Muestreo En Plantas Y Animales

Tema 2

Experimentos y muestreos

En este tema abordaremos cuestiones generales relacionadas con los procedimientos de obtención de datos en la investigación ecológica. Siguiendo con el esquema planteado en el tema anterior, estableceremos la distinción entre los dos grandes tipos de estudios ecológicos (experimentales y observacionales) y, en correspondencia, analizaremos las características más relevantes relacionadas con el diseño de experimentos, por una parte, y con las técnicas de muestreo, por otra.

Introducción al diseño experimental

La experimentación en Ecología resulta una tarea especialmente complicada debido a las dificultades inherentes al trabajo en la naturaleza. Si la experimentación (en sentido estricto) requiere la manipulación de las condiciones ambientales que hipotéticamente determinan algún tipo de respuesta ecológica, es fácil comprender que para la investigación de muchos fenómenos ecológicos, esta manipulación resulta, cuando menos, técnicamente muy complicada y costosa. Recordaremos, no obstante, que en sentido más amplio puede hablarse de “experimentos naturales” para denominar aquellas investigaciones en las que se aprovechan variaciones naturales de los factores ambientales objeto de estudio, para realizar las observaciones o medidas (es decir, la respuesta biológica o ecológica). En cualquier caso, los principios generales del diseño experimental deben ser igualmente aplicados tanto en el laboratorio como en el campo, con el fin de asegurar el desarrollo adecuado de la investigación.

El término “diseño experimental” describe la estructura lógica de un experimento (Krebs, 1999), y entre sus características merecen consideración especial diversos conceptos que analizaremos a continuación. Podemos admitir que el elemento clave en un experimento es la unidad experimental; de la correcta consideración de lo que es, y no es, una unidad experimental, depende en gran medida la realización de un buen diseño experimental. Una unidad experimental es “la división más pequeña de material experimental que recibe un tratamiento”, es decir, cada uno de los objetos (parcelas, - 2 - individuos...) sobre los que se aplica un determinado tratamiento y, por tanto, son expuestos al posible efecto del factor ambiental investigado.

Un requerimiento importante de la experimentación es que entre los tipos tratamientos de un experimento debe figurar uno de control, que sirva de comparación para el análisis de los efectos; generalmente, por tanto, el tratamiento control consiste en un no-tratamiento. No obstante, en determinadas ocasiones puede no tener sentido establecer un tratamiento control –por ejemplo cuando se pretende determinar entre dos o mas tratamientos cuál es el mejor. En estos casos cada tratamiento actuaría como control del resto (Krebs, 1999).

Replicación y pseudorreplicación

El concepto de unidad experimental está íntimamente ligado al de replicación. Replicar consiste en disponer al menos de dos unidades experimentales por cada tipo de tratamiento. Precisamente uno de los principales problemas de la realización de estudios experimentales en ecología y en las ciencias ambientales reside en la incorrecta consideración de lo que constituye una unidad experimental, circunstancia que se conoce como pseudorreplicación. La pseudorreplicación genera problemas de independencia de los datos, requisito necesario para la aplicación de numerosas pruebas estadísticas, e invalida por tanto las conclusiones extraídas del experimento.

Hulbert (1984) distingue tres tipos de pseudorreplicación (Figura 2.1): simple, de sacrificio y temporal. La pseudorreplicación simple consiste en considerar como unidades experimentales lo que no son más que submuestras tomadas dentro de cada unidad experimental. Se produce frecuentemente en los casos en los que sólo existe una réplica por tratamiento. Obviamente, las distintas observaciones realizadas dentro de cada unidad experimental no son independientes (Figura 2.1a). La pseudorreplicación de sacrificio ocurre cuando existiendo una verdadera replicación se comete el mismo error que en el caso anterior (y se confunden las submuestras con unidades experimentales, Figura 2.1b), o bien cuando las observaciones de distintas unidades experimentales se “mezclan” (por ejemplo en una tabla de contingencia) antes de realizar el análisis estadístico. En estos casos el problema es simplemente estadístico, ya que el diseño del experimento es correcto. Finalmente, la pseudorreplicación - 3 - temporal surge con frecuencia de la realización de observaciones repetidas a lo largo del tiempo en las mismas unidades experimentales (Figura 2.1c). Es importante reseñar que la realización de medidas repetidas en una misma unidad experimental (siempre que haya más de una réplica), no constituye en sí misma un mal diseño experimental; lo incorrecto es considerar dichas medidas como independientes. El análisis de este tipo de datos requiere la utilización de métodos estadísticos apropiados.

Otro aspecto importante es la consideración de cuántas replicas son necesarias para realizar un buen diseño experimental. Esta cuestión, sin embargo, excede los objetivos de la asignatura, por lo que no la abordaremos en detalle. Aunque como regla general podamos establecer que “cuantas más mejor”, es evidente que normalmente existen limitaciones de tiempo, espacio y dinero que en última instancia determinan en número efectivo de réplicas a realizar. La teoría estadística no es ajena a estas consideraciones, de manera que en los textos especializados pueden encontrarse métodos analíticos para el cálculo del número de réplicas necesarias en función de diferentes criterios (incluidos los económicos; véase por ejemplo, Sokal y Rohlf, 1995). No obstante en el apartado correspondiente al muestreo de vegetación analizaremos algunos aspectos que guardan relación con este asunto (determinación del tamaño de la muestra).

Aleatorización y espaciamiento

Otro principio fundamental del diseño experimental hace referencia a distribución de las réplicas en el espacio. En este sentido, un esquema de disposición espacial aceptable debe considerar la adecuada separación o espaciamiento (interspersion) de aquellas unidades experimentales con el mismo tratamiento. En la Figura 2.2. se representan esquemáticamente diversos ejemplos de diseños aceptables y de diseños incorrectos.

Idealmente, el esquema más conveniente es el aleatorio, aunque en determinadas circunstancias, especialmente con pocas réplicas, puede ser conveniente una disposición sistemática, que asegura el máximo espaciamiento. Otro esquema de gran interés, frecuentemente utilizado, es el diseño de bloques. Un bloque es un grupo de réplicas espacialmente agrupadas. Cada bloque consta de una réplica de cada tratamiento, y dentro de los bloques las réplicas se disponen al azar (de ahí la denominación bloques completos al azar). Los diseños en bloques son especialmente interesantes en experimentos de campo, en los que resulta complicado conseguir amplias extensiones homogéneas de terreno en las que distribuir aleatoriamente las réplicas. En estos casos se asume y se admite que la propia heterogeneidad ambiental entre bloques genere notables variaciones en las observaciones o medidas; por lo general, sin embargo, esta variación no resulta de interés (las diferencias entre bloques no son el objeto del experimento), y sólo se analizan las diferencias o variaciones debidas al efecto de los tratamientos.

El resto de diseños esquematizados en la Figura 2.2 resultan inapropiados por razones obvias: todos ellos incumplen el requisito de espaciamiento o no aseguran la

independencia de las réplicas. En resumen, el espaciamiento evita que cualquier factor o circunstancia no controlada pueda afectar sólo a las réplicas de un mismo tratamiento, y de esta forma atribuir erróneamente sus efectos a los del propio tratamiento, o confundirlos con ellos.

Efectos no deseados de la experimentación o la observación

Hairston (1989) pone de manifiesto la importancia de minimizar efectos no deseados que pueden ser consecuencia de la propia experimentación o muestreo, especialmente cuando estos se realizan en la naturaleza. Estos efectos no deseados se relacionan, por ejemplo, con la manipulación: colocación de cajas, vallas, u otros dispositivos de aislamiento y protección frente a depredadores, que originen efectos colaterales imprevistos (sombreado, interferencias con la circulación del agua o del aire, acceso de otros depredadores no habituales...). En el caso de trampeos de animales, pueden darse casos de individuos que modifiquen su comportamiento (por ejemplo, tendencia recurrente a caer en trampas con cebos atractivos). Otro efecto bastante común es la facilitación del acceso de depredadores a nidos de aves frecuentemente visitados por los investigadores.

Introducción a los métodos de muestreo

Con el término muestreo hacemos referencia al diseño de los procedimientos de obtención de información de los estudios “no manipulativos”, incluyendo estudios observacionales, descriptivos, de análisis de pattern, etcétera (Figura 1.5, Tema 1). Los objetivos del muestreo varían, por tanto, dependiendo de la tipología de nuestro estudio, pero en general el procedimiento particular en cada caso debe responder a los mismos principios. Más aún, muchas de las cuestiones planteadas en el apartado anterior sobre el diseño experimental, deben ser igualmente consideradas en cualquier muestreo (replicación, independencia de las observaciones...).

En la mayoría de los casos, el muestreo

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