Метод работы в области экологии



Методическую основу современной экологии составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования. Системный подход пронизывает большинство экологических исследований, так как любой объект экологии представляет собой систему или часть системы в силу всеобщей связи элементов живой природы. Разнообразие исследовательских и прикладных задач влечет за собой и разнообразие применяемых в экологии методов. Их можно объединить в несколько групп.
Методы регистрации и оценки состояния среды являются необходимой частью любого экологического исследования. К ним относятся метеорологические наблюдения; измерения температуры, прозрачности, солености и химического состава воды; определение характеристик почвенной среды, измерения освещенности, радиационного фона, напряженности физических полей, определение химической и бактериальной загрязненности среды и т.п. Эколог вынужден иногда вносить специальные изменения в технику этих измерений и проявлять немалую изобретательность, когда, например, нужно измерить температуру в гнезде высиживающей птенцов дикой птицы, определить состав воздуха в норе спящего сурка или уловить ничтожные колебания гравитационного и магнитного полей, по которым некоторые животные чувствуют приближение землетрясения.

r />К этой же группе методов следует отнести периодическое или непрерывное слежение — мониторинг — за состоянием экологических объектов и за качеством среды. Большое практическое значение имеет регистрация состава и количества вредных примесей в воде, воздухе, почве, растениях в зонах антропогенного, загрязнения, а также исследования переноса загрязнителей в разных средах. rB настоящее время техника экологического мониторинга быстро развивается, используя новейшие методы физико-химического и химического экспресс-анализа, дистанционного зондирования, телеметрии и компьютерной обработки данных. Важным средством экологического мониторинга, позволяющим в ряде случаев получить интегральную оценку качества среды, является биомониторинг и биоиндикация — использование для контроля состояния среды некоторых организмов, особо чувствительных к изменениям среды и к появлению в ней вредных примесей.
Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных лежат в основе изучения природных сообществ. Для этого применяются подсчеты особей на контрольных площадках, в объемах воды или почвы, маршрутные учеты, отлов и мечение животных, наблюдения за их перемещениями с помощью телеметрии и другие средства вплоть до аэрокосмической регистрации численности стад, скоплений рыбы, густоты древостоя, состояния посевов и урожайности полей.

учение динамики численности популяций потребовало введения в экологию методов демографии. Все это необходимо для овладения управлением экосистемами, для предотвращения гибели видов и сохранением биологического разнообразия и био- продукгивности экосистем.
Исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов составляют наиболее разнообразную группу методов экологии. В их число входят различные, подчас сложные и длительные наблюдения в природе. Ho чаще применяются экспериментальные подходы, когда в лабораторных условиях регистрируется воздействие строго контролируемого фактора на те или иные функции растений или животных, а также анализируется применимость полученных на животных результатов к экологии человека. Этим путем устанавливаются оптимальные или граничные условия существования. Так определяются критические и летальные дозы химических и других агентов, по которым рассчитывают предельно допустимые концентрации и воздействия, лежащие в основе экологического нормирования. Ясно, что в данном случае экология смыкается с физиологией, биохимией, токсикологией. Эколог использует применяемую в этих дисциплинах экспериментальную технику. Методы этой категории важны также при определении устойчивости экосистем и изучении адаптаций — приспособлений растений, животных и человека к различным условиям среды.

r />Методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сообществах составляют важную часть системной экологии. Здесь также важны натурные наблюдения и лабораторные исследования пищевых отношений, пищевого поведения, опыты с переносом «меток», например, радиоактивных изотопов, с помощью которых можно определить, сколько органического вещества и энергии переходит от одного звена пищевой цепи к другому: от растений — к травоядным животным, от травоядных — к хищникам. Особо следует упомянуть экспериментальную методику создания и исследования искусственных сообществ и экосистем, т.е. по существу лабораторное натурное моделирование взаимодействий организмов друг с другом и с окружающей средой. В ряде случаев для этих целей создают искусственные частично замкнутые и самоподдержи- вающиеся многовидовые системы — микрокосмы. Известны такие эксперименты с участием человека — «Биос-6» (Красноярск, Россия), «Биосфера-2» (Калифорния, США).
Методы математического моделирования приобретают все большее значение в экологии. Потребность в них для целей управления и прогнозирования очень велика. Существуют близкие к реальным процессам математические модели техногенных эмиссий, распространения загрязнителей в атмосфере, самоочищения реки. Намного сложнее моделирование экологических систем. В свое время были получены обобщенные аналитические модели многих экологических процессов. Ho реальные объекты экологии столь сложны, что с трудом поддаются строгому математическому описанию даже при значительном упрощении задач.

скольку в большинстве случаев речь идет о многоуровневых нелинейных задачах с большим числом переменных, аналитические решения практически невозможны, и на первое место выдвигаются численные методы имитационного моделирования, основанные на применении современной вычислительной техники.
В последние годы благодаря мощным компьютерам нового поколения и новым средствам программирования появилась возможность численного решения ряда сложных системных экологических задач. При этом все большее значение приобретают такие новые компьютерные методы, как применение технологии нейронных сетей и аппарата теории нечетких множеств. Быстро совершенствуются приемы глобального моделирования, доведенные до моделей, основанных на проблемно-прогнозном подходе. Они позволяют рассматривать варианты сценариев и строить обоснованные прогнозы глобального развития.
Методы прикладной экологии быстро развиваются. Ее важными средствами становятся: создание геоинформационных систем (ГИС-технологий) и банков экологической информации, относящихся к различным регионам, территориям, ландшафтам, агросистемам, промышленным центрам, городам; комплексный эколого-экономический анализ состояния территорий для целей экологической диагностики и оздоровления эколошческой обстановки; методы ииженерно-эколошческих изысканий, необходимых для оптимального размещения, проектирования, строительства и реконструкции.

ониторинг; экологическая аттестация и паспортизация хозяйственных объектов, предприятий, природно-производственных комплексов, территорий; экологическая экспертиза; оценка ожидаемых воздействий проектируемых и строящихся объектов на окружающую среду (ОВОС). 

Источник: bookucheba.com

Специфика предмета изучения экологии – анализ биологических систем различного уровня организации (организм, популяция, биоценоз, экосистема, биосфера).

Методическую основу современной экологиисоставляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента имоделирования.

Система – это совокупность взаимосвязанных элементов, образующих единство. Системный подход – это главный методический принцип в экологии. Он предполагает изучение элементов системы и взаимосвязей между ними. Для изучения биосистем могут применяться методы различных наук – биохимии, генетики, ботаники, микробиологии, анатомии, физиологии, зоологии, физики, математики и др. Экология давно уже перестала быть чисто описательной дисциплиной, в современной экологии преобладают количественные методы – измерения, расчеты и математический анализ.


Методы экологии можно разделить на 5 групп (Акимова, Кузьмин, Хаскин, 2001).

1. Методы регистрации параметров и оценки состояния окружающей среды.Они являются необходимой частью любого экологического исследования. К этим методам относятся метеорологические наблюдения, измерения влажности, температуры, освещенности, химического состава воздуха, воды и почвы, оценка техногенного загрязнения окружающей среды, растительных и животных организмов, регистрация показателей прозрачности и солености воды, физико-химических показателей почв, измерения радиационного фона, напряженности физических полей, бактериальной загрязненности, времени наступления фенологических фаз развития растений и других факторов.

К первой группе методов относятся также мониторинг – периодическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и качеством окружающей среды, и биоиндикация– использование для контроля качества среды некоторых особо чувствительных организмов к факторам экологической среды.

2. Методы количественного учета организмов, оценки биомассы и продуктивности растений и животных. Эти методы лежат в основе изучения природных сообществ – биоценозов.


я этого применяются подсчеты количества особей на контрольных площадках, в объемах воды, воздуха и почвы; маршрутные учеты; отлов и мечение животных; наблюдения за их перемещениями; аэрокосмическая регистрация численности стад, скоплений рыбы, густоты древостоев, состояния посевов, урожайности полей. Данная информация необходима для управления экосистемами, для предотвращения гибели видов и уменьшения снижения биологического разнообразия. Определение биомассы и продуктивности экосистем позволяет оценить биопродукционный потенциал отдельных территорий и акваторий, а также глобальный природный фон органического вещества и пределы его использования.

3. Методыисследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов — самая разнообразная группа экологических методов. Они осуществляются посредством наблюдения в природе и проведения экспериментов в лабораторных условиях.

Наблюдение это изучение биологической системы в естественных условиях путем фиксации определенных ее признаков

Эксперимент– это исследование, когда изучаемые объекты ставятся в условия, при которых можно изучать действие определенного фактора или группы факторов на систему. Эксперимент носит активный аналитический характер, поскольку может выявить причинно-следственные связи в анализе развития биосистем (например, влияние техногенного загрязнения на растения, действие мелиорации на растительность и животный мир, пестицидов на организмы, радиации на леса).


сперимент предполагает опыт, воспроизведение объекта познания, проверку гипотез о закономерностях связи явлений. Методом эксперимента устанавливаются оптимальные и граничные условия существования, критические и летальные дозы химических загрязнителей, предельно допустимые концентрации вредных веществ, лежащих в основе экологического нормирования. Этот метод очень важен при оценке сравнительной устойчивости видов растений и экосистем к действию экстремальных экологических факторов – морозоустойчивости, засухоустойчивости, газоустойчивости, солеустойчивости и др., а также при изучении адаптаций – приспособлений организмов к различным условиям среды. Эколог использует при осуществлении эксперимента специальную экспериментальную технику.

4. Методы изучения взаимоотношений между организмами в многовидовых сообществах составляют важную часть исследования экосистем. Они предполагают натурные наблюдения и лабораторные исследования пищевых отношений, проведение опытов с переносом «меток» радиоактивных изотопов, позволяющих определить количество органического вещества, переходящего от одного звена пищевой цепи к другому: от растений – к травоядным животным, а от травоядных – к хищникам. Особое значение имеет экспериментальная методика создания и исследования искусственных сообществ и экосистем – лабораторное моделирование природных взаимодействий организмов между собой и окружающей средой.


5. Кибернетические исследования и методы математического моделирования. Необходимость системного анализа и сложный характер взаимодействий в биосистемах вызывают потребность в использовании моделей для их адекватного описания (Кильчевский, Чернуха, Воробьева и др., 2001).

Модель – это физическое или знаковое подобие реального объекта, явления или процесса, а моделирование – метод исследования сложных объектов, явлений и процессов путем их упрощенного имитирования. Различают реальные модели, которые включают наиболее существенные элементы оригинала (например, аквариум как модель водной системы), и знаковые модели, которые описывают модель с помощью математических формул, схем, алгоритмов, таблиц. Математическое моделирование получило широкое распространение в экологии. Модели должны быть достаточно просты и в то же время должны отражать главные особенности биосистемы, то есть они должны быть адекватными. Реальные объекты экологии так сложны, что с трудом поддаются сложному математическому описанию. Так как в большинстве случаев эколог имеет дело с многоуровневыми нелинейными задачами с большим количеством переменных, то аналитические решения практически невозможны, и на первое место выдвигаются численные методы имитационного моделирования, основанные на применении современной вычислительной техники.


Главная цель построения и использования моделей в экологии – возможность прогнозирования динамики развития биосистем. Это особенно важно, если экосистема подвергается внешним, антропогенным воздействиям. Прогноз отдаленных экологических последствий техногенеза позволяет предвидеть и уменьшить негативные эффекты, вносить коррективы в принимаемые решения. Приемы глобального моделирования, доведенные до моделей, основанных на проблемно-прогнозном подходе, позволяют рассматривать варианты сценариев и строить обоснованные прогнозы глобального развития.

Наблюдения, эксперименты и моделирование используются в Национальной системе мониторинга окружающей среды.

Источник: studopedia.org

Чем занимаются экологи

В чем суть экологии? Если можно так выразиться — чем она занята? Эта наука стремится в общих чертах понять и объяснить механизмы взаимодействия организмов друг с другом и с неживой природой. При разработке общих теорий экологи создают модели отдельных явлений. На их основе могут быть сделаны прогнозы, доступные для проверки. Если прогноз не сбывается, то модель либо исправляют, либо отбрасывают. Те модели и теории, которые недостаточно хорошо совпадают с действительностью, постепенно заменяют другими — лучше отражающими реальный мир.

Путаница
в терминах

Для выработки разумных экологических принципов нужно обладать так называемой биологической интуицией, основанной на знании естественной истории. Вряд ли следует ожидать, что даже самые изящные и сложные модели правильно отобразят окружающий мир. Особенно мало вероятно это, если в их основу положены ошибочные биологические допущения. Следовательно, для занятий современной экологией необходимо обладать определен­ными знаниями в области биологии и математики, а также иметь всестороннюю научную подготовку.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ
 
Вводная глава Что такое экология?
1. Необходимость появления науки и ее лидеры в разное время
2. Предмет и методы экологии
3. Связь экологии с другими науками
4. Область экологии — охрана природы
Глава I Факторы и ресурсы среды
1. Классификация факторов
2. Действие физических и биотических факторов
3. Классификация ресурсов
4. Описание основных ресурсов
Глава II Экология особи (аутэкология)
1. Приспособление организмов к условиям среды
2. Некоторые экологические закономерности
3. Закономерности биологических ритмов
Глава III Основы учения о популяции
1. Популяционная экология, характеристики популяций
2. Закономерности в обеспеченности ресурсами
3. Учение об экологической нише
4. Перекрывание ниш и смещение признаков
5. Динамика численности популяций
Глава IV Биоценозы, экосистемы, биосфера
1. Экология сообществ (биоценология)
2. Эволюция сообществ (учение о сукцессии)
3. Некоторые проблемы биоценологии
4. Биосфера Земли
Глава V Экосистемы урбанизированных ландшафтов
1. Разнообразие населения разнообразие биоценозов
2. Экология городской фауны и формирование сообществ
Глава VI Биоценотические закономерности эволюции городов
1. Особенности городских экосистем
2. Колонизация городов организмами из окрестных биоценозов
3. Проявление экологических закономерностей в эволюции городов
4. Стратегия охраны природы
Глава VII Законы экологии и деятельности человека
1. Поле сельскохозяйственных культур с точки зрения эколога
2. Смягчение экологических последствий введения монокультуры
3. Глобальные воздействия человека на природу
4. Изменять или сохранять природу
Глава VIII Природоохранное законодательство России
1. Российский Закон об охране окружающей среды
Приложение
Хартия экологических прав и обязанностей
отдельных лиц, групп и организаций
Краткий словарь терминов
Рекомендуемая литература
 

«Экология» и «окружающая среда» — слова, часто встречающиеся в новостях теле- и радиопередач. Их почти всегда связывают с проблемой взаимоотношения человека и природы. Этими понятиями часто злоупотребляют, подразумевая под экологией прежде всего экологию человека. С появлением моды на слово оно обычно утрачивает свой первоначальный смысл. Возникают непонятные для эколога выражения журналистов и политиков, удивительные сочетания слов: «эколо­гизация общества», «экология души», «экологически чистые про­дукты». Они подхватываются в силу своей звучности. Один воз­глашает: «Защитим экологию!», другой сокрушается: «Экология не позволяет отдыхать!». Кто-то уже «воздействует на экологию», другой «борется за нее». Между тем содержание понятия «экология» в современном обществе должно быть ясным для всех.

 

Задачи
обучения
экологии

Определенные проблемы, с которыми мы сегодня сталкиваемся (загрязнение воздуха, воды, проблема пестицидов…), наглядно демонстрируют, что может произойти в результате неразумного использования экологических систем, идущего вразрез с главными экологическими принципами. Отсюда и цель нашего курса — освоить основные понятия и закономерности экологии и применять эти знания при рассмотрении природных явлений. Кроме того, нужно научиться смотреть на природу глазами эколога и, не занимаясь экологией специально, понимать суть окружающих нас явлений. Знание закономерностей экологических процессов поможет понять, что такое овраг или поле пшеницы. Это же позволит отдавать себе отчет в том, к чему ведут глобальные преобразования природы, почему нельзя делить организмы на полезные и вредные.

 

Определения
экологии

Экологии давали различные определения, например: «научная естественная история», «наука о структуре и функции природы», «социология и экономика животных», «биономика», «наука о распределении и обилии организмов» и «наука о взаимоотношении организмов с окружающей средой». В начале нашего века экологию определяли как изучение животных в их домашней обстановке.

Определение, наиболее отвечающее сути науки, — «наука о взаимоотношениях организмов с окружающей средой», если понимать под «окружающей средой» сумму всех физических и биологических факторов, оказывающих влияние на конкретный организм. Это определение и стало самым распространенным. Экология развивалась, и реальный ее предмет стал шире, чем можно представить из приведенного определения. Вероятно, лучше всего можно определить содержание современной экологии, исходя из представления об уровнях организации живого — биосфера, сообщество, популяция, организм, орган, клетка, ген. В результате взаимодействия живого с окружающей физической средой (веществом и энергией) возникают на каждом уровне определенные функциональные системы. Экология изучает главным образом системы, начиная с уровня организма и до биосферы. Хотя эти системы вполне самостоятельны для изучающего, но он должен отдавать себе отчет в том, что все уровни организации взаимосвязаны и взаимозависимы. Так, организм не может долго существовать вне популяции, а популяцию невозможно представить без сообщества. Это же объясняет, почему человеческая цивилизация не может существовать независимо от природы.

Несколько слов о современном определении науки. Их существует множество и общепризнанного нет. Разные школы экологов выработали свои определения и придерживаются их. Мы используем определение этой науки, предложенное Э. Пианкой — «наука, изучающая отношения между организмами и всеми физическими и биологическими факторами, в совокупности воздействующими на данные организмы или находящимися под влиянием последних». Следовательно, экология рассматривает то, как организм влияет на свое окружение и как, в свою очередь, это окружение влияет на него самого.

В определении Э. Пианки все это заложено, там отмечены три особенности взаимодействия живого: взаимодействия между организмами; влияние на них неживой природы; а также изменения, которые вносят организмы в окружающую их неживую среду. Взаимодействия организмов — это связи, возникающие между ними, и этого мы уже касались выше. Воздействие среды на организм многообразно, практически все элементы среды влияют на живое, и поэтому их называют экологическими факторами. Классификации таких факторов и их особенностям в этой книге посвящена целая глава.

Что касается преобразований, которые вносят организмы в течение жизни в среду своего обитания, то их так много и они так разнообразны, что даже трудно их проклассифицировать. Представьте себе массив леса, который вырос в степи, — лесопосадки, он изменит здесь и климат, и водный режим, и, конечно, состав растений и животных.

Любая мышь в процессе своей жизни производит огромную работу, изменяя среду. Она избирательно поедает растения и животных, влияя на разнообразие их видов. Она роет норы, изменяя тем самым состав и структуру почвы, ее аэрацию и обводнение. В норы зверек тащит запасы пищи, подстилку для гнезда. Они, частично перегнивая, увеличивают здесь гумусный слой. В подземном жилище мыши обитают ее многочисленные сожители: клещи, нематоды, блохи, а также другие насекомые и их личинки. Без «галереи» норы вся эта фауна не смогла бы здесь жить. Так что мышь своим трудом изменила и состав почвенной фауны своего местообитания.

2. Законы (правила) экологии

Молодые и особенно комплексные биологические науки, подобные экологии, не столь точны, как более старые и устоявшиеся, например, физика или химия. По мере своего развития каждая наука становится все более абстрактной, и ее гипотезы совершенствуются до тех пор, пока не достигнут статуса законов. В экологии к настоящему времени мало твердо установленных законов, но зато много гипотез. (Наука должна иметь свои специфические законы, иначе ее нельзя называть наукой.) Ближе всего
к понятою закона в биологии находится концепция естественного отбора. В экологии этому статусу уже удовлетворяет закон конкурентного исключения (иначе его называют «теорема Гаузе»). Выделено в экологии и большое количество закономерностей, связанных либо с адаптациями животных к внешней среде (правила: Бергмана, Аллена, мехового покрова), либо с соотношениями в сообществах животных и растений различных структурных единиц (закономерности экологической сукцессии, энергетические правила, зависимость между сложностью и устойчивостью в экосистеме). К экологическим нужно отнести и такой общебиологический закон, как закон толерантности («правило Шелфорда»).

Таким образом, экология, имея свои специфические законы, уже удовлетворяет статусу науки.

3. Немного о методиках

Для экологических исследований используются различные методы. Поскольку экологам приходится изучать как сами организмы, так и их группировки, а кроме того, еще и окружающую среду, учитывая изменения ее физических параметров, то естественно, что экологическое исследование всегда имеет комплексный характер. Оно осуществляется не с помощью одного какого-то метода, а с использованием их сочетаний. В последние годы большое развитие получили стационарные круглогодичные и многолетние исследования целых экосистем. Они-то и позволили раскрыть динамику жизни популяций, биоценозов в связи с условиями обитания, географическими зонами, сезонами года. Для современных экологических исследований характерно то, что они основываются на количественных оценках изучаемых процессов. Поэтому если зоологи или ботаники ведут экологическое исследование, то они должны собирать количественные данные об организмах и одновременно об изменениях условий их обитания. Такими могут быть: абсолютная и относительная численность животных и растений, их плотность в данном месте, возрастная и половая структуры популяции и другие оценки, а кроме того, характеристики климата: изменения температуры, влажности, давления. Все это обязательные требования к экологическим исследованиям. Обработка сведений подобного рода требует применения методов математической статистики.

В последние годы значительно возросла роль лабораторных методов в экологических исследованиях. Эти приемы позволяют глубже познать экологические особенности организмов. В них (при их проведении) можно точно дозировать воздействие факторов среды и определять зависимость изменений живого от каждого из них. Такие исследования дают возможность раскрыть внутренние и межвидовые взаимодействия компонентов искусственных популяций при различной их плотности и других характеристиках. Лабораторному анализу весьма способствует широкое использование в экологических исследованиях методик физиологических, биохимических и других экспериментов.

Как в полевых, так и в лабораторных работах все большее значение приобретают современные дистанционные методы: теле- и радиослежение за животными, радиоизотопное мечение. Эти приемы расширяют исследовательские возможности эколога. Создана уже целая индустрия полевых экологических приборов.

Теоретическая экология, самая молодая область науки, занимается экологическими аспектами эволюции, проблемами биоценологии и хронобиологии. Здесь широко используются принципы системного анализа, математическое моделирование. Экология становится одной из самых математизированных биологических дисциплин. Вызвано это и тем, что она часто сталкивается с невозможностью экспериментальной проверки гипотезы. В таких случаях приходится классифицировать и предсказывать события без воспроизведения их в лаборатории. Конечно, нужно помнить, что математические расчеты представляют собой лишь модель и фактически выражают только исходную гипотезу.

 Метод работы в области экологии


1. Как вы объясните, чем занимается экология?

2. Отчего термин «экология в настоящее время часто теряет первоначальный смысл? Хорошо ли это? (Дискуссия в классе).

3. Определить науку экологию.

4. Какие три особенности взаимодействий живого обязательно учитываются в экологическом исследовании?

5. О каких законах (правилах) экологии вы слышали?

6. Что вы знаете о полевых и лабораторных методах в экологии?

 

Источник: ecodelo.org


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.