ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος ΜΑΘΗΜΑ: Γενική Οικολογία 1 η Άσκηση Έρευνα στο πεδίο - Οργάνωση πειράματος Μέθοδοι Δειγματοληψίας Εύρεση πληθυσμιακής πυκνότητας ποωδών φυτών Εισηγητής: Δρ. Γιώργος Καρρής (Καθηγητής Εφαρμογών)
Έρευνα στο πεδίο (γενικά στοιχεία) Οικολογία: Η επιστήμη που μελετά τα φυτά και τα ζώα σε σχέση με το περιβάλλον τους, του οποίου αποτελούν μέρος, από το οποίο εξαρτώνται και το οποίο με την ύπαρξη τους δημιουργούν, διατηρούν και επηρεάζουν Οικολογική μελέτη: Απαιτεί για την υλοποίηση της επιστημονικό τρόπο εργασίας η οποία και θα πρέπει να ακολουθεί σε γενικές γραμμές τα εξής βήματα: Παρατήρηση και καταγραφή του αντικειμένου-στόχου προς μελέτη Ανάλυση και παρουσίαση δεδομένων Διατύπωση υποθέσεων ερμηνείας Επαλήθευση υποθέσεων ερμηνείας μέσω της οργάνωσης και της πραγματοποίησης κατάλληλων πειραμάτων ή ανάλογων δειγματοληψιών Δυνατότητα για επαναληψιμότητα της μεθόδου εργασίας από άλλο ερευνητή, με προϋπόθεση να υπάρχει σαφής περιγραφή του τρόπου εργασίας Βιβλιογραφική έρευνα ως απαραίτητη προεργασία για τον δειγματοληπτικό και τον πειραματικό σχεδιασμό καθώς επίσης και για την ερμηνεία των αποτελεσμάτων
ΓΕΝΙΚΗ ΠΑΡΑΔΟΧΗ Ως επιστήµη, η Οικολογία έχει ορισµένες αρχές και παραδοχές, µια ιστορία µετατροπής των κυρίαρχων απόψεων και µια διαρκή ανάπτυξη του εµπειρικού της περιεχοµένου (διαρκώς περισσότερα πειράµατα και παρατηρήσεις, περισσότερα φαινόµενα προς εξήγηση κλπ). Επίσης, όπως κάθε επιστήµη, δεν είναι σε θέση να δώσει οριστικές απαντήσεις σε όλα τα ζητήµατα,αλλά απλώς τις πιο αξιόπιστες από οποιαδήποτε άλλη προσέγγιση.
Βασικοί όροι οικολογίας Οικοσύστημα: Το σύνολο βιοκοινοτήτων και µη βιοτικού περιβάλλοντος. Δηλαδή, το σύνολο των ζωντανών οργανισµών και των µη ζωντανών στοιχείων εκείνων που βρίσκονται σε µια περιοχή και αλληλεπιδρούν µε τους ζωντανούς οργανισµούς Είδος: Τα άτομα που μπορούν και αναπαράγονται μεταξύ τους και μπορούν να δώσουν γόνιμους απογόνους Πληθυσμός: Το σύνολο των ατόµων ενός είδους που ζουν σε µια περιοχή και συνδέονται µέσω της ανταλλαγής γενετικού υλικού (αναπαραγωγή). Βιοκοινότητα: Το σύνολο των πληθυσµών που ζουν σε µια περιοχή και αλληλεπιδρούν. Η βιοκοινότητα αποτελεί την πιο χρήσιµη, ίσως, έννοια της οικολογίας, αφού µπορεί να ορισθεί µε αρκετή σαφήνεια, και έχει το ρόλο της βασικής µονάδας των οικολογικών συστηµάτων. Βιότοπος: Μια περιοχή µε σχετικά οµοιόµορφα χαρακτηριστικά όπου ζουν ορισµένα είδη ή βιοικοινότητες. Ενδιαίτημα: Η περιοχή και ο συγκεκριµένος τύπος περιβάλλοντος που εκµεταλλεύεται κάποιος οργανισµός. Θώκος: Το σύνολο των προτιµήσεων ενός είδους. Στην ουσία, αν περιγράφαµε µε ακρίβεια τις απαιτήσεις ενός είδους σε τροφή, θερµοκρασία, καταφύγια, υγρασία κλπ, θα περιγράφαµε το θώκο του. Οικοτόνος: Η συνοριακή περιοχή δύο βιοκοινοτήτων. Συνήθως, είναι πιο πλούσια από την κάθε µία βιοκοινότητα.
Σκοπός πειραμάτων Παρατήρηση στο πεδίο: Οδηγεί στη διατύπωση των υποθέσεων για την ερμηνεία των σχέσεων μεταξύ φυτών, ζώων και περιβάλλοντος Πείραμα: Επιβεβαίωση των υποθέσεων μια και τα αποτελέσματα του μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αποδεικτικά στοιχεία Οργάνωση πειράματος: Για την απάντηση συγκεκριμένων ερωτημάτων θα πρέπει να υπάρχει ο κατάλληλος πειραματικός σχεδιασμός ο οποίος και προϋποθέτει πολύ καλή γνώση του εκάστοτε πειραματικού υλικού (π.χ. τη βιολογία του, τις οικολογικές του προτιμήσεις, τους εχθρούς κ.τ.λ.) μέσα από τη μελέτη επικαιροποιημένης βιβλιογραφίας Χώρος τέλεσης πειραμάτων: Τα πειράματα μπορούν να γίνουν σε συνθήκες τεχνητές στο εργαστήριο ή σε συνθήκες φυσικές, στο πεδίο. Σε κάθε περίπτωση οι συνθήκες μπορεί να είναι και ελεγχόμενες προκειμένου να μελετηθεί για παράδειγμα η επίδραση συγκεκριμένων αβιοτικών στοιχείων του περιβάλλοντος επί των αντίστοιχων βιοτικών
Ανάγκη επανάληψης πειράματος και στατιστικής επεξεργασίας αποτελεσμάτων Η απόδειξη των υποθέσεων απαιτεί εκτός από το σωστό πειραματικό σχεδιασμό και επάρκεια στη συλλογή δεδομένων έτσι ώστε η στατιστική τους επεξεργασία να δώσει (πιθανότατα) στατιστικά σημαντικές διαφορές που μπορούν κατόπιν να δώσουν ερμηνεία για τις παρατηρούμενες διακυμάνσεις των περιβαλλοντικών παραμέτρων που μελετάμε. Για τον παραπάνω λόγο χρειάζεται να υπάρχουν περισσότερες της μίας τιμής ανά πειραματική μέτρηση, με άλλα λόγια χρειάζονται επαναλήψεις των μετρήσεων Το μέγεθος των επαναλήψεων εξαρτάται: Από τον διαθέσιμο χρόνο Τον διαθέσιμο προϋπολογισμό Το υλικό δειγματοληψίας Τη μέθοδο δειγματοληψίας Γενικά:Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός επαναλήψεων τόσο ασφαλέστερα είναι τα αποτελέσματα αλλά τόσο μεγαλύτερο είναι το κόστος και ο χρόνος που απαιτούνται για την οργάνωση, τις μετρήσεις και την επεξεργασία των αποτελεσμάτων. Επιπλέον ο μεγάλος αριθμός δειγμάτων μπορεί να δημιουργεί προβλήματα σε περίπτωση στενότητας χώρου αποθήκευσης, οπότε και οι συνθήκες δεν μπορεί να είναι ομοιόμορφες για όλες τις επαναλήψεις
Μέθοδοι Δειγματοληψίας Η χρήση δειγματοληπτικών μεθόδων είναι απαραίτητο εργαλείο στην περιβαλλοντική μελέτη μιας περιοχής Η ανάγκη χρησιμοποίησης δειγματοληπτικών μεθόδων πηγάζει από τις πιέσεις που δέχεται ο ερευνητής και που αφορούν στη διεκπεραίωση μελετών και ερευνών μέσα σε στενά χρονικά περιθώρια στον περιορισμό του κόστους έρευνας όπως αυτό εκφράζεται μέσω οικονομικών μεγεθών και δαπάνης σε ανθρώπινο δυναμικό
Μέθοδοι Δειγματοληψίας Οι κατηγορίες δειγματοληπτικών μεθόδων μπορούν να διακριθούν σε δύο βασικές ομάδες (Southwood 1988): Α) Δειγματοληψίες βάσει μη σχεδίου: μέθοδος σύλληψης - σήμανσης - επανασύλληψης μέθοδος του πλησιέστερου γειτονικού ατόμου Β) Δειγματοληψίες βάσει σχεδίου: τυχαία (simple random sampling) τυχαία στρωματοποιημένη (stratified random sampling) συστηματική δειγματοληψία (systematic sampling) Παρατήρηση: Ο σκοπός της έρευνας και οι ιδιαιτερότητες της κάθε περιοχής καθορίζουν την επιλογή της κατάλληλης δειγματοληπτικής μεθόδου, ώστε να οδηγηθεί ο ερευνητής σε αποτελέσματα που θα αντικατοπτρίζουν την πραγματικότητα με όσο το δυνατό μικρότερο δειγματοληπτικό σφάλμα
Τυχαία δειγματοληψία 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Τυχαία στρωματοποιημένη δειγματοληψία 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Συστηματική δειγματοληψία 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Βασικές Αρχές Δειγματοληψίας Η μέτρηση οποιασδήποτε περιβαλλοντικής παραμέτρου ενδιαφέρει έναν ερευνητή γίνεται επί του δείγματος που λαμβάνει Η αφαιρετική πρακτική των δειγματοληψιών διευκολύνει την υλοποίηση της έρευνας ή μελέτης σε μια περιοχή, μπορεί όμως να οδηγήσει και σε υπο- ή υπερεκτιμήσεις της παραμέτρου που ελέγχεται Για να αποφευχθούν τα παραπάνω λάθη δίνεται ιδιαίτερη σημασία 1. Στο μέγεθος της βέλτιστης (αντιπροσωπευτικής) δειγματοληπτικής επιφάνειας, καθώς και 2. Στον αριθμό των δειγμάτων-επαναλήψεων (σύμφωνα με το παραπάνω ευρεθέν δείγμα) ώστε τα αποτελέσματα μας να βρίσκονται εντός των οριών του στατιστικού λάθους (δηλαδή < 5%)
Εύρεση μεγέθους βέλτιστης δειγματοληπτικής επιφάνειας Υπόθεση εργασίας: Υπολογισμός του μεγέθους πληθυσμού ενός συγκεκριμένου είδους σαλιγκαριού σε πάρκο γνωστού μεγέθους επιφάνειας, εντός του αστικού ιστού της Θεσσαλονίκης Επίλυση του ερευνητικού ερωτήματος: Αρχικώς λαμβάνεται, με τυχαίο τρόπο, ένα μικρό μέγεθος δειγματοληπτικού τετραγώνου στο οποίο μετράται η ζητούμενη παράμετρος (π.χ. η πυκνότητα του είδους). Σε δεύτερη φάση το τεράγωνο μεγεθύνεται (συνήθως διπλασιάζεται), και ξαναμετράται επανειλημένα. Τελικώς επιλέγεται η μικρότερη δυνατή τιμή δειγματοληπτικής επιφάνειας με την μικρότερη δαικύμανση τιμής της μετρούμενης παραμέτρου
Εύρεση μεγέθους βέλτιστης δειγματοληπτικής επιφάνειας Α 0,25 m 0,5 m Β 1 m Σημείωση: Για την εύρεση του μεγέθους της ελάχιστης δειγματοληπτικής επιφάνειας πάρθηκαν 5 δείγματα για κάθε δειγματοληπτικό τετράγωνο Γ
Πίνακας αριθμού ατόμων ανά δειγματοληπτική επιφάνεια Δείγμα Δειγματοληπτική επιφάνεια Α: 0,0625 m 2 Β: 0,25 m 2 Γ: 1 m 2 1 22 ατ. 43 ατ. 154 ατ. 2 3 ατ. 40 ατ. 125 ατ. 3 51 ατ. 163 ατ. 512 ατ. 4 10 ατ. 49 ατ. 98 ατ. 5 29 ατ. 54 ατ. 100 ατ. Τυπική απόκλιση τιμών πληθυσμιακής πυκνότητας (STDEV) 298,2616 209,5214 177,1051
Αποτελέσματα Η πλέον αντιπροσωπευτική δειγματοληπτική επιφάνεια για το μελετούμενο είδος και στη συγκεκριμένη περιοχή έρευνας, είναι το 1 m 2 λόγω της μικρότερης τυπικής απόκλισης των μετρήσεων πληθυσμιακής πυκνότητας σε αυτό το μέγεθος δειγματοληπτικής επιφάνειας Με βάση την τιμή του μέσου όρου της αντιπροσωπευτικής επιφάνειας, έγινε αναγωγή του αριθμού των ατόμων στο 1 m 2 υπολογίζοντας έτσι την πυκνότητα του πληθυσμού και με βάση τη συνολική επιφάνεια του πάρκου τον πληθυσμό του σαλιγκαριού Επιπλέον με βάση στατιστικούς τύπους και ανάλογα με το δειγματοληπτικό σφάλμα που δεχόμαστε για κάθε περίπτωση μπορούμε να υπολογίσουμε τον τύπο των ελαχίστων επαναλήψεωνδειγμάτων για την έρευνα που καλούμαστε να πραγματοποιήσουμε. ΠΡΟΣΟΧΗ: Σε πολλές περιπτώσεις που προσπαθούμε να εκτιμήσουμε τη βιοποικιλότητα σε ένα οικοσύστημα μελέτης χρησιμοποιούμε τη καμπύλη ειδών-επιφάνειας για να υπολογίσουμε την ελάχιστη επιφάνεια ως αντιπροσωπευτική της βιοποικιλότητας
Καμπύλη ειδών-επιφάνειας Α ρ ι θ μ ό ς ε ι δ ώ ν Ελάχιστη δειγματοληπτική επιφάνεια Επιφάνεια σε m 2
Mέθοδοι λήψης της εδαφικής πανίδας (χρήση συσκευής Βerlese-Tullgren
Παγίδες παρεμβολής (Pitfall traps)
Τοποθέτηση διχτυών σταθερού μήκους στα Αντικύθηρα, στο πλαίσιο των δραστηριοτήτων του Ορνιθολογικού Σταθμού Αντικυθήρων για την καταγραφή και δαχτυλίωση των μεταναστευτικών στρουθιόμορφων (μικρόπουλων) Δίχτυα
Παρατήρηση μεγαλόσωμων πτηνών
Δειγματολήπτες νερού, ιζημάτων και θαλάσσιων οργανισμών Καταγραφή, μελέτη και έρευνα των φυσικών, χημικών, βιολογικών και γεωλογικών συνθηκών που επικρατούν στο θαλάσσιο οικοσύστημα και στα φυσικά του όρια με την ατμόσφαιρα, το βυθό και την ακτή
Εργασία Εύρεση πληθυσμού ποωδών ειδών σε αγροτεμάχιο στην περιοχής της Παναγούλας (Ν. Ζακύνθου) με χρήση μεθόδων δειγματοληψίας βάσει σχεδίου