Основные методы экологии

1.

Презентация по предмету
«Экология и охрана природы
Тема: Основные методы экологии.

2.

ПЛАН
1
. ПОЛЕВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ
2. ЭКСПЕРИМЕНТЫ В ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯХ
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И СИТУАЦИЙ

3.

1. полевые наблюдения
• Термин"метод"описываетспособисследованияипреподавания.В широком смыслеметодэтоспособ,приемилисредствовосприятиядействительности,совокупностьвзаимосвязанны
х принципов иприемовисследования процессов, явлений иобъектовв природе и
обществе.
Метод науки-это присущий ей способ проникновения в
содержаниеобъектаисследования.Еслиобъектнауки отвечает на вопрос "что
исследовать",то метод-"как".
Выборконкретногометодаисследованияопределяетсяметодологией научного
познания,т.е.учениемо принципах построения, формах
иметодахнаучнойпознавательнойдеятельности. Методология определяетосновнойподход
к изучению явлений хозяйственной жизни и является вопросом развитиялюбойнауки.

4.

• Методологическойосновойсовременной экологииявляетсясочетание системного подхода,
полевых наблюдений,экспериментови моделирования.
* Системный подход пронизывает большинство экологических исследований,
посколькукаждыйобъектвэкологииявляетсясистемойиличастьюсистемы в силу
всеобщейвзаимосвязиэлементов живой природы.
* Полевые наблюдениядаютконкретнуюинформациюо состоянии отдельных видов и
популяций, их роли в существованииконкретнойэкосистемы,зависимости от
деятельностиотдельныхгрупп организмов,
антропогенноговоздействияиизменениячисленностипопуляций.
* Эксперименты
вестественныхусловияхпозволяютмоделироватьбиоэнозилибиогеоценоз,последствияегоразви
тия дляконкретной ситуации,конкретного сообществаорганизмов.

5.

• Математическоемоделированиепроцессов и
ситуаций,происходящихвпопуляцииилибиосфере,с
помощьюкомпьютерныхтехнологийпозволяет:
*Количественнооценитьизучаемыйпроцессилиявление;
*прогнозироватьсвысокойстепеньюдостоверностивозможное
развитиетогоилииногопроцессаилиситуациивэкосистеме,используя накопленные данные.
Методыматематического моделированияшироко используютсякак средство изучения и
прогнозирования природныхявленийвэкосистемах.Это объясняется тем,
чтосупербиологическиесистемы(популяции,биосферыиэкосистемы),изучаемыеэкологией,чрез
вычайно сложны. В нихсуществуетогромное количество взаимосвязей,силаи постоянство
которых постоянно
меняются.Одноитожевнешнеевоздействиеможетиметьразличные,аиногдаипротивоположныеп
оследствия,в зависимости отсостояниясистемыв момент воздействия.

6.

• 2. эксперименты в природных условиях
• Реакциюсистемы
натотилиинойфакторможнопредсказатьтолькопутемкомплексногоанализасуществующих
количественныхсвязейи закономерностей.
Однако,используя
математическиеметоды,экологидолжныпомнить,чтоклассические,строгодетерминированныеалгорит
мыуправленияипрогнозированиянемогутбытьпримененыксложнымэкологическимсистемам,поскольк
уониимеютбольшиестепенисвободы,аихпараметрызависятотвремени.Другимисловами,математичес
киерасчетыв экологиимогутнаправлятьрешениепрактическихзадач,но немогути
недолжныпредсказывать конкретные особенности. Однако развитие количественных методов
исследования, превращающих экологию в точную науку,-требование времени.
Одной из первых экологических моделей была модельВольтера-Лотки.Особиодного вида
взаимодействуют с особямиэтогоилидругих
видов.Этовзаимодействиеможетбытьмирнымиливотношенияххищник-жертва.Было замечено,
чтоколичествохищных рыб колеблется в
обратнойзависимостиотколебанийколичествамелкиххищныхрыб.Анализируяэтиколебания,математи
кВито Вольтерра (1860-1940)вывелнеобходимые уравнения. Если бы
вбиологическоммиресуществовалотолько два вида (большое упрощение), то дажев этом случае

7.

• * Системный подход пронизывает большинство экологических исследований,
посколькукаждыйобъект экологииявляетсясистемойиличастьюсистемы в силу
всеобщейсвязанностиэлементов живой природы.
* Полевые наблюдениядаютконкретнуюинформациюо состоянии отдельных видов и популяций, их
роли в существованииконкретнойэкосистемы,зависимости от деятельностиотдельныхгрупп
организмов, антропогенноговоздействияиизмененияпопуляций.
* Эксперименты
вестественныхусловияхпозволяютмоделироватьбиоценозилибиогеоценоз,последствияегоразвития
дляконкретной ситуации,конкретного сообществаорганизмов.
* Математическоемоделированиепроцессов и ситуаций,происходящихв популяциях
ибиосферах,сиспользованиемкомпьютерныхтехнологийпозволяет:
*Количественнооценитьизучаемыепроцессыиявления;
*прогнозироватьсвысокойстепеньюдостоверностивозможное
развитиетогоилииногопроцессаилиситуациивэкосистеме,используя накопленные данные.

8.

• Методыматематического моделирования как средство изучения и прогнозирования
природныхявленийвэкосистемахполучилиширокое распространение.
Этосвязаносчрезвычайнойсложностьюсупербиологическихсистем(популяций,биосфериэкосистем),и
зучаемыхэкологией.В нихсуществуетогромное количество взаимосвязей,силаи постоянство которых
постоянно
меняются.Одноитожевнешнеевоздействиеможетиметьразличные,аиногдаипротивоположныепослед
ствия,в зависимости отсостояниясистемыв моментеговоздействия.
Реакциюсистемы
натотилиинойфакторможнопредсказатьтолькопутемкомплексногоанализасуществующих
количественныхсвязейи закономерностей.
Однако,используя
математическиеметоды,экологидолжныпомнить,чтоклассические,строгодетерминированныеалгорит
мыуправленияипрогнозированиянемогутбытьпримененыксложнымэкологическимсистемам,поскольк
уониимеютбольшиестепенисвободы,аихпараметрызависятотвремени.Другимисловами,математичес
киерасчетыв экологиимогутнаправлятьрешениепрактическихзадач,но немогути
недолжныпредсказывать конкретныеособенности.Однако развитие количественных методов

9.

• Одной из первых экологических моделей была модельВольтера-Лотки.Особиодного вида
взаимодействуют с особямиэтогоилидругих
видов.Этовзаимодействиеможетбытьмирнымиливотношенияххищник-жертва.Было замечено,
чтоколичествохищных рыб
колеблетсяобратнопропорциональноколебаниямколичествамелкиххищныхрыб.Анализируяэтик
олебания,математикВито Вольтерра (1860-1940)вывелнеобходимые уравнения.
Есливбиологическоммиресуществуеттолько два вида (большое упрощение),
тодинамикапопуляции пелагических рыб будет выглядеть следующим образом Форрестер
(1970) предложил динамическую модель мира, которая учитывает изменения в численности
населения, капиталовложениях, природных ресурсах, загрязненииипроизводстве продуктов
питания. Взаимосвязи, используемыевэтоймодели,довольносложны.Например,рост населения
связан с плотностью населения, питанием, загрязнением, обеспеченностью ресурсами,
материальным богатством, смертностью с уровнем жизни, питанием, загрязнением с
количеством капитала и т.д. Многомерная модель Форрестера позволяет рассматривать
динамику показателей мировой системы как функцию вариаций различных факторов.
ОдинизвыводовФоррестера-графикпотребленияприродныхресурсовпристабильных
показателях населения, финансов и "качества" жизни.

10.

• ГруппаД.МедоузаГруппаМедоуза(1972)построиладинамическуюмодель,основаннуюнапятиключ
евыхпоказателях(ускореннаяиндустриализация,ростнаселения,ростнедоедания,истощениересу
рсовидеградацияокружающейсреды).Модельвключаетвсебябольшойнаборвзаимосвязей,втрир
азабольший,чеммодельФоррестера.ПрогнозыразличныхальтернативвмоделиМедоузауказывал
инаглобальнуюкатастрофувсередине21векаиззаистощенияприродныхресурсовиувеличениязагрязненияокружающейсреды.Единственнымспо
собомизбежатьэтогобылабыстабилизациячисленностинаселения,ростпромышленностиистимул
ированиеразвитиясельскогохозяйства.
• МодельМ.МесаровичаиЭ.Пестеля(1974)характеризуетсявысокой размерностью и детализацией
взаимосвязей. Модель содержит более 100 000 уравнений, описывающих мировую систему как
совокупность региональных систем. Авторы выделили крупнейшие страны(например, Россия,
Китай, Вьетнам)и регионы (например, Северная Америка, Западная Европа, Северная
Африка),10группнаселения,пятьтиповмашин,дватипа сельскохозяйственного производства, 19
типов промышленного
капиталаипятьтиповкапиталаэнергетическогосектора.Наосновеэтоймоделиавторырассмотрели
различные сценарии развития мировой системы.

11.

• ВПенсильванскомуниверситетебыласозданамоделькофункциональнойсистемыгосударств.Еематем
атическаячастьсостоитизболеечем20000уравнений.
ГруппаэкспертовООНподруководствомВ.Леонтьевавконце1970хгодовразработаламежрегиональнуюмодельмежотраслевогобалансамировойэкономики.

12.

• 3. математическое моделирование процессов и ситуаций
• Экологическиеметоды.
• Полевыенаблюдения,дающиеконкретнуюинформациюо состоянии отдельных видовилипопуляций,их роли в
существованииконкретнойэкосистемы,зависимостиот
деятельностиконкретногобиотическогосообщества,антропогенноговоздействия,изменениячисленностии т.д.
• Экспериментывестественныхусловияхпозволяютсмоделироватьконкретнуюситуацию, последствия ее развития
дляопределенногобиотическогосообщества,биоценоза или биогеоценоза;
• Компьютерные технологии позволяют проводитьматематическое моделирование процессов и ситуаций,происходящихв
популяциях ивбиосфере,сцелью
• количественнойоценкиизучаемых процессов и явлений;и
• свысокойстепеньюдостоверностипрогнозировать,используя накопленные данные,возможное
развитиеконкретныхпроцессов и ситуаций вэкосистеме.
• Математическое моделирование позволяет свысокойстепеньюдостоверностипредсказатьвозможное
развитиеконкретногопроцессаилиситуациивэкосистеме,используянакопленныеданные.
• 2.экологическиефакторы. Биологический оптимум. ЗаконЛибига.Антропогенныефакторы.Экологическиекатастрофы
XX-XXIвека.
• Экологические факторы-этохарактеристикиокружающейсреды,которыекаким-либообразом
влияютнаорганизмы.Безразличныеэлементы среды, например, инертные газы,неявляютсяэкологическимифакторами.

13.

• Экологические
факторыхарактеризуютсябольшимивременнымиипространственнымивариациями.Например,
температура сильноварьируетсянаповерхности,но почти постоянна наморскомднеили в глубине
пещер.
• По характеру воздействия
• Прямогодействия-воздействуютнепосредственнона организм,восновномна обмен веществи т.д.
• Косвенногодействия-влияетна организмопосредованно,
черезизмененияфакторовпрямогодействия(например,рельеф, экспозиция, высота над уровнем
моря).
• По происхождению
• Абиотическиефакторы-небиологические факторы
• КЛИМАТИЧЕСКИЕ:годовоесуммированиетемпературы,среднегодовая температура,
влажность,атмосферноедавление
• Механическийсостав почвы,аэрацияпочвы, кислотностьпочвы,химический составпочвы.

14.

• ОРОГРАФИЧЕСКИЕ:рельеф,высота,крутизна,экспозиция склона
• Химические:состав воздуха,соленостьводы, концентрация,кислотность.
• Физические:шум,магнитноеполе,теплопроводность итеплоемкость,радиоактивность, интенсивность
солнечногоизлучения.
• Биологические-связанные с деятельностьюорганизмов
• Фитогенные-воздействиерастений
• микогенные-воздействиегрибов
• зоогенный-влияние животных
• микробиогенный-воздействиемикроорганизмов
• Антропогенные-воздействия,вызванныерациональнойинерациональнойдеятельностьючеловека.
Физические:использованиеядернойэнергии,движениепоездовисамолетов,воздействиешума и вибрации

15.

• Химические-загрязнение мантии Земли в результате использованияминеральных удобрений
итоксичныххимикатов,промышленныхитранспортныхотходов.
• Биологические-связанныеспищей,средой обитанияипотенциальнымиисточникамипищи
• Социальные-связанные счеловеческимиотношениямии жизньюобщества.
• Из-зарасходов на
• Ресурсы-элементыокружающейсреды, которыеорганизмыпотребляют,уменьшая ихзапасывокружающейсреде (вода,
CO2, O2, свет).
• Условия-элементыокружающейсреды,которыенепотребляются организмами(температура, движение воздуха,
кислотность почвы).
• Зависитот ориентации.
• Векторные-факторы,меняющиенаправление:заболачивание, засолениепочвы.
• Циклические-чередованиепериодовувеличенияиуменьшенияфактороввтечение нескольких лет. Например,изменение
климата втечение11-летнегосолнечногоцикла.
• Осцилляторный(импульсивный,флуктуационный)-колебания вобоихнаправленияхотопределенногосреднего значения
(суточные колебаниятемпературы,изменениясреднемесячногоколичестваосадков в течение года).

16.

• Абиотическийоптимум -наиболееблагоприятная областьданногоэкологического фактора, в которой
виднаиболеежизнеспособен.Оптимальноесочетание всех факторов, влияющих наорганизм.
• Биологическийоптимум-наиболееблагоприятная областьданногоэкологического фактора, в которой
виднаиболеежизнеспособен
• Схематичнореакция организма на изменениезначенияфактора изображается в виде кривойвыживания(экологической
кривой), при анализе которойвыделяютнесколькоточекизон
• Кардинальнаяточка:
• Кардинальныеточки:минимальноеимаксимальноезначения-крайние значения фактора, при которых возможна
жизнедеятельность организма
• Точка оптимума-наиболее благоприятное значение фактора
• Зона:
• -Зона оптимума-ограничивает диапазон наиболее благоприятных значений фактора-Пессимум(верхняяинижняя)зоныограничивает диапазонзначений фактора,прикоторыхжизнедеятельностьорганизмазначительноснижается.
• -Зонажизнеспособности-диапазонзначений,прикоторыхфакторактивно проявляетсвоюжизненнуюфункцию
• -Зонапокоя (верхняяинижняя)-диапазонзначенийфактора, при которых организмжив,нонаходитсявсостояниипокоя.
• -Зона жизни-диапазон значений фактора, впределахкоторогоорганизмможетпродолжать жить.
• Важностьлимитирующих фактороввпервыебылаотмеченанемецкимученым Й. Либигомв середине19века.

17.

КОНЕЦ!