Ecologie is de studie van de relatie tussen organismen en hun omgeving op aarde. Verschillende ecologische methoden worden gebruikt om deze relatie te bestuderen, waaronder experimenteren en modelleren.

Manipulatieve, natuurlijke of observationele experimenten kunnen worden gebruikt. Modellering helpt de verzamelde gegevens te analyseren.
Wat is ecologie?

Ecologie
, de studie van hoe organismen omgaan met hun omgeving en elkaar, maakt gebruik van verschillende andere disciplines. De milieukunde van ecologie omvat biologie, chemie, plantkunde, zoölogie, wiskunde en andere gebieden.

Ecologie onderzoekt soorteninteracties, populatiegrootte, ecologische niches, voedselwebben, energiestroom en omgevingsfactoren. Om dit te doen, vertrouwen ecologen op zorgvuldige methoden om zo nauwkeurig mogelijke gegevens te verzamelen. Nadat gegevens zijn verzameld, analyseren ecologen deze vervolgens voor hun onderzoek.

De informatie die met deze onderzoeksmethoden wordt verkregen, kan vervolgens ecologen helpen bij het vinden van effecten veroorzaakt door mensen of natuurlijke factoren. Deze informatie kan vervolgens worden gebruikt om getroffen gebieden of soorten te beheren en te behouden.
Observatie en veldwerk

Elk experiment vereist observatie. Ecologen moeten het milieu, de soort erin en de interactie tussen deze soorten, groei en verandering observeren. Verschillende onderzoeksprojecten vereisen verschillende soorten beoordelingen en observaties.

Ecologen gebruiken soms een desk-based assessment
, of DBA, om informatie over specifieke interessegebieden te verzamelen en samen te vatten. In dit scenario gebruiken ecologen informatie die al uit andere bronnen is verzameld.

Ecologen vertrouwen echter vaak op observatie en veldwerk. Dit houdt in dat men het leefgebied van het onderwerp van interesse in gaat om het in zijn natuurlijke staat te observeren. Door veldonderzoeken uit te voeren, kunnen ecologen populatiegroei van soorten volgen, gemeenschapsecologie in actie observeren en de impact bestuderen van nieuwe soorten of andere geïntroduceerde fenomenen in het milieu.

Elke veldsite zal van aard verschillen in vorm, of op andere manieren. Ecologische methoden laten dergelijke verschillen toe, zodat verschillende hulpmiddelen kunnen worden gebruikt voor observaties en steekproeven. Het is van cruciaal belang dat steekproeven op willekeurige wijze worden uitgevoerd om bias te bestrijden.
Soorten verkregen gegevens

Gegevens verkregen uit observatie en veldwerk kunnen zowel kwalitatief als kwantitatief zijn. Deze twee gegevensclassificaties variëren op verschillende manieren.

Kwalitatieve gegevens: kwalitatieve gegevens hebben betrekking op een kwaliteit van het onderwerp of de omstandigheden. Het is daarom een meer beschrijvende vorm van gegevens. Het is niet gemakkelijk te meten en wordt verzameld door observatie.

Omdat kwalitatieve gegevens beschrijvend zijn, kunnen het aspecten omvatten zoals kleur, vorm, of de lucht bewolkt of zonnig is, of andere aspecten voor hoe een observatie site kan eruit zien. Kwalitatieve gegevens zijn niet numeriek zoals kwantitatieve gegevens. Het wordt daarom als minder betrouwbaar beschouwd dan kwantitatieve gegevens.

Kwantitatieve gegevens: kwantitatieve gegevens hebben betrekking op numerieke waarden of hoeveelheden. Dit soort gegevens kan worden gemeten en zijn meestal in getalvorm. Voorbeelden van kwantitatieve gegevens kunnen zijn: pH-waarden in de bodem, het aantal muizen op een veldsite, monstergegevens, zoutgehalte en andere informatie in numerieke vorm.

Ecologen gebruiken statistieken om kwantitatieve gegevens te analyseren. Het wordt daarom beschouwd als een betrouwbaardere vorm van gegevens dan kwalitatieve gegevens.
Soorten veldwerkonderzoeken

Direct onderzoek: wetenschappers kunnen dieren en planten direct in hun omgeving observeren. Dit wordt een directe enquête genoemd. Zelfs op plaatsen zo afgelegen als een zeebodem, kan ecoloog de onderwateromgeving bestuderen. Een direct onderzoek zou in dit geval het fotograferen of filmen van een dergelijke omgeving met zich meebrengen.

Sommige bemonsteringsmethoden die worden gebruikt om beelden van het zeeleven op de zeebodem vast te leggen, zijn onder meer videosleden, watergordijncamera's en Ham-Cams. Ham-Cams zijn bevestigd aan een Hamon Grab, een monsterbakapparaat dat wordt gebruikt om monsters te verzamelen. Dit is een effectieve manier om dierenpopulaties te bestuderen.

De Hamon Grab is een methode om sediment van de zeebodem te verzamelen en het sediment wordt op een boot meegenomen om te sorteren en te fotograferen. Deze dieren zullen elders in een laboratorium worden geïdentificeerd.

Naast een Hamon Grab bevatten onderzeese verzamelinrichtingen een boomkor die wordt gebruikt om grotere zeedieren te verkrijgen. Dit houdt in dat een net aan een stalen balk wordt bevestigd en vanaf de achterkant van een boot wordt gesleept. De monsters worden aan boord van de boot gebracht en gefotografeerd en geteld.

Indirect onderzoek: het is niet altijd praktisch of wenselijk om organismen direct te observeren. In deze situatie houden ecologische methoden in het observeren van de sporen die soorten achterlaten. Deze kunnen bestaan uit dierenplak, voetafdrukken en andere indicatoren voor hun aanwezigheid.
Ecologische experimenten

Het overkoepelende doel van ecologische methoden voor onderzoek is het verkrijgen van hoogwaardige gegevens. Om dit te doen, moeten experimenten zorgvuldig worden gepland.

Hypothese: De eerste stap in elk experimenteel ontwerp is het bedenken van een hypothese of wetenschappelijke vraag. Vervolgens kunnen onderzoekers een gedetailleerd plan opstellen voor het nemen van monsters.

Factoren die van invloed zijn op veldwerkexperimenten zijn de grootte en vorm van een gebied dat moet worden bemonsterd. Veldlocatiegroottes variëren van klein tot zeer groot, afhankelijk van welke ecologische gemeenschappen worden bestudeerd. Experimenten in dierecologie moeten rekening houden met mogelijke verplaatsing en grootte van dieren.

Spinnen zouden bijvoorbeeld geen groot veld nodig hebben voor studie. Hetzelfde zou waar zijn bij het bestuderen van bodemchemie of ongewervelde grond. U kunt een grootte van 15 meter bij 15 meter gebruiken.

Kruidachtige planten en kleine zoogdieren kunnen veldplekken tot 30 vierkante meter vereisen. Bomen en vogels hebben misschien een paar hectare nodig. Als je grote, mobiele dieren bestudeert, zoals herten of beren, kan dit betekenen dat je een behoorlijk groot gebied van meerdere hectaren nodig hebt.

Het is ook cruciaal om het aantal locaties te bepalen. Voor sommige veldstudies is mogelijk slechts één site vereist. Maar als twee of meer habitats in het onderzoek zijn opgenomen, zijn twee of meer veldsites nodig.

Tools: tools die worden gebruikt voor veldsites zijn onder meer transects, bemonsteringsplots, plotless sampling, de puntmethode, de transect-intercept methode en de point-quarter methode. Het doel is om onbevooroordeelde steekproeven van een voldoende hoeveelheid te krijgen die statistische analyses beter zullen maken. Het opnemen van informatie op veldgegevensbladen helpt bij het verzamelen van gegevens.

Een goed opgezet ecologisch experiment zal een duidelijk doel of vraag bevatten. Onderzoekers moeten buitengewoon voorzichtig zijn om vertekening te verwijderen door zowel replicatie als randomisatie te bieden. Kennis van de soort die wordt bestudeerd en van de organismen daarin is van het grootste belang.

Resultaten: Na voltooiing moeten de verzamelde ecologische gegevens worden geanalyseerd met een computer. Er zijn drie soorten ecologische experimenten die kunnen worden uitgevoerd: manipulatief, natuurlijk en observationeel.
Manipulatieve experimenten

Manipulatieve experimenten zijn die waarbij de onderzoeker een factor wijzigt om te zien hoe het een ecosysteem beïnvloedt. Het is mogelijk om dit in het veld of in een laboratorium te doen.

Dit soort experimenten zorgen op gecontroleerde wijze voor interferentie. Ze werken in gevallen waarin veldwerk om verschillende redenen niet over een heel gebied kan plaatsvinden.

Het nadeel van manipulatieve experimenten is dat ze niet altijd representatief zijn voor wat er in het natuurlijke ecosysteem zou gebeuren. Bovendien onthullen manipulatieve experimenten mogelijk niet het mechanisme achter waargenomen patronen. Het is ook niet eenvoudig om variabelen te veranderen in een manipulatief experiment.

Voorbeeld: als u meer wilde weten over hagedispredatie van spinnen, zou u het aantal hagedissen in bijlagen kunnen veranderen en bestuderen hoeveel spinnen het gevolg waren van dit effect .

Een groter en actueler voorbeeld van een manipulatie-experiment is de herintroductie van wolven in Yellowstone National Park. Deze herintroductie stelt ecologen in staat om het effect te observeren van wolven die terugkeren naar wat ooit hun normale bereik was.

Onderzoekers hebben al ontdekt dat een onmiddellijke verandering in het ecosysteem plaatsvond nadat wolven opnieuw werden geïntroduceerd. "Elk herd behaviors changed.", 3, [[Verhoogde sterfte aan elanden leidde tot een stabielere voedselvoorziening voor zowel wolven als aaseters.
Natuurlijke experimenten

Natuurlijke experimenten, zoals hun naam al aangeeft, worden niet door mensen geleid. Dit zijn manipulaties van een ecosysteem veroorzaakt door de natuur. Bijvoorbeeld, na een natuurramp, klimaatverandering of invasieve soortenintroductie, vertegenwoordigt het ecosysteem zelf een experiment.

Natuurlijk zijn echte interacties zoals deze niet echt experimenten. Deze scenario's bieden ecologen de mogelijkheid om de effecten van natuurlijke gebeurtenissen op soorten in een ecosysteem te bestuderen.

Voorbeeld: ecologen kunnen een telling van dieren op een eiland houden om hun populatiedichtheid te bestuderen.

Het belangrijkste verschil tussen manipulatieve en natuurlijke experimenten vanuit een gegevensperspectief is dat natuurlijke experimenten geen controles hebben. Daarom is het soms moeilijker om oorzaak en gevolg te bepalen.

Desalniettemin is er nuttige informatie te verkrijgen bij natuurlijke experimenten. Omgevingsvariabelen zoals vochtgehaltes en dichtheid van dieren kunnen nog steeds voor gegevensdoeleinden worden gebruikt. Bovendien kunnen natuurlijke experimenten plaatsvinden in grote gebieden of in grote stukken tijd. Dit onderscheidt hen verder van manipulatieve experimenten.

Helaas heeft de mensheid wereldwijd catastrofale experimenten veroorzaakt. Enkele voorbeelden hiervan zijn aantasting van habitats, klimaatverandering, introductie van invasieve soorten en verwijdering van inheemse soorten.
Observatie-experimenten

Observatie-experimenten vereisen voldoende replicaties voor hoogwaardige gegevens. De "regel van 10" is hier van toepassing; onderzoekers moeten 10 waarnemingen verzamelen voor elke vereiste categorie. Invloeden van buitenaf kunnen de inspanningen om gegevens te verzamelen, zoals het weer en andere storingen, nog steeds belemmeren. Het gebruik van 10 replicerende waarnemingen kan echter nuttig zijn voor het verkrijgen van statistisch significante gegevens.

Het is belangrijk om randomisatie uit te voeren, bij voorkeur voorafgaand aan het uitvoeren van observatie-experimenten. Dit kan met een spreadsheet op een computer. Randomisatie versterkt de gegevensverzameling omdat het de vertekening vermindert.

Randomisatie en replicatie moeten samen worden gebruikt om effectief te zijn. Sites, monsters en behandelingen moeten allemaal willekeurig worden toegewezen om verwarde resultaten te voorkomen.
Modellering

Ecologische methoden zijn sterk afhankelijk van statistische en wiskundige modellen. Deze bieden ecologen een manier om te voorspellen hoe een ecosysteem in de loop van de tijd zal veranderen of zal reageren op veranderende omstandigheden in de omgeving.

Modellering biedt ook een andere manier om ecologische informatie te ontcijferen wanneer veldwerk niet praktisch is. In feite zijn er verschillende nadelen aan het vertrouwen op uitsluitend veldwerk. Vanwege de typisch grote schaal van veldwerk is het niet mogelijk om experimenten exact te repliceren. Soms is zelfs de levensduur van organismen een snelheidsbeperkende factor voor veldwerk. Andere uitdagingen zijn tijd, arbeid en ruimte.

Modellering biedt daarom een methode om informatie op een efficiëntere manier te stroomlijnen.

Voorbeelden van modellering zijn vergelijkingen, simulaties, grafieken en statistische gegevens analyses. Ecologen gebruiken ook modellering om nuttige kaarten te produceren. Modellering maakt het mogelijk om gegevens te berekenen om lacunes uit de steekproef te vullen. Zonder modellen zouden ecologen worden gehinderd door de enorme hoeveelheid gegevens die moet worden geanalyseerd en gecommuniceerd. Computermodellering maakt een relatief snelle analyse van gegevens mogelijk.

Een simulatiemodel maakt bijvoorbeeld de beschrijving mogelijk van systemen die anders extreem moeilijk en te complex zouden zijn voor traditionele calculus. Modellering stelt wetenschappers in staat om coëxistentie, populatiedynamica en vele andere aspecten van ecologie te bestuderen. Modellering kan patronen helpen voorspellen voor cruciale planningsdoeleinden, zoals voor klimaatverandering.

De impact van de mensheid op het milieu zal blijven bestaan. Daarom wordt het voor ecologen steeds belangrijker om ecologische onderzoeksmethoden te gebruiken om manieren te vinden om de effecten op het milieu te verzachten.