วิธีการวิจัยเชิงนิเวศน์: การสังเกต การทดลอง และการสร้างแบบจำลอง

นิเวศวิทยา คือการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมบนโลก มีการใช้วิธีการทางนิเวศวิทยาหลายวิธีในการศึกษาความสัมพันธ์นี้ รวมถึงการทดลองและการสร้างแบบจำลอง

อาจใช้การทดลองเชิงบังคับ แบบธรรมชาติหรือเชิงสังเกต การสร้างแบบจำลองช่วยวิเคราะห์ข้อมูลที่เก็บรวบรวม

นิเวศวิทยาการศึกษาว่าสิ่งมีชีวิตมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมและกันและกันอย่างไร โดยอาศัยสาขาวิชาอื่นๆ อีกหลายประการ วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมของนิเวศวิทยาประกอบด้วยชีววิทยา เคมี พฤกษศาสตร์ สัตววิทยา คณิตศาสตร์ และสาขาอื่นๆ

นิเวศวิทยาตรวจสอบปฏิสัมพันธ์ของสปีชีส์ ขนาดประชากร ช่องทางนิเวศวิทยา ใยอาหาร การไหลของพลังงาน และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม ในการทำเช่นนี้ นักนิเวศวิทยาต้องอาศัยวิธีการที่ระมัดระวังในการรวบรวมข้อมูลที่แม่นยำที่สุดเท่าที่จะทำได้ เมื่อรวบรวมข้อมูลแล้ว นักนิเวศวิทยาจะวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อทำการวิจัย

ข้อมูลที่ได้จากวิธีการวิจัยเหล่านี้สามารถช่วยนักนิเวศวิทยาในการค้นหาผลกระทบที่เกิดจากมนุษย์หรือปัจจัยทางธรรมชาติ ข้อมูลนี้สามารถนำไปใช้เพื่อช่วยในการจัดการและอนุรักษ์พื้นที่หรือชนิดพันธุ์ที่ได้รับผลกระทบ

ทุก การทดลอง ต้องการการสังเกต นักนิเวศวิทยาต้องสังเกตสภาพแวดล้อม ชนิดของสิ่งมีชีวิตในนั้น และวิธีที่สปีชีส์เหล่านั้นมีปฏิสัมพันธ์ เติบโต และเปลี่ยนแปลง โครงการวิจัยต่างๆ จำเป็นต้องมีการประเมินและการสังเกตประเภทต่างๆ

นักนิเวศวิทยาบางครั้งใช้ a การประเมินตามโต๊ะทำงานหรือ DBA เพื่อรวบรวมและสรุปข้อมูลเกี่ยวกับประเด็นที่สนใจโดยเฉพาะ ในสถานการณ์สมมตินี้ นักนิเวศวิทยากำลังใช้ข้อมูลที่รวบรวมมาจากแหล่งอื่นอยู่แล้ว

อย่างไรก็ตาม บ่อยครั้งที่นักนิเวศวิทยาพึ่งพา rely การสังเกตและการทำงานภาคสนาม. สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการเข้าไปในที่อยู่อาศัยของตัวแบบที่สนใจเพื่อสังเกตมันในสภาพธรรมชาติ ด้วยการสำรวจภาคสนาม นักนิเวศวิทยาสามารถติดตามการเติบโตของจำนวนชนิดพันธุ์ สังเกต นิเวศวิทยาชุมชน ในการดำเนินการและศึกษาผลกระทบของสายพันธุ์ใหม่หรือปรากฏการณ์อื่น ๆ ที่เกิดขึ้นในสิ่งแวดล้อม

ไซต์งานแต่ละแห่งจะมีลักษณะ รูปทรง หรือลักษณะอื่นๆ แตกต่างกันไป วิธีการทางนิเวศวิทยาทำให้เกิดความแตกต่างดังกล่าวเพื่อให้สามารถใช้เครื่องมือต่างๆ ในการสังเกตและสุ่มตัวอย่างได้ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องสุ่มตัวอย่างเพื่อต่อสู้กับอคติ

ข้อมูลที่ได้จากการสังเกตและการทำงานภาคสนามอาจเป็นได้ทั้งเชิงคุณภาพหรือเชิงปริมาณ การจำแนกประเภทข้อมูลทั้งสองนี้แตกต่างกันไปตามลักษณะที่แตกต่างกัน

ข้อมูลเชิงคุณภาพ: ข้อมูลเชิงคุณภาพหมายถึงa คุณภาพของเรื่องหรือเงื่อนไข. ดังนั้นจึงเป็นมากกว่า คำอธิบาย รูปแบบของข้อมูล ไม่ได้วัดกันง่ายๆ และรวบรวมโดยการสังเกต

เนื่องจากข้อมูลเชิงคุณภาพเป็นข้อมูลเชิงพรรณนา จึงอาจมีแง่มุมต่างๆ เช่น สี รูปร่าง ท้องฟ้ามีเมฆมากหรือมีแดดจัด หรือลักษณะอื่นๆ ของสถานที่สังเกตการณ์อาจมีลักษณะ ข้อมูลเชิงคุณภาพไม่ใช่ตัวเลขเหมือนข้อมูลเชิงปริมาณ ดังนั้นจึงถือว่ามีความน่าเชื่อถือน้อยกว่าข้อมูลเชิงปริมาณ

ข้อมูลเชิงปริมาณ: ข้อมูลเชิงปริมาณหมายถึง ค่าตัวเลขหรือปริมาณ. ข้อมูลประเภทนี้สามารถวัดได้และมักจะอยู่ในรูปแบบตัวเลข ตัวอย่างของข้อมูลเชิงปริมาณอาจรวมถึงระดับ pH ในดิน จำนวนหนูในพื้นที่ภาคสนาม ข้อมูลตัวอย่าง ระดับความเค็ม และข้อมูลอื่นๆ ในรูปแบบตัวเลข

นักนิเวศวิทยาใช้สถิติในการวิเคราะห์ข้อมูลเชิงปริมาณ ดังนั้นจึงถือว่าเป็นรูปแบบข้อมูลที่เชื่อถือได้มากกว่าข้อมูลเชิงคุณภาพ

สำรวจโดยตรง: นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตสัตว์และพืชในสภาพแวดล้อมได้โดยตรง นี้เรียกว่าการสำรวจโดยตรง แม้แต่ในที่ห่างไกลอย่างก้นทะเล นักนิเวศวิทยาก็สามารถศึกษาสภาพแวดล้อมใต้น้ำได้ การสำรวจโดยตรงในกรณีนี้จะเกี่ยวข้องกับการถ่ายภาพหรือถ่ายทำสภาพแวดล้อมดังกล่าว

วิธีการสุ่มตัวอย่างบางอย่างที่ใช้ในการบันทึกภาพสัตว์ทะเลบนพื้นทะเล ได้แก่ เลื่อนวิดีโอ กล้องม่านน้ำ และ Ham-Cams Ham-Cams ติดอยู่กับ Hamon Grab ซึ่งเป็นอุปกรณ์ถังตัวอย่างที่ใช้เก็บตัวอย่าง นี่เป็นวิธีหนึ่งที่มีประสิทธิภาพในการศึกษาประชากรสัตว์

Hamon Grab เป็นวิธีการรวบรวมตะกอนจากพื้นทะเล และตะกอนจะถูกนำขึ้นเรือเพื่อให้นักนิเวศวิทยาคัดแยกและถ่ายภาพ สัตว์เหล่านี้จะถูกระบุในห้องปฏิบัติการที่อื่น

นอกจาก Hamon Grab แล้ว อุปกรณ์รวบรวมใต้น้ำยังรวมถึงอวนลาก ซึ่งใช้เพื่อรับสัตว์ทะเลขนาดใหญ่ สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการติดตาข่ายกับคานเหล็กและลากอวนจากท้ายเรือ นำตัวอย่างขึ้นเรือและถ่ายภาพและนับ

การสำรวจทางอ้อม: การสังเกตสิ่งมีชีวิตโดยตรงนั้นไม่เป็นประโยชน์หรือพึงปรารถนาเสมอไป ในสถานการณ์เช่นนี้ วิธีการทางนิเวศวิทยาทำให้เกิดการสังเกตร่องรอยที่สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นทิ้งไว้เบื้องหลัง สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงซากสัตว์ รอยเท้า และตัวบ่งชี้อื่น ๆ ของการมีอยู่ของพวกมัน

วัตถุประสงค์ที่ครอบคลุมของวิธีการวิจัยทางนิเวศวิทยาคือการได้ข้อมูลคุณภาพสูง ในการทำเช่นนี้ ต้องมีการวางแผนการทดลองอย่างรอบคอบ

สมมติฐาน: ขั้นตอนแรกในการออกแบบการทดลองคือการตั้งสมมติฐานหรือคำถามทางวิทยาศาสตร์ จากนั้นนักวิจัยสามารถจัดทำแผนรายละเอียดสำหรับการสุ่มตัวอย่างได้

ปัจจัยที่มีผลต่อการทดลองงานภาคสนาม ได้แก่ ขนาดและรูปร่างของพื้นที่ที่ต้องการสุ่มตัวอย่าง ขนาดไซต์งานมีตั้งแต่ขนาดเล็กไปจนถึงขนาดใหญ่มาก ขึ้นอยู่กับว่าชุมชนทางนิเวศวิทยาใดที่กำลังศึกษาอยู่ การทดลองทางนิเวศวิทยาของสัตว์ต้องคำนึงถึงการเคลื่อนไหวและขนาดของสัตว์ที่อาจเกิดขึ้น

ตัวอย่างเช่น แมงมุมไม่ต้องการพื้นที่ขนาดใหญ่เพื่อการศึกษา เช่นเดียวกับการศึกษาเคมีของดินหรือสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในดิน คุณสามารถใช้ขนาด 15 เมตรคูณ 15 เมตร

พืชล้มลุกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็กอาจต้องใช้พื้นที่ไม่เกิน 30 ตารางเมตร ต้นไม้และนกอาจต้องการพื้นที่สองสามเฮกตาร์ หากคุณกำลังศึกษาสัตว์ขนาดใหญ่ที่เคลื่อนที่ได้ เช่น กวางหรือหมี นี่อาจหมายถึงการต้องการพื้นที่ค่อนข้างใหญ่หลายเฮกตาร์

การตัดสินใจเลือกจำนวนไซต์ก็มีความสำคัญเช่นกัน การศึกษาภาคสนามบางอย่างอาจต้องการเพียงไซต์เดียว แต่ถ้ารวมแหล่งที่อยู่อาศัยสองแห่งขึ้นไปในการศึกษานี้ จำเป็นต้องมีพื้นที่ภาคสนามสองแห่งขึ้นไป

เครื่องมือ: เครื่องมือที่ใช้สำหรับไซต์ภาคสนาม ได้แก่ ทรานส์เซก พล็อตสุ่มตัวอย่าง การสุ่มตัวอย่างแบบไม่มีพล็อต เมธอดแบบจุด วิธีทรานเซก-จุดตัด เป้าหมายคือการได้ตัวอย่างที่เป็นกลางของปริมาณที่สูงเพียงพอซึ่งการวิเคราะห์ทางสถิติจะมีประสิทธิภาพมากขึ้น การบันทึกข้อมูลลงบนแผ่นข้อมูลภาคสนามช่วยในการเก็บรวบรวมข้อมูล

การทดลองทางนิเวศวิทยาที่ออกแบบมาอย่างดีจะมีคำชี้แจงวัตถุประสงค์หรือคำถามที่ชัดเจน นักวิจัยควรใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษในการกำจัดอคติโดยให้ทั้งการจำลองแบบและการสุ่มตัวอย่าง ความรู้เกี่ยวกับสายพันธุ์ที่กำลังศึกษาและสิ่งมีชีวิตที่อยู่ภายในนั้นเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง

ผล: เมื่อเสร็จสิ้นแล้ว ควรวิเคราะห์ข้อมูลทางนิเวศวิทยาที่เก็บรวบรวมด้วยคอมพิวเตอร์ มีการทดลองทางนิเวศวิทยาสามประเภทที่สามารถทำได้: บิดเบือน เป็นธรรมชาติ และสังเกต

การทดลองดัดแปลงคือการทดลองที่ผู้วิจัย เปลี่ยนปัจจัย เพื่อดูว่ามีผลกระทบต่อระบบนิเวศอย่างไร สามารถทำได้ในภาคสนามหรือในห้องปฏิบัติการ

การทดลองประเภทนี้ทำให้เกิดการรบกวนในลักษณะที่ควบคุมได้ พวกเขาทำงานในกรณีที่งานภาคสนามไม่สามารถเกิดขึ้นได้ทั่วทั้งพื้นที่ ด้วยเหตุผลหลายประการ

ข้อเสียของการทดลองบิดเบือนคือ การทดลองเหล่านี้ไม่ได้เป็นตัวแทนของสิ่งที่จะเกิดขึ้นในระบบนิเวศตามธรรมชาติเสมอไป นอกจากนี้ การทดลองบิดเบือนอาจไม่เปิดเผยกลไกที่อยู่เบื้องหลังรูปแบบใดๆ ที่สังเกตได้ การเปลี่ยนตัวแปรในการทดลองบิดเบือนไม่ใช่เรื่องง่าย

ตัวอย่าง: ถ้าอยากเรียนจิ้งจก การปล้นสะดม ของแมงมุม คุณสามารถเปลี่ยนจำนวนของกิ้งก่าในกรงและศึกษาจำนวนแมงมุมที่เกิดจากผลกระทบนี้

ตัวอย่างที่ใหญ่กว่าและเป็นปัจจุบันของการทดลองการยักย้ายถ่ายเทคือการนำหมาป่ากลับเข้ามาในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตนอีกครั้ง การแนะนำใหม่นี้ช่วยให้นักนิเวศวิทยาสามารถสังเกตผลกระทบของหมาป่าที่กลับสู่ช่วงปกติของพวกมัน

นักวิจัยได้เรียนรู้แล้วว่าการเปลี่ยนแปลงในระบบนิเวศในทันทีเกิดขึ้นเมื่อหมาป่าถูกนำกลับมาใช้ใหม่ พฤติกรรมฝูงกวางเปลี่ยนไป การตายของกวางเอลค์ที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่แหล่งอาหารที่มั่นคงมากขึ้นสำหรับทั้งหมาป่าและสัตว์กินเนื้อ

การทดลองตามธรรมชาติไม่ได้ถูกควบคุมโดยมนุษย์ตามชื่อของมัน สิ่งเหล่านี้เป็นการดัดแปลงระบบนิเวศที่เกิดจากธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น หลังจากเกิดภัยพิบัติทางธรรมชาติ การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ หรือการแนะนำสายพันธุ์ที่รุกราน ระบบนิเวศเองก็เป็นตัวแทนของการทดลอง

แน่นอนว่าปฏิสัมพันธ์ในโลกแห่งความเป็นจริงเช่นนี้ไม่ใช่การทดลองอย่างแท้จริง สถานการณ์เหล่านี้เปิดโอกาสให้นักนิเวศวิทยาศึกษาผลกระทบของเหตุการณ์ธรรมชาติที่มีต่อชนิดพันธุ์ในระบบนิเวศ

ตัวอย่าง: นักนิเวศวิทยาสามารถสำรวจสำมะโนประชากรของสัตว์บนเกาะเพื่อศึกษาพวกมันได้ ประชากร ความหนาแน่น

ความแตกต่างหลักระหว่างการทดลองบิดเบือนและการทดลองตามธรรมชาติจากมุมมองของข้อมูลคือ การทดลองตามธรรมชาติไม่มีการควบคุม ดังนั้นบางครั้งจึงยากที่จะระบุสาเหตุและผลกระทบ

อย่างไรก็ตาม มีข้อมูลที่เป็นประโยชน์จากการทดลองตามธรรมชาติ ตัวแปรด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ระดับความชื้นและความหนาแน่นของสัตว์ยังคงสามารถนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ด้านข้อมูลได้ นอกจากนี้ การทดลองตามธรรมชาติสามารถเกิดขึ้นได้ในพื้นที่ขนาดใหญ่หรือเป็นเวลานาน สิ่งนี้ทำให้พวกเขาแตกต่างจากการทดลองบิดเบือน

น่าเสียดายที่มนุษยชาติได้ก่อให้เกิดการทดลองทางธรรมชาติที่เลวร้ายไปทั่วโลก ตัวอย่างบางส่วน ได้แก่ ความเสื่อมโทรมของแหล่งที่อยู่อาศัย การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การแนะนำของชนิดพันธุ์ที่รุกราน และการกำจัดชนิดพันธุ์พื้นเมือง

การทดลองเชิงสังเกตต้องมีการจำลองแบบที่เพียงพอสำหรับข้อมูลคุณภาพสูง “กฎ 10” มีผลบังคับใช้ที่นี่ นักวิจัยควรรวบรวมข้อสังเกต 10 รายการสำหรับแต่ละประเภทที่ต้องการ อิทธิพลจากภายนอกยังคงขัดขวางความพยายามในการรวบรวมข้อมูล เช่น สภาพอากาศและสิ่งรบกวนอื่นๆ อย่างไรก็ตาม การใช้การสังเกตการจำลองแบบ 10 ครั้งสามารถพิสูจน์ได้ว่าเป็นประโยชน์ในการรับข้อมูลที่มีนัยสำคัญทางสถิติ

สิ่งสำคัญคือต้องทำการสุ่มตัวอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งก่อนที่จะทำการทดลองเชิงสังเกต ซึ่งสามารถทำได้ด้วยสเปรดชีตบนคอมพิวเตอร์ การสุ่มทำให้การรวบรวมข้อมูลแข็งแกร่งขึ้นเพราะช่วยลดอคติ

ควรใช้การสุ่มและการจำลองแบบร่วมกันเพื่อให้เกิดประสิทธิผล ไซต์ ตัวอย่าง และการรักษาควรสุ่มกำหนดเพื่อหลีกเลี่ยงผลลัพธ์ที่น่าสับสน

วิธีการเชิงนิเวศน์อาศัยแบบจำลองทางสถิติและคณิตศาสตร์เป็นอย่างมาก สิ่งเหล่านี้ช่วยให้นักนิเวศวิทยามีวิธีทำนายว่าระบบนิเวศจะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาหรือตอบสนองต่อสภาวะที่เปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมอย่างไร

การสร้างแบบจำลอง ยังให้วิธีอื่นในการถอดรหัสข้อมูลทางนิเวศวิทยาเมื่อการทำงานภาคสนามไม่สามารถทำได้ ในความเป็นจริง มีข้อเสียหลายประการที่ต้องพึ่งพางานภาคสนามเพียงอย่างเดียว เนื่องจากงานภาคสนามโดยทั่วไปมีขนาดใหญ่ จึงไม่สามารถทำซ้ำการทดลองได้อย่างแน่นอน บางครั้งแม้แต่อายุขัยของสิ่งมีชีวิตก็เป็นปัจจัยจำกัดอัตราสำหรับงานภาคสนาม ความท้าทายอื่นๆ ได้แก่ เวลา แรงงาน และพื้นที่

การสร้างแบบจำลองจึงให้วิธีการในการปรับปรุงข้อมูลในลักษณะที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ตัวอย่างของการสร้างแบบจำลอง ได้แก่ สมการ การจำลอง กราฟ และการวิเคราะห์ทางสถิติ นักนิเวศวิทยาใช้แบบจำลองเพื่อสร้างแผนที่ที่เป็นประโยชน์เช่นกัน การสร้างแบบจำลองช่วยให้สามารถคำนวณข้อมูลเพื่อเติมช่องว่างจากการสุ่มตัวอย่างได้ หากปราศจากการสร้างแบบจำลอง นักนิเวศวิทยาจะถูกขัดขวางโดยข้อมูลจำนวนมหาศาลที่ต้องวิเคราะห์และสื่อสาร การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ช่วยให้วิเคราะห์ข้อมูลได้ค่อนข้างเร็ว

ตัวอย่างเช่น แบบจำลองจำลองช่วยให้สามารถอธิบายระบบที่อาจเป็นเรื่องยากและซับซ้อนเกินไปสำหรับแคลคูลัสแบบเดิม การสร้างแบบจำลองช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาการอยู่ร่วมกัน พลวัตของประชากร และแง่มุมอื่นๆ ของนิเวศวิทยาได้ การสร้างแบบจำลองสามารถช่วยทำนายรูปแบบเพื่อวัตถุประสงค์ในการวางแผนที่สำคัญ เช่น สำหรับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ผลกระทบของมนุษยชาติต่อสิ่งแวดล้อมจะดำเนินต่อไป ดังนั้นจึงมีความสำคัญมากขึ้นสำหรับนักนิเวศวิทยาที่จะใช้วิธีการวิจัยทางนิเวศวิทยาเพื่อหาวิธีลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม