How do you set up a quadrat for measuring biodiversity in the field?

A quadrat is a circular sampling area marked by a hula hoop. After randomly selecting a location by throwing a tennis ball, place the hula hoop around the flag marking that spot. Identify and record all plant species within the hula hoop boundaries. This standardized method ensures consistent sampling across multiple sites when measuring biodiversity different areas.

What is the purpose of using a transect in biodiversity studies?

A transect tests for edge effects—changes in species diversity from ecosystem edges to core habitats. A tape measure extends perpendicular from the field edge into the habitat center, with quadrats placed at 0, 10, 20, 30, and 40 meters. This reveals whether species diversity increases closer to ecosystem boundaries or remains constant toward the core.

How do soil pH and nutrient levels differ between disturbed and undisturbed habitats?

Soil samples from each site are tested for pH using color-comparison kits and for nitrogen, phosphorus, and potassium using chemical comparators. A t-test analyzes whether differences between sites are statistically significant. Results indicate how disturbance regimes affect soil composition, which influences community diversity and species establishment.

What does the Shannon-Weiner Diversity Index measure?

The Shannon-Weiner Index quantifies species diversity by calculating the proportion of each species and its natural logarithm. Higher index values indicate greater species diversity. The formula combines species counts and proportions to produce a single number comparing biodiversity between sites, with areas having greater index values considered more diverse.

Why is random sampling important when collecting biodiversity data?

Random sampling eliminates observer bias and ensures representative data collection. By throwing a tennis ball to select quadrat locations rather than choosing manually, you avoid unconsciously selecting areas with more visible species. This unbiased approach produces reliable comparisons between disturbed and undisturbed habitats.

How do you determine if disturbance significantly affects biodiversity?

Calculate Shannon-Weiner Diversity values for each site and use regression analysis to test for correlations between distance and diversity along transects. For soil data, perform t-tests comparing pH and nutrient levels. A p-value less than 0.05 indicates statistically significant differences, supporting the hypothesis that disturbance regimes affect community composition.

What soil variables are tested to assess habitat disturbance effects?

Soil pH and three key nutrients—nitrogen, phosphorus, and potassium—are measured from samples collected at each quadrat. These variables indicate soil quality and nutrient availability, which directly influence plant growth and species establishment. Comparing these measurements between disturbed and undisturbed sites reveals how disturbance alters soil conditions supporting different communities.

Diversidad de la comunidad

Conceptos Preparación del instructor Protocolo del estudiante

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Un ecosistema es una comunidad de componentes vivos y no vivos que interactúan en un área. Puede ser tan grande como la tierra misma o un bosque lleno de plantas y animales, o tan pequeño como un estómago con su variedad de habitantes microbianos. La salud de los ecosistemas se puede medir de diferentes maneras, pero un buen indicador es la biodiversidad, una medida de la variedad de especies biológicas en un ecosistema.

Podemos evaluar la biodiversidad utilizando una medida llamada Índice de Shannon-Wiener, propuesto por Claude Shannon y Norbert Wiener en la década de 1940. El índice de Shannon-Wiener es una medida sin unidades, calculada como H. El índice utiliza dos variables: la riqueza de especies, o el número de especies presentes, indicado por K, y la uniformidad de las especies, o la proporción de cada especie, indicada por PI. La riqueza de especies es el número de especies únicas en un ecosistema. Este ejemplo tiene siete. La uniformidad de las especies mide cómo se distribuyen las especies en un ecosistema. Esto significa que un ecosistema en el que las diferentes especies tienen números similares es más parejo que uno en el que una o dos especies representan la mayoría de los organismos, como este, relativamente invadido por liebres.

Ahora que sabemos qué medir, aprendamos a medir la biodiversidad. Dado que los ecosistemas pueden ser enormes, los ecologistas tuvieron que encontrar formas de muestrear grandes áreas al azar rápidamente. El más simple de ellos es el cuadrante, que es un marco de tamaño fijo, generalmente colocado al azar dentro de un sitio de muestreo. Los científicos inspeccionan el área dentro del cuadrante, registrando la riqueza de especies y también su uniformidad. Usando estas pequeñas ventanas colocadas en múltiples puntos sobre un ecosistema, pueden extrapolar sus hallazgos para dar estimaciones de diversidad para toda el área de estudio. Pero aunque esta técnica permite una evaluación manejable de un área grande, no es perfecta. La ubicación aleatoria de los cuadrantes puede pasar por alto a los individuos, lo que da lugar a una infrarrepresentación de las especies y a estimaciones de biodiversidad incorrectamente bajas.

Esta limitación significa que algunas comunidades, especialmente las irregulares o no uniformes, se muestrean mejor con un enfoque más estructurado. Aquí, nuestra pradera bordea el bosque y, en realidad, está formada por diferentes parches de hábitat. Para cubrir esta comunidad de manera justa, podemos dividir el paisaje en hábitats principales y, lo que es más importante, hábitats de borde. A menudo, las áreas de borde tienen más biodiversidad porque especies de ambos tipos de hábitat pueden vivir allí. Pero esto podría pasarse por alto en el muestreo aleatorio tradicional. En cambio, para medir la biodiversidad en una comunidad como esta, una buena estrategia puede ser primero muestrear las áreas centrales al azar usando cuadrantes. Los datos recopilados se pueden utilizar para calcular el valor H para cada hábitat principal. A continuación, se puede colocar un transecto o una línea de muestreo a través de cada hábitat principal, que se extiende hasta el área del borde. La riqueza y la uniformidad de las especies se pueden registrar utilizando cuadrantes colocados en puntos de ajuste a lo largo de estas líneas. Ahora, utilizando la fórmula de Shannon-Wiener, se puede calcular el índice de diversidad para cada distancia a lo largo del transecto, y se pueden comparar. Un área con un valor H mayor es generalmente más diversa que una con un valor H más bajo. Esta técnica combinada de cuadrante aleatorio y transecto proporciona una evaluación versátil y más justa de cómo se comparan los diferentes hábitats dentro de la misma comunidad en términos de diversidad.

Además de las medidas de las especies, los científicos también pueden tomar medidas de los componentes químicos de un ecosistema para evaluar su salud. Por ejemplo, pueden comprobar la contaminación o examinar la calidad del suelo midiendo los nutrientes presentes. Esta información también puede ser útil para ayudar a explicar los cambios en los patrones de biodiversidad en diferentes regiones de una comunidad. Entonces, en nuestro ejemplo, si la pradera tiene un suelo de menor calidad que el bosque y el borde, podría albergar menos especies.

En este laboratorio, medirá la biodiversidad y la calidad del suelo en dos regiones principales diferentes y, a continuación, examinará cómo se ve afectada la biodiversidad a lo largo de un hábitat de borde.

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Medición de la biodiversidad en áreas con diferentes regímenes de perturbación
- NOTA: En este experimento, comparará la biodiversidad en un área menos perturbada con un área más altamente perturbada. HIPÓTESIS: La hipótesis experimental podría ser que un área menos perturbada contendrá una mayor diversidad de especies que un área altamente perturbada. La hipótesis nula podría ser que no habrá diferencia en la diversidad entre las áreas menos perturbadas y las más perturbadas.
- Para empezar, divídanse en grupos de 2-4 y recojan un aro de hula, una pelota, una cinta métrica, un juego de tablas impresas, 10 banderas de utilidad y una guía de identificación del frente de la clase.
- Además, recoja una pala y 10 botellas de recolección para el ejercicio de muestreo de suelo.
- Una vez en el campo, tu instructor te mostrará los dos hábitats que estudiarás: elige un hábitat para comenzar.
- Coloque una bandera en cada una de las cuatro esquinas para formar un área de muestreo rectangular.
- Mide la longitud y el ancho del área de muestreo en metros, y luego multiplica los dos números para determinar el área.
- De pie en el centro del área de muestreo, lanza una pelota de tenis al aire, y luego marca con una bandera el lugar donde cae.
- Repita este lanzamiento aleatorio cuatro veces más para determinar los cinco puntos de muestreo aleatorios.
- Manteniendo tu bandera en el centro, coloca un aro de hula a su alrededor. El área dentro del aro de hula es un cuadrante.
- Identifique todas las diferentes especies en el cuadrante y regístrelas como especies A, B, y así sucesivamente en la Tabla 1, proporcionada por su instructor.
- Una vez que se hayan registrado todas las plantas, use una pala para recolectar una taza de tierra de cada uno de los sitios y coloque las botellas de muestras etiquetadas con sus nombres y el nombre del sitio y el número de cuadrante.
- Repita la identificación de plantas y el muestreo de suelo para los cuatro cuadrantes restantes en el primer hábitat, registrando sus observaciones en la Tabla 1.
- Una vez que haya completado el registro en el primer hábitat, pase al segundo campo, nuevamente marcando un área de muestreo rectangular.
- Repita la colocación aleatoria de los cuadrantes usando la pelota de tenis, y luego registre las especies presentes en cada cuadrante en la Tabla 2.
- Finalmente, recoja una taza de tierra de cada uno de los cuadrantes de los hábitats perturbados, para un total de cinco tazas de los perturbados y cinco tazas de los hábitats no perturbados.
Midiendo la biodiversidad a lo largo de un transecto
- NOTA: La siguiente parte del estudio probará los efectos de borde, o un cambio a lo largo de un gradiente desde donde un tipo de ecosistema se encuentra con otro hasta el hábitat central del ecosistema. HIPÓTESIS: La hipótesis experimental es que habrá una mayor diversidad de especies más cerca del borde del ecosistema que en el centro o núcleo del ecosistema. La hipótesis nula es que no hay cambios en la diversidad a lo largo del transecto desde el borde hasta el hábitat principal.
- Coloca una bandera en el perímetro del campo donde se encuentra con otro hábitat, como un bosque o un estacionamiento.
- Extiende una cinta métrica hacia el centro del campo, perpendicular al borde del campo. Este será el transecto.
- Coloque una bandera en el metro cero del transecto (el borde del otro hábitat) y luego coloque banderas adicionales a 10 m, 20 m, 30 m y 40 m en el núcleo del hábitat para un total de cinco ubicaciones marcadas.
- Comenzando en el punto 0 m a lo largo del transecto, coloque el aro de hula hula en la ubicación marcada. Registre las especies presentes en el cuadrante en la Tabla 4.
- Ahora repita la ubicación del cuadrante y el registro de especies en las marcas de 10 m, 20 m, 30 m y 40 m.
- A continuación, coloque dos transectos más desde diferentes puntos de inicio en el perímetro del campo que se extiende hacia el área central.
- Marque los puntos de 10 metros a lo largo de estos transectos, y de nuevo utilícelos como marcadores para colocar cuadrantes. Registre las especies encontradas en cada uno de estos cuadrantes en la Tabla 4.
Procesando las muestras de suelo
- HIPÓTESIS: La hipótesis experimental es que los dos paisajes bajo diferentes regímenes de perturbación diferirán en su composición de suelo y pH. La hipótesis nula es que no habrá diferencia en la composición del suelo o el pH entre los dos sitios.
- Para empezar, retire la tierra de una botella del primer sitio muestreado y llene el compartimento de color de pH del kit de muestras de suelo hasta la línea de llenado de suelo.
- Vierta la cápsula de prueba de pH en la cámara de prueba, luego llene la cápsula con agua destilada hasta que llegue a la línea de llenado de agua.
- Coloca la tapa en el compartimento y agítala.
- Permita que el color se desarrolle durante aproximadamente un minuto, y luego compare el suelo con la carta de colores para determinar el pH.
- Repita el análisis de pH para el segundo sitio muestreado, completando la Tabla 3 para el pH registrado.
- Para procesar las muestras de suelo para nitrógeno, fósforo y potasio, retire 20 mL de tierra de la botella del primer sitio muestreado.
- Coloque la tierra en un recipiente limpio con 100 mL de agua destilada.
- Repita este proceso para el segundo sitio, etiquetando cada contenedor, y luego déjelos reposar durante una hora.
- Después de una hora, use un gotero para llenar cada uno de los comparadores de nitrógeno, fósforo y potasio hasta la línea de llenado con solución desde el primer sitio muestreado.
- Añade la cápsula apropiada a cada uno de los comparadores para cada prueba química.
- Tape y agite bien los comparadores, y luego compare la solución en la cámara de prueba con la carta de colores, registrando los resultados como el número apropiado en la escala en la Tabla 3.
- Repita las pruebas de nitrógeno, fósforo y potasio para cada uno de los sitios muestreados. NOTA: Enjuague bien el comparador entre muestras
Resultados
- Para calcular la diversidad de Shannon-Weiner para cada uno de los sitios observados, primero abra una nueva hoja de cálculo de Excel.
- Etiqueta la celda A1 como 'nombre de la especie' y la celda B1 como 'recuento total'.
- Comenzando desde la segunda fila y en la columna A, complete la hoja para cada especie encontrada en el primer sitio, utilizando los datos registrados en la Tabla 1.
- Calcule el número total de cada especie encontrada en todo el esfuerzo de muestreo y regístrelo en la columna B de la hoja de cálculo de Excel.
- Ahora, etiquete la celda G1 como 'recuento total de todas las especies', y en la celda H1, escriba una fórmula, o resalte las celdas apropiadas para sumar todos los valores de conteo ingresados en la columna B: = SUM(B2: BX)
- Etiquete la celda C1 como 'proporción de cada especie' y en la celda C2, escriba la fórmula para la proporción del total de cada especie en el sitio. = B2/H$1
- Arrastra esta fórmula hacia abajo para cada fila de datos representada en la columna B.
- Etiquete la celda D1 como 'proporción logarítmica natural de especies' y en la celda D2, escriba la fórmula para el logaritmo natural de la proporción de especies en el sitio. =LN(C2)
- Arrastra esta fórmula hacia abajo para cada fila de datos representada en la columna C.
- Añade la fórmula en la celda E1 para la proporción de especies multiplicada por el logaritmo natural de la proporción de especies: ps* ln ps
- En la celda E2, escriba la fórmula que multiplica la proporción de especies por el logaritmo natural de la proporción de especies en cada sitio, y luego arrastre esta fórmula hacia abajo para cada fila de datos representada en la columna D. = C2 * D2
- Etiquete la celda G2 como 'suma de ps * ln ps', y luego, en la celda H2, escriba una fórmula que sume todos los valores de la columna E. = SUM(E3 - EX)
- Etiquete la celda G3 como 'Índice de Shannon-Weiner', y en la celda H3, ingrese la fórmula para el Índice de Diversidad de Shannon-Weiner. = (EXP - 1 * H2) NOTA: Este es el Índice de Diversidad de Shannon-Weiner calculado para el primer sitio muestreado, y se utilizará para la comparación entre los dos sitios.
- Repita el análisis de datos en una nueva hoja utilizando los datos recopilados para el segundo sitio, que se registraron en la Tabla 2. NOTA: Se considera que las áreas con mayores valores de índice tienen mayor diversidad de especies. Fíjate si ves diferencias entre tus sitios.
- Repita los cálculos de Diversidad de Shannon-Weiner utilizando un recuento total de todas las especies a cada distancia a lo largo del transecto, luego cree una tabla de todos estos valores en una nueva hoja de Excel.
- Haga clic en la pestaña Datos en Excel, y luego en el botón 'Análisis de datos'.
- Seleccione 'Regresión' y haga clic en 'Aceptar'.
- Para el Rango Y de Entrada, resalte los valores de Diversidad de Shannon-Weiner, y para el rango de Entrada X, resalte los valores de distancia.
- Seleccione una ubicación de salida para los resultados de la regresión y haga clic en 'Aceptar'.
- Marque la casilla Valor P en la fila de intercepción para ver si hay una correlación significativa entre la distancia desde el borde hasta el hábitat central y la biodiversidad. NOTA: Un valor inferior a 0,05 rechaza la hipótesis nula de que no hay cambios en la diversidad a lo largo del transecto, mientras que un valor superior a 0,05 no rechaza la hipótesis nula.
- A continuación, para realizar pruebas t para determinar las diferencias de composición del suelo entre sitios, abra una nueva hoja de cálculo de Excel.
- En la celda A1, escriba 'Sitio 1:pH', y en la celda B1, escriba 'Sitio 2:pH'.
- Rellene las celdas A2 a A6 y las celdas B2 a B6 con el pH del suelo recogido en los sitios perturbados y no perturbados, respectivamente.
- Haga clic en la pestaña Datos en Excel y luego seleccione 'Análisis de datos'.
- Ahora desplácese hacia abajo y seleccione 't-Test: Two-Sample Asumiendo Varianzas Iguales' y seleccione 'Aceptar'.
- Haga clic en el menú desplegable junto a Rango de Variable 1 y resalte las celdas A2 a A6 en la hoja de cálculo, luego haga clic en el menú desplegable junto a Rango de Variable 2 y resalte las celdas B2 a B6 en la hoja de cálculo.
- En el cuadro de diferencia de medias hipotética, escriba cero como nuestra hipótesis nula. Esto significa que no hay diferencia entre los dos regímenes de perturbación.
- Deje la casilla Etiquetas sin marcar y establezca el valor alfa en 0.05.
- Selecciona 'Rango de salida', y en el cuadro, haz clic en un espacio vacío en la hoja de cálculo.
- Haga clic en 'Aceptar'. Se debe mostrar una tabla de resultados de la prueba t en la hoja de cálculo.
- Los datos relevantes son las medias para cada uno de los sitios y el valor alfa. Si este segundo valor es menor que nuestro valor alfa de 0,05, podemos rechazar la hipótesis nula de que no hay diferencia en el pH entre los dos sitios, y la hipótesis de que los sitios perturbados frente a los no perturbados difieren en su valor de pH ganaría apoyo. Sin embargo, si este valor es mayor que 0,05, no podemos rechazar nuestra hipótesis nula.
- Repita este análisis para cada una de las otras tres variables del suelo, creando una nueva hoja de cálculo para cada uno de los elementos de fósforo, potasio y nitrógeno.
- Observa si tus resultados de pH y nivel de nutrientes fueron diferentes en cada condición, y discute con tu grupo cómo esto podría afectar a la comunidad y la diversidad en los diferentes sitios.