Методы экологии - раздел Экология, Лауреат Всероссийского конкурса по созданию новых учебников ЭКОЛОГИЯ Методическую Основу Современной Экологии Составляет Сочетание Системного П...
Методическую основу современной экологии составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования. Экология давно уже перестала быть чисто описательной дисциплиной, сейчас в ней преобладают количественные методы - измерения, расчеты, математический анализ. Системный подход пронизывает большинство экологических исследований, так как любой объект экологии имеет системную природу. В системном подходе объединяются аналитические и синтетические приемы исследования. Разнообразие исследовательских и прикладных задач влечет за собой и разнообразие применяемых в экологии методов. Их можно объединить в несколько групп.
Методы регистрации и оценки состояния среды являются необходимой частью любого экологического исследования. К ним относятся метеорологические наблюдения; измерения температуры, прозрачности, солености воды и анализ ее химического состава; определение характеристик почвенной среды, измерения освещенности, радиационного фона, напряженности физических полей, определение химической и бактериальной загрязненности среды и т.п.
К этой же группе методов следует отнестимониторинг - периодическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и за качеством окружающей среды. Большое практическое значение имеет регистрация состава и количества вредных примесей в воде, воздухе, почве, растениях в зонах антропогенного загрязнения, а также исследования переноса загрязнителей в разных средах. В настоящее время техника экологического мониторинга быстро развивается, используя новейшие методы физико-химического и химического экспресс-анализа, дистанционного зондирования, телеметрии и компьютерной обработки данных. Важным средством экологического мониторинга, позволяющим в ряде случаев получить интегральную оценку качества среды, является биоиндикация - использование для контроля состояния среды некоторых организмов, особо чувствительных к изменениям среды и к появлению в ней вредных примесей.
Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных лежат в основе изучения природных сообществ. Для этого применяются подсчеты особей на контрольных площадках, в объемах воды или почвы, маршрутные учеты, отлов и мечение животных, наблюдения за их перемещениями с помощью телеметрии и другие средства вплоть до аэрокосмической регистрации численности стад, скоплений рыбы, густоты древостоя, состояния посевов и урожайности полей. Изучение динамики численности популяций потребовало введения в экологию методов демографии. Все это необходимо для овладения управлением экосистемами, для предотвращения гибели видов и снижения биологического разнообразия и биопродуктивности экосистем. Определение биомассы и продуктивности различных сообществ организмов позволяет оценить биопродукционный потенциал отдельных территорий и акваторий, а также глобальный природный фонд органического вещества биосферы и пределы его использования.
Исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов составляют наиболее разнообразную группу методов экологии. В их число входят различные, подчас сложные и длительные наблюдения в природе. Но чаще применяются экспериментальные подходы, когда в лабораторных условиях регистрируется воздействие строго контролируемого фактора на те или иные функции растений или животных, а также анализируется применимость полученных на животных результатов к экологии человека. Этим путем устанавливаются оптимальные или граничные условия существования. В частности, так определяются критические и летальные дозы химических и других агентов, по которым рассчитывают предельно допустимые концентрации и воздействия, лежащие в основе экологического нормирования. В данном случае экология смыкается с физиологией, биохимией, токсикологией. Эколог использует применяемую в этих дисциплинах экспериментальную технику. Методы этой категории важны также при определении устойчивости экосистем и изучении адаптации - приспособлений растений, животных и человека к различным условиям среды.
Методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сообществах составляют важную часть системной экологии. Здесь также важны натурные наблюдения и лабораторные исследования пищевых отношений, пищевого поведения, опыты с переносом «меток», например, радиоактивных изотопов, с помощью которых можно определить, какое количество органического вещества и энергии переходит от одного звена пищевой цепи к другому: от растений - к травоядным животным, от травоядных - к хищникам. Особо следует упомянуть экспериментальную методику создания и исследования искусственных сообществ и экосистем, т.е. по существу лабораторное натурное моделирование взаимодействий организмов друг с другом и с окружающей средой. В ряде случаев для этих целей создают искусственные, частично замкнутые и самоподдерживающиеся многовидовые системы.
Кибернетические исследования и методы математического моделирования приобретают все большее значение в экологии. Потребность в них для целей управления и прогнозирования очень велика. Существуют близкие к реальным процессам математические модели техногенных эмиссии, распространения загрязнителей в атмосфере, самоочищения реки. Намного сложнее моделирование экологических систем. В свое время были получены обобщенные аналитические модели многих экологических процессов. Но реальные объекты экологии столь сложны, что с трудом поддаются строгому математическому описанию даже при значительном упрощении задач. Поскольку в большинстве случаев речь идет о многоуровневых нелинейных задачах с большим числом переменных, аналитические решения практически невозможны, и на первое место выдвигаются численные методы имитационного моделирования, основанные на применении современной вычислительной техники.
В последние годы благодаря мощным компьютерам нового поколения и новым средствам программирования появилась возможность количественного решения ряда сложных системных экологических задач. При этом все большее значение приобретают такие новые компьютерные методы как применение технологии нейронных сетей и аппарата теории нечетких множеств. Быстро совершенствуются приемы глобального моделирования, доведенные до моделей, основанных на проблемно-прогнозном подходе. Они позволяют рассматривать варианты сценариев и строить обоснованные прогнозы глобального развития.
Методы прикладной экологии быстро развиваются. Ее важными средствами становятся:
§ создание геоинформационных систем (ГИС-технологий) и банков экологической информации, относящихся к различным регионам, территориям, ландшафтам, агросистемам, промышленным центрам, городам;
§ комплексный эколого-экономический анализ состояния территорий для целей экологической диагностики и оздоровления экологической обстановки;
§ методы инженерно-экологических изысканий, необходимых для оптимального размещения, проектирования, строительства и реконструкции гражданских и хозяйственных объектов;
§ методы экологически ориентированного проектирования хозяйственных и гражданских объектов, основанные на принципах и расчетах экологического соответствия;
§ технологические методы снижения отходности, побочных эмиссии и коэффициентов вредного действия производственных комплексов, процессов, устройств и изделий;
§ методы оценки влияния техногенных загрязнений и деградации окружающей среды на здоровье людей и состояние природных систем;
§ методы контроля экологической регламентации хозяйственной деятельности: экологический мониторинг; экологическая аттестация и паспортизация хозяйственных объектов, территориальных природно-производственных комплексов; экологическая экспертиза; оценка ожидаемых воздействий проектируемых и строящихся объектов на окружающую среду.
Все темы данного раздела:
Акимова Т.А., Кузьмин A.П., Хаскин В.В.
А39 Экология. Природа - Человек - Техника: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 343 с. ISBN 5-238-00191-6.
Учебник представляет современную экологи
Предмет экологии
В современном мире человек сталкивается с множеством разнообразных проблем. Однако существует целый ряд проблем, которые являются общими для всех людей вне зависимости от расовой, государственной,
Экология, природопользование и охрана окружающей среды
Практическая значимость экологии заключается в первую очередь в том, что она может и должна осуществлять научный контроль природопользования. Природопользование составляет ресурсную базу экономики.
Главные проблемы и задачи экологии
Безудержный экономический рост и техногенный тип мирового хозяйства привели к возникновению глобальных экологических проблем: опустыниванию, обезлесению, истощению природных ресурсов, разрушению оз
Принципы теории систем в экологии
Рассматривая в первой главе предмет современной экологии, мы сразу же сталкиваемся с понятием системы. Оно лежит в основе экологии. Экологическая система - главный объект экологии. Но в данном пара
Главные законы экологии
Современная экология располагает обширной аксиоматикой, относящейся ко всем уровням организации природных систем. Некоторые, достаточно общие постулаты, теоремы, правила заимствованы из смежных дис
Основные объекты экологии
Обычно выделяют шесть уровней организации живой материи, образующих иерархию: молекулярный, клеточный, организменный, популяционный (популяционно-видовой), экосистемный, биосферный.
Основн
Системные связи в экологии
Среди форм взаимоотношений между организмами разных видов в природе главное место занимают взаимодействия, которые обобщенно могут быть обозначены как «пища - потребитель пищи», или «ресурс - экспл
Модель экосферы
Перейдем теперь к причинным связям, описывающим взаимоотношения человека и природы. Задача чрезвычайно сложна и, вместе с тем, при некоторых условиях и оговорках может быть сведена к очень простой
Основные свойства живых систем
Для понимания структуры и функционирования экологических систем представляется целесообразным сформулировать наиболее общие свойства живых систем клеточного и организменного уровней организации в т
Надорганизменные биосистемы. Популяции
Организмы одного вида в природе всегда представлены не по отдельности, а определенным образом организованными совокупностями - популяциями*. Популяции могут быть монолитными или состоять из
Экосистемы
Популяция или часть популяции какого-либо вида растений или животных может входить в состав разных сообществ, где она сочетается с различными наборами представителей других видов. Многовидовые сооб
Биосфера
Пространство, занимаемое современной биосферой, охватывает приземный слой атмосферы, поверхностные горизонты земной коры континентов и гидросферу Земли. Верхняя граница основного слоя биосферы расп
Биомасса, продуктивность и основные функции биосферы.
Судя по оценкам биомассы и продуктивности биомов (табл. 3.1), суммарная биомасса биосферы (в расчете на сухое вещество) составляет около 2 трлн т, ежегодная продукция биомассы в 10 раз меньше. Живо
Биотическая регуляция окружающей среды
Поток энергии в биосфере. Правило 1%. Солнце дарит Земле колоссальное количество энергии. Достигающее биосферы излучение несет энергию около 2,5-Ю24 Дж в год. Только
Эволюция биосферы
Высокая степень замкнутости биотического круговорота и биологическая регуляция окружающей среды - закономерный результат эволюции биосферы.
Эволюция биосферы состоит из добиотической фазы,
Факторы среды
Под средой в экологии понимают всю совокупность тел и сил внешнего по отношению к живому организму мира. Термин среда обитания применяют, когда хотят обозначить характерные для какого
Закономерности абиотических воздействий
Диаграммы выживания. Каждый живой организм может нормально существовать и продолжать свой род только в определенной области значений какого-либо из существенных факторов среды.
Закономерности биотических воздействий
Типы биотических взаимодействий. Согласно закону всеобщей связи в живой природе различными взаимодействиями могут быть охвачены существа и очень близкие (например, две дочерние
Ресурсы биосферы
В этом параграфе приведены краткие характеристики наиболее важных экологических факторов, которые рассматриваются как ресурсы экосистем и биосферы с точки зрения приспособления к ним живых организм
Техногенез
Этапы техногенеза. Современному этапу общественного развития предшествовала длительная история становления средств производства, техники и технологий - техногенез.
Рост техносферы в XX веке
Показатель
Начало века
Конец века
Валовой мировой продукт, млрддолл./год
Техносфера
Объем и состав техносферы. Мировое хозяйство можно рассматривать как видовую реализованную экологическую нишу человечества. По многим пространственным и потоковым параме
Ресурсы техносферы
Понятие о природных ресурсах. В гл. 4 мы уже рассмотрели ресурсы биосферы как важнейшие факторы среды. Это солнечная энергия, свет, пища, вода, тепло, почва, т.е. все то, что н
Земля, вода, биоресурсы
Земельные ресурсы. Прикладная геоэкология рассматривает земельные ресурсы с нескольких точек зрения. Наиболее существенными являются:
§ размеры территории, с
Коэффициент антропогенного давления и доля (в %) ненарушенных территорий
Страны
Коэффициент антропогенного давления
Доля ненарушенных территорий
Нидерланды
Энергетические и минеральные ресурсы
Мировое потребление энергии неуклонно растет. За период с 1970 по 1990 гг. использование энергии в величинах нефтяного эквивалента возросло с 5 до 8,8 млрд т. По прогнозам Мировой энергетической ко
Удельные выбросы в атмосферу при работе ТЭС мощностью 1000 МВт на разных видах топлива, г/кВт *час
Выбросы
Топливо
Уголь
Мазут
Природный газ
Частицы
0,4 - 1,4
Состав отработавших газов автомобиля, % по объему
Компоненты
Двигатели
Карбюраторные
Дизельные
N2
72- 75
74-76
Загрязнение атмосферы
Состав, количество и опасность аэрополлютантов. Из 52 Гт глобальных антропогенных выбросов в атмосферу более 90% приходится на углекислый газ и пары воды, которые обычно не отн
Загрязнение природных вод
Загрязнение водоемов зависит от различных факторов миграции веществ в аквальных системах, среди которых важнейшими являются степень проточности водоема (река, озеро, водохранилище), масса и состав
Твердые и опасные отходы: количественные характеристики.
Поверхность земли испытывает самую значительную по массе и очень опасную антропогенную нагрузку. Если в атмосферу выбрасывается менее 1 млрд т вредных веществ (без СО2), а в гидросферу -
Загрязнение территорий особо опасными токсикантами.
С производством и применением пестицидов связано появление в окружающей среде еще одной группы крайне ядовитых веществ - диоксинов. Они оказались образовавшимися в процессе производства прим
Радиационное загрязнение
Техногенные добавки к радиационному фону. Научные открытия и развитие физико-химических технологий в XX в. привели к появлению искусственных источников радиации,
Радиационная обстановка на территории России и стран СНГ.
Средняя облучаемость населения на территории России и стран СНГ в 1,7 раза больше глобальной из-за более высокого естественного и технозависимого фона и воздействия ряда техногенных источников (таб
Физическое волновое загрязнение среды
Под общим условным названием волнового загрязнения среды здесь объединена большая группа разнородных физических явлений и воздействий, которые имеют колебательную, волновую природу и исходят от тех
Техногенные поражения
Основные понятия. Классификация. Под экологическим поражением подразумевается значительное нарушение условий природной среды, которое приводит к деструкции экологических
Загрязнение среды и здоровье людей
Связь общих показателей состояния здоровья с загрязненностью окружающей среды. К общим показателям состояния здоровья населения относят общую и детскую заболеваемость, общую
Экологическая безопасность
Рассмотренные выше примеры антропогенных воздействий и экологических поражений - от локальных техногенных катастроф до глобального экологического кризиса - свидетельствует о том, что современное со
Оценка экологического риска
Оценки риска. Судя по данным, приведенным выше в этой главе, вся наша планета стала зоной экологического риска. Но он не всегда и не для всех очевиден, так как маскирует
Соизмерение производственных и природных потенциалов территории
В гл. 7 в качестве основного критерия экологической безопасности территориальных комплексов было введено главное условие: техногенная нагрузка на территорию (природоемкость производства) не должна
Экологическое нормирование
Необходимость смены техногенного типа развития требует введения экологических ограничений или экологических нормативов. Экологическая техноемкость территории и предельно допустимая техногенная нагр
Экологический мониторинг
Неотъемлемой частью экологизации является постоянное слежение за всеми составляющими природоемкости производства и состоянием окружающей среды - экологический мониторинг. Он включает в себя
Организационные формы контроля экологической регламентации
Важным направлением экологической регламентации является контроль за соблюдением установленных нормативов. Рассмотрим некоторые организационные формы экологического контроля, используемые в процесс
Экологическая обусловленность экономики
Современная эколого-экономическая ситуация указывает на необходимость замены сложившегося техноцентрического образа экономики на устойчивый экологически сбалансированный тип хозяйственного развития
Главные слагаемые экологизации экономики
Основные составляющие. Традиции и законы макроэкономики сложились в эпоху, когда общее воздействие человеческой деятельности на окружающую среду не превышало границ самовосстан
Экономические издержки и платность природопользования
Экономический ущерб и экологии. Включение экологических факторов в число экономических категорий предполагает и их экономическую оценку в соответствии с критерием предельной по
Необходимость структурных изменений экономики
Осуществление основных требований экологизации экономики, введение экологических функций в категории макроэкономики и полная реализация платности природопользования предполагают радикальные структу
Принципы и технологии экологизации производства
Основные направления. Начиная с 60-х годов экологическая ситуация и возрастание (в основном через экономику и законодательство) экологических требований к ведению хозяйства при
Проблемы отходности производства
Принципы малоотходных технологии. Экологизация и снижение природоемкости производства предполагают сокращение валового внесения в природную среду техногенных эмиссии. Сделать п
Биотехнологии
Одним из важных путей экологизации производства является расширение использования биологических технологий - применения живых организмов и биологических процессов для получения полезных прод
Средозащитная техника
Классификация средств экологической защиты. Под средозащитной техникой понимается совокупность технических средств и технологических методов, предназначенных для защиты
Технологии постиндустриальной цивилизации
Выше уже рассмотрены основные этапы техногенеза и важнейших технологических достижений человечества. Современный этап прогресса знаменуется переходом к постиндустриальной цивилизации, многие черты
Место и роль человека в экосфере
Заканчивая изучение современного состояния экосферы, мы переходим к рассмотрению возможных путей стабилизации взаимодействия техносферы и биосферы для того, чтобы определить общие черты стра
Демографический взрыв и его следствия
В 1999 г. численность человечества достигла 6 миллиардов. Это беспрецедентная видовая численность для крупных животных и вообще для видов наземных позвоночных животных в природе. «Законная» биол
Путь к новой парадигме развития
Назревание конфликта между человеком и природой предсказывалось с незапамятных времен, и в большинстве этих предсказаний конфликт должен был разрешиться в пользу природы. Иероглифический петроглиф
Концепция экоразвития
В основе концепции экоразвития заложена идея соизмерения природных и производственных потенциалов территории. В центре проблемы находится регламентация размещения и концентрации производительных си
П1. Применяемые единицы измерения и их соотношения
Масса: 1 т = 103 кг = 106 г = 109 мг = 1012 мкг
Время: 1 год = 365,25 сут = 8766 ч = 31 557 600 с
Площадь: 1 км2 = 100 га =
П2. Энергетика. Биоэнергетика
Таблица перевода единиц энергии
Дж
Кал
Кгс*м
КВт*ч
Т.у.т.*
Дж
П3. Предельно допустимые концентрации (пдк) некоторых веществ
В атмосферном воздухе, мг/м3
Вещество
Класс опасности
ПДКмр
ПДКсс
В воде, мг/л
Вещество
Хозяйственно-бытовые источники
Рыбохозяйственные водоемы
ПДК
ЛПВ*
ПДК
П4. Единицы радиоактивности и дозы радиоактивного облучения
Физическая величина и доза облучения
Наименование и обозначение единиц
Соотношение между единицами
Единиц
Рекомендуемая
1. Агаджанян НА; Торшин В.И. Экология человека. - М.: КРУК, 1994.
2. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ, 1998.
3. Арский Ю.М., Дан
Дополнительная
1. Агесс П. Ключи к экологии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986.
2. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Основы экоразвития: Учебное пособие. - М.: Изд-во Рос. экон. акад., 1994.
3.
Редактор Т.А. Балашова
Оригинал-макет изготовлен
в ИЗДАТЕЛЬСТВЕ ЮНИТИ-ДАНА
Художник А. В. Лебедев
Лицензия серия ИД № 03562 от 19.12.2000
Подписано в печать 09.0
Новости и инфо для студентов