Методы экологических исследований

Методологической основой экологии является системный подход в исследованиях. На основе системного подхода изучают свойства высокоорганизованных объектов, т.е. многообразие связей между элементами экосистемы, их разнокачественость и соподчинение. При этом нельзя забывать о том, что экосистемы находятся в состоянии динамического равновесия и способны противостоять изменениям природной среды.

Системный подход состоит из следующих этапов: определение состава экосистемы и объектов окружающей среды, которые оказывают воздействие на нее; определение совокупности внутренних связей и связей с окружающей средой.

Многообразие связей, формирующихся в экосистемах, обусловливает многообразие методов экологических исследований. Они бывают полевыми, лабораторными, экспериментальными. При этом используются методы физиологии, биохимии, анатомии и др.

Полевые методы позволяют установить результат влияния на организм или популяцию определенного комплекса факторов, выяснить общую картину развития и жизнедеятельности вида в конкретных условиях.

Экспериментальные методы, искусственно усиливая или ослабляя (изолируя) отдельные факторы, позволяют проанализировать роль конкретных факторов в разнообразных экологических механизмах.

На основании результатов аналитического эксперимента можно организовать новые полевые наблюдения или лабораторные эксперименты. Примером широкомасштабных экспериментов могут служить исследования, проводимые при создании лесозащитных полос, при мелиоративных и других сельскохозяйственных работах. Изучаются температура, влажность, пища и многое другое, как факторы, определяющие основные на сегодня экологические проблемы, такие, как динамика численности организмов, сезонное развитие, расселение и акклиматизация полезных и вредных видов, прогнозы размножения и распространения.

Изучение растительности предполагает определение:

- роли фитоценоза в накоплении органических веществ и энергии и превращениях вещества и энергии в общей системе биогеоценоза;

- характера и степени воздействия фитоценоза на остальные компоненты биогеоценоза;

- роли фитоценоза в динамике биогеоценоза;

- характера и степени воздействия фитоценоза на соседние биогеоценозы;

- формы, способов и средств прямого и косвенного воздействия на фитоценоз со стороны хозяйственной деятельности человека с целью повышения биологической продуктивности биогеоценоза и усиления других его полезных свойств.

Растительный покров изучается в разрезе растительных ассоциаций. Растительная ассоциация (по В.Н. Сукачеву) – основная единица классификации растительного покрова, которая представляет собой совокупность однородных фитоценозов с одинаковой структурой, видовым составом и со сходными взаимоотношениями организмов как друг с другом, так и со средой. Чаще всего ассоциацию называют по господствующим в ней растениям (бор-зеленомошник, бор-кисличник, ельник сфагново-травяной, сосновый бор-черничник с моховым покровом и т. п.). Сходные ассоциации объединяют в группы, группы – в формации, группы формаций, классы формаций и типы растительности.

Виды, свойственные данной ассоциации, называются константами. Константность многих видов по мере увеличения размеров учетных площадок вначале растет, а затем становится постоянной. Наименьший размер территории, включающий все ее константы, называется минимальным ареалом ассоциации.

К специфическим методам исследования фитоценозов, представляющих соответствующие ассоциации, относятся закладка и описание пробных площадей и учетных площадок. Планы описания лугового и лесного биогеоценозов методом пробных площадей приведены в прил. 1 и 2.

Размеры пробных площадей для травяных сообществ обычно колеблются в пределах от 1 до 100 м2, для лесов – от 100 до 5000 м2. Размер может быть увеличен, так как размер пробной площади должен превышать минимальный размер площади, необходимой для выявления всех особенностей соответствующего сообщества.

Пробные площади могут иметь строго определенную форму (прямоугольник, квадрат) или естественные границы изучаемого сообщества.

Для более точного подсчета всходов деревьев, побегов, отдельных видов растений в пределах пробных площадей выделяются учетные площадки размером 1-4 м2, а для определения биомассы травостоя – 0, 25 м2. При характеристике растительных сообществ производится подробное качественное и количественное их описание: список растений в определенном порядке, ярусность и мозаичность, угнетенность или буйное развитие (взвешивание сухой биомассы или другие способы), фенология (периодичность в развитии), характеристика места обитания (рельеф, склон, почва, органические остатки и т.д.).

Кроме описания пробных площадей при исследовании растительного покрова территории используется метод геоботанического профилирования, позволяющий выявить закономерности пространственного распределения растительных сообществ. Для этого выбирают определенный ориентир и в данном направлении отмечают все изменения в растительности (например, по уклону местности). По полученным результатам вычерчивают профиль изучаемой площади.

Существенна хозяйственная оценка фитоценозов: бонитет древостоя и обеспеченность семенным возобновлением для леса, наличие в травостое полезных и вредных растений, плодородие почв, поедаемость растений различными животными – для сенокосов и пастбищ.

На основе описания пробных площадей, профилей и т. п. производится геоботаническое картирование: на карту наносятся либо растительные ассоциации, либо их группы или формации. При этом широко применяется аэрофотосъемка. Данное картографирование осуществляется с применением специальных методов.

Экологическое изучение животных включает изучение сезонных изменений показателей состава и количества пищи, абиотических условий среды, биотических связей, динамики размножения, закономерностей миграций и размещения популяций.

Количественный учет может быть визуальным (глазомерным) и инструментальным. При визуальном учете организмы учитываются на определенном участке (площадной учет), маршруте (линейный учет) или в определенном объеме воды, почвы (объемный учет). В гидробиологии широко используются дночерпатели, планктоночерпатели. Различают полный и выборочный учет. Выборочный учет может быть абсолютным и относительным. При абсолютном учитываются все организмы на пробной площади или в каком-то объеме.

При относительном учете численность организмов учитывается приблизительно. Например, количество зверьков, попавших в определенное число ловушек на той или иной территории за сутки; количество птиц или растений, обнаруженных на маршруте.

Ботаники пользуются показателем встречаемости вида. Это показатель относительного числа выборок, в которых представлен вид. Если вид встречается менее чем в 25% выборок, он считается случайным. Обилие – это количество особей вида, приходящееся на единицу площади или объема. Для растительных ассоциаций используют пятибалльную шкалу Хульта: 5 – очень обильно, 4 – обильно, 3 – не обильно, 2 – мало, 1 – очень мало. Широко используют также шкалы Ж. Браун-Бланке и О. Друде (см. прил. 1 и 2).

Исследуется покрытие – площадь, покрываемая надземными частями того или иного вида растения (истинное покрытие – площадь, занятая основаниями побегов, проективное – площадь, покрываемая верхними частями растений).

Учитываемая биомасса: фитомасса, зоомасса; разовая (начальная – в начале вегетационного сезона, конечная – в конце вегетационного сезона); средняя.