Ekologi är studien av förhållandet mellan organismer och deras miljö på jorden. Flera ekologiska metoder används för att studera detta förhållande, inklusive experiment och modellering.

Manipulativa, naturliga eller observativa experiment kan användas. Modellering hjälper till att analysera insamlade data.
Vad är ekologi?

Ekologi
, studien av hur organismer interagerar med sin miljö och varandra, bygger på flera andra discipliner. Miljövetenskapen i ekologi innehåller biologi, kemi, botanik, zoologi, matematik och andra områden.

Ekologi undersöker artinteraktioner, befolkningsstorlek, ekologiska nischer, matväv, energiflöde och miljöfaktorer. För att göra detta litar ekologer på noggranna metoder för att samla in de mest exakta uppgifterna de kan. När data samlas in, analyserar ekologer dem sedan för sin forskning.

Informationen från dessa forskningsmetoder kan sedan hjälpa ekologer att hitta effekter orsakade av människor eller naturliga faktorer. Denna information kan sedan användas för att hjälpa till att hantera och bevara påverkade områden eller arter.
Observation and Field Work -

Varje experiment kräver observation. Ekologer måste observera miljön, arten i den och hur dessa arter interagerar, växer och förändras. Olika forskningsprojekt kräver olika typer av bedömningar och observationer.

Ekologer använder ibland en skrivbaserad bedömning, eller DBA, för att samla in och sammanfatta information om specifika intressanta områden. I det här scenariot använder ekologer information som redan samlats in från andra källor.

Ofta förlitar sig ekologer dock på observationer och fältarbete. Detta innebär att man faktiskt går in i föremålets intresse för att observera det i sitt naturliga tillstånd. Genom att göra fältundersökningar kan ekologer spåra befolkningstillväxt av arter, observera samhällsekologi i handling och studera effekterna av nya arter eller andra införda fenomen i miljön.

Varje fältplats kommer att skilja sig i naturen, i form eller på andra sätt. Ekologiska metoder möjliggör sådana skillnader så att olika verktyg kan användas för observationer och provtagning. Det är avgörande att stickprov sker på ett slumpmässigt sätt för att bekämpa förspänning.
Typer av uppgifter som erhålls

Uppgifter som erhållits från observationer och fältarbete kan vara kvalitativa eller kvantitativa. Dessa två klassificeringar av data varierar på olika sätt.

Kvalitativa data: Kvalitativa data hänför sig till ämnets kvalitet eller förhållanden. Det är därför en mer beskrivande form av data. Det mäts inte lätt, och det samlas in genom observation.

Eftersom kvalitativa data är beskrivande kan de inkludera aspekter som färg, form, oavsett om himlen är molnig eller solig, eller andra aspekter för hur en observation webbplatsen kan se ut. Kvalitativa data är inte numeriska som kvantitativa data. Det anses därför vara mindre tillförlitligt än kvantitativa data.

Kvantitativa data: Kvantitativa data avser numeriska värden eller kvantiteter. Dessa typer av data kan mätas och är vanligtvis i antal. Exempel på kvantitativa data kan inkludera pH-nivåer i jord, antalet möss på en fältplats, provdata, salthalten och annan information i numerisk form.

Ekologer använder statistik för att analysera kvantitativa data. Det anses därför vara en mer tillförlitlig form av data än kvalitativa data.
Typer av fältarbetsundersökningar

Direkt undersökning: Forskare kan direkt observera djur och växter i sin miljö. Detta kallas en direkt undersökning. Även på platser så avlägsna som en bottenvåning kan ekolog studera undervattensmiljön. En direkt undersökning i detta fall skulle innebära fotografering eller filmning av en sådan miljö.

Vissa provtagningsmetoder som används för att spela in bilder av havslivet på havsbotten inkluderar videospannar, vattengardinkameror och Ham-Cams. Ham-Cams är anslutna till en Hamon Grab, en provhinkanordning som används för att samla in prover. Detta är ett effektivt sätt att studera djurpopulationer.

Hamon Grab är en metod för att samla upp sediment från havsbotten och sedimentet tas till en båt för ekologer att sortera igenom och fotografera. Dessa djur kommer att identifieras i ett laboratorium någon annanstans.

Förutom en Hamon Grab inkluderar undervattensuppsamlingsanordningar en balktrål, som används för att få större havsdjur. Detta innebär att man fäster ett nät till en stålbalk och trålar från baksidan av en båt. Proven tas med ombord på båten och fotograferas och räknas.

Indirekt undersökning: Det är inte alltid praktiskt eller önskvärt att observera organismer direkt. I denna situation innebär ekologiska metoder att man observerar spåren som arterna lämnar efter sig. Dessa kan inkludera djurskratta, fotavtryck och andra indikatorer på deras närvaro.
Ekologiska experiment

Det övergripande syftet med ekologiska metoder för forskning är att få högkvalitativa data. För att kunna göra detta måste experiment planeras noggrant.

Hypotes: Det första steget i någon experimentell design är att ta fram en hypotes eller vetenskaplig fråga. Sedan kan forskare lägga fram en detaljerad plan för provtagning.

Faktorer som påverkar fältarbetsexperiment inkluderar storleken och formen på ett område som behöver provtagas. Fältplatsstorlekar varierar från små till mycket stora, beroende på vilka ekologiska samhällen som studeras. Experiment inom djurekologi måste ta hänsyn till djurens potentiella rörelse och storlek.

Exempelvis skulle spindlar inte kräva en stor fältplats för studier. Detsamma skulle vara sant när man studerar markkemi eller ryggradslösa djur. Du kan använda en storlek på 15 meter med 15 meter.

Örtplantor och små däggdjur kan kräva fältplatser på upp till 30 kvadratmeter. Träd och fåglar kan behöva ett par hektar. Om du studerar stora, mobila djur, till exempel rådjur eller björnar, kan det innebära att du behöver ett ganska stort område på flera hektar.

Att besluta om antalet platser är också avgörande. Vissa fältstudier kan kräva endast en webbplats. Men om två eller flera livsmiljöer ingår i studien, är två eller flera fältplatser nödvändiga.

Verktyg: Verktyg som används för fältplatser inkluderar transekter, samplingsdiagram, plottlös sampling, punktmetoden, transekt-avlyssning och metod för kvartal. Målet är att få opartiska prover av en tillräckligt stor mängd som statistiska analyser kommer att vara ljudbara. Inspelning av information på fältdatablad hjälper till i datainsamlingen.

Ett väl utformat ekologiskt experiment har ett tydligt uttalande om syfte eller fråga. Forskare bör vara extra försiktiga för att ta bort förspänningar genom att tillhandahålla både replikering och randomisering. Kunskap om de arter som studeras samt organismerna inom dem är av största vikt.

Resultat: Efter avslutad bör insamlade ekologiska data analyseras med en dator. Det finns tre typer av ekologiska experiment som kan göras: manipulativa, naturliga och observativa.
Manipulativa experiment

Manipulativa experiment är de där forskaren ändrar en faktor för att se hur det påverkar ett ekosystem. Det är möjligt att göra detta i fältet eller i ett laboratorium.

Dessa typer av experiment ger störningar på ett kontrollerat sätt. De arbetar i fall där fältarbete inte kan förekomma över ett helt område av olika skäl.

Nackdelen med manipulativa experiment är att de inte alltid är representativa för vad som skulle hända i det naturliga ekosystemet. Dessutom kanske manipulativa experiment inte avslöjar mekanismen bakom några observerade mönster. Det är inte heller lätt att ändra variabler i ett manipulativt experiment.

Exempel: Om du ville lära dig om ödla predation av spindlar, kan du ändra antalet ödlor i kapslingar och studera hur många spindlar resulterade från denna effekt .

Ett större och aktuellt exempel på ett manipuleringsexperiment är återinförande av vargar i Yellowstone National Park. Denna återintroduktion gör det möjligt för ekologer att observera effekten av vargar som återvänder till det som en gång var deras normala intervall.

Redan har forskare lärt sig att en omedelbar förändring i ekosystemet inträffade när vargarna återinfördes. Älgbesättningen förändrades. Ökad älgdödlighet ledde till en mer stabil matförsörjning för både vargar och ätätare.
Naturliga experiment

Naturliga experiment, som deras namn antyder, riktas inte av människor. Dessa är manipulationer av ett ekosystem orsakat av naturen. Till exempel, i kölvattnet av en naturkatastrof, klimatförändringar eller introduktion av invasiva arter representerar ekosystemet självt ett experiment.

Naturligtvis är verkliga interaktioner som dessa inte riktigt experiment. Dessa scenarier ger ekologer möjligheter att studera de effekter som naturliga händelser har på arter i ett ekosystem.

Exempel: Ekologer kan ta en folkräkning av djur på en ö för att studera deras befolkningstäthet.

Den största skillnaden mellan manipulativa och naturliga experiment ur ett dataperspektiv är att naturliga experiment inte har kontroller. Därför är det ibland svårare att fastställa orsak och effekt.

Ändå finns det användbar information som kan erhållas från naturliga experiment. Miljövariabler som fukthalter och djurens täthet kan fortfarande användas för datasyften. Dessutom kan naturliga experiment ske över stora områden eller stora tidssträckor. Detta skiljer dem ytterligare från manipulativa experiment.

Tyvärr har mänskligheten orsakat katastrofala naturliga experiment över hela världen. Några exempel på dessa inkluderar nedbrytning av livsmiljöer, klimatförändringar, införande av invasiva arter och avlägsnande av infödda arter.
Observationsexperiment

Observationsexperiment kräver adekvata replikeringar för högkvalitativa data. "Regel om 10" gäller här; forskare bör samla in 10 observationer för varje kategori som krävs. Påverkan på utsidan kan fortfarande hämma ansträngningarna för att samla in data, som väder och andra störningar. Att använda 10 replikerande observationer kan emellertid visa sig vara användbart för att få statistiskt signifikanta data.

Det är viktigt att genomföra randomisering, helst före observationsexperiment. Detta kan göras med ett kalkylblad på en dator. Randomisering stärker datainsamlingen eftersom det minskar förspänningen.

Randomisering och replikering bör användas tillsammans för att vara effektiva. Sajter, prover och behandlingar bör alla slumpmässigt tilldelas för att undvika förvirrade resultat.
Modellering

Ekologiska metoder förlitar sig starkt på statistiska och matematiska modeller. Dessa ger ekologer ett sätt att förutsäga hur ett ekosystem kommer att förändras över tid eller reagera på förändrade förhållanden i miljön.

Modellering ger också ett annat sätt att dechiffrera ekologisk information när fältarbetet inte är praktiskt. Det finns faktiskt flera nackdelar med att förlita sig bara på fältarbete. På grund av det typiskt stora fältarbetet är det inte möjligt att replikera exakt. Ibland till och med organismernas livslängd är en hastighetsbegränsande faktor för fältarbetet. Andra utmaningar inkluderar tid, arbete och rymd.

Modellering ger därför en metod för att effektivisera information på ett mer effektivt sätt.

Exempel på modellering inkluderar ekvationer, simuleringar, grafer och statistik analyser. Ekologer använder modellering för att producera användbara kartor också. Modellering möjliggör beräkningar av data för att fylla i luckor från sampling. Utan modellering skulle ekologer hämmas av den stora mängden data som måste analyseras och kommuniceras. Datormodellering möjliggör relativt snabb analys av data.

En simuleringsmodell möjliggör exempelvis beskrivning av system som annars skulle vara extremt svåra och för komplicerade för traditionell beräkning. Modellering gör det möjligt för forskare att studera samexistens, befolkningsdynamik och många andra aspekter av ekologi. Modellering kan bidra till att förutsäga mönster för avgörande planeringsändamål, till exempel för klimatförändringar.

Mänsklighetens påverkan på miljön kommer att fortsätta. Det blir därför allt viktigare för ekologer att använda ekologiska forskningsmetoder för att hitta sätt att mildra effekterna på miljön.