Ekologija je preučevanje razmerja med organizmi in njihovim okoljem na zemlji. Za preučevanje tega razmerja se uporablja več ekoloških metod, vključno z eksperimentiranjem in modeliranjem.
Lahko se uporabijo manipulativni, naravni ali opazovalni poskusi. Modeliranje pomaga analizirati zbrane podatke.
Kaj je ekologija?
Ekologija, študija o tem, kako organizmi sodelujejo s svojim okoljem in med seboj, temelji na številnih drugih disciplinah. Okoljska znanost o ekologiji vključuje biologijo, kemijo, botaniko, zoologijo, matematiko in druga področja.
Ekologija preučuje interakcije vrst, velikost populacije, ekološke niše, prehranjevalne mreže, pretok energije in okoljske dejavnike. Da bi to naredili, se ekologi zanašajo na previdne metode za zbiranje čim bolj natančnih podatkov. Ko so podatki zbrani, jih ekologi analizirajo za svoje raziskave.
Informacije, pridobljene s temi raziskovalnimi metodami, lahko nato pomagajo ekologom najti vplive, ki jih povzročajo ljudje ali naravni dejavniki. Te informacije se nato lahko uporabijo za upravljanje in ohranjanje prizadetih območij ali vrst.
Opazovanje in terensko delo
Vsak poskus zahteva opazovanje. Ekologi morajo opazovati okolje, vrste v njem in kako te vrste medsebojno delujejo, rastejo in se spreminjajo. Različni raziskovalni projekti zahtevajo različne vrste ocen in opazovanj.
Ekologi včasih uporabljajo a pisno ocenjevanjeali DBA za zbiranje in povzemanje informacij o določenih zanimivih področjih. V tem primeru ekologi uporabljajo informacije, ki so že zbrane iz drugih virov.
Pogosto pa se ekologi zanašajo opazovanje in terensko delo. To pomeni dejansko vstop v življenjski prostor subjekta, ki ga zanima, da ga opazujemo v naravnem stanju. Z anketami na terenu lahko ekologi spremljajo rast populacije vrst, opazujte ekologija skupnosti v akciji in preučiti vpliv novih vrst ali drugih vnesenih pojavov v okolju.
Vsako terensko območje se bo razlikovalo po naravi, obliki ali drugače. Ekološke metode omogočajo takšne razlike, tako da se lahko za opazovanje in vzorčenje uporabljajo različna orodja. Za boj proti pristranskosti je ključnega pomena, da se vzorčenje izvede naključno.
Vrste pridobljenih podatkov
Podatki, pridobljeni z opazovanjem in terenskim delom, so lahko kvalitativni ali kvantitativni. Ti dve klasifikaciji podatkov se različno razlikujeta.
Kvalitativni podatki: Kvalitativni podatki se nanašajo na a kakovost predmeta ali pogojev. Zato je več opisno obliki podatkov. Ni ga enostavno izmeriti in ga zberemo z opazovanjem.
Ker so kvalitativni podatki opisni, lahko vključujejo vidike, kot so barva, oblika, nebo je oblačno ali sončno, ali drugi vidiki, kako bi lahko bilo opazovano mesto videti. Kvalitativni podatki niso številčni kot kvantitativni. Zato velja za manj zanesljive kot kvantitativni podatki.
Kvantitativni podatki: Kvantitativni podatki se nanašajo na numerične vrednosti ali količine. Tovrstne podatke je mogoče izmeriti in so običajno v obliki številk. Primeri kvantitativnih podatkov lahko vključujejo ravni pH v tleh, število miši na terenu, podatke o vzorcih, ravni slanosti in druge podatke v številčni obliki.
Ekologi s statističnimi podatki analizirajo kvantitativne podatke. Zato velja za zanesljivejšo obliko podatkov kot kvalitativni podatki.
Vrste anket na terenu
Neposredna anketa: Znanstveniki lahko neposredno opazujejo živali in rastline v njihovem okolju. To se imenuje neposredna anketa. Tudi v krajih, oddaljenih od morskega dna, lahko ekolog preučuje podvodno okolje. Neposredna raziskava bi v tem primeru pomenila fotografiranje ali snemanje takega okolja.
Nekatere metode vzorčenja, ki se uporabljajo za snemanje slik morskega življenja na morskem dnu, vključujejo video sani, kamere z vodnimi zavesami in kamere Ham-Cam. Ham-Cams so pritrjeni na Hamon Grab, napravo za zbiranje vzorcev, ki se uporablja za zbiranje vzorcev. To je en učinkovit način za preučevanje populacij živali.
Hamon Grab je metoda zbiranja usedlin iz morskega dna, usedlina pa se odpelje na čoln, da ga ekologi razvrstijo in fotografirajo. Te živali bodo identificirane v drugem laboratoriju.
Poleg Hamon Graba med podmorske naprave za zbiranje spada tudi vlečna mreža z gredjo, ki se uporablja za pridobivanje večjih morskih živali. To pomeni pritrditev mreže na jekleni nosilec in vlečenje s hrbtne strani čolna. Vzorci se pripeljejo na ladjo ter fotografirajo in preštejejo.
Posredna raziskava: Ni vedno praktično ali zaželeno neposredno opazovanje organizmov. V tem primeru ekološke metode vključujejo opazovanje sledi, ki jih te vrste puščajo za seboj. Sem lahko spadajo raztresenost živali, odtisi stopal in drugi kazalniki njihove prisotnosti.
Ekološki poskusi
Glavni namen ekoloških metod za raziskovanje je pridobiti visokokakovostne podatke. Da bi to naredili, je treba poskuse skrbno načrtovati.
Hipoteza: Prvi korak pri vsakem eksperimentalnem načrtovanju je postavitev hipoteze ali znanstvenega vprašanja. Nato lahko raziskovalci pripravijo podroben načrt za vzorčenje.
Dejavniki, ki vplivajo na eksperimente na terenu, vključujejo velikost in obliko območja, ki ga je treba vzorčiti. Velikosti polj so od majhnih do zelo velikih, odvisno od tega, katere ekološke skupnosti se preučujejo. Poskusi v ekologiji živali morajo upoštevati potencialno gibanje in velikost živali.
Na primer, pajki za preučevanje ne bi potrebovali velikega terena. Enako bi veljalo pri študiju kemije tal ali nevretenčarjev v tleh. Uporabite lahko velikost 15 metrov na 15 metrov.
Zelnate rastline in majhni sesalci bodo morda potrebovali terene do 30 kvadratnih metrov. Drevesa in ptice bodo morda potrebovale nekaj hektarjev. Če preučujete velike premične živali, kot so jeleni ali medvedi, lahko to pomeni, da potrebujete precej veliko površino več hektarov.
Odločitev o številu spletnih mest je prav tako ključnega pomena. Nekatere terenske študije lahko zahtevajo le eno spletno stran. Če pa sta v študijo vključena dva ali več habitatov, sta potrebna dva ali več terenskih območij.
Orodja: Orodja, ki se uporabljajo za terenska območja, vključujejo preseke, ploskve vzorčenja, vzorčenje brez ploskve, točkovno metodo, metodo prestrezanja presekov in metodo četrtletja točk. Cilj je pridobiti nepristranske vzorce dovolj velike količine, da bodo statistične analize bolj zdrave. Snemanje informacij na terenskih podatkovnih listih pomaga pri zbiranju podatkov.
Dobro zasnovan ekološki poskus bo imel jasen namen ali vprašanje. Raziskovalci bi morali biti izjemno pozorni na odstranjevanje pristranskosti z zagotavljanjem ponovitve in randomizacije. Najpomembnejše je poznavanje vrst, ki jih preučujemo, in organizmov v njih.
Rezultati: Po zaključku je treba zbrane ekološke podatke analizirati z računalnikom. Obstajajo tri vrste ekoloških poskusov: manipulativni, naravni in opazovalni.
Manipulativni poskusi
Manipulativni poskusi so tisti, pri katerih raziskovalec spremeni faktor da vidimo, kako vpliva na ekosistem. To je mogoče storiti na terenu ali v laboratoriju.
Tovrstni poskusi nadzorujejo nadzorovano. Delujejo v primerih, ko terensko delo iz različnih razlogov ne more potekati na celotnem območju.
Slaba stran manipulativnih poskusov je, da niso vedno reprezentativni za dogajanje v naravnem ekosistemu. Poleg tega manipulativni poskusi morda ne bodo razkrili mehanizma, na katerem temeljijo kakršni koli opaženi vzorci. Prav tako ni enostavno spremeniti spremenljivk v manipulativnem eksperimentu.
Primer: Če bi želeli izvedeti več o kuščarju plenjenje pajkov, lahko spremenite število kuščarjev v zaprtih prostorih in preučite, koliko pajkov je posledica tega učinka.
Večji in sedanji primer manipulacijskega poskusa je ponovna vnos volkov v narodni park Yellowstone. Ta ponovna uvedba omogoča ekologom, da opazijo učinek volkov, ki se vračajo na območje, ki je bilo nekoč običajno.
Raziskovalci so že izvedeli, da se je takoj po ponovni uvedbi volkov zgodila takojšnja sprememba ekosistema. Obnašanje čred losov se je spremenilo. Povečana smrtnost losov je privedla do stabilnejše preskrbe s hrano tako za volkove kot za mrhovinarje.
Naravni poskusi
Naravnih poskusov, kot pove že njihovo ime, ljudje ne vodijo. Gre za manipulacije z ekosistemom, ki jih povzroča narava. Na primer, po naravni nesreči, podnebnih spremembah ali vnosu invazivnih vrst sam ekosistem predstavlja eksperiment.
Seveda takšne interakcije v resničnem svetu niso resnično eksperimenti. Ti scenariji ekologom omogočajo, da preučijo učinke, ki jih imajo naravni dogodki na vrste v ekosistemu.
Primer: Ekologi bi lahko na otoku izvedli popis živali, da bi preučili njihove živali prebivalstva gostoto.
Glavna razlika med manipulativnimi in naravnimi poskusi z vidika podatkov je, da naravni poskusi nimajo nadzora. Zato je včasih težje določiti vzrok in učinek.
Kljub temu lahko z naravnimi poskusi pridobimo koristne informacije. Okoljske spremenljivke, kot so stopnja vlage in gostota živali, se še vedno lahko uporabljajo za namene podatkov. Poleg tega se lahko naravni eksperimenti izvajajo na velikih območjih ali v velikem delu časa. To jih še bolj razlikuje od manipulativnih poskusov.
Na žalost je človeštvo povzročilo katastrofalne naravne poskuse po vsem svetu. Nekateri primeri so degradacija habitatov, podnebne spremembe, vnos invazivnih vrst in odstranjevanje avtohtonih vrst.
Opazovalni poskusi
Opazovalni poskusi zahtevajo ustrezno kopiranje visokokakovostnih podatkov. Tu velja "pravilo 10"; raziskovalci bi morali zbrati 10 opažanj za vsako zahtevano kategorijo. Zunanji vplivi lahko še vedno ovirajo prizadevanja za zbiranje podatkov, kot so vremenske in druge motnje. Uporaba 10 ponovitev opazovanj pa se lahko izkaže za koristno za pridobivanje statistično pomembnih podatkov.
Pomembno je, da se izvede randomizacija, po možnosti pred opazovalnimi poskusi. To lahko storite s preglednico v računalniku. Randomizacija krepi zbiranje podatkov, ker zmanjšuje pristranskost.
Da bi bila učinkovita, je treba randomizacijo in replikacijo uporabiti skupaj. Vsa mesta, vzorci in tretmaji morajo biti naključno dodeljeni, da se izognejo zmedenim rezultatom.
Modeliranje
Ekološke metode so v veliki meri odvisne od statističnih in matematičnih modelov. Ti ekologom omogočajo napovedovanje, kako se bo ekosistem sčasoma spremenil ali odzval na spreminjajoče se razmere v okolju.
Modeliranje ponuja tudi drug način za dešifriranje ekoloških informacij, kadar terensko delo ni praktično. Dejansko obstaja le nekaj pomanjkljivosti, če se zanašamo samo na terensko delo. Zaradi tipično velikega obsega terenskega dela poskusov ni mogoče natančno ponoviti. Včasih je celo življenjska doba organizmov dejavnik, ki omejuje hitrost terenskega dela. Drugi izzivi so čas, delo in prostor.
Modeliranje zato ponuja metodo za učinkovitejše poenostavitev informacij.
Primeri modeliranja vključujejo enačbe, simulacije, grafe in statistične analize. Ekologi uporabljajo modeliranje tudi za izdelavo koristnih zemljevidov. Modeliranje omogoča izračune podatkov, da zapolnijo vrzeli pri vzorčenju. Brez modeliranja bi ekologe ovirala velika količina podatkov, ki jih je treba analizirati in sporočiti. Računalniško modeliranje omogoča razmeroma hitro analizo podatkov.
Simulacijski model na primer omogoča opis sistemov, ki bi bili sicer izredno težki in prezapleteni za tradicionalni račun. Modeliranje omogoča znanstvenikom, da preučujejo sobivanje, populacijsko dinamiko in številne druge vidike ekologije. Modeliranje lahko pomaga napovedati vzorce za ključne namene načrtovanja, na primer za podnebne spremembe.
Vpliv človeštva na okolje se bo nadaljeval. Zato je za ekologe vedno bolj pomembno, da z ekološkimi raziskovalnimi metodami najdejo načine za ublažitev vplivov na okolje.
