Т.А. Акимова, A.П. Кузьмин, В.В. Хаскин
Экология. Природа - Человек - Техника
Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 343 с.
Глава 1. Предмет экологии. Методы и задачи
1.4. Методы экологии
Методическую
основу современной экологии составляет сочетание системного подхода,
натурных наблюдений, эксперимента и моделирования. Экология давно уже
перестала быть чисто описательной дисциплиной, сейчас в ней преобладают
количественные методы - измерения, расчеты, математический анализ. Системный
подход пронизывает большинство экологических исследований, так как любой объект
экологии имеет системную природу. В системном подходе объединяются
аналитические и синтетические приемы исследования. 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 воды и анализ ее химического состава;
определение характеристик почвенной среды, измерения освещенности,
радиационного фона, напряженности физических полей, определение химической и
бактериальной загрязненности среды и т.п.
К
этой же группе методов следует отнести мониторинг -
периодическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и
за качеством окружающей 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. В 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 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. Изучение динамики численности
популяций потребовало введения в экологию методов демографии. Все это
необходимо для овладения управлением экосистемами, для предотвращения гибели
видов и снижения биологического разнообразия и биопродуктивности экосистем. Определение
биомассы и продуктивности различных сообществ организмов позволяет оценить
биопродукционный потенциал отдельных территорий и акваторий, а также глобальный
природный фонд органического вещества биосферы и пределы его использования.
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. Но 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. В частности,
так определяются критические и летальные дозы химических и других агентов, по
которым рассчитывают предельно допустимые концентрации и воздействия, лежащие в
основе экологического нормирования. 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 адаптации - приспособлений
растений, животных и человека к различным условиям среды.
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, какое
количество 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 самоподдерживающиеся многовидовые системы.
Кибернетические исследования и 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
эмиссии, распространения загрязнителей в атмосфере, самоочищения реки. Намного
сложнее моделирование экологических систем. В свое время были получены
обобщенные аналитические модели многих экологических процессов. Но реальные
объекты экологии столь сложны, что с трудом поддаются строгому математическому
описанию даже при значительном упрощении задач. Поскольку 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 количественного 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 экологической обстановки;
- методы
инженерно-экологических изысканий, необходимых для оптимального размещения,
проектирования, строительства и реконструкции гражданских и хозяйственных
объектов;
- методы
экологически ориентированного проектирования хозяйственных и гражданских
объектов, основанные на принципах и расчетах экологического соответствия;
- технологические
методы снижения отходности, побочных эмиссии и коэффициентов вредного действия
производственных комплексов, процессов, устройств и изделий;
- методы
оценки влияния техногенных загрязнений и деградации окружающей среды на
здоровье людей и состояние природных систем;
- методы
контроля экологической регламентации хозяйственной деятельности: экологический
мониторинг; экологическая аттестация и паспортизация хозяйственных объектов,
территориальных природно-производственных комплексов; экологическая экспертиза;
оценка ожидаемых воздействий проектируемых и строящихся объектов на окружающую
среду.
|