Методы экологических исследований

Объектом исследования служат не единичные особи, а популяции и их сообщества, т.е. биологические макросистемы.

Многообразие связей формирующихся на уровне макросистем, обуславливают разнообразие методов экологических исследований.

Большое значение для экологии имеют полевые исследования, т.е.
изучение популяций и их сообществ в естественной обстановке. При этом
используются методы: физиологии, биохимии, анатомии, химии (измерение
температуры, прозрачности, химического состава почвы и воды, радиационного
фона, освещенности, определение бактериального и химического загрязнения
среды и т.д.)

Полевые методы позволяют установить результат влияния на организм или популяцию определенного комплекса факторов, влияющих на развитие вида в конкретных условиях.

I!

Большое значение имеет мониторинг, позволяющий периодически или непрерывно следить за состоянием экологических объектов. Для мониторинга используются методы физико-химического экспресс анализа, зондирование, телеметрии и компьютерной обработки полученных данных '

Использование методов демографии, т.е. изучение динамики численности популяций получило широкое распространение при изучении состава популяций, а также для предотвращения гибели видов и повышения биопродуктивности экосистем.

Другим не менее важным является эксперимент, задача которого выяснение причин наблюдаемых в природе отношений.-

Экологические экспериментальные методы позволяют проанализировать

влияние на развитие организма отдельных факторов в искусственно созданных

условиях и изучать экологические механизмы, обуславливающих его нормальную жизнедеятельность.

В экологическом эксперименте изучается влияние отдельных факторов на

вид, популяцию или сообщество.

Экологическое исследование проводится на определенном количестве особей, выбор которых во многом случаен. Поэтому необходимо применять методы математической статистики, чтобы по случайному набору различных вариантов определить достоверность тех или иных результатов (степень отклонения* их от нормы, случайны отклонения или закономерны) и получить объективное представление о всей популяции.

На сегодняшний день большое применение получили методы теории информации кибернетики, использование теории вероятности математической логики, дифференциальных и интегральных исчислений, теории чисел, матричной алгебры и др.

В современной экологии широкое распространение получило моделирование биологических явлений, т.е. воспроизведение в искусственных условиях различных процессов, свойственных живой природе. Примером биологических моделей может служить аппарат искусственного кровообращения, искусственная почка, искусственные легкие, протезы 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 реальной системой изучается его искусственно созданное подобие - модель. Применяя этот метод и современные компьютерные программы стало возможно не только создавать различные экологические сценарии, но и давать и обосновывать экологические прогнозы.

I:

Экосфера: составляющие экосферы и ее функции. Среда и пределы жизни в экосфере.

Термин «биосфера» (от греч. bios -жизнь и sphaira- шар) впервые введено в

биологию Ж.-Б. Ламарком в начале XIX столетия а Э. Зюсс в конце XIX века

ввел в геологию термин «экосфера» Под «экосферой» он понимал область

жизни в котором распространены живые существа.

Стройное, целостное учение о «экосфере» как «области жизни» принадлежит академику В.И. Вернадскому. Согласно его определению

«Экосфера» - это одна из геологических оболочек земного шара, глобальная

система Земли, в которой геохимические и энергетические превращения

определяются суммарной активностью всех живых организмов- живого вещества.

В.И.Вернадский выделил в «экосфере» три главных компонента:

- живое вещество - вся совокупность живых организмов

-минеральные вещества, биокосное вещество которое включается живым веществом в биогенный круговорот

-продукты жизнедеятельности живого вещества, биокосное вещество которое

может временно не участвовать в биогенном круговороте.

Живое вещество является очень активным в химическом и геологическом плане. При его участии образуются органические осадочные породы -биогенные вещества и биокосное вещество.

Различают пять основных функций живого вещества:

- энергетическая функция (в основе этой функции лежит фотосинтез зеленых растений, в результате которого происходит аккумуляция солнечной энергии и дальнейшее ее перераспределение между компонентами биосферы)

- газовая функция ( обуславливает миграцию газов и формирование газового состава атмосферы)

- концентрационная функция (заключается в избирательном накоплении биогенных элементов окружающей среды различными организмами)

- окислительно-восстановительная функция ( заключается в химическом

I!

превращении различных химических веществ)

- деструкшюнная функция (обуславливает разложение организмов после

¹ 'и их смерти и минерализацию органического веществу, т.е. превращение»

живого вещества в косное). Современная биосфера это сложная система, состоящая из многих компонентов, которая охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Жизнь в литосфере концентрируется в поверхностном слое, земли- почве. Вернадский В.И. характеризовал почву как биокосное тело, состоящее

одновременно из живых веществ и неживых или косных. Почва это достаточно сложная структура, химические свойства которой зависят и от минерального

состава и от органических веществ. Минеральные частицы занимают в зависимости от типа почв (песчаные, глиняные и т.д.). 40-70%. Отдельные минеральные частицы могут склеиваться друг с другом и пространство между ними может заполняться воздухом или водой.

Структура почвы, ее механический состав (галька, гравий, песок и т.д.),степень аэрации, влажность, влагоемкость, типы распределения корней

древесных и травянистых растений - важные условия обитания в ней живых

организмов.

Другим не менее важным компонентом почвы является органическое

вещество, одна часть которого формируется в самой почве, а вторая часть

попадает из наземных экосистем. В состав органического вещества входят

белки, жиры, углеводы и другие биополимеры, образующиеся при разложении

мертвых организмов.

Распространение жизни в литосфере: микроорганизмы встречаются до 15км

в глубину, хотя большинство из них сосредоточено в почве. Беспозвоночные

животные обитают в верхних слоях почвы. Норы и ходы грызунов, насекомых

и червей проникают обычно на 5-7 метров в глубину.

Докучаев В.В. сформулировал закон зональности почв. В пределах
почвенных зон формируются специфические группы растений, животных и
микроорганизмов.

Гидросфера или водная оболочка.

Гидросфера занимает около 71% площади земного шара. Более 98% воды сосредоточено в морях и океанах, 1,24 % представлена полярными льдами и только 0,45 % это пресная вода рек, озер и т.д.

В водной среде обитает примерно 150 000 видов животных и 10 000 видов растений.

Водная среда оказывает большое влияние на животные и растительные

организмы, которые в свою очередь также воздействуют набреду обитания,

перерабатывая ее и вовлекая ее в круговорот веществ. Современная гидросфера это продукт жизнедеятельности живого вещества прошлых и современных геологических эпох.

Большое значение для существования организмов имеют физико-химические

свойства воды: ее подвижность, температура, плотность,

вязкость, прозрачность, соленость, световой режим и химический состав и

концентрация водородных ионов (рН)

Важнейшими экологическими факторами являются кислород и углекислый газ. Кислород играет огромную роль для жизнедеятельности водных организмов. Он поступает и накапливается в воде двумя путями: из атмосферы или в результате фотосинтетическои деятельности зеленых растений и простейших.

Углекислый газ может поступать из атмосферы, его щеточником являются также карбонаты и бикарбонаты щелочных и щелочноземельных металлов. Он участвует в фотосинтезе зеленых растений и принимает участие в формировании известковых образований беспозвоночных животных.

pH для большинства пресноводных рыб от 5 до 9. рН меньше 5 и больше 10 приводит к массовой гибели рыб. Организмы находящиеся в воде можно разделить на две группы: - нектон ( активно передвигающиеся животные- планктон (организмы не обладающие способностью к быстрым
передвижениям) Планктон подразделяется на зоопланктон (мелкие животные)
и фитопланктон (растения).

Планктонные организмы являются важным пищевым компонентом многих

водных организмов.

Жизнь распространена в гидросфере по всей ее толщине. Нижней ее i

границей можно назвать глубину до 11 км.