Inhalt
- Was ist Ökologie?
- Beobachtung und Feldarbeit
- Arten von Daten erhalten
- Arten von Feldstudien
- Ökologische Experimente
- Manipulative Versuche
- Natürliche Experimente
- Beobachtungsversuche
- Modellieren
Ökologie ist das Studium der Beziehung zwischen Organismen und ihrer Umwelt auf der Erde. Um diese Beziehung zu untersuchen, werden verschiedene ökologische Methoden angewendet, einschließlich Experimentieren und Modellieren.
Manipulative, natürliche oder beobachtende Experimente können verwendet werden. Die Modellierung hilft bei der Analyse der gesammelten Daten.
Was ist Ökologie?
ÖkologieDie Untersuchung, wie Organismen mit ihrer Umwelt und untereinander interagieren, stützt sich auf mehrere andere Disziplinen. Die Umweltwissenschaften der Ökologie umfassen Biologie, Chemie, Botanik, Zoologie, Mathematik und andere Bereiche.
Die Ökologie untersucht Artenwechselwirkungen, Populationsgröße, ökologische Nischen, Nahrungsnetze, Energieflüsse und Umweltfaktoren. Um dies zu erreichen, verlassen sich Ökologen auf sorgfältige Methoden, um möglichst genaue Daten zu sammeln. Sobald die Daten gesammelt sind, analysieren die Ökologen sie für ihre Forschung.
Die aus diesen Forschungsmethoden gewonnenen Informationen können dann den Ökologen helfen, die Auswirkungen von Menschen oder natürlichen Faktoren zu ermitteln. Diese Informationen können dann zur Bewirtschaftung und Erhaltung der betroffenen Gebiete oder Arten verwendet werden.
Beobachtung und Feldarbeit
Jedes Experiment erfordert Beobachtung. Ökologen müssen die Umwelt, die Arten in ihr und wie diese Arten interagieren, wachsen und sich verändern, beobachten. Unterschiedliche Forschungsprojekte erfordern unterschiedliche Arten von Bewertungen und Beobachtungen.
Ökologen verwenden manchmal a Desk-based Assessmentoder DBA, um Informationen zu bestimmten Bereichen von Interesse zu sammeln und zusammenzufassen. In diesem Szenario verwenden Ökologen Informationen, die bereits aus anderen Quellen stammen.
Oft verlassen sich Ökologen jedoch darauf Beobachtung und Feldarbeit. Dies beinhaltet, dass tatsächlich in den Lebensraum des interessierenden Subjekts gegangen wird, um es in seinem natürlichen Zustand zu beobachten. Mithilfe von Feldstudien können Ökologen das Bevölkerungswachstum von Arten verfolgen, die Ökologie der Gemeinschaften in Aktion beobachten und die Auswirkungen neuer Arten oder anderer in die Umwelt eingeführter Phänomene untersuchen.
Jeder Feldstandort unterscheidet sich in der Natur, in der Form oder auf andere Weise. Ökologische Methoden berücksichtigen solche Unterschiede, so dass unterschiedliche Instrumente für Beobachtungen und Probenahmen verwendet werden können. Es ist entscheidend, dass Stichproben in zufälliger Weise entnommen werden, um die Voreingenommenheit zu bekämpfen.
Arten von Daten erhalten
Daten aus Beobachtung und Feldarbeit können entweder qualitativ oder quantitativ sein. Diese beiden Klassifikationen von Daten unterscheiden sich auf unterschiedliche Weise.
Qualitative Daten: Qualitative Daten beziehen sich auf a Qualität des Themas oder der Bedingungen. Es ist also ein Mehr beschreibend Form von Daten. Es ist nicht leicht zu messen und wird durch Beobachtung gesammelt.
Da qualitative Daten beschreibend sind, können sie Aspekte wie Farbe, Form, ob der Himmel bewölkt oder sonnig ist, oder andere Aspekte für das Aussehen eines Beobachtungsorts umfassen. Qualitative Daten sind nicht wie quantitative Daten numerisch. Es gilt daher als weniger zuverlässig als quantitative Daten.
Quantitative Daten: Quantitative Daten beziehen sich auf Zahlenwerte oder Mengen. Diese Arten von Daten können gemessen werden und liegen normalerweise in Zahlenform vor. Beispiele für quantitative Daten können pH-Werte im Boden, die Anzahl der Mäuse auf einem Feld, Probendaten, Salzgehalte und andere Informationen in numerischer Form sein.
Ökologen verwenden Statistiken, um quantitative Daten zu analysieren. Es wird daher als zuverlässigere Datenform als qualitative Daten angesehen.
Arten von Feldstudien
Direkte Umfrage: Wissenschaftler können Tiere und Pflanzen in ihrer Umgebung direkt beobachten. Dies wird als direkte Umfrage bezeichnet. Selbst an Orten, die so abgelegen sind wie der Meeresboden, kann der Ökologe die Unterwasserumgebung untersuchen. Eine direkte Umfrage würde in diesem Fall das Fotografieren oder Filmen einer solchen Umgebung bedeuten.
Einige Probenahmemethoden zur Aufnahme von Bildern des Meereslebens auf dem Meeresboden umfassen Videoschlitten, Wasservorhangkameras und Ham-Cams. Ham-Cams werden an einem Hamon Grab befestigt, einem Probenbehälter, mit dem Proben entnommen werden. Dies ist ein effektiver Weg, um Tierpopulationen zu untersuchen.
Der Hamon Grab ist eine Methode zum Sammeln von Sedimenten vom Meeresboden. Das Sediment wird auf ein Boot gebracht, damit die Ökologen es sortieren und fotografieren können. Diese Tiere werden in einem Labor an anderer Stelle identifiziert.
Unterwassersammelvorrichtungen enthalten neben einem Hamon Grab ein Baumkurren, mit dem größere Meerestiere gefangen werden können. Dazu wird ein Netz an einem Stahlträger befestigt und von der Rückseite eines Bootes aus geschleppt. Die Proben werden an Bord gebracht und fotografiert und gezählt.
Indirekte Umfrage: Es ist nicht immer praktisch oder wünschenswert, Organismen direkt zu beobachten. Ökologische Methoden erfordern in dieser Situation die Beobachtung der Spuren, die diese Arten hinterlassen. Dies können Tierkot, Füße und andere Indikatoren für ihr Vorhandensein sein.
Ökologische Experimente
Der übergeordnete Zweck ökologischer Forschungsmethoden besteht darin, qualitativ hochwertige Daten zu erhalten. Dazu müssen Experimente sorgfältig geplant werden.
Hypothese: Der erste Schritt in einem experimentellen Design besteht darin, eine Hypothese oder eine wissenschaftliche Frage aufzustellen. Anschließend können die Forscher einen detaillierten Plan für die Probenahme ausarbeiten.
Faktoren, die Feldarbeitsexperimente beeinflussen, umfassen die Größe und Form eines zu untersuchenden Bereichs. Die Größe der Feldstandorte reicht von klein bis sehr groß, je nachdem, welche ökologischen Gemeinschaften untersucht werden. Tierökologische Experimente müssen die potenzielle Bewegung und Größe von Tieren berücksichtigen.
Zum Beispiel würden Spinnen keinen großen Feldstandort für das Studium benötigen. Gleiches gilt für das Studium der Bodenchemie oder der Bodenwirbellosen. Sie könnten eine Größe von 15 mal 15 Metern verwenden.
Krautige Pflanzen und kleine Säugetiere benötigen möglicherweise Feldstandorte von bis zu 30 Quadratmetern. Bäume und Vögel brauchen vielleicht ein paar Hektar. Wenn Sie große, bewegliche Tiere wie Hirsche oder Bären untersuchen, kann dies bedeuten, dass Sie eine ziemlich große Fläche von mehreren Hektar benötigen.
Entscheidend ist auch die Festlegung der Anzahl der Standorte. Einige Feldstudien erfordern möglicherweise nur einen Standort. Wenn jedoch zwei oder mehr Lebensräume in die Studie einbezogen werden, sind zwei oder mehr Feldstandorte erforderlich.
Werkzeuge: Zu den Werkzeugen, die für Feldstandorte verwendet werden, gehören Transekte, Stichprobenplots, plotlose Stichproben, die Punktmethode, die Transekt-Intercept-Methode und die Punkt-Viertel-Methode. Ziel ist es, objektive Stichproben zu erhalten, die hoch genug sind, um statistische Analysen zu ermöglichen. Das Aufzeichnen von Informationen auf Felddatenblättern hilft bei der Datenerfassung.
Ein gut durchdachtes ökologisches Experiment wird eine klare Aussage über den Zweck oder die Frage haben. Forscher sollten außerordentlich vorsichtig sein, um Verzerrungen durch Replikation und Randomisierung zu beseitigen. Das Wissen über die untersuchten Arten und die Organismen in ihnen ist von größter Bedeutung.
Ergebnisse: Nach Abschluss sollten die gesammelten ökologischen Daten mit einem Computer analysiert werden. Es gibt drei Arten von ökologischen Experimenten, die durchgeführt werden können: manipulativ, natürlich und beobachtend.
Manipulative Versuche
Manipulative Experimente sind solche, bei denen der Forscher ändert einen Faktor um zu sehen, wie es ein Ökosystem beeinflusst. Dies ist vor Ort oder im Labor möglich.
Diese Art von Experimenten führen zu einer kontrollierten Störung. Sie arbeiten in Fällen, in denen Feldarbeit aus verschiedenen Gründen nicht über ein ganzes Gebiet erfolgen kann.
Der Nachteil manipulativer Experimente ist, dass sie nicht immer repräsentativ für das sind, was im natürlichen Ökosystem passieren würde. Darüber hinaus zeigen manipulative Experimente möglicherweise nicht den Mechanismus, der hinter den beobachteten Mustern steht. Es ist auch nicht einfach, Variablen in einem Manipulationsexperiment zu ändern.
Beispiel: Wenn Sie mehr über die Räuberung von Spinnen durch Eidechsen erfahren möchten, können Sie die Anzahl der Eidechsen in Gehegen ändern und untersuchen, wie viele Spinnen sich aus diesem Effekt ergeben.
Ein größeres und aktuelles Beispiel für ein Manipulationsexperiment ist die Wiedereinführung von Wölfen in den Yellowstone-Nationalpark. Diese Wiedereinführung ermöglicht es den Ökologen, den Effekt von Wölfen zu beobachten, die zu ihrem früheren Normalbereich zurückkehren.
Forscher haben bereits erfahren, dass sich das Ökosystem unmittelbar nach der Wiedereinführung der Wölfe verändert hat. Das Verhalten der Elchherden änderte sich. Erhöhte Elchsterblichkeit führte zu einer stabileren Nahrungsversorgung für Wölfe und Aasfresser.
Natürliche Experimente
Natürliche Experimente werden, wie der Name schon sagt, nicht von Menschen durchgeführt. Dies sind Manipulationen eines Ökosystems, die von der Natur verursacht werden. Beispielsweise ist das Ökosystem selbst nach einer Naturkatastrophe, einem Klimawandel oder der Einführung invasiver Arten ein Experiment.
Natürlich sind solche realen Interaktionen keine wirklichen Experimente. Diese Szenarien bieten Ökologen die Möglichkeit, die Auswirkungen natürlicher Ereignisse auf Arten in einem Ökosystem zu untersuchen.
Beispiel: Ökologen könnten eine Zählung von Tieren auf einer Insel durchführen, um deren Bevölkerungsdichte zu untersuchen.
Der Hauptunterschied zwischen manipulativen und natürlichen Experimenten aus Datenperspektive besteht darin, dass natürliche Experimente keine Kontrollen haben. Daher ist es manchmal schwieriger, Ursache und Wirkung zu bestimmen.
Dennoch gibt es nützliche Informationen aus natürlichen Experimenten. Umgebungsvariablen wie Feuchtigkeitsgehalt und Tierdichte können weiterhin für Datenzwecke verwendet werden. Darüber hinaus können natürliche Experimente über weite Gebiete oder weite Zeiträume durchgeführt werden. Dies unterscheidet sie weiter von manipulativen Experimenten.
Leider hat die Menschheit katastrophale natürliche Experimente auf der ganzen Welt verursacht. Einige Beispiele hierfür sind die Verschlechterung des Lebensraums, der Klimawandel, die Einführung invasiver Arten und die Entfernung einheimischer Arten.
Beobachtungsversuche
Beobachtungsexperimente erfordern eine angemessene Replikation für qualitativ hochwertige Daten. Hier gilt die „10er-Regel“; Forscher sollten 10 Beobachtungen für jede erforderliche Kategorie sammeln. Äußere Einflüsse können die Datenerfassungsbemühungen, wie z. B. Wetter und andere Störungen, weiterhin behindern. Die Verwendung von 10 sich wiederholenden Beobachtungen kann sich jedoch als hilfreich erweisen, um statistisch signifikante Daten zu erhalten.
Es ist wichtig, eine Randomisierung durchzuführen, vorzugsweise vor der Durchführung von Beobachtungsexperimenten. Dies kann mit einer Kalkulationstabelle auf einem Computer erfolgen. Durch die Randomisierung wird die Datenerfassung gestärkt, da die Verzerrung verringert wird.
Randomisierung und Replikation sollten zusammen verwendet werden, um effektiv zu sein. Alle Stellen, Proben und Behandlungen sollten nach dem Zufallsprinzip zugewiesen werden, um fehlerhafte Ergebnisse zu vermeiden.
Modellieren
Ökologische Methoden stützen sich stark auf statistische und mathematische Modelle. Damit können Ökologen vorhersagen, wie sich ein Ökosystem im Laufe der Zeit verändert oder auf sich ändernde Umweltbedingungen reagiert.
Modellieren bietet auch eine andere Möglichkeit, ökologische Informationen zu entschlüsseln, wenn die Feldarbeit nicht praktikabel ist. In der Tat gibt es mehrere Nachteile, sich nur auf die Feldarbeit zu verlassen. Aufgrund des typischen großen Umfangs der Feldarbeit ist es nicht möglich, Experimente exakt zu replizieren. Manchmal ist sogar die Lebensdauer von Organismen ein geschwindigkeitsbegrenzender Faktor für die Feldarbeit. Andere Herausforderungen sind Zeit, Arbeit und Raum.
Die Modellierung bietet daher eine Methode, mit der Informationen effizienter gestrafft werden können.
Beispiele für die Modellierung sind Gleichungen, Simulationen, Grafiken und statistische Analysen. Ökologen verwenden die Modellierung auch zur Erstellung hilfreicher Karten. Die Modellierung ermöglicht die Berechnung von Daten, um Lücken bei der Stichprobe zu füllen. Ohne Modellierung würden Ökologen durch die Menge an Daten behindert, die analysiert und kommuniziert werden müssen. Die Computermodellierung ermöglicht eine vergleichsweise schnelle Analyse von Daten.
Ein Simulationsmodell ermöglicht zum Beispiel die Beschreibung von Systemen, die für die traditionelle Analysis extrem schwierig und zu komplex wären. Die Modellierung ermöglicht es Wissenschaftlern, Koexistenz, Populationsdynamik und viele andere Aspekte der Ökologie zu untersuchen. Die Modellierung kann dabei helfen, Muster für wichtige Planungszwecke, z. B. für den Klimawandel, vorherzusagen.
Der Einfluss der Menschheit auf die Umwelt wird anhalten. Daher wird es für Ökologen immer wichtiger, mit ökologischen Forschungsmethoden nach Wegen zu suchen, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu mildern.