Объекты исследования, методы и основные задачи экологии

Термин "экология" происходит от греческих слов oikos (ремонт, дом, местопребывание, убежище) и logos (учение). Его предложил известный немецкий естествоиспытатель Брнст Геккель в 1866 для обозначения необходимой, по его мнению, науки о взаимодействии и взаимовлиянии живых существ и их окружения. По Э. Геккелем, экология - это наука о закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях между собой и с условиями среды.

Современная экология является одной из фундаментальных наук о взаимоотношениях живой и неживой природы, новой философией человечества, находится на стадии формирования.

Экология - это наука о среде нашего обитания, его живые и неживые компоненты, их взаимосвязь, формирует условия жизни и развития всех экосистем. Экологическая деятельность ныне - один из основных составляющих любой сферы человеческой деятельности: промышленное производство, энергетики, сельского и лесного хозяйства, транспорта, научных исследований, военного дела, культуры, религии и др. Все решения, связанные с использованием природных или человеческих ресурсов, с вмешательством в процессы жизнедеятельности биосферы, следует принимать с учетом ближайших и отдаленных последствий.

Экология изучает как влияние факторов окружающей среды на отдельные организмы, так и взаимосвязи между живыми существами, образование более сложных систем до уровня всей биосферы. Несмотря на это, основным объектом традиционных экологических исследований можно считать экосистемы нашей планеты разного уровня организации (в зависимости от глубины исследований) и их элементы. Главным предметом исследований экологии являются взаимосвязи (их особенности и развитие) живых организмов, их групп различных рангов, живых и неживых компонентов экосистем, а также характер влияния природных и антропогенных факторов на функционирование экосистем и биосферы в целом.

Большинство терминов, употребляемых в экологии, заимствованные из других наук и имеют префикс «эко». Также используют большое количество понятий из естественных наук: физики ("масса", "энергия", "освещенность", "влажность" и т.д.), химии ("элементы", "молекулы", "кислотность воды"), а также биологии, географии , геологии и т.

Методологической основой современной экологии является: во-первых, системный подход, а во-вторых, такие методы исследований

  • полевые (натурные) наблюдения,
  • прямой эксперимент,
  • моделирование (использование искусственных моделей с основными свойствами реальных систем).

Поскольку для эффективного решения экологических проблем необходимо иметь фактический и научный материал геохимического, геофизического, биохимического, биологического, медицинского, физического, химического, геологического, социального, экономического и иного характера, а также возможность статистической обработки, программирования, моделирования различных процессов, синтезирования и прогнозирования, современная экология использует все эффективные, новейшие методы и аппаратуру этих наук - и естественных, и технических, и социальных.

Итак, современная экология в своих исследованиях использует широкий арсенал методов, как традиционных, так и новых. Среди них, например:

  • Статистический метод, позволяющий получать, обрабатывать и анализировать первичные статистические материалы.
  • Балансовый метод позволяет сопоставлять природные ресурсы с темпами использования.
  • Сравнительный метод предполагает изучение объектов путем сравнения с другими. В экологии часто сравнивают загрязненные экологически чистые территории.
  • Широко используют сравнительно простые методы математической статистики, а именно: обработку вариационных рядов с определением математического ожидания, дисперсии, среднего квадратичного отклонения, получения интенсивных и экстенсивных показателей для сравнения и т.

В последние десятилетия в изучении экологических проблем биосферы все большее значение придается аэрокосмическим методам исследования. Сейчас во многих странах созданы и функционируют глобальные экспериментальные системы изучения природных ресурсов, в которые входят водный, наземный и ракетно-космический комплексы сбора информации и наземный комплекс ее приема, обработки, хранения, распространения и использования. Специфика применения космических съемок и получения с их помощью новой информации обусловлена их обзорностью, возможностью изучения поверхности Земли на разных уровнях генерализации.

Аэрокосмические методы позволяют оценить в динамике все процессы, происходящие в локальном, региональном или глобальном масштабах. Так, скажем, 1975 именно этим методом было зарегистрировано пилосольови бури, которые несли ядовитые для растений хлориды с территории, которая совсем недавно была морским дном. В 1986 космическое съемки, проведенное японским спутником, зафиксировало распространение по территории Европы чернобыльских радионуклидов, начиная от второго дня аварии.

Методы экологической индикации позволяют определить состояние и свойства экосистем по видовому составу и соотношению между собой определенных (эталонных) групп видов. Для проведения постоянных наблюдений широко применяют метод экологического мониторинга. Мониторинг бывает локальным, региональным или глобальным (соответственно, наблюдают за изменениями в определенной местности, регионе или в биосфере в целом). Особенно важен мониторинг эталонных заповедных участков, поскольку позволяет наблюдать за функциональными (производительность, круговорот веществ и энергии) и структурными (видовое разнообразие, численность видов и т.д.) изменениями в определенных экосистемах. Мониторинг осуществляется с помощью автоматических и дистанционных устройств, что дает возможность собирать информацию на участках, на которых проводить непосредственные наблюдения сложно или вовсе невозможно.

С помощью методов математического моделирования можно установить взаимосвязи организмов в экосистемах (пищевые и непищевые), зависимость изменений численности (производительности) популяций от воздействия экологических факторов и др. Математические модели позволяют прогнозировать возможные варианты развития событий, выделять отдельные связи, комбинировать их (например, количество особей промысловых животных можно изымать из природных популяций, чтобы не снизить их плотности, предусматривать вспышки численности вредителей, последствия антропогенного воздействия на отдельные экосистемы и биосферу в целом).

Разнообразные методы экологических исследований можно объединить в несколько групп.

  1. Первая группа включает разнообразные методы исследования оценки состояния природной среды, а именно: метеорологические наблюдения; определения характеристик водной среды (измерения температуры, прозрачности, солености и химического состава воды); определения отдельных характеристик почвенного среды; замеры радиационного фона; определения степени загрязненности среды; экологический мониторинг - периодическое или непрерывное слежение за состоянием и качеством среды.
  2. Ко второй группе относятся методы исследования влияния факторов окружающей среды на жизнедеятельность организмов, которые включают эксперименты в лабораторных условиях. Именно с помощью этих методов определяются критические дозы вредных веществ, по которым рассчитывают предельно допустимые концентрации (ПДК) для различных видов экологического нормирования.
  3. Третью группу составляют методы изучения взаимоотношений между организмами - это натурные наблюдения и лабораторные исследования пищевых цепей, а также разнообразные опыты. Новой является экспериментальная методика создания и исследования искусственных экосистем, по сути, является лабораторным натурным моделированием взаимодействий организмов между собой и средой обитания. Для этого создают искусственные частично замкнутые многовидовые системы - так называемые микрокосм.
  4. Четвертая группа методов охватывает методы математического моделирования, особенно важными для целей экологического управления и прогнозирования. Уже существуют достаточно близкие к реальным процессам математические модели техногенных загрязнений, их распространения в атмосфере, самоочищения водоемов и др. Сложнее моделировать экологические системы, поскольку реальные объекты экологии очень трудно поддаются четкому математическому описанию. Сегодня благодаря мощным компьютерам нового поколения и средствам программирования появились возможности решения сложных системных экологических задач. Все большее значение приобретают такие методы, как применение технологии нейронных сетей и аппарата теории нечетких множеств. Совершенствуются приемы глобального моделирования с использованием моделей, основанных на проблемно-прогнозном подходе и позволяют рассматривать варианты сценариев (прогнозов) глобального развития.
  5. В отдельную группу объединяют методы прикладной экологии, включая такие виды исследований:
    • Создание геоинформационных систем (ГИС-технологий) и банков экологической информации, разрабатываются по отдельным регионам, экосистемами, промышленными центрами и т.п.;
    • Инженерно-экологические исследования для проектирования, строительства и реконструкции гражданских и хозяйственных объектов;
    • Исследование влияния техногенных загрязнений на окружающую среду и здоровье людей;
    • Методы разнообразного экологического контроля хозяйственной деятельности - экологической паспортизации объектов, экологическую экспертизу и т.д.

Это далеко не полный перечень методов исследования современной экологии. Конечно, все они предназначены для решения определенных целей и задач.

Среди задач экологии первоочередными являются следующие:

  • Изучение общего состояния современной биосферы, условий его формирования и причин изменений под воздействием природных и антропогенных факторов;
  • Прогнозирование динамики состояния биосферы во времени и пространстве;
  • Разработка путей гармонизации взаимоотношений общества и природы с учетом основных экологических законов;
  • Сохранение способности биосферы к самоочищению, саморегулированию и самовосстановлению;
  • Исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенными воздействиями на природные экосистемы и биосферу в целом;
  • Научное обоснование рациональной эксплуатации природных ресурсов, прогнозирование изменений природы в результате деятельности человека и управления биосферных процессов, а также сохранения среды обитания человека;
  • Разработка системы мероприятий, обеспечивающих минимум применения химических средств борьбы с вредными видами;
  • Экологическая индикация свойств тех или иных компонентов экосистем, в т. Ч. Индикация загрязнения природной среды;
  • Восстановление нарушенных природных экосистем, в т. Ч. Рекультивация выведенных из использования сельскохозяйственных угодий, восстановление пастбищ, плодородия истощенных почв, продуктивности водоемов и др .;
  • Сохранение (консервация) эталонных участков биосферы;
  • Разработка технологических, инженерных и проектно-конструкторских решений, минимизирующих ущерб, нанесенный окружающей среде и здоровью человека;
  • Прогнозирование и оценка возможных негативных последствий действующих и проектируемых предприятий (технологических процессов) для среды, человека, живых организмов, различных отраслей хозяйства;
  • Своевременное выявление и дальнейшая корректировка тех технологических процессов, которые разрушают окружающую среду, угрожают здоровью человека и негативно влияют на природные экосистемы.

Итак, сейчас экология как наука наиболее обще рассматривается как система знаний о взаимодействии природы и общества, как междисциплинарный синтез наук о структуре и функционировании природных и общественных систем в их взаимосвязи. Экология прошла долгий путь становления, начиная от изучения природы сначала на уровне отдельных организмов, затем - на популяционном уровне и в конце концов - на экосистемном, но исследования почти не выходили за пределы биоэкологических. Есть у человека и ее влияния на среду обитания она довольно длительное время почти не касалась.

Только на современном этапе развития пришло понимание, что "все связано со всем", и лидером становится глобальная экология - учение о всех и обо всем. Именно глобальная экология обобщает всю полученную информацию и разрабатывает планы и программы рационального природопользования на разных уровнях, создает научные основы экономики природопользования, формирования региональной и национальной экологической политики, заключения международных соглашений, охраны окружающей среды, то есть определение стратегии сбалансированного развития человечества, сохранения биосферы и жизни на земли. Природные закономерности изучаются уже на биосферном уровне.

Современная экология считается наиболее интегральной наукой, поскольку использует методы и достижения практически всех наук и таким образом сочетает в себе точные, социальные и гуманитарные науки. Это можно объяснить огромным разнообразием и сложностью объектов изучения экологии, которая исследует как влияние факторов окружающей среды на отдельные организмы, так и взаимосвязи в сложных системах вплоть до уровня всей биосферы.

Поэтому основным объектом экологических исследований являются экосистемы нашей планеты на разных уровнях организации.

Предметом - взаимосвязи живых и неживых компонентов экосистем, а также влияние различных факторов (природных и антропогенных) на функционирование экосистем и биосферы в целом.

Подходящими являются и задачи: 

  1. изучения общего состояния биосферы и ее изменений под влиянием деятельности человека;
  2. прогнозирования динамики этого состояния во времени и пространстве;
  3. сохранение способности биосферы к самоочищению, саморегулированию и самовосстановлению.

То есть именно экологические исследования должны стать научной основой для разработки будущей стратегии поведения человечества о природе.