Экология – это комплексная наука, изучающая взаимоотношения организмов и образуемых ими сообществ между собой и со средой их обитания

Экология как научная дисциплина

 

Современная экология – это комплексная дисциплина, далеко выходящая за рамки биологических наук. Она включает в себя следующие направления:

1) аналитическая,

2) динамическая,

3) общая (биоэкология), изучающая взаимодействие биологических систем с окружающей средой.

В свою очередь в зависимости от уровня организации живых организмов биоэкология делится на:

а) аутэкологию, устанавливающую пределы существования организмов в среде обитания и исследующую их реакции на воздействия среды,

б) демэкологию (популяционную экологию), изучающую условия существования популяций как элементарных надорганизменных группировок,

в) эйдоэкологию, изучающую вид как надорганизменную биологическую систему,

г) синэкологию, изучающую разновидовые сообщества (биоценозы, биогеоценозы и экосистемы).

В зависимости от систематических подразделений в биоэкологии выделяется: экология растений, животных, микроорганизмов и т.д.

4) геоэкология (экологическая география), исследующая экосистемы (геосистемы) высоких иерархических уровней, до биосферы включительно.

В этом направлении выделяются, например, экология суши, экология саванн, экология Крайнего Севера и т.д.

5) глобальная экология, изучающая взаимодействие общества и природы и возникающие экологические проблемы,

6) экология человека, изучающая взаимоотношения человека со средой обитания, влияние среды на человека, экологические факторы здоровья,

7) социальная экология, изучающая взаимодействия социальных структур со средой обитания – экология личности, экология культуры, этноэкология и т.д.,

8) прикладная экология, изучающая механизмы воздействия хозяйственной деятельности человека на биосферу, способы предотвращения негативного воздействия и его последствий, разрабатывающая принципы рационального использования природных ресурсов без деградации окружающей среды.

В этом направлении выделяются: промышленная (инженерная), технологическая, сельскохозяйственная, медицинская, рекреационная экологии, природопользование.

Задачи экологии.

1) решение вопросов, связанных с влиянием среды обитания на тот или иной вид живых организмов, выяснение зависимостей жизнедеятельности особей вида от факторов среды и т.д.;

2) изучение процессов, связанных с формированием сообществ живых организмов, оценка структуры, трансформации и переноса энергии, а также динамика и функционирование сообществ;

3) изучение воздействия общества на биосферу Земли, выработка и осуществление стратегий природопользования, не вызывающих деградации окружающей среды.

 

Методы экологии.

Методологической основой современной экологии является системный подход. Он заключается в определении образующих экосистему составных частей и взаимодействующих с ней объектов окружающей среды, в установлении структуры экосистемы и нахождения закона ее функционирования.

В современной экологии для анализа экосистем используют три основные группы методов исследований.

1. Наблюдения. Исторически наблюдения являются первым приемом не только экологических, но и в целом естественнонаучных исследований. Полевые наблюдения (исследования) – метод непосредственного наблюдения экосистемы или ее компонентов без вмешательства экспериментатора в ее состав и функционирование. До настоящего времени сохраняют актуальность.

2. Экспериментальные методы. В отличие от пассивного наблюдения при проведении эксперимента исследователь сознательно производит определенные изменения в экосистеме. Эксперименты делятся на лабораторные и полевые. В лабораторных экспериментах можно обеспечить контроль большого числа факторов, исключив воздействие неконтролируемых. Классической схемой проведения лабораторных опытов является однофакторный эксперимент. В экологии лабораторные эксперименты малоэффективны, т.к. их результаты не всегда соответствуют фактическому состоянию реальных экосистем. В полевых экспериментах возможность контролировать экологические факторы ограничена, тем не менее этот вид экспериментов имеет важное значение в экологии, т.к. их результаты позволяют управлять и оптимизировать природные и природно-антропогенные экосистемы.

3. Моделирование – это построение, проверка, исследование моделей и интерпретация полученных результатов.

Модель – это упрощенный образ оригинала, в котором сохранены только главные его черты. Классификация моделей, используемых в экологии, представлена на рисунке 1.

Стратегия моделирования заключается в попытке путем упрощения оригинала получить модель, свойства и поведение которой можно легко изучать. Поэтому в зависимости от задач исследования для одной реальной экосистемы можно построить множество моделей. В тоже время модель должна иметь достаточное сходство с оригиналом. Установление адекватности модели оригиналу является наиболее сложной проблемой при моделировании экосистем. При любом моделировании требуется предварительная статистическая обработка исходных натурных или экспериментальных данных.

Общая схема системного подхода к изучению экосистем включает следующие этапы:

1. Постановка задачи. Назначение этого этапа состоит в выборе приоритетных факторов, определяющих направление дальнейших исследований.

2. Концептуализация. Задача этого этапа состоит в суммировании известной информации об изучаемой экосистеме в виде логически непротиворечивой концептуальной модели. Модель концентрирует данные, необходимые для решения рассматриваемой проблемы. Определяется место изучаемой экосистемы в ландшафте, определяются число компонентов и совокупность связей экосистемы.

3. Спецификация и наблюдения. Назначение спецификации состоит в том, чтобы определить состав входных переменных, переменных состояния экосистемы и, по возможности, строго задать отображение оригинала на модель.

 

 

Рисунок 1. – Классификация моделей

 

На основании спецификации и концептуальной модели планируются полевые наблюдения за динамикой изучаемых свойств экосистемы и прежде всего за переменными экологического состояния и входными характеристиками.

4. Идентификация и эксперименты. Задача идентификации заключается в математическом описании соотношений между переменными, образующими структуру модели. При идентификации, как правило, возникает потребность в проведении полевых или лабораторных экспериментов с целью проверки различных гипотез о характере взаимосвязей между компонентами экосистемы или для оценок параметров известных зависимостей.

5. Реализация и верификация модели. Обычно реализация осуществляется в виде программы расчета на ЭВМ. Верификация модели имеет целью проверить, в какой степени модель соответствует оригиналу. Оценка пригодности модели может быть дана на основе сравнения с данными наблюдений расчетных кривых состояния модели.

6. Заключительный этап основывается на исследовании модели и оптимизации решений. Заключение в системном анализе должно быть научной основой реализации природоохранных проектов (решений) и указывать инструменты управления и оптимизации состояния природных, природно-антропогенных и техногенных систем.