歡迎來到採樣技術！
在環境科學中，我們不可能數清草地上的每一片草葉或大西洋裡的每一條魚，那樣做簡直永無止境！所以，我們會使用採樣（Sampling）。試著把採樣想像成是一場「大自然的訪談」——我們透過訪問一小部分群體，來推斷整體族群的狀況。
在這些筆記中，我們將探討收集數據的最佳方法，確保結果精確、公平且具科學性。如果起初看到許多術語和工具感到眼花撩亂，不用擔心；看完之後你會發現，它們大多只是捕捉或計算事物的不同方式而已！
1. 如何選擇採樣點：科學方法論
在拿起採樣網之前，我們需要一個計劃。如果你只採集森林邊緣漂亮的花朵，你的數據就會產生偏差（Bias）。我們必須避免偏差，確保結果能代表整個區域。
隨機採樣 (Random Sampling)
這就像從帽子裡抽籤一樣。研究區域內的每一個點都有平等的機會被選中。我們通常會使用隨機數產生器 (random number generator) 來取得網格的座標。
例子：使用一張標有網格的田野地圖，利用產生的數字來決定放置樣方（quadrat）的確切位置。
系統採樣 (Systematic Sampling)
這是按照固定間隔進行採樣。它非常適合觀察事物隨著路徑變化而產生的規律。
樣線法（Transects）是這裡的主要工具：
• 線樣線（Line Transect）：利用一條繩子或捲尺。記錄所有接觸到線的物體。
• 帶樣線（Belt Transect）：一條較寬的帶狀區域（像一條小徑）。記錄線兩側特定距離內的所有物體。
• 連續 vs. 間斷：「連續」代表記錄路徑上的每一寸；「間斷」則代表每隔 5 或 10 公尺停下來採樣一次。
採樣時機與大小
• 時機：大自然是會變動的！你不會在中午採樣蝙蝠，也不會在隆冬時節去數花朵。你必須選擇數據最「顯眼」的時刻。
• 大小與數量：樣本越多越好。如果你只用一個樣方（quadrat），結果可能會很「奇怪」。如果你使用 20 個，平均值就會變得可靠得多（具有統計顯著性，statistically significant）。
快速複習：
• 隨機：避免偏差（不偏袒任何位置！）。
• 系統：遵循特定模式（適合觀察環境梯度，environmental gradients，例如從海灘往沙丘移動的變化）。
2. 「工具箱」：標準環境技術
根據你的研究對象，你需要不同的設備。讓我們根據捕捉目標來分類：
採樣植物與緩慢移動生物
• 樣方（Quadrats）：這些是正方形的框。
- 開放式樣方：只有外框。適合計算較大型植物。
- 網格樣方：分割成許多小方格，非常適合估算百分比覆蓋率（percentage cover）。
- 點樣方（Point Quadrat）：帶有細針的框架。如果針接觸到植物，就進行計數，非常客觀！
採樣爬行昆蟲（無脊椎動物）
• 陷阱法（Pitfall Traps）：埋在地裡的杯子。蟲子爬行時掉進去就出不來了。
• 掃網法（Sweep Nets）：在長草叢中揮動網子來捕捉昆蟲。
• 敲擊法（Beating Trays）：將白色布幕放在樹枝下，用棍子敲打樹枝，昆蟲就會掉到布幕上。
• 圖氏漏斗（Tüllgren Funnel）：利用燈泡加熱落葉層。昆蟲討厭光和熱，會向下爬過網狀物並掉進收集罐中。
• 燈光陷阱（Light Traps）：夜間使用，用來捕捉飛蛾等飛行昆蟲。
採樣水生生物
• 足踢採樣法（Kick Sampling）：站在溪流中，一邊「踢」動礫石，一邊在下游處拿著網子攔截。
• 蘇柏採樣器（Surber Samplers）：一種更「科學」的足踢採樣版，利用固定框架確保每次採樣的區域面積完全相同。
記憶小撇步：使用 DAFOR 等級來評估豐度！
D - 優勢種 (Dominant)
A - 豐富種 (Abundant)
F - 常見種 (Frequent)
O - 偶見種 (Occasional)
R - 稀有種 (Rare)
3. 計算數量與多樣性
當你拿到「戰利品」後，就需要把它們轉化為數學。以下是三種最常用的方法：
物種豐富度 vs. 物種多樣性
• 物種豐富度（Species Richness）：單純指你發現的不同物種數量（例如：「我發現了 5 種鳥類」）。
• 物種多樣性（Species Diversity）：不僅考慮物種數量，還考慮每一種有多少個體（均勻度）。一個有 100 棵橡樹和 1 棵松樹的森林，其「多樣性」低於擁有 50 棵橡樹和 50 棵松樹的森林。
林肯指數（標記-釋放-重捕法，Lincoln Index）
用於會移動的動物。
1. 捕捉一組，標記後釋放 (\( M \))。
2. 等待一段時間，捕捉第二組 (\( n \))。
3. 計算第二組中有多少被標記過 (\( m \))。
公式為：\( N = \frac{M \times n}{m} \)
辛普森多樣性指數（Simpson’s Index）
一個能為該區域評分的公式。高分代表生態系統健康且多樣；低分可能意味著該區域受到污染，或僅由單一物種佔據。
常見錯誤：學生常會搞混物種頻率（Species Frequency，物種出現在多少個樣方中）與物種密度（Species Density，每平方公尺有多少個體）。請務必仔細閱讀題目！
4. 測量非生物因子 (Abiotic Factors)
動植物居住在哪裡是由環境的「規則」決定的，我們透過以下方式測量：
• 光照強度：使用照度計。
• 濁度：水的混濁程度。
• 土壤分析：我們測試酸鹼值 (pH)、含水量（透過烘乾土壤）以及有機質（透過在爐中燃燒掉堆肥成分）。
5. 專家與現代技術
有時候我們需要運用高科技，或是像偵探一樣調查。
攝影與追蹤
• 紅外線感應相機（Camera traps）：動物經過時自動拍照，非常適合老虎等害羞的動物。
• 衛星/GPS 追蹤：在鳥類或鯨魚身上裝上「背包」，觀察牠們遷徙的路徑。
• DNA/eDNA：我們現在只需測試一杯水，就能透過其中留下的微小基因片段，知道湖裡有哪些魚類（環境 DNA，environmental DNA）。
間接證據
有時候你看不見動物，但能看到牠們留下的「名片」：
• 貓頭鷹食繭（Owl Pellets）：未消化的骨頭和毛髮，告訴我們貓頭鷹吃了什麼。
• 巢穴/洞穴：顯示牠們住在哪裡。
• 足跡與排泄物：告訴我們誰曾來過，以及牠們在做什麼。
你知道嗎？ 科學家使用「聲學監測」（聲譜圖）來識別蝙蝠。由於蝙蝠會發出人類聽不到的音頻，我們使用機器將它們的鳴叫轉化為「聲音影像」，每種物種的聲音影像都是獨一無二的！
重點總結
1. 先規劃：選擇隨機採樣以保持公平，或選擇系統採樣以觀察規律。
2. 用對工具：爬行動物用陷阱、植物用樣方、溪流用足踢採樣法。
3. 數學很重要：使用林肯指數處理移動動物，使用辛普森指數評估整體健康。
4. 標準化：在每個採樣點使用相同的技術，以便公正地進行比較（可靠性，Reliability）。