Основи екології - Олійник Я.Б. - 1.3. Об'єкти дослідження, методи й основні завдання екології

Сучасна екологія є однією з фундаментальних наук про взаємовідносини живої та неживої природи, новою філософією людства, що перебуває на стадії формування. Це наука про середовище нашого проживання, його живі й неживі компоненти, їхній взаємозв'язок, що формує умови життя та розвитку всіх екосистем. Екологічна діяльність нині - один з основних складників будь-якої сфери людської діяльності: промислового виробництва, енергетики, сільського й лісового господарства, транспорту, наукових досліджень, військової справи, культури, релігії та ін. Усі рішення, пов'язані з використанням природних чи людських ресурсів, із втручанням у процеси життєдіяльності біосфери, слід приймати з урахуванням найближчих і віддалених наслідків.

Екологія вивчає як вплив чинників довкілля на окремі організми, так і взаємозв'язки між живими істотами, утворення більш складних систем аж до рівня всієї біосфери. Зважаючи на це, основним об'єктом традиційних екологічних досліджень можна вважати екосистеми нашої планети різного рівня організації (залежно від глибини досліджень) та їхні елементи. Головним предметом досліджень екології є взаємозв'язки (їхні особливості й розвиток) живих організмів, їхніх груп різних рангів, живих і неживих компонентів екосистем, а також характер впливу природних і антропогенних факторів на функціонування екосистем і біосфери в цілому.

Більшість термінів, що вживаються в екології, запозичені з інших наук і мають префікс "еко". Також використовують велику кількість понять із природничих наук: фізики ("маса", "енергія", "освітленість", "вологість" тощо), хімії ("елементи", "молекули", "кислотність води"), а також біології, географії, геології тощо.

Методологічною основою сучасної екології є, по-перше, системний підхід, а по-друге, такі методи досліджень: польові (натурні) спостереження, прямий експеримент і моделювання (використання штучних моделей з основними властивостями реальних систем). Оскільки для ефективного вирішення сучасних екологічних проблем необхідно мати фактичний і науковий матеріал геохімічного, геофізичного, біохімічного, біологічного, медичного, фізичного, хімічного, геологічного, соціального, економічного та іншого характеру, а також можливість статистичної обробки, програмування, моделювання різних процесів, синтезування й прогнозування, сучасна екологія використовує всі ефективні, найновіші методи й апаратуру цих наук - і природничих, і технічних, і соціальних.

Отже, сучасна екологія у своїх дослідженнях використовує широкий арсенал методів, як традиційних, так і нових. Серед них, наприклад, статистичний метод, який дає змогу отримувати, обробляти та аналізувати первинні статистичні матеріали. Балансовий метод дозволяє зіставляти наявність природних ресурсів з темпами використання. Порівняльний метод передбачає вивчення об'єктів шляхом порівняння з іншими об'єктами. В екології найчастіше порівнюють забруднені та екологічно чисті території. Широко використовують порівняно прості методи математичної статистики, а саме: обробку варіаційних рядів з визначенням математичного очікування, дисперсії, середнього квадратичного відхилення, отримання інтенсивних та екстенсивних показників для порівняння тощо.

В останні десятиріччя у вивченні екологічних проблем біосфери все більше значення надається аерокосмічним методам дослідження. Нині в багатьох країнах створені й функціонують глобальні експериментальні системи вивчення природних ресурсів, до яких входять водний, наземний і ракетно-космічний комплекси збору інформації та наземний комплекс її приймання, обробки, збереження, поширення і використання. Специфіка застосування космічних зйомок і отримання за їх допомогою нової інформації зумовлена їх оглядовістю, можливістю вивчення поверхні Землі на різних рівнях генералізації.

Аерокосмічні методи дають змогу оцінити в динаміці всі процеси, що відбуваються в локальному, регіональному чи глобальному масштабах. Так, скажімо, 1975 р. саме цим методом було зареєстровано пилосольові бурі, які несли отруйні для рослин хлориди з території, що зовсім недавно була морським дном. У 1986 р. космічне знімання, проведене японським супутником, зафіксувало поширення теренами Європи чорнобильських радіонуклідів, починаючи від другого дня аварії.

Методи екологічної індикації дають можливість визначити стан і властивості екосистем за видовим складом та співвідношенням між собою певних (еталонних) груп видів. Для проведення постійних спостережень широко застосовують метод екологічного моніторингу. Моніторинг буває локальним, регіональним чи глобальним (відповідно, спостерігають за змінами у певній місцевості, регіоні або у біосфері в цілому). Особливо важливий моніторинг еталонних заповідних ділянок, оскільки дає змогу спостерігати за функціональними (продуктивність, кругообіг речовин та енергії) і структурними (видове різноманіття, чисельність видів тощо) змінами у певних екосистемах. Моніторинг здійснюють за допомогою автоматичних і дистанційних пристроїв, що дає можливість збирати інформацію на ділянках, на яких проводити безпосередні спостереження складно або зовсім неможливо.

За допомогою методів математичного моделювання можна встановити взаємозв'язки організмів в екосистемах (харчові і нехарчові), залежність змін чисельності (продуктивності) популяцій від дії екологічних факторів та ін. Математичні моделі дають змогу прогнозувати можливі варіанти перебігу подій, виділяти окремі зв'язки, комбінувати їх (наприклад, яку кількість особин промислових тварин можна вилучати з природних популяцій, щоб не знизити їхньої щільності, передбачати спалахи чисельності шкідників, наслідки антропогенного впливу на окремі екосистеми та біосферу в цілому).

Різноманітні методи екологічних досліджень можна об'єднати у декілька груп. Одна з цих груп включає різноманітні методи дослідження оцінки стану природного середовища, а саме: метеорологічні спостереження; визначення характеристик водного середовища (виміри температури, прозорості, солоності та хімічного складу води); визначення окремих характеристик ґрунтового середовища; виміри радіаційного фону; визначення ступеня забрудненості середовища; екологічний моніторинг - періодичне або безперервне стеження за станом і якістю середовища.

До другої групи належать методи дослідження впливу чинників довкілля на життєдіяльність організмів, які включають експерименти в лабораторних умовах. Саме за допомогою цих методів визначаються критичні дози шкідливих речовин, за якими розраховують гранично допустимі концентрації (ГДК) для різних видів екологічного нормування.

Третю групу становлять методи вивчення взаємовідносин між організмами - це натурні спостереження та лабораторні дослідження харчових ланцюгів, а також різноманітні досліди. Новою є експериментальна методика створення і дослідження штучних екосистем, що, по суті, є лабораторним натурним моделюванням взаємодій організмів між собою та середовищем існування. Для цього створюють штучні частково замкнуті багатовидові системи - так звані мікрокосми.

Четверта група методів охоплює методи математичного моделювання, що є особливо важливими для цілей екологічного управління і прогнозування. Вже існують достатньо близькі до реальних процесів математичні моделі техногенних забруднень, їх розповсюдження в атмосфері, самоочищення водойм та ін. Набагато складніше моделювати екологічні системи, оскільки реальні об'єкти екології дуже важко піддаються чіткому математичному опису. Сьогодні завдяки потужним комп'ютерам нового покоління і засобам програмування з'явилися можливості вирішення найскладніших системних екологічних завдань. Дедалі більшого значення набувають такі методи, як застосування технології нейронних мереж та апарату теорії нечітких множин. Удосконалюються прийоми глобального моделювання з використанням моделей, які базуються на проблемно-прогнозному підході і дають змогу розглядати варіанти сценаріїв (прогнозів) глобального розвитку.

В окрему групу об'єднують методи прикладної екології, які включають такі види досліджень:

- створення геоінформаційних систем (ГІС-технологій) і банків екологічної інформації, що розробляються за окремими регіонами, екосистемами, промисловими центрами тощо;

- інженерно-екологічні дослідження для проектування, будівництва і реконструкції цивільних і господарських об'єктів;

- дослідження впливу техногенних забруднень на природне середовище і здоров'я людей;

- методи різноманітного екологічного контролю господарської діяльності - екологічну паспортизацію господарських об'єктів, екологічну експертизу тощо.

Це далеко не повний перелік методів дослідження сучасної екології. Звичайно, всі вони призначені для вирішення певних цілей і завдань.

Серед завдань екології першочерговими можна вважати такі:

- вивчення загального стану сучасної біосфери, умов його формування та причин змін під впливом природних і антропогенних факторів;

- прогнозування динаміки стану біосфери в часі й просторі;

- розробка шляхів гармонізації взаємовідносин суспільства і природи з урахуванням основних екологічних законів;

- збереження здатності біосфери до самоочищення, саморегулювання і самовідновлення;

- дослідження закономірностей організації життя, в тому числі у зв'язку з антропогенними впливами на природні екосистеми і біосферу в цілому;

- наукове обґрунтування раціональної експлуатації природних ресурсів, прогнозування змін природи внаслідок діяльності людини та управління біосферними процесами, а також збереження середовища мешкання людини;

- розробка системи заходів, що забезпечують мінімум застосування хімічних засобів боротьби зі шкідливими видами;

- екологічна індикація властивостей тих чи інших компонентів екосистем, у т. ч. індикація забруднення природного середовища;

- відновлення порушених природних екосистем, у т. ч. рекультивація виведених з використання сільськогосподарських угідь, відновлення пасовищ, родючості виснажених ґрунтів, продуктивності водойм та ін.;

- збереження (консервація) еталонних ділянок біосфери;

- розробка технологічних, інженерних і проектно-конструкторських рішень, що мінімізують збитки, завдані навколишньому середовищу і здоров'ю людини;

- прогнозування і оцінювання можливих негативних наслідків діючих та спроектованих підприємств (технологічних процесів) для природного середовища, людини, живих організмів, різних галузей господарства;

- своєчасне виявлення і подальше коригування тих технологічних процесів, які руйнують навколишнє середовище, загрожують здоров'ю людини і негативно впливають на природні екосистеми.

Отже, нині екологія як наука найбільш загально сприймається як система знань про взаємодію природи і суспільства, як міждисциплінарний синтез наук про структуру та функціонування природних і суспільних систем у їх взаємозв'язку. Екологія пройшла довгий шлях становлення, починаючи від вивчення природи спочатку на рівні окремих організмів, потім - на популяційному рівні і врешті-решт - на екосистемному, але дослідження майже не виходили за межі біоекологічних. Тобто проблем людини та її впливу на середовище існування вона досить тривалий час майже не торкалася.

Тільки на сучасному етапі розвитку прийшло розуміння, що "все пов'язане з усім", і лідером стає глобальна екологія - вчення про всіх і про все. Саме глобальна екологія узагальнює усю отриману інформацію і розробляє плани та програми раціонального природокористування на різних рівнях, створює наукові основи економіки природокористування, формування регіональної і національної екологічної політики, укладання міжнародних угод, охорони довкілля, тобто визначення стратегії збалансованого розвитку людства, збереження біосфери і життя на Землі. Природні закономірності вивчаються вже на біосферному рівні.

Сучасна екологія вважається найбільш інтегральною наукою, оскільки використовує методи і досягнення практично усіх наук і таким чином поєднує у собі точні, соціальні і гуманітарні науки. Це можна пояснити величезною різноманітністю і складністю об'єктів вивчення екології, яка досліджує як вплив чинників довкілля на окремі організми, так і взаємозв'язки у складних системах аж до рівня всієї біосфери. Тому основним об'єктом екологічних досліджень є екосистеми нашої планети на різних рівнях організації. А предметом - взаємозв'язки живих і неживих компонентів екосистем, а також вплив різних факторів (природних і антропогенних) на функціонування екосистем і біосфери в цілому. Відповідними є й завдання насамперед вивчення загального стану біосфери та його змін під впливом діяльності людини; прогнозування динаміки цього стану у часі й просторі; збереження здатності біосфери до самоочищення, саморегулювання і самовідновлення. Тобто саме екологічні дослідження мають стати науковою основою для розробки майбутньої стратегії поведінки людства щодо природи.