MUESTREO ECOLÓGICO Rafael Chávez López y Arturo Rocha Ramírez PROYECTO PAPIME PE206711 “Diseño de material educativo para el aprendizaje de procesos ecológicos a nivel de Población.” Objetivos • El estudiante: • Explicará la importancia del muestreo en las investigaciones ecológicas • Distinguirá los tipos básicos de muestreo usados en el estudio de las Poblaciones MUESTREO ECOLOGICO DEFINICIONES MUESTREO: Procedimiento específico que involucra la selección de elementos, criterios, herramientas para tomar una muestra que represente homogéneamente al sistema bajo estudio. Un programa de muestreo debe reunir una serie de requisitos indispensables para la conducción adecuada de una investigación, estos son: •Que posea una amplitud y una intensidad apropiada •Que sea apropiado •Que resulte homogéneo •Que sea práctico y •Que se adapte al aspecto económico de la investigación. MUESTRA: Colección incompleta de datos compuesta de elementos individuales denominadas unidades muestrales. UNIDAD MUESTRAL (U.M.): Unidad mínima de estudio, generalmente representa un registro puntual en tiempo y/o espacio dentro de un sistema bajo estudio. La suma de todas y cada una de las U.M. conforman la muestra. MUESTREO ECOLOGICO Factores críticos que se deben resolver para proponer o diseñar un esquema de muestreo: 1. Tamaño de la unidad muestral 2. Número de unidades muestrales (Tamaño de la muestra) 3. Tipo de muestreo (forma en que las muestras se colocaran en el área de estudio) 1. Tamaño de la unidad muestral Método del área mínima Se establece un U.M. con determinada área, la cual se va duplicando en tamaño y por cada uno de estos se registra el número de especies encontradas, graficando la curva resultante. En este ejemplo, el tamaño 4 es donde se alcanza el mayor número de especies, al mismo tiempo, la curva alcanza la asíntota, por lo tanto, el tamaño óptimo de las U.M. es el 4. 1. Tamaño de la unidad muestral Método del área mínima CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES: • También es conocido como curva especies-área. • Proporciona una medida del número de U.M. y el número de réplicas, por lo que U.M. pequeñas requerirán varias replicas. • Es un método útil para comparar la diversidad de diferentes comunidades. • Método válido en zonas de estudio donde los segmentos de vegetación son homogéneos. • Puede incluir a especies no significativas cuando no se tiene una separación clara del área de estudio. 1. Tamaño de la unidad muestral Curvas de comportamiento Abundancia promedio Este método examina la variación de los valores promedio de un conjunto de registros de alguna variable ecológica. Por ejemplo, la densidad de una especie dada como función del número acumulado de un número de U.M. Por ejemplo, el tamaño óptimo de la U. M. será aquel en donde los valores de densidad, biomasa, abundancia, cobertura, etc., muestren una estabilidad de la media. 70 60 50 40 30 20 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 32 64 No. Cuadrantes Superficie x cuadrantes 20 40 60 80 100 120 140 160 320 640 ¿esta curva sirve para definir el tamaño muestral? 1. Tamaño de la unidad muestral Métodos de Costo-Beneficio Los métodos costo-beneficio son técnicas utilizadas para calcular la dimensión óptima de las unidades muestrales, a partir de la estimación del costo (= tiempo) de tomar una muestra de un tamaño específico y su relación con los valores de variabilidad estadística de diferentes tamaños de unidad muestral. De esta relación se estima cual es la dimensión óptima es decir que prduce la mejor precisión estadística al menor costo posible. Entre estos métodos sobresalen los propuestos por Wiegert y Hendricks. El uso de estas técnicas es similar a preguntarse: ¿Qué es mejor si quiero muestrear un área de 1000 m2? ¿Hacer 10 cuadrantes de 100 m2?¿Hacer 5 de 20o m2? O ¿hacer uno de 1000 m2?. Además ¿cuál es el de mejor costo sin disminuir la representatividad de la información? 2. Número de Unidades Muestrales Existen diferentes criterios para elegir el número adecuado de U.M. para un estudio determinado, sin embargo, antes de tomar este paso es necesario conocer algunos aspectos como: • Método de área mínima El tamaño de las U.M. • Curvas de comportamiento • Métodos de Costo-Beneficio El patrón espacial de los organismos • Pruebas de Hipótesis a partir de Distribución de Poisson y Binomial Negativa • Razón Varianza / Media • Índice de Dispersión de Morisita Patrón al Azar Patrón Uniforme Patrón Agregado 2. Número de Unidades Muestrales Para patrones espaciales ALEATORIOS Donde: • n = número de unidades muestrales •s2 = varianza •X= media 2. Número de Unidades Muestrales Para patrones espaciales AGREGADOS Donde: • n = número de unidades muestrales • S2 = varianza • x media • A = área de la U.M. • K = parámetro de agregación (obtenido a partir de la Distribución binomial negativa) 2. Número de Unidades Muestrales Para patrones espaciales AGREGADOS Donde: • k = parámetro de agregación (obtenido a partir de la Distribución binomial negativa) 2 x kˆ 2 s x 3. Tipo de Muestreo La variedad de procesos que aborda la investigación ecológica ha propiciado el diseño de diferentes estrategias para satisfacer las necesidades específicas de una investigación. Es necesario decidir sobre el procedimiento en que las U.M. serán colocadas en la zona de estudio, con la intención de lograr la representatividad de la muestra. 3. Tipo de Muestreo Además se debe considerar que la distribución de las poblaciones de organismos no es similar en diferentes hábitats que de por sí no son homogéneos, entonces la información previa sobre la población a estudiar y la zona de estudio es fundamentales para tomar esta decisión. 3. Tipo de Muestreo TIPOS DE MUESTREO GENERALES ALEATORIO ESTRATIFICADO SISTEMATICO PREFERENCIAL 3. Tipo de Muestreo Muestreo Aleatorio En este, todos los sitios de nuestra zona de estudio tienen la misma probabilidad de ser muestreados, por lo tanto, es necesario llevar a cabo alguna técnica de mapeo del área para posteriormente, mediante alguna estrategia numérica aleatoria se elijan aquellos sitios donde se colocaran las U.M. En este ejemplo, la zona de estudio fue dividida en n cuadrantes que fueron numerados, a partir de los cuales se eligieron las 3 U. M. requeridas. El criterio de selección fue la obtención de números aleatorios mediante una calculadora. 3. Tipo de Muestreo. Muestreo Aleatorio • El muestreo aleatorio, es el que posee la mayor precisión estadística. • • Sin embargo, en estudios que consideran especies raras es necesario aumentar el tamaño de la muestra. • La principal fuente de error esta causada por la distribución de la población en la zona de estudio, particularmente en casos de patrones agregados. • En la práctica, es posible que algunos sitios elegidos sean de difícil acceso, por lo que es recomendable contemplar esta situación. 3. Tipo de Muestreo. Muestreo Estratificado Este muestreo es usado en zonas heterogéneas. La zona de estudio se divide en sub-unidades homogéneas de menor dimensión, denominadas estratos o compartimentos. Cada estrato representa una categoría (p. ej. zonas con diferente vegetación, subunidades de un gradiente ambiental, etc.) y en cada uno se debe hacer un submuestreo aleatorio. Finalmente, es imprescindible conocer el área de cada estrato para realizar las comparaciones entre estos. 3. Tipo de Muestreo Muestreo Estratificado A B C D Los estratos no tienen que ser del mismo tamaño tal como se ilustra en el ejemplo (observa las áreas A, B, C y D), pero es necesario conocer el área de cada uno de estos. Las U.M. (12 por estrato), señaladas con puntos amarillos, se ubicaron aleatoriamente. 3. Tipo de Muestreo Muestreo Estratificado A B La definición de los estratos puede ser muy variada; en la figura, se muestra un ejemplo de estratificación vertical de una comunidad vegetal. En este caso, cada estrato es una categoría ecológica que puede proporcionar diferencias en cuanto a algún parámetro ecológico, en este ejemplo, distribución y abundancia de la entomofauna. Es importante mantener el esfuerzo de muestreo por estrato (n = número de trampas adhesivas por estrato) para poder hacer las comparaciones entre los estratos. C D E Estratos: A, emergente; B, dosel; C, sotobosque; D, inmaduro; E, herbáceo. 3. Tipo de Muestreo. Muestreo Sistemático Este muestreo es recomendado para zonas bien conocidas, donde la presencia de efectos periódicos es mínima. También es útil en zonas donde hay un gradiente ambiental bien definido. El objetivo de este muestreo es cubrir el área de estudio de manera equitativa, por lo que es posible alcanzar una caracterización de la zona completa, pero los costos de infraestructura y logística pueden ser elevados. En el ejemplo de la derecha se indica la posición de las U.M. (puntos rojos) y su ubicación equidistante entre estas, de acuerdo al método “Sistema Concentrico de Área-Muestra”. 3. Tipo de Muestreo. Muestreo Sistemático En este tipo de muestreo se ubican las U.M. usando transectos ó una rejilla de coordenadas que funciona como una malla de muestras. La intención es cubrir el área de estudio equitativamente donde cada U.M. se encuentra a la misma distancia con respecto a las demás. En el ejemplo se ilustra la manera de ubicar las U.M. en un muestreo sistemático. En esta zona reforestada se colocaron 13 trampas para mamíferos pequeños cubriendo la zona de manera equitativa, note que las trampas se encuentran a misma distancia entre sí. 3. Tipo de Muestreo. Muestreo Sistemático ¿Cómo hacer un muestreo sistemático? Primero se debe conocer el área de muestreo en el que están identificadas todas las unidades muestrales de la población. Se considera: N = Número de unidades muestrales n = Tamaño de la muestra CRITERIOS A) Si N/n no es un número entero se toma el inmediato ANTERIOR K B) Se toma un número entero entre 1 y K, C) A ese número se le suma K hasta alcanzar el número de unidades de la muestra. 3. Tipo de Muestreo. Muestreo Sistemático 9 Por ejemplo: Si en el área hay 300 unidades muestrales (sitios de colecta) y se eligió el 20% de la muestras (60 UM) entonces: a) 300/60 = 5, K = 5 b) El número elegido entre 1 y K es 4, c) Se suma K (5)+4=9 (primer unidad muestral para el registro de datos), d) Luego se suma 9+K(5)= 14, 14+K= 19, 19+K= 24, hasta agregar al total de las Unidades Muestrales. e) Los sumandos 9, 14, 19, 24 son las unidades muestrales que formarán a la MUESTRA. 14 24 34 44 19 29 39 49 3. Tipo de Muestreo. Muestreo Preferencial Es un muestreo también utilizado en estudios ecológicos. En este muestreo la ubicación de las Unidades Muestrales se define por el criterio del investigador. De esta manera los sitios que se muestrearán son elegidos con base a los objetivos de la investigación. (Criterio de Homogeneidad Visual) Un muestreo preferencial es adecuado en situaciones como por ejemplo, si se quiere saber el efecto de las descargas urbanas y hoteleras sobre la comunidad coralina, una estrategia adecuada será ubicar las U.M. en sitios afectados de manera diferencial por las descargas, de tal forma que los registros biológicos permitan demostrar que existe alguna respuesta ante este tipo de factor. 3. Tipo de Muestreo. Muestreo Preferencial El investigador selecciona subjetivamente los sitios de muestreo (que parezcan homogéneos ú heterogéneos). La experiencia del investigador es uno de los factores de mayor influencia, también el conocimiento de la zona de estudio. Los sesgos en este muestreo generalmente son inducidos por el propio investigador, pues se pasan por alto varios de los criterios mencionados en los otros muestreos. En el ejemplo de la izquierda las U.M. se posicionaron de tal manera que sea posible estudiar la magnitud de la influencia del cauce del río sobre la vegetación primaria. Actividades 1) De acuerdo a tu experiencia y a la de tu equipo, enlista los métodos de muestreo que has empleado en las investigaciones que has realizado durante tu formación académica. 2) Lecturas Complementarias Keith, D. A. (2000). Sampling designs, field techniques and analytical methods for systematic plant population surveys. Ecological Management & Restoration, 1(2):125-139. Marsh, D. M. & P. C. Trenham. (2008).Current Trends in Plant and Animal Population Monitoring. Conservation Biology, Volume 22, No. 3, 647–655. Otras lecturas en la ANTOLOGIA carpeta MUESTREO Click para un ejemplo