Ekoloģisko pētījumu metodes: novērošana, eksperimentēšana un modelēšana

Ekoloģija ir pētījums par attiecībām starp organismiem un to vidi uz zemes. Šo attiecību izpētei tiek izmantotas vairākas ekoloģiskās metodes, tostarp eksperimentēšana un modelēšana.

Var izmantot manipulatīvus, dabiskus vai novērošanas eksperimentus. Modelēšana palīdz analizēt apkopotos datus.

Ekoloģija, pētījums par to, kā organismi mijiedarbojas ar savu vidi un viens otru, balstās uz vairākām citām disciplīnām. Ekoloģijas vides zinātnē ir iekļauta bioloģija, ķīmija, botānika, zooloģija, matemātika un citas jomas.

Ekoloģijā tiek pārbaudīta sugu mijiedarbība, populācijas lielums, ekoloģiskās nišas, barības tīkli, enerģijas plūsma un vides faktori. Lai to izdarītu, ekologi paļaujas uz rūpīgām metodēm, lai savāktu pēc iespējas precīzākus datus. Kad dati ir apkopoti, ekologi tos analizē savam pētījumam.

Informācija, kas iegūta, izmantojot šīs izpētes metodes, var palīdzēt ekologiem atrast cilvēku vai dabas faktoru radīto ietekmi. Pēc tam šo informāciju var izmantot, lai pārvaldītu un saglabātu ietekmētās teritorijas vai sugas.

Katrs eksperiments prasa novērošanu. Ekologiem ir jāievēro vide, tajā esošās sugas un tas, kā šīs sugas mijiedarbojas, aug un mainās. Dažādiem pētniecības projektiem nepieciešami dažāda veida novērtējumi un novērojumi.

Ekologi dažreiz izmanto a uz galda balstīts novērtējums, vai DBA, lai apkopotu un apkopotu informāciju par konkrētām interešu jomām. Šajā scenārijā ekologi izmanto informāciju, kas jau savākta no citiem avotiem.

Tomēr bieži paļaujas uz ekologiem novērošana un lauka darbs. Tas nozīmē faktiski nonākšanu interesējošā subjekta dzīvotnē, lai novērotu to dabiskajā stāvoklī. Veicot lauku apsekojumus, ekologi var izsekot sugu populācijas pieaugumam, novērot sabiedrības ekoloģija darbībā un pētīt visu jauno sugu vai citu ieviesto parādību ietekmi vidē.

Katra lauka vieta atšķirsies pēc savas būtības, formas vai citiem veidiem. Ekoloģiskās metodes pieļauj šādas atšķirības, lai novērojumiem un paraugu ņemšanai varētu izmantot dažādus rīkus. Lai apkarotu neobjektivitāti, ir ārkārtīgi svarīgi, lai paraugu ņemšana notiktu nejauši.

Novērošanas un lauka darbos iegūtie dati var būt gan kvalitatīvi, gan kvantitatīvi. Šīs divas datu klasifikācijas atšķiras dažādos veidos.

Kvalitatīvi dati: Kvalitatīvie dati attiecas uz a priekšmeta kvalitāte vai nosacījumi. Tāpēc tas ir vairāk aprakstošs datu veidā. To nav viegli izmērīt, un to savāc, novērojot.

Tā kā kvalitatīvie dati ir aprakstoši, tie var ietvert tādus aspektus kā krāsa, forma, vai debesis ir mākoņainas vai saulainas, vai citus aspektus, kā novērošanas vieta varētu izskatīties. Kvalitatīvie dati nav skaitliski kā kvantitatīvie dati. Tāpēc to uzskata par mazāk ticamu nekā kvantitatīvie dati.

Kvantitatīvie dati: Kvantitatīvie dati attiecas uz skaitliskās vērtības vai lielumi. Šāda veida datus var izmērīt, un tie parasti ir skaitļu formā. Kvantitatīvo datu piemēri var būt pH līmenis augsnē, peles skaits lauka vietā, paraugu dati, sāļuma līmeņi un cita informācija skaitliskā formā.

Ekologi izmanto statistiku, lai analizētu kvantitatīvos datus. Tāpēc to uzskata par ticamāku datu formu nekā kvalitatīvus datus.

Tiešā aptauja: Zinātnieki var tieši novērot dzīvniekus un augus viņu vidē. To sauc par tiešu aptauju. Pat vietās, kas atrodas tik tālu kā jūras dibens, ekologs var izpētīt zemūdens vidi. Tieša aptauja šajā gadījumā nozīmētu šādas vides fotografēšanu vai filmēšanu.

Dažas paraugu ņemšanas metodes, ko izmanto, lai ierakstītu jūras dzīves attēlus jūras grīdā, ir video kamanas, ūdens aizkaru kameras un Ham-Cams. Ham-Cams ir piestiprināti pie Hamon Grab, parauga kausa ierīces, ko izmanto paraugu savākšanai. Tas ir viens efektīvs veids, kā pētīt dzīvnieku populācijas.

Hamon Grab ir metode, kā savākt nogulsnes no jūras dibena, un nogulsnes tiek nogādātas laivā, lai ekologi tās šķirotu un fotografētu. Šie dzīvnieki tiks identificēti laboratorijā citur.

Papildus Hamon Grab, zemūdens savākšanas ierīcēs ietilpst rāmju tralis, ko izmanto, lai iegūtu lielākus jūras dzīvniekus. Tas nozīmē tīkla piestiprināšanu pie tērauda sijas un tralēšanu no laivas aizmugures. Paraugi tiek ienesti uz kuģa un fotografēti un saskaitīti.

Netiešā aptauja: Ne vienmēr ir praktiski vai vēlams tieši novērot organismus. Šajā situācijā ekoloģiskās metodes paredz novērot pēdas, kuras šīs sugas atstāj. Tie varētu ietvert dzīvnieku zvīņas, pēdas un citus to klātbūtnes rādītājus.

Ekoloģisko pētījumu metožu galvenais mērķis ir iegūt augstas kvalitātes datus. Lai to izdarītu, eksperimenti ir rūpīgi jāplāno.

Hipotēze: Pirmais solis jebkurā eksperimentālajā plānā ir izvirzīt hipotēzi vai zinātnisku jautājumu. Tad pētnieki var nākt klajā ar detalizētu paraugu ņemšanas plānu.

Faktori, kas ietekmē lauka eksperimentus, ietver laukuma lielumu un formu, no kura jāņem paraugi. Lauka vietas izmēri svārstās no maziem līdz ļoti lieliem, atkarībā no tā, kādas ekoloģiskās kopienas tiek pētītas. Dzīvnieku ekoloģijas eksperimentos jāņem vērā dzīvnieku iespējamā kustība un lielums.

Piemēram, zirnekļiem nav vajadzīga liela lauka izpēte. Tas pats būtu taisnība, pētot augsnes ķīmiju vai augsnes bezmugurkaulniekus. Jūs varētu izmantot izmēru 15 metri un 15 metri.

Zālaugu augiem un maziem zīdītājiem lauka vietas var būt nepieciešamas līdz 30 kvadrātmetriem. Kokiem un putniem varētu būt nepieciešami pāris hektāri. Ja pētāt lielus, kustīgus dzīvniekus, piemēram, briežus vai lāčus, tas varētu nozīmēt, ka vajadzīga diezgan liela platība - vairāki hektāri.

Izšķiroša nozīme ir arī vietņu skaita noteikšanai. Dažiem lauka pētījumiem var būt nepieciešama tikai viena vietne. Bet, ja pētījumā ir iekļauti divi vai vairāki biotopi, ir nepieciešamas divas vai vairākas lauka vietas.

Rīki: Rīki, ko izmanto lauka vietnēs, ir transekti, parauglaukumi, paraugu ņemšana bez platības, punktu metode, transekta pārtveršanas metode un punkta ceturtdaļas metode. Mērķis ir iegūt objektīvus pietiekami liela daudzuma paraugus, lai statistikas analīzes būtu drošākas. Informācijas ierakstīšana lauka datu lapās palīdz datu vākšanā.

Labi izstrādātajā ekoloģiskajā eksperimentā būs skaidri norādīts mērķis vai jautājums. Pētniekiem vajadzētu būt ārkārtīgi uzmanīgiem, lai novērstu neobjektivitāti, nodrošinot gan replikāciju, gan randomizāciju. Zināšanas par pētāmām sugām, kā arī organismiem tajās ir vissvarīgākās.

Rezultāti: Pēc pabeigšanas savāktie ekoloģiskie dati jāanalizē ar datoru. Var veikt trīs veidu ekoloģiskos eksperimentus: manipulatīvus, dabiskus un novērošanas.

Manipulatīvie eksperimenti ir tie, kuros pētnieks maina koeficientu lai redzētu, kā tas ietekmē ekosistēmu. To ir iespējams izdarīt laukā vai laboratorijā.

Šāda veida eksperimenti nodrošina traucējumus kontrolētā veidā. Viņi strādā gadījumos, kad lauka darbi dažādu iemeslu dēļ nevar notikt visā apgabalā.

Manipulatīvo eksperimentu negatīvie aspekti ir tādi, ka tie ne vienmēr ir raksturīgi tam, kas notiktu dabiskajā ekosistēmā. Turklāt manipulatīvie eksperimenti, iespējams, neatklāj novēroto modeļu mehānismu. Arī manipulatīvā eksperimentā nav viegli mainīt mainīgos.

Piemērs: Ja vēlaties uzzināt par ķirzaku plēsība no zirnekļiem, jūs varētu mainīt ķirzaku skaitu aplokos un izpētīt, cik zirnekļu radīja šis efekts.

Lielāks un aktuāls manipulācijas eksperimenta piemērs ir vilku atkalievešana Jeloustounas nacionālajā parkā. Šī reintrodukcija ļauj ekologiem novērot, kā vilki atgriežas līdz kādreizējam normālajam diapazonam.

Jau pētnieki ir uzzinājuši, ka tūlīt pēc vilku atjaunošanas ekosistēmā notika izmaiņas. Aļņu ganāmpulku uzvedība mainījās. Palielināta aļņu mirstība noveda pie stabilākas pārtikas piegādes gan vilkiem, gan ēdējiem.

Dabiskos eksperimentus, kā norāda viņu nosaukums, nevada cilvēki. Tās ir dabas izraisītas ekosistēmas manipulācijas. Piemēram, pēc dabas katastrofas, klimata izmaiņām vai invazīvu sugu ieviešanas pati ekosistēma ir eksperiments.

Protams, reālā pasaules mijiedarbība, kāda tā ir, patiesībā nav eksperimenti. Šie scenāriji sniedz ekologiem iespējas izpētīt dabas notikumu ietekmi uz ekosistēmas sugām.

Piemērs: Ekologi varētu veikt salu dzīvnieku skaitīšanu, lai pētītu viņu dzīvniekus populācija blīvums.

Galvenā atšķirība starp manipulatīvajiem un dabiskajiem eksperimentiem no datu viedokļa ir tā, ka dabiskajiem eksperimentiem nav kontroles. Tāpēc dažreiz ir grūtāk noteikt cēloni un sekas.

Neskatoties uz to, no dabiskiem eksperimentiem var iegūt noderīgu informāciju. Datu vajadzībām joprojām var izmantot vides mainīgos, piemēram, dzīvnieku mitruma līmeni un blīvumu. Dabiski eksperimenti var notikt arī lielos apgabalos vai plašā laika posmā. Tas viņus vēl vairāk atšķir no manipulatīviem eksperimentiem.

Diemžēl cilvēce visā pasaulē ir izraisījusi katastrofālus dabas eksperimentus. Daži no tiem ir biotopu degradācija, klimata pārmaiņas, invazīvu sugu ieviešana un vietējo sugu likvidēšana.

Novērošanas eksperimenti prasa adekvātu augstas kvalitātes datu atkārtošanu. Šeit tiek piemērots “noteikums 10”; pētniekiem vajadzētu savākt 10 novērojumus par katru nepieciešamo kategoriju. Ārējā ietekme joprojām var kavēt centienus vākt datus, piemēram, laika apstākļus un citus traucējumus. Tomēr, izmantojot 10 atkārtojošus novērojumus, var izrādīties noderīgi iegūt statistiski nozīmīgus datus.

Ir svarīgi veikt randomizāciju, vēlams pirms novērošanas eksperimentu veikšanas. To var izdarīt ar izklājlapu datorā. Randomizācija stiprina datu vākšanu, jo tā samazina neobjektivitāti.

Randomizācija un replikācija ir jāizmanto kopā, lai tā būtu efektīva. Vietas, paraugi un apstrādes būtu jāpiešķir nejauši, lai izvairītos no neskaidriem rezultātiem.

Ekoloģiskās metodes lielā mērā balstās uz statistikas un matemātikas modeļiem. Tie sniedz ekologiem iespēju prognozēt, kā laika gaitā mainīsies ekosistēma vai reaģēs uz mainīgajiem vides apstākļiem.

Modelēšana piedāvā arī citu veidu, kā atšifrēt ekoloģisko informāciju, ja lauka darbs nav praktisks. Faktiski ir vairāki trūkumi, ja paļaujas tikai uz lauka darbu. Tā kā lauka darbs parasti ir liels, eksperimentus nav iespējams precīzi atkārtot. Dažreiz pat organismu dzīves ilgums ir ātrumu ierobežojošs faktors lauka darbiem. Citas problēmas ir laiks, darbs un telpa.

Tāpēc modelēšana nodrošina metodi, kā efektīvāk racionalizēt informāciju.

Modelēšanas piemēri ietver vienādojumus, simulācijas, grafikus un statistisko analīzi. Ekologi izmanto modelēšanu, lai izveidotu arī noderīgas kartes. Modelēšana ļauj aprēķināt datus, lai aizpildītu paraugu ņemšanas nepilnības. Bez modelēšanas ekologus apgrūtinātu milzīgais datu daudzums, kas jāanalizē un jāpaziņo. Datoru modelēšana ļauj salīdzinoši ātri analizēt datus.

Piemēram, simulācijas modelis ļauj aprakstīt sistēmas, kas citādi būtu ārkārtīgi sarežģītas un pārāk sarežģītas tradicionālajam aprēķinam. Modelēšana ļauj zinātniekiem izpētīt līdzāspastāvēšanu, populācijas dinamiku un daudzus citus ekoloģijas aspektus. Modelēšana var palīdzēt prognozēt modeļus izšķirošiem plānošanas mērķiem, piemēram, klimata pārmaiņām.

Cilvēces ietekme uz vidi turpināsies. Tāpēc ekologiem kļūst arvien svarīgāk izmantot ekoloģiskās izpētes metodes, lai atrastu veidus, kā mazināt ietekmi uz vidi.