Design terénních studií
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
data výsledek
Proč terénní studie plánovat?
1. máme jen omezené zdroje (čas a peníze) - kolik dat nasbírat, kde a kdy?
(omezit zabíjení)
2. chceme získat spolehlivé a použitelné výsledky
3. zobecnitelnost - statistická průkaznost
• kombinace selského rozumu, biologického vhledu a pečlivosti, žádná
složitá matematika
• není pravda, že:
– nezáleží na tom, jak data sbírám, statistika si se vším poradí
– pokud nasbírám hodně dat, určitě zjistím mnoho zajímavého včetně jemných
rozdílů
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Variabilita a matoucí faktor
• Variabilita mezi jedinci - základní úkaz v přírodě
– některá variabilita nás přímo zajímá - chceme z ní vytěžit informaci
– náhodná variabilita, šum - nedá se vysvětlit nebo nesouvisí s naší
otázkou, snažíme se ji odstranit designem
• Matoucí (zavádějící, třetí) faktor - neznámý nebo nesledovaný faktor, který
ovlivňuje studovaný systém a ztěžuje interpretaci výsledků. Designem se
snažíme minimalizovat jejich počet.
velikost těla
množství potravy kompetice přítomnost predátorů dědičnostvěk
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Cíle studie
• na začátku každé studie musí stát jasně formulovaná otázka
• popisné otázky: Co, kde, kdy, kolik? Které druhy obývají dané území?
• deduktivní otázky: Jaké vztahy a proč? Jaké jsou ekologické nároky druhu? Jak
se mění společenstva v závislosti na prostředí?
• aplikovatelné otázky: Jak poznatek využít? Jak druh chránit? Jak udržet či
zlepšit ekologický stav lokality?
• zásady
– čím víc do problému vidíme, tím smysluplnější můžeme mít otázky (a
odpovědi)
– pro své otázky hledáme nejjednodušší možné vysvětlení (tzv. Occamova
břitva) a snažíme se omezit počet neznámých na nutné minimum
– raději dostat jasnou odpověď na jedinou otázku než mnoho dohadů na více
otázek
– pozor na špatně položené otázky - ty, na které je odpověď známá, předem
jasná nebo prakticky nemožná
(Roste velikost snůšky ptáků s rostoucím věkem nebo zkušeností? Je více žouželí na
stromě nebo v trávě?)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Vytváření hypotéz
• pozorování  teorie  ověření teorie (pozorováním nebo
experimentem)
• hypotéza = jasné tvrzení (domněnka), které se snaží vysvětlit pozorovaný jev
(Plankton v lesních tůních je tvořen většími jedinci než v lučních tůních. Proč?)
• pro jeden jev je možno vytvořit více hypotéz
(Rozložené listí dodává více živin - v lesní tůni jsou jedinci vyžraní. Rozklad listí
způsobuje úhyn ryb - v luční tůni jsou velcí jedinci sežráni.)
• hypotézu se snažíme potvrdit nebo vyvrátit (hypoteticko-deduktivní způsob myšlení)
• testovatelný předpoklad - pravděpodobnost platnosti teorie se zvyšuje, pokud se
naše předpoklady potvrdí
(Plankton v lučních tůních, kde ryby prokazatelně nejsou, bude mít stejné velikostní
složení jako v lesních tůních. Plankton v lučních tůních, kde sice jsou ryby, ale i
makrovegetace, bude mít podobné velikostní složení jako v lesních tůních.)
• pojmy: nulová hypotéza a alternativní hypotéza
(Je rozdíl mezi lučními tůněmi bez ryb a s rybami?)
• vyplatí se počítat dopředu se všemi možnými výsledky
• snažit se uspokojit pana šťourala
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Typy (terénních) studií
• pozorovací (korelační)
– korelace = přímá či nepřímá úměra
– bez aktivního vměšování
– výhodou je jednodušší provedení
– nevýhoda: korelace neznamená příčinný vztah!!! Nelze
odhalit třetí faktor a poznat příčinu od následku
(Vztah mezi prodanou zmrzlinou a počtem utopených
během roku)
• manipulativní
– studujeme vliv zásahu, nutnost mít s čím porovnat!!!
– pokusný zásah a kontrola (tj. místo bez zásahu)
(Jaký má vliv management bělokarpatských luk (kosení, pasení, ponechání bez
zásahu) na společenstva ploštic a křísů?)
– přirozené - zničení lokality živlem, pozorování sukcese, nutnost znát počáteční
stav!
– náročnější, ale výhoda: odpadá vliv třetího faktoru, lépe odhalíme příčinnou
souvislost
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Typy dat a zjišťovaných parametrů
• předmět výzkumu - 1 druh (populace), taxonomická skupina až celé společenstvo
• Závislá proměnná
– vlastnosti lokalit: druhová bohatost, početnost (= abundance) jedinců na lokalitě,
hustota (= denzita), biomasa…
– vlastnosti jedinců: hmotnost, rozměry, stáří, pohlaví…
– vlastnosti populací (druhů): početnost, počet vajíček u samic, denní aktivita,
potravní preference, ekologické nároky…
• Nezávislá proměnná
– vlastnosti prostředí: teplota vzduchu a vody, množství určitých látek ve vodě či půdě
(pH, rozp. O2, org. látky), charakter vegetace, dostupnost lokality a potravních
zdrojů, stupeň znečištění či narušení…
– vlastnosti lokalit, jedinců, populací a druhů
• Kvalitativní - přítomnost/nepřítomnost (druhu, jevu)
• Kvantitativní – spojitá, nespojitá (počet)
• Kategoriální – stupnice, procentické odhady (pokryvnost, zastínění)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Vícerozměrná analýza
• Př. Jak se mění druhová bohatost společenstev na prameništích podél minerálnětrofického
gradientu?
• Jaké faktory prostředí sledovat? Faktory jsou často vzájemně korelované
• vyžaduje údaj ke každému vzorku
• dbát na přesnost měření (kalibrace), nedopustit aby se čas měření stal matoucím
faktorem (měření teploty vody lokalit v různém pořadí)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Výběr jedinců z populace
• vhodná vzorkovací (pozorovací, měřicí) metoda
• ideálem je provést náhodný výběr = každý jedinec má stejnou šanci dostat se do
výběru (vzorku)
• reprezentativní vzorek – kvalitativně i kvantitativně zachycuje skutečný stav na
lokalitě
• ve skutečnosti však často vzorkujeme selektivně
(lapací pasti odchytí spíše jedince s vyšší aktivitou než abundancí, velikostní selekce
– při sběru často podhodnotíme abundance malých (juvenilních) jedinců)
• prostorové uspořádání jedinců odráží jejich prostorové nároky a heterogenitu
prostředí
a) pravidelné – vzácné, teritoriální zvířata
b) náhodné – ve skutečnosti vzácné
c) agregované – běžné, např. plankton
v rybníce, hmyz na louce
• odběry bodové a směsné (podvzorky)
• zvolit vhodnou velikost vzorku
(náklady vs. zisk)
a) c)b)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Př. Tekoucí vody
• velmi heterogenní biotop
• jednotlivé druhy (popř. vývojová stádia) vykazují různé stanovištní preference
• typ proudění: peřej, tůň; typ substrátu: kameny, štěrk, „debris dams“, bahno,
příbřežní vegetace
• zajímá-li nás celková diverzita (např. její srovnání
mezi lokalitami), musíme odebrat vzorek
reprezentativní pro celou lokalitu - vzorkování
proporcionálně dle heterogenity prostředí
• srovnání složení společenstev mezi stanovišti na
jedné lokalitě
– v každé skupině odebrat stejný (podobný)
počet vzorků - platí obecně pro statistické
porovnávání skupin!!!
– pozor, abychom si nekladli otázku, na kterou
je odpověď již notoricky známá (např. v
peřeji žijí rheofilní druhy), pozor na důkaz
kruhem
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Pilotní studie
• předběžná studie, v malém rozsahu
• pokud o zájmovém území nic nevím nebo slouží k vyzkoušení a doladění
metod, lepšímu časovému rozvržení práce a přehodnocení hypotéz
• vyplatí se vždy provést!!!
• při plánování maximálně využít literárních zdrojů a zkušeností jiných lidí,
ale vše si prověřit a sám vyzkoušet
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
• zvolená prostorová (časová) škála zcela zásadně ovlivňuje výsledek studie - co platí v
jednom měřítku nemusí platit v jiném!
• velké měřítko (geografický region), střední měřítko (jednotlivé lokality až habitaty nejjednodušší,
nejčastější), malé měřítko (mikrohabitat - jednotlivé kameny v řece,
zrna substrátu v sedimentu, části rostliny)
• i jinak známá otázka získá na zajímavosti, studuje-li se v jiném měřítku než obvykle
• pokrytí celého gradientu nebo jeho části (prameniště: minerálně-trofický gradient,
gradient rychlostí proudu v toku)
• časové měřítko
Měřítko studie
rozsah výskytu druhu
početnost
podmínky prostředí
0výskyt
0výskyt
optimumlineární
nárůst
lineární
pokles
– nepřítomnost druhu na lokalitách
nemusí být známkou podobnosti lokalit
anébrž naopak!!!
– vzorkování v oblasti optima druhu behaviorální
studie, studie na
reprodukční strategie, vývojové cykly
druhů
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Opakování (replikace)
• Kolik vzorků odebrat, kolik měření provést?
• nestačí popsat jednotlivé případy, chceme zákonitosti zobecnit
• je potřeba provést nezávislé opakování = odebrání nezávislých vzorků
– nesmí být součástí časové řady na stejném místě
– ve vhodném měřítku – dostatečná vzdálenost vzorků od sebe (autokorelace), při
měření v čase dostatečné intervaly mezi záznamy (např. stanovištní preference)
• pseudoreplikace = opakovaná měření jednoho objektu
– velmi častá chyba studií, je třeba mít znalosti biologie
– behaviorální studie: zvířata sdílející klec (prostředí) se nechovají nezávisle; příbuzní
jedinci jsou si podobnější
• „opakování“ v sezóně
– vzorky opakovaně odebrané na stejné lokalitě během sezóny nejsou nezávislé!!!
– jen pokud nás přímo zajímá sezónní vliv
– často je naopak výhodné vliv sezóny ve studiích omezit
• někdy nelze nezávislé opakování provést (objekt je neopakovatelný nebo opakování
příliš nákladné), potom ale odpovídáme na popisnou otázku, ne na obecnou
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Př. Plankton lesních vs. lučních tůní
• Plankton v lučních tůních, kde prokazatelně nejsou ryby, bude mít stejné velikostní
složení jako v lesních tůních.
• Plankton v lučních tůních, kde sice jsou ryby, ale i makrovegetace, bude mít
podobné velikostní složení jako v lesních tůních.
• je třeba porovnávat jen sezóny mezi sebou nebo průměry ze všech sezón
• pokud skutečně T1=T2=T4>T3, hypotéza stejně není spolehlivě potvrzena, jen
popsán jeden případ, kdy tak nastalo
• co s tím?
– přidat opakování - 3-5 tůní od každého typu (ale pozor zda nezvyšuji variabilitu!)  36-60
vzorků
– přidat opakování, nechat jen sezónu s nejvyšší diverzitou (podzim)
– přidat opakování, ubrat typ (např. T4) a uskromnit hypotézu
les louka
T1 T2 T3 T4
• směsné vzorky odebrané
litorální trubicí
• sezónní změny - jaro, léto,
podzim: 3x4=12 vzorků, které
ale nejsou nezávislé, nemám
žádné opakování!!!
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Náhodný výběr
• výběr lokalit či vzorkovacích míst zásadně ovlivňuje výsledek studie
(výběr stromů v lese, umístění lapacích pastí)
• zcela náhodný výběr (randomizace)
– cílem je vyhnout se pseudoreplikacím a omezit vliv matoucích faktorů
– nahodilý výběr není náhodný!!!
– objekty (plochy) označit čísly a vylosovat (tahání z klobouku, program)
– výběr lokalit z mapy pomocí náhodně vygenerovaných souřadnic, čtverců nebo
uzlů sítě - nevýhoda: pravděpodobně nezachytím vzácné biotopy
(xerotermní vápencové výchozy - vysoká diverzita hmyzu)
• stratifikovaný náhodný výběr
- náhodný v rámci typu biotopu,
složitější vyhodnocení
• nenáhodný preferenční výběr např.
na základě předchozí studie,
často výhodný
(prameniště podél minerálnětrofického
gradientu; botanický
průzkum pro studium hmyzu)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Design experimentů
• laboratorní i terénní
• hledání rozdílů mezi pokusnými skupinami jedinců či lokalit (treatments)
(př. efekt působení látky o různých koncentracích, reakce zvířat na různé podněty, kolonizace
nově vzniklých prostředí...)
• výběr jedinců do pokusu i pokusných skupin musí být náhodný
• pokusy vyžadující kontrolu (závisí na hypotéze)
– negativní kontrola - pokusná skupina bez zásahu
(plocha ponechaná ladem)
– dbát na spolehlivost kontroly!!!
(vliv umělého zvětšení snůšky na péči o mláďata - zahrnout vliv disturbance při instalaci)
– historická kontrola u dlouhodobých studií
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
• celkově náhodné uspořádání – nejjednodušší
• uspořádání v pokusných blocích - odstraňují třetí faktor, který má výrazný vliv
(vliv potravní nabídky na růst jedinců – věk, pohlaví)
o podle vlastností jedinců
(věkové skupiny, pohlaví)
o v prostoru
(poloha pokusné plochy či nádoby)
o v čase
(vliv denní doby na chování zvířat)
o snaha o vyrovnaný design - v každém bloku stejný počet jedinců
o Kdy je lépe více bloků a méně opakování? Pokud opakování v průběhu
pokusu neztrácím (úmrtí či únik jedinců, zničení či krádež nádoby)
Uspořádání experimentů
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Př. Mikrodistribuce meiofauny na prameništi
• 4 mezohabitaty
• rám 1x1 m se sítí 10x10 cm
• umístění rámu na střed mezohabitatu
• losování souřadnic x,y
• 9 vzorků z každého mezohabitatu
• 3 přebírači → bloky: pro každého se náhodně vybere třetina vzorků z každého
čtverce
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)