Методы экологических исследований

Будучи фундаментальной научной дисциплиной, экология использует богатый арсенал средств, применяемых в естествознании. Основой естествознания является экспериментальный метод.

Эксперимент бывает пассивным (наблюдение) или активным, когда исследователь целенаправленно изменяет условия. В любом случае, эксперимент – это не бесцельное, случайное манипулирование предметами или веществами. Перед началом эксперимента ученый всегда формулирует вопрос, ответить на который должен задуманный эксперимент. Даже при простом наблюдении такой вопрос (явно или неявно) формулируют, обозначая значимые или незначимые факторы, выделяя те признаки или величины, за которыми следует вести наблюдения. Очевидно, что формулировка вопроса перед началом эксперимента обязательно базируется на некотором предварительном, пусть неполном и упрощенном, знании (модели). Модель предсказывает: «Сделай то-то и то-то, и получишь такой-то результат».

Выполненный эксперимент подтверждает этот прогноз модели или опровергает его. В последнем случае модель подвергают пересмотру, планируют и проводят новые эксперименты. Обобщение моделей, предложенных для описания различных экспериментов в одной и той же научной области, представляет собой гипотезу.

Следует иметь ввиду, что при экспериментировании с природными объектами, живыми организмами обеспечить повторяемость эксперимента трудно: найти два абсолютно идентичных организма невозможно, а исследуемые явления слишком часто длятся годами и даже столетиями.

Первая из названных особенностей породила особый тип экологических и биологических экспериментов – эксперимент с контролем. Под контролем имеется в виду изучение двух групп особей – экспериментальной и контрольной. Эти две группы должны пребывать в идентичных условиях, за исключением одного фактора, действие которого и подвергается исследованию. Важно, что эксперимент проводится именно на группе особей, что позволяет рассматривать индивидуальные отличия организмов как случайные погрешности.

Вторая особенность – длительность либо практическая неосуществимость эксперимента – придала особое значение использованию в экологии математических моделей. В них из всей совокупности реальных связей между предметами, объектами и явлениями данной системы исследователь на основе анализа имеющихся экспериментальных данных выбирает некоторые, по его мнению наиболее важные связи, записывает соответствующую информацию на языке математики (используя, скажем, алгебраические, дифференциальные или интегральные уравнения). Зафиксировав значения параметров, внешних для системы, и задав начальные величины параметров, которые меняются при эволюции системы, ученый аналитически или численно, вручную или на компьютере изучает поведение своей системы. Он сравнивает результаты расчетов по модели с реальными данными наблюдений и измерений. Если совпадение приемлемое (прогностическая способность модели удовлетворительная), то модель в дальнейшем используется для научного прогнозирования и тех явлений, которые выходят за рамки ее эмпирического базиса.