Mục lục bài họcĐang ở d02-b3
Investigating Ecosystems: Sampling, the Lincoln Index and Abiotic Measurement
You cannot count everything, so you sample. An ecosystem investigation estimates the size of populations and measures the abiotic factors that might explain them. The technique depends on whether the organism moves. For plants and slow animals, a quadrat — a square frame of known area — is placed and everything inside is counted, estimated as percentage cover, or recorded as present or absent. Quadrats are placed randomly using coordinates from a random-number table, never by throwing, because a person unconsciously chooses interesting spots. Enough quadrats are needed for the running mean to stop changing. When the question is how a community changes along a gradient — from shore to dune, from shade to sun — quadrats are placed at fixed intervals along a transect line instead, which is systematic sampling and deliberately not random.
Moving animals: capture–mark–release–recapture. A sample is caught, marked harmlessly and released (M individuals). Later a second sample is caught (n) and the marked ones counted (m). If marked animals have mixed back into the population, the proportion marked in the second sample equals the proportion marked in the whole population: m/n = M/N, so the Lincoln index gives N = M × n ÷ m. With 50 marked, 40 recaptured and 8 marked among them, N = 50 × 40 ÷ 8 = 250. The estimate rests on assumptions that must be stated: no births, deaths or migration between samples; marks do not fall off, harm the animal or change its chance of capture; and released animals mix randomly. The weakness is sensitivity when m is small — recapturing 7 instead of 8 moves the estimate by more than 30 animals — so larger samples and repeats are needed.
Abiotic factors and their instruments. Temperature (thermometer or probe, at a fixed time and depth), light (light meter, unreliable under changing cloud), pH (meter, calibrated first), soil moisture (weigh, dry, reweigh), dissolved oxygen (probe, measured on site because a sample changes in the bottle), salinity, flow velocity (float and stopwatch), slope (clinometer), wave action, turbidity. Every measurement is repeated and averaged, taken under the same conditions, and recorded with the time and place. A single reading is an anecdote; reliability comes from repetition.
What the examiner rewards. Naming the method that fits the organism; explaining why random or systematic; stating the assumptions of the Lincoln index and one situation in which each fails; and identifying the limitation of an instrument rather than just naming it. A data table with units, repeats and a mean scores; a single number does not.
Không đếm hết được, nên phải lấy mẫu. Một cuộc khảo sát hệ sinh thái ước lượng kích thước quần thể và đo các yếu tố vô sinh có thể giải thích chúng. Kỹ thuật phụ thuộc vào việc sinh vật có di chuyển không. Với thực vật và động vật chậm, ô tiêu chuẩn — một khung vuông có diện tích biết trước — được đặt xuống và mọi thứ bên trong được đếm, ước lượng theo phần trăm che phủ, hoặc ghi có mặt hay không. Ô được đặt ngẫu nhiên bằng toạ độ lấy từ bảng số ngẫu nhiên, không bao giờ bằng cách ném, vì người ta vô thức chọn chỗ thú vị. Cần đủ ô để trung bình tích luỹ ngừng thay đổi. Khi câu hỏi là quần xã thay đổi thế nào dọc một gradient — từ bờ ra cồn, từ bóng râm ra nắng — ô được đặt cách đều dọc một tuyến cắt ngang, đó là lấy mẫu hệ thống và cố ý không ngẫu nhiên.
Động vật di chuyển: bắt, đánh dấu, thả, bắt lại. Một mẫu được bắt, đánh dấu không gây hại và thả (M cá thể). Sau đó bắt mẫu thứ hai (n) và đếm số có dấu (m). Nếu cá thể có dấu đã trộn lại vào quần thể, tỷ lệ có dấu trong mẫu thứ hai bằng tỷ lệ có dấu trong cả quần thể: m/n = M/N, nên chỉ số Lincoln cho N = M × n ÷ m. Với 50 con đánh dấu, 40 con bắt lại và 8 có dấu, N = 50 × 40 ÷ 8 = 250. Ước lượng dựa trên các giả định phải nêu: không sinh, chết hay di cư giữa hai lần; dấu không rơi, không hại con vật và không đổi khả năng bị bắt; và cá thể thả ra trộn đều ngẫu nhiên. Điểm yếu là độ nhạy khi m nhỏ — bắt lại 7 thay vì 8 làm ước lượng lệch hơn 30 con — nên cần mẫu lớn hơn và lặp lại.
Yếu tố vô sinh và dụng cụ. Nhiệt độ (nhiệt kế hoặc đầu dò, tại giờ và độ sâu cố định), ánh sáng (máy đo, không tin cậy khi mây đổi), pH (máy đo, hiệu chuẩn trước), độ ẩm đất (cân, sấy, cân lại), oxy hoà tan (đầu dò, đo tại chỗ vì mẫu đổi trong chai), độ mặn, vận tốc dòng (phao và đồng hồ), độ dốc (thước đo góc), sóng, độ đục. Mọi số đo được lặp và lấy trung bình, đo trong cùng điều kiện, và ghi kèm thời gian, địa điểm. Một số đo là một giai thoại; tin cậy đến từ lặp lại.
Điều giám khảo thưởng. Gọi tên phương pháp hợp với sinh vật; giải thích vì sao ngẫu nhiên hay hệ thống; nêu giả định của chỉ số Lincoln và một tình huống mỗi giả định thất bại; và chỉ ra hạn chế của dụng cụ thay vì chỉ gọi tên. Bảng dữ liệu có đơn vị, lặp lại và trung bình ghi điểm; một con số thì không.
Câu hỏi 1: mật độ ốc nón trên bãi là bao nhiêu? Câu hỏi 2: độ che phủ rong thay đổi thế nào từ mép nước lên bờ? Câu hỏi 3: có bao nhiêu cua trong vũng triều? Với mỗi câu, chọn phương pháp, cách đặt mẫu, số lần lặp, và một yếu tố vô sinh nên đo kèm.
Câu 1 — ô tiêu chuẩn ngẫu nhiên. Ốc nón bám đá, di chuyển rất chậm, nên đếm trong ô là hợp. Chia bãi thành lưới toạ độ, lấy 20 cặp số từ bảng ngẫu nhiên, đặt ô 0,5 m × 0,5 m tại mỗi toạ độ, đếm ốc; tăng số ô cho tới khi trung bình tích luỹ ổn định. Mật độ = trung bình mỗi ô chia diện tích ô. Đo kèm: thời gian phơi cạn của mỗi ô (từ bảng thuỷ triều), vì ốc nón chịu khô khác nhau.
Câu 2 — tuyến cắt ngang, cố ý không ngẫu nhiên. Câu hỏi là thay đổi theo khoảng cách, nên lấy mẫu ngẫu nhiên sẽ xoá mất gradient. Căng dây từ mép nước thấp lên đỉnh bãi, đặt ô mỗi 2 m, ước độ che phủ rong theo phần trăm; lặp trên ba tuyến song song để không phụ thuộc một đường. Đo kèm: độ cao so với mực nước thấp tại mỗi ô, vì đó chính là biến giải thích.
Câu 3 — bắt đánh dấu thả bắt lại. Cua di chuyển và trốn dưới đá, không đếm bằng ô được. Bắt 30 con, chấm sơn không độc lên mai, thả; sau một chu kỳ triều bắt lại và đếm số có dấu, tính N = M × n ÷ m; lặp ba lần để giảm sai số. Kiểm giả định: vũng triều khép kín giữa hai lần bắt (không di cư), sơn không làm cua dễ bị chim thấy hơn (đổi khả năng sống). Đo kèm: nhiệt độ và oxy hoà tan của vũng lúc triều thấp, đo tại chỗ.
Điểm chung. Phương pháp đi theo sinh vật và theo câu hỏi, không theo thói quen; và mỗi thiết kế nêu được vì sao ngẫu nhiên hoặc vì sao không, đó là chỗ giám khảo phân biệt.
Hai nhóm ước lượng quần thể chuột đồng trong cùng một ruộng. Nhóm A: đánh dấu 40, bắt lại 30, có dấu 12 → N = 100. Nhóm B: đánh dấu 40, bắt lại 30, có dấu 6 → N = 200. Nhóm B đặt bẫy ở góc ruộng ngay sau khi thả; nhóm A chờ hai ngày và đặt bẫy khắp ruộng. Giải thích, và nêu thêm hai lý do khác có thể làm ước lượng sai.
Lỗi của nhóm B — trộn chưa đều. Thả chuột rồi bẫy lại ngay ở một góc: chuột có dấu chưa kịp phân tán, nên tỷ lệ có dấu trong mẫu thứ hai không đại diện cho cả ruộng. Nếu góc đó xa chỗ thả, m nhỏ hơn thực tế và N bị ước lượng cao — đúng như 200 so với 100. Nếu bẫy đúng chỗ thả thì ngược lại, m quá lớn và N quá thấp. Nhóm A chờ hai ngày cho trộn đều và bẫy khắp ruộng nên giả định trộn ngẫu nhiên gần đúng hơn.
Lý do 2 — hành vi thay đổi vì bị bắt. Chuột từng vào bẫy có thể tránh bẫy (sợ bẫy) hoặc tìm bẫy vì có mồi (nghiện bẫy). Sợ bẫy làm m nhỏ và N cao; nghiện bẫy làm m lớn và N thấp. Đó là giả định không đổi khả năng bị bắt bị vi phạm.
Lý do 3 — quần thể không khép kín. Hai ngày là đủ để chuột từ ruộng bên di cư sang, hoặc chuột có dấu bị cú bắt vì sơn dễ thấy. Cả hai làm giảm tỷ lệ có dấu và đẩy N lên. Vì vậy khoảng chờ có hai mặt: đủ dài để trộn, đủ ngắn để quần thể chưa đổi.
Kết luận cho bài thi. Chỉ số Lincoln đúng về toán, nhưng mỗi giả định là một nguồn sai có hướng đoán được; bài làm tốt nêu giả định nào bị vi phạm và ước lượng lệch về phía nào, thay vì chỉ nói kết quả không chính xác.
Bẫy 2 — lấy mẫu ngẫu nhiên khi câu hỏi là thay đổi theo gradient. Ngẫu nhiên xoá gradient; cần tuyến cắt ngang hệ thống.
Bẫy 3 — dùng chỉ số Lincoln mà không nêu giả định. Không di cư, dấu vô hại, trộn đều — và mỗi vi phạm lệch N về một phía đoán được.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Ecosystems and Ecology gồm 14 câu trắc nghiệm và 5 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.