Metode de cercetare ecologică: observare, experimentare și modelare

Ecologie este studiul relației dintre organisme și mediul lor de pe pământ. Mai multe metode ecologice sunt folosite pentru a studia această relație, inclusiv experimentarea și modelarea.

Pot fi utilizate experimente manipulative, naturale sau observaționale. Modelarea ajută la analiza datelor colectate.

Ecologie, studiul modului în care organismele interacționează cu mediul lor și unul cu celălalt, se bazează pe alte câteva discipline. Știința ecologică a mediului încorporează biologie, chimie, botanică, zoologie, matematică și alte domenii.

Ecologia examinează interacțiunile speciilor, dimensiunea populației, nișele ecologice, rețelele alimentare, fluxul de energie și factorii de mediu. Pentru a face acest lucru, ecologii se bazează pe metode atente pentru a colecta cele mai exacte date pe care le pot. Odată colectate datele, ecologiștii le analizează pentru cercetarea lor.

Informațiile obținute din aceste metode de cercetare pot ajuta apoi ecologiștii să găsească impacturi cauzate de oameni sau factori naturali. Aceste informații pot fi apoi utilizate pentru a ajuta la gestionarea și conservarea zonelor sau speciilor afectate.

Fiecare experiment necesită observare. Ecologiștii trebuie să observe mediul înconjurător, speciile din el și modul în care acele specii interacționează, cresc și se schimbă. Diferite proiecte de cercetare necesită diferite tipuri de evaluări și observații.

Ecologiștii folosesc uneori un evaluare pe birou, sau DBA, pentru a colecta și a rezuma informații despre anumite domenii de interes. În acest scenariu, ecologiștii folosesc informații deja colectate din alte surse.

Totuși, de multe ori, ecologii se bazează observarea și munca pe teren. Aceasta implică de fapt intrarea în habitatul subiectului de interes pentru a-l observa în starea sa naturală. Făcând studii de teren, ecologiștii pot urmări creșterea populației speciilor, observă ecologie comunitară în acțiune și studiați impactul oricărei specii noi sau a altor fenomene introduse în mediu.

Fiecare site de teren va diferi prin natură, formă sau în alte moduri. Metodele ecologice permit astfel de diferențe, astfel încât diferite instrumente pot fi utilizate pentru observații și eșantionare. Este crucial ca eșantionarea să se facă în mod aleatoriu pentru a combate prejudecățile.

Datele obținute din observație și munca pe teren pot fi fie calitative, fie cantitative. Aceste două clasificări ale datelor variază în moduri distincte.

Date calitative: Datele calitative se referă la a calitatea subiectului sau a condițiilor. Prin urmare, este mai mult descriptiv formă de date. Nu este ușor de măsurat și este colectat prin observare.

Deoarece datele calitative sunt descriptive, ar putea include aspecte precum culoarea, forma, dacă cerul este înnorat sau însorit sau alte aspecte privind aspectul unui site de observare. Datele calitative nu sunt numerice precum datele cantitative. Prin urmare, este considerat mai puțin fiabil decât datele cantitative.

Date cantitative: Datele cantitative se referă la valorile numerice sau cantitățile. Aceste tipuri de date pot fi măsurate și sunt de obicei sub formă de număr. Exemple de date cantitative ar putea include nivelurile de pH din sol, numărul șoarecilor dintr-un loc de câmp, datele eșantionului, nivelurile de salinitate și alte informații sub formă numerică.

Ecologiștii folosesc statistici pentru a analiza datele cantitative. Prin urmare, este considerată o formă mai fiabilă de date decât datele calitative.

Sondaj direct: Oamenii de știință pot observa în mod direct animale și plante în mediul lor. Aceasta se numește sondaj direct. Chiar și în locuri la distanță precum fundul mării, ecologul poate studia mediul subacvatic. Un sondaj direct în acest caz ar presupune fotografierea sau filmarea unui astfel de mediu.

Unele metode de eșantionare utilizate pentru a înregistra imagini ale vieții marine pe fundul mării includ sănii video, camere cu perdea de apă și Ham-Cams. Ham-Cams sunt atașate la un Hamon Grab, un dispozitiv cu cupă de probă folosit pentru colectarea probelor. Acesta este un mod eficient de a studia populațiile de animale.

Hamon Grab este o metodă de colectare a sedimentelor de pe fundul mării, iar sedimentul este luat pe o barcă pentru ca ecologiștii să le sorteze și să fotografieze. Aceste animale vor fi identificate într-un laborator în altă parte.

În plus față de Hamon Grab, dispozitivele de colectare submarină includ un traul cu grindă, care este utilizat pentru a obține animale marine mai mari. Aceasta implică atașarea unei plase la o grindă de oțel și traul din spatele unei bărci. Probele sunt aduse la bordul ambarcațiunii și fotografiate și numărate.

Sondaj indirect: Nu este întotdeauna practic sau de dorit să observăm organismele direct. În această situație, metodele ecologice presupun observarea urmelor pe care aceste specii le lasă în urmă. Acestea ar putea include urme de animale, urme de picioare și alți indicatori ai prezenței lor.

Scopul general al metodelor ecologice pentru cercetare este de a obține date de înaltă calitate. Pentru a face acest lucru, experimentele trebuie planificate cu atenție.

Ipoteză: Primul pas în orice proiect experimental este de a veni cu o ipoteză sau o întrebare științifică. Apoi, cercetătorii pot veni cu un plan detaliat pentru eșantionare.

Factorii care afectează experimentele de lucru pe teren includ dimensiunea și forma unei zone care trebuie prelevată. Dimensiunile terenului variază de la mici la foarte mari, în funcție de comunitățile ecologice care sunt studiate. Experimentele în ecologia animalelor trebuie să ia în considerare mișcarea și dimensiunea potențiale a animalelor.

De exemplu, păianjenii nu ar necesita un amplu teren pentru studiu. Același lucru ar fi valabil și atunci când se studiază chimia solului sau nevertebratele solului. Ai putea folosi o dimensiune de 15 metri pe 15 metri.

Plantele erbacee și mamiferele mici ar putea necesita terenuri de până la 30 de metri pătrați. Copacii și păsările ar putea avea nevoie de câteva hectare. Dacă studiați animale mari, mobile, precum cerbi sau urși, acest lucru ar putea însemna să aveți nevoie de o suprafață destul de mare de câteva hectare.

Decizia asupra numărului de site-uri este, de asemenea, crucială. Unele studii de teren ar putea necesita un singur site. Dar dacă două sau mai multe habitate sunt incluse în studiu, sunt necesare două sau mai multe situri de teren.

Instrumente: Instrumentele utilizate pentru site-urile de teren includ transecte, parcele de eșantionare, eșantionare fără complot, metoda punctului, metoda interceptării transectelor și metoda punctului-sfert. Scopul este de a obține probe imparțiale dintr-o cantitate suficient de mare pentru ca analizele statistice să fie mai sănătoase. Înregistrarea informațiilor pe fișele tehnice de câmp ajută la colectarea datelor.

Un experiment ecologic bine conceput va avea o declarație clară a scopului sau a întrebării. Cercetătorii ar trebui să aibă o grijă extraordinară de a elimina prejudecățile oferind atât replicare, cât și randomizare. Cunoașterea speciilor studiate, precum și a organismelor din ele este primordială.

Rezultate: La finalizare, datele ecologice colectate ar trebui analizate cu un computer. Există trei tipuri de experimente ecologice care pot fi făcute: manipulative, naturale și observaționale.

Experimentele manipulative sunt cele în care cercetătorul modifică un factor pentru a vedea cum afectează un ecosistem. Este posibil să faceți acest lucru pe teren sau într-un laborator.

Aceste tipuri de experimente oferă interferențe într-un mod controlat. Acestea funcționează în cazuri în care munca pe teren nu poate avea loc într-o zonă întreagă, din diverse motive.

Dezavantajul experimentelor manipulative este că nu sunt întotdeauna reprezentative pentru ceea ce s-ar întâmpla în ecosistemul natural. În plus, experimentele manipulative ar putea să nu dezvăluie mecanismul din spatele niciunui model observat. De asemenea, nu este ușor să schimbați variabilele într-un experiment manipulativ.

Exemplu: Dacă ai vrea să afli despre șopârlă prădare de păianjeni, puteți modifica numărul de șopârle din incinte și studiați câți păianjeni au rezultat din acest efect.

Un exemplu mai mare și actual de experiment de manipulare este reintroducerea lupilor în Parcul Național Yellowstone. Această reintroducere permite ecologiștilor să observe efectul întoarcerii lupilor la ceea ce a fost cândva intervalul lor normal.

Deja, cercetătorii au aflat că o schimbare imediată a ecosistemului a avut loc odată cu reintroducerea lupilor. Comportamentele turmei elkului s-au schimbat. Creșterea mortalității elanilor a dus la o aprovizionare mai stabilă cu alimente, atât pentru lupi, cât și pentru cei care mănâncă carii.

Experimentele naturale, după cum sugerează și numele lor, nu sunt dirijate de oameni. Acestea sunt manipulări ale unui ecosistem cauzate de natură. De exemplu, ca urmare a unui dezastru natural, a schimbărilor climatice sau a introducerii speciilor invazive, ecosistemul în sine reprezintă un experiment.

Desigur, interacțiunile din lumea reală precum acestea nu sunt cu adevărat experimente. Aceste scenarii oferă ecologiștilor oportunități de a studia efectele evenimentelor naturale asupra speciilor dintr-un ecosistem.

Exemplu: Ecologiștii ar putea face un recensământ al animalelor pe o insulă pentru a le studia populației densitate.

Principala diferență între experimentele manipulative și cele naturale din perspectiva datelor este că experimentele naturale nu au controale. Prin urmare, uneori este mai greu să determinați cauza și efectul.

Cu toate acestea, există informații utile care pot fi obținute din experimente naturale. Variabile de mediu, cum ar fi nivelurile de umiditate și densitatea animalelor, pot fi încă utilizate în scopuri de date. În plus, experimentele naturale pot avea loc în zone întinse sau pe perioade mari de timp. Acest lucru îi diferențiază în continuare de experimentele manipulative.

Din păcate, omenirea a provocat experimente naturale catastrofale pe tot globul. Câteva exemple dintre acestea includ degradarea habitatului, schimbările climatice, introducerea speciilor invazive și îndepărtarea speciilor native.

Experimentele observaționale necesită replici adecvate pentru date de înaltă calitate. „Regula lui 10” se aplică aici; cercetătorii ar trebui să colecteze 10 observații pentru fiecare categorie necesară. Influențele exterioare pot împiedica în continuare eforturile de colectare a datelor, cum ar fi vremea și alte tulburări. Cu toate acestea, utilizarea a 10 observații de replicare se poate dovedi utilă pentru obținerea de date semnificative statistic.

Este important să se efectueze randomizarea, de preferință înainte de efectuarea experimentelor observaționale. Acest lucru se poate face cu o foaie de calcul pe un computer. Randomizarea întărește colectarea datelor, deoarece reduce prejudecățile.

Randomizarea și replicarea ar trebui utilizate împreună pentru a fi eficiente. Site-urile, eșantioanele și tratamentele trebuie alocate aleatoriu pentru a evita rezultatele confundate.

Metodele ecologice se bazează în mare măsură pe modele statistice și matematice. Acestea oferă ecologiștilor o modalitate de a prezice modul în care un ecosistem se va schimba în timp sau va reacționa la schimbarea condițiilor din mediu.

Modelare oferă, de asemenea, un alt mod de a descifra informațiile ecologice atunci când munca pe teren nu este practică. De fapt, există mai multe dezavantaje în a ne baza doar pe munca pe teren. Datorită scării tipic mari a muncii pe teren, nu este posibilă reproducerea exactă a experimentelor. Uneori, chiar și durata de viață a organismelor este un factor care limitează rata pentru munca de teren. Alte provocări includ timpul, munca și spațiul.

Prin urmare, modelarea oferă o metodă în care să raționalizați informațiile într-un mod mai eficient.

Exemple de modelare includ ecuații, simulări, grafice și analize statistice. Ecologiștii folosesc modelarea și pentru a produce hărți utile. Modelarea permite calcularea datelor pentru a completa golurile din eșantionare. Fără modelare, ecologiștii ar fi împiedicați de cantitatea mare de date care trebuie analizate și comunicate. Modelarea computerizată permite analiza comparativ rapidă a datelor.

Un model de simulare, de exemplu, permite descrierea sistemelor care altfel ar fi extrem de dificile și prea complexe pentru calculul tradițional. Modelarea permite oamenilor de știință să studieze coexistența, dinamica populației și multe alte aspecte ale ecologiei. Modelarea poate ajuta la prezicerea modelelor în scopuri cruciale de planificare, cum ar fi schimbările climatice.

Impactul umanității asupra mediului va continua. Prin urmare, devine din ce în ce mai crucial pentru ecologiști să folosească metode de cercetare ecologică pentru a găsi modalități de a atenua efectele asupra mediului.