Тема: Типові об’єкти і методи проведення досліджень

Мета: Опанувати добір методів у відповідності до типових об’єктів досліджень в екології.

Завдання:

1. Вивчити ієрархію екологічних об’єктів досліджень.

2. Згідно обраного об’єкту досліджень визначити метод проведення досліджень. Обґрунтувати вибір методів досліджень (письмово).

Загальні положення

Об’єкти вивчення в екології. Як і будь-яка інша наука, екологія має справу з безліччю об'єктів. Ці об'єкти своєрідні за внутрішньою структурою та функціями. Але серед великої кількості об'єктів можна виділити цілісний об'єкт, що лежить в основі утворення інших екологічних об'єктів. В екології таким об'єктом є екосистема.

Інша форма елементарних об'єктів в екології - це абіотичні компоненти, що входять до складу екосистем та біосфери. Вони різноманітні та численні і в цілому складають так званий екотоп. До них належать сонячна радіація, газовий склад повітря, волога, сукупність елементів мінерального живлення та багато інших.

Існує багато варіантів класифікації абіотичних факторів се­редовища. До кліматичних факторів відносять звичайно ті, що пов'язані з атмосферою та сонячною радіацією (температура, освітленість, вологість повітря, вміст у повітрі кисню та вуглекислого газу, вітер та ін.). Деякі з цих факторів прямо діють на рослини та тварин, інші впливають на них опосередковано, а треті поєднують прямий та опосередкований вплив. Наприклад, концентрація вуглекислого газу в повітрі є фактором безпосередньої дії, оскільки вуглекислий газ поглинається при фотосинтезі. Вітер виступає як фактор прямої дії у той момент, коли він забезпечує перенесення пилку у вітрозапильних рослин або розносить плоди анемохорів, та водночас він виступає і як фактор опосередкованої дії в тих випадках, коли висушує ґрунт або спричинює вітрову ерозію.

До едафічних факторів належить більшість ґрунтових параметрів: кількість у ґрунті елементів мінерального живлення, вміст гумусу, насиченість ґрунту повітрям і хімічний склад цього повітря, рН ґрунтового розчину та ін. Едафічні фактори також можуть мати пряму та опосередковану дію.

Біотичні фактори включають у себе весь комплекс впливу на даний живий організм, який виникає в результаті співіснування цього організму з іншими рослинами і тваринами.

У цілому, наявність постійного обміну речовинами між рослинами і тваринами, з одного боку, та їхнім середовищем, що включає в себе кліматичні, едафічні та біотичні фактори, - з іншого, веде до виникнення різноманітних і тонких зв'язків у системі «організм - середовище». Ці зв'язки охоплюють перш за все ту частину екологічного простору - екотопу, яка безпосередньо оточує живий організм, контактує з ним. Виникає комплексна система, яка включає сам організм та елементи середовища, що складають його найближче оточення. За пропозицією італійського вченого Д. Негрі (1914) цей комплексний об'єкт отримав назву екоїд. У межах екоїда середовище не тільки активно використовується живим організмом, але й суттєво змінюється під його впливом. Тому було запропоновано щодо рос­лин називати абіотичну частину екоїда фітогенним полем. Поняття екоїда та фітогенного поля виявилося досить корисними при аналізі аутекологічних закономірностей на рівні окремих організмів.

Як екоїди, рослини та тварини входять до екосистем більш високого ієрархічного рівня, а інші формують біосферу. У результаті утворюється певний набір біоекосистем, які й виступають об'єктами досліджень екологів-професіоналів: особини - екоїди - популяції – угруповання – біогеоценози - екосистеми – біоми - біосфера. Видно, що різноманітність структурних одиниць, які можуть бути виділені в природі, досить велика, а одні й ті самі об'єкти можуть належати до різних типів біологічних ієрархій.

Об'єктом дослідження можуть бути природні, природно-антропогенні екосистеми і макроекосистема, якою є біосфера (Всесвіт), тобто зміна її властиво­стей (рослинного й тваринного світу, ландшафту, клімату, геохімічних процесів та впливу на Космічний простір) під впливом антропогенної діяльності. Для цього вивчають техногенні забруднення трьох (чотирьох) середовищ — атмосфери, гідросфери і літосфери (Космосу) внаслідок антропогенної діяльності людського суспільства, зокрема вплив забрудників на навколишнє природне середовище та на живу природу, і на основі встановлених закономірностей розробляють заходи, необхідні для збереження екологічної рівноваги на планеті Земля та раціонального використання природних ресурсів.

До галузей антропогенної діяльності належать промисловість, сільське господарство, військово-промисловий комплекс, житлово-комунальне господарство, транспорт, рекреаційний комплекс, наука і культура тощо. Так сформувалися окремі напрями прикладної екології: екологія промислових екосистем, екологія сільськогосподарських екосистем, екологічні проблеми транспорту, житлово-комунального господарства, харчових виробництв, соціальна екологія тощо. Всі вони об'єднані спільною метою, методами її досягнення та об'єктом дослідження (навколишнє природне середовище — біосфера, Всесвіт) і становлять спільну підгалузь науки екології — прикладну екологію.

Методи екологічних досліджень. Екологія як комплексна наука використовує широ­кий арсенал різноманітних методів, які можна поділити на три основні групи:

1) польові спостереження;

2) польові і лабораторні експериментальні дослідження;

3) моделювання (реальне і математичне).

Як правило, в екології найбільш ефективним є комплексне використання натурних спостережень, вимірювань і досліджень, експериментальних лабораторних і польових досліджень, екологічного картування і математичного моделювання. У сучасних екологічних дослідженнях широко використовують методи інших наук - хімії, фізики, геології, біології, математики. До таких належать:

• методи реєстрації та оцінки якості довкілля, насамперед різні типи екологічного моніторингу, зокрема геоекологічний, біомоніторинг і біоіндикація, дистанційний аерокосмічний моніторинг;

• методи кількісного обліку організмів і методи оцінки біомаси та продуктивності рослин і тварин;

• вивчення особливостей впливу різних екологічних чинників на життєдіяльність організмів (як складні й тривалі спостереження в природі, так і експерименти в лабораторних умовах - токсикологічні, біохімічні, біофізичні, фізіологічні та ін.);

• методи вивчення взаємозв'язків між організмами в багатовидових угрупованнях;

• методи математичного моделювання екологічних явищ і процесів, а також імітаційне моделювання екосистем; моделювання від локальних до регіональних і глобальних екологічних процесів і ситуацій;

• створення геоінформаційних систем і технологій для розв'язання екологічних питань різних масштабів і в різних сферах діяльності;

• комплексний еколого-економічний аналіз стану різних об'єктів, територій, галузей виробництва;

• технологічні методи екологізації різних виробництв з метою зменшення їх негативного впливу на довкілля;

• медико-екологічні методи вивчення впливу різних чинників на здоров'я людей;

• методи екологічного контролю стану довкілля: екологічна експертиза, екологічний аудит, екологічна паспортизація. Оскільки серед перелічених методів сучасної екології в навчальній літературі найменш висвітлені методи біоіндикації, наведемо більш детальну характеристику цих екологічних досліджень.

Біоіндикація (лат. іndicato - вказувати, виявляти) - метод оцінки абіотичних і біотичних чинників середовища за допомогою біологічних систем.

Організми або їх угруповання, життєві функції яких тісно корелюють з певними чинниками середовища і можуть використовуватися для їх оцінки, називаються біоіндикаторами. Ними можуть бути рослини, тварини, мікроорганізми, гриби, лишайники.

Виділяють наступні рівні біоіндикації, які доцільно використовувати при екологічних експериментах:

1. Біохімічні та фізіологічні реакції (зміни різних процесів та накопичення конкретних токсикантів в органах та тканинах).

2. Анатомічні, морфологічні, біоритмічні та етологічні реакції.

3. Флористичні, фауністичні зміни.

Наступні три рівні (ценотичний, біогеоценотичний, ландшафтний) є

предметом тривалих польових досліджень.

Біоіндикація може проводитись на рівні макромолекул, клітини, організму, популяції, угруповання та екосистеми.

Форми біоіндикаторів:

• неспецифічна, якщо різні чинники зумовлюють однакову реакцію;

• специфічна - зміна, пов'язана лише з одним чинником;

• чутлива - коли біологічний об'єкт реагує значним відхиленням життєвих проявів від норми;

• акумулятивна - біоіндикатор накопичує дію чинника, але тривалий час її не виявляє;

• пряма - чинник діє безпосередньо на біологічний об'єкт;

• непряма - біоіндикація виявляється лише після зміни стану під впливом інших елементів, на які безпосередньо діє даний чинник;

• рання — коли реакція організму помітна за низьких доз і короткочасної дії чинника і відбувається в місці впливу чинника на елементарні молекулярні або біологічні процеси.

Існує кілька типів чутливості біоіндикаторів відповідно до часу розвитку біоіндикаційних процесів:

I - біоіндикатор діє через деякий час, упродовж якого він не реагує на вплив (одноразова реакція), і одразу втрачає чутливість;

II - реакція миттєва, але триває певний час, а потім зникає;

III - біоіндикатор реагує з моменту появи зовнішнього впливу з однаковою інтенсивністю тривалий час;

IV - після швидкої і сильної реакції відбувається її поступове згасання;

V - при появі стресора починається реакція, яка посилюється, досягаючи максимуму, а потім згасає;

VI - реакція має синусоїдний характер і багаторазово повторюється.

Для біоіндикації можна використати організми з типами чутливості І, II, V.

Біоіндикатори використовують при здійсненні двох типів моніторингу:

пасивний моніторинг - дослідження видимих і непомітних пошкоджень чи відхилень від норми - ознак стресового впливу в організмів, що вільно живуть у природі;

активний моніторинг - виявлення впливу біотичних і абіотичних чинників на тест-організми, які перебувають у стандартизованих умовах на досліджуваній території.

Таким чином, наведені закони, принципи та правила екології мають узагальнюючий характер. Вони визначають головні закономірності формування, існування та розвитку складних систем, роль і місце людини в природі, її вплив на стан біосфери в цілому.

Контрольні питання:

1. Назвіть основні об’єкти досліджень в екології.

2. Які методи використовують при екологічних дослідженнях?

3. Які ви знаєте методи екологічного контролю?

4. Що таке біоіндикація?

5. Які типи чутливості біоіндикаторів ви знаєте?

6. Що таке активний і пасивний моніторинг?

Список рекомендованої літератури:

• Білявський Г.О., Бутченко А.І., Навроцький В.М. Основи екології: теорія та практика: Навч. посібник. - К.: Лібра, 2002. - 352 с.

• Крисаченко В.С. Людина і біосфера: Основи екологічної антропо­логії: Підручник. - К.: Заповіт, 1998. - 688 с.

• Одум Г., Одум Ю. Энергетический базис человека и природы. - М.: Прогресс, 1978. - 380 с.

• Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. - М.: Мысль, 1990. - 637 с.