Методи екологічних досліджень
Тема № 1: “ Екологія як загальнобіологічна і гуманітарна наука.
(слайд 1)
План лекції:
1. Предмет екології.
1.1. Методи екологічних досліджень.
2. Соціальні аспекти екології.
3. Українська екологічна школа.
4. Екологія початку ХХІ ст..
(слайд 2)
Література:
1. Васюкова Г.Т., Грошева О.І. Екологія. Підручник. – К.: Кондор, 2009. – 524с.
2. Білявський Г. Основи екологічних знань. - К.: Либідь, 1993.
3. Білявський Г. Падун М. Фурдуй Р .Основи загальної екології. - К., Либідь, 1993.
4. Злобін Ю.А. Основи екології. - К.: Лібра, 1998.
5. Корсак К.В. Основи екології. Навчальний посібник. - К., МАУП, 2002.
6. Екологія: Підручник / С. І. Дорогунцов, К. Ф. Коценко, М. А.
Хвесик та ін. — К.: КНЕУ, 2005.
7. Биологический энциклопедический словарь. - М. Сов. Энциклопедия, 1983.
(слайд 3)
ПРЕДМЕТ ЕКОЛОГІЇ
(слайд 4)
Людина і людство в цілому пов'язані з природним середовищем тисячами незримих ниток. Ми дихаємо киснем, утвореним зеленими рослинами в процесі фотосинтезу, а вуглекислий газ, що виділяється при диханні й усіх видах горіння, у свою чергу поглинається зеленими рослинами, які синтезують за його допомогою органічні речовини. Ці органічні речовини — основа нашої їжі, кормів тварин і база для багатьох видів технічної переробки. Гармонія взаємин людства з природою складалася впродовж багатьох тисячоліть, про що свідчать літописи, легенди, перекази.
Взаємозв'язок живих організмів із навколишнім середовищем вивчає біологічна наука, а з другої половини XIX ст. її окрема галузь - екологія.
(слайд 5)
Уперше термін «екологія» був запропонований німецьким біологом Е. Геккелем у 1866 р.
У буквальному перекладі з грецької означає дім. Екологія - це наука про «дім» людства, тобто про навколишню природу.
(слайд 6)
Вона протягом тривалого часу вивчала умови існування живих організмів (рослин і тварин) та їх взаємодію з навколишнім середовищем і одне з одним. Та ці проблеми складають лише частину наукової будівлі сучасної екології. Наприкінці XX ст. зміст екології став набагато ширшим, а її місце в системі наук істотно змінилося. Екологія виникла як суто біологічна дисципліна, але в сучасну епоху вона трансформувалася і стала наукою про структуру і функції природи в цілому, наукою про біосферу, наукою про місце людства на нашій планеті, наукою про взаємозв'язки всього живого на нашій планеті між собою та з навколишнім світом.
Видатний американський учений Ю. Одум одним із перших став розглядати екологію не як вузьку біологічну наукову дисципліну, а як міждисциплінарну науку, що досліджує багатокомпонентні й багаторівневі великі системи в природі й у суспільстві. Ця якісна зміна, зберігши за екологією її історичну назву, привела до зміни об'єкта і предмета екології, збагатила її новими методами і надала надзвичайної дієвості у розв'язанні соціальних і економічних проблем, що постають перед людством. Власне кажучи, екологія переростає, як відзначив В. Крисаченко (1992), в інтегральну наукову дисципліну - життєзнавство.
Одна з галузей сучасної екології - соціальна екологія - усе більше збагачує концептуальний і методичний апарат вивчення соціальних процесів і активно досліджує проблеми, що виникають на межі соціального і біологічного.
Людина - жива істота, і з цього погляду її взаємозв'язки з природним середовищем також відносяться до сфери екологічного знання. Та зв'язки людини з її оточенням якісно відрізняються від таких зв'язків у рослин і тварин. В останніх взаємини з середовищем існування визначаються лише біологічними властивостями організму, тоді як у людини вони обумовлені науково-технічною озброєністю. Індустріальний тип розвитку цивілізації у XX ст. виявився настільки швидким і потужним, що гармонія людства і природного середовища почала порушуватися.
Розв'язання екологічних проблем, як стало очевидним на межі XX і XXI ст., зробилося неможливим унаслідок тісного сплетіння з демографічними, соціальними й економічними проблемами. Основні екологічні проблеми по своїй суті є глобальними, і вирішити їх може тільки людство в цілому. Але в даний час нашу цивілізацію роздирають небезпечні соціальні суперечності, викликані протистоянням бідних і багатих країн (проблема «золотого мільярда» людства, до якого належить населення США, Канади і ряду країн Західної Європи), різних релігійних конфесій, глобалістів і антиглобалістів. XXI ст. почалося з хвилі варварського тероризму. Усе частіше людські життя забирають не тільки стихійні лиха, але й великі техногенні катастрофи. Отже, розв'язання екологічних проблем - завдання не лише екологів, але й соціологів та економістів, і обов'язковою умовою подолання перепон, створених суперечливими інтересами різних угруповань і блоків, є широке впровадження екологічної освіти й виховання.
(слайд 7)
Люди планети, незалежно від напрямку своєї професійної діяльності, повинні розуміти, як улаштована біосфера, як функціонують екосистеми, наскільки тісно пов'язане задоволення потреб людства і конкретної людини зі станом природного середовища, чому такими небезпечними є її деградація і руйнування, усвідомлювати глобальний характер екологічних процесів і зростаючої екологічної кризи. З колом цих проблем і знайомить студентів вищої школи курс загальної екології.
Як міждисциплінарна наука, екологія має у своєму арсеналі всі методи теорії систем і знаходиться немов на стику біологічних і гуманітарних наук. З одного боку, екологія залишається точною біологічною наукою в тому розумінні, що вона досліджує живі об'єкти та їх сукупності, але водночас вона стала гуманітарною наукою, оскільки визначає місце людини в природі, формує її світогляд і сприяє оптимізації розвитку соціальних і виробничих процесів.
Сучасна екологія є розчленованою на чотири взаємозалежні, але певною мірою самостійні розділи, що логічно випливають один з одного. Це факторіальна екологія, яка вивчає фактори середовища існування, суттєві для живих організмів, аутекологія, завданням якої є вивчення взаємозв'язків між живими організмами і навколишнім середовищем, синекологія, що розглядає закономірності спільного існування живих організмів, їх співтовариств у взаємозв'язку один з одним і умовами існування, і соціальна екологія, що вивчає взаємозв'язки людини з біосферою і місце людського суспільства в природі.
(схема, слайд 8)
Пропонуються й інші способи класифікації екології. К. Ситник і М. Будико (1990-1992) поділяють екологію на три частини: загальна екологія, що вивчає основні закономірності функціонування екологічних систем; глобальна екологія, яка вивчає біосферу в цілому (в іншій термінології це біосферологія), і приватна екологія, об'єктом вивчення якої є взаємозв'язки живих організмів із середовищем існування. На думку Г. Білявського і М. Падун (1991), екологія складається з п'яти основних блоків: а) біоекології з 11-ти розділів і підрозділів, б) геоекології, в) техноекології, г) соціоекології і д) космічної екології. Н. Реймерс вважає, що сучасна екологія складається з 39 основних розділів і поєднана з 70-ма великими науковими дисциплінами. Таким чином, екологію можна вважати за метанауку.
У ході активного розвитку загальна екологія диференціювалася на окремі наукові підрозділи. Біосферна екологія вивчає біосферу і екосистеми нашої планети. Соціальна екологія досліджує роль людської діяльності в існуванні біосфери і способи екологічної оптимізації соціальних процесів.Екологія антропогенних територійзаймається міськими, сільськогосподарськими і промисловими екосистемами.
(слайд 9)
Становлення екології як синтетичної науки є наслідком науково-технічного прогресу та якісної зміни місця людини в природі. Адже на перших етапах розвитку вплив людства на природне середовище мав локальний характер, був незначним, а виробнича діяльність спиралася на природні сили навколишнього середовища (енергія води, вітру, викопні ресурси та ін.). У XX ст. людина стала спроможною до активного впливу на довкілля й почала користуватися раніше недоступними для неї ресурсами. Виникла ідея, що людина - господар природи, а природа - невичерпне джерело потрібних їй ресурсів. У цьому важливу роль відіграли:
а) стрімке зростання чисельності населення, що зробило можливим фактично необмежене використання трудових ресурсів;
б) поява атомної енергетики, у початковій ейфорії від чого здавалося, що відтепер людство вільне від необхідності застосовувати інші енергетичні джерела;
в) розробка та створення озброєння нового типу, спроможного знищити всю живу природу нашої планети;
г) формування на базі супутникових та комп'ютерних технологій єдиного світового інформаційного простору.
Сукупність цих факторів визначила в другій половині XX ст. технократичну стратегію виробництва та використання природних ресурсів, стратегію, що завершилася зростанням екологічної кризи.
(слайд 10)
У відповідь на це почала розвиватися та змінюватися екологія.
Тільки в розробках саме цієї науки можна знайти відповідь на питання щодо меж припустимого впливу людини на природне середовище Землі, на питання про способи оптимізації природокористування та взагалі про перспективу існування людства. Ці проблеми набули такої значущості та очевидності, що зараз жодна людина не може обійтися без екологічних знань.
Дані сучасної екологічної науки та результати виробничої діяльності призвели до усвідомлення чотирьох важливих факторів.
Перший фактор — будь-який вид живого організму є унікальним. Знищення окремих видів рослин та тварин є непоправною втратою, збитки від якої в наш час навіть важко уявити, оскільки деякі види, що зникли або зникають, можуть мати поки що невідомі, але потенційно корисні людині властивості.
(слайд 11)
Другий фактор - природні ресурси, які ще донедавна оцінювалися як невичерпні й до того ж розглядалися як безплатний дар природи, насправді виявилися вичерпними і такими, що можуть бути знищені. Сама ж якість ресурсів під впливом глобального антропогенезу отримала іншу оцінку.
(слайд 12)
Третій фактор - біосфера та її складові частини мають досить складну структуру та непрості закони функціонування. Штучне конструювання екосистем та самої біосфери - завдання, непосильне для сучасної людини, а, можливо, і для майбутньої. Більшість біосферних структур, як виявилося, мають не таку вже й високу стійкість та пластичність. Зруйнувати їх людина може, але відновити, відтворити - поки що ні.
(слайд 13)
Четвертий і, напевно, найбільш важливий фактор - усвідомлення сучасною людиною можливості виживання тільки в умовах збереження такого природного середовища, до якого вона адаптована як живий організм і як учасник сучасних технологічних процесів.
(слайд 14)
Ці та багато інших факторів показують, що хоча людина й може жити на просторах від Арктики до Антарктиди, та все ж таки вона залишається частиною природи, а людство - частиною біосфери. Повітря, воду та їжу сучасна людина на 99% отримує або у формі безпосередньо природних ресурсів, або ж спеціально вирощує чи виробляє, та знову ж таки, використовуючи природні ресурси. Сучасна суперечлива епоха, що поєднує технічні можливості людини з її залежністю від природи, поставила перед цивілізованим світом серйозну альтернативу: або ж ми повністю зруйнуємо та докорінно перетворимо існуючу біосферу на своєрідну техносферу, де все потрібне людині для життя буде вироблятися штучно, або збережемо зв'язки людства з тією біосферою, в якій воно виникло і з якою протягом мільйонів років пов'язане тисячами видимих та невидимих ниток.
Класична екологія першої половини нашого століття була наукою, що тільки пояснювала. На підставі аналізу тих чи інших природних явищ вона пояснювала причину їх виникнення та механізм дії. Сучасна екологія стала наукою, що прогнозує та конструює. Завдяки методу математичного моделювання, що став одним із основних у сучасній екології, створюються серії картин, які показують можливі результати того чи іншого впливу людини на природу. Такі прогнози на основі моніторингу певних ділянок біосфери за допомогою наземних засобів або супутникового зондування можуть постійно уточнюватися. Усе більш відчутною, хоча ще недостатньою, є конструкторська функція екології, коли на основі екологічних знань спеціалістів та часто за широкого залучення громадського руху приймаються рішення про реалізацію тих чи інших промислових або сільськогосподарських проектів. Так, наприклад, наприкінці 80-х рр. під тиском екологів-професіоналів та за підтримки громадськості, журналістів і письменників був відхилений проект перекидання частини водотоку північних річок (Об, Єнісей та ін.) на південь, у Середню Азію. В Україні припинені роботи з перекидання дунайської води до Дніпра, які були розпочаті в межах проекту каналу Дунай - Дніпро.
Характерною особливістю кінця XX ст. стала екологізація багатьох конкретних наук, посилився та набув нових форм зв'язок екології з філософією та соціологією. Постало питання про необхідність широкомасштабної екологічної конверсії сільського господарства та ряду галузей виробництва. Усі заходи з охорони природи здійснюються на основі теоретичних екологічних знань. У сучасних умовах інтерес до екології став загальним, екологічний підхід до вирішення проблеми взаємодії людини та природи пройняв усі сфери життя. Курс екології у вищій школі України вводить студентів у широке коло проблем життя сучасного суспільства, проблем, що однаково стосуються й інженера, й агронома, й лікаря, і юриста, і політичного діяча, і фахівця будь-якого іншого профілю.
Розуміння людиною складності законів екології прийшло тільки наприкінці XX ст. Але ці закони існували завжди й не залежали від волі людини. Нерозуміння закономірностей існування екосистем уже не раз призводило до непоправних природних катастроф та дорого коштувало людству. Так, найродючіші, добре обводнені та вкриті лісом землі Месопотамії під впливом бездумного вирубування лісу, меліорації та розведення худоби перетворилися на напівпустелю. Незліченних моральних та матеріальних збитків зазнали Україна, Білорусія та Росія в результаті економії коштів на будівництво Чорнобильської АЕС та розміщення її в густонаселеній частині України. Докорінне перетворення ландшафтів та втрата ними багатьох цінних властивостей стали наслідком інтродукції кролів та овець в Австралії. На жаль, кількість таких прикладів досить велика.
Перед ученими, що працюють у галузі екології, постають і моральні проблеми. Наскільки глибоко та в яких напрямках повинні розроблятися ті чи інші наукові проблеми, якщо їх використання може зашкодити людині? На це питання сьогодні має відповісти не тільки вчений-атомник чи генетик, але й еколог. Адже як зброя може використовуватися не тільки атомна бомба. На основі екологічної інформації та технічних промислових засобів людина вже сьогодні може викликати штучні посухи, повені, землетруси, епідемії. Американський учений, лауреат Нобелівської премії М. Дельбрюк (1989) взагалі розглядає вчених як особливу соціальну групу (Номо) рушієм діяльності якої є допитливість і наукова одержимість. А його колега, відомий американський біохімік, колишній президент Національної академії наук США Ф. Хендлер (1989) відверто писав: «Не наука завдає лиха, а люди чинять лихо».
Завдання сучасної екології різноманітні й складні.
Основними напрямками екологічних досліджень є:
1)визначення типів основних екосистем та ландшафтних одиниць з оцінкою особливості їх складу та функціонування, щорічної та багаторічної динаміки, що є основою для здійснення раціонального влаштування великих та малих територій;
(слайд 15)
2) розробка методів пошуку інформації та її аналізу й отримання інтегральних параметрів, що характеризують стан біосфери в цілому;
(слайд 16)
3) оцінювання рівня стійкості біосфери та окремих екосистем до зовнішніх впливів, їх здатності до повернення в початковий стан після тих чи інших змін та вироблення рекомендацій щодо розміру та обсягу антропогенних змін біосфери;
(слайд 17)
4) розробка пропозиції щодо створення заповідних та охоронних територій;
(слайд 18)
5) обґрунтування пропозицій щодо розробки законодавства з питань експлуатації природних ресурсів та охорони природного середовища;
(слайд 19)
6) вчасне складання на основі екологічних знань прогнозів про можливість епідемій, епізоотій, стихійних лих і техногенних катастроф та подання рекомендацій щодо їх запобігання;
(слайд 20)
7) формування природоцентричного світогляду.
(слайд 21)
Екологія вирішує також багато інших загальнонаукових і прикладних проблем. Вона формує уявлення про біосферу як про природний дім людства і підводить кожну людину до усвідомлення першорядної важливості збереження біорізноманіття як головного чинника стабільного існування біосфери. Загроза втрати біорізноманіття - це загроза самому людству, тому проблема біорізноманіття на початку XXI ст. набула соціального, політичного та етичного значення.
Методи екологічних досліджень
(слайд 22)
Екологія - це комплексна наука. Вона використовує широкий арсенал різноманітних методів, які можна поділити на три основні групи:
(слайд 23)
1) методи, за допомогою яких збирається інформація про стан рослин, тварин, мікроорганізмів, екосистем, біосфери;
(слайд 24)
2) методи обробки отриманої інформації, згортання, ущільнення та узагальнення;
(слайд 25)
3)методи інтерпретації отриманих фактичних матеріалів.
(слайд 26)
Будь-яке екологічне дослідження починається зі спостережень, відмінною рисою яких є невтручання спостерігача в перебіг процесів. Такі спостереження можуть здійснюватися, так би мовити, неозброєним оком, що було характерним для екології першої половини XX ст. В останні десятиріччя екологічні спостереження ведуться із застосуванням різноманітних приладів та технічних засобів. Це вже начебто і не спостереження в побутовому значенні цього слова, а отримання інформації про стан об'єктів.
У сучасній екології спостереження за допомогою приладів - один з основних методів дослідження. Шлях до нього був досить довгим - від мальовничих описів картин природи, чудові взірці яких зустрічаються в працях А. Гумбольдта, А. Уоллеса, Ч. Дарвіна в першій половині XIX ст., до сучасних комп'ютерних баз даних видового складу, параметрів середовища тих чи інших екосистем. Для вивчення властивостей природного середовища - повітря, води та ґрунту - застосовуються досить різноманітні прилади та устаткування, до обслуговування яких доводиться залучати спеціально підготовлені інженерні кадри. Специфічними є також і методи вивчення живих організмів. Для їх реалізації необхідні спеціалісти-біологи.
Особливістю сучасних екологічних спостережень за допомогою приладів є комплексність та довгостроковість, коли на одній і тій же ділянці екосистеми ведуться протягом досить великого відрізку часу спостереження за живими організмами та факторами середовища. Для реалізації комплексних спостережень створюються спеціальні стаціонари, що розміщуються в типових і особливо характерних біотопах так, щоб вони давали найбільш характерну інформацію про екосистему.
Крім комплексних спостережень, на стаціонарах може проводитись глобальний моніторинг екосистем і біосфери в цілому. Так, серією стаціонарів був організований глобальний моніторинг концентрації вуглекислого газу в атмосфері. За допомогою літаків, супутників та спеціальних ракет проводиться моніторинг стану озонового екрану нашої планети.
Як міждисциплінарна наука екологія широко застосовує метод експерименту. Його суть полягає в тому, що до екосистеми свідомо вноситься якась зміна, і через деякий час зіставляються результати спостережень на контрольній (вона обов'язкова) та експериментальній ділянках екосистеми. Але такі класичні одно факторні експерименти в екології мало реальні. Тут більш доречні багатофакторні експерименти, коли змінюються значення відразу багатьох факторів, а стан екосистеми в кінці експерименту оцінюється за багатьма параметрами.
Прикладом екологічного експерименту може служити внесення мінеральних добрив у замкнену водойму з реєстрацією розміру первинної біопродукції та взаємозв'язків різних груп організмів; штучне витоптування й ущільнення ґрунту в лісах чи на луках для встановлення впливу рекреації (відпочинку населення) на ці екосистеми тощо. Широкої популярності набули результати комплексних польових експериментів, проведених у 1956-64 рр. у лісових біогеоценозах під керівництвом В. Сукачова. Всесвітнє значення мають численні експерименти, здійснені в 1964-1974 рр. за Міжнародною біологічною програмою (МБП). В її реалізації взяли участь учені практично всіх країн світу, і вона дала дуже важливі результати по встановленню основних глобальних закономірностей біопродукційного процесу.
Значну роль в екології відіграють модельні експерименти. Вони проводяться в спеціальних лабораторних установках і полягають у вирощуванні окремих видів рослин чи розведенні тварин у контрольованих екологічних умовах. У результаті таких експериментів було отримано чимало цікавих даних і висновків. Класичними є лабораторні експерименти з інфузоріями, виконані Г. Гаузе в 1933-45 рр. У них уперше було виявлено роль щільності популяції і хижацтва в народжуваності, смертності і підсумковій чисельності особин. В. Сукачов у середині XX ст. провів польові модельні експерименти (що вже стали класичними) з вирощування окремих видів вищих рослин при підвищеній щільності їх розміщення, які показали, що відмирання особин у таких випадках має гомеостазуючий характер, сприяючи збереженню популяції.
Екологія широко використовує результати стихійних експериментів, які ставить сама природа або які є наслідком виробничої діяльності людини. Відоме виверження вулкану Кракатау, що сталося наприкінці XIX ст., знищило все живе на ряді островів Південно-Східної Азії. Ці острови були використані для вивчення природного ходу заростання та заселення вулканічних покладів. Чимало корисної інформації додає вивчення масових вирубок лісу, створення великих водосховищ і т.п.
У результаті спостережень та експериментів у розпорядженні еколога накопичується сукупність наукових фактів. Але за науковий факт не можна приймати результати будь-якого спостереження. Важливим критерієм достовірності результатів спостережень та експериментів є відтворність. Вона досягається, як правило, багаторазовим повторенням спостережень та експериментів. Результати таких повторюваних спостережень у сукупності складають так звану вибірку. Відповідне статистичне опрацювання даних дослідження дозволяє оцінити рівень статистичної достовірності результатів та вважати їх науковим фактом.
Певним джерелом фактів для еколога є літературні дані та службова інформація. Використання літературних даних цілком допустиме з урахуванням репутації автора та з посиланням на нього. Складніше буває з використанням службової інформації. Вона нерідко «захищена», тому слід отримати дозвіл на ознайомленняз нею. З іншого боку, усім відомі випадки, коли службова інформація (особливо щодо якості природного середовища) упереджено викривлялася чи приховувалася. Населення м. Києва післяЧорнобильської аварії не мало своєчасних достовірних відомостей про забруднення радіоактивними речовинами атмосфери та водойм у місті та передмісті. Була прихована від населення південного Уралу інформація про викиди радіоактивних речовин у 1950-х рр.