Понятие экологии как науки

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 

Сызранский  филиал 
 

Заочная форма обучения 

г. Сызрань, ул. Людиновская, 23, тел. 37-12-88 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                          Сысолина  Наталья  Станиславовна_______________________                                                                                                        

^{Фамилия, Имя, Отчество}

Курс           1                     группа              107__________________________________                                                                            .

Специальность                  Финансы и Кредит_________________________________                                                                                                   

Контрольная работа №             1              Вариант            3_____________________                                             .                              

По дисциплине                   Экология_________________________________________                                                                                                                                                                                                                                                                              

На тему           Методы экологических исследований. Круговорот веществ.________                                                                                                                                                                                                                                                             
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Дата  получения работы деканатом ______________________

Дата  получения работы на кафедру______________________

Дата  рецензирования работы___________________________

Дата  возвращения работы в деканат_____________________

Дата  получения работы студентом ______________________

Оглавление 

Глава № 1.Методы экологических исследований…………………...3 

Глава № 2.Круговороты  веществ……………………………………..8 

Использованная  литература……………………………………….....15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава № 1.Методы экологических исследований. 

      В экологии часто используются методы, применяемые в других науках, как в биологических (биогеохимия, анатомия, физиология, и др.), так и небиологических (физика, химия, геодезия, метеорология и др.). Но для выявления специфики экологических закономерностей существуют исключительно собственные – экологические методы.

Они делятся на полевые, лабораторные, экспериментальные, количественные (математическое моделирование) методы.

      Полевые методы имеют первостепенное значение. Они предполагают изучение популяций и сообществ в естественной среде (в природе) и позволяют установить воздействие на объект комплекса факторов, изучить общую картину развития и жизнедеятельности изучаемого объекта. В качестве примера можно привести леса на склонах разных экспозиций, на разных почвах, на разных географических широтах. Или водные экосистемы на разной глубине в одном и том же море, на одной глубине в южных и северных морях. Все они, несмотря на различия, развиваются по одним и тем же законам, под влиянием комплекса факторов, но значения этих факторов разные и зависят от местоположения объекта исследований. В полевых исследованиях очень сложно выявить роль одного фактора, как биотического (конкуренции, аллелопатии, плодородия почв), так и абиотического (тепло, влаги, света, засоления, кислотности почв), тем более что все факторы функционально связаны друг с другом.

     Известно, что нередко ограничение одного из них сопряжено с изменением другого. Так, холодность почв с многолетней мерзлотой способствует их переувлажнению и, как следствие, анаэробиозису. В результате резко ухудшаются условия усвоения корнями растений элементов питания. В Приморье, как правило, высокая инсоляция южных склонов сопровождается высокой сухостью субстрата и формированием ксерофитных криволесий. Исследовать роль конкретного фактора можно при постановке эксперимента в полевых или лабораторных условиях.

        Экспериментальные методы отличаются от полевых тем, что организмы искусственно ставятся в условия, при которых можно дозировать размер изучаемого фактора, следовательно, можно точнее, чем при обычном наблюдении, оценить его влияние. При этом выводы, полученные в лаборатории, требуют обязательной проверки в полевых условиях.

       В качестве примеров экологических экспериментов можно привести исследования функций лесозащитных полос, изучение осветления насаждений, влияния разных доз удобрений, вносимых под сельскохозяйственные культуры и т.д. Широко известен метод изучения конкурентных взаимоотношений деревьев в лесу путем ограничения определенной площади (площади питания).

     Большое значение при проведении экологических исследований имеют химические и физиологические методы, т.к. они позволяют выявить роль разных компонентов экосистем, и в первую очередь, самого главного – фитоценоза, в аккумуляции и превращении вещества и энергии. Химические методы позволяют установить особенности накопления химических элементов в растениях и в целом в сообществах, особенности круговорота питания. С помощью физиологических методов можно в полевых условиях проследить физиологические процессы (фотосинтез и транспирация).

Математические  методы и моделирование.

   При экологическом исследовании, которое обычно поводится на определённом количестве особей, изучаются природные  явления  во  всём  их  разнообразии: общие  закономерности,  присущие  макросистеме, её  реакции на   изменение условий существования и др.  Но  каждая  особь,  индивидуум  неодинаковы, отличны друг от друга. Кроме того,  выбор  особи  из  всей  популяции  носит случайный характер. И лишь применение  методов  математической  статистики даёт возможность  по случайному  набору  различных вариантов определить достоверность тех или иных результатов  (степень  отклонения  их от  нормы, случайные   отклонения   или   закономерности) и получить объективное представление обо всей популяции.

   Однако как только было установлено,  что все биологические системы,  в том числе   и   надорганизменные   макросистемы,   обладают    способностью  к саморегуляции,  ограничиваться  методами  математической  статистики  стало невозможно. Поэтому в современной экологии широко применяются методы теории информации и кибернетики, тесно связанные с такими  областями  математики, как  теория   вероятности,   математическая   логика, дифференциальные и интегральные исчисления, теория чисел, матричная алгебра.

   В  последнее  время  широкое   распространение   получило   моделирование биологических   явлений,  т.е.  воспроизведение  в   искусственных   системах различных  процессов,  свойственных  живой  природе.   Так,   в   «модельных условиях» были осуществлены  многие  реакции,  протекающие  в  растении  при фотосинтезе.  Примером  биологических  моделей  может  служить   и   аппарат искусственного кровообращения, искусственная  почка,  искусственные  лёгкие, протезы, управляемые биотоками мышц, и др.

   В различных областях биологии  широко применяются  так   называемые  живые модели. Несмотря  на то, что различные  организмы  отличаются  друг  от  друга сложностью  структуры  и  функции,  многие  биологические  процессы  у   них протекают практически одинаково. Поэтому изучать их удобно на более  простых существах. Они то и становятся живыми моделями.  В  качестве  примера  можно привести зоохлореллу, которая, служит моделью для  изучения обмена веществ; моделью для исследования  внутриклеточных процессов  являются  гигантские растительные и животные клетки и т.д.

   Основной задачей биологического  моделирования является экспериментальная проверка гипотез относительно  структуры  и  функции  биологических  систем. Сущность этого метода заключается в том, что вместе  с  оригиналом,  т.е. с какой-то реальной системой, изучается его искусственно созданное подобие – модель. В сравнении с оригиналом модель  обычно  упрощена,  но  свойства  их сходны.  В  противном случае  полученные  результаты могут оказаться недостоверными, не свойственными оригиналу.

Модели  подразделяются на реальные (аналоговые) и знаковые.

     Примеры аналоговых моделей–аппараты искусственного кровообращения, искусственная почка, протезы рук, управляемые биотоками. Аквариумы и океанариумы модели разных водоемов, теплицы – модели экосистем соответствующих природных зон.

     Знаковые модели представляют собой отображение оригинала с помощью математических выражений или подробного описания и, в свою очередь, делятся на концептуальные и математические. Первые могут быть представлены текстом, схемами, научными таблицами, графиками и т.д., а вторые – формулами, уравнениями. Математические модели, особенно при наличии количественных характеристик, являются более эффективным методом изучения экосистем. Математические символы позволяют сжато описать сложные экосистемы, а уравнения дают возможность формально выразить взаимодействия различных компонентов экосистем.

Пример  простейшего дифференциального  уравнения, описывающего рост популяции  какого-либо вида на какой-нибудь стадии ее развития (Радкевич,1997):

dx/dt=rx,

где x –  плотность популяции в момент времени t, r – скорость роста в период времени, соответствующий rt. Решением этого уравнения является функция

x=x0ert

Процесс перевода физических или биологических  представлений о любой экосистеме в математические формулы и операции над ними называются системным анализом. В современной экологии реальные и знаковые модели используются параллельно, дополняя друг друга. При отсутствии реальных моделей математический подход получается отвлеченным, а при исключении математического подхода бывает трудно уловить смысл реальной модели.

     Экологический мониторинг – один из главных методов изучения динамики экосистем (биогеоценозов), происходящей под воздействием естественных и антропогенных факторов. Под мониторингом понимается специальное длительное слежение за состоянием одних и тех же экосистем. Подобные исследования сопряжены с большими время- и трудозатратами, так как предусматривают детальное описание и изучение всех компонентов, составляющих биогеоценоз, и потому возможны лишь при организации стационарных работ с закладкой как временных, так и постоянных пробных площадей.

    Мониторинг растительного покрова должен проводиться на разных уровнях в соответствии с хорологической (пространственной) дифференциацией биосферных систем. С помощью одной пробной площади размером 1 га проводить мониторинг растительного покрова невозможно. Для равнинного геоботанического района (заповедника) необходимо заложить не менее 10-12 постоянных пробных площадей размером 1 га, а для горного района - не менее 30-40. Именно к такому выводу пришло большинство исследователей, работавших в разных регионах северной Евразии.