Методы экологических исследований современных природных систем

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КГТУ»)

 

КАФЕДРА ИХТИОПАТОЛОГИИ И  ЭКОЛОГИИ

Курсовая работа                                                                              Курсовая работа   защищена

допущена к защите                                                                        с оценкой

Руководитель                                                                                   Руководитель

М.Н.Шибаева

 

МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ  ИССЛЕДОВАНИЙ СОВРЕМЕННЫХ ПРИРОДНЫХ  СИСТЕМ

Курсовая работа по дисциплине

«Общая экологи»

 

 

Нормконтролер:                                                                            Работу выполнила студентка

Профессор доктор биологических  наук                                      группы 11-ЭП

Науменко Е.Н.                                                                             В.С.Лавринович                                                                                                                       

 

 

 

 

2012

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Ведение……………………………………………………………………….3

1.Методические подходы  …………………………………………...............5

2.Методы экологических исследований……………………………………8

2.1.Полевые исследования…………………………………………………..9

2.2.Экспериментальные исследования…………………………………….12

2.3.Математические методы  и моделирование…………………...……....17

2.4.Другие методы исследования  и их применение………………...…....20

Заключение……………………………………………………………...…..23

Список используемых источников……………………………………...…24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Чтобы наиболее четко разобраться  в методах экологических исследований, следует вернуться к истокам, выявить задачи и цели экологии как науки, для решения которых и были разработаны методы, которые будут описаны в данной курсовой работе.

Впервые термин «экология» предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в своей книге «Общая морфология организмов» («Generelle Morphologie der Organismen»).

Э.Геккель рассматривал экологию как науку, изучающую взаимодействие организмов с их средой обитания. В  тот период организм считался самым  сложным уровнем организации  жизни. В ходе развития экологии выяснилось, что жизнь существует также в виде надорганизменных уровней организации. В связи с этим представление об экологии как науке в настоящее время существенно расширилось. Исходя из этого, можно дать современное определение экологии. Итак, экология – это биологическая наука, изучающая формирование, структуру и функционирование биологических систем всех уровней от организма до биосферы и их взаимодействие с окружающей средой. [1]

Из данного определения  вытекают задачи экологии.

Экология  как наука должна решать следующие задачи:

• Изучение законов и закономерностей  взаимодействия организмов со 

средой их обитания;

• Изучение формирования, структуры и функционирования надорганизменных биологических систем, а именно популяций, биоценозов, биогеоценозов или экосистем и биосферы;
• Изучение законов и закономерностей взаимодействия надорганиз-

     менных биологических систем с  окружающей   средой.

Решение данных задач, стоящих перед экологией, дает возможность достичь поставленные перед ней цели. Главные цели экологии можно сформулировать следующим образом:

• Разработка оптимальных путей  взаимодействия общества и природы  с учетом законов существования  природы; 
• Прогнозирование последствий воздействия  общества на природу с целью предотвращения негативных результатов. [2]

Для решения этих задач экология как наука использует как свои собственные методы, так и методы других наук, таких как биохимия, физиология, микробиология, генетика, цитология, гистология, физика, химия, математика. 
        Задачи данной курсовой работы состоят в том, чтобы выявить и подробно рассмотреть методы экологических исследований для современных природных систем, выделить те методы, которые наиболее распространены и важны для экологических исследований. Экология, как было отмечено, имеет свою специфику: объектом её исследования служат не единичные особи, а группы особей, популяции (в целом или частично) и их сообщества, т.е. биологические макросистемы. Многообразие связей, формирующихся на уровне биологических макросистем, обусловливает разнообразие методов экологических исследований.

 

 

 

 

1. Методологические подходы

 

Популяции и экосистемы сложены множеством организмов, на каждый организм и на их совокупности, будь то отдельная группировка, популяция или ценоз, действуют не один, а сразу несколько экологических факторов  на протяжении разных отрезков времени, постольку и связи, и свойства перечисленных объектов оказываются многочисленными и разнообразными. Именно поэтому методологией, главным принципом всех экологических исследований является системный подход, учитывающий как особенности самих объектов исследований, так и факторов эти особенности определяющие.

Методологические подходы к экологии как к науке позволяют выделить предмет, задачи и методы исследований. В зависимости от того, что является объектом, и какова цель исследований используются разные подходы: популяционный (популяция – совокупность особей одного вида), экосистемный, эволюционный и исторический. Далее рассмотрим эти подходы подробнее.

1. Популяционный подход. Этот подход предусматривает изучение размещения в пространстве, особенности поведения и миграции, процессов размножения (у животных) и возобновления (у растений), физиологических, биохимических, продукционных и других процессов, зависимости всех показателей от биотических и абиотических факторов. Исследования проводятся с учетом структуры и динамики популяций, численности ее организмов. Популяционный подход обеспечивает теоретическую базу для прогнозирования рождаемости (в растительном сообществе – возобновления), выживания (динамики жизненного состояния) и смертности (распада, гибели). Он позволяет прогнозировать вспышки вредителей в лесном и сельском хозяйстве, позволяет выявить критическую численность вида, необходимую для его выживания.
2. Экосистемный подход. Он выдвигает на первый план общность структурно-функциональной организации всех экосистем, независимо от состава сообществ, среды и места их обитания. Основное внимание при этом подходе уделяется изучению потока энергии и циклам круговорота веществ в экосистемах, установлению функциональных связей между биологической составляющей и окружающей средой, т.е. между биотическими и абиотическими факторами. Экосистемный подход предусматривает всестороннее изучение всех популяций живых организмов сообщества (растения, микроорганизмы, животные) с учетом влияния на них ограничивающих факторов. При этом подходе пристальное внимание уделяется анализу местообитаний, так как параметры факторов среды: физико-химические свойства почв, теплообеспеченность, влажность, освещенность, скорость ветра, и др., легко измеряются и поддаются классификации. В качестве примера успешности экосистемного подхода к изучению биосферы можно привести итоги работы ученых из разных стран, работавших с 1964 по 1980 гг. по Международной биологической программе (МБП). Конечной целью МБП было выявление запасов и законов воспроизводства органического вещества, его качественного (фракционного) состава по всем природным зонам и в целом на планете, с тем, чтобы предотвратить возможные нарушения биологического равновесия в глобальном масштабе. Благодаря выполнению данной программы была решена актуальнейшая задача – выяснить максимально возможные нормы изъятия биомассы для нужд человечества.
3. Эволюционный и исторический подходы позволяют рассматривать изменения экосистем и их компонентов во времени. Эволюционный подход дает возможность понять основные закономерности, которые действовали в экосфере до того, как антропогенный фактор стал одним из определяющих. Он позволяет реконструировать экосистемы прошлого, принимая во внимание палеонтологические данные (анализ пыльцы, ископаемые остатки). В основе исторического подхода лежат изменения, обусловленные развитием цивилизации (от неолита до настоящего времени) и производствами, созданными человеком. К этим изменения относятся изменения климата, целенаправленное и случайное расселение человеком растений и животных. [2]

Каждый из вышеуказанных  подходов требует применения своих  методов, специально разработанных  с учетом состава объектов, условий  местообитаний и поставленных задач.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Методы экологических исследований

 

В экологии есть много методов  экологических исследований. Различные методы экологических исследований изучали такие ученые, как А.Тенсли, Сукачев, и др.

После работ А. Тенсли (1935), Г. Г. Винберга (1936), В. Н. Сукачева (1942), Р. Линдемана (1942) и понимания, что  экосистема является предметом экологии, методом ее исследований явился системный  подход, нашедший отражение в работах  Л. Берталанфи (История и статус общей  теории систем, 1973), У. Эшби (Общая теория систем как новая научная дисциплина, 1969), В. Б. Сочава (Введение в учение о  геосистемах, 1978), Ю. Одума (Экология, 1986) и др. Системный подход состоит из следующих этапов: определение состава экосистемы и объектов окружающей среды, которые оказывают воздействие на нее; определение совокупности внутренних связей и связей с окружающей средой. В системном анализе используют различные методы. [3]

 Итак, рассмотрим основные методы экологических исследований.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Полевые методы

Первостепенное значение для эколога имеют полевые исследования, натурные наблюдения, т.е. изучение популяций видов и их сообществ в естественной обстановке, непосредственно в природе. Они позволяют установить воздействие на объект комплекса факторов, изучить общую картину развития и жизнедеятельности изучаемого объекта. При этом обычно используются методы физиологии, биохимии, анатомии, систематики и других биологических, да и не только биологических наук. Наиболее тесно экологические исследования связаны с физиологическими. Однако между ними имеется принципиальная разница. Физиология изучает функции организма и процессы, протекающие в нём, а также влияние на эти процессы различных факторов. Экология же,  используя физиологические методы, рассматривает реакции организма как единого целого на констелляцию внешних факторов, т.е. на совместное воздействие этих факторов при строгом учёте сезонной цикличности жизнедеятельности организма и внутрипопуляционной разнородности.

Таким образом, полевые методы позволяют установить результат  влияния на организм или популяцию  определенного комплекса факторов, выяснить общую картину развития и жизнедеятельности вида в конкретных условиях. [1]

В качестве примера  можно привести леса на склонах разных экспозиций, на разных почвах, на разных географических широтах. Или водные экосистемы на разной глубине в одном  и том же море, на одной глубине  в южных и северных морях. Все  они, несмотря на различия, развиваются  по одним и тем же законам, под  влиянием комплекса факторов, но значения этих факторов разные и зависят от местоположения объекта исследований. [4]

 

В свою очередь полевые  методы могут быть маршрутными, стационарными, описательными и экспериментальными.

 

• Маршрутные методы используются для: выяснения наличия на исследуемой территории экологических объектов (например, тех или иных жизненных форм организмов, экологических групп, фитоценозов, охраняемых видов и др.); выявления разнообразия и встречаемости исследуемых экологических объектов. Приемами этой группы методов являются:  прямое наблюдение; оценка состояния; измерение; описание (например, описание учетных площадок, отдельных представителей живого мира, фенофаз и т.п.); составление схем, карт и инвентаризационных списков исследуемых объектов.
• Стационарные методы - это методы длительного (сезонного, круглогодичного или многолетнего) наблюдения за одними и теми же объектами, требующие неоднократных описаний, замеров изменений, происходящих у наблюдаемых объектов. Эти методы обычно совмещают в себе полевые и лабораторные исследования.
• Описательные методы применяются при: регистрации основных особенностей изучаемых объектов; прямом наблюдении; картировании экологических явлений; инвентаризации ценных природных объектов. Эти методы являются  ключевыми в экологическом мониторинге.
• Экспериментальные методы объединяют различные приемы прямого вмешательства в обычные характеристики исследуемых объектов. Производимые в эксперименте наблюдения, описания и измерения выявленных свойств объекта обязательно сопоставляются с такими же объектами, не задействованными в эксперименте. В экологическом эксперименте сравниваются проявления свойств изучаемого объекта в различных условиях окружающей среды. Эксперимент, поставленный в полевых условиях, может продолжиться в лаборатории. [1]

При полевых исследованиях наблюдения проводят за состоянием отдельных экосистем и компонентов экосистемы в конкретных условиях (в поле), за их взаимосвязями в различных ландшафтах. Определяют видовой состав всех организмов экосистем и условия их существования. Устанавливают связи между видами, неживыми компонентами, между организмами различных видов и природно-климатическими условиями. Особое внимание уделяют количественным характеристикам – температуре, влажности, численности и плотности популяций и др. Выделяют различные зависимости, связи между элементами экосистемы и внешними условиями, а также постоянно исследуют динамику (сезонную, годовую, многолетнюю) всех организмов экосистем. [4]