MUESTREO ECOLÓGICOArturo Rocha Ramírez

Rafael Chávez López

Laboratorio de Ecología, FES IZTACALA, UNAM

MUESTREO ECOLOGICODEFINICIONES

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

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.

Método del área mínima

1. Tamaño de la unidad muestral

Método del área mínimaCARACTERÍSTICAS 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

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.

0

10

20

30

40

50

60

70

2 4 6 8 10 12 14 16 32 64

No. Cuadrantes

Abundancia promedio

1. Tamaño de la unidad muestral

Métodos de Costo-Beneficio

Los métodos de costo beneficio son técnicas utilizadas para calcular el tamaño óptimo de U.M. (específicamente cuadrantes) donde a partir de la estimación del costo (= tiempo) de tomar una muestra de un tamaño específico y de los valores de variabilidad de la media a partir de los diferentes tamaños de muestra, se estima cual es el tamaño que arroja la mejor precisión estadística al menor costo posible. Entre estos métodos sobresalen los propuestos por Wiegert y Hendricks (1962).

El uso de estas técnicas es similar a preguntarse: ¿Qué es mejor si quiero muestrear un área de 1000 m2? ¿Hacer 10 cuadrantes de 10 m2?¿Hacer 5 de 20 m2? Ó ¿hacer uno de 1000 m2?

Este autor demostró que la varianza (por área estándar) usualmente disminuya con cuadrantes de tamaño mas grande y que el logaritmo de la varianza disminuye linealmente con respecto al logaritmo del tamaño del cuadrante. un factor crítico es la velocidad de declinación de la varianza con el tamaño del cuadrante; Hendricks asume que el valor de la pendiente de esta curva será entre 0 y -1, si no fuese el caso el método no puede ser utilizado.

En muchos casos la cantidad de tiempo o dinero necesario para hacer un conteo por cuadrantes de diferentes tamaños es proporcional al tamaño del cuadrante, así un cuadrante de 2 m2 requerirá dos veces de tiempo como uno de 1 m2; si esto es verdadero para todos los tamaños de cuadrante el costo crítico esta fijado por el costo de cada cuadrante, el costo para seleccionar, moverse y localizar un nuevo cuadrante al azar.

CON ESTAS SUPOSICIONES EL TAMAÑO DEL CUADRANTE OPTlMO ESTA DETERMINADO POR:

A = [a / l-a] [Co / Cx]

DONDE: A = TAMAÑO DE CUADRANTE OPTIMO a = VALOR ABSOLUTO DE LA PENDIENTE DE

REGRESION DEL LOG. VARIANZA vs LOG. TAMAÑO DEL CUADRANTE.Co = COSTO DE LOCALIZAR UN CUADRANTE ADICIONAL.Cx = COSTO DE MEDIR UNA UNIDAD DE AREA MUESTREADA.

FORMA Y TAMAÑO

PARA MUESTREAR PLANTAS, LAS PARCELAS RECTANGULARES PROPORCIONA MEJORES RESULTADOS QUE OTRAS FORMAS, UN RECTANGULO EN PROPORCION 1:2 ES BUENO. PARA PROPOSITOS DE UNA INVESTIGACION GENERAL. SE RECOMIENDAN LOS SIGUIENTES TAMAÑOS:

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:

El tamaño de las U.M.

El patrón espacial de los organismos

• Método de área mínima

• Curvas de comportamiento

• Métodos de Costo-Beneficio

• Pruebas de Hipótesis a partir de Distribución de

Poisson y Binomial Negativa

• Razón Varianza / Media

• Índice de Dispersión de Morisita

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)

xs

xk

2

2

ˆ

3. Tipo de Muestreo

La amplitud de aspectos relacionados con la investigación ecológica dan como resultado el diseño de diferentes estrategias de estudio para satisfacer las necesidades específicas de una investigación.

Al momento de decidir sobre la forma en que las U.M. serán colocadas en la zona de estudio, con la intención de alcanzar la homogeneidad de la muestra, es preciso decidir sobre el tipo de muestreo a realizarse.

3. Tipo de Muestreo

Además, si se considera que la distribución de los organismos no es la misma en diferentes poblaciones y a su vez, el hábitat no es homogéneo, la información sobre la o las especies a estudiar y la zona de estudio, se hacen aspectos fundamentales al tomar las decisiones.

TIPOS DE MUESTREO GENERALES

ALEATORIO ESTRATIFICADO

SISTEMATICO PREFERENCIAL

3. Tipo de Muestreo

3. Tipo de MuestreoMuestreo 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 MuestreoMuestreo Aleatorio

•El muestreo al azar o aleatorio, es el que posee la mayor precisión estadística. • Sin embargo, en estudios donde se consideran especies raras es necesario aumentar el tamaño de la muestra.• La principal fuente de error esta originada por la distribución de los organismos 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 tipo de muestreo es utilizado principalmente en zonas heterogéneas extensas. La intención es dividir a la zona de estudio en sub-unidades homogéneas, y de menor dimensión, denominadas estratos o compartimentos.

Cada uno de estos estratos representa una categoría (p. ej. zonas con diferente vegetación, sub-unidades de un gradiente ambiental, etc.) y dentro de cada uno se deberá hacer un muestreo aleatorio.

Finalmente, es imprescindible conocer el área o volumen de cada uno de los estratos a fin de poder realizar las comparaciones entre estos.

3. Tipo de Muestreo Muestreo Estratificado

Los compartimentos en este tipo de muestreo no tienen que ser necesariamente del mismo tamaño, tal como se ilustra en el ejemplo (observa las áreas A, B, C y D), no obstante, es necesario conocer el área de cada uno de estos. Las U.M. (12 por estrato), señaladas con puntos amarillos, se ubicaron aleatoriamente.

A

B

C D

3. Tipo de MuestreoMuestreo Estratificado

Estratos: A, emergente; B, dosel; C, sotobosque; D, inmaduro; E, herbáceo.

A

E

D

C

B

La definición de los compartimentos puede ser muy amplia, como se muestra en la figura, este es 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 que se pretenda estudiar, en este caso, distribución y abundancia de la entomofauna. Lo importante es mantener el esfuerzo de muestreo por estrato (n número de trampas adhesivas por estrato) para poder hacer las comparaciones entre compartimentos.

3. Tipo de MuestreoMuestreo Sistemático

Este tipo de muestreo se efectúa ubicando las U.M. con a ayuda de transectos ó mediante una rejilla de coordenadas que funcionan 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 superior se ilustra de que manera se sitúan 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 la misma distancia entre sí.

3. Tipo de Muestreo. Muestreo Sistemático

Este tipo de 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 y esta bien definido.

La intención de este muestreo es cubrir el área de estudio de manera equitativa, por lo que es posible alcanzar una caracterización muestral de la zona completa, pero por otra parte, los costos en cuanto 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

¿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

Por ejemplo:

Si en el área hay 300 unidades muestrales (sitios de colecta) y se eligió el 20% de la muestras (60 UM) entonces:

300/60 = 5, K = 5

El número elegido entre 1 y K es 4,

Se suma K (5)+4=9 (primer unidad muestral para el registro de datos),

Luego se suma 9+K(5)= 14, 14+K= 19, 19+K= 24, hasta llegar al total de las Unidades Muestrales.

Los sumandos 9, 14, 19, 24 son las unidades muestrales que formarán la MUESTRA.

9

14 19

24 29

39

44

34

49

3. Tipo de Muestreo Muestreo Preferencial

Uno de los tipos de muestreo más utilizados en los estudios ecológicos es el preferencial. En este la ubicación de las U.M. depende por completo de el criterio del o de los investigadores. Este principio es aceptado en virtud de sostener los objetivos de una investigación en particular. 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 para diferentes objetivos y necesidades de la investigación. Por ejemplo, si se quiere saber el efecto de las descargas urbanas y hoteleras sobre la comunidad coralina, una estrategia adecuada sería posicionar las U.M. en zonas con diferente influencia de las zonas de descarga, de tal forma que los registros biológicos permitan demostrar que existe alguna respuesta ante este tipo de factor.

3. Tipo de Muestreo Muestreo PreferencialEste muestreo permite al investigador realizar una selección subjetiva de los sitios de muestreo (que parezcan homogéneos ú heterogéneos).

Por esta razón, la experiencia del investigador es uno de los factores de mayor peso, así como el conocimiento de la zona de estudio y del problema a resolver.

Los errores en este tipo de muestreo generalmente son inducidos por el propio investigador, este método pasa por alto varios de los criterios aspectos mencionados anteriormente.

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.

Actividad

• De acuerdo a tu experiencia y a la de tu equipo, enlista los métodos de muestreo empleados en las investigaciones que han realizado.

• Discutan la pertinencia de atender adecuadamente a la teoría del muestreo.