1.3. Методы экологических исследований

В экологии используются методы исследований, применяемые и в других науках – биологии, математике, физике, химии и др. В то же время есть методы исследования, которые свойственны исключительно экологии. К таким методам относятся полевые и экспериментальные исследования с использованием экосистемного, популяционного, эволюционного и исторических подходов, а также методы количественного анализа и математического моделирования.

При экосистемном подходе в центре внимания исследователя являются поток энергии и круговорот веществ между биотическим и абиотическим компонентами экосистемы. Экосистемный подход выдвигает на первый план общность организации всех сообществ независимо от местообитания и систематического положения входящих в них организмов. При изучении экосистемы исследуют видовой состав и пространственную структуру биоценоза, устанавливают количественные соотношения входящих в него видов, их фенологическое состояние и жизненность. Очень важным является установление функциональных связей видов между собой и с окружающей средой. Исследуют основные экологические факторы местообитания (экотопа) – эдафические, климатические, топографические (рельеф, почву, влажность, температуру, условия освещённости).

Популяционный подход обеспечивает теоретическую базу для понимания причин колебания численности особей в популяциях, особенно это важно в отношении популяций вредителей сельскохозяйственных культур и возбудителей инфекционных заболеваний, так как даёт возможность борьбы с ними преимущественно биологическими методами.

При изучении популяций в современный период используются математические модели роста, самоподдержание и уменьшение численности тех или иных видов. Построение моделей связано с такими понятиями, как рождаемость, смертность и выживаемость. Начало математическому моделированию биотических отношений положили в 20-х годах прошлого века американский учёный А. Лотка и итальянец В. Вольтера. Вначале математические формулы, с помощью которых пытались отразить природные связи, строились на основе немногих логических допущений. Они плохо отражали реальную действительность, но позволяли понять некоторые принципы взаимодействия видов. Позднее развилось так называемое имитационное моделирование, при котором в модель закладываются многие реальные параметры изучаемых систем и принципы их функционирования. А затем, меняя переменные, наблюдают состояние объектов при разных условиях. Такие модели сейчас используются для прогнозирования изменений в популяциях, биоценозах и экосистемах.

Эволюционный подход даёт важный материал для понимания вероятных будущих изменений в природных сообществах и в биосфере в целом. Изучаются изменения, связанные с развитием жизни на Земле, что позволяет понять основные закономерности, которые действовали в биосфере до того момента, когда деятельность человека стала важнейшим фактором, влияющим на организмы и физическую среду. Эволюционный подход позволяет реконструировать экосистемы прошлых геологических периодов, используя данные палеонтологии.

Исторический подход позволяет изучать изменения, связанные с развитием человеческой цивилизации и технологий, их возрастающее влияние на природу, охватывая период от неолита до наших дней. Используя исторический подход, можно выявлять долговременные экологические тенденции, которые установить, только изучая современные экосистемы, невозможно. Таковы, например, изменения климата, расселение видов растений и животных.

В последние десятилетия прошлого века успехи научно-технического прогресса дали возможность на количественном уровне изучать сложные экосистемы, используя методы меченых атомов, спектрометрии, хроматографии, дистанционные методы зондирования, авиационный и космический мониторинг и др. Это позволило учёным подсчитать максимальную биологическую продуктивность нашей планеты и максимально возможные нормы изъятия продукции для нужд населения Земли и оценить состояние озонового экрана, Мирового океана, лесов и т.д.