ระเบียบวิธีวิจัยเชิงนิเวศวิทยา: การสังเกตการทดลองและการสร้างแบบจำลอง

เนื้อหา

• นิเวศวิทยาคืออะไร?
• การสังเกตและการทำงานภาคสนาม
• ประเภทของข้อมูลที่ได้รับ
• ประเภทของแบบสำรวจงานภาคสนาม
• การทดลองทางนิเวศวิทยา
• การทดลองที่บิดเบือน
• การทดลองทางธรรมชาติ
• การทดลองแบบสังเกต
• การสร้างแบบจำลอง

นิเวศวิทยา เป็นการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมบนโลก วิธีการทางนิเวศวิทยาหลายวิธีถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาความสัมพันธ์นี้รวมถึงการทดลองและการสร้างแบบจำลอง

อาจใช้การทดลองเชิงกลธรรมชาติหรือเชิงสังเกตการณ์ การสร้างแบบจำลองช่วยวิเคราะห์ข้อมูลที่รวบรวมได้

นิเวศวิทยาคืออะไร?

นิเวศวิทยาการศึกษาว่าสิ่งมีชีวิตมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมของพวกมันและกันและกันอย่างไร วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมของนิเวศวิทยาประกอบด้วยชีววิทยาเคมีพฤกษศาสตร์สัตววิทยาคณิตศาสตร์และสาขาอื่น ๆ

นิเวศวิทยาตรวจสอบปฏิสัมพันธ์ของสปีชีส์ขนาดของประชากร niches นิเวศวิทยาใยอาหารการไหลของพลังงานและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม ในการทำเช่นนี้นักนิเวศวิทยาใช้วิธีการที่ระมัดระวังในการรวบรวมข้อมูลที่แม่นยำที่สุดเท่าที่จะทำได้ เมื่อรวบรวมข้อมูลแล้วนักนิเวศวิทยาจึงวิเคราะห์เพื่อการวิจัย

ข้อมูลที่ได้จากวิธีการวิจัยเหล่านี้สามารถช่วยนักนิเวศวิทยาในการหาผลกระทบที่เกิดจากมนุษย์หรือปัจจัยทางธรรมชาติ ข้อมูลนี้สามารถใช้เพื่อช่วยในการจัดการและอนุรักษ์พื้นที่หรือสายพันธุ์ที่ได้รับผลกระทบ

การสังเกตและการทำงานภาคสนาม

ทุกการทดลองต้องมีการสังเกต นักนิเวศวิทยาต้องสังเกตสภาพแวดล้อมสปีชีส์ภายในและสปีชีส์เหล่านั้นมีปฏิสัมพันธ์โต้ตอบเติบโตและเปลี่ยนแปลงอย่างไร โครงการวิจัยที่แตกต่างกันต้องการการประเมินและการสังเกตที่แตกต่างกัน

นักนิเวศวิทยาบางครั้งใช้ การประเมินแบบตั้งโต๊ะหรือ DBA เพื่อรวบรวมและสรุปข้อมูลเกี่ยวกับพื้นที่เฉพาะที่น่าสนใจ ในสถานการณ์นี้นักนิเวศวิทยากำลังใช้ข้อมูลที่รวบรวมมาจากแหล่งอื่นแล้ว

อย่างไรก็ตามบ่อยครั้งที่นักนิเวศวิทยาพึ่งพา การสังเกตและการทำงานภาคสนาม. สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการเข้าสู่ถิ่นที่อยู่ของผู้สนใจเพื่อสังเกตในสภาพธรรมชาติ โดยการสำรวจภาคสนามนักนิเวศวิทยาสามารถติดตามการเติบโตของเผ่าพันธุ์สังเกตนิเวศวิทยาชุมชนในการดำเนินการและศึกษาผลกระทบของสายพันธุ์ใหม่ใด ๆ หรือปรากฏการณ์อื่น ๆ ที่แนะนำในสภาพแวดล้อม

แต่ละพื้นที่ไซต์จะแตกต่างกันในลักษณะรูปร่างหรือวิธีอื่น วิธีการทางนิเวศวิทยาอนุญาตให้มีความแตกต่างดังกล่าวเพื่อให้สามารถใช้เครื่องมือต่าง ๆ สำหรับการสังเกตและการสุ่มตัวอย่าง มันเป็นสิ่งสำคัญที่การสุ่มตัวอย่างจะกระทำในลักษณะสุ่มเพื่อต่อสู้กับอคติ

ประเภทของข้อมูลที่ได้รับ

ข้อมูลที่ได้จากการสังเกตการณ์และงานภาคสนามสามารถเป็นได้ทั้งเชิงคุณภาพหรือเชิงปริมาณ การจำแนกข้อมูลทั้งสองประเภทนี้แตกต่างกันไปในแต่ละลักษณะ

ข้อมูลเชิงคุณภาพ: ข้อมูลเชิงคุณภาพหมายถึง คุณภาพของวัตถุหรือเงื่อนไข. มันจึงเป็นมากกว่า พรรณนา รูปแบบของข้อมูล มันไม่ได้วัดได้ง่ายและรวบรวมโดยการสังเกต

เนื่องจากข้อมูลเชิงคุณภาพเป็นข้อมูลที่มีความหมายจึงอาจรวมถึงแง่มุมต่างๆเช่นสีรูปร่างไม่ว่าท้องฟ้าจะมีเมฆมากหรือแดดจัดหรือลักษณะอื่น ๆ สำหรับลักษณะของสถานที่สังเกตการณ์ ข้อมูลเชิงคุณภาพไม่ได้เป็นตัวเลขเช่นเดียวกับข้อมูลเชิงปริมาณ ดังนั้นจึงถือว่ามีความน่าเชื่อถือน้อยกว่าข้อมูลเชิงปริมาณ

ข้อมูลเชิงปริมาณ: ข้อมูลเชิงปริมาณหมายถึง ค่าตัวเลขหรือปริมาณ. ข้อมูลประเภทนี้สามารถวัดได้และมักจะอยู่ในรูปแบบตัวเลข ตัวอย่างของข้อมูลเชิงปริมาณอาจรวมถึงระดับค่า pH ในดินจำนวนของหนูในเว็บไซต์ภาคสนามข้อมูลตัวอย่างระดับความเค็มและข้อมูลอื่น ๆ ในรูปแบบตัวเลข

นักนิเวศวิทยาใช้สถิติเพื่อวิเคราะห์ข้อมูลเชิงปริมาณ ดังนั้นจึงถือว่าเป็นรูปแบบของข้อมูลที่เชื่อถือได้มากกว่าข้อมูลเชิงคุณภาพ

ประเภทของแบบสำรวจงานภาคสนาม

สำรวจโดยตรง: นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตสัตว์และพืชในสภาพแวดล้อมของพวกเขาโดยตรง สิ่งนี้เรียกว่าการสำรวจโดยตรง แม้ในสถานที่ห่างไกลเหมือนพื้นทะเลนักนิเวศวิทยาสามารถศึกษาสภาพแวดล้อมใต้น้ำ การสำรวจโดยตรงในกรณีนี้จะนำมาซึ่งการถ่ายภาพหรือถ่ายทำสภาพแวดล้อมดังกล่าว

วิธีการสุ่มตัวอย่างบางอย่างที่ใช้ในการบันทึกภาพชีวิตใต้ท้องทะเลบนพื้นทะเล ได้แก่ การเลื่อนวิดีโอ, กล้องม่านน้ำและแฮม - แคม แฮม - แคมส์ติดกับ Hamon Grab ซึ่งเป็นอุปกรณ์ฝากข้อมูลตัวอย่างที่ใช้ในการเก็บตัวอย่าง นี่เป็นวิธีหนึ่งที่มีประสิทธิภาพในการศึกษาประชากรสัตว์

Hamon Grab เป็นวิธีการรวบรวมตะกอนจากพื้นทะเลและตะกอนจะถูกนำไปไว้บนเรือเพื่อให้นักนิเวศวิทยาสามารถจำแนกและถ่ายภาพได้ สัตว์เหล่านี้จะถูกระบุในห้องปฏิบัติการที่อื่น

นอกเหนือจาก Hamon Grab แล้วอุปกรณ์เก็บรวบรวมใต้ท้องทะเลยังมีลำลากอวนลากซึ่งใช้ในการรับสัตว์ทะเลขนาดใหญ่ สิ่งนี้ทำให้เกิดการแนบอวนเข้ากับลำแสงเหล็กและการลากอวนจากด้านหลังของเรือ ตัวอย่างจะถูกนำขึ้นมาบนเรือและถ่ายภาพและนับ

การสำรวจทางอ้อม: มันไม่ได้ปฏิบัติหรือพึงปรารถนาที่จะสังเกตสิ่งมีชีวิตโดยตรง ในสถานการณ์เช่นนี้วิธีการทางนิเวศวิทยานำไปสู่การสังเกตร่องรอยชนิดที่ทิ้งไว้ข้างหลัง สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงเรื่องซิสัตว์เท้าและตัวชี้วัดอื่น ๆ ที่มีอยู่

การทดลองทางนิเวศวิทยา

วัตถุประสงค์ที่ครอบคลุมของวิธีการทางนิเวศวิทยาสำหรับการวิจัยคือการได้รับข้อมูลคุณภาพสูง ในการดำเนินการนี้ต้องมีการวางแผนการทดลองอย่างรอบคอบ

สมมติฐาน: ขั้นตอนแรกในการออกแบบการทดลองใด ๆ คือการตั้งสมมติฐานหรือคำถามทางวิทยาศาสตร์ จากนั้นนักวิจัยสามารถวางแผนรายละเอียดสำหรับการสุ่มตัวอย่าง

ปัจจัยที่มีผลต่อการทดลองงานภาคสนาม ได้แก่ ขนาดและรูปร่างของพื้นที่ที่จะต้องมีการสุ่มตัวอย่าง ขนาดพื้นที่ไซต์มีตั้งแต่เล็กไปจนถึงใหญ่มากขึ้นอยู่กับชุมชนนิเวศวิทยาที่กำลังศึกษาอยู่ การทดลองทางนิเวศวิทยาของสัตว์จะต้องคำนึงถึงการเคลื่อนไหวที่อาจเกิดขึ้นและขนาดของสัตว์

ตัวอย่างเช่นสไปเดอร์จะไม่ต้องการไซต์พื้นที่ขนาดใหญ่สำหรับการศึกษา สิ่งนี้จะเป็นจริงเมื่อเรียนเคมีดินหรือสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในดิน คุณสามารถใช้ขนาด 15 เมตรโดย 15 เมตร

ไม้ล้มลุกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็กอาจต้องการพื้นที่ตั้งของมากถึง 30 ตารางเมตร ต้นไม้และนกอาจต้องการเฮกตาร์สองสามแห่ง หากคุณกำลังเรียนสัตว์เลี้ยงขนาดใหญ่เช่นกวางหรือหมีนี่อาจหมายถึงการต้องมีพื้นที่ค่อนข้างใหญ่หลายเฮกตาร์

การตัดสินใจเกี่ยวกับจำนวนเว็บไซต์ก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน การศึกษาภาคสนามบางครั้งอาจต้องการเพียงเว็บไซต์เดียว แต่ถ้ามีที่อยู่อาศัยสองแห่งหรือมากกว่านั้นรวมอยู่ในการศึกษาจำเป็นต้องมีแหล่งพื้นที่สองแห่งขึ้นไป

เครื่องมือ เครื่องมือที่ใช้สำหรับไซต์งานภาคสนามรวมถึงการตัดขวางการสุ่มตัวอย่างแปลงการสุ่มตัวอย่างที่ไม่มีพล็อตวิธีจุดวิธีการตัดขวางและวิธีจุดไตรมาส เป้าหมายคือการได้รับตัวอย่างที่ไม่เอนเอียงของปริมาณที่มากพอที่การวิเคราะห์ทางสถิติจะเป็นตัวทำให้เกิดเสียง การบันทึกข้อมูลลงในแผ่นข้อมูลภาคสนามจะช่วยในการรวบรวมข้อมูล

การทดลองทางนิเวศวิทยาที่ออกแบบมาอย่างดีจะมีคำแถลงจุดประสงค์หรือคำถามที่ชัดเจน นักวิจัยควรใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษในการลบอคติโดยให้ทั้งการจำลองแบบและการสุ่ม ความรู้เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตที่กำลังศึกษารวมถึงสิ่งมีชีวิตในนั้นเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง

ผล: เมื่อเสร็จสิ้นแล้วควรวิเคราะห์ข้อมูลทางนิเวศวิทยาที่รวบรวมได้ด้วยคอมพิวเตอร์ การทดลองทางนิเวศวิทยามีสามประเภทที่สามารถทำได้คือการยักย้ายถ่ายเทธรรมชาติและการสังเกตการณ์

การทดลองที่บิดเบือน

การทดลองที่ถูกบิดเบือนเป็นสิ่งที่ผู้วิจัย เปลี่ยนปัจจัย เพื่อดูว่ามันมีผลต่อระบบนิเวศอย่างไร เป็นไปได้ที่จะทำเช่นนี้ในสนามหรือในห้องปฏิบัติการ

การทดลองประเภทนี้ให้การรบกวนในลักษณะที่ควบคุม พวกเขาทำงานในกรณีที่งานภาคสนามไม่สามารถเกิดขึ้นได้ทั่วทั้งพื้นที่ด้วยเหตุผลหลายประการ

ข้อเสียของการทดลองที่บิดเบือนคือพวกเขาไม่ได้เป็นตัวแทนของสิ่งที่จะเกิดขึ้นในระบบนิเวศตามธรรมชาติเสมอไป นอกจากนี้การทดลองบิดเบือนอาจไม่เปิดเผยกลไกเบื้องหลังรูปแบบใด ๆ ที่สังเกตเห็น นอกจากนี้ยังไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะเปลี่ยนตัวแปรในการทดสอบที่บิดเบือน

ตัวอย่าง: หากคุณต้องการเรียนรู้เกี่ยวกับการปล้นสะดมของแมงมุมจิ้งจกคุณสามารถเปลี่ยนจำนวนของกิ้งก่าในสิ่งที่แนบมาและศึกษาจำนวนแมงมุมที่เกิดจากผลกระทบนี้

ตัวอย่างที่ใหญ่กว่าและเป็นปัจจุบันของการทดลองการยักย้ายถ่ายเทคือการแนะนำให้รู้จักกับหมาป่าในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตน การรวมตัวกันครั้งนี้ทำให้นักนิเวศวิทยาสามารถสังเกตเห็นผลกระทบของหมาป่าที่กลับสู่สิ่งที่ครั้งหนึ่งเคยเป็นช่วงปกติ

จากนั้นนักวิจัยได้เรียนรู้ว่าการเปลี่ยนแปลงในระบบนิเวศทันทีเกิดขึ้นเมื่อหมาป่าได้รับการแนะนำใหม่ พฤติกรรมฝูงกวางเปลี่ยนไป การตายของกวางเพิ่มขึ้นนำไปสู่การจัดหาอาหารที่มีเสถียรภาพมากขึ้นสำหรับทั้งผู้เสพหมาป่าและซากศพ

การทดลองทางธรรมชาติ

การทดลองตามธรรมชาติที่ชื่อมีความหมายนั้นไม่ได้กำกับโดยมนุษย์ สิ่งเหล่านี้เป็นกิจวัตรของระบบนิเวศที่เกิดจากธรรมชาติ ตัวอย่างเช่นเมื่อเกิดภัยพิบัติทางธรรมชาติการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหรือการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ ระบบนิเวศเองก็แสดงถึงการทดลอง

แน่นอนว่าการปฏิสัมพันธ์ในโลกแห่งความจริงเช่นนี้ไม่ใช่การทดลองจริง ๆ สถานการณ์เหล่านี้ทำให้นักนิเวศวิทยามีโอกาสที่จะศึกษาผลกระทบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในสายพันธุ์ในระบบนิเวศ

ตัวอย่าง: นักนิเวศวิทยาสามารถสำรวจสัตว์บนเกาะเพื่อศึกษาความหนาแน่นของประชากร

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการทดลองแบบบิดเบือนและธรรมชาติจากมุมมองข้อมูลคือการทดลองตามธรรมชาติไม่มีการควบคุม ดังนั้นบางครั้งยากที่จะระบุสาเหตุและผลกระทบ

อย่างไรก็ตามมีข้อมูลที่เป็นประโยชน์ที่จะได้รับจากการทดลองทางธรรมชาติ ตัวแปรสภาพแวดล้อมเช่นระดับความชื้นและความหนาแน่นของสัตว์ยังสามารถนำมาใช้เพื่อจุดประสงค์ในการเก็บข้อมูล นอกจากนี้การทดลองทางธรรมชาติสามารถเกิดขึ้นได้ในพื้นที่ขนาดใหญ่หรือระยะเวลาอันกว้างใหญ่ สิ่งนี้แยกความแตกต่างจากการทดลองที่บิดเบือน

น่าเสียดายที่มนุษยชาติได้ก่อให้เกิดการทดลองทางธรรมชาติที่รุนแรงทั่วโลก ตัวอย่างของสิ่งเหล่านี้ ได้แก่ การเสื่อมสภาพของที่อยู่อาศัยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศการแนะนำสายพันธุ์ที่รุกรานและการกำจัดสายพันธุ์พื้นเมือง

การทดลองแบบสังเกต

การทดลองแบบสังเกตต้องใช้การจำลองข้อมูลที่เพียงพอสำหรับข้อมูลคุณภาพสูง "กฎ 10 ข้อ" ใช้ที่นี่ นักวิจัยควรรวบรวมข้อสังเกต 10 ข้อสำหรับแต่ละหมวดหมู่ที่จำเป็น อิทธิพลจากภายนอกยังสามารถขัดขวางความพยายามในการรวบรวมข้อมูลเช่นสภาพอากาศและการรบกวนอื่น ๆ อย่างไรก็ตามการใช้การสังเกตซ้ำ 10 ครั้งสามารถพิสูจน์ได้ว่าเป็นประโยชน์สำหรับการได้รับข้อมูลที่มีนัยสำคัญทางสถิติ

มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะทำการสุ่มโดยเฉพาะอย่างยิ่งก่อนที่จะทำการทดลองเชิงสังเกตการณ์ สามารถทำได้ด้วยสเปรดชีตบนคอมพิวเตอร์ การสุ่มสร้างความแข็งแกร่งในการรวบรวมข้อมูลเพราะมันลดอคติ

ควรใช้การสุ่มและการจำลองแบบร่วมกันเพื่อให้มีประสิทธิภาพ เว็บไซต์ตัวอย่างและการรักษาควรได้รับการสุ่มเพื่อหลีกเลี่ยงผลลัพธ์ที่สับสน

การสร้างแบบจำลอง

วิธีนิเวศวิทยาขึ้นอยู่กับแบบจำลองทางสถิติและคณิตศาสตร์อย่างมาก สิ่งเหล่านี้ช่วยให้นักนิเวศวิทยามีวิธีการทำนายว่าระบบนิเวศจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาหรือตอบสนองต่อสภาพการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อม

การสร้างแบบจำลอง ยังให้วิธีอื่นในการถอดรหัสข้อมูลระบบนิเวศเมื่องานภาคสนามไม่สามารถนำไปใช้ได้จริง ในความเป็นจริงมีข้อบกพร่องหลายประการที่ต้องอาศัยงานภาคสนามเพียงอย่างเดียวเนื่องจากงานภาคสนามขนาดใหญ่มักไม่สามารถทำซ้ำการทดลองได้อย่างแน่นอน บางครั้งอายุขัยของสิ่งมีชีวิตก็เป็นปัจจัย จำกัด อัตราสำหรับงานภาคสนาม ความท้าทายอื่น ๆ ได้แก่ เวลาแรงงานและพื้นที่

ดังนั้นการสร้างแบบจำลองจึงให้วิธีการในการปรับปรุงข้อมูลอย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

ตัวอย่างของการสร้างแบบจำลองรวมถึงสมการการจำลองกราฟและการวิเคราะห์ทางสถิติ นักนิเวศวิทยาใช้แบบจำลองเพื่อสร้างแผนที่ที่เป็นประโยชน์เช่นกัน การสร้างแบบจำลองช่วยให้การคำนวณข้อมูลเพื่อเติมช่องว่างจากการสุ่มตัวอย่าง หากไม่มีการสร้างแบบจำลองนักนิเวศวิทยาจะถูกขัดขวางโดยข้อมูลจำนวนมากที่ต้องวิเคราะห์และสื่อสาร การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ช่วยให้สามารถวิเคราะห์ข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว

ยกตัวอย่างเช่นแบบจำลองช่วยให้คำอธิบายของระบบที่จะยากและซับซ้อนเกินไปสำหรับแคลคูลัสดั้งเดิม การสร้างแบบจำลองช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ศึกษาการอยู่ร่วมกันพลวัตของประชากรและแง่มุมอื่น ๆ ของนิเวศวิทยา การสร้างแบบจำลองสามารถช่วยทำนายรูปแบบเพื่อการวางแผนที่สำคัญเช่นการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ผลกระทบของมนุษยชาติต่อสิ่งแวดล้อมจะดำเนินต่อไป ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญยิ่งสำหรับนักนิเวศวิทยาในการใช้วิธีการวิจัยทางนิเวศวิทยาเพื่อหาวิธีที่จะบรรเทาผลกระทบที่มีต่อสิ่งแวดล้อม