Sisältö
- Mikä on ekologia?
- Tarkkailu ja kenttätyöt
- Saatavat tietotyypit
- Kenttätyötutkimusten tyypit
- Ekologiset kokeet
- Manipulatiiviset kokeilut
- Luonnolliset kokeilut
- Havaintokokeet
- mallintaminen
Ekologia on tutkimus organismien ja niiden ympäristön välisestä suhteesta maan päällä. Tämän suhteen tutkimiseen käytetään useita ekologisia menetelmiä, mukaan lukien kokeilu ja mallintaminen.
Manipulatiivisia, luonnollisia tai havainnollisia kokeita voidaan käyttää. Mallinnus auttaa analysoimaan kerättyjä tietoja.
Mikä on ekologia?
Ekologia, tutkimus siitä, miten organismit ovat vuorovaikutuksessa ympäristönsä ja toistensa kanssa, vetoaa useisiin muihin tieteenaloihin. Ekologian ympäristötiede sisältää biologian, kemian, kasvitieteen, eläintieteen, matematiikan ja muut alat.
Ekologia tutkii lajien vuorovaikutusta, populaation kokoa, ekologisia markkinarakoja, ruokarainoja, energian virtausta ja ympäristötekijöitä. Tätä varten ekologit luottavat huolellisiin menetelmiin kerätäkseen mahdollisimman tarkkoja tietoja. Kun tiedot on kerätty, ekologit analysoivat sen tutkimusta varten.
Näistä tutkimusmenetelmistä saatu tieto voi sitten auttaa ekologia etsimään ihmisen tai luonnollisten tekijöiden aiheuttamia vaikutuksia. Tätä tietoa voidaan sitten käyttää hallitsemaan ja säilyttämään vaikutusalueita tai lajeja.
Tarkkailu ja kenttätyöt
Jokainen koe vaatii havainnointia. Ekologien on tarkkailtava ympäristöä, siinä olevia lajeja ja miten nämä lajit ovat vuorovaikutuksessa, kasvavat ja muuttuvat. Eri tutkimusprojektit vaativat erityyppisiä arviointeja ja havaintoja.
Ekologit käyttävät joskus a työpöytäpohjainen arviointitai DBA, kerätä ja tiivistää tietoja tietyistä kiinnostuksen kohteista. Tässä skenaariossa ekologit käyttävät jo muista lähteistä kerättyä tietoa.
Usein kuitenkin ekologit luottavat havainnointi ja kenttätyöt. Tämä tarkoittaa sitä, että mennään mielenkiintoisen kohteen luontotyyppiin seuraamaan sitä luonnollisessa tilassaan. Kenttätutkimuksilla ekologit voivat seurata lajien populaation kasvua, seurata yhteisön ekologiaa toiminnassa ja tutkia uusien lajien tai muiden ympäristöön tuotujen ilmiöiden vaikutuksia.
Jokainen kenttäpaikka eroaa luonteeltaan, muodoltaan tai muilla tavoilla. Ekologiset menetelmät sallivat tällaiset erot, jotta havainnointiin ja näytteenottoon voidaan käyttää erilaisia työkaluja. On ehdottoman tärkeää, että näytteenotto tehdään satunnaisella tavalla puolueellisuuden torjumiseksi.
Saatavat tietotyypit
Havainnoista ja kenttätyöstä saatu tieto voi olla joko laadullista tai kvantitatiivista. Nämä kaksi tietoluokitusta vaihtelevat eri tavoin.
Laadulliset tiedot: Laadullisilla tiedoilla tarkoitetaan a kohteen tai olosuhteiden laatu. Siksi se on enemmän kuvaileva tietomuoto. Sitä ei mitata helposti, ja se kerätään havainnoimalla.
Koska kvalitatiivinen tieto on kuvaava, se voi sisältää näkökohtia, kuten värin, muodon, onko taivas pilvinen tai aurinkoinen, tai muita näkökohtia, kuinka havaintoalue näyttää. Laadullinen tieto ei ole numeerinen, kuten kvantitatiivinen tieto. Siksi sitä pidetään vähemmän luotettavana kuin kvantitatiivista tietoa.
Kvantitatiivinen tieto: Määrällisillä tiedoilla tarkoitetaan numeeriset arvot tai määrät. Tällaiset tiedot voidaan mitata ja ne ovat yleensä lukumuodossa. Esimerkkejä kvantitatiivisista tiedoista voivat olla maaperän pH-tasot, hiirten lukumäärä kentällä, näytteen tiedot, suolapitoisuudet ja muut tiedot numeerisessa muodossa.
Ekologit käyttävät tilastoja kvantitatiivisen tiedon analysointiin. Siksi sitä pidetään luotettavampana tietomuodona kuin laadullisena datana.
Kenttätyötutkimusten tyypit
Suora kysely: Tutkijat voivat tarkkailla eläimiä ja kasveja suoraan ympäristössään. Tätä kutsutaan suoraksi kyselyksi. Jopa kaukoisissa paikoissa kuin merenpohja, ekologi voi tutkia vedenalaista ympäristöä. Suora kysely tässä tapauksessa merkitsisi tällaisen ympäristön valokuvaamista tai kuvaamista.
Joitakin näytteenottomenetelmiä, joita käytetään merien elämäkuvien tallentamiseen merenpohjaan, ovat videokelkat, vesikattokamerat ja Ham-Cams. Ham-Cams kiinnitetään Hamon Grab -laitteeseen, näytekauhalaitteeseen, jota käytetään näytteiden keräämiseen. Tämä on yksi tehokas tapa tutkia eläinpopulaatioita.
Hamon Grab on menetelmä kerätä sedimenttiä merenpohjasta, ja sedimentti otetaan veneeseen ekologien tutkittavaksi ja valokuvaamaan. Nämä eläimet tunnistetaan laboratoriossa muualla.
Hamon Grab -sovelluksen lisäksi merenalaisiin keräyslaitteisiin kuuluu puomitrooli, jota käytetään saamaan suurempia merieläimiä. Tämä edellyttää verkon kiinnittämistä teräspalkkiin ja troolia veneen takaa. Näytteet tuodaan veneelle ja valokuvataan ja lasketaan.
Epäsuora kysely: Organismien suora tarkkailu ei ole aina käytännöllistä tai toivottavaa. Tässä tilanteessa ekologiset menetelmät edellyttävät niiden lajien jäljittämistä, jotka nämä lajit jättävät jälkeensä. Ne voivat sisältää eläinten siron, jalat ja muut indikaattorit heidän läsnäolostaan.
Ekologiset kokeet
Ekologisten tutkimusmenetelmien päätarkoitus on saada korkealaatuista tietoa. Kokeet on suunniteltava huolellisesti tämän saavuttamiseksi.
Hypoteesi: Kaikkien kokeellisten suunnitelmien ensimmäinen askel on keksiä hypoteesi tai tieteellinen kysymys. Sitten tutkijat voivat laatia yksityiskohtaisen suunnitelman näytteenottoa varten.
Kenttätyökokeisiin vaikuttavia tekijöitä ovat näytteenottoalueen koko ja muoto. Peltoaluekoot vaihtelevat pienestä erittäin suureen sen mukaan, mitä ekologisia yhteisöjä tutkitaan. Eläinökologian kokeissa on otettava huomioon eläinten mahdollinen liikkuminen ja koko.
Esimerkiksi hämähäkit eivät vaadi laajaa kenttäaluetta tutkimukseksi. Sama pätee tutkittaessa maaperän kemiaa tai maaperän selkärangattomia. Voit käyttää kokoa 15 metriä 15 metriä.
Ruohokasvit ja pienet nisäkkäät saattavat tarvita jopa 30 neliömetrin suuruisia peltoja. Puut ja linnut saattavat tarvita pari hehtaaria. Jos tutkit suuria, liikkuvia eläimiä, kuten peuroja tai karhuja, tämä voi tarkoittaa sitä, että tarvitset melko suuren, usean hehtaarin alueen.
Sivustojen lukumäärästä päättäminen on myös tärkeää. Jotkut kenttätutkimukset saattavat edellyttää vain yhtä sivustoa. Mutta jos tutkimukseen sisällytetään kaksi tai useampia luontotyyppejä, kaksi tai useampi peltoalue on välttämätön.
Työkalut: Kenttäkohteisiin käytettyjä työkaluja ovat transektit, näytteenottokaaviot, plotless näytteenotto, pistemenetelmä, transect-sieppausmenetelmä ja piste-vuosineljänneksen menetelmä. Tavoitteena on saada puolueettomia näytteitä riittävän suuresta määrästä, jotta tilastolliset analyysit ovat vakaampia. Tietojen tallentaminen kentän lomakkeille auttaa tiedonkeruussa.
Hyvin suunnitellulla ekologisella kokeella on selkeä tarkoitus tai kysymys. Tutkijoiden tulee erityisen huolellisesti poistaa vääristymät tarjoamalla sekä replikointi että satunnaistaminen. Tutkittavien lajien ja niissä olevien organismien tuntemus on ensiarvoisen tärkeää.
tulokset: Valmistuttuaan kerätyt ekologiset tiedot tulisi analysoida tietokoneella. On olemassa kolmen tyyppisiä ekologisia kokeita, jotka voidaan tehdä: manipuloivia, luonnollisia ja havainnollisia.
Manipulatiiviset kokeilut
Manipulatiiviset kokeet ovat niitä, joissa tutkija muuttaa tekijää nähdäksesi kuinka se vaikuttaa ekosysteemiin. Tämä on mahdollista tehdä kentällä tai laboratoriossa.
Tällaiset kokeet tarjoavat häiriöitä hallitusti. Ne toimivat tapauksissa, joissa kenttätyötä ei voida suorittaa koko alueella eri syistä.
Manipulatiivisten kokeiden haittapuoli on se, että ne eivät aina edusta sitä, mitä tapahtuisi luonnollisessa ekosysteemissä. Lisäksi manipuloivat kokeet eivät välttämättä paljasta havaittujen kuvioiden takana olevaa mekanismia. Muuttujien muuttaminen manipuloivassa kokeessa ei ole myöskään helppoa.
esimerkki: Jos haluat oppia hämähäkkien liskopetoksesta, voit muuttaa liskojen lukumäärää koteloissa ja tutkia kuinka monta hämähäkkiä aiheutti tästä vaikutuksesta.
Suurempi ja nykyinen esimerkki manipulointikokeesta on susien palauttaminen Yellowstonen kansallispuistoon. Tämän uudelleenkäynnistyksen ansiosta ekologit voivat tarkkailla suden vaikutusta palaavan entisen normaalin alueensa alueelle.
Tutkijat ovat jo oppineet, että ekosysteemissä tapahtui välitön muutos, kun susia todettiin uudelleen. Hirvenlaumakäyttäytyminen muuttui. Lisääntynyt hirvien kuolleisuus johti vakaampaan ruokatarjontaan sekä susille että porkkanen syöjille.
Luonnolliset kokeilut
Ihmiset eivät ohjaa luonnollisia kokeita, kuten nimensä viittaa. Nämä ovat luonnon aiheuttamia ekosysteemien manipulaatioita. Esimerkiksi luonnonkatastrofin, ilmastomuutoksen tai tunkeutuvien lajien tuonnin johdosta ekosysteemi edustaa itse kokeilua.
Tietenkin, kuten nämä reaalimaailman vuorovaikutukset eivät ole todella kokeiluja. Nämä skenaariot tarjoavat ekologille mahdollisuudet tutkia luonnontapahtumien vaikutuksia ekosysteemin lajeihin.
Esimerkki: Ekologit voisivat suorittaa eläinlaskennan saarella tutkimaan niiden asukastiheyttä.
Tärkein ero manipuloivien ja luonnollisten kokeiden välillä datanäkökulmasta on se, että luonnollisilla kokeilla ei ole kontrollia. Siksi syy ja seuraus on joskus vaikeampi määrittää.
Siitä huolimatta luonnollisista kokeista on saatavana hyödyllistä tietoa. Ympäristömuuttujia, kuten eläinten kosteustasoa ja tiheyttä, voidaan silti käyttää tietoihin. Lisäksi luonnollisia kokeita voi tapahtua suurilla alueilla tai laajoina ajanjaksoina. Tämä erottaa heidät edelleen manipuloivista kokeista.
Valitettavasti ihmiskunta on aiheuttanut katastrofaalisia luonnollisia kokeiluja ympäri maailmaa. Joitakin esimerkkejä näistä ovat elinympäristön pilaantuminen, ilmastonmuutos, invasiivisten lajien asettaminen ja kotoperäisten lajien poistaminen.
Havaintokokeet
Havaintokokeet vaativat riittävät toisinnot korkealaatuista tietoa varten. Tässä sovelletaan ”10-sääntöä”; tutkijoiden tulisi kerätä 10 havaintoa kutakin vaadittavaa luokkaa kohti. Ulkoiset vaikutteet, kuten sää ja muut häiriöt, voivat silti estää tietojen keräämistä. Kymmenen toistavan havainnon käyttäminen voi kuitenkin olla hyödyllistä tilastollisesti merkittävän tiedon hankkimisessa.
On tärkeää suorittaa satunnaistaminen, mieluiten ennen havainnollisten kokeiden suorittamista. Tämä voidaan tehdä laskentataulukolla tietokoneella. Satunnaistaminen vahvistaa tiedonkeruua, koska se vähentää puolueellisuutta.
Satunnaistamista ja toistoa tulisi käyttää yhdessä ollakseen tehokas. Kaikki paikat, näytteet ja käsittelyt olisi jaettava satunnaisesti epäselvien tulosten välttämiseksi.
mallintaminen
Ekologiset menetelmät riippuvat suuresti tilastollisista ja matemaattisista malleista. Ne tarjoavat ekologille tavan ennustaa, kuinka ekosysteemi muuttuu ajan myötä tai reagoimaan ympäristön muuttuviin olosuhteisiin.
mallintaminen tarjoaa myös toisen tavan ekologisen tiedon salaamiseen, kun kenttätyöt eivät ole käytännöllisiä. Itse asiassa pelkästään kenttätyöhön luottamiseen liittyy useita haittoja. Koska tyypillisesti laajamittaisessa kenttätyössä ei ole mahdollista kopiota toistaa tarkasti. Joskus jopa organismien elinikä on nopeutta rajoittava tekijä kenttätyöhön. Muita haasteita ovat aika, työ ja tila.
Siksi mallintaminen tarjoaa menetelmän tiedon virtaviivaistamiseksi tehokkaammin.
Esimerkkejä mallinnuksesta ovat yhtälöt, simulaatiot, kuvaajat ja tilastolliset analyysit. Ekologit käyttävät mallinnusta hyödyllisten karttojen tuottamiseen. Mallinnus mahdollistaa tietojen laskelmien täyttämiseksi aukot näytteenotosta. Ilman mallintaa ekologia haittaisi analysoitavan ja välitettävän datan suuri määrä. Tietokonemallinnus mahdollistaa suhteellisen nopean datan analysoinnin.
Esimerkiksi simulaatiomalli mahdollistaa järjestelmien kuvaamisen, jotka muuten olisivat erittäin vaikeita ja liian monimutkaisia perinteiselle laskennalle. Mallinnuksen avulla tutkijat voivat tutkia rinnakkaiseloa, populaatiodynamiikkaa ja monia muita ekologian näkökohtia. Mallinnus voi auttaa ennustamaan malleja kriittisiin suunnittelutarkoituksiin, kuten ilmastonmuutokseen.
Ihmiskunnan vaikutukset ympäristöön jatkuvat. Siksi ekologien on entistä tärkeämpää käyttää ekologisia tutkimusmenetelmiä keinojen löytämiseksi ympäristövaikutusten lieventämiseksi.