Тема 10. Методы экологических исследований.

Системный подход к объектам исследования – организму, популяции, биоценозу, биотопу, как к неразрывной части экосистем. Методы исследования экосистем. Полевые эксперименты. Описательный метод – накопления количественных и качественных знаний. Сравнительный метод. Биологическая индикация. Многофакторные эксперименты системного анализа.

Краткий конспект лекций

Лекция №18.

МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

После работ А.Тенсли (1935), Г.Г. Винберга (1936), В.Н. Сукачева (1942) и формирования представления о том, что предметом экологии является экосистема, методом ее иследований явился системный подход, нашедший отражение в работах Л. Берталанфи (История и статус общей теории систем 1973), У. Эшби (Общая теория систем как новая научная дисциплина, 1969), Ю. Одума (Экология, 1986) и некоторых других ученых. В экологии используются методы исследований и понятия, применяемые и в других науках – биологии, математике, физике, химии и др. Многие же методы исследования свойственны исключительно экологии. Например, если исследования экологии особей (аутэкология) иногда близки исследованиям в области физиологии или биогеографии, то изучение популяций и биоценозов относится всецело к экологии.

Основные методы экологических исследований: полевые, экспериментальные исследования с использованием экосистемного, популяционного, эволюционного и исторического подходов, изучение сообществ и анализ местообитаний.

Экосистемный подход. При экосистемном подходе центром внимания исследователя является поток энергии и круговорот веществ между биотическим и абиотическим компонентами экосферы. Наибольший интерес представляет установление функциональных связей, таких как цепи питания живых организмов между собой и с окружающей средой. Все связи оцениваются по их воздействию на установленный объект.

Экосистемный подход выдвигает на первый план общность организации всех сообществ, независимо от местообитания и систематического положения входящих в них организмов. Это подтверждается простым сравнением водной и наземной экосистем. При резком различии среды обитания и образующих систему видов четко просматривается сходство структуры и функциональных единиц этих двух систем.

В экосистемном подходе находят приложение концепция саморегуляции (гомеостаза), из которой становится ясным, что нарушение регуляторных механизмов, например, в результате загрязнения среды, может привести к биологическому дисбалансу. Экосистемный подход важен при разработке стратегии развития сельского хозяйства.

Изучение сообществ. При изучении сообществ исследуют растения животных и микроорганизмы, которые обитают в различных биотических единицах (лес, луг, пустошь). Основное внимание уделяется определению и описанию видов, изучению факторов, ограничивающих их распространение.

Популяционный подход. В современных популяционных исследованиях используются математические модели роста, самоподдержания и уменьшения численности популяции тех или иных видов. Построение модели связано с такими понятиями как рождаемость, выживаемость и смертность. Популяционный подход обеспечивает теоретическую базу для понимания вспышек численности вредителей и паразитов, имеющих значение для медицины и сельского хозяйства. Дает возможность борьбы с ними с применением биологических методов, позволяет оценить критическую численность вида, необходимую для его выживания. Это особенно важно при организации заповедников, ведении сельского и лесного хозяйства, а теоретическом плане – при изучении вопросов эволюционной и исторической экологии.

Изучение местообитаний. Анализ местообитания особо выделяют в связи с удобством проведения исследований. Он широко распространен в полевых исследованиях, т.к. местообитания легко поддаются классификации. Здесь изучают биотические компоненты экосистемы, основные факторы окружающей среды – таким как почва, вода, влажность, температура, свет и ветер. Анализ местообитаний имеет тесные связи с экосистемным подходом и изучением сообществ.

Эволюционный и исторический подходы. Важный материал о характере вероятных будущих изменений можно получить, изучая, как экосистема менялась во времени. Эволюционная экология рассматривает изменения, связанные с развитием жизни на земле, позволяет понять основные закономерности, которые действовали в экосфере до того момента, когда основным фактором, влияющим на живую и неживую природу, стала деятельность человека. Эволюционный подход в исследованиях позволяет реконструировать экосистемы прошлого, используя палеонтологические данные и сведения о современных экосистемах.

Историческая экология изучает изменения, связанные с развитием человеческой цивилизации и технологии, их возрастающее влияние на природу, охватывая период от неолита до наших дней. Используя исторические подходы, можно выявлять долговременные экологические тенденции, которые невозможно установить только изучением современных экосистем. Таковы, например, изменения климата, конвергентная эволюция, расселения видов растений и животных. Исторический подход дает больше новых теоретических идей в сравнении с анализом местообитания.

В последнее десятилетие XX века успехи техники дали возможность на количественном уровне изучать такие сложные системы, как экологические. Необходимыми инструментами для этого послужили метод меченых атомов, новые физико-химические методы (спектрометрия, калориметрия, хроматография), дистанционные методы зондирования, автоматический мониторинг, математическое моделирование и т.д. Это позволило подсчитать биологическую продуктивность всей планеты, или тот природный фонд, которым располагает человечество, и максимально возможные нормы изъятия продукции для нужд растущего населения Земли. Конечной целью этих исследований есть выявление качественного и количественного распределения и воспроизводства органического вещества в интересах использования их человеком.

Итоги работы ученых поставили перед современным обществом задачу предотвращения нарушений биологического равновесия в масштабах всей планеты.

Литература: 1, 2, 6, 9.