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Warum verwendet Stereologie Systematic Random Sampling?

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Ich studiere Neurowissenschaften und in allen meinen Lehrbüchern und Skripten steht, dass in der Stereologie die systematische Zufallsstichprobe (SRS) verwendet wird, um Abschnitte zu erhalten.

Warum ist es das und keine andere Art der Probenahme? Warum verwenden wir beispielsweise keine vollständige Zufallsstichprobe? Was sind die Vorteile von SRS gegenüber jeder anderen Art der Abtastung, wenn sie auf die Stereologie angewendet wird?


Die systematische Probenahme bezieht sich auf eine Methode, bei der alle Stichproben haben die gleiche Wahrscheinlichkeit, ausgewählt zu werden aber die Der Abstand zwischen den Proben ist konstant. Das heißt, obwohl jeder einzelne Abschnitt mit gleicher Wahrscheinlichkeit ausgewählt wird, ist die Kombination von Stichproben dies nicht. Einen guten Überblick bietet der Wikipedia-Artikel zur systematischen Stichprobenziehung.

Stereologie bezeichnet die Analyse einer dreidimensionalen Struktur anhand zweidimensionaler Schichten. Ein solcher Ansatz ist bei histologischen Techniken üblich. Ein Gewebeblock wird in dünne Schnitte geschnitten, die eine lichtmikroskopische Untersuchung des Gewebes, meist mit Hilfe von Färbemitteln, ermöglichen.

Wenn Sie rein zufällig Stichproben gezogen haben, werden Sie wahrscheinlich zufällig "Lücken" in Ihrer Analyse finden. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie unterteilen einen 3-mm-Block in 40-um-Abschnitte. Dieser Prozess gibt Ihnen 75 Abschnitte. Es ist zu zeitaufwändig, alle 75 Abschnitte zu analysieren, daher möchten Sie nur 15 davon auswählen.

Versuchen wir, 15 Zufallszahlen von 1 bis 75 zu generieren und sehen uns die maximale Lücke an. Dazu nehme ich die ersten 15 Zahlen einer zufälligen Permutation von 1 bis 75. In MATLAB kann man tun: x=randperm(75,15), max(diff(x));

Hier einige Ergebnisse:

23 26 33 34 35 37 44 54 55 58 60 69 72 73 74

Max. Differenz: 10

12 14 15 16 17 20 22 27 28 34 44 47 58 59 73

Max. Differenz: 14

8 14 15 18 19 20 29 32 40 41 47 67 70 71 72

Max. Differenz: 20

3 7 16 19 30 32 33 34 38 39 50 57 61 65 75

Max. Differenz: 11

3 7 17 18 21 26 29 37 42 46 49 52 60 61 69

Max. Differenz: 10

Wenn wir stattdessen systematisches Sampling verwenden würden, würde der Unterschied zwischen den abgetasteten Abschnitten auf 5 festgelegt: Sie überspringen 4 Abschnitte, um 15 gleichmäßig verteilte Abschnitte von insgesamt 75 zu erhalten. Aber bei reiner Zufallsstichprobe sind die größten Lücken größer, manchmal viel größer! 20 übersprungene Abschnitte bedeuten, dass es eine Lücke von 800 um ohne Daten gibt! Schlimmer noch, mir ist später aufgefallen, dass die niedrigste Zahl bei der ersten Ziehung 23 war! Die ersten 22 Abschnitte werden also komplett aus der Analyse weggelassen! Innerhalb einer Lücke dieser Größe können große morphologische Veränderungen auftreten und ganze Hirnkerne fehlen, während Lücken von 100 µm kein Problem darstellen.

Ich habe die Mindestlücken nicht ausgedruckt, aber Sie können sich meine Beispiele ansehen, um die andere Seite dieses Problems zu sehen: Im ersten Satz sind die Zahlen 33, 34, 35 und 72, 73, 74 direkt hintereinander! Es gibt wahrscheinlich wenig oder keinen morphologischen Unterschied in diesen kurzen Intervallen, und dennoch kann man mit Zufallsstichproben Zeit mit der Analyse dieser benachbarten Schichten verschwenden. Da diese Ziehungen völlig zufällig sind, können Sie in all diesen zufälligen Ziehungen ähnliche benachbarte Strecken feststellen, obwohl ich mich nicht bemüht habe, bestimmte Beispiele auszuwählen: Dies sind nur die ersten 5 Ergebnisse, die ich von MATLAB erhalten habe.

Verweise


Gundersen, H.J.G. & Jensen, E.B. (1987). Die Effizienz des systematischen Samplings in der Stereologie und ihre Vorhersage. Zeitschrift für Mikroskopie, 147(3), 229-263.

Gundersen, H.J.G., Jensen, E.B.V., Kieu, K. & Nielsen, J. (1999). Die Effizienz des systematischen Samplings in der Stereologie neu überdacht. Zeitschrift für Mikroskopie, 193(3), 199-211.


Volumen – Partikel

Partikel können für unverzerrte Volumenschätzungen zahlengewichtet, volumengewichtet oder oberflächengewichtet beprobt werden. Für zahlengewichtete Schätzungen werden dicke Abschnitte verwendet, da ein Dissektor erforderlich ist. Für volumengewichtete und oberflächengewichtete können geschätzte Dünnschliffe verwendet werden. Die zur Schätzung des Partikelvolumens verwendeten Sonden sind der Nukleator, der planare Rotator, der optische Rotator, Point-Sampled-Intercepts und das oberflächengewichtete Sternvolumen. Der diskrete Vertikalrotator wurde entwickelt, um das Volumen von Organellen auf elektronenmikroskopischer Ebene abzuschätzen. Herkömmlicherweise werden aus Gründen der Benutzerfreundlichkeit und Kontinuität punktabgetastete Abschnitte bei der volumengewichteten Probenahme und das oberflächengewichtete Sternvolumen bei der oberflächengewichteten Probenahme verwendet, aber jede dieser Volumensonden kann mit jeder der Probenahmemethoden verwendet werden. Die bei weitem gebräuchlichste und nützlichste Kombination zur Untersuchung von Partikelgruppen ist die anzahlgewichtete Probenahme und der Nukleator, da der Nukleator einfach zu verwenden ist und die anzahlgewichtete Probenahme Zellen ohne Rücksicht auf die Größe ihres Volumens oder ihrer Oberfläche aufnimmt.

Idealerweise sollten diese lokalen Sonden, die das Partikelvolumen schätzen, an isotropen oder vertikalen Schnitten durchgeführt werden, aber diese Regel wird oft gebrochen. Wenn Sie eine dieser Sonden an präferenzorientierten Abschnitten durchführen, sind die Ergebnisse nicht unvoreingenommen, aber Sie können dennoch etwas aus diesen Daten herausholen. Stellen Sie die geschätzten Bereiche in einem Histogramm dar und geben Sie an, dass es sich um verzerrte Schätzungen handelt, da die Ausrichtung der Partikel nicht zufällig ist. Mit anderen Worten, Sie haben versucht, die Schnitte für jedes Tier in der gleichen Ausrichtung zu halten (z eine Möglichkeit für die Teilchen. Wenn Sie isotrope oder vertikale Schnitte verwenden, müssen Sie sich natürlich keine Sorgen um diese Verzerrung machen.

Drei Sonden, die das Partikelvolumen schätzen und zur Verwendung mit zahlengewichteten Proben geeignet sind, sind Nucleator (Gundersen et al., 1988), Planar Rotator (Vedel Jensen und Gundersen, 1993) und Optical Rotator (Tandrup, et al., 1997). Für die Schätzung des Partikelvolumens gelten diese lokalen Sonden als besser als die globale Sonde Cavalieri/point-counting, da letztere dazu neigt, zu überschätzen (Tandrup, et al., 1997, Abb. 9). Für den Nukleator, den planaren Rotator und den optischen Rotator ist ‘Der Gesamteindruck ist, dass die Schätzverfahren sehr ähnliche Ergebnisse liefern’ (Tandrup, et al., 1997, S. 114, zweiter vollständiger Absatz, dritter Satz). Der Standardfehler des Mittelwerts dividiert durch die Mittelwerte ist beim optischen Rotator geringer (Tandrup, et al., 1997, Abb. 10), aber dieser dreidimensionale Schätzer ist nicht so schnell zu verwenden wie die zweidimensionalen Sonden, der Nukleator und der Planarrotator. ‘Der optische Rotator wird gewählt, wenn sehr genaue Schätzungen an einzelnen Zellen erforderlich sind’ (Evans, et al., 2004. Kapitel 9, Einführung, S. 198, letzter Satz).


WAS IST STEREOLOGIE?

Messungen von Strukturmerkmalen wie Volumen, Oberfläche, Länge und Objektanzahl können verwendet werden, um quantitative Aussagen über die Funktion zu treffen, die bei vergleichenden und experimentellen Untersuchungen von Geweben und Organen nützlich sind. Da die meisten für den Biologen interessanten Strukturen 3D und undurchsichtig sind, lassen sich Strukturmerkmale am besten auf 2D-Bildern oder Schnitten durch die Struktur visualisieren. Die Erzeugung von 2D-Bildern führt jedoch zu einem Informationsverlust. Infolgedessen ist die Beziehung zwischen den Strukturmerkmalen in den Schnitten und den 3D-Merkmalen im Gewebe nicht ohne weiteres ersichtlich. Volumenkörper werden zu Profilen, Flächen zu Linien, lineare Merkmale zu Punkten und Objekte zu einer unvorhersehbaren Anzahl von Schnittprofilen (Abb. 1).

Strukturinformationen gehen verloren, wenn eingebettete Strukturen geschnitten werden. Volumen erscheinen als Flächen, Oberflächen als Linien und lineare Features als Schnittpunkte. Objektnummer wird unklar. Stereologie ist eine Reihe von Methoden, die die Anwendung mathematischer Regeln auf Informationen in 2D-Schnitten ermöglicht. Die Anwendung dieser Regeln ermöglicht es, auf ein quantitatives Maß eines Strukturparameters im 3D-Raum zurückzuarbeiten.

Durch die Beprobung und Messung von in den Schnitten vorhandenen Strukturmerkmalen lassen sich jedoch aussagekräftige Aussagen über die Mengen dieser Strukturparameter in drei Dimensionen ableiten. Dies wird erreicht, indem mathematische Beziehungsgleichungen verwendet werden, die die relevanten Strukturparameter berücksichtigen, die bei der Erzeugung von Schnitten verloren gehen. Stereologie ist eine Methode, die genau dies tut. Die Stereologie liefert aussagekräftige quantitative Beschreibungen der Geometrie von 3D-Strukturen aus Messungen, die an 2D-Bildern vorgenommen werden (Weibel 1979 Cruz-Orive 1997 DeHoff 2000).

Selten, wenn überhaupt, ist es notwendig, diese Methoden zu verwenden, um die Gesamtmenge eines Strukturparameters tatsächlich zu bestimmen. Dies ist sowohl zeitaufwendig als auch unnötig. In den allermeisten Fällen reichen Schätzungen, also Näherungen mit statistisch definierten Fehlermargen, aus, um die Ziele einer Studie zu erreichen. Wie unten ausführlicher erörtert wird, können die Fehlergrenzen stereologischer Schätzungen durch den Umfang der durchgeführten Abtastung gesteuert werden. Eine Erhöhung des Stichprobenumfangs verringert die Fehlerquote einer Schätzung. Dies ist völlig analog zu den Ergebnissen von Meinungsumfragen, bei denen man von einer „Schätzung“ und einer „Fehlermarge“ spricht.

Es gibt eine Hierarchie von Stichprobenebenen, die von Gruppen über Einzelpersonen bis hin zu Abschnitten bis hin zu den tatsächlichen stereologischen Sonden reicht, die verwendet werden, um die Messungen durchzuführen, aus denen die Schätzungen abgeleitet werden. Es ist möglich, diese Hierarchie zu analysieren, um zu bestimmen, wie viele Stichproben für optimale stereologische Schätzungen erforderlich sind, dh wie viele Tiere, wie viele Abschnitte und wie viele Messungen erforderlich sind, um eine Schätzung zu erhalten, die ausreichend präzise ist, um das Ziel einer Studie zu erreichen , aber nicht mehr. Eine solche Analyse würde den Rahmen dieses Artikels sprengen.


Warum verwendet Stereologie Systematic Random Sampling? - Biologie

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Stereologietechniken in der Strahlenbiologie

Lucie Kubínová, 1,* XiaoWen Mao, 2 Jiří Janáček, 1 John O. Archambeau 2

1 aFakultät für Biomathematik, Institut für Physiologie, Vídeňská 1083, CZ-14220 Prag 4, Tschechische Repu
2 bStrahlungsbiologieprogramm und Abteilung für Strahlenmedizin, Loma Linda University Medical Center

* Korrespondenzadresse: Institut für Biomathematik, Institut für Physiologie, Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik, Vídeňská 1083, CZ-14220 Prag 4, Tschechische Republik [email protected]

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Kubínová, L., Mao, X. W., Janáček, J. und Archambeau, J. O. Stereology Techniques in Radiation Biology. Strahlen. Res. 160, 110–119 (2003).

Kliniker, die sich mit konventioneller Strahlentherapie befassen, sind sehr besorgt über die Dosis-Wirkungs-Beziehungen von normalem Gewebe. Strahlenbiologen, die sich mit konformer Protonentherapie befassen, glauben, dass es notwendig ist, die Dosisreaktion und die Verträglichkeit der zu bestrahlenden Organe und Gewebe zu quantifizieren, bevor sie zu neuen klinischen Protokollen übergehen. Ein wichtiger Schwerpunkt liegt auf den Gefäßen. Diese Präsentation gibt einen Überblick über die Methodik und das Format der Verwendung konfokaler Mikroskopie und stereologischer Methoden zur Quantifizierung von Gewebeparametern, Zellzahl, Gewebevolumen und -oberfläche sowie Gefäßlänge unter Verwendung des Mikrogefäßsystems als Modellgewebe. Stereologische Methoden und ihre Konzepte werden anhand einer laufenden Studie zur Dosiswirkung der Mikrogefäße im protonenbestrahlten Hemihirn veranschaulicht. Methoden zur Abschätzung des Volumens des Gehirns und der Hirnrinde, der Gesamtzahl der Endothelzellen in kortikalen Mikrogefäßen, der Länge der kortikalen Mikrogefäße und der Gesamtoberfläche der kortikalen Mikrogefäßwände werden Schritt für Schritt für den Leser verständlich vorgestellt mit wenig mathematischer Hintergrund. Es wird gezeigt, dass stereologische Techniken, die auf einer soliden theoretischen Grundlage basieren, leistungsstark und zuverlässig sind und erfolgreich eingesetzt wurden.


Stichproben

Zufallsstichproben oder Wahrscheinlichkeitsstichproben sind ein Stichprobenverfahren, das die Randomisierung der Stichprobenauswahl ermöglicht, d. h. jede Stichprobe hat die gleiche Wahrscheinlichkeit wie andere Stichproben ausgewählt zu werden, um als Darstellung einer gesamten Grundgesamtheit zu dienen.

Zufallsstichproben gelten als eine der beliebtesten und einfachsten Datenerhebungsmethoden in Forschungsbereichen (Wahrscheinlichkeit und Statistik Statistik Statistik ist ein Begriff, der vom lateinischen Wort status abgeleitet ist, was eine Gruppe von Zahlen bedeutet, die verwendet werden, um Informationen über , Mathematik . darzustellen , etc.). Es ermöglicht eine unvoreingenommene Datenerhebung, die es Studien ermöglicht, zu unvoreingenommenen Schlussfolgerungen zu gelangen.

Zusammenfassung

  • Die Zufallsstichprobe, auch Wahrscheinlichkeitsstichprobe genannt, ist ein Stichprobenverfahren, das die Zufallsauswahl der Stichprobe ermöglicht.
  • Es ist wichtig zu bedenken, dass Stichproben nicht immer eine genaue Darstellung einer Grundgesamtheit in ihrer Gesamtheit ergeben, daher werden alle Variationen als Stichprobenfehler bezeichnet.
  • Es gibt vier primäre, zufällige (Wahrscheinlichkeits-)Stichprobenverfahren: einfache Zufallsstichproben, systematische Stichproben, geschichtete Stichproben und Cluster-Stichproben.

Arten von Zufallsstichprobenverfahren

Es gibt vier primäre, zufällige (Wahrscheinlichkeits-) Stichprobenverfahren. Diese Methoden sind:

1. Einfache Zufallsstichprobe

Die einfache Zufallsstichprobe ist die zufällige Auswahl eines kleinen Segments von Individuen oder Mitgliedern einer ganzen Population. Es bietet jedem Individuum oder Mitglied einer Bevölkerung eine gleiche und faire Wahrscheinlichkeit, ausgewählt zu werden. Die einfache Zufallsstichprobenmethode ist eine der bequemsten und einfachsten Stichprobenauswahlverfahren.

2. Systematische Probenahme

Die systematische Stichprobenziehung ist die Auswahl bestimmter Individuen oder Mitglieder aus einer gesamten Population. Die Auswahl folgt oft einem vorbestimmten Intervall (k). Das systematische Stichprobenverfahren ist mit dem einfachen Stichprobenverfahren vergleichbar, jedoch weniger aufwendig durchzuführen.

3. Geschichtete Stichprobenziehung

Stratifizierte Stichprobenziehung, die die Aufteilung einer Grundgesamtheit in Unterklassen mit bemerkenswerten Unterschieden und Varianzen umfasst. Die geschichtete Stichprobenmethode ist nützlich, da sie es dem Forscher ermöglicht, zuverlässigere und fundiertere Schlussfolgerungen zu ziehen, indem er bestätigt, dass jede jeweilige Unterklasse in der ausgewählten Stichprobe angemessen vertreten ist.

4. Cluster-Sampling

Cluster-Stichprobenverfahren, die ähnlich der geschichteten Stichprobenmethode Stratifizierte Zufallsstichproben sind. Jede der Unterklassen sollte vergleichbare Merkmale der gesamten ausgewählten Stichprobe aufweisen. Diese Methode beinhaltet die zufällige Auswahl einer ganzen Unterklasse, im Gegensatz zur Auswahl von Mitgliedern aus jeder Unterklasse. Diese Methode ist ideal für Studien mit weit verbreiteten Populationen.

Praxisbeispiel

Ein Unternehmen beschäftigt derzeit 850 Mitarbeiter. Das Unternehmen möchte eine Umfrage durchführen, um die Mitarbeiterzufriedenheit anhand einiger identifizierter Variablen zu ermitteln. Das Forschungsteam beschließt, die Stichprobe auf 85 Mitarbeiter festzulegen. Die 85 Mitarbeiter werden an der Umfrage teilnehmen und als Repräsentation für die Gesamtbevölkerung von 850 Mitarbeitern verwendet.

In einem solchen Szenario umfasst die Stichprobe die 85 Beschäftigten und die Grundgesamtheit die gesamte Belegschaft mit 850 Personen. Basierend auf der Stichprobengröße kann jeder Mitarbeiter aus der Belegschaft für die Befragung ausgewählt werden. Es heißt, dass jeder Mitarbeiter eine gleiche Wahrscheinlichkeit hat, zufällig für die Umfrage ausgewählt zu werden.

Es ist wichtig zu bedenken, dass Stichproben nicht immer eine genaue Darstellung einer Grundgesamtheit in ihrer Gesamtheit ergeben, daher werden alle Abweichungen als Stichprobenfehler bezeichnet. Stichprobenfehler Stichprobenfehler sind statistische Fehler, die auftreten, wenn eine Stichprobe nicht die gesamte Grundgesamtheit repräsentiert . Sie sind der Unterschied zwischen . Ein Stichprobenfehler kann als Differenz zwischen den jeweiligen Statistiken (Stichprobenwerte) und Parametern (Populationswerte) definiert werden. Der Stichprobenfehler ist unvermeidlich, wenn Stichprobendaten verwendet werden.

Warum eine unvoreingenommene Zufallsstichprobe wichtig ist

Eine unverzerrte Zufallsstichprobe führt zu zuverlässigeren und unverzerrteren Schlussfolgerungen.

Die oben erwähnte Umfrage zur Mitarbeiterzufriedenheit verwendet beispielsweise eine Stichprobengröße von 85 Mitarbeitern. Von diesen Beschäftigten können mehr Frauen als Männer für die Studie ausgewählt werden, obwohl die Gesamtbelegschaft 450 Männer und 400 Frauen umfasst. Dies würde zu einem Stichprobenfehler führen, da dies zu Schwankungen in den erhaltenen Ergebnissen führt. Idealerweise sollten die Ergebnisse objektiv und unvoreingenommen sein.

Wahrscheinlichkeitsstichprobe (zufällig) vs. Nichtwahrscheinlichkeitsstichprobe

Wahrscheinlichkeit &ndash oder Zufallsstichprobe &ndash ist die zufällige Auswahl von Stichprobenteilnehmern, um Schlussfolgerungen und Annahmen über eine gesamte Population abzuleiten. Andererseits ist die Nicht-Wahrscheinlichkeitsstichprobe die Auswahl von Stichprobenteilnehmern nach festgelegten Kriterien oder Eignung.

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  • Parameter Parameter Ein Parameter ist eine nützliche Komponente der statistischen Analyse. Es bezieht sich auf die Merkmale, die verwendet werden, um eine bestimmte Population zu definieren. Es ist gewohnt,
  • Stichprobenverteilung Stichprobenverteilung Eine Stichprobenverteilung bezieht sich auf eine Wahrscheinlichkeitsverteilung einer Statistik, die sich aus der Auswahl von Zufallsstichproben einer gegebenen Grundgesamtheit ergibt

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Bodeneigenschaften

Einige der nützlichsten abiotischen Faktoren, die aufgezeichnet werden sollten, sind Bodeneigenschaften.

Bewuchs mit einer Kelle entfernen. Nehmen Sie eine kleine Bodenprobe (eine viertel Kelle voll ist ausreichend) aus 15 cm unter der Vegetationsoberfläche und verschließen Sie sie sofort in einem Polyäthylenbeutel, um ein Austrocknen zu verhindern. Legen Sie ein mit Bleistift markiertes Etikett in die Tasche, um den Ort und die Zeit anzuzeigen. 35-mm-Filmtöpfe aus Kunststoff (sind viel seltener geworden, da Digitalkameras weit verbreitet sind) sind eine nützliche Alternative zu Polyäthylenbeuteln.

Das Sammeln von Bodenproben durch das Graben von Löchern ist destruktiv und Sie müssen die Erlaubnis des Landbesitzers einholen, bevor Sie beginnen. Entfernen Sie nur eine kleine Menge von jeder Stelle - keine Kellenladung. Ersetzen Sie jegliche Vegetation, die Sie entfernt haben. Waschen Sie sich nach der Bodenbearbeitung gründlich die Hände.

Entnahme einer Bodenprobe in einer Dünenlücke in den Sanddünen von Harlech, in der Nähe des Rhyd-y-creuau Field Center Messung der Bodeninfiltrationsrate in halbfesten Dünen bei Mullaghmore Sanddünen, County Sligo, in der Nähe des Derrygonnelly Field Center

Hier sind einige der nützlichsten Bodenfaktoren, die Sie messen können:

1. Boden-pH

Ein chemischer pH-Test kann im Feld oder an den Bodenproben im Labor durchgeführt werden.

  1. 1 cm Erde in ein Reagenzglas geben
  2. 1 cm Bariumsulfat in das Reagenzglas geben (dieses haftet an feinen Partikeln und lässt sie absinken und hinterlässt eine klare Schicht darüber)
  3. Fügen Sie so viel destilliertes Wasser hinzu, dass der Füllstand bis zur Hälfte des oberen Randes des Reagenzglases erreicht ist
  4. Fügen Sie zwei Pipetten voller Indikatorlösung hinzu
  5. Verschließen Sie das Reagenzglas mit einem Gummistopfen und schütteln Sie es gut (achten Sie darauf, dass der Inhalt gründlich gemischt wird)
  6. Lassen Sie das Reagenzglas stehen, bis sich die Erde abgesetzt hat und eine farbige Lösung zurückbleibt
  7. Halten Sie das Röhrchen neben die Farbkarte und entscheiden Sie, welcher pH-Farbe es am ehesten entspricht.
  8. Entsorgen Sie die Erde in der Tonne.

2. Bodenbeschaffenheit

Die Bodentextur wird durch den Anteil des Bodens aus Sand, Schluff und Ton bestimmt. Eine schnelle Methode zur Beurteilung der Bodentextur im Feld wird im OPAL Soil Survey (pdf) beschrieben.

3. Bodeninfiltrationsrate

  • Wasserbehälter (zwischen den Experimenten konstant halten - 4 Liter reichen aus)
  • 30 cm Lineal
  • Metall-/Kunststoff-Röhre (als 'Infitrations-Röhre')
  • Stoppuhr
  • Holzblock
  • Hammer
  • mindestens 2 Personen - eine zum Eingießen von Wasser, die andere zum Bedienen der Stoppuhr und zum Ablesen

Schlagen Sie das Infiltrationsrohr in den Boden, bis es eine Versiegelung bildet (mit Holz und Hammer gleichmäßig einschlagen und die Ergebnisse nicht durch Stampfen auf die zu untersuchende Fläche beeinträchtigen).

Eine Person füllt das Infiltrationsröhrchen auf einen standardisierten Füllstand (z.B. 15cm). Der andere startet die Stoppuhr und zeichnet dann alle 30 Sekunden den Wasserstand auf. Um den Wasserdruck aufrechtzuerhalten, sollte Person 1 das Infiltrationsrohr auffüllen, wenn ihr Wasserstand unter einen bestimmten Punkt (z. B. 10 cm) sinkt. Person 2 sollte sich notieren, wann dies geschieht, damit dies bei der Berechnung ihrer Infiltrationsrate berücksichtigt werden kann.

4. Bodenfeuchtigkeitsgehalt

Der Bodenwassergehalt wird durch Wiegen der frischen Bodenprobe, Trocknen der Probe und anschließendes Wiegen des trockenen Bodens gemessen. Der Unterschied zwischen den beiden Zahlen ist der Feuchtigkeitsgehalt des Bodens. Sie kann als Prozentsatz der Masse der frischen Bodenprobe ausgedrückt werden.

Der effektivste Weg, die Bodenprobe zu trocknen, ist die Verwendung eines Ofens (ein Mikrowellenherd reicht aus), aber wenn dieser nicht verfügbar ist, können Sie die Bodenprobe über Nacht trocknen lassen.

  • Finden Sie die Masse eines hitzebeständigen Tiegels.
  • Tiegel zur Hälfte mit Erde aus der Bodenprobe füllen und erneut wiegen.
  • Stellen Sie den Tiegel in einen Ofen bei einer Temperatur knapp über dem Siedepunkt von Wasser (idealerweise um 105°C), bis er trocken ist.

Sie können feststellen, wann es vollständig trocken ist, indem Sie Tiegel und Erde wiegen, für 10 Minuten in den Ofen stellen und erneut wiegen usw., bis nach 10 Minuten keine Gewichtsänderung mehr auftritt. Lassen Sie sich nicht dazu verleiten, den Ofen hochzudrehen, damit das Trocknen schneller vonstatten geht. Sie fangen erst an, den Humus im Boden abzubrennen und können dann weder das Gewicht noch den Humusgehalt genau bestimmen. Notieren Sie nun das Gewicht des Tiegels und der trockenen Erde. Ermitteln Sie den Unterschied zwischen getrockneter Erde und frischer Erde und berechnen Sie damit den prozentualen Feuchtigkeitsgehalt der frischen Erde.

5. Humusgehalt

Der Humusgehalt des Bodens wird gemessen, indem eine trockene Bodenprobe gewogen wird, der Humus im Boden verbrannt und dann der verbleibende Boden gewogen wird. Die Differenz zwischen den beiden Zahlen ist der Humusgehalt, der als Prozentsatz der Masse der frischen Bodenprobe ausgedrückt werden kann.

Es ist üblich, den Humusgehalt des Bodens zu messen, nachdem Sie den Feuchtigkeitsgehalt gemessen haben, damit Sie Zahlen für die Masse von frischem Boden und auch Proben von trockenem Boden haben.

Die effektivste Art, den Humus abzubrennen, ist die Verwendung eines Ofens, der eine Temperatur von 550 °C erreichen kann. Ist dieser nicht vorhanden, kann stattdessen ein Bunsenbrenner verwendet werden.

Wenn Sie einen Ofen verwenden, stellen Sie den Tiegel und die trockene Erde für 15-30 Minuten in einen Ofen bei 550 °C, bis der gesamte Humus abgebrannt ist.

Oder bei Verwendung eines Bunsenbrenners Erhitzen Sie die Bodenprobe mit Stativ und Mull in einem Tiegel über einem vollflammigen Bunsenbrenner 30 Minuten bis 2 Stunden, bis der gesamte Humus abgebrannt ist.

Notieren Sie das Gewicht des Tiegels und des Bodens und berechnen Sie den Humusanteil im Boden. Zur Berechnung des prozentualen Humusgehalts wird die Masse des trockenen Bodens und nicht die Masse des nassen Bodens verwendet. Durch die Verwendung der trockenen Bodenmasse können Sie Bodenproben vergleichen, die an verschiedenen Tagen entnommen wurden.


Schritt 3: Entscheiden Sie sich für die Stichprobengröße für jede Schicht

Zunächst müssen Sie entscheiden, ob Ihre Stichprobe verhältnismäßig oder unverhältnismäßig sein soll.

Verhältnismäßige versus unverhältnismäßige Stichprobenziehung

In verhältnismäßig Bei der Stichprobenziehung entspricht der Stichprobenumfang jeder Schicht dem Anteil der Untergruppe an der Gesamtbevölkerung.

Untergruppen, die in der größeren Bevölkerung weniger vertreten sind (z. B. ländliche Bevölkerungen, die in den meisten Ländern einen geringeren Bevölkerungsanteil ausmachen) werden ebenfalls weniger in der Stichprobe vertreten sein.

In unverhältnismäßig Bei der Stichprobenziehung stehen die Stichprobengrößen jeder Schicht in keinem Verhältnis zu ihrer Vertretung in der Gesamtbevölkerung.

Sie können diese Methode wählen, wenn Sie eine besonders unterrepräsentierte Untergruppe untersuchen möchten, deren Stichprobenumfang ansonsten zu gering wäre, um statistische Schlussfolgerungen ziehen zu können.

Probengröße

Als nächstes können Sie Ihre Gesamtstichprobengröße festlegen. Dieser sollte groß genug sein, um sicherzustellen, dass Sie statistische Schlussfolgerungen über jede Untergruppe ziehen können.

Wenn Sie Ihre gewünschte Fehlerspanne und das Konfidenzniveau sowie die geschätzte Größe und Standardabweichung der Grundgesamtheit kennen, mit der Sie arbeiten, können Sie die erforderlichen Zahlen mit einem Stichprobenrechner schätzen.

Beispiel Da Sie sicherstellen müssen, dass Ihre Stichprobe bei Doktoranden groß genug ist, entscheiden Sie sich für eine unverhältnismäßige Stichprobenziehung.

Auch wenn Doktoranden einen geringen Anteil an der Gesamtstudierendenpopulation ausmachen, umfasst Ihre Stichprobe ⅓ Bachelor-, ⅓ Master- und ⅓ Doktoranden.


Biodiversität

Um die Biodiversität eines Lebensraums zu messen, müssen Sie beobachte alle anwesenden Arten. Die Beobachtung des gesamten Lebensraums ist jedoch Zeitaufwendig und schwierig. Bei der Probenahme wird ein kleine Portion des Lebensraums und das sorgfältige Studieren des Gebiets. Sie können dann die Anzahl der Individuen jeder gefundenen Art multiplizieren, um die Anzahl im gesamten Lebensraum zu schätzen.

Probenahme ist a Balance von Leichtigkeit und Richtigkeit. Um die Genauigkeit der Schätzung zu verbessern, wiederholte Proben genommen werden und auch die Stichprobengröße muss groß.

(d) beschreiben, wie bei der Messung der Biodiversität Stichproben gezogen werden können

  1. Stichproben– Ein grundlegender Weg, dies zu tun, besteht darin, innerhalb des Bereichs zu stehen und einfach das Quadrat zu werfen, aber es ist nicht wirklich zufällig. Eine bessere Möglichkeit besteht darin, einen Taschenrechner zu verwenden, um Zufallszahlen zu generieren, um die Koordinaten zu erhalten, an denen Sie Ihr Quadrat platzieren werden. Die erste Zahl ist die x-Koordinate und die zweite Zahl ist die y-Koordinate.
  2. Systematische Probenahme– In manchen Situationen möchten Sie vielleicht systematischer Stichproben ziehen. In diesem Fall könnten Sie entlang eines Transekts proben. Ein Transekt ist eine Linie, die durch ein Habitat gezogen wird. Sie spannen ein Maßband über das Habitat und nehmen entlang der Linie Proben. Sie können Folgendes verwenden:
  • Line Transect –, das jeden Organismus, der die Linie berührt, in geeigneten, regelmäßigen Abständen aufzeichnet.
  • Gürteltransekt – Platzieren eines Quadrats gegen die Linie, Aufzeichnen seines Inhalts, dann Platzieren des nächsten Quadrats, das sofort das erste berührt, und dies entlang des Transekts wiederholen.
  • Unterbrochener Gürteltransekt – Platzieren von Quadraten in regelmäßigen Abständen entlang des Transekts.

Quadrate sind quadratische Rahmen, die verwendet werden, um die Größe des großzügigen Bereichs zu definieren. Es ist wichtig, die richtige Größe des Quadrats zu wählen (normalerweise werden 50cm oder 1m Quadrate verwendet), abhängig von der Größe des Bereichs. Das Quadrat wird zufällig platziert und die Häufigkeit wird gemessen. Sie könnten:

  • Lebensraum – Die Vielfalt der Lebensräume, in denen verschiedene Arten leben. Jeder Lebensraum wird von einer Reihe von Organismen bewohnt.
  • Spezies – Die Unterschiede zwischen den Arten. Dies können strukturelle Unterschiede (zwischen einem Baum und einer Ameise) oder funktionelle Unterschiede (zwischen Bakterien, die Fäulnis verursachen, und solchen, die bei der Nahrungsverdauung helfen) sein.
  • Genetik – Genetische Variation zwischen Individuen derselben Art stellt sicher, dass nicht alle gleich aussehen.

(c) die Bedeutung der Probenahme bei der Messung der Biodiversität eines Habitats erläutern

Um die Biodiversität eines Lebensraums zu messen, müssen Sie beobachte alle anwesenden Arten. Die Beobachtung des gesamten Lebensraums ist jedoch Zeitaufwendig und schwierig. Bei der Probenahme wird ein kleine Portion des Lebensraums und das sorgfältige Studieren des Gebiets. Sie können dann die Anzahl der Individuen jeder gefundenen Art multiplizieren, um die Anzahl im gesamten Lebensraum zu schätzen.

Probenahme ist a Balance von Leichtigkeit und Richtigkeit. Um die Genauigkeit der Schätzung zu verbessern, wiederholte Proben genommen werden und auch die Stichprobengröße muss groß.

(d) beschreiben, wie bei der Messung der Biodiversität Stichproben gezogen werden können

  1. Stichproben– Ein grundlegender Weg, dies zu tun, besteht darin, innerhalb des Bereichs zu stehen und einfach das Quadrat zu werfen, aber es ist nicht wirklich zufällig. Eine bessere Möglichkeit besteht darin, einen Taschenrechner zu verwenden, um Zufallszahlen zu generieren, um Koordinaten zu erhalten, wo Sie Ihr Quadrat platzieren werden. Die erste Zahl ist die x-Koordinate und die zweite Zahl ist die y-Koordinate.
  2. Systematische Probenahme– In manchen Situationen möchten Sie vielleicht systematischer Stichproben ziehen. In diesem Fall könnten Sie entlang eines Transekts Proben nehmen. Ein Transekt ist eine Linie, die durch ein Habitat gezogen wird. Sie spannen ein Maßband über das Habitat und nehmen entlang der Linie Proben. Sie können Folgendes verwenden:
  • Line Transect –, das jeden Organismus, der die Linie berührt, in geeigneten, regelmäßigen Abständen aufzeichnet.
  • Gürteltransekt – Platzieren eines Quadrats gegen die Linie, Aufzeichnen seines Inhalts, dann Platzieren des nächsten Quadrats, das sofort das erste berührt, und dies entlang des Transekts wiederholen.
  • Unterbrochener Gürteltransekt – Platzieren von Quadraten in regelmäßigen Abständen entlang des Transekts.

Quadrate sind quadratische Rahmen, die verwendet werden, um die Größe des großzügigen Bereichs zu definieren. Es ist wichtig, die richtige Größe des Quadrats zu wählen (normalerweise werden 50cm oder 1m Quadrate verwendet), abhängig von der Größe des Gebiets. Das Quadrat wird zufällig platziert und die Häufigkeit wird gemessen. Sie könnten:

  • Zählen Sie die Anzahl der Individuen jeder Art.
  • Schätzen Sie die prozentuale Bedeckung jeder Art – dies ist der Anteil der Fläche innerhalb des Quadrats, die sie einnimmt.
  • Verwenden Sie eine Häufigkeitsskala wie die ACFOR-Skala, indem Sie abschätzen, welche davon die Häufigkeit jeder Art innerhalb des Quadrats am besten beschreibt.
  • Ein Punktquadrat kann verwendet werden. Dies ist ein Rahmen, der eine Reihe langer Nadeln oder Zeiger enthält. Sie senken den Rahmen in das Quadrat und zeichnen jede Pflanze auf, die die Nadeln berührt. Es kann auch nützlich sein, um die Höhe von Pflanzen zu messen.
    Probenahme Tiere:

(f) Verwenden Sie den Simpson’s Index of Diversity (D), um die Biodiversität eines Habitats anhand der Formel zu berechnen


Der Diversitätsindex von Simpson ist ein Maß für die Vielfalt eines Lebensraums. Es berücksichtigt sowohl den Artenreichtum als auch die Artengleichheit. Es wird nach der Formel berechnet:

(g) die Bedeutung sowohl der hohen als auch der niedrigen Werte des Simpsons Index of Diversity skizzieren

EIN hochwertig des Simpson-Index zeigt a vielfältiger Lebensraum, die vielen verschiedenen Arten und vielen Organismen einen Lebensraum bietet. Kleine Veränderungen für die Umwelt wäre nur eine Spezies betreffen. Wenn die Art nur einen kleinen Teil des Lebensraums ausmacht, macht die Gesamtzahl der betroffenen Individuen nur einen geringen Anteil der Gesamtzahl aus. Deshalb, die Wirkung im ganzen lebensraum ist klein. Der Lebensraum ist tendenziell stabil und Veränderungen standhalten können.

EIN niedriger Wert des Simpson-Index zeigt a weniger vielfältiger Lebensraum, die nur wenigen Arten einen Lebensraum bietet. EIN kleine Veränderung in die Umwelt, die eine dieser Arten beeinflusst, könnte Schaden oder zerstören das Ganze Lebensraum. Eine so kleine Veränderung könnte eine Krankheit oder ein Raubtier sein oder sogar etwas, das Menschen in der Nähe getan haben.

(h) aktuelle Schätzungen der globalen Vielfalt diskutieren

Schätzungen der globalen Vielfalt variieren weltweit. Eine Schätzung beinhaltet:


Vollständige Übersicht durchsuchen

In systematic random sampling, the researcher first randomly picks the first item or subject from the population. Then, the researcher will select each n'th subject from the list.

The procedure involved in systematic random sampling is very easy and can be done manually. The results are representative of the population unless certain characteristics of the population are repeated for every n'th individual, which is highly unlikely.

The process of obtaining the systematic sample is much like an arithmetic progression.

  1. Starting number:
    The researcher selects an integer that must be less than the total number of individuals in the population. This integer will correspond to the first subject.
  2. Interval:
    The researcher picks another integer which will serve as the constant difference between any two consecutive numbers in the progression.

The integer is typically selected so that the researcher obtains the correct sample size

For example, the researcher has a population total of 100 individuals and need 12 subjects. He first picks his starting number, 5.

Then the researcher picks his interval, 8. The members of his sample will be individuals 5, 13, 21, 29, 37, 45, 53, 61, 69, 77, 85, 93.

Other researchers use a modified systematic random sampling technique wherein they first identify the needed sample size. Then, they divide the total number of the population with the sample size to obtain the sampling fraction. The sampling fraction is then used as the constant difference between subjects.


Systematic Error Example and Causes

Systematic error is predictable and either constant or else proportional to the measurement. Systematic errors primarily influence a measurement's accuracy.

Typical causes of systematic error include observational error, imperfect instrument calibration, and environmental interference. Zum Beispiel:

  • Forgetting to tare or zero a balance produces mass measurements that are always "off" by the same amount. An error caused by not setting an instrument to zero prior to its use is called an offset error.
  • Not reading the meniscus at eye level for a volume measurement will always result in an inaccurate reading. The value will be consistently low or high, depending on whether the reading is taken from above or below the mark.
  • Measuring length with a metal ruler will give a different result at a cold temperature than at a hot temperature, due to thermal expansion of the material.
  • An improperly calibrated thermometer may give accurate readings within a certain temperature range, but become inaccurate at higher or lower temperatures.
  • Measured distance is different using a new cloth measuring tape versus an older, stretched one. Proportional errors of this type are called scale factor errors.
  • Drift occurs when successive readings become consistently lower or higher over time. Electronic equipment tends to be susceptible to drift. Many other instruments are affected by (usually positive) drift, as the device warms up.

Once its cause is identified, systematic error may be reduced to an extent. Systematic error can be minimized by routinely calibrating equipment, using controls in experiments, warming up instruments prior to taking readings, and comparing values against standards.

While random errors can be minimized by increasing sample size and averaging data, it's harder to compensate for systematic error. The best way to avoid systematic error is to be familiar with the limitations of instruments and experienced with their correct use.