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1、生态学家的基本技能生态学家的基本技能 李博李博 复旦大学复旦大学 2009.6.4 生态学 研究自然界中生物和环境的微妙关系 是高雅的学科 是自然的美学 生态学的美妙之处就在于承认自然界中生 物与环境之间互相关系的独特性和复杂性， 寻找这种复杂性中的模式并做出合理的预 测而不陷入其泥坑，从而不断提高我们对 自然界中“基本”和“显而易见”问题的 认识（Townsend et al. 2003）。 为更好地理解地球系统变化提供理论基础为更好地理解地球系统变化提供理论基础地地 学科学家学科学家。 为更好地理解生物系统变化提供宏观理论为更好地理解生物系统变化提供宏观理论生生 物学科学家物学科学家。 为
2、生态系统的可持续利用提供管理模式和规为生态系统的可持续利用提供管理模式和规 划划企业管理者企业管理者。 为生态系统管理和可持续发展提供思想和管理为生态系统管理和可持续发展提供思想和管理 决策决策政府领导者政府领导者。 为政府决策及行业发展提供理论指导和政策依为政府决策及行业发展提供理论指导和政策依 据据政府顾问政府顾问。 生态学的学科与社会定位（于贵瑞）生态学的学科与社会定位（于贵瑞） 报告提要 生态学问题 研究计划 时间管理 数据的分析与统计学 认识科学研究的道德与行为准则 学术交流 论文写作 Ecology is not random data gathering Data is coll
3、ected for a purpose You need to state explicitly what that purpose is How to do ecology ? by R. Karban used to separate effects of different aspects of the experiment; needed b/c biological systems exhibit temporal supplies an estimate of error (variability); reduces effects of random variation（减小随机
4、误差）（减小随机误差） Randomization fair assignment of treatments to experimental units; needed to ensure data are not biased by investigator; guarantees validity of test of significance（保证检测（保证检测 的有效性）的有效性） Null hypothesis (H0) by convention, this is the statement that we try to falsify when we use the H-D m
5、ethod. Usually, it is stated as, there is no difference between” Alternate hypothesis (Ha) this is the statement expressing our explanation of a phenomenon that we want to validate; we cannot prove this idea, but by falsifying the H0, we can tentatively accept the alternate hypothesis as being valid
6、. Usually, it is stated as, there is a difference Key aspects of experimental design Manip. Lab. Manip. Field NaturalObserv. Experiments in Ecology (strengths and weaknesses) An example The role of wolf predation in controlling moose population wolfMoose (驼鹿) Limitations of manipulative experiments
7、A schematic representation of the vast web of interactions affecting a moose population. WolfVegetation Hares Deer Moose Competition Competition Grazing Confounding factors The wolf population is controlled Other prey populations (deer、hares) increase Other prey populations compete with moose for fo
8、od Moose populations are affected by both predator and other prey speciesapparent competition 确定可用的时间 开一份有关具体工作的清单以及每一项工作 的次数 估计每一次所需要的时间为多长 考虑时间是否充足 6、所需的数据是否能在允许的时间内收集到？、所需的数据是否能在允许的时间内收集到？ 7、根据允许的时间修改计划、根据允许的时间修改计划 在实际的计划过程中，常常需要重新考虑步骤在实际的计划过程中，常常需要重新考虑步骤14）。）。 实际上，这种重新考虑对一个研究计划来说也是至关实际上，这种重新考虑对一
9、个研究计划来说也是至关 重要的重要的 重新思考也常常意味着不同步骤之间的调整，以使科重新思考也常常意味着不同步骤之间的调整，以使科 学问题、图表、程序和时间的分配互相协调起来学问题、图表、程序和时间的分配互相协调起来 如果允许的时间不足以让我们来回答一个真正有价值如果允许的时间不足以让我们来回答一个真正有价值 的问题，这时我们所面对的选择是：的问题，这时我们所面对的选择是： 要么启动这样一个注定没有好结果的研究项目要么启动这样一个注定没有好结果的研究项目 要么就是重新设计一个可以完成的计划要么就是重新设计一个可以完成的计划 8、准备记录表、准备记录表 记录表是生态学研究中的重要“设备”，因为记
10、录表反映了记录表是生态学研究中的重要“设备”，因为记录表反映了 前面几个步骤的合理性前面几个步骤的合理性 研究人员应根据各自的要求设计、印制自己的记录表研究人员应根据各自的要求设计、印制自己的记录表 记录表可以避免：记录表可以避免： 1）收集的数据过于详细：）收集的数据过于详细：行家们常常喜欢对每一个地点进行行家们常常喜欢对每一个地点进行 准确测定，但是有时只是进行比较，此时就没有必要花费很多准确测定，但是有时只是进行比较，此时就没有必要花费很多 精力来进行精确的测定，进行简单的排序就可以满足这一要求精力来进行精确的测定，进行简单的排序就可以满足这一要求 2）想测定的相关变量太多，其后果是哪一
11、个也没有足够大的）想测定的相关变量太多，其后果是哪一个也没有足够大的 样本以保证取样的精度。样本以保证取样的精度。 一旦完成，便可以安全地保存下来，一旦完成，便可以安全地保存下来，当然最好是复印一份，当然最好是复印一份， 保存在别处，以做到万无一失保存在别处，以做到万无一失 易于将记录表中的数据输入计算机易于将记录表中的数据输入计算机 便于检查是否每一个必需的数据均已收集，便于检查是否每一个必需的数据均已收集，因为只要检查表因为只要检查表 中的每一个格子是否已填满即可中的每一个格子是否已填满即可 强迫你考虑与研究项目有关的数据如何收集强迫你考虑与研究项目有关的数据如何收集 容易将你的记录表展示
12、给你的同事，以得到有关的改进意见容易将你的记录表展示给你的同事，以得到有关的改进意见 由于记录表基本反映了你的研究方法，只要展示给同行，就由于记录表基本反映了你的研究方法，只要展示给同行，就 很容易得到同行对研究方法的批评、改进意见很容易得到同行对研究方法的批评、改进意见 生态学研究的成功在很大的程度上取决于你的数据量，记录生态学研究的成功在很大的程度上取决于你的数据量，记录 表的张数可作为你的清晰目标。表的张数可作为你的清晰目标。 记录表的优点记录表的优点 9、启动研究并迎战现实、启动研究并迎战现实 你的计划中所聚集的问题是有意义的，项目的各 个环节是可行和切合实际的。然而，一旦数据的收集
13、开始，你往往会感到计划显得不足，似乎有些数据无 法收集到，尽管有些数据能收集到，但是比预想的费 时多了，当然你也会发现你所建议的研究很有趣 注意：对任何研究计划所做出的一时冲动的变动往 往帮助不大，一旦发现有问题的话，最好是尽早进行 倒退计划过程（reverse planning process），对完整的研 究计划进行修改 只有经历这样一个痛苦的改进过程，并对整个计划 进行全面的审视后，调整计划才会更快、更有针对性 技能三：时间管理 许多研究项目未能成功的主要原因之一是：时间不够 研究的有效时间有多长：除了诸如生病、天气不允许、 购买设备与材料、仪器出问题以及处理其他事物等所 耗掉的时间以外
14、，你所能利用的时间 列举所有工作内容以及次数 估计每一内容的时间 考虑时间是否充足，如果时间分配有误，适当考虑内 容的增减 时间管理将确保你排除显然可笑的研究计划，并确定 工作重点 时间管理 技能四： 数据的分析与统计学 Statistic Analysis 1. Any relationship? 2. How significant, and in what form? 3. Applicable to the population?(F-test/ t-test)? 4. Cause-effect relationship? (avoiding spurious relationship
15、) 1、描述性统计量的合理使用、描述性统计量的合理使用 统计学在生态学中的用途之一是通过特定的样本来统计学在生态学中的用途之一是通过特定的样本来 描述数据，目的是对你所采样的总体在某一个参数描述数据，目的是对你所采样的总体在某一个参数 上做出一般性的说明上做出一般性的说明 最常用的描述指标最常用的描述指标 样本平均样本平均 标准差标准差（standard deviation，简称，简称SD），即样本方差的，即样本方差的 平方根平方根 标准误标准误（standard error of the mean，简称，简称SE)：所组成的：所组成的 区间有区间有68.26%的概率包含总体的平均值的概率包含
16、总体的平均值 95%的置信区间的置信区间（confidence intervals）（由标准误派生（由标准误派生 而来）：总体真值落在该范围的概率为而来）：总体真值落在该范围的概率为95% n i i x n x 1 1 Sample mean: arithmetic average of a set of observed values ) 1/()( 2 1 nxxs n i The standard deviation: one of several indices of variability that statisticians use to characterize the dispersion among the measures in a given population, the square root of the variance nss x / S
