Økologiske forskningsmetoder: Observering, eksperimentering og modellering

Økologi er studiet af forholdet mellem organismer og deres miljø på jorden. Flere økologiske metoder bruges til at studere dette forhold, herunder eksperimentering og modellering.

Manipulative, naturlige eller observationsforsøg kan anvendes. Modellering hjælper med at analysere de indsamlede data.
Hvad er økologi?

Økologi
studiet af, hvordan organismer interagerer med deres miljø og hinanden, trækker på flere andre discipliner. Miljøvidenskaben i økologi inkorporerer biologi, kemi, botanik, zoologi, matematik og andre områder.

Økologi undersøger artsinteraktioner, befolkningsstørrelse, økologiske nicher, fødevarer, energiflow og miljøfaktorer. For at gøre dette stoler økologer på omhyggelige metoder til at indsamle de mest nøjagtige data, de kan. Når data er indsamlet, analyserer økologer det derefter til deres forskning.

Oplysningerne fra disse forskningsmetoder kan derefter hjælpe økologer med at finde virkninger forårsaget af mennesker eller naturlige faktorer. Disse oplysninger kan derefter bruges til at hjælpe med at styre og bevare påvirkede områder eller arter.
Observation og feltarbejde

Hvert eksperiment kræver observation. Økologer skal observere miljøet, arten deri, og hvordan disse arter interagerer, vokser og ændrer sig. Forskellige forskningsprojekter kræver forskellige typer evalueringer og observationer.

Økologer bruger undertiden en deskbaseret vurdering
, eller DBA, til at indsamle og sammenfatte oplysninger om specifikke områder af interesse. I dette scenarie bruger økologer oplysninger, der allerede er indsamlet fra andre kilder.

Ofte er økologer imidlertid afhængige af observation og feltarbejde. Dette indebærer, at man faktisk går ind i det emne, der er interesseret i, at se det i sin naturlige tilstand. Ved at foretage feltundersøgelser kan økologer spore befolkningens vækst af arter, observere samfundsøkologi i aktion og undersøge virkningen af nye arter eller andre introducerede fænomener i miljøet.

Hver feltplads vil adskille sig i naturen, i form eller på andre måder. Økologiske metoder tillader sådanne forskelle, så forskellige værktøjer kan bruges til observationer og prøveudtagning. Det er vigtigt, at der udtages stikprøver på en tilfældig måde for at bekæmpe bias.
Typer af data opnået

Data, der er opnået fra observation og feltarbejde, kan være enten kvalitative eller kvantitative. Disse to klassificeringer af data varierer på forskellige måder.

Kvalitative data: Kvalitative data refererer til kvaliteten af emnet eller betingelserne. Det er derfor en mere beskrivende form for data. Det måles ikke let, og det indsamles ved observation.

Da kvalitative data er beskrivende, kan de omfatte aspekter som farve, form, hvad enten himlen er overskyet eller solrig, eller andre aspekter til, hvordan en observation websted kan se ud. Kvalitative data er ikke numeriske som kvantitative data. Det betragtes derfor som mindre pålidelige end kvantitative data.

Kvantitative data: Kvantitative data refererer til numeriske værdier eller mængder. Disse typer data kan måles og er normalt i antal. Eksempler på kvantitative data kan omfatte pH-niveauer i jord, antallet af mus på et feltsted, prøvedata, saltholdighedsniveauer og anden information i numerisk form.

Økologer bruger statistik til at analysere kvantitative data. Det betragtes derfor som en mere pålidelig form for data end kvalitative data.
Typer feltarbejdsundersøgelser

Direkte undersøgelse: Forskere kan direkte observere dyr og planter i deres miljø. Dette kaldes en direkte undersøgelse. Selv på steder, så fjernt som en havbund, kan økolog studere undervandsmiljøet. En direkte undersøgelse i dette tilfælde ville medføre fotografering eller optagelse af et sådant miljø.

Nogle prøveudtagningsmetoder, der bruges til at registrere billeder af havets liv på havbunden, inkluderer videoslæde, vandgardinkameraer og Ham-Cams. Ham-Cams er fastgjort til en Hamon Grab, en prøvebeholderenhed, der bruges til at indsamle prøver. Dette er en effektiv måde at studere dyrepopulationer på.

Hamon Grab er en metode til opsamling af sediment fra havbunden, og sedimentet føres på en båd, hvor økologer kan sortere gennem og fotografere. Disse dyr vil blive identificeret i et laboratorium andetsteds.

Foruden et Hamon Grab inkluderer undersøiske opsamlingsanlæg en bjælke trawl, der bruges til at opnå større havdyr. Dette indebærer, at der fastgøres et net til en stålbjælke og trawl fra bagsiden af en båd. Prøverne bringes om bord på båden og fotograferes og tælles.

Indirekte undersøgelse: Det er ikke altid praktisk eller ønskeligt at observere organismer direkte. I denne situation indebærer økologiske metoder observering af de spor, disse arter efterlader. Disse kan omfatte dyrefat, fodaftryk og andre indikatorer for deres tilstedeværelse.
Økologiske eksperimenter

Det overordnede formål med økologiske metoder til forskning er at få data af høj kvalitet. For at gøre dette skal eksperimenter planlægges omhyggeligt.

Hypotese: Det første skridt i ethvert eksperimentelt design er at komme med en hypotese eller et videnskabeligt spørgsmål. Derefter kan forskere udarbejde en detaljeret plan for prøveudtagning.

Faktorer, der påvirker feltarbejdseksperimenter, inkluderer størrelsen og formen på et område, der skal udtages. Størrelser på feltpladser spænder fra små til meget store, afhængigt af hvilke økologiske samfund der undersøges. Eksperimenter i dyreøkologi skal tage højde for potentiel bevægelse og dyrestørrelse.

For eksempel ville edderkopper ikke kræve et stort feltsted til undersøgelse. Det samme ville være tilfældet, når man studerer jordkemi eller jordhvirvelløse dyr. Du kan bruge en størrelse på 15 meter med 15 meter.

Urteplanter og små pattedyr kræver muligvis feltpladser på op til 30 kvadratmeter. Træer og fugle har muligvis brug for et par hektar. Hvis du studerer store, mobile dyr, såsom hjorte eller bjørne, kan dette betyde, at du har brug for et ganske stort område på flere hektar.

Det er også vigtigt at beslutte om antallet af steder. Nogle feltundersøgelser kræver muligvis kun et sted. Men hvis to eller flere levesteder er inkluderet i undersøgelsen, er to eller flere feltsteder nødvendige.

Værktøjer: Værktøjer, der bruges til feltsteder inkluderer transekter, samplingsdiagrammer, plotløs sampling, punktmetoden, transekt-aflytning -metoden og point-quarter-metoden. Målet er at få uvildige prøver af en mængde, der er tilstrækkelig høj, til at statistiske analyser vil blive lyd. Optagelse af oplysninger om feltdataark hjælper i dataindsamlingen.

Et veludviklet økologisk eksperiment har en klar redegørelse om formål eller spørgsmål. Forskere skal være ekstraordinære omhu for at fjerne bias ved at tilvejebringe både replikation og randomisering. Kendskab til arten, der undersøges, samt organismerne deri, er altafgørende.

Resultater: Efter afslutning skal indsamlede økologiske data analyseres med en computer. Der er tre typer af økologiske eksperimenter, der kan udføres: manipulerende, naturlige og observationsmæssige.
Manipulative eksperimenter

Manipulative eksperimenter er dem, hvor forskeren ændrer en faktor for at se, hvordan det påvirker et økosystem. Det er muligt at gøre dette i marken eller på et laboratorium.

Disse slags eksperimenter giver interferens på en kontrolleret måde. De arbejder i tilfælde, hvor feltarbejde af forskellige grunde ikke kan forekomme over et helt område.

Ulempen med manipulerende eksperimenter er, at de ikke altid er repræsentative for, hvad der ville ske i det naturlige økosystem. Derudover afslører manipulative eksperimenter muligvis ikke mekanismen bag nogen observerede mønstre. Det er heller ikke let at ændre variabler i et manipulativt eksperiment.

Eksempel: Hvis du ville lære om øgle-predation af edderkopper, kan du ændre antallet af firben i kabinetter og studere, hvor mange edderkopper der blev resultatet af denne effekt .

Et større og aktuelt eksempel på et manipuleringseksperiment er genindførelse af ulve i Yellowstone National Park. Denne genindførelse giver økologer mulighed for at observere virkningen af ulve, der vender tilbage til det, der engang var deres normale rækkevidde.

Allerede har forskere lært, at en øjeblikkelig ændring i økosystemet skete, når ulve blev genindført. Elevbesætningens opførsel ændrede sig. Øget elgdødelighed førte til en mere stabil fødevareforsyning for både ulve og æggespisere.
Naturlige eksperimenter

Naturlige eksperimenter, som deres navn antyder, er ikke instrueret af mennesker. Dette er manipulationer af et økosystem forårsaget af naturen. F.eks. Repræsenterer økosystemet selv et eksperiment i kølvandet på en naturkatastrofe, klimaændringer eller indførelse af invasive arter. Naturligvis

Interaktioner i den virkelige verden som disse er naturligvis ikke rigtig eksperimenter. Disse scenarier giver økologer muligheder for at undersøge de virkninger, naturlige begivenheder har på arter i et økosystem.

Eksempel: Økologer kunne tage en folketælling af dyr på en ø for at undersøge deres befolkningstæthed.

Den største forskel mellem manipulerende og naturlige eksperimenter fra et dataperspektiv er, at naturlige eksperimenter ikke har kontrol. Derfor er det nogle gange sværere at bestemme årsag og virkning.

Ikke desto mindre er der nyttig information, der kan opnås ved naturlige eksperimenter. Miljøvariabler som fugtighedsniveauer og tæthed af dyr kan stadig bruges til dataformål. Derudover kan naturlige eksperimenter forekomme i store områder eller store tidsstrækninger. Dette adskiller dem yderligere fra manipulerende eksperimenter.

Desværre har menneskeheden forårsaget katastrofale naturlige eksperimenter over hele kloden. Nogle eksempler på disse inkluderer nedbrydning af levesteder, klimaændringer, introduktion af invasive arter og fjernelse af indfødte arter.
Observationsforsøg

Observationseksperimenter kræver passende replikationer for data af høj kvalitet. "Reglen om 10" gælder her; forskere skal indsamle 10 observationer for hver krævet kategori. Indflydelse udefra kan stadig hæmme bestræbelserne på at indsamle data, såsom vejr og andre forstyrrelser. Imidlertid kan brug af 10 replikerende observationer vise sig at være nyttigt til opnåelse af statistisk signifikante data.

Det er vigtigt at udføre randomisering, helst inden der udføres observationsforsøg. Dette kan gøres med et regneark på en computer. Tilfældiggørelse styrker dataindsamlingen, fordi det reducerer bias.

Tilfældiggørelse og replikering skal bruges sammen for at være effektive. Websteder, prøver og behandlinger skal alle tildeles tilfældigt for at undgå forvirrede resultater.
Modellering

Økologiske metoder er meget afhængige af statistiske og matematiske modeller. Disse giver økologer en måde at forudsige, hvordan et økosystem vil ændre sig over tid eller reagere på skiftende forhold i miljøet.

Modellering giver også en anden måde at dechifrere økologisk information, når feltarbejde ikke er praktisk. Der er faktisk flere ulemper ved kun at stole på feltarbejde. På grund af det typisk store feltarbejde er det ikke muligt at gentage eksperimenter nøjagtigt. Nogle gange er endda organismernes levetid en hastighedsbegrænsende faktor for feltarbejde. Andre udfordringer inkluderer tid, arbejde og rum.

Modellering giver derfor en metode til at strømline information på en mere effektiv måde.

Eksempler på modellering inkluderer ligninger, simuleringer, grafer og statistiske analyser. Økologer bruger modellering også til at producere nyttige kort. Modellering giver mulighed for beregninger af data til udfyldning af huller fra sampling. Uden modellering ville økologer blive hæmmet af den store mængde data, der skal analyseres og formidles. Computermodellering giver mulighed for relativt hurtig analyse af data.

En simuleringsmodel muliggør for eksempel beskrivelse af systemer, der ellers ville være ekstremt vanskelige og for komplicerede til traditionel beregning. Modellering giver forskere mulighed for at studere sameksistens, befolkningsdynamik og mange andre aspekter af økologi. Modellering kan hjælpe med at forudsige mønstre til afgørende planlægningsformål, f.eks. Til klimaforandringer.

Menneskets påvirkning af miljøet vil fortsætte. Det bliver derfor stadig mere afgørende for økologer at bruge økologiske forskningsmetoder til at finde måder at dæmpe miljøpåvirkningen på.