskaičiuoti duomenis, kad būtų užpildytos atrankos spragos. Be modeliavimo ekologams trukdytų didžiulis duomenų kiekis, kurį reikia išanalizuoti ir perduoti. Kompiuterinis modeliavimas leidžia palyginti greitai analizuoti duomenis.

Pavyzdžiui, imitacinis modelis leidžia aprašyti sistemas, kurios kitu atveju būtų labai sudėtingos ir pernelyg sudėtingos tradiciniam skaičiavimui. Modeliavimas leidžia mokslininkams tirti sambūvį, populiacijos dinamiką ir daugelį kitų ekologijos aspektų. Modeliavimas gali padėti numatyti modelius svarbiausiais planavimo tikslais, pvz., Dėl klimato kaitos.

Žmonijos poveikis aplinkai išliks. Todėl ekologams tampa vis svarbiau naudoti ekologinių tyrimų metodus ieškant būdų, kaip sušvelninti poveikį aplinkai.