Еколошке методе истраживања: посматрање, експериментисање и моделирање

Екологија је проучавање односа између организама и њихове околине на земљи. За проучавање овог односа користи се неколико еколошких метода, укључујући експериментисање и моделирање.

Могу се користити манипулативни, природни или посматрачки експерименти. Моделирање помаже у анализи прикупљених података.

Екологија, студија о томе како организми комуницирају са својом околином и једни са другима, ослања се на неколико других дисциплина. Наука о животној средини, екологија, укључује биологију, хемију, ботанику, зоологију, математику и друга поља.

Екологија испитује интеракције врста, величину популације, еколошке нише, прехрамбене мреже, проток енергије и факторе животне средине. Да би то постигли, еколози се ослањају на пажљиве методе за прикупљање најтачнијих података које могу. Једном када се подаци прикупе, еколози их анализирају за своја истраживања.

Информације добијене овим методама истраживања могу онда помоћи еколозима да пронађу утицаје изазване људима или природним факторима. Ове информације се затим могу користити за помоћ у управљању и очувању погођених подручја или врста.

Свака експеримент захтева посматрање. Еколози морају да посматрају животну средину, врсте унутар ње и како те врсте делују, расту и мењају се. Различити истраживачки пројекти захтевају различите врсте процена и запажања.

Еколози понекад користе а процена заснована на столу, или ДБА, за прикупљање и резимирање информација о одређеним областима од интереса. У овом сценарију еколози користе информације већ прикупљене из других извора.

Међутим, често се еколози ослањају посматрање и рад на терену. То подразумева заправо одлазак у станиште субјекта од интереса да би га се посматрало у његовом природном стању. Истраживањем на терену, еколози могу пратити раст популације врста, посматрајте екологија заједнице на делу и проучавају утицај било које нове врсте или других уведених појава у животну средину.

Свака пољска локација ће се разликовати по природи, облику или на друге начине. Еколошке методе омогућавају такве разлике тако да се различити алати могу користити за посматрање и узорковање. Кључно је да се узорковање врши насумично ради борбе против пристрасности.

Подаци добијени посматрањем и теренским радом могу бити квалитативни или квантитативни. Ове две класификације података се разликују на различите начине.

Квалитативни подаци: Квалитативни подаци се односе на а квалитет предмета или услови. Стога је више описно облик података. Није лако измерити, а сакупља се посматрањем.

Будући да су квалитативни подаци дескриптивни, они могу укључивати аспекте као што су боја, облик, било да је небо облачно или сунчано, или други аспекти изгледа места посматрања. Квалитативни подаци нису нумерички попут квантитативних података. Стога се сматра мање поузданим од квантитативних података.

Квантитативни подаци: Квантитативни подаци се односе на нумеричке вредности или величине. Овакве врсте података могу се мерити и обично су у облику бројева. Примери квантитативних података могу укључивати нивое пХ у земљишту, број мишева на пољу, податке о узорцима, ниво сланости и друге информације у нумеричком облику.

Еколози користе статистику за анализу квантитативних података. Стога се сматра поузданијим обликом података од квалитативних података.

Директно истраживање: Научници могу директно да посматрају животиње и биљке у њиховом окружењу. Ово се назива директна анкета. Чак и на местима удаљеним попут морског дна, еколог може проучавати подводно окружење. Директно истраживање у овом случају подразумевало би фотографисање или снимање таквог окружења.

Неке методе узорковања које се користе за снимање слика морског живота на морском дну укључују видео санке, камере са завесама и Хам-Цам-ове. Хам-Цамови су причвршћени за Хамон Граб, уређај са кантама за узорке који се користи за прикупљање узорака. Ово је један од ефикасних начина за проучавање популација животиња.

Хамон Граб је метода сакупљања талога из морског дна, а талог се одвози на чамац како би га еколози сортирали и фотографирали. Ове животиње ће бити идентификоване у лабораторији на другом месту.

Поред Хамонове грабе, подморски уређаји за сакупљање укључују и греду, која се користи за добијање већих морских животиња. То подразумева причвршћивање мреже на челичну греду и кочарење са задњег дела чамца. Узорци се доносе на брод и фотографишу и броје.

Индиректна анкета: Није увек практично или пожељно директно посматрати организме. У овој ситуацији, еколошке методе подразумевају уочавање трагова које те врсте остављају за собом. То може укључивати расипање животиња, отиске стопала и друге показатеље њиховог присуства.

Главна сврха еколошких метода за истраживање је добијање висококвалитетних података. Да би се то постигло, експерименти морају бити пажљиво планирани.

Хипотеза: Први корак у било ком експерименталном дизајну је постављање хипотезе или научног питања. Тада истраживачи могу смислити детаљан план за узорковање.

Фактори који утичу на експерименте са теренским радом укључују величину и облик подручја које треба узорковати. Величине терена се крећу од малих до врло великих, у зависности од тога које се еколошке заједнице проучавају. Експерименти у екологији животиња морају узети у обзир потенцијално кретање и величину животиња.

На пример, пауцима није потребно велико пољско место за проучавање. Исто би важило и за проучавање хемије тла или бескичмењака у земљи. Можете користити величину од 15 метара са 15 метара.

Зељастим биљкама и малим сисарима могу бити потребна поља до 30 квадратних метара. Дрвећу и птицама ће можда требати неколико хектара. Ако проучавате велике покретне животиње, попут јелена или медведа, то би могло значити потребу за прилично великом површином од неколико хектара.

Одлучивање о броју веб локација је такође пресудно. Неке теренске студије могу захтевати само једно место. Али ако су у студију укључена два или више станишта, неопходна су два или више терена.

Алати: Алати који се користе на пољским локалитетима укључују пресеке, парцеле за узорковање, узорковање без плота, метод тачке, метод пресретања пресека и метод тачке тромесечја. Циљ је добити непристрасне узорке довољно велике количине која ће статистичка анализа бити звучнија. Снимање података на теренским листовима података помаже у прикупљању података.

Добро осмишљени еколошки експеримент имаће јасну сврху или питање. Истраживачи би требали водити изванредну бригу о уклањању пристрасности тако што ће омогућити репликацију и рандомизацију. Знање о врстама које се проучавају као и о организмима у њима је најважније.

Резултати: По завршетку прикупљене еколошке податке треба анализирати рачунаром. Постоје три врсте еколошких експеримената који се могу извршити: манипулативни, природни и посматрачки.

Манипулативни експерименти су они у којима истраживач мења фактор да видимо како то утиче на екосистем. То је могуће учинити на терену или у лабораторији.

Овакве врсте експеримената пружају сметње на контролисан начин. Они раде у случајевима када теренски рад из различитих разлога не може да се догоди на целом подручју.

Лоша страна манипулативних експеримената је што нису увек репрезентативни за оно што би се догодило у природном екосистему. Поред тога, манипулативни експерименти можда неће открити механизам који стоји иза било ког примећеног обрасца. Такође није лако променити променљиве у манипулативном експерименту.

Пример: Ако сте желели да сазнате више о гуштеру грабежљивост паука, могли бисте да промените број гуштера у ограђеним просторијама и проучите колико је паука произашло из овог ефекта.

Већи и актуелни пример експеримента са манипулацијом је поновно увођење вукова у Национални парк Иелловстоне. Ово поновно увођење омогућава еколозима да посматрају ефекат вукова који се враћају на оно што је некада било нормално.

Већ су истраживачи сазнали да се тренутна промена екосистема догодила након што су вукови поново уведени. Понашање стада лоса се променило. Повећана смртност лосова довела је до стабилнијег снабдевања храном како вукова, тако и оних који једу стрвину.

Природни експерименти, као што им и само име говори, нису људи. То су манипулације екосистема изазване природом. На пример, након природне катастрофе, климатских промена или увођења инвазивних врста, сам екосистем представља експеримент.

Наравно, интеракције из стварног света попут ове нису истински експерименти. Ови сценарији пружају еколозима прилику да проуче ефекте које природни догађаји имају на врсте у екосуставу.

Пример: Еколози би могли да изврше попис животиња на острву како би проучавали њихове Популација густина.

Главна разлика између манипулативних и природних експеримената из перспективе података је та што природни експерименти немају контролу. Стога је понекад теже одредити узрок и последице.

Ипак, постоје корисне информације које се могу добити природним експериментима. За потребе података и даље се могу користити променљиве околине попут нивоа влаге и густине животиња. Поред тога, природни експерименти се могу одвијати на великим површинама или у великом временском интервалу. Ово их даље разликује од манипулативних експеримената.

На несрећу, човечанство је изазвало катастрофалне природне експерименте широм света. Неки од њих укључују деградацију станишта, климатске промене, увођење инвазивних врста и уклањање домаћих врста.

Експерименти посматрања захтевају одговарајуће репликације висококвалитетних података. Овде се примењује „правило 10“; истраживачи би требало да прикупе 10 запажања за сваку потребну категорију. Спољни утицаји и даље могу ометати напоре на прикупљању података, као што су временске прилике и други поремећаји. Међутим, коришћење 10 репликација посматрања може се показати корисним за добијање статистички значајних података.

Важно је извршити рандомизацију, по могућности пре извођења посматрачких експеримената. То се може учинити помоћу прорачунске табеле на рачунару. Рандомизација јача прикупљање података јер смањује пристрасност.

Рандомизацију и репликацију треба користити заједно да би били ефикасни. Локације, узорци и третмани треба да буду насумично додељени како би се избегли нејасни резултати.

Еколошке методе се у великој мери ослањају на статистичке и математичке моделе. Они пружају еколозима начин да предвиде како ће се екосистем временом променити или реаговати на променљиве услове у животној средини.

Моделинг такође пружа још један начин за дешифровање еколошких информација када теренски рад није практичан. У ствари, постоји неколико недостатака ослањања само на рад на терену. Због типично великог обима теренског рада, није могуће тачно поновити експерименте. Понекад је чак и животни век организама фактор који ограничава брзину рада на терену. Остали изазови укључују време, рад и простор.

Стога моделирање пружа метод којим се информације ефикасније усмеравају.

Примери моделирања укључују једначине, симулације, графиконе и статистичке анализе. Еколози користе моделовање и за израду корисних мапа. Моделирање омогућава прорачун података да попуни празнине у узорковању. Без моделовања, екологе би спутавала велика количина података које треба анализирати и саопштити. Рачунарско моделирање омогућава релативно брзу анализу података.

На пример, симулациони модел омогућава опис система који би иначе били изузетно тешки и сувише сложени за традиционални рачун. Моделирање омогућава научницима да проучавају суживот, динамику популације и многе друге аспекте екологије. Моделирање може помоћи у предвиђању образаца за пресудне сврхе планирања, попут климатских промена.

Утицај човечанства на животну средину ће се наставити. Због тога постаје све пресудније да еколози користе методе еколошких истраживања како би пронашли начине за ублажавање утицаја на животну средину.