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0 GUÍA DEL TRABAJO PRÁCTICO Nº 1 “MUESTREOS Y EXPERIMENTOS” 2022 Por: Patricia Abasto y Norberto Bercellini Ecología (Código de asignatura 11016)- Universidad Nacional de Luján TP Nº 1: Muestreos y experimentos 1 TP Nº 1: Muestreos y experimentos 2 La mayoría de las personas a nivel mundial vive en las ciudades, mientras que unos pocos tienen la posibilidad de hacerlo en lugares alejados de los centros urbanos. Sin embargo, tanto unos como otros dependen, en mayor o menor medida, del abastecimiento de productos alimenticios, bienes y/o servicios derivados de sistemas productivos agropecuarios. A nivel mundial, pero de manera más intensa en nuestra cultura occidental, la mayoría de esos sistemas productivos agropecuarios fueron diseñados para operar en condiciones de abundancia de recursos naturales. Sin embargo, cabe preguntarse: ¿Están esos sistemas productivos preparados para operar en otras condiciones?, ¿Cuáles pueden ser las consecuencias de la explotación de los recursos naturales tanto a nivel local, como regional o mundial? ¿Cuál es el panorama a futuro? Actualmente se sabe con certeza que la explotación o extracción desmedida de los recursos ocasiona problemas de deterioro, renovación y agotamiento (por ej. del suelo, agua, biodiversidad) y es la causa del incremento de problemas ambientales, económicos y sociales de grandes consecuencias, tales como el efecto invernadero, la destrucción de la capa de ozono, la contaminación de la atmósfera, del agua y del suelo, la aparición de plagas, la deforestación, la erosión, la pérdida de biodiversidad, etc. Esta realidad ha determinado que en las últimas décadas sea imprescindible tener información permanente sobre la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas con el fin de mantener una adecuada productividad a lo largo del tiempo. Parte de la información que se necesita sobre la estructura y el funcionamiento de los sistemas ecológicos y agrícolas es posible obtenerla a través de la estimación de ciertos parámetros de interés agronómico y/o ecológico, relacionados con los cultivos, las poblaciones o con las comunidades en su conjunto. Entre esos parámetros de interés, es posible citar: el número y densidad de individuos de una población, la productividad de los cultivos, la diversidad de especies, la conectividad, etc. Dichos parámetros son posibles de estimar a través de distintas técnicas, entre las que se puede mencionar el método de muestreo. Respecto de este método, el propósito fundamental de este trabajo es brindarte elementos que te permitan responder los siguientes interrogantes: a. ¿De qué maneras se pueden estudiar los agroecosistemas? b. ¿Qué es y para qué sirve el método de muestreo? TP Nº 1: Muestreos y experimentos 3 c. ¿Qué métodos de muestreo existen y cuáles son sus ventajas y desventajas? d. ¿Qué es una muestra y cómo se toma? e. ¿Cómo se elige el lugar para tomar la muestra? f. ¿Cuántas muestras debo tomar y por qué? g. ¿Cómo organizo los datos que obtuve de la muestra para poder analizarlos? h. ¿Cómo debo presentar los resultados de mi trabajo? i. ¿Qué se debe tener en cuenta al diseñar un experimento? Para responder estas preguntas te proponemos el abordaje de los siguientes temas: • Muestreo y tipos de muestreo • Error de muestreo • Distribución de las poblaciones • Tamaño de muestra Error experimental Curva de tamaño óptimo de muestra Representatividad de la muestra Parámetros de una población Experimentos Informes científicos METODOLOGÍA DE TRABAJO Este trabajo práctico consta de dos partes principales: • Primera parte: Introducción. Consta de una introducción general, una sección destinada a explicar las características del muestreo de vegetación y otro apartado en el que se hace referencia al diseño de experimentos. Está estructurada de manera tal que incluye tanto actividades de investigación como de los conceptos que se van explicando. • Segunda parte: Muestreo a campo. Actividad de aplicación de conocimientos adquiridos, a desarrollarse en el campo experimental de la UNLu. PRIMERA PARTE: INTRODUCCIÓN Para lograr la sustentabilidad de los agroecosistemas en el tiempo resulta primordial conocer su estructura y funcionamiento. Preguntarse cómo está formado un agroecosistema, cómo funciona o qué necesita para funcionar, es necesario para poder intervenir en ellos y mantenerlos más o menos estables a lo largo del tiempo. TP Nº 1: Muestreos y experimentos 4 Dar respuestas a las preguntas anteriores requiere necesariamente de tiempo, de dinero y de un conjunto de conocimientos que permitan hacer bien la tarea. Se necesita obtener información confiable acerca de los sistemas en estudio, pero con gastos de tiempo y dinero razonables, que tengan en cuenta las dificultades del trabajo en la naturaleza y los errores que de ello se puedan derivar. El conocimiento del agroecosistema nos puede conducir, por ejemplo, a querer conocer la abundancia de los organismos, es decir cuántos hay, o la respuesta de esos individuos frente a factores bióticos, abióticos o de manejo por parte del ser humano, ya que ello resultará determinante de la producción de ese agroecosistema. Como en la práctica resultaría imposible realizar un recuento completo de todos los individuos del agroecosistema en estudio por las razones de tiempo y dinero expuestas anteriormente, usualmente se usan métodos para hacerlo que reciben el nombre de técnicas de muestreo. Dichas técnicas se aplican en superficies o volúmenes de referencia llamadas unidades de muestreo. El conjunto de unidades de muestreo constituye la muestra. Un error frecuente es el de confundir ambos términos, denominando muestra a la que en realidad es una simple unidad de muestreo. Con el fin de obtener una muestra se pueden aplicar distintas técnicas de muestreo. Es importante tener en cuenta que dichas técnicas serán diferentes si lo que se quiere estudiar es una población vegetal o animal. En esta guía describiremos las características del muestreo vegetal. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……..……….………………………………………………………………………………… …………………..……………………………………………………………….…………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. 1. Investiga y luego, explica a qué se refiere el concepto de sustentabilidad y por qué se considera que es una característica importante para el manejo de los ecosistemas TP Nº 1: Muestreos y experimentos 5 ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………..……… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………..…… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………….……………………………………………………… ……………………………………..…………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………..…… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………….………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 2. Explica por qué se aplican técnicas de muestreo en el estudio de agroecosistemas 3. ¿Qué diferencia hay entre muestra y unidad de muestreo? 4. ¿Qué desventajas poseen las técnicas de muestreo? TP Nº 1: Muestreos y experimentos 6 MUESTREO DE VEGETACIÓN Muestrear vegetación puede parecer una tarearelativamente sencilla si se tiene en cuenta que las plantas, a diferencia de la mayoría de los animales, no se trasladan, ni se esconden. Sin embargo, al planificar un muestreo de vegetación se deben tomar una serie de decisiones acerca de: 1. El tipo de método a utilizar 2. La forma y el tamaño de las unidades de muestreo 3. El número de unidades de muestreo (tamaño de la muestra) 4. Dónde y cómo ubicar las unidades de muestreo (el tipo de muestreo propiamente dicho) Estos aspectos se analizan a continuación: 1. El tipo de método a utilizar. Para estudios de vegetación se distingue entre los métodos destructivos y los no destructivos. Los métodos destructivos consisten en cortar el material motivo de estudio. Se utilizan, por ejemplo, para la determinación de biomasa que se puede medir como peso fresco (PF) o peso seco (PS), y cuyo valor se usa habitualmente en estudios de producción de la comunidad vegetal herbácea, arbustiva o de algún determinado cultivo. No obstante, la biomasa puede estimarse también de manera indirecta empleando los métodos no destructivos (Bonham, 1989). Para árboles, por ejemplo, se usan sistemas indirectos como el área basal o el diámetro de los troncos. Los métodos no destructivos, en los cuales el material vegetal no se destruye (no se corta), permiten obtener datos de densidad y cobertura, aunque también se utilizan para determinar la frecuencia (“presencia- ausencia”), el área basal, el perímetro y el diámetro de los troncos. 2. La forma y el tamaño de las unidades de muestreo Generalmente las unidades de muestreo son cuadradas, aunque también pueden utilizarse formas circulares y rectangulares. En cuanto al tamaño de las unidades de muestreo, este suele elegirse en función del tamaño de los individuos que se pretende estudiar, así, para estudios de vegetación herbácea suelen usarse unidades de muestreo de 1 m de lado o menores, mientras que para matorrales o arbustos resultan convenientes tamaños de 5 a 10 m de lado. La forma de la unidad de muestreo influye en el denominado efecto borde, que aumenta con la relación perímetro/superficie. El efecto borde surge por los errores TP Nº 1: Muestreos y experimentos 7 que se cometen al decidir si un individuo está dentro o fuera de la unidad de muestreo. En la figura 1 se muestra el aumento del efecto borde en relación a la forma de la unidad de muestreo P/A= 1,18 Si bien la forma circular minimiza el efecto borde, como en el campo es común delimitar las unidades de muestreo con cuerdas y estacas, se prefiere habitualmente la forma cuadrada. Sin embargo, cuando las unidades de muestreo son pequeñas se pueden utilizar aros circulares o marcos cuadrados de metal rígido (hechos con varillas de hierro) cuyas dimensiones representen la superficie que se desea estudiar. Por ejemplo, un aro circular de 28,21 cm de radio o un cuadrado de 50 cm de lado permitirán evaluar una superficie de 0,25 m2, pero en este último caso el efecto borde será mayor. 3. Tamaño de la muestra Se refiere al número de unidades de muestreo y guarda relación con la disponibilidad de tiempo, dinero y personal; y también se debe tener en cuenta el efecto negativo de la actividad de muestreo sobre el objeto de estudio. Un número reducido de unidades de muestreo supone un mayor error en la estimación, por el contrario, a mayor cantidad de unidades de muestreo, el error será menor. Sin embargo, cabe preguntarse: ¿Cómo puede determinarse el tamaño de muestra adecuado? P/A= 1,44 P/A= 1,33 E fe c to b o rd e Figura 1: Relación de diferentes formas de unidades de muestreo con el efecto borde. Las tres unidades de muestreo tienen la misma superficie TP Nº 1: Muestreos y experimentos 8 Existe un método gráfico sencillo para determinar el tamaño de la muestra, consiste en representar el valor del promedio en función del número de unidades de muestreo (ver figura 2). Se determina que el tamaño óptimo de la muestra se alcanza cuando la curva tiende a estabilizarse. Figura 2: Método gráfico para estimar el tamaño óptimo de la muestra Existen métodos analíticos que permiten calcular las unidades de muestreo necesarias para estimar la densidad de una población con determinado margen de error, pero los mismos requieren de conocimientos estadísticos más avanzados que los que utilizaremos en este curso. Sin embargo, a fin de conocer cómo se analizan los datos procedentes de un muestreo nos referiremos en las próximas líneas al valor promedio, a la varianza, al desvío estándar y posteriormente haremos mención al coeficiente de variación. El promedio (también llamado media, media aritmética o valor medio), la varianza y el desvío estándar son medidas estadísticas que se pueden calcular a partir de los datos obtenidos en la muestra. Mientras que el promedio, que se representa con X es una medida de posición, el desvío estándar (S) y la varianza (S2) son medidas de dispersión. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tamaño de la muestra (n) P ro m ed io p ar ci al ( p l/ p ar ce la ) 5. ¿Qué diferencia hay entre una medida de posición y otra de dispersión? Tamaño óptimo (TOM) TP Nº 1: Muestreos y experimentos 9 ……………………………………………………………………………………………..…… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………….. A fin de poder construir un gráfico como el de la figura 2, que nos permitirá conocer el tamaño de muestra adecuado, comenzaremos con el promedio. El valor promedio de una muestra es sencillo de calcular, consiste simplemente en sumar los valores obtenidos en cada unidad de muestreo y dividir ese valor por la cantidad de unidades de muestreo relevadas. Veamos el siguiente ejemplo: Nº de unidad de muestreo (parcela) Peso seco (en g/parcela) 01 167 02 154 03 133 04 154 05 152 06 146 07 147 08 151 09 149 10 152 ∑ 1505 Para el cálculo de la varianza y del desvío estándar se pueden utilizar al menos dos métodos, uno de los cuales requiere conocer el funcionamiento de la función “estadística” de las calculadoras científicas y cuyos procedimientos de uso varían según marcas y modelos. Esa variación entre marcas y modelos hace surgir la necesidad de que tengas tu propia calculadora científica y adquieras destreza en su uso ya que los cálculos de los valores de promedios, varianzas y desvíos estándar serán utilizados en distintos momentos del curso. Para el cálculo de la varianza (S2) con una calculadora común se puede usar la siguiente fórmula: 1 2 N xxi Donde xi representa a cada uno de los valores de la muestra. Para el ejemplo anterior los cálculos a realizar son: N x x i X= 1505/10 = 150.5 g PS/parcela TP Nº 1: Muestreos y experimentos 10 (Xi-X) 2 (167-150.5) 2 = 16.5 2 = 272.25 (154-150.5) 2 = 3.5 2 = 12.25 (133-150.5) 2 =-17.5 2 = 306.25 (154-150.5) 2 = 3.5 2 = 12.25 152-150.5) 2 = 1.5 2 = 2.25 (146-150.5) 2 = 4.5 2 = 20.25 (147-150.5) 2 = 3.5 2 = 12.25 (151-150.5) 2 = 0.5 2 = 0.25 (149-150.5) 2 = 1.5 2 =2.25 (152-150.5) 2 = 1.5 2 = 2.25 ∑= 642.50 Entonces S2 = 642.50 / 9 = 71.39 A partir de este valor se puede calcular el desvío estándar utilizando la siguiente fórmula: 2SS Entonces, para el ejemplo analizado 39.71S 45.8S La otra manera de calcular la varianza y el desvío estándar (y muchísimas otras funciones) es con programas estadísticos de computadora (Excel; R; Estatistica, etc.). Una explicación sobre el uso de calculadoras científicas está disponible como material complementario en el aula virtual dela asignatura. Ahora que sabemos, o recordamos, cómo se calcula el promedio, la varianza y el desvío estándar, construiremos un gráfico como el de la página 8 que nos permitirá conocer cuál es el tamaño de muestra adecuado para el ejemplo que analizamos. Para ello graficaremos el valor promedio de peso seco hallado al agregar cada una de las unidades de muestreo (parcelas). Los valores que surgen se muestran en la tabla que aparece a continuación: TP Nº 1: Muestreos y experimentos 11 Nº de unidad de muestreo (parcela) Peso seco (en g/parcela) Promedio de peso seco (en g/parcela) 01 167 02 154 160,50 03 133 151,33 04 154 152,00 05 152 152,00 06 146 151,00 07 147 150,42 08 151 150,50 09 149 150,33 10 152 150,50 Al representar estos datos en un gráfico podemos ver lo siguiente (ver figura 3): Figura 3: Representación de datos hallados en el ejemplo analizado. Como vemos en el gráfico, la curva tiende a estabilizarse a partir de la tercera unidad de muestreo. Otra manera de decidir la cantidad de parcelas a relevar es mediante procedimientos estadísticos de distinta complejidad. El más simple de estos procedimientos permite determinar el tamaño de muestra adecuado a partir del cálculo del error. Como se mencionó al principio, cada vez que se trabaja con una parte de la población total, es decir cada vez que se elige trabajar con una muestra, surgirán inevitablemente errores en la estimación. La persona que realiza el muestreo debe decidir qué valor de error considerará aceptable para su trabajo. Para nuestro ejemplo trabajaremos con un error aceptable menor al 5%, aunque es importante destacar que en condiciones naturales es frecuente trabajar con errores que van del 10% al 40 % ya que hay que recordar que cuanta más exactitud se desee lograr, más unidades de muestreo habrá que relevar, incrementándose el tiempo y los gastos invertidos. P S p ro m ed io ( en g /p ar ce la ) Tamaño de la muestra (n) 1 2 3 4 5 6 7 8 Tamaño óptimo (TOM) TP Nº 1: Muestreos y experimentos 12 La fórmula a utilizar para el cálculo del error es la siguiente: El promedio parcial surge al agregar cada una de las parcelas, en tanto que el promedio total es el resultado de todas las parcelas muestreadas. Para nuestro ejemplo, surgen los siguientes valores de error: Nº de unidad de muestreo (parcela) Peso seco (en g/parcela) Promedio parcial (en g/parcela Error (en %) 01 167 167 10,96 02 154 160,5 6,64 03 133 151,33 0,55 04 154 152 0,99 05 152 152 0,99 06 146 151 0,33 07 147 150,42 0,05 08 151 150,5 0,00 09 149 150,33 0,11 10 152 150,5 0,00 En coincidencia con el valor hallado a partir del gráfico, surge que con tres unidades de muestreo se alcanzó en este caso el tamaño de muestra adecuado. Es de destacar que un tamaño de muestra tan pequeño, como el de este ejemplo, sólo será posible en poblaciones con ciertas características, un aspecto que analizaremos más adelante. 4. Dónde y cómo ubicar las unidades de muestreo Según cómo se sitúen las unidades de muestreo en el área de estudio, se pueden distinguir diferentes tipos de muestreo (ver figura 4). El muestreo aleatorio es considerado como el método ideal para cualquier análisis estadístico. Se determina de antemano la ubicación de las unidades de muestreo mediante tablas de números al azar (ver apéndice 1, página 27) u otros métodos que generen números aleatoriamente. El muestreo regular o sistemático, consiste en ubicar las unidades de muestreo a intervalos regulares dentro de la población. Su desventaja reside en que pueden ocurrir regularidades naturales en los intervalos que hayamos establecido. Por ejemplo, si en un estudio decidimos evaluar el tamaño de las hojas que alcanza determinada planta en determinada época del año, nuestra unidad de muestreo será una hoja de esa planta. Si al elegir el muestreo sistemático decidimos por ejemplo Tamaño de muestra con un error menor al que fijamos previamente: menor al 5%. TP Nº 1: Muestreos y experimentos 13 evaluar el tamaño de la quinta hoja de esas plantas, puede ocurrir que siempre esa quinta hoja quede sombreada en el momento de hacer el muestreo, con lo cual nuestros datos podrán subestimar o sobreestimar el parámetro medido. El muestreo parcialmente al azar puede considerarse una mezcla entre sistemático y al azar, ya que inicialmente se seleccionan grandes parcelas de forma sistemática y, dentro de cada una de ellas, en una segunda fase, se eligen al azar las unidades de muestreo. Figura 4: Diferentes tipos de muestreo ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………..…… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….……… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………..…………… 6. Menciona y explica brevemente cuáles son las decisiones que se deben tomar al realizar un muestreo de vegetación. Aleatorio Regular o sistemático Parcialmente al azar TP Nº 1: Muestreos y experimentos 14 ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………..…… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………..… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………….. 7. Diferencia medidas destructivas y no destructivas y da ejemplos de cada una. 8. Si te dieran a elegir entre la forma circular, cuadrada o rectangular para las unidades de muestreo, indica cuál elegirías y fundamenta tu elección (debes incluir en tu explicación el efecto borde relacionado a la forma de la parcela). 9. Menciona de qué maneras se puede determinar el tamaño de muestra adecuado. TP Nº 1: Muestreos y experimentos 15 ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….……… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………….………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………….………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………….…………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 10. Para los siguientes datos referidos a densidad de plantas de maíz determina de manera gráfica y analítica cuál es el tamaño óptimo de la muestra. Para la determinación analítica deberás considerar en este ejemplo un error menor al 10%. Nº de parcela Densidad de plantas de maíz (plantas/parcela) 01 11 02 8 03 7 04 9 05 8 06 4 07 6 08 6 09 5 10 6 TP Nº 1: Muestreos y experimentos 16 ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………….…………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………….... Como yase mencionó antes, un factor importante al momento de determinar el tipo de muestreo es la distribución espacial de los organismos. Esta distribución puede seguir tres patrones principales: regular, agrupada o aleatoria (al azar). La distribución regular es aquella en que los individuos aparecen a espacios regulares entre sí. Esta distribución es rara en la naturaleza y, generalmente, se debe a interacciones agresivas entre los individuos de las poblaciones. Por ejemplo, algunas plantas como los pinos secretan sustancias conocidas como compuestos alelopáticos que, al ser tóxicas para otras plantas, impiden el crecimiento de otras especies vegetales alrededor de ellas. Igualmente, en los animales, la distribución uniforme es el resultado de comportamientos territoriales de algunas especies, lo que hace que los individuos se alejen y se ubiquen equidistantemente en el espacio. 11. Teniendo en cuenta que el muestreo aleatorio es considerado como el método ideal para cualquier análisis estadístico, explica cómo se hace para determinar la ubicación de las unidades de muestreo en el campo. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …..…………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… TP Nº 1: Muestreos y experimentos 17 La distribución regular aparece también en campos cultivados por el hombre en los cuales los individuos aparecen conforme al lugar en que han sido sembrados o plantados con el fin de optimizar los recursos del medio. La distribución agrupada ocurre cuando los individuos se juntan debido a que las condiciones del medio son discontinuas o heterogéneas, por ejemplo, cuando los recursos o las condiciones aptas para el desarrollo de las especies se encuentran concentrados en un lugar específico. Muestran una distribución agrupada por ejemplo los pingüinos emperadores que forman parejas y familias protegiendo a las crías del intenso frío, o los bosques que crecen cerca del agua. La distribución al azar aparece cuando el espaciamiento entre los individuos es irregular y la presencia de un individuo no afecta de manera directa la ubicación de otros. Para que ocurra es requisito que las condiciones ambientales sean homogéneas, al menos para como las percibe esa especie. Es importante considerar que el tipo de distribución espacial de los individuos puede afectar los resultados del muestreo y que los mejores resultados se obtienen con distribuciones aleatorias y muestreos también aleatorios. La distribución agrupada, por su parte, puede incrementar la varianza de los datos, haciendo necesario aumentar el número de unidades de muestreo a fin de disminuir el valor del error. Por último, si en una población con distribución regular se utiliza un muestreo sistemático, se corre el riesgo de sobreestimar o subestimar los valores estudiados, ya que se incrementa la posibilidad de que las unidades de muestreo caigan siempre dentro o fuera del área donde se encuentran los individuos que se quieren relevar. La abundancia de los individuos también puede influir de manera importante en las estimaciones. En el caso de las especies poco abundantes (especies raras) habrá que tomar mayor número de unidades de muestreo para obtener márgenes de error aceptables. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………..…… 12. Indica por qué resulta importante considerar la distribución espacial de los organismos al momento de determinar el tipo de muestreo TP Nº 1: Muestreos y experimentos 18 ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………….. .………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….……… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Nº de parcela Densidad de plantas de cípero (plantas/parcela) 01 4 02 0 03 5 04 0 05 0 06 4 07 4 08 0 09 0 10 9 11 0 12 6 13 0 14 2 15 0 13. Teniendo en cuenta que la abundancia de los organismos puede influir en las estimaciones al momento de realizar un muestreo, analiza para el siguiente caso cuándo se alcanza el tamaño de muestra representativo (tamaño óptimo de la muestra). Realizar las estimaciones aceptando trabajar con un error menor al 10 % y con un error menor al 5%. Debés dar dos respuestas de TOM TP Nº 1: Muestreos y experimentos 19 ………………………………………………………………………………………………… …………………………….…………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………….……………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… OTRO TIPO DE ESTUDIOS: LOS EXPERIMENTOS Al comenzar el tema que nos convoca en esta guía, indicamos que para el estudio de los agroecosistemas surgía la necesidad de aplicar métodos especiales de investigación, llamados técnicas de muestreo, que permiten observar y evaluar una característica particular de la población en estudio, por ejemplo, la abundancia, la densidad, el peso fresco, el peso seco, etc. Esos estudios en que el observador no manipula ninguna variable se conocen como estudios observacionales y se realizan generalmente en condiciones de campo. En otras oportunidades y con distintos fines, por ejemplo, conocer la respuesta de los individuos ante la variación de un factor del ambiente, puede ser necesario el 14. A partir de lo resuelto en el punto anterior, indica con tus palabras la relación que puede establecerse entre abundancia de los organismos y tamaño óptimo de muestra TP Nº 1: Muestreos y experimentos 20 diseño de un experimento. En este caso se habla de estudios experimentales que pueden ser desarrollados en condiciones de laboratorio o de campo. De acuerdo con el método científico, al planear un experimento se deben tener en cuenta una serie de etapas: 1. Definición del problema: se deben determinar los antecedentes, importancia, objetivos, hipótesis a probar y revisión de la bibliografía 2. Planeamiento y diseño del experimento: se deben definir los tratamientos a realizar, el lugar de ejecución del experimento, el tamaño de la unidad experimental, el número de repeticiones por tratamiento, los materiales a utilizar y los métodos de evaluación de los resultados. 3. Ejecución del experimento 4. Recolección y análisis de datos del experimento 5. Discusión de los resultados obtenidos 6. Elaboración de conclusiones (y recomendaciones, si corresponde) 7. Redacción de un informe (ver apéndice 2, página 29) El término diseño experimental hace referencia a la estructura lógica de un experimento (Krebs, 1999) y requiere del conocimiento de ciertos conceptos. En primer lugar, se debe tener en cuenta que un elemento clave en un experimento es la unidad experimental y que la misma constituye la división más pequeña de material experimental que recibe un tratamiento. Así, cada uno de los objetos (parcelas, individuos, etc.) sobre los que se aplica un determinado tratamiento constituye una unidad experimental. Un requerimiento importante de la experimentación es que entre los tipos de tratamientos de un experimento debe figurar uno de control, que permita compararal analizar los efectos de los tratamientos. Generalmente el tratamiento control, también llamado testigo, consiste en un no- tratamiento. Por ejemplo, si se desea conocer la respuesta del maíz a la fertilización con nitrógeno, se expondrán plantas de maíz a distintas concentraciones de fertilizante, pero también se deberá considerar la respuesta de las plantas de maíz ante la ausencia del fertilizante. Las plantas de maíz sin fertilizante constituirán el tratamiento control, que permitirá comparar la respuesta con la de los otros tratamientos. En otras ocasiones, puede no ser necesario un tratamiento control, por ejemplo, cuando se pretende determinar entre dos o más tratamientos, cual es el mejor. En estos casos, cada tratamiento actuaría como control del resto (Krebs, 1999). TP Nº 1: Muestreos y experimentos 21 El concepto unidad experimental está íntimamente ligado al de replicación. Replicar consiste en disponer al menos de dos unidades experimentales por cada tipo de tratamiento. A las réplicas se les da también el nombre de repeticiones. Otro aspecto a tener en cuenta es la cantidad de réplicas que se necesitan para un buen diseño experimental. Esta cuestión que excede los objetivos de esta asignatura es objeto de estudio de la Estadística, por ese motivo tomaremos aquí como regla que “cuantas más mejor”, poniendo en consideración las limitaciones de tiempo, espacio, dinero y personal que se necesitan al aumentar el número de réplicas en un experimento. No obstante, algunos aspectos que guardan relación con este tema ya fueron tratados anteriormente para la determinación del tamaño de muestra en los muestreos de vegetación. La distribución de las réplicas en el espacio es otro de los aspectos a tener en cuenta al diseñar el experimento. Una disposición espacial aceptable debe considerar la adecuada separación o espaciamiento de las unidades experimentales con el mismo tratamiento. Básicamente hay tres tipos de diseños que se consideran aceptables: aleatorio, sistemático y en bloques (ver Figura 5) Aleatorio Sistemático En bloques al azar Figura 5: Distribución de las réplicas en el espacio El diseño más adecuado es el aleatorio, aunque en el caso de pocas réplicas puede ser conveniente una disposición sistemática que asegure el máximo espaciamiento. El diseño en bloques no será explicado aquí por exceder los contenidos que se desean explicar en esta guía y porque constituye parte del programa de la asignatura Estadística. TP Nº 1: Muestreos y experimentos 22 Por último, en los experimentos agrícolas, muchas veces existen diferencias en el crecimiento y la producción de plantas que están situadas en los perímetros del área de investigación en relación con aquellas plantas situadas en la parte central. Esa diferencia surge por el llamado efecto de borde y puede causar una sobreestimación o una subestimación de las respuestas de los tratamientos. El efecto de borde puede ser causado por vecindad de las unidades experimentales (parcelas o macetas) con áreas sin vegetación, que hacen que las plantas en los perímetros tengan otras condiciones ambientales, como por ejemplo menor competencia por luz y nutrientes. Para evitar el efecto de borde en experimentos a campo se acostumbra a descartar las parcelas que por azar queden ubicadas en áreas del borde, mientras que cuando los experimentos se hacen en macetas, se opta por realizar semanalmente una reubicación aleatoria de las unidades experimentales. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………..…… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………..…… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………..…………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 15. ¿A qué se denomina unidad experimental? 16. Explica la importancia de incluir los tratamientos control en un experimento. Da un ejemplo TP Nº 1: Muestreos y experimentos 23 ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………..…… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………….………… ………………………………………………………………………………………………… LAS FUENTES DE ERROR. Al realizar estudios observacionales o experimentales como los que hemos tratado hasta aquí, pueden surgir errores. La clasificación de los errores varía según distintos autores y por ese motivo fijaremos algunos criterios comunes respecto del tema. Los errores experimentales pueden clasificarse en tres categorías: errores personales, errores sistemáticos y errores aleatorios. Los errores personales dependen de la persona que realiza la observación, ya sea por descuido al realizar la medida o al realizar los cálculos matemáticos que necesite. Los errores sistemáticos están asociados con el instrumento de medición o las técnicas al utilizarlos, surgen al utilizar elementos mal calibrados o por la tendencia del observador a tomar la medida mayor o menor al leer un valor intermedio en una escala. Por ejemplo, si el ancho de una hoja de una planta se encuentra entre 5,7 y 5,8 cm, puede surgir que, de acuerdo a la persona que tome la medida se registre el valor más bajo o el más alto. Los errores aleatorios son aquellos no predecibles durante la experimentación y que pueden surgir por la variabilidad natural de los individuos o del ambiente, por imprevistos o por fallas en la conducción del experimento. Los errores aleatorios pueden ser minimizados con un diseño experimental adecuado que incluya suficiente cantidad de repeticiones para que las medidas erróneas se hagan estadísticamente insignificantes. 17. Indica qué es una réplica y cuál es la mejor manera de distribuir las réplicas en el espacio (en tu explicación deberías incluir el concepto de “efecto de borde”) TP Nº 1: Muestreos y experimentos 24 Cabe señalar que al realizar un muestreo se puede cometer un tipo de error conocido como error de muestreo, el que puede deberse a distintas causas: mal diseño del muestreo; empleo de una técnica de muestreo no adecuada; mal uso del material de muestreo; insuficiente tamaño de muestra, etc. Dicho error de muestreo es un componente más del error experimental. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………..…… SEGUNDA PARTE: MUESTREO A CAMPO En esta parte del trabajo aplicaremos los conocimientos adquiridos en una situación real de campo. La propuesta consiste en realizar, en grupos, un muestreo en un cultivo que se encuentra en el campo de la UNLu. El día de la salida a campo, cada grupo de trabajo deberá asistir con los siguientes materiales: 1. Un marco cuadrado de alambre rígido de 50 cm de lado o 4 estacas de madera (o 4 varillas del metal) de 25 cm de largo cada una y una cuerda de 1.25 m. 2. La guía del TP con la tabla de números al azar. 3. Elementos de escritura y calculadora. Además, en cada grupo se deberán seguir los siguientes pasos para el desarrollo de la actividad en el campo: 1. Elegir un método que permita tomar una muestra en el campo con el menor error posible. 2. Reconocer la especie cultivada y las tres especies de malezas que le indiquen los docentes. A estas especies les daremos el nombre de “Cultivo”, “Especie A”, “Especie B” y “Especie C”. 3. Tomando como base lo realizado en el punto 1, cada grupo de estudiantes deberá ubicar en el cultivo dos sitios de muestreo y realizar el recuento de las cuatro especies vegetales (cultivo y tres malezas indicadas por los docentes). Esmuy importante seguir las orientaciones de los docentes a fin de ubicar de manera adecuada las parcelas en el campo. 18. ¿Cómo definirías al error de muestreo? TP Nº 1: Muestreos y experimentos 25 4. Cada grupo deberá registrar la cantidad de plantas de cultivo y de las malezas encontradas en cada parcela. Se sugiere ser preciso en las anotaciones ya que los resultados de cada grupo incidirán en los resultados de toda la comisión. 5. Al volver al aula, se completará la tabla 1 con los datos aportados por cada grupo de trabajo. (Cada grupo solo completará los datos correspondientes a dos parcelas o unidades de muestreo con las que trabajó. El resto de la tabla será completada con los resultados hallados por los otros grupos de trabajo). 6. Finalmente se completará la tabla con los resultados de promedio, desvío estándar y coeficiente de variación. Número de parcela Nº de plantas de cultivo/ parcela Nº de malezas/parcela Especie A Especie B Especie C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Promedio S CV (%) Tabla 1: Resultados hallados en el campo TP Nº 1: Muestreos y experimentos 26 El CV, coeficiente de variación, es la relación que existe entre el desvío y el promedio y puede calcularse con la siguiente fórmula: 100 2 x S CV 1. ¿Considerás que la cantidad de sitios muestreados son suficientes para tener una información adecuada de las características evaluadas? (Importante: Para poder responder deberás conocer el TOM de cada una de las especies muestreadas) 2. ¿Qué sucedería con el tamaño de muestra, si en lugar de muestrear en un cultivo, se lo hubiera hecho en un ecosistema natural? 3. Menciona los errores que se pudieron haber cometido en el desarrollo de este trabajo en el campo. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………..…… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………….………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………..………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………….. ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ Luego del trabajo de campo, te proponemos las siguientes actividades finales: TP Nº 1: Muestreos y experimentos 27 Apéndice1: Tabla de Números Aleatorios. Las Tablas de Números Aleatorios contienen los dígitos 0, 1, 2,..., 7, 8, 9. (ver Figura 2). Tales dígitos se pueden leer individualmente o en grupos y en cualquier orden, en columnas hacia abajo, columnas hacia arriba, en fila, diagonalmente, etc., y es posible considerarlos como aleatorios. Las tablas se caracterizan por dos cosas que las hacen particularmente útiles para el muestreo al azar. Una característica es que los dígitos están ordenados de tal manera que la probabilidad de que aparezca cualquiera en un punto dado de una secuencia es igual a la probabilidad de que ocurra cualquier otro. La otra es que las combinaciones de dígitos tienen la misma probabilidad de ocurrir que las otras combinaciones de un número igual de dígitos. Estas dos condiciones satisfacen los requisitos necesarios para el muestreo aleatorio, establecidos anteriormente. La primera condición significa que, en una secuencia de números, la probabilidad de que aparezca cualquier dígito en cualquier punto de la secuencia es 1/10. La segunda condición significa que todas las combinaciones de dos dígitos son igualmente probables, del mismo modo que todas las combinaciones de tres dígitos, y así sucesivamente. Existen métodos más eficaces para generar números aleatorios, en muchos de los cuales se utilizan calculadoras u otra clase de aparatos electrónicos. Las tablas elaboradas mediante estos métodos son verificadas completamente para asegurarse de que en realidad sean aleatorias. Sin embargo, el interés no radica en elaborar estas tablas, sino utilizarlas. ¿Cómo usar la Tabla de números aleatorios? La tabla de números aleatorios que aparece en la próxima página la utilizaremos tanto en este trabajo práctico, como en el TP Nº 2 y para usarla hay que seguir los siguientes pasos: 1. Construir una tabla de 3 columnas y tantas filas como unidades de muestreo se deseen incluir en la muestra. La primera columna será para ubicar el nº de unidad de muestreo, la segunda para el valor de x y la tercera para el valor de y. Por ejemplo: Unidad de muestreo Nº Valor para el eje X Valor para el eje Y TP Nº 1: Muestreos y experimentos 28 2. Determinar para cada unidad de muestreo, pares de coordenadas que permitirán ubicarlas en el sitio de muestreo. Para ello podrás seguir las instrucciones que te den tus docentes en clase o elegir entrar en la tabla de números aleatorios de modo tal de asegurarte que no exista subjetividad en la elección de las mismas, por ejemplo, se puede arrojar un lápiz sobre los números de la tabla y desde aquel que resulte marcado tomes el segundo número a la derecha, el tercero hacia arriba, el primero en diagonal, etc. Es importante que durante el proceso de selección de todos los pares de coordenadas que necesitas, sigas el mismo procedimiento. 61 18 81 58 56 69 30 12 70 88 41 33 19 75 22 48 89 40 19 60 92 76 97 48 73 91 76 16 56 11 60 28 67 49 00 51 39 48 88 68 48 27 09 29 15 93 14 48 39 33 96 60 39 07 44 77 10 77 42 86 48 08 04 04 88 39 92 19 97 17 82 66 13 57 15 16 49 53 96 20 35 06 36 09 55 53 41 12 69 07 04 53 45 62 40 84 55 96 55 24 37 32 23 48 49 63 00 66 94 08 02 30 85 82 25 62 07 58 09 28 79 63 17 58 19 78 35 84 55 64 02 67 71 36 60 18 10 34 00 03 76 00 38 27 48 08 57 26 11 46 66 99 18 14 01 37 99 04 49 75 99 22 80 00 18 27 52 86 74 31 98 66 43 53 18 36 81 99 40 17 01 61 01 83 87 82 18 77 98 82 35 32 85 49 37 63 70 53 23 15 59 94 81 00 36 16 73 84 70 02 93 63 59 30 74 22 22 87 75 07 90 02 40 75 77 63 95 23 37 23 92 89 97 29 79 26 97 01 19 49 64 04 21 69 62 24 43 69 78 90 34 24 45 46 36 34 01 34 67 56 43 94 81 60 88 70 96 01 57 04 77 94 57 92 81 41 17 04 83 23 64 57 28 01 65 78 93 24 41 82 15 32 65 23 43 42 51 04 36 12 76 48 19 76 01 33 31 38 75 99 89 02 52 49 09 54 81 09 30 93 27 91 91 22 06 79 54 39 12 31 57 09 85 74 67 04 48 91 86 43 93 87 23 67 72 46 56 53 71 96 61 23 90 92 52 53 99 16 02 85 09 34 54 76 00 76 40 55 85 92 72 15 07 08 91 26 07 86 34 81 43 41 62 33 99 83 86 61 88 69 27 54 76 40 89 23 72 74 90 05 20 42 71 56 82 87 75 68 43 64 30 41 77 24 02 16 57 31 40 85 40 18 57 04 53 97 59 55 43 74 01 95 57 42 32 84 58 41 34 40 36 42 43 28 93 16 98 69 67 61 02 16 18 98 43 85 76 64 35 28 50 58 00 60 69 05 57 20 05 70 91 45 31 65 75 57 44 10 27 57 93 49 11 27 14 04 79 84 01 14 55 81 21 63 66 37 32 26 08 94 07 42 06 94 91 09 35 19 47 30 44 21 01 34 50 99 85 56 66 18 72 39 80 44 18 15 93 78 71 17 32 87 65 04 89 27 28 87 11 06 53 84 37 76 18 06 35 25 08 23 00 04 39 35 88 88 26 29 03 25 16 45 35 93 55 02 48 91 51 32 80 38 53 91 95 80 23 09 00 15 51 16 54 81 42 16 64 80 39 25 68 87 32 59 23 64 68 32 24 37 64 96 55 90 45 68 75 27 10 01 35 81 55 42 91 35 51 79 76 63 08 26 08 18 98 71 00 77 73 27 61 80 11 14 40 42 69 45 27 20 57 75 75 21 69 62 25 57 85 90 43 72 70 90 88 89 16 78 44 65 00 90 33 61 70 37 47 33 81 16 83 37 66 06 31 80 22 61 60 13 91 98 19 63 25 83 32 41 36 45 80 35 5524 99 80 22 23 93 71 92 55 19 77 34 99 81 04 35 55 91 64 70 90 11 05 04 35 36 09 36 45 84 57 10 Figura 2: Tabla de números aleatorios. Tomado de Donald B. Owen, Handbook of Statistical Tables, Reading Mass:Addisson‐Wesley, 1.962. TP Nº 1: Muestreos y experimentos 29 Apéndice 2: Los informes científicos y sus partes. Tal como vimos durante el desarrollo de esta guía luego de un estudio observacional o experimental, puede ser necesario confeccionar un informe. Si bien las partes que se requieren en un informe científico pueden variaras, básicamente todos deben contar con las siguientes partes: 1. Título: debe ser corto, sencillo e informativo. 2. Resumen: en un máximo variable de palabras (generalmente de 150 a 300) debe reflejar el objeto de la investigación, los resultados y los pronósticos. 3. Introducción: se hace referencia al estado actual de conocimientos sobre el tema, se citan investigaciones previas y se menciona la hipótesis 4. Materiales y métodos: se mencionan los materiales necesarios y la metodología para acceder a los resultados con la idea de que el lector pueda repetir exactamente la técnica empleada en el trabajo. 5. Resultados: se presenta la información obtenida mediante explicaciones, tablas y gráficos. 6. Análisis y discusión: se analizan los datos, se discuten, se comparan con los hallados en otras investigaciones. 7. Conclusiones: se exponen las conclusiones del trabajo. 8. Bibliografía: se citan las distintas fuentes consultadas para el desarrollo del trabajo (libros, revistas, páginas web). Para citar se deberán seguir ciertas normas, por ejemplo, normas APA. TP Nº 1: Muestreos y experimentos 30 BIBLIOGRAFÍA: Bonham, C. (1989). Measurements for terrestrial vegetation. New York: Wiley- Interscience Publication Graf, E. y Sayagués Laso, L. (2000). Muestreo de la Vegetación. Unidad de Sistemas Ambientales. Facultad de Agronomía, UBA. Recuperado de http://ecaths1.s3.amazonaws.com/general/Muestreo%20Vegetacion%20UNL AR.pdf Lam Díaz, Rosa María. (2016). La redacción de un artículo científico. Revista Cubana de Hematología, Inmunología y Hemoterapia, 32(1), 57-69. Disponible en http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0864- 02892016000100006&lng=es&tlng=es. Mostacedo, B., & Fredericksen, T. (2000). Manual de métodos básicos de muestreo y análisis en ecología vegetal. Proyecto de Manejo Forestal Sostenible (BOLFOR). Owen, D.B (1962). Handbook of statistical tables. Massachusetts: Addisson- Wesley Publishing Company. http://ecaths1.s3.amazonaws.com/general/Muestreo%20Vegetacion%20UNLAR.pdf http://ecaths1.s3.amazonaws.com/general/Muestreo%20Vegetacion%20UNLAR.pdf http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0864-02892016000100006&lng=es&tlng=es http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0864-02892016000100006&lng=es&tlng=es
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