HCO15, wetenschappelijke methode ecologie
Wetenschappelijke methode, bestaat uit:
- Observatie, je neemt een natuurlijk fenomeen waar en beschrijft dit.
- Hypothese, op basis van je observatie kan je een onderzoeksvraag met hypothese opstellen.
- Opzet, vervolgens stel je een onderzoek op waarmee je je hypothese kan testen.
- Data, uit je onderzoek kan je data verzamelen.
- Toetsen, met de data kan je de voorspellingen van de hypothese testen.
- Conclusie, op basis van de analyse kan je een conclusie trekken.
- Rapporteren, uiteindelijk rapporteer je je bevindingen.
Als het experimentele ontwerp niet goed is, zal de data die je verzameld hebt niet geheel correct zijn
en kan je de verkeerde conclusies trekken.
Hypothese, is een idee over hoe de wereld werkt. Een goede hypothese bestaat uit 2 onderdelen:
- Hoe, je geeft een voorspelling over de uitkomst van een wetenschappelijk onderzoek.
- Waarom, je geeft een uitleg waarom je deze resultaten verwacht.
Bijvoorbeeld: Als zout aan de bodem wordt toegevoegd zullen de planten doodgaan, omdat zout de
bodem uitdroogt, waardoor er niet genoeg water overblijft voor de planten om te groeien en
overleven.
Soorten onderzoek, we kunnen meerdere soorten onderzoek onderscheiden, waaronder:
- Observationeel, onderzoekers observeren hierbij wat er gebeurt is in het verleden en
proberen conclusies te trekken op basis van deze observaties. Hier vindt dus geen
manipulatie plaats.
- Experimenteel, hierbij manipuleren onderzoekers een of meerdere variabelen om te bepalen
hoe de manipulaties invloed hebben op andere variabelen. In dit geval kijk je bijvoorbeeld
niet naar een natuurlijk gradiënt aan biodiversiteit, maar creëer je zelf een gradiënt aan
biodiversiteit.
Elk onderzoek heeft zo zijn eigen voor- en nadelen:
- Observationeel onderzoek
o Voordelen
▪ Hoge ecologische validity, wat je waarneemt gebeurt ook echt in de natuur.
▪ Minder tijd consumerend, over het algemeen kost observationeel onderzoek
minder tijd, omdat je niks hoeft te manipuleren.
o Nadelen
▪ Moeilijk te repliceren
▪ Problemen met confounding variables. Als je naar een natuurlijk gradiënt kijk
in biodiversiteit kunnen er tegelijkertijd ook allerlei andere gradiënten
aanwezig zijn die van invloed zijn, zoals pH, nutriënten etc.
▪ Onmogelijk om causale relaties aan te tonen. Je kan enkel correlatie
aantonen. Dit komt door de confounding variables.
- Experimenteel onderzoek
o Voordelen
▪ Het is de enige manier om een causale relatie aan te tonen mits je opzet
goed is.
▪ Het is makkelijker te repliceren.
o Nadelen
▪ Je hebt een lagere ecologische validity.
▪ Minder tijdconsumerend
Lab- VS veldexperiment, je hebt meerdere mogelijk opties voor een experimenteel onderzoek:
- Lab experiment, heeft als voordeel dat je goed kan controleren op externe variatie,
waardoor de causaliteit erg sterk is. Het nadeel is echter dat het niet heel realistisch is.
, - Veld experiment, heeft als sterkte dat het een stuk realistischer is, maar als zwakte dat het
moeilijk is om op externe variatie te controleren. Dit kunnen confounding variables zijn en
daar moet je dus goed op letten.
Vergelijking empirische technieken, rechts zie je een tabel waarin
de verschillende empirische technieken met elkaar vergeleken
zijn.
Aan de hand van een paar cases zal het belang van een correcte
proefopzet duidelijk naar voren komen.
Case 1, gaat over het paper van Stevens. Et al. 2014 Science:
- Observatie: bemeste graslanden hebben een lager aantal
plantensoorten dan onbemeste graslanden.
- Hypothese: bemesting reduceert plant diversiteit.
- Opzet: ze hebben 68 zure graslanden van Groot-Brittannië bekeken. Deze graslanden hebben
een gradiënt in stikstofdepositie (door de industrie.)
Ze hebben dus bij 68 stukken land gekeken naar de
biodiversiteit en hoeveelheid stikstofdepositie. Hier is geen
manipulatie aan te pas gekomen dus we hebben met een
observationeel onderzoek te maken. Rechts zijn de resultaten
weergegeven en je ziet dus dat een hogere stikstofdepositie
(door bv bemesting) gepaard gaat met een lagere
plantdiversiteit. De conclusie van het onderzoek is als volgt:
‘Stikstof depositie reduceert plantdiversiteit.’ Dit mogen ze
echter helemaal niet zeggen, want je hebt hier met een observationeel onderzoek te maken dus je
mag niks zeggen over causaliteit, maar enkel over correlatie/associatie. Wat je wel mag zeggen is
bijvoorbeeld ‘hoe hoger de stikstof depositie, hoe lager de plantendiversiteit.’
Confounding variabelen, een correlatie betekent niet meteen causatie, want er kan bijvoorbeeld een
andere co-variabele zijn die je observatie verklaard. Zo was bij case 1 niet alleen sprake van een
stikstof gradiënt, maar ook van een zuur gradiënt en wie weet zorgt deze verzuring wel voor een
daling in plantdiversiteit.
Case 2, gaat over een paper van Zhou et al. 2017 Ecology and Evolution:
- Observatie, bemeste graslanden hebben een lager
aantal plantensoorten dan niet-bemeste graslanden.
- Hypothese, bemesting reduceert plantdiversiteit.
- Opzet, stikstof, fosfor en een combinatie toevoegen
aan graslanden in verschillende levels. Verder hadden
ze ook een controle en het is 6 keer gerepliceerd.
Dit onderzoek is dus gebaseerd op dezelfde observatie en
hypothese als case 1, maar nu hebben de onderzoekers
stukken grond gemanipuleerd door nutriënten toe te voegen
en heb je dus met een experimenteel onderzoek te maken. Rechts
zie je een stuk tekst uit het paper en je ziet dat ze het over blocks
hebben. Hierdoor denkt een lezer misschien dat een randomized
block design hebben toegepast in het onderzoek, maar straks zal
blijken dat dat niet zo is. Rechtsonder zie je de drie blokken
aangegeven, waarbij de controle bij stikstof zit. Uit de resultaten
bleek dat het toevoegen van stikstof de plantdiversiteit reduceert
en dat fosfor eigenlijk vrij weinig effect heeft. Daarnaast hebben
stikstof en fosfor samen een additief effect, maar het is dus maar de
vraag of je deze resultaten mag vertrouwen, aangezien de proefopzet niet optimaal is, zoals straks zal
blijken.
Case 3, gaat over een paper van Hautier et al. 2009 Science:
