生態實驗的目的是反映自然界中生物體與其環境之間的關系。 因此，它特別注重還原所研究現象的“真實性”（也稱“真實性”）。 這也使得生態實驗與傳統的科學實驗顯著不同。 主要區別不是基于實驗室中人工事實的構建，而是基于現場實驗中自然事實的客觀反映。 是否與自然界存在的一致”是目標。這是生態實驗的“自然特性”，是現實主義的另一種形式，也是生態實驗必須遵守的基本原則。問題是：這個原則如何實現？如何在提高實驗的有效性（）、準確性（）和精密度（）的基礎上保證生態實驗的“真實性”？這是生態學家和科學哲學家必須考慮的問題。對此問題進行闡述。

建立有效性以檢測真實事物

對于生態實驗來說，它們通常是探索性的。 實驗過程和結果的“真實性”無法提前得知。 實驗者唯一能做的就是提高實驗的“有效性”。

以生態檢測實驗為例，雪鐵龍（FordD）認為，檢測的“有效性”涉及到一個問題：“概念是否被充分描述？是否檢測到了正確的東西？” 具體來說，就是“‘測量概念’應該包含但不與‘研究得出的概念’或‘想象的概念’重疊”。

所謂“測量概念”，是指“用來檢驗假設的邏輯結果的數據”。 “最重要的是，不要預設這些檢測準確地表征了其設計概念。檢測可能在有效性、準確性和精密度方面存在局限性，并且多個檢測概念將提供有關同一“研究衍生”概念的信息。 ’和‘想象的概念’?！?/p>

所謂“研究中的概念”是指“我們在描述理論中比較確定的部分，即原理時所使用的思想”。 “所有研究方案都使用研究中的各個概念，這些概念要么建立在其他科學家已經完成的概念的基礎上，要么建立在科學家對同一主題的原創研究的基礎上。”

所謂“想象的概念”“是在產生假設的過程中使用的想法。它們可以通過對正在檢驗的理論進行邏輯推理，或者通過與其他理論進行比較，或者通過考慮從事物中衍生出來來發展”。

舉例來說，您想要生成一個關于控制物種 A 衰退的理論?？梢韵胂笤撐锓N的衰退密切遵循物種 B 的衰退模式，而物種 B 在分類學上與物種 A 相關。因為物種B 已得到充分研究，并且與其衰退模式相關的理論也已建立，研究人員可以將物種 B 的理論推廣到物種 A。但是，這必須在可以使用按分類標準劃分的兩個密切相關的物種的假設下進行來預測對方的衰落控制過程。 如果要將物種B的衰退控制理論應用到物種A的研究中，那么對于物種A的研究，物種B的衰退控制理論中的概念來自于“研究的概念”； 如果你想重復通過物種A已經對物種B進行了調查來檢驗物種B衰退控制理論的各個方面，那么本研究中使用的概念就是“想象的概念”。 您將使用其他信息（實際上是非編碼知識）來決定是否同意物種 B 的理論適用，或者是否重復個別調查。

所謂“測量的概念應包括但不與研究或想象的概念重疊”，是指測試的有效性。 相反，如果測試的內容“部分代表了研究或想象中的概念所揭示的內容”，那么它就是“無效的”。

例如，對于動物吸收CO2的檢測，可以將幾根動物莖桿用葉室密封，記錄氣流通過葉室后CO2含量的變化。 然而，（JW）和（H?JE）強調，這些技術的應用是有問題的，因為“圍護”改變了莖周圍的環境，尤其是氣溫和溫度，從而導致葉片受損。 腔室的內部條件與外部條件不同，從而導致檢測改變被測量的內容。 研究人員很難獲得自然條件下葉子吸收二氧化碳的純檢測結果。 完全有效的描述是無效的。

為了解決這個問題，可以選擇檢測整個冠層。 因此，可以嘗試使用渦流相關技術對二氧化碳含量和垂直風速進行短期測量，以估計夜間落在樹冠上方的二氧化碳的實際通量。 這些技術不會改變被檢測的過程，從而保證了相關檢測的有效性。 然而，這個過程中由于儀器精度造成的測試結果不準確又是一個問題。

比如，使用《我國野生東北虎數量檢測方法》也關系到檢測的有效性。

老虎檢測方法包括：信息采集網絡法、傳統樣線法、占有法、根據獵物豐度或生物量計算食肉種群數量的方法等。2002年至2011年，張昌智等人對老虎進行了檢測。 采用老虎信息采集網絡法、樣線調查法、獵物生物量和捕食者關系法等方法對西伯利亞虎的數量進行了檢測。 《2006年完達山北部東北虎種群狀況研究》，結果顯示實驗室超純水電導率，2006年完達山北部東北虎數量為6-9只，其中成年雄性虎1只，2-2只。成年雌性虎3只，亞成年虎2～4只，1歲以上幼魚虎1只；2）2002年完達山北部東北虎的密度采用“獵物生物量與捕食者關系法”得到0.356只/，該地區可容納東北虎22～27只；3）采用“樣帶法”，在四川老爺嶺以南、大龍嶺以東1735.99km2的面積內設置了64個樣帶。山東省，全長609km，未發現東北虎足跡鏈。線樣線調查結果顯示，2011年2月至2011年3月，調查區域內東北虎數量為零。從上述觀測結果來看，可以看出，“獵物生物量與捕食者關系法”與“樣線法”得到的老虎數量存在較大誤差。 造成這種情況的原因有哪些？

雖然“獵物生物量與捕食者關系法”測得的老虎數量遠小于可能的真實數據。 主要原因是有蹄類動物的確定相當困難，特別是確定小型有蹄類動物絕對密度的調查方法。 在實際抽樣調查中，或者在單個樣本的統計中，由于調查團隊的經驗有限，以及初次應用該方法的經驗不足，調查結果不可避免地存在偏差； 有蹄類動物，如鹿、麝、野兔、狼、熊、羚羊和野豬。 一般來說，老虎的數量越多，這些植物的數量就會減少。 但必須明確的是，從目前的情況來看，實地調查得出的“這些有蹄類動物數量減少”的結論很可能是人類狩獵及相關活動造成的，而不是相應的老虎數量增多所致。由食物引起的狩獵。 如果不考慮到這一點，勢必會出現獵物可獲得性調查的老虎數量低于實際老虎數量的情況。 可以說，東北虎上述使用“獵物生物量與捕食者關系法”的“失敗”，最重要的原因是在具體檢測過程中，預設的基本概念“老虎是唯一的動物” “有蹄類食肉植物”——“測量概念”，有問題，沒有包括和忽略了“研究概念”——“其他植物和人類對有蹄類動物數量的影響”，從而造成了錯誤的測試結果。

對于“樣線法”，測量的數據為“0”，盡管并不可靠。 造成這些情況的主要原因是“樣線法”的適用條件尚未明確。 雖然，“線橫斷法”起源于印度，并且在印度使用了很長時間。 該方法旨在調查和檢測特定區域和整個水景中的老虎數量。 它基于足跡的豐度、分布和特征，僅適用于東北虎以一定密度存在的情況（遷徙虎）。 這樣，沿路線行走時，遇到虎足跡的概率較高，單位樣帶寬度內虎足跡的密度可以作為東北虎真實密度的指標。

然而，在中國，人們對東北虎的生態了解相對較少，但更重要的是，東北虎的分布密度極低。 因此，大部分斷面都找不到西伯利亞虎的足跡，而且多個虎跡的幾率幾乎為零。 此時，如果不考慮到這一點，用“斷面法”來檢測中國東北虎，就會導致其無法納入“研究概念”或“想象概念”，導致“無效”檢測結果。

事實上，通過考察生態實驗中的“測量概念”、“研究概念”和“想象概念”之間的關系，我們試圖確保實驗過程中的“測量概念”包括但不來自于“研究概念”或“想象概念”的重疊是提高生態實驗“有效性”進而提高“真實性”的有效途徑。

增強確定性以增加系統偏差

“準確性”是指“與事實、標準或現實相符的程度”。 在自然科學中，常稱為“準確度”，是指被檢測物體的測量值與其參考值的一致程度，因此也稱為“測量精度”（of）。 準確度越高，檢測值越接近參考值； 不然越惡心。 這些“遠和近”可以用“系統偏差”來表示，即檢測精度高或低意味著系統偏差小或大，實際上是獲得的檢測數據的平均值與參考偏差較小值或更多。

豐田用生態學解釋了檢測的準確性。 在他看來，準確度是指能夠無誤差地檢測被測物體。 事實上，鑒于生態檢測對象和背景的復雜性，生態實驗的檢測往往是不準確的。 在豐田看來，所謂的“不準確”“通常是檢測和采樣系統的技術困難可能導致的錯誤”。

例如，光合速度的現場檢測一般包括： 1）將莖封閉在透明葉室中，以便對莖進行照射； 2）向葉室內引入一定量的氣流； 3）采用紅外二氧化碳分析儀檢測氣流通過葉室前后CO2含量的變化； 4) 用CO2含量的變化除以氣流速度來估算光合速率。

在上述實驗中，紅外二氧化碳分析儀是CO2含量檢測準確的關鍵。 早期的紅外二氧化碳分析儀尚未成熟，它們使用實驗室標準交流電。 響應時間很長，總是很難給出穩定的輸出。 因此，葉室必須放置在莖周圍幾分鐘，以確保更準確的檢測。 但在此期間，如果光照較強，葉室，特別是葉室外的二氧化碳和莖會被加熱，導致檢測不準確。 為了抵消這些過熱，為腔室開發了恒溫控制冷卻系統。

另外，CO2流量也很難測量，特別是對于平均流量，一般必須密封大量的閥桿才能給出較大氣流的CO2含量的可測量差異。 在測量動物水狀況時也適用類似的技術考慮，并且在解釋光合作用測量時必須考慮大氣溫度。

隨著快速響應紅外二氧化碳濃度分析儀和電子控制的發展，檢測的穩定性得到了更好的保證，研究人員可以在現場使用便攜式光合檢測系統來檢測氣流通過二氧化碳前后CO2含量的變化。葉室。 這種測試可以通過簡單地將一個大的葉室短時間地放置在莖上來完成，而不需要復雜的氣候控制。 所有這些都增強了檢測的確定性。

但必須注意的是，生態檢測實驗中參考值的選取與傳統科學中不同。 傳統科學實驗中的參考值可以來自理論預測，也可以來自已經做過的實驗，無論來自哪一種，通常都被認為是準確的。 因此，相關實驗的準確性通常可以通過估計來準確獲得。 對于生態實驗來說，由于理論往往不具有普適性，因此無法包含待測試的樣本。 因此，基于理論預測無法得到準確或籠統的參考值，參考值的選取只能依靠已經完成的檢測實驗。 數據的實證統計。 然而，由于經驗統計收集的相關數據可能（事實上，很有可能）存在不準確性，因此，對于某些類型的生態測試實驗，研究人員雖然有這樣的經驗統計數據，但可以根據它們獲得參考值。 并且進一步判斷相應檢測數據的準確性。 然而這樣完成的準確度判斷可能（事實上，很有可能）是不準確的。 甚至很多情況下，與經驗統計數據或參考值相關的實驗還沒有完成，也沒有相關的參考值可以參考。 此時，相應的生態檢測實驗的準確性無法通過估計獲得，只能依靠“空白值”測試等其他方法來確定應選擇哪些實驗條件才能獲得準確的結果； 或者依靠相關理論和實證分析來定性地判斷生態檢測實驗的數據是否準確，或者準確到什么程度。 濁度案例的“空白值測試”表明了這一點。

在水質分析中，灰分含量的測定常采用《-89酸性過硝酸鉀消解紫外分光光度計法》。 該方法在實際操作中經常出現空白值過高的現象，影響測量的準確性。 有學者從實驗用水、過硝酸鉀、消解濕度和時間、玻璃器皿四個方面對此進行了系統研究，并提出了提升準確性的建議。

1）實驗用水。 使用去離子水和超純水的測量結果與使用無氯氣體的測量結果基本相同，均滿足空白值的要求。 因此，如有必要，實驗中可以交替使用這兩種實驗用水； 而新鮮的分餾水則因為沒有經過重分餾處理，導致空白值較高，所以不適合用于比濁實驗。 但由于去離子水和超純水使用一段時間后濁度會增加，導致空白值大幅增加，無法滿足實驗要求。 因此，從提高工作效率和質量的角度考慮，可以使用新配制的去離子水。 離子水，有條件的實驗室可以使用新配置的超純水。

2）過硝酸鉀。 首先，就其含量而言，國產過硝酸鉀基本難以達到國家標準規定的空白值要求，因此建議實驗中使用進口過硝酸鉀。 國產過硝酸鉀必須是分析純試劑，最好經過結晶純化后反復使用。 其次，從其配置方法來看，高硝酸鉀的熔化速度較慢，往往需要加熱溶解，但在60℃時，高硝酸鉀會分解成原子氧和硫酸氫鉀，失去強氧化作用。 因此，需要加熱溶解過硝酸鉀時，溫度應控制在60℃以下。 另外，應采用A法（即將過硝酸鉀和氫氧化鈉分別命名，直接混合，然后加鹽固定溶液），或采用B法（即將氫氧化鈉堿液先配制，待溫度降至100℃后加入高硝酸鉀堿液，加鹽時輕輕加鹽并同時攪拌）配置酸性高硝酸鉀，可防止氫氧化鈉溶解時散失熱量而引起升溫下降，導致過硝酸鉀部分失效。 第三，關于其儲存時間，時間過長會影響其氧化能力，酸性過硝酸鉀的儲存時間不宜超過3天，最多7天，否則會大大增加空白值。

3）消化溫度和時間。 隨著溫度下降，高硝酸鉀會逐漸分解，但要完全分解，溫度必須在120℃以上，否則殘留的高硝酸鉀也會干擾測量結果。 實驗中消解時間應大于30min，以保證過硝酸鉀完全分解。 如果待測樣品成分比較復雜，且富含個別難熔物質，為保證消解完全，消解時間應適當延長至60分鐘。

4）玻璃器皿。 試驗所用玻璃器皿的清潔度對空白值有一定影響。 這是因為消解過程中玻璃壁上的有機物和其他無法清洗的物質混入介質中，使空白測試值過大。 玻璃器皿經液酸暴露的空白值明顯高于普通清洗過的玻璃器皿，因此玻璃器皿經液酸暴露是提高空白試驗值的重要手段。

上述四種提高濁度測定準確度的措施并不是直接將實驗值與參比值進行比較，而是采取一切其他可能改變的措施，測量測試儀器的噪聲、試劑中的雜質、環境和操作過程中的腐蝕等誘因對樣品的形成、判斷的準確性產生綜合影響。 一般來說，空白試驗值越低，數據離散程度越小，分析結果的準確性越高，分析方法和分析操作人員的測試水平越高。 反之，精度越低，此時需要綜合檢測試驗用水、試劑、測量裝置和容器的腐蝕情況、測量儀器的性能以及試驗環境的狀態等，以便盡可能降低空白試驗值。

降低精度實現與真實性的雙贏

生態實驗的真實性與其可靠性密切相關。 一般來說，可靠性越大，其真實性就越大。 可靠性與實驗檢測的準確性密切相關。 因此，降低精度以保證可靠性和真實性是生態實驗的重要目標。

降低生態實驗精度以保證可靠性

“精確”的含義是“非常正確、精確、準確”。 在大多數自然科學應用中，“”被翻譯為“精密度”，意思是：在相同條件下，對被測對象進行反復測試，測量值之間的一致（重合）程度。 所以又稱為“測量精度（的）”。 準確度反映了測量值的隨機偏差。 準確度高意味著偶然偏差相對較小。 此時檢測數據相對集中。 否則檢測數據分散、分布，差異很大。 一般來說，檢測的“準確度”可以代表檢測的可靠性，因為“準確度”越高，相應檢測的差異越小，由條件差異和隨機性引起的測量值的變化也越小，測量值越穩定，表觀差異越小，測試結果越可靠和可接受。

例如，在古生態研究中，檢查不同化石樣本中的物種產量發現，雖然此類樣本來自于同一位置地平線上的露頭或核心部分，但由于實驗獲得的樣本中物種的產量數據基本不完全一致，準確率較低。 因此，這一古生態實驗值的可靠性值得懷疑，難以被人們接受。

為了解決上述問題，生態學家研究了導致這些情況的因素。 他們推測，這些情況可能是由于預先存在的環境梯度、群落結構的破壞或當地群落切除的變化造成的。 本寧頓（JB）和盧瑟福（SD）對此進行了系統研究，結果出乎意料：造成這些情況的原因是采樣偏差和露頭化石中斑塊的分布變化。 相應地，改進樣本采集、防止采樣偏差、減少“露頭化石斑塊分布變異”成為提高此類實驗準確性和可靠性的關鍵。

一般來說，精度由每個位置的平均物種豐富度值的置信區間 (CI) 表示，相比之下，更精確的值的置信區間更窄。 信度是指重復樣本的附加條件形成等效置信區間的可能性。 高可靠性意味著重復樣本是偶然收集的，并且在一處存在置信區間寬或窄的異常豐富物種的可能性很低。

以上述案例為例進行說明。 根據上述定義，在樣本采集中，采集的樣本越多、樣本規模越大，其準確性和可靠性就應該越好。 并且，在這樣做時，必須考慮實用性。 在實際采樣過程中，研究人員需要從野外野外基質中識別并去除無用的化石，并對它們進行計數。 有時，這項工作需要大量的人力、物力、財力和時間，這是難以承受的。 為了解決這一困境，研究人員常常從露頭中提取大量巖石樣本實驗室超純水電導率，進行簡單處理，然后將處理后的樣本帶回實驗室進行研究。 在露頭采集中，只需少量額外成本即可獲得更多重復樣本； 在某個地點采集樣本是基于在某個地點進行有意義的測量所標記的計數樣本總數，這迫使研究人員不能遵守這些條件。 差異不大的樣本是來自一個大樣本還是多個小樣本。 這樣做的目的是盡可能少做收集工作，獲得盡可能多的相關信息。 這也貫徹了生態實驗的以下原則：準確性和可靠性是由樣本量和采樣數量決定的，因此要求生態學家在設計采樣計劃時要最大限度地提高實驗的準確性和物種生產力。

對于上述案例研究，本寧頓和盧瑟福修改了采樣工作：一是降采樣以收集更多樣本；二是進行降采樣以收集更多樣本。 二是下采樣以收集更大的樣本； 較小的樣本。 隨后，他們進一步采用計算機模擬的方法，從兩個隨機重復形成的均勻塊狀物種產量分布的樣本開始，通過編程估計重復執行各種抽樣契約，來檢驗不同水平的抽樣工作以及聚類置信區間。不同數量的重復的行為，從而最終評估和改進采樣工作。 這會帶來更高的準確性和可靠性。

為了準確性，在生態實驗中，由于隨機偏差和機會偏差幾乎無法避免，研究人員能做的就是確保合理的、最低水平的采樣。 為此，研究人員需要減少現場和實驗室工作的時間、相關的采樣面積和樣本數量以及相關項目的預算。 并且，在這樣做的過程中，時不時地重復采樣，并且越多越好。 因為這可以在一定程度上保證較高的實驗精度，使實驗結果在統計意義上更具說服力，也有助于提高泛化能力。

選擇正確的實驗類型，實現精度和保真度的雙贏

例如，物種之間的共生關聯在生態學和分類學中無處不在，但在生態學和進化的產生中往往發揮著關鍵作用。 然而，通過操縱和控制共生物種或其棲息地，或直接觀察其早期進化來獲得相關知識是不可能的。 因此，如果沒有人工系統的幫助，許多關于共生的出現、持續和進化的假設就無法得到充分檢驗。

為了充分檢驗這一假設，生態學研究人員構建了物理模型 ( )、數字生物 ( ) 和人工生命系統 ( ) 等人工系統。 這個系統有什么特點呢？ 它們的復雜性、可控性以及對未受干擾的自然系統的反映——有多真實？ (B) 等人在圖 1 中概括地說明了這些關系。

插圖顯示了不同程度的可控性：(a) Lotka- (Lotka-) 物理模型，研究捕食者-被捕食系統的動力學； (b) Avida 數字有機體，研究

(c) 已建立的用于研究捕食者與獵物相互作用的真菌系統； (d) 研究月球生物圈綜合生態系統的生物圈2號項目

圖 1 研究了共生人工系統，說明了系統可控性和復雜性之間的權衡

根據圖1，總體來說，從物理模型——數字生物體——人工生命系統——未受干擾的自然系統來看，其復雜性越來越高，可控性越來越低，真實性越來越高。 物理模型和數字生物往往代表生命系統最根本、最常見的方面，以最大的可控性和精確性反映支配生態和進化的動態象征規律，它們不能完全精確地采樣生物特性和進化變化，而是具有在實驗的基礎上對自然物體進行具體模型和物理處理，復雜度最低，真實性也最低，其高精度是建立在低真實性基礎上的。 昂貴。 人工生命系統是由一系列微小生物體組成的系統，又稱“微觀世界”，它保持了自然系統中生命體豐富的行為特征和進化趨勢，但增加了自然系統中相互作用的物種數量。系統。 網絡的復雜性和物種之間的關聯程度，因此，它與自然系統有更大的契合度，更高的可控性、更高的準確性、更高的復雜性和更高的真實性。 這里的未受干擾的自然系統并不是指沒有受到人類活動影響的自然系統，而是指沒有受到實驗者干擾，并且由于實驗者沒有對物體進行任何實驗而可能受到人類活動影響的自然系統。學科體系。 對于任何處理，與上述系統相比，其復雜性和真實性是最高的，而其可控性和準確性是最差的。 它的高真實性是以低準確性為代價的。

綜合考慮以上系統，生態學研究人員選擇人工生命系統更為合適。 因為，與數字生物等物理模型和物理系統相比，人工生命系統以較低的精度換取了較高的真實感。 And, with , life trade for lower . For this , " life play the role of an , the gap and ." For the win-win or the and of , the life be for .

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