Методы исследования в экологии реферат

Обновлено: 02.07.2024

Классификация методов

Экологические способы изучения делятся на:

Полевые.
Лабораторные.
Экспериментальные.
Количественные.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Характеристика методов

Для каждой группы методов характерна определенная черта, особенность:

Основной характеристикой полевых методов является изучение природных систем в естественных условиях.
Лабораторные методы отличаются возможностью определения точных качественных и количественных параметров объекта.
Для экспериментальных характерно объединение различных приемов вмешательства в естественное состояние исследуемых объектов.
Количественные способы основаны на математическом моделировании, для них свойственны графики, формулы, уравнения.

Системный подход выделяется многоэтапностью. В него входят такие шаги, как постановка проблем и задач, поиск путей решения, определение возможных действий, оценка результатов.

Значение

Первостепенное значение для экологических исследований имеют полевые методы, так как именно они позволяют определить результат влияния на популяцию или отдельный организм комплекса экологических факторов.

Но, поскольку наблюдение в естественных условиях не всегда дает возможность конкретизировать степень влияния какого-то определенного фактора, необходимостью выступает применение экспериментальных и лабораторных способов изучения. Считается, что по значимости они находятся на втором месте после полевых.

Остальные методы являются дополнительными, позволяющими полностью раскрыть картину происходящего, ответить на более конкретные вопросы, представить результаты изучения в виде цифр.

Лабораторные методы

Эта категория позволяет изучать влияние факторов смоделированной в лабораторных условиях среды на биологические системы. Результаты, полученные в ходе любого лабораторного изыскания, считаются приблизительными, требуют обязательной перепроверки в естественных природных условиях.

Необходимость перепроверки обусловлена невозможностью максимально точно воспроизвести весь комплекс факторов природной среды.

Стационарный метод

Стационарный метод — это способ изучения, предполагающий многолетнее, круглогодичное или сезонное наблюдение за одним объектом.

Такой способ требует многократного повторения одних и тех же действий: составления описаний, выполнения замеров. Как правило, стационарное изучение включает в себя полевые работы и лабораторные исследования.

Маршрутные методы

Эта группа предназначена для определения наличия на изучаемой территории каких-либо экологических объектов: к примеру, редких охраняемых видов, уникальных форм организмов, фитоценозов.

Основными приемами в этом случае выступают:

наблюдение;
проведение измерений;
определение состояния;
составление описания.

Кроме того, для маршрутной группы характерно создание карт, схем, специализированных инвентаризационных перечней.

Наблюдение

Наблюдение является инструментом полевых исследований, предполагает невмешательство в наблюдаемую среду. С его помощью можно решить такие задачи, как:

Выявление присутствующих экосистем и связей между ними.
Определение характеристик почвы, воды, климата.
Составление списка видов, населяющих изучаемую экосистему.
Представление фокусной экосистемы в динамике.
Уточнение количественного состава экологической системы.

Наблюдение дает возможность составить цельную картину, но для конкретизации используют другие приемы.

Проводя наблюдения за природой на первых этапах развития экологии, ученые ограничивались красочными и точными описаниями природных систем. Теперь они активно используют технологичное современное оборудование: цифровые фотоаппараты и видеокамеры, электронику, измерительные акустические устройства.

Статистические приемы

Статистика используется экологами для обработки результатов исследований, получения подходящих для сравнения количественных параметров. Основные инструменты статистики позволяют установить взаимозависимость характеризующих среду обитания переменных.

Реализация способа обычно проводится в три этапа:

Сбор информации.
Систематизация полученного материала.
Применение математических способов обработки.

Среди используемых математических способов ведущими являются определение характеристик выборочной совокупности, корреляционный, регрессионный и дисперсионный виды анализов.

Исторический подход

Исторический подход в экологии тесно связан с развитием технологии, цивилизации. Ученые рассматривают связь технического прогресса с природой, устанавливают его влияние на формирование, состояние и эволюцию биосистем.

Исторический подход подразумевает охват широкого временного периода, учитывает изменения, происходившие с эпохи неолита до наших дней.

Полевые способы

Полевые способы незаменимы при реализации экологического мониторинга. Эту группу можно разделить на:

маршрутные;
стационарные;
экспериментальные;
описательные способы.

При этом ведущими будут описательные, так как именно они используются для решения основных задач полевых исследований: регистрации изменений, инвентаризации охраняемых объектов, картировании явлений.

Метод группового анализа

Метод группового анализа применяется для определения таких признаков популяции, которые не поддаются точному учету из-за высокой динамики варьирования.

По такому принципу традиционно определяется возраст животных: только оценив физиологические признаки, характерные для популяции в целом и для ее отдельных возрастных групп, можно приблизительно определить возраст отдельной особи.

Инструментальные способы

Инструментальные способы относятся к группе лабораторных исследований. Наиболее распространенными среди них являются:

спектральные;
электрохимические;
спектрофотометрические;
кондуктометрические;
потенциометрические;
вольтамперометрические.

Также активно применяются хроматографические способы, включающие использование различных видов хроматографии:

газовой и газожидкостной;
жидкостной распределительной;
ионообменной;
тонкослойной.

Сравнительный метод

Основой сравнительного метода является анализ выявленных различий и сходства между изучаемыми объектами, предметами. С его помощью сопоставляют:

свойства;
состояния;
явления;
процессы.

В экологии сравнительный метод применяется не только для сопоставления характеристик двух разных объектов или систем в текущем периоде, но и для сравнения состояния одного и того же объекта или системы в разное время.

Математическое моделирование

Математический подход в экологии базируется на теории динамики популяций. Согласно ее основным принципам, динамика численности микроорганизмов, растений и животных отображается в форме разностных, интегро-дифференциальных, дифференциальных уравнений.

Целью применения математического моделирования является систематизация, упорядочение добытых в ходе исследования физических, биологических и химических сведений для упрощения дальнейшего изучения природных систем.

Поскольку сложные многосоставные биосистемы не поддаются описанию простыми усеченными моделями, ученым приходится применять интегрированные модели или сложные имитационные.

Общенаучные методы

Из других областей науки экологи позаимствовали две группы общенаучных методов:

Эмпирические, основанные на непосредственном изучении реальных, воспринимаемых человеком объектов.
Теоретические, представляющие собой логические механизмы создания теорий, гипотез, законов.

Обе группы неотделимы друг от друга, так как процесс формирования любого научного вывода являет собой путь от модели к природным фактам, либо наоборот: от фактов к модели.

Многообразие и сложность взаимосвязей и взаимозависимостей живых систем разных уровней организации и среды обитания обусловливают огромное разнообразие методов экологических исследований. При этом, нередко, бывают использованы специфические методы других биологических и небиологических наук. Например, физиологии, медицины, анатомии, морфологии, фенологии, биохимии, систематики, ритмологии, химии, физики, математики, статистики, социологии, климатологии и др.

Содержимое работы - 1 файл

методы экол исслед.docx

Методы экологических исследований.

Для современных экологических исследований характерна ориентация на количественную оценку изучаемых объектов и процессов (учет численности организмов в единицах пространства и времени, встречаемости, возрастной и половой структуры популяций, плодовитости, продуктивности, заболеваемости, загрязненности среды, силы действия ее факторов, прогноз на будущее и т.п.). По тому, как меняются показатели исследуемого объекта, можно судить о его состоянии на данный момент и выявить стабильность или тенденции к изменениям, скорость, размеры и направление изменений.

Собственные методы экологии можно разделить на две группы: полевые, лабораторные.

Полевые методы предполагают изучение экологических явлений непосредственно в природе. Они помогают установить взаимосвязи организмов, видов и сообществ со средой, выяснить общую картину развития и жизнедеятельности биосистем. Полевые исследования имеют для экологии первостепенное значение, так как позволяют представить общую картину развития природы в конкретных условиях того или иного региона. Полевые методы, в свою очередь, могут быть маршрутными, стационарными, описательными и экспериментальными.

Маршрутные методы используются для: выяснения наличия на исследуемой территории экологических объектов (например, тех или иных жизненных форм организмов, экологических групп, фитоценозов, охраняемых видов и др.); выявления разнообразия и встречаемости исследуемых экологических объектов. Приемами этой группы методов являются: прямое наблюдение; оценка состояния; измерение; описание (например, описание учетных площадок, отдельных представителей живого мира, фенофаз и т.п.); составление схем, карт и инвентаризационных списков исследуемых объектов.

Стационарные методы - это методы длительного (сезонного, круглогодичного или многолетнего) наблюдения за одними и теми же объектами, требующие неоднократных описаний, замеров изменений, происходящих у наблюдаемых объектов. Эти методы обычно совмещают в себе полевые и лабораторные исследования.

Описательные методы применяются при: регистрации основных особенностей изучаемых объектов; прямом наблюдении; картировании экологических явлений; инвентаризации ценных природных объектов. Эти методы являются ключевыми в экологическом мониторинге.

Экспериментальные методы объединяют различные приемы прямого вмешательства в обычные характеристики исследуемых объектов. Производимые в эксперименте наблюдения, описания и измерения выявленных свойств объекта обязательно сопоставляются с такими же объектами, не задействованными в эксперименте. В экологическом эксперименте сравниваются проявления свойств изучаемого объекта в различных условиях окружающей среды. Эксперимент, поставленный в полевых условиях, может продолжиться в лаборатории.

Лабораторные методы дают возможность изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или моделированные биологические системы и получить приблизительные результаты. Выводы, полученные в лабораторном экологическом эксперименте, требуют обязательной проверки в природе, т. к. в условиях лаборатории трудно применить весь комплекс факторов среды (но определить влияние одного-двух экологических факторов возможно).

Кроме того, в последнее время широкое распространение метод моделирования экологических явлений в природе и обществе.

Моделирование - метод опосредованного практического и теоретического оперирования объектом, когда исследуется не сам интересующий объект непосредственно, а вспомогательная искусственная или естественная система (модель), соответствующая свойствам реального объекта. Модель - мысленно представимая или материально реализованная система, которая, отражая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает новую информацию об этом объекте. Модель может выполнять свою роль лишь тогда, когда степень ее соответствия объекту определена достаточно строго. Потребность моделирования в экологии возникает тогда, когда конкретное исследование самого объекта невозможно или затруднительно в силу: обилия (или скудости) фактических материалов о нем, дороговизны, требует слишком длительного времени.

Любая модель всегда упрощена и отражает лишь общую суть процесса и имитирует реальность, но при этом моделирование позволяет исследовать процессы и явления, недоступные для непосредственного наблюдения. Так, методами имитационного моделирования (особенно с применением компьютеров) были получены достаточно надежные количественные прогнозы изменения численности популяции; устойчивости структуры экосистем и др. Имитационное моделирование широко используется при исследовании биосферы. И при этом для построения удовлетворительной модели достаточно учесть лишь четыре основных компонента - движущие силы, свойства, потоки и взаимодействие.

Модели очень полезны, т. к. позволяют интегрировать все то, что известно о моделируемой ситуации. С их помощью можно выявить неточности в исходных данных об объекте, определить новые аспекты его изучения. Моделирование экологических явлений используется для практических прогнозов их динамики; исследования взаимосвязей видов и сообществ со средой; определения воздействия факторов; выбора путей рационального вмешательства человека в жизнь природы.

Например, в 1971 г., по поручению Римского клуба, группа ученых разных стран создала имитационную компьютерную модель Ворлд-3 (World-3), с помощью которой были описаны перспективы роста численности населения планеты и мировой экономики в XXI в. В этой модели были задействованы многочисленные мировые данные о динамике роста населения на планете, об увеличении промышленного капитала, производства продуктов для питания, потребления ресурсов и загрязнения окружающей среды. Стратегия исследования заключалась в попытке путем упрощения смоделировать последствия действий этих факторов для принятия эффективных позитивных решений, способствующих сохранению биосферы и устойчивому развитию общества.

Модели интегрируют в едином процессе экологического исследования междисциплинарный подход, математические, эмпирические и социологические методы.

В последнее время, в изучении экологических связей и явлений широкое распространение получил социологический метод. В рамках, которого, осуществляется: опрос населения (массовый, групповой, индивидуальный); анкетирование; беседы с отдельными людьми для сбора экологических данных; анализ многолетних материалов здравоохранения, образования и т.п.

Экологические исследования имеют большое значение в решении многих теоретических и практических задач существования природы, человека и общества. При этом необходимо рациональное сочетание различных методик, которые должны взаимно дополнять и контролировать друг друга.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭКОСИСТЕМ

Выполнил:студентка
Группы 100
Наумова.О
Проверила:Денисова М.В

Масштабы экосистем различны: микросистемы (например, болотная кочка, дерево, покрытый мхом камень или пень, горшок с цветком и т.п.), мезоэкосистемы (озеро, болото, песчаная дюна, лес, луг и т.п.), макроэкосистемы (континент, океан и т.п.). Следовательно, существует своеобразная иерархия макро-, мезо- и микросистем разных порядков.

Для наземных экосистем установлена следующая иерархия: биосфера — экосистема суши — климатический пояс — биоклиматическая область — природная ландшафтная зона — природный (ландшафтный) округ— природный (ландшафтный) район — природный (ландшафтный) подрайон — биогеоценотический комплекс — экосистема.

Экосистемы, измененные деятельностью человека, называют агроэкосистемами (полезащитные лесные полосы, поля, занятые сельскохозяйственными культурами, сады, огороды, виноградники и др.). Их основой являются культурные фитоценозы — многолетние и однолетние травы, зерновые и другие сельскохозяйственные культуры. Они получают дополнительную энергию в виде обработки почвы, внесения удобрений, поливных вод, пестицидов и от других мелиорации, что существенно преобразует почвы, изменяет видовой состав, структуру флоры и фауны. В результате взамен устойчивых экосистем формируются менее устойчивые. Дотации энергии новым агроэкосистемам, возможности мелиорации природных экосистем должны основываться на нормах соотношения пашни, лугов, леса и вод в соответствии с почвенно-климатическими и хозяйственными условиями, а также на законах, правилах и принципах экологии

Для решения основных задач современной экологии выделяют ТРИ ГЛАВНЫЕ ГРУППЫ МЕТОДОВ:

1. натурные наблюдения ;

2. эксперименты ;

3. моделирование .

Натурные наблюдения в природе - исторически первый прием экологического исследования. Эти исследования прошли длительный путь развития - от красочных описаний картин природы до современных комплексных программ изучения экосистем с помощью новейшей аппаратуры и космических спутников.

В практике современных экологических исследований может использоваться сложнейшая трехуровневая система наблюдений.

Например, контроль качества поверхностных вод и экологического состояния водоема с использованием космических аппаратов, аэрофотосъемок, автоматических самописцев и других дистанционных и инструментальных методов. Прогресса натурные экологические исследования достигли в конце 70 годов ХХ века.

Эксперименты широко применяют в экологии и в других естественных науках. Отличие эксперимента от наблюдения состоит в том, что исследователь сознательно вносит определенные изменения в экосистему и следит за ее ответной реакцией. Например, слежение за перемещением стада оленей в естественных условиях с помощью вживленных в тело животных миниатюрных радиопередатчиков является не экспериментом, а всего лишь наблюдением. В то же время регистрация (даже без всякой аппаратуры) численности того же стада после введения искусственной подкормки будет экологическим экспериментом.

Число возможных воздействий экспериментатора на экосистему необозримо,так же как число сознательно варьируемых факторов. Эксперименты делят на лабораторные и полевые.

Есть несколько видов экспериментов :

1.В лабораторных экспериментах можно обеспечить контроль большого числа факторов, исключив воздействие неконтролируемых.

Классической схемой проведения лабораторных опытов является однофакторный эксперимент, когда изучается влияние избранного фактора при зафиксированных значениях всех остальных. Однако при изучении биологических объектов (в отличие от физических) однофакторный эксперимент малоэффективен, так как поведение биосистем зависит от комплекса факторов. Поэтому лишь многофакторные эксперименты с предварительным планированием могут дать удовлетворительные результаты в экологии, поэтому в экологии лабораторные эксперименты играют второстепенную роль.

2.В естественных условиях экспериментатор контролирует экологические факторы ограничено, так как динамика процессов зависит от многих факторов, в том числе от погодных, биологических и антропогенных. Несмотря на это эксперименты в природных условиях имеют огромное значение в экологических исследованиях, несмотря на то, что не может быть обеспечен высокий уровень контроля экспериментатора над всеми факторами внешней среды.

3.Непреднамеренные эксперименты , являясь следствием естественных процессов или антропогенной деятельности, вносят немалый вклад познание природы. Непреднамеренные антропогенные эксперименты - это вся история развития цивилизации, в процессе которой человек постоянно экспериментирует с природой.

Значение натурного эксперимента в экологии чрезвычайно велико. Однако экологический эксперимент более эффективен в сочетании с моделированием.

Моделирование. Системный подход в экологии обусловил формирование целого направления, ставшего ее самостоятельной отраслью —системной экологией. Системный подход — это направление в методологии познания объектов как систем.

Метод моделирования. Стратегия моделирования заключается в попытке путем упрощения получить модель, поведение и свойства которой можно было бы эффективно изучать и прогнозировать. При этом необходимо, чтобы модель была сходна с оригиналом. В зависимости от особенностей оригинальной ЭС и задач исследования, применяются различные модели, которые по типу реализации делятся на реальные (натурные) и знаковые (идеальные).

Реальные модели отражают черты оригинала по самой природе своей физической реализации.

Методологической основой экологии является системный подход в исследованиях. На основе системного подхода изучают свойства высокоорганизованных объектов, т.е. многообразие связей между элементами экосистемы, их разнокачественость и соподчинение. При этом нельзя забывать о том, что экосистемы находятся в состоянии динамического равновесия и способны противостоять изменениям природной среды.

Системный подход состоит из следующих этапов: определение состава экосистемы и объектов окружающей среды, которые оказывают воздействие на нее; определение совокупности внутренних связей и связей с окружающей средой. В системном анализе используют различные методы.

Наблюдения проводят за состоянием отдельных экосистем и компонентов экосистемы в конкретных условиях (в поле), за их взаимосвязи в различных ландшафтах. Определяют видовой состав всех организмов экосистем и условия их существования. Устанавливают связи между видами, неживыми компонентами, между организмами различных видов и природно-климатическими условиями. Особое внимание уделяют количественным характеристикам – температуре, влажности, численности и плотности популяций и др. Выделяют различные зависимости, связи между элементами экосистемы и внешними условиями, а также постоянно исследуют динамику (сезонную, годовую, многолетнюю) всех организмов экосистем.
Наилучший метод наблюдений – метод мониторинга на определенных стационарах с использованием современных датчиков, дистанционного зонирования.

Основными методами мониторинга являются следующие:

1.изучение федеральных и региональных нормативных, методических документов в образовательной деятельности;

2.целенаправленное наблюдение и личное участие в запланированных мероприятиях позволяет оперативно получать информацию;

3.социологические устные (или письменные) опросы; собеседования, обсуждения с руководителями подразделений, педагогическими работниками, обучающимися, родителями (желательно индивидуальные);

4.психологическая диагностика: письменные опросы (анкетирование, тестирование и др.);

5.текущая, собственная статистика;

6.регулярная отчетность и отчетность в исключительных случаях.

Начиная с 60-х гг. ХХ века начали осуществляться комплексные исследования ЭС.

Эксперимент широко используется в экологии, но в отличии от наблюдения, исследователь следит за ЭС в которой им сознательно произведены изменения структуры и функций ЭС с целью дальнейшего выявления нарушений по реакции ЭС, т.о. проверяется верность выдвинутой исследователем гипотезы.

Существуют различные категории экспериментов в зависимости от степени контроля человека за ЭС:

a) Практически неконтролируемые эксперименты: вначале опыта исследователь производит некоторые изменения и наблюдает за динамикой, например эксперимент в полевых условиях;

b) Полностью контролируемые эксперименты: производятся какие-либо изменения и осуществляется дальнейший контроль: например лабораторные исследования;

c) Классической схемой является однофакторный эксперимент, при котором исследователь выбирает один фактор, а все остальные составляющие остаются
неизменными;

d) Метод многофакторных экспериментов состоит из нескольких вариантов эксперимента, в каждом из которых проводится серия опытов по нескольким факторам. В конечном итоге, в результате математической обработки исследователь получает возможность многофакторного описания того или иного процесса;

e) Стихийные эксперименты (непреднамеренные) являются следствием стихийных изменений

Знаковая модель – это условное описание системы оригинала с помощью алфавита символов и операций с ними. При этом создаются образы тех или иных свойств ЭС и тех связей, которые существуют между компонентами. Знаковые модели делятся на концептуальные и математические. Концептуальные знаковые модели – это формальный и систематизированный вариант описания ЭС, состоящий из научного текста, блок-схемы ЭС, таблиц, графиков, изображений и т.д. Методы математического моделирования разработаны для получения количественного описания ЭС.

Изучая продуктивность экосистем, мы имеем дело с потоком энергии, проходящих через ту или иную экосистему. Энергия поступает в биотический компонент экосистемы первичных продуцентов. Скорость накопления энергии первичными продуцентами в форме органического вещества, которое может быть использовано в пищу, называется первичной продукцией. Это важный параметр, так как им определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы, а значит, и количество (биомасса) животных организмов, которые могут существовать в экосистеме.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Экология как наука должна решать следующие задачи:

1. Изучить законы и закономерности взаимодействия организмов со средой их обитания;

2. Изучить формирование, структуру и функционирование надорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз (сообщество), биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера).

3. Изучить законы и закономерности взаимодействия на- дорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз (сообщество), биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера) с окружающей средой.

Решение задач, стоящих перед экологией, позволит достичь поставленных перед ней целей. Цели экологии можно сформулировать следующим образом.

1. Разработка оптимальных путей взаимодействия общества и природы с учетом законов существования природы;

2. Прогнозирование последствий воздействия общества на природу с целью предотвращения негативных результатов.

Для решения задач, стоящих перед экологией, она использует как свои собственные методы, так и методы других наук.

Собственные методы экологии можно разделить на три группы.

1. Полевые методы – это методы, позволяющие изучить влияние комплекса факторов естественной среды на естественные биологические системы и установить общую кар- тину существования и развития системы.

2. Лабораторные методы – это методы, позволяющие изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или моделированные биологические системы. Эти методы дают возможность получить приблизительные результаты, которые требуют дальнейшего подтверждения в полевых условиях.

3. Экспериментальные методы – это методы, позволяющие изучить влияние отдельных факторов естественной или моделированной среды на естественные или моделированные биологические системы. Они применяются в сочетании как с полевыми, так и с лабораторными методами.

Кроме собственных методов экология широко использует методы таких наук, как биохимия, физиология, микробиология, генетика, цитология, гистология, физика, химия, математика и др.
Полевые, лабораторные и экспериментальные исследования.
Экология, как было отмечено, имеет свою специфику: объектом её исследования служат не единичные особи, а группы особей, популяции (в целом или частично) и их сообщества, т.е. биологические макросистемы. Многообразие связей, формирующихся на уровне биологических макросистем, обусловливает разнообразие методов экологических исследований.

Для эколога первостепенное значение имеют полевые исследования, т.е. изучение популяций видов и их сообществ в естественной обстановке, непосредственно в природе. При этом обычно используются методы физиологии, биохимии, анатомии, систематики и других биологических, да и не только биологических наук. Наиболее тесно экологические исследования связаны с физиологическими. Однако между ними имеется принципиальная разница. Физиология изучает функции организма и процессы, протекающие в нём, а также влияние на эти процессы различных факторов. Экология же, используя физиологические методы, рассматривает реакции организма как единого целого на констелляцию внешних факторов, т.е. на совместное воздействие этих факторов при строгом учёте сезонной цикличности жизнедеятельности организма и внутрипопуляционной разнородности.

Полевые методы позволяют установить результат влияния на организм или популяцию определённого комплекса факторов, выяснить общую картину развития и жизнедеятельности вида в конкретных условиях.

Однако наблюдения не могут дать вполне точного ответа, например, на вопрос, какой же из факторов среды определяет характер жизнедеятельности особи, вида, популяции или сообщества. На этот вопрос можно ответить только с помощью эксперимента, задачей которого является выяснение причин наблюдаемых в природе отношений. В связи с этим экологический эксперимент, как правило, носит аналитический характер. Экспериментальные методы позволяют проанализировать влияние на развитие организма отдельных факторов в искусственно созданных условиях и таким образом изучить всё разнообразие экологических механизмов, обусловливающих его нормальную жизнедеятельность.

На основе результатов аналитического эксперимента можно организовать новые полевые наблюдения или лабораторные эксперименты. Выводы, полученные в лабораторном эксперименте, требуют обязательной проверки в природе. Это даёт возможность глубже понять естественные экологические отношения популяций и сообществ.

Эксперимент в природе отличается от наблюдения тем, что организмы искусственно ставятся в условия, при которых можно строго дозировать тот или иной фактор и точнее, чем при наблюдении, оценить его влияние.

Эксперимент может носить и самостоятельный характер. Например, результаты изучения экологических связей насекомых дают возможность установить факторы, влияющие на скорость развития, плодовитость, выживаемость ряда вредителей (температура, влажность, пища).

В экологическом эксперименте трудно воспроизвести весь комплекс природных условий, но изучить влияние отдельных факторов на вид, популяцию или сообщество вполне возможно.

Примером экологических экспериментов широких масштабов могут служить исследования, проводимые при создании лесозащитных полос, при мелиоративных и различных сельскохозяйственных работах. Знание при этом конкретных экологических особенностей многих растений, животных и микроорганизмов позволяет управлять деятельностью тех или иных вредных или полезных организмов.

В современных условиях экологические исследования играют существенную роль в решении ряда теоретических и практических задач. Динамика численности организмов, сезонное развитие, расселение и акклиматизация полезных и вредных видов, прогнозы размножения и распространения – вот основные в настоящее время экологические проблемы. Разработка их требует рационального сочетания полевых, лабораторных и экспериментальных исследований, которые должны взаимно дополнять и контролировать друг друга.

Наилучший метод наблюдений – метод мониторинга на определенных стационарах с использованием современных датчиков, дистанционного зонирования.

Когда экосистему изучают без нарушения ее функционирования, это относится к наблюдениям, даже если в исследованиях применяют какую-либо аппаратуру, например датчику. Исследование, связанные с вмешательством состав или структуру экосистемы (введение дополнительных факторов – внесение удобрений, химических средств борьбы с вредными видами, орошение, осушение и др.), относятся к экспериментам. Они могут быть однофакторными или многофакторными (изучают один или несколько изменяющихся факторов), непреднамеренными антропогенными (отстрел волков в Канаде).

Наблюдаемые факторы проверяют на математических моделях, Часто применяют и биологические модели – экосистемы из организмов, создаваемых в лабораториях. Это промежуточный этап между природными экосистемами и математическими моделями.

Моделирование – основа научного анализа системной экологии. Процесс перевода физических, биохимических, биологических представлений об экосистемах в ряд зависимостей и операции над полученной математической системой называют системным анализом .

При моделировании стремятся создать упрощенную модель, сходную с оригиналом. Свойства и поведение модели можно эффективно исследовать, а данные изучения применить к оригиналу. Для моделирования используют различные методы, в том числе модели идеализированных экосистем из одной популяции при полном достатке элементов питания, отсутствии вредителей и болезней.

Моделирование природных процессов – метод анализа результатов исследований экологических проблем путем упрощения сложных экосистем, применения математических методов, кибернетики, ЭВМ. Степень детализации моделей зависит от уровня из вхождения в общую структуру системы, конкретных пространственно-временных характеристик моделируемых на определенных уровнях природных процессов. Модели общего характера отражают информационную взаимосвязь различных уровней экосистем, включают многофункциональные проявления объектов среды для прогнозирования путей эволюции экологических систем, создания моделей более совершенных экосистем по сравнению с существующими.

В экологии часто применяют колориметрические, хроматографические, спектрометрические, изотопные методы исследований.

Использование экологических исследований при землеустройстве и для земельно-кадастровой оценки земель. Информация, полученная в экологических исследованиях, должна быть использована при землеустройстве, решении важнейших вопросов кадастра и мониторинга земель, при оценке плодородия почв.

Особый интерес в этом отношении представляют:

данные о размещении загрязнителей (промышленных объектов различных отраслей хозяйства), о загрязнении воздушного бассейна, почв, вод и земель тяжелыми металлами, радионуклидами, минеральными удобрениями и пестицидами;

материалы по химическому составу почв, природных и сточных вод;

материалы по использованию земель, плотности населения;

различные тематические карты, в особенности почвенная, ландшафтная, экологическая;

экологические паспорта предприятий, в том числе и сельскохозяйственных.

В результате землеустроитель получает важные для работы сведения об экологическом состоянии территории, для которой достоверно может определить микрозоны – запретные (заповедники, зеленые зоны, ландшафтно-экологические ниши, миграционные коридоры, рекреационные территории и пр.), защитные и охранные (санитарно-защитные между животноводческими фермами, различными производственными объектами и жилыми массивами, промышленными объектами и сельскохозяйственными территориями, населенными пунктами, водоохранные и прибрежные полосы и др.), агроэкологические (земли незагрязненные и недеградированные, заболоченные, потенциально эррозионно опасные, различной степени дефлированности с смытости, а также загрязненные тяжелыми металлами, радионуклидами, пестицидами и другими вредными соединениями, сильнокислые или сильнощелочные земли и пр.).

Особенно важно использовать результаты исследований загрязненных и других деградированных земель на массивах сельскохозяйственных угодий, прежде всего на пашне, где возделывают культуры, продукция которых идет в пищу. При землеустройстве, ориентированном на экологически сбалансированное использование земель, следует учитывать также физическую деградацию почв, прежде всего переуплотнение, дегумификацию (потерю гумуса), антропогенные изменения осушаемых и орошаемых почв и их возможные негативные экологические последствия, воздействие кислотных дождей на почвы, загрязнение водных источников биогенными веществами и различными физическими соединениями. На основе этих данных принимают определенные землеустроительные решения (например, уточняют внутрихозяйственную специализацию, рассчитывают урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность угодий на перспективу, устанавливают состав, соотношение и размещение угодий, определяют различные мелиоративные и природоохранные мероприятия и пр.).

В проектах землеустройства в водоохранных зонах исключаются строительство жилых массивов и других объектов, прокладка дорог, распашка земель. Прибрежные полосы рекомендуется залужать и высаживать на них деревья. В зонах загрязнения запрещено возделывать культуры, употребляемые на корм животным и в пищу людям, рекомендовано выращивать технические культуры, идущие на промышленную переработку, многолетние травы на семена. Если же загрязнение тяжелыми металлами слабое, то можно выращивать культуры на слов.

Совершенствование структуры землепользования должно базироваться на концепции эколого-хозяйственного баланса территории. При организации территории обязательно должен быть соблюден баланс между антропогенной нагрузкой на земли и способностью территории к естественному самоочищению. При организации рационального землепользования необходимо учитывать экологическое воздействие сельскохозяйственного производства на земельные ресурсы.

Данные для оценки экологического воздействия аграрного производства на землю можно получить из ландшафтно-экологических карт. Характеристику компонентов ландшафтов, подверженных экологическим нарушениям, дают по качественным и количественным показателям. Так, загрязнение воздуха, воды и почв определяется по превышению предельно допустимых концентраций тяжелых металлов, радиоактивных веществ, различных химических веществ; водную эрозию оценивают по интенсивности смыва и пр.; заболевания людей определяют по статистическим данным.

Математические методы и моделирование.
При экологическом исследовании, которое обычно поводится на определённом количестве особей, изучаются природные явления во всём их разнообразии: общие закономерности, присущие макросистеме, её реакции на изменение условий существования и др. Но каждая особь, индивидуум неодинаковы, отличны друг от друга. Кроме того, выбор особи из всей популяции носит случайный характер. И лишь применение методов математической статистики даёт возможность по случайному набору различных вариантов определить достоверность тех или иных результатов (степень отклонения их от нормы, случайные отклонения или закономерности) и получить объективное представление о всей популяции.

Однако как только было установлено, что все биологические системы, в том числе и надорганизменные макросистемы, обладают способностью к саморегуляции, ограничиваться методами математической статистики стало невозможно. Поэтому в современной экологии широко применяются методы теории информации и кибернетики, тесно связанные с такими областями математики, как теория вероятности, математическая логика, дифференциальные и интегральные исчисления, теория чисел, матричная алгебра.

В различных областях биологии широко применяются так называемые живые модели. Несмотря на то что различные организмы отличаются друг от друга сложностью структуры и функции, многие биологические процессы у них протекают практически одинаково. Поэтому изучать их удобно на более простых существах. Они то и становятся живыми моделями. В качестве примера можно привести зоохлореллу, которая служит моделью для изучения обмена веществ; моделью для исследования внутриклеточных процессов являются гигантские растительные и животные клетки и т.д.

Основной задачей биологического моделирования является экспериментальная проверка гипотез относительно структуры и функции биологических систем. сущность этого метода заключается в том, что вместе с оригиналом, т.е. с какой-то реальной системой, изучается его искусственно созданное подобие – модель. В сравнении с оригиналом модель обычно упрощена, но свойства их сходны. В противном случае полученные результаты могут оказаться недостоверными, не свойственными оригиналу.

В зависимости от особенностей оригинала и задач исследования применяются самые разнообразные модели (рис. 1).

Реальные (натурные, аналоговые) модели, если таковые удаётся создать, отражают самые существенные черты оригинала. Например, аквариум может служить моделью естественного водоёма. Однако создание реальных моделей сопряжено с большими техническими трудностями, так как пока ещё не удаётся достичь точного воспроизведения оригинала.

Знаковая модель представляет собой условное отображение оригинала с помощью математических выражений или подобного описания.

Наибольшее распространение в современных экологических исследованиях получили концептуальные и математические модели и их многочисленные разновидности. Разновидности концептуальных моделей характеризуются подробным описанием системы (научный текст, схема системы, таблицы, графики и т.д.). Математические модели являются более эффективным методом изучения экологических систем, особенно при определении количественных показателей. Математические символы, например, позволяют сжато описать сложные экологические системы, а уравнения дают возможность формально определить взаимодействия различных их компонентов.

Читайте также: