Лекция № 5. Моделирование экосистем
5.3 Методы исследования экосистем
Для решения основных задач современной экологии выделяют три главные группы методов:
натурные наблюдения;
эксперименты;
моделирование.
Натурные наблюдения в природе - исторически первый прием экологического исследования. Эти исследования прошли длительный путь развития - от красочных описаний картин природы до современных комплексных программ изучения экосистем с помощью новейшей аппаратуры и космических спутников.
В практике современных экологических исследований может использоваться сложнейшая трехуровневая система наблюдений.
Например, контроль качества поверхностных вод и экологического состояния водоема с использованием космических аппаратов, аэрофотосъемок, автоматических самописцев и других дистанционных и инструментальных методов. Прогресса натурные экологические исследования достигли в конце 70 годов ХХ века, с развитием стационаров международных программ, которые предусматривают всесторонние глобальные наблюдения характерных типов экосистем, исследования на специальных полигонах и их междисциплинарный синтез.
Эксперименты широко применяют в экологии и в других естественных науках. Отличие эксперимента от наблюдения состоит в том, что исследователь сознательно вносит определенные изменения в экосистему и следит за ее ответной реакцией. Например, слежение за перемещением стада оленей в естественных условиях с помощью вживленных в тело животных миниатюрных радиопередатчиков является не экспериментом, а всего лишь наблюдением. В то же время регистрация (даже без всякой аппаратуры) численности того же стада после введения искусственной подкормки будет экологическим экспериментом.
Число возможных воздействий экспериментатора на экосистему необозримо, так же как число сознательно варьируемых факторов. Эксперименты делят на лабораторные и полевые.
В лабораторных экспериментах можно обеспечить контроль большого числа факторов, исключив воздействие неконтролируемых.
Классической схемой проведения лабораторных опытов является однофакторный эксперимент, когда изучается влияние избранного фактора при зафиксированных значениях всех остальных. Однако при изучении биологических объектов (в отличие от физических) однофакторный эксперимент малоэффективен, так как поведение биосистем зависит от комплекса факторов. Поэтому лишь многофакторные эксперименты с предварительным планированием могут дать удовлетворительные результаты в экологии, поэтому в экологии лабораторные эксперименты играют второстепенную роль.
В естественных условиях экспериментатор контролирует экологические факторы ограничено, так как динамика процессов зависит от многих факторов, в том числе от погодных, биологических и антропогенных. Несмотря на это эксперименты в природных условиях имеют огромное значение в экологических исследованиях, несмотря на то, что не может быть обеспечен высокий уровень контроля экспериментатора над всеми факторами внешней среды.
Непреднамеренные эксперименты, являясь следствием естественных процессов или антропогенной деятельности, вносят немалый вклад познание природы. Непреднамеренные антропогенные эксперименты - это вся история развития цивилизации, в процессе которой человек постоянно экспериментирует с природой.
Значение натурного эксперимента в экологии чрезвычайно велико. Однако экологический эксперимент более эффективен в сочетании с моделированием.
Моделирование. Системный подход в экологии обусловил формирование целого направления, ставшего ее самостоятельной отраслью — системной экологией. Системный подход — это направление в методологии познания объектов как систем.