Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 79. Методи екологічних досліджень

Поміркуйте

  • Чим експеримент відрізняється від спостереження?

Згадайте

  • Моніторинг, моделювання

Зв'язок екології з іншими науками

В основу екології покладено тісний зв'язок із природничими науками — біологією, географією, геологією, ґрунтознавством. Наприклад, взаємодію організмів із хімічними компонентами середовища вивчають фізіологія та біохімія. Ефект впливу середовища на організми оцінюється за конкретними біологічними ознаками, визначити які можна за допомогою анатомії, ембріології, гістології, цитології. В екологічному моніторингу можуть використовуватися об'єкти зоології, ботаніки, мікробіології.

Разом із тим, в екології широко застосовуються методи математики, фізики й хімії — для моделювання екологічних процесів, дослідження динаміки популяцій, вивчення колообігу речовин, моніторингу стану навколишнього середовища.

Мал. 79.1. Польові спостереження

Знання, здобуті шляхом екологічних досліджень, застосовують в охороні природи (відновлення чисельності видів, регуляція промислу, очищення промислових відходів), медицині (розробка нормативів граничного вмісту шкідливих речовин), економіці (раціональне природокористування, ресурсозбереження, зміна технологій, відмова від особливо небезпечних виробництв).

Методологія екологічних досліджень

В екології використовуються стандартні методи наукового дослідження: спостереження, експеримент і моделювання. Власні методи екології можна поділити на дві групи: польові й лабораторні. Польові методи дозволяють вивчати живі організми в природному середовищі. Так можна з'ясувати тип взаємодії видів із середовищем, зрозуміти взаємозв'язки між організмами, вивчити дію зовнішніх факторів. Як лабораторними зазвичай користуються методами хімії, фізіології, анатомії, біохімії. Особливо популярні хімічні методи. Їх застосування дає змогу визначити якісний стан навколишнього середовища — води, ґрунту, повітря.

Польові спостереження

У польових спостереженнях екологи передусім з'ясовують наявність об'єкта спостереження (мал. 79.1). Наприклад, присутність тих чи інших видів, їхніх екологічних підгруп, чинників середовища. Складають карти поширення й інвентаризаційні списки досліджуваних об'єктів. Проте основою екологічних досліджень є кількісна оцінка об'єктів і процесів. Відбувається облік чисельності організмів на досліджуваній території, оцінюються плідність, захворюваність, забруднення середовища та інші показники. За зміною цих показників можна зробити висновок про стабільність об'єкта або ж виявити швидкість і напрямок змін.

Екологічний моніторинг

Екологічний моніторинг — це тривале (як правило, багаторічне) спостереження за природними об'єктами або екологічними процесами. Спостереження за наявністю видів, їхнім станом і чисельністю називається біологічним моніторингом. Спостереження за загальним станом природного середовища й зміною екологічних факторів називається моніторингом навколишнього середовища. Спостереження за загальносвітовими процесами та явищами в біосфері Землі називається біосферним (глобальним) моніторингом.

Приклади біоіндикації

Забруднення

Біоіндикатори

Засолення ґрунту

Пожовтіння листків липи з країв ще до настання осені. Підвищення концентрації проліну в листках каштана. Опадання листя в лип і каштанів

Хронічне задимлення SO2

Зниження співвідношення хлорофілу α до хлорофілу b в ялини. Побуріння хвоїнок ялиці й сосни. Почервоніння листків у листяних дерев. Опадання листя в аґрусу й смородини

Забруднення важкими металами

Накопичення ртуті в пір'ї птахів. Накопичення свинцю в листках тису

Підвищена концентрація озону

Сріблясте забарвлення листків тютюну, плямисті точкові некрози на них

Зазвичай, моніторинг поєднує польові й лабораторні методи досліджень. Окрім біологічних, використовують фізичні, хімічні, географічні та навіть космічні методи, приміром, зондування зі штучних супутників. Моніторинг часто здійснюють задля контролю за забрудненням ґрунту, водного й повітряного середовища різними відходами, накопиченням важких металів, хімічних речовин, радіонуклідів, потраплянням їх у харчові ланцюги.

Завданнями моніторингу є оцінка й прогноз стану природного середовища. Тобто це не просто спостереження за біосферою, а й передбачення небажаних наслідків утручання людини в природу. Відомості, отримані в результаті моніторингу, спрямовують на розробку заходів щодо охорони досліджуваних об'єктів.

Дізнайтеся більше

В Україні багаторічний екологічний моніторинг здійснюють у зоні відчуження навколо Чорнобильської АЕС. До моніторингу належить контроль радіаційного забруднення ґрунту, атмосфери, водойм, оцінка стану рослинного й тваринного світу. За результатами моніторингу роблять прогноз — як поширюватиметься той чи інший радіоактивний елемент у навколишньому середовищі, і, виходячи з цього, розробляють стратегію захисту.

Біоіндикація

Якість навколишнього середовища можна визначити методами біоіндикації. Біоіндикація — це оцінка стану середовища за допомогою біологічних об'єктів. Для біоіндикації використовують особливо чутливі до зміни середовища біологічні види. Стан навколишньогосередовища оцінюють за наявністю або відсутністю видів-індикаторів, їхньою морфологією, поведінкою, чисельністю, видовою різноманітністю угруповань та ін.

Моделювання

Моделювання — це дослідження не самого об'єкта, а його моделі, що відповідає властивостям реального об'єкта. Моделювання використовують тоді, коли дослідження власне об'єкта є неможливим, вимагає забагато коштів або часу, приміром, під час дослідження екосистем. За допомогою комп'ютерного моделювання отримали, наприклад, закономірності в системі «хижак — жертва», зробили прогнози чисельності популяцій і стійкості екосистем.

Ключова ідея

Оцінка і прогноз стану природного середовища відбувається на підставі польових спостережень, біондикації, екологічного моніторингу й моделювання. Екологічний моніторинг — це тривале спостереження за природними об'єктами або процесами. Біоіндикація — це оцінка стану середовища за допомогою біологічних об'єктів.

Запитання та завдання

1. Як ви вважаєте, чи потрібні математичні знання в екології? Поясніть свою відповідь. 2. Що таке біологічний моніторинг? Як його здійснюють? 3. Запропонуйте схему моніторингу природних популяцій кабана. 4. Як можна використовувати лишайники у дослідженнях, що здійснюють за допомогою біоіндикації?