Основні методи екологічних досліджень

Методи досліджень сучасної екології є дуже різноманітними:

– статистичний, який дозволяє отримання, обробку та аналіз первинних статистичних матеріалів;

– балансовий, що дає можливість спів ставляти наявність природних ресурсів з їх використанням;

– порівняльний, що передбачає вивчення об’єктів через порівняння з іншими об’єктами;

– аерокосмічні (космічні знімання), що дозволяють оцінити в динаміці всі процеси, що відбуваються в локальному, регіональному та глобальному масштабах на Землі;

– картографічний, що дозволяє застосовувати географічну карту для опису, аналізу та пізнання явищ.

Крім того, застосовують наступні методи, такі як: робочих гіпотез, моделювання процесів, системний підхід, постановка експериментів тощо.

Для проведення екологічних досліджень широко використовують порівняно прості методи математичної статистики: обробку варіаційних рядів з визначенням математичного очікування, дисперсії, середнього квадратичного відхилення, отримання інтенсивних та екстенсивних показників для порівняння тощо.

Також виділяють такі методи як: фізичні; хімічні; біофізичні; біохімічні; радіобіологічні; метеорологічні; кібернетичні; наземний, повітряний та космічний екомоніторинги; аналізу, систематики, прогнозу.

Методична основа сучасної екології включає: системний підхід; натурні спостереження; експеримент; моделювання.

Для дослідних та прикладних робіт використовують наступні методи:

– методи реєстрації та оцінки стану середовища: вимірювання температури, хімічного складу, радіаційного фону, хімічного забруднення і т.п.;

– екологічний моніторинг: періодичне або безперервне спостереження, наприклад: вивчення антропогенного забруднення середовища. Для цього використовують методи фізичного і хімічного експрес-аналізів, дистанційне зондування, телеметрію і комп’ютерну обробку даних;

– методи кількісного обліку організмів і методи оцінки біомаси та продуктивності рослин і тварин (наприклад: аерокосмічна реєстрація чисельності стад);

– методи вивчення взаємовідносин між організмами в багатовидових угрупованнях (наприклад: експеримент “Біосфера-2”, США);

– методи математичного моделювання, зокрема методи імітаційного моделювання з використанням сучасної обчислювальної техніки. Ці методи дозволяють розглядати варіанти і здійснювати обґрунтовані прогнози глобального розвитку.

 

1.5. Основа сучасної екології – вивчення модельної системи:

“Людина – економіка – Біота – середовище”

У 1992 році Д.Медоуз написав: “Та система, що заставляє здійснювати шкоду навколишньому середовищу, дуже схожа на інші системи, такі, наприклад, що заставляють людей палити, ставати наркоманами, використовувати все більше пестицидів у сільському господарстві, створювати все більше зброї, щоб забезпечити безпеку”.

Автор назвав такі порочні системи “манія-структурами”.

Дійсно, не має нікого, хто свідомо хотів би губити природу і порушувати навколишнє середовище, але збитки, що їм наносяться, весь час зростають. Чому це виникає і що потрібно зробити, щоб змінити це становище? Відповідь не лежить в якійсь одній галузі – економіці, техніці, біології або психології. Вона знаходиться в системі взаємодії цих областей, які утворюють глобальну суперсистему “людське суспільство – виробництво та економіка – жива природа – навколишнє середовище”. Структурна схема системи “Людина – Економіка – Біота – Середовище” приведена на рис. 1.5.1.

 

Б

– –

+

Е + – С

 

+ Л +

 

 

Рис. 1.5.1. Модельна система “Людина – Економіка – Біота – Середовище”

Поведінка та характер зв’язків у даній системі можна охарактеризувати наступним чином:

– двосторонній зв’язок “Людина ₊ ⁺ Економіка” має позитивний зворотній характер. Так як росте чисельність людей, то зростають і їх потреби і, відповідно, зростає продукція економіки;

– чим більше зростання економіки, тим більша негативна дія її на природу та на навколишнє середовище. Використання відходів є незначним у порівнянні з об’ємом використання людством природних ресурсів. Тому зв’язок “Економіка

– Біота” є одностороннім і має від’ємний характер;

– такий самий характер має зв’язок “Економіка – Середовище”, тому що темпи антропогенного забруднення набагато більші, ніж здатність природних систем до відновлення середовища;

– зв’язок “Біота + Середовище” характеризує здатність живої природи формувати і регулювати середовище, а лімітуюча дія середовища характеризується від’ємним зв’язком “Середовище – Біота”;

– зв’язок “Середовище + Людина” – односторонній і позитивний, тому що благополуччя людини у значній мірі залежить від стану середовища.

В цілому благополуччя людства залежить від двох позитивних зв’язків: “Економіка + Людина” і “Середовище + Людина”. Так як чисельність людей на планеті зростає, то відповідно збільшується і продукція економіки, причому, в більшій мірі, ніж зростає її коефіцієнт корисної дії. Тому, зростання економіки супроводжується зростанням її шкідливої дії – негативного техногенного тиску на природу, а через неї і на людину. Людина звикла “покоряти природу”, брате від неї все більше і більше. 2 млн. років предки людини жили у гармонії із природою, і тільки в останні 2 століття, особливо останні 50 років, люди здійснюють глобальний екоцид. Люди запустили бумеранг техногенезу і зараз знаходяться під його ударом. Цей момент, можливо, самий драматичний в історії Землі. Розвиток людської цивілізації знаходиться у точці біофоркації. Вибір напрямку розвитку людства залежить від нього самого.

 

 

1.6. Системні закони макроекології (аксіоми Б.Коммонера)

 

Сучасна екологія володіє сукупністю правил та законів. Науковій громадськості широко відомі системні закони (аксіоми) Б.Коммонера:

1. “Все пов’язано з усім”.

Цей закон про узагальнюючий зв’язок речей та явищ у природі і людському суспільстві, які знаходяться в системній взаємодії, по М. Реймерсу близький до закону внутрішньої динамічної рівноваги: речовина, енергія, інформація та динамічні якості окремих природних систем тісно пов’язані між собою так, що зміна одного з показників призводить до зміни інших, але загальні якості систем зберігаються.

Наслідки цього закону:

– закон великих чисел: сукупна дія великого числа випадкових факторів приводить до результату, майже незалежного від випадку;

– принцип Ле-Шателье: при зовнішній дії, що виводить систему із стану стійкої рівноваги, ця рівновага зміщується у напрямку, при якому ефект зовнішньої дії зменшується;

– закон оптимальності: будь-яка система функціонує з найбільшою ефективністю в деяких характерних для неї просторово-часових границях.

2. “Все повинно кудись діватись”.

Цей закон, що характеризує збереження маси речовини є одночасно найважливішою вимогою раціонального природокористування. Він подібний до закону збереження енергії та речовини. Люди порушують безвідходну технологію біоти, замкнутість колообігу речовин і виробляють, з точки зору природи, тільки сміття та отруту.

Наслідки цього закону:

– закон розвитку системи за рахунок навколишнього середовища: будь-яка система (природна або суспільна) може розвиватись за рахунок використання матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища. Ізольований саморозвиток – неможливий;

– закон неможливості ліквідації відходів або побічних дій виробництва: в будь-якому господарському циклі виключити відходи неможливо. Вони можуть бути лише переведені з однієї форми в іншу або переміщені у просторі, а їх дія – розтягнута у часі. У сучасному суспільстві принципово неможливе безвідходне виробництво.

3. “Ніщо не дається даремно”

Цей закон характеризує ціну розвитку екосистем: будь-яке нове придбання в еволюції системи обов’язково супроводжується втратою якоїсь частини попереднього придбання і виникнення все більш складних проблем.

Наслідки цього закону:

– закон незворотності еволюції: великі системи еволюціонують тільки в одному напрямку – від простого до складного;

– правило прискорення еволюції: з ростом складності організації системи темпи еволюції зростають. Це правило стосується як еволюції органічних видів, так і людської історії та розвитку техніки.

 

4. “Природа знає краще”, що робити, а люди повинні вирішити,

як зробити найкраще.

 

Цей закон характеризує головний критерій еволюційного відбору. По досконалості і здоровому глузду біологічні системи набагато досконаліші ніж технічні: підводний човен – дельфін, гідравлічний компресор – серце, комп’ютер – мозок.

Все у природі повинно було пройти жорстокий конкурс на вакансію у біосфері. Сьогодні планету населяє лише 0,001 частина випробуваних еволюцією видів рослин і тварин. Головний критерій цього відбору – участь у глобальному біотичному колообігу, збільшення його ефективності, наповненість всіх екологічних ніш, виключення “мертвих зон” із сітки природних взаємозв’язків.

До цих аксіом Б.Коммонера в останні роки додається ще один закон.

 

5. “На всіх – не вистачить”.

У природі дії правило максимального “тиску життя”: організми розмножуються з інтенсивністю, що забезпечує їх максимальну чисельність. Якби були зняті обмеження, то буквально за години маса біоти перевищила б масу Землі.

Однак, маса біоти – величина постійна (закон константності кількості живої речовини В.І. Вернадського). Збільшення чисельності і маси якихось організмів може здійснюватись тільки за рахунок зменшення маси і чисельності інших організмів.

Цей закон обмеженості ресурсів природи є джерелом всіх форм конкуренції як у природі, так і у людському суспільстві (наприклад, релігійні, міжнаціональні конфлікти, класова боротьба). Тільки у природі в результаті конкурентної боротьби залишаються кращі, а у людському суспільстві – скоріше навпаки.

 

«Усі наші біди – від напівосвіченості…»

М. Монтень