Примерное время на чтение статьи: 52 минуты

МЕТОДЫ ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Экология имеет свою специфику: объектом её исследования служат не единичные особи, а группы особей, популяции (в целом или частично) и их сообщества, т.е. биологические макросис-темы. Многообразие связей, формирующихся на уровне биологических макросистем, обусловливает разнообразие методов биоэкологических исследований.

Для современных экологических исследований характерна ориентация на количественную оценку изучаемых объектов и процессов (учет численности организмов в единицах пространства и времени, встречаемости, возрастной и половой структуры популяций, плодовитости, продуктивности, заболеваемости, загрязненности среды, силы действия ее факторов, прогноз на будущее и т.п.). По тому, как меняются показатели исследуемого объекта, можно судить о его состоянии на данный момент и выявить стабильность или тенденции к изменениям, скорость, размеры и направление изменений.

Среди методов, используемых в экологии, по особенностям их применения, можно выделить как общенаучные, так и частные экологические методы. Среди общенаучных методов выделяют: наблюдение и описание; сравнительный метод; исторический метод; экспериментальный метод; метод моделирования; статистический метод.

Методы эколого-биологических исследований являются средством познания изучаемой проблемы и способом достижения поставленной цели. Собственные методы экологических исследо-ваний очень разнообразны и классифицируются по месту проведения на две группы:  полевые и лабораторные.

ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ.

 Полевые методы предполагают изучение экологических явлений непосредственно в природе. Они помогают установить взаимосвязи организмов, видов и сообществ со средой, выяснить общую картину развития и жизнедеятельности биосистем. Полевые исследования имеют для экологии первостепенное значение, так как позволяют представить общую картину развития природы в конкретных условиях того или иного региона. 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. Все они основаны на опыте, чувственном познании. Однако эмпирическое познание не явля-ется единственным источником достоверного знания. Выявить сущность предмета и явления, их внутренние связи помогают такие методы теоретического познания, как систематизация, интеграция, дифференциация, абстрагирование, системный анализ, сравнение, обобщение. Решение задачи экологического образования требует взаимосочетания эмпирического и теоре-тического познаний. С одной стороны, необходима опора на факты непосредственного наблюдения и изучения экологических явлений, растительных и животных организмов, изучение и осмысление результатов эксперимента, опыта. С другой стороны, требуются обобщение, прогнозирование и конструирование позитивных сторон результатов исследования, выдвижение идей решения экологических проблем. В свою очередь, выдвигаемые идеи вновь должны пройти апробацию путем наблюдения и осмысления опытных данных, новых фактов, действий и явлений.

Стационарные методы — это методы длительного (сезонного, круглогодичного или многолетнего) наблюдения за одними и теми же объектами, требующие неоднократных описаний, заме-ров 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 сравни-ваются проявления свойств изучаемого объекта в различных условиях окружающей среды. Эксперимент, поставленный в полевых условиях, может продолжиться в лаборатории.

ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ.

Лабораторные методы дают возможность изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или моделированные биологи-ческие системы и получить приблизительные результаты. Выводы, полученные в лабораторном экологическом эксперименте, требуют обязательной проверки в природе, т. к. в условиях лаборатории трудно применить весь комплекс факторов среды (но определить влияние одного-двух экологических факторов возможно).

В последнее время широкое распространение метод моделирования экологических явлений в природе и обществе.

 Моделирование — метод опосредованного практического и теоретического оперирования объектом, когда исследуется не сам интересующий объект непосредственно, а вспомога-тельная искусственная или естественная система (модель), соответствующая свойствам реального объекта. Модель — мысленно представимая или материально реализованная система, которая, отражая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает новую информацию об этом объекте. Модель может выполнять свою роль лишь тогда, когда степень ее соответствия объекту определена достаточно строго. Потребность моделирования в экологии возникает тогда, когда конкретное исследование самого объекта невозможно или затруднительно в силу: обилия (или скудости) фактических материалов о нем, дороговизны, требует слишком длительного времени.

 Любая модель всегда упрощена и отражает лишь общую суть процесса и имитирует реальность, но при этом моделирование позволяет исследовать процессы и явления, недоступные для непосредственного наблюдения. Так,   методами   имитационного  моделирования   (с применением компьютеров) были получены достаточно надежные количественные прогнозы изме-нения численности популяции; устойчивости структуры экосистем и др. Имитационное моделирование широко используется при исследовании биосферы. И при этом для построения удовлетворительной модели достаточно учесть лишь четыре основных компонента — движущие силы, свойства, потоки и взаимодействие.

В последнее время широкое распространение получил метод моделирования экологических явлений и успешно разрабатывается экологический мониторинг — система слежения за состо-янием окружающей среды с целью прогнозирования, выяснения причин и предупреждения возникновения критических ситуаций в природе. Проведение мониторинговых исследований — одна из самых эффективных форм экологического образования. Исследователи участвуют в реальной практической работе, направленной на оздоровление окружающей среды. Получение конкретных результатов развивает у них ответственность, неравнодушное отношение и интерес к продолжению исследований. При планировании, проведении и обработке данных нельзя обойтись без глубокого знания теоретических законов общей экологии. Существенно также и то, что в ходе исследований может быть получена достоверная научная информация, на которой будет бази-роваться дальнейшая работа коллектива.

В мониторинг окружающей среды можно вовлекать учащихся. Но этому препятствует малая доступность традиционных методов физико-химического анализа. В связи с этим в современных экологических исследованиях все большее внимание уделяется методам биоиндикации и биотестирования,  которые были предложены Бродским в1997. Метод биоиндикации основан на биологической информации, получаемой при исследовании биоты среды. Его успешно применяют при мониторинге водной и воздушной среды, почвы. Биотестирование является экспериментальным методом, суть которого — в быстром и обобщенном определении качества среды при ее воздействии на лабораторные культуры тест-орга-низмов.

Методы биотестирования перспективны для экспрессной интегральной оценки, полезны при рекогносцировочных исследованиях и хорошо дополняют методы биоиндикации. К достоин-ствам методов биоиндикации и биотестирования можно отнести чувствительность, быстроту, универсальность (применяемость в разных регионах), информативность, доступность, наг-лядность, эффективность и пр.

 Модели очень полезны, т. к. позволяют интегрировать все то, что известно о моделируемой ситуации. С их помощью можно выявить неточности в исходных данных об объекте, определить новые аспекты его изучения. Моделирование экологических явлений используется для практических прогнозов их динамики; исследования взаимосвязей видов и сообществ со средой; определения воздействия факторов; выбора путей рационального вмешательства человека в жизнь природы.

 Например, в 1971 г., по поручению Римского клуба, группа ученых разных стран создала имитационную компьютерную модель Ворлд-3 (World-3), с помощью которой были описаны перс-пективы роста численности населения планеты и мировой экономики в XXI в. В этой модели были задействованы многочисленные мировые данные о динамике роста населения на планете, об увеличении промышленного капитала, производства продуктов для питания, потребления ресурсов и загрязнения окружающей среды. Стратегия исследования заключалась в попытке путем упрощения смоделировать последствия действий этих факторов для принятия эффективных позитивных решений, способствующих сохранению биосферы и устойчивому развитию общества.

 Модели интегрируют в едином процессе экологического исследования междисциплинарный подход, математические, эмпирические и социологические методы.

 В последнее время, в изучении экологических связей и явлений широкое распространение получил социологический метод. В рамках, которого, осуществляется: опрос населения (массовый, групповой, индивидуальный); анкетирование; беседы с отдельными людьми для сбора экологических данных; анализ многолетних материалов здравоохранения, образования и т.п.

 Экологические исследования имеют большое значение в решении многих теоретических и практических задач существования природы, человека и общества. При этом необходимо рациональное сочетание различных методик, которые должны взаимно дополнять и контролировать друг друга.

тики.

ЭТАПЫ ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Эколого-биологические исследования осуществляются следующим этапам:  — подготовительный, — исследовательский, — камеральный, — аналитический, — отчетный, — информационный, — практический.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

 Достоверный результат исследований достигается путем соблюдения следующих методических условий:

1. Нельзя сравнивать данные наблюдений, проведенных в разных местах и в разные сезоны. 2. Опыты, как правило, ставятся не менее чем в двух вариантах. При этом тот из них, в котором условия остаются естественными или обычными, называется контрольным. Чем сложнее характер условий, в которых протекает опыт (или ведутся наблюдения), тем больше повторов должно быть. Между опытом и наблюдениями в природе нет резкого отличия. 3. Очень часто материал или площадь исследуемого объекта настолько велики, что исследовать все невозможно. В таких случаях пользуются методом проб или выборки материала. Пробами могут быть отдельные участки местности (площадки, трансекты и т. п.), отрезки времени, отдельные части объекта и др. 4. Любые научные материалы должны быть достоверными, отражать истинную картину имеющихся в природе закономерностей, численных соотношений и процессов. Поскольку различные закономерности иногда взаимно затушевывают друг друга, очень малочисленные наблюдения и пробы часто дают данные, искаженные случайным взаимодействием каких-либо неучтенных обстоятельств. 5. Искажает истину и неосознанная предвзятость подбора проб. Их выбор либо должен совершенно не зависеть от исследователя, либо подчиняться математической закономерности. В пер-вом случае, например, изучающий видовой состав и особенности произрастания травянистых растений на лугу, бросает, не глядя, палку за спину, и там, где она упадет, закладывает пробную площадку (и так 5-10 раз). Математическое же размещение проб — это размещение в строго геометрическом порядке (в шахматном или через равные промежутки по прямой), либо проведе-ние наблюдений через равные промежутки времени, либо выбор каждой пятой, десятой и т. д. пробы для обследования. Вместе с тем, если пространство неоднородно, то, например, пло-щадки размещают так, чтобы они характеризовали участки с разными свойствами. 6. При обработке собранных материалов (проб, наблюдений, опытов и т. п.) и изложении результатов необходимо как можно более полно сравнить полученные данные. Сведение их в таблицы или представление в графиках и диаграммах — самый наглядный и экономный способ обработки первичных данных. Однако сами по себе таблицы, диаграммы и графики — лишь материал для описаний и размышлений. Все результаты, подлежащие обсуждению, должны отражать только собственные наблюдения и опыты. Сравнивать их можно (а иногда и необхо-димо) с данными, содержащимися в литературе, с обязательной ссылкой на используемые источники. 7. Обработку результатов проводят после окончания наблюдений или учетов на основании записей в полевых дневниках. Это можно делать различными способами. Например, записи полевых наблюдений ежевечерне систематизируют и группируют по видам в специальном дневнике (общей тетради) или заполняют «Карточку регистрации встреч» и т. п. Систематизированный фактический материал должен быть максимально достоверен, полноценен и охватывать весь период наблюдений; стиль изложения — максимально сжатый, главное внимание уделяется сводным таблицам, картам, рисункам. 8. После того как собранные материалы обработаны и проведено обсуждение полученных результатов, полезно вернуться к поставленным задачам и посмотреть, решены ли они. Краткое изложение результатов работы, содержащее ответы на вопросы задач, — это выводы, к которым исследователь пришел в результате проведенных исследований. Формулируя их, необходимо помнить, что отрицательный результат — тоже результат, и его также следует отметить.

МОНИТОРИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Мониторингом окружающей среды называют регу­лярные, выполняемые по заданной программе наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительного и жи­вотного мира, позволяющие выделить их состояния и про­исходящие в них процессы под влиянием антропогенной дея­тельности.

Необходимость в экологическом мониторинге возник­ла несколько десятилетий назад в связи с ухудшением каче­ства окружающей среды как в национальном, так и в меж­дународном масштабах. Экологический мониторинг представляет собой мони­торинг антропогенного воздействия на окружающую при­родную среду, изменения состояния природной среды и эко­систем, проводимый для оценки экологических условий среды обитания человека и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов и т.д.), а также в целях про­гнозирования возможных изменений.

Цель экологического мониторинга — информационное обеспечение управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью.

В состав мониторинга входят: 1) наблюдение за изменением качества окружающей среды под воздействием различных факторов; 2) оценка фактического состояния природной среды; 3) прогноз изменения качества среды.

В 1975 г. была организована Глобальная система мо­ниторинга окружающей среды (ГСМОС) под эгидой ООН, но эффективно действовать она начала только в по­следнее время. Эта система состоит из 5 взаимосвязанных подсистем: изучение климатических изменений, дальне­го переноса загрязняющих среду веществ, гигиенических аспектов среды, исследования Мирового океана и ресур­сов суши.

КЛАССИФИКАЦИЯ МОНИТОРИНГА.

В зависимости от конкретных целей, задач, объектов наблюдения различают несколько видов и классов мониторинга.

По объектам наблюдения: — атмосферный, — воздушный, — водный, — почвенный, — климатический мониторинг, — мониторинг растительности, животного мира, здоровья населения.

Существует классификация систем мониторинга по факторам, источникам и масштабам воздействия: 1. Мониторинг факторов воздействия — мониторинг различных химических загрязнителей (ингредиентный мониторинг) и разнообразных природных и физических факторов воздействия (электромагнитное излучение, радиоактивные излучения, солнечная радиация, акустические шумы и шумовые вибрации).
Мониторинг источников загрязнения — мониторинг точечных стационарных источников (заводские трубы), точечных подвижных средств (транспорт), пространственных (города, поля с внесенными химическими веществами) источников.

По масштабам воздействия мониторинг бывает пространственным и временным.

По характеру обобщения информации различают следующие системы мониторинга:
Глобальный — слежение за общемировыми процессами и явлениям в биосфере Земли, включая все ее экологические компоненты, и предупреждение о возникающих экстремальных ситуациях;
Базовый (фоновый) — слежение за общебиосферными, в основном природными явлениями, явлениями без наложения на них региональных антропогенных влияний;
Национальный — мониторинг в масштабах страны;
Региональный — слежение за процессами и явлениями в пределах какого-то региона, где эти процессы и явления могут различаться и по природному характеру, и по антропогенным воздействиям от базового фона, характерного для всей биосферы;
Локальный — мониторинг воздействия конкретного антропогенного источника;
Импактный — мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в особо-опасных зонах и местах.

Классификация систем мониторинга может основываться и на методах наблюдения:
Химический мониторинг — это система наблюдений за химическим составом (природного и антропогенного происхождения) атмосферы, осадков, поверхностных и подземных вод, вод океанов и морей, почв, донных отложений, растительности, животных и контроль за динамикой распространения химических загрязняющих веществ. Глобальной задачей химического мониторинга является определение фактического уровня загрязнения окружающей среды приоритетными высокотоксичными ингредиентами.
Физический мониторинг — система наблюдений за влиянием физических процессов и явлений на окружающую среду (электромагнитные излучения, радиация, акустические шумы и т.д.).
Биологический мониторинг — мониторинг, осуществляемый с помощью биоиндикаторов (т.е. таких организмов, по наличию, состоянию и поведению которых судят об изменениях в среде).
Экобиохимический мониторинг — мониторинг, базирующийся на оценке двух составляющих окружающей среды (химической и биологической).
Дистанционный мониторинг — в основном авиационный, космический мониторинг с применением летательных аппаратов, оснащенных радиометрической аппаратурой, способный осуществлять активное зондирование изучаемых объектов и регистрацию опытных данных.
В зависимости от принципа классификации имеются различные системы мониторинга, но наиболее универсальным является комплексный экологический мониторинг окружающей среды.

КОМПЛЕКСНЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Комплексный экологический мониторинг окружающей среды — это организация системы наблюдений за состоянием объектов окружающей природной среды для оценки фактического уровня загрязнения и предупреждения о создающихся критических ситуациях, вредных для здоровья людей и других живых организмов. При проведении комплексного экологического мониторинга
окружающей среды:
а) проводиться постоянная оценка экологических условий среды обитания человека и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов и т.д.), а так же оценка состояния и функциональной целостности экосистем;
б) создаются условия для определения корректирующих действий в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются. Система комплексного экологического мониторинга предусматривает: предоставление информации в удобной для использования форме и доведение ее до потребителя.
Основные цели комплексного экологического мониторинге состоят в том, что на основании полученной информации:
1) оценить показатели состояния и функциональной целостности экосистем и среды обитания человека (т.е. провести оценку соблюдения экологических нормативов);
2) выявить причины изменения этих показателей и оценить последствия таких изменений, а так же определить корректирующие меры в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются (т.е. провести диагностику состояния экосистем и среды обитания);
3) создать предпосылки для определения мер по исправлению возникающих негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб, т.е. обеспечить заблаговременное предупреждение негативных ситуаций.

ОБЩИЙ МОНИТОРИНГ.

Существует так же понятие общего мониторинга, объектом исследования которого является, по мнению академика И.П. Герасимова (1975), «многокомпонентная совокупность природных явлений, подверженная многообразным естественным динамическим изменениям и испытывающая разнообразное воздействие и преобразование ее человеком».
Для конкретизации действий и удобства рассмотрения общий мониторинг он подразделяет на следующие блоки: биоэкологический; геоэкологический; биосферный;
В каждый из этих блоков могут быть включены определенные виды мониторинга в зависимости от конкретных объектов наблюдения. В свою очередь, структура отдельного вида монито-ринга может состоять из отдельных подсистем или подпрограмм из других видов мониторинга.

Между отдельными видами мониторинга не всегда представляется возможным провести четкую грань, поскольку отдельные виды мониторинга могут быть использованы другими или входят в их структуру. В настоящее время наибольшую актуальность приобретает мониторинг антропогенных изменений, так как именно техногенное или хозяйственное воздействие человека на окружающую среду приносит опасные изменения в экологические системы, ландшафты, природные комплексы. Основой для этого служит фоновый мониторинг в неизмененных или малоиз-мененных природных комплексах. Исключительно важное значение имеют результаты фонового мониторинга в процессе биосферного мониторинга, предназначенного для определения глобально-фоновых изменений в окружающей природной среде под усиливающимся антропогенным воздействием. Последствиями антропогенного «давления» на биосферу могут быть
изменения циркуляции газов между океаном и воздушной оболочкой Земли, погодно-климатических условий на планете, нарушение озонового слоя, загрязнения Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, нарушение естественных мест обитания и путей миграции в животном мире, нарушение биогеоценозов и т.д.
Неотъемлемой частью биосферного мониторинга являются биосферные заповедники (заказники), позволяющие поддерживать стратегию биоразнообразия.

МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ.

Атмосферный воздух практически не учитывается как природный ресурс, и контроль за его компонентами, за исключением диоксида углерода, не ведется. В то же время отмечаемое снижение содержания кислорода в промышленных центрах нарушает нормальное клеточное дыхание живого организма, осложняет ведение технологических процессов, в частности, в
металлургической промышленности.
Водные ресурсы. Мониторинг водных ресурсов проводится в рамках государственного водного кадастра. Учет водных ресурсов (кроме подземных) и наблюдение за режимом велись на сети
гидрометеорологических обсерваторий, станций и постов Росгидромета по единой в стране системе. Роскомвод обеспечивает на предприятиях, в организациях и учреждениях контроль правильности учета количества вод, забранных из водоисточников, и сброса в них использованных вод, осуществляя учет использования вод. Контролю подлежат количество отбираемых питьевых и технических вод и распределение этого отбора по видам использования.
Земельные ресурсы. Мониторинг земельных ресурсов осуществляется как землепользователями, так и государственными землеустроительными органами. Инвентаризация земель, прово-дится один раз в 5 лет.
Минерально-сырьевые ресурсы. Мониторинг минерально-сырьевых ресурсов ведется на различных стадиях их освоения. Геологическое изучение недр, учет состояния и движения запасов полезных ископаемых входят в компетенцию органов Министерства природных ресурсов РФ. Надзорную деятельность в области рационального использования минерально-сырьевых
ресурсов осуществляет Госгортехнадзор России. Последний представляет собой специализированный контрольный орган, который осуществляет наряду с надзором за состоянием безопасности работ в промышленности надзор за соблюдением порядка пользования недрами при разработке месторождений полезных ископаемых и переработке минерального сырья.
Биологические ресурсы. Учет охотничьих и промысловых животных возложен на службы Главохоты РФ, которая на основании имеющихся сведений составляет прогнозы рационального использования животных ресурсов. Отсутствие кадастров животного мира и слабая их инвентаризация не позволяют говорить о существовании мониторинга. Мониторинг рыбных ресурсов ведется во всех рыбопромысловых бассейнах и в местах, наиболее подверженных антропогенному воздействию.