🗊Презентация Методология и методы экологических исследований ( тема )

МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕМА 1. Методология и методы экологических исследований

Цель дисциплины «Методы экологических исследований» знакомство с основными методами экологических исследований, с конкретными методиками изучения природных и социоприродных систем, освоение теоретических основ и отработка практических навыков приемов исследований в области экологии. В результате освоения дисциплины формируются представления о разнообразии методов и приемов исследования растительного покрова и животного мира, а также их сообществ в водных и наземных экосистемах;

Задачи курса изучение основных типов и направлений экологических исследований природных и антропогенных экосистем; формирование теоретических представлений и развитие прикладных навыков организации и проведения био- и геоэкологических исследований теоретического и прикладного характера; приобретение навыков практического использования методов изучения биотического и абиотического компонентов наземных и водных экосистем; овладение методами анализа и обобщения эмпирических данных, полученных в ходе изучения живых организмов и их сообществ в природных и социоприродных системах; знакомство с биоиндикационными возможностями различных групп организмов и их использованием при осуществлении экологического мониторинга различных объектов и сред, а также биосистем и их компонентов; - освоение методов изучения географической среды и слагающих ее природных, природно-антропогенных и социально-экономических территориальных геосистем на основе гуманитарно-экологического подхода с целью рационального природопользования и оптимизации взаимодействия общества с окружающей средой; - выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности.

ЗУН Знать: теоретические основы методов экологических исследований, приемов и способов изучения растительных и животных организмов и их сообществ в водных и наземных экосистемах; методы проведения экологических исследований живой и неживой составляющей наземных и водных экосистем; Уметь: активно применять на практике основы знаний о биологических системах; применять систему знаний по биологии и экологии различных видов живых организмов для планирования природоохранных мероприятий; практически использовать полученные знания при проведении экологических исследований; проводить комплексные и компонентные экологические исследования научного и прикладного характера; Владеть: опытом проведения натурных исследований и экспериментальной работы; навыками анализа и интерпретации полученных данных при проведении научных и прикладных исследований; методами биоиндикационных исследований различных сред с целью оценки их экологического состояния; опытом анализа и обобщения полученных эмпирическим путем данных; опытом работы с вычислительной техникой, математическими методами обработки результатов экологических исследований. сформируются представления и навыки об организации и проведении различных типов экологических исследований, имеющих научный и прикладной характер и направленных на установление базовых параметров природных систем и их компонентов, оценку адаптационных возможностей биоты, выявление динамики компонентов природных систем в условиях спонтанного и антропогенно модифицированного средового фона и получение информационных характеристик, имеющих отношение к показателям качества и функций природных систем различного уровня и слагающих их компонентов.

Научный метод как способ приобретения знаний Способы приобретения знаний: предубежденность, ссылка на авторитеты, интуиция, научный метод или рефлективное исследование. Структура научного метода: постановка и формулировка проблемы, сбор фактов, создание гипотезы, проверка гипотезы посредством наблюдений и экспериментов, формулирование выводов.

Определение понятий Часть 1

Теория (от греч. theoria - рассмотрение, исследование) система основных идей в той или иной отрасли знания, форма научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях объекта исследований. Изучение закономерностей, выявление существенных связей и формализация составляют содержание теоретических методов исследования.

Методология Методология (метод и …логия) – учение о структуре, принципах построения, формах и способах научного познания. Методология исследований включает структуру научных направлений, методы и порядок организации исследования. Методология – это и общий принцип, руководящий всей стратегией исследования. Если теория направлена на получение знаний о самой действительности, то методология – на процесс получения знаний. Между теорией и методологией сохраняется отношение цели и средства. С методологией тесно связано понятие научного подхода, который характеризуется использованием представлений и моделей за пределами определенной науки. Среди методологий частных наук становятся научными подходами лишь те из них, которые раскрывают способы получения новой информации и могут составить суть подхода как явления самостоятельного, более широкого, чем методология собственно конкретной науки.

Метод Метод (от греч methodos – путь исследования) – способ достижения какой-либо цели, решения конкретной задачи; совокупность приемов или операций практического и теоретического освоения (познания) действительности.

Системный подход Системный подход рассматривает объект в его внутренних и внешних взаимосвязях, представляет его как структурную часть более крупного целого и как совокупность более мелких структурных частей.

Уровни знания в научном исследовании Эмпирические методы – это приемы получения информации, ее обработки в результате целенаправленной познавательной деятельности. В систему научных наблюдений входят: методы непосредственных наблюдений, когда наблюдатель находится в прямом контакте с объектом наблюдения; методы опосредованные, при которых контакт с объектом наблюдения осуществляют специальные устройства - датчики, преобразующие температуру, давление, состав, свойства вещества и иные контролируемые величины в сигналы, удобные для передачи и регистрации; методы дистанционные (бесконтактные), с помощью которых информация о состоянии объекта наблюдения регистрируется на расстоянии от него.

Уровни знания в научном исследовании 2. Теоретические методы – это приёмы выявления закономерностей по результатам накопленных наблюдений, выводы из них. Они основаны на приемах абстрагирования, анализа и синтеза. Абстрагирование – выделение существенных свойств и связей предмета и отвлечение от других частных его свойств и связей. Абстрагирование необходимо для того, чтобы во множестве конкретных наблюдений и фактов выделить нечто общее, типичное. Анализ – расчленение объекта (мысленное или реальное) на эле-менты. Анализ состоит, как правило, в исследовании результата абстрагирования, часто изолированно от других явлений. Синтез – соединение элементов в единое целое. Синтез сводится к поиску рациональной картины мира, которая объединяет в целостную систему множество данных и частных абстракций.

Методы экологических исследований Часть 2

Общенаучные методы исследований Моделирование – исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей; использование моделей для определения или уточнения характеристик и рационализации способов построения конструируемых объектов. Модель рассматривается как любой образ, аналог, мысленный или условный, какого-либо объекта, процесса или явления - «оригинала» данной модели. На идее моделирования базируется любой метод научного исследования – как теоретический, при котором используются различного рода идеальные модели, так и экспериментальный, использующий предметные модели. Идеальные модели подразделяются на: 1) образные (фотографии, зарисовки с натуры); 2) образно-знаковые, включающие вербальные (дефиниции, законы): графические (диаграммы, схемы), картографические; 3) знаковые или математические (математическая обработка данных, математическое моделирование и прогноз). Предметные модели включают пространственно и физически подобные объекты.

Общенаучные методы исследований Экспериментом называют чувственно-предметную деятельность в науке, опыт, построение предметных моделей, воспроизводящих объект, проверку гипотез. В экологических исследованиях к числу экспериментальных методов относятся: 1) натурные эксперименты, связанные с организацией направленных воздействий на природные системы и изучением реакции (откликов) систем; 2) модельные эксперименты, которые осуществляются на аналогах определенных природных систем.

Специфика экосистемных исследований Трактовка объекта и предмета экологических исследований позволяет устанавливать границы исследований геосистем и экосистем в зависимости от решаемых задач, объединить физико-географические и экономико-географические направления для решения практических задач рационального природопользования. Специфика экологических исследований заключается в чрезвычайном разнообразии, разнокачественности и разномасштабности элементов геосистем. Геоэкология ориентируется на комплексные исследования в триаде «природа - хозяйство - общество», связанные с геоэкологической оценкой последствий хозяйственной деятельности, качества среды жизнедеятельности населения и выработкой рекомендаций рационального природопользования.

Методология геоэкологических исследований – это набор следующих подходов: гуманитарно-экологический подход совокупность взглядов и действий, выражающихся в уважении достоинства и прав человека, его ценности как личности, заботе о благе людей, их всестороннем развитии, создании благоприятных для человека условий среды жизнедеятельности с учетом экологических ограничений; системный подход – рассмотрение объекта как системы, ориентирующее исследователя на раскрытие целостности объекта, выявления многообразия типов связей и сведение разнородных элементов в единую теоретическую картину; экологический подход представления о сложных системах, в которых одновременно с множеством разнородных элементов различают две подсистемы: «хозяина» и окружающую его среду; функциональный (факторный) подход, в основе которого лежит представление о том, что состояние одного из компонентов рассматривается как функция масштаба активности других компонентов, анализируемых в качестве факторов. Опирается на развитый аппарат статистического анализа: на факторный анализ, позволяет понять и описать с помощью математического аппарата связи в природе, но имеет и ряд существенных ограничений в применении;

Схема последовательных этапов экологических исследований Ивентаризационный этап - выявление, описание, систематизация, картографирование элементов природных и природно-антропогенных геосистем, их свойств, процессов и явлений. Этот этап, как правило, занимает подготовительный и полевой периоды. Оценочный этап включает приемы анализа - синтеза взаимодействия природных условий и ресурсов с различными формами деятельности общества, выявление, картографирование и оценку сложившихся экологических ситуаций. Этап завершается разработкой рекомендаций по оптимизации свойств и территориальной организации геосистем;

Методика Методика – совокупность, система общих и частных приемов получения нового знания. Методика исследований включает: выбор объекта и предмета исследования; отбор свойств и признаков, вовлекаемых в исследование; их ранжирование по значимости для изучаемого явления; методы получения и обработки информации об объекте; приемы нахождения эмпирических зависимостей.

Методическая основа экологии Сочетание: системного подхода (любой объект экологии имеет системную природу). В системном подходе объединяются аналитические и синтетические приемы исследования; натурных наблюдений, эксперимента и моделирования. Сейчас в экологии преобладают количественные методы - измерения, расчеты, математический анализ.

Группы экологических методов исследований 1. Методы регистрации и оценки состояния среды (экомониторинг): периодическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и за качеством окружающей среды. метеорологические, в т.ч. измерения освещенности, радиационного фона, напряженности физических полей; гидрологические наблюдения; определение характеристик почвенной среды; определение химической и бактериальной загрязненности сред; биоэкологические исследования

Группы экологических методов исследований Практическое значение имеет регистрация состава и количества вредных примесей в воде, воздухе, почве, растениях в зонах антропогенного загрязнения и исследования переноса загрязнителей в разных средах. Техника экологического мониторинга быстро развивается, используются новейшие методы физико-химического и химического экспресс-анализа, дистанционного зондирования, телеметрии и компьютерной обработки данных. Одним из средств экомониторинга, позволяющим получить интегральную оценку качества среды, является биоиндикация - контроль состояния среды некоторых организмов, особо чувствительных к изменениям среды и к появлению в ней вредных примесей.

Группы экологических методов исследований 2. Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности Это подсчеты особей на контрольных площадках, в объемах воды или почвы, маршрутные учеты, отлов и мечение животных, наблюдения за их перемещениями с помощью телеметрии и другие средства вплоть до аэрокосмической регистрации численности стад, скоплений рыбы, густоты древостоя, состояния посевов и урожайности полей. Изучение динамики численности популяций потребовало введения в экологию методов демографии. Это необходимо для овладения управлением экосистемами, для предотвращения гибели видов и снижения биологического разнообразия и биопродуктивности экосистем. Определение биомассы и продуктивности различных сообществ организмов позволяет оценить биопродукционный потенциал отдельных территорий и акваторий, а также глобальный природный фонд органического вещества биосферы и пределы его использования.

Группы экологических методов исследований 3. Исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов: экспериментальный подход: в лабораторных условиях регистрируется воздействие строго контролируемого фактора на те или иные функции растений или животных; аналитический подход: применимость полученных на животных результатов к экологии человека. Так устанавливают критические и летальные дозы веществ, по которым рассчитывают ПДК и воздействия, лежащие в основе экологического нормирования, так экология граничит с физиологией, биохимией, токсикологией. Методы этой категории важны также при определении устойчивости экосистем и изучении адаптации - приспособлений растений, животных и человека к различным условиям среды.

Группы экологических методов исследований 4. Методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сообществах: натурные наблюдения и лабораторные исследования пищевых отношений, пищевого поведения, опыты с переносом «меток», например, радиоактивных изотопов, с помощью которых можно определить, какое количество органического вещества и энергии переходит от одного звена пищевой цепи к другому: от растений - к травоядным животным, от травоядных - к хищникам. экспериментальная методика создания и исследования искусственных сообществ и экосистем, т.е. по существу лабораторное натурное моделирование взаимодействий организмов друг с другом и с окружающей средой. В ряде случаев для этих целей создают искусственные, частично замкнутые и самоподдерживающиеся многовидовые системы.

Группы экологических методов исследований 5. Кибернетические исследования и методы математического моделирования: математические модели транспортировки веществ: техногенных эмиссии, распространения загрязнителей в атмосфере, самоочищения рек. Очень сложное многопараметрическое моделирование экологических систем. В свое время были получены обобщенные аналитические модели многих экологических процессов (эвтрофикации водоемов, сукцессионной смены видов в лесу, ядерной зимы и др.). методы имитационного моделирования с использованием аппарата теории нечетких множеств: применяются для решения многоуровневых нелинейных задачах с большим числом переменных, аналитические решения практически невозможны технологии нейронных сетей для глобального моделирования при проблемно-прогнозном подходе. Они позволяют рассматривать варианты сценариев и строить обоснованные прогнозы глобального развития. Но реальные объекты экологии столь сложны, что с трудом поддаются строгому математическому описанию даже при значительном упрощении задач.

Методы и средства прикладной экологии создание геоинформационных систем (ГИС-технологий) и банков экологической информации, относящихся к различным регионам, территориям, ландшафтам, агросистемам, промышленным центрам, городам; комплексный эколого-экономический анализ состояния территорий для целей экологической диагностики и оздоровления экологической обстановки; методы инженерно-экологических изысканий, необходимых для оптимального размещения, проектирования, строительства и реконструкции гражданских и хозяйственных объектов; методы экологически ориентированного проектирования хозяйственных и гражданских объектов, основанные на принципах и расчетах экологического соответствия; технологические методы снижения отходности, побочных эмиссии и коэффициентов вредного действия производственных комплексов, процессов, устройств и изделий; методы оценки влияния техногенных загрязнений и деградации окружающей среды на здоровье людей и состояние природных систем; методы контроля экологической регламентации хозяйственной деятельности: экологический мониторинг; экологическая аттестация и паспортизация хозяйственных объектов, территориальных природно-производственных комплексов; экологическая экспертиза; оценка ожидаемых воздействий проектируемых и строящихся объектов на окружающую среду.    

Целевые подходы в экологических исследованиях Часть 3

Предназначение экологических исследований Принципиальные вопросы: Зачем: определяются цели проведения экологических исследований Кто: определяются заказчики и потребители экологических исследований Как: определяются методы осуществления экологических исследований

Зачем Цели экологического исследования

Кто Заказчики и потребители экологических исследований

Как Методы экологических исследований

Геоэкологические исследования Объектом геоэкологических исследований нами рассматривается географическая среда, предметом – изучение природных и природно-антропогенных геосистем различного иерархического уровня на основе гуманитарно-экологического подхода. В геоэкологических исследованиях базовым является термин «геосистема». Геосистема – это географическое образование, состоящее из целостного множества взаимосвязанных, взаимодействующих ком-понентов географической оболочки. Корневые слова термина не накладывают ограничений в сфере его применения в географических науках, и к настоящему времени сложились четыре группы его использования: 1) для природных географических образований; 2) для социально-экономических образований; 3) для сложных образований, включающих одновременно эле-менты природы, населения и общества, целостность которых поддерживается прямыми, обратными и преобразованными связями; 4) для обозначения всех объектов отрасли знания наук о Земле.

Экологические исследования В экологии ключевым является понятие экосистемы, представляющей собой единство биотических компонентов с абиотической средой, организованное потоками энергии и абиотическим круговоротом веществ. При одинаковом составе элементов природной геосистемы и экосистемы учитывается их разная организация

Экосистемные исследования Экосистемный подход – в центре внимания исследователя-эколога являются поток энергии и круговорот веществ между биотическим и абиотическим компонентами экосферы. Наибольший интерес представляет установление функциональных связей, таких, как цепи питания, живых организмов между собой и с окружающей средой. Все связи оцениваются по их воздействию на установленный объект

Экосистемные исследования Основные методы экологических исследований: полевые, экспериментальные исследования с использованием экосистемного подхода, изучения сообществ (синэкология), популяционного подхода (демэкология), анализ местообитаний, эволюционного и исторических подходов.

Экосистемные подходы Изучение сообществ. При изучении сообществ исследуют растения, животных и микроорганизмы, которые обитают в различных биотических единицах, таких, как лес, луг, пустошь. Основное внимание уделяется определению и описанию видов, изучению факторов, ограничивающих их распространение. Одним из аспектов является получение научных данных о сукцессиях и климаксовых сообществах, что важно для рационального использования природных ресурсов. Популяционный подход. В популяционных исследованиях используются математические модели роста, самоподдержания и уменьшения численности тех или иных видов. Используемые показатели: рождаемость, выживаемость и смертность. Подход обеспечивает теоретическую базу для понимания вспышек численности вредителей и паразитов, имеющих значение для медицины и сельского хозяйства, дает возможность борьбы с ними применением биологических методов, например, использование хищников и паразитов вредителя, позволяет оценить критическую численность вида, необходимую для его выживания. Это особенно важно при организации заповедников, ведении сельского и охотничьего хозяйства, а в теоретическом плане — при изучении вопросов эволюционной и исторической экологии.

. Схема экологического (экосистемного) подхода Экосистемный подход выдвигает на первый план общность организации всех сообществ, независимо от местообитания и систематического положения входящих в них организмов. Это подтверждается простым сравнением водной и наземной экосистем. При резком различии в среде обитания и в образующих систему видах здесь четко просматривается сходство структуры и функциональных единиц этих двух экосистем. В экосистемном подходе находит приложение концепция саморегуляции (гомеостаза), из которой становится ясно, что нарушение регуляторных механизмов, например, в результате загрязнения среды, может привести к биологическому дисбалансу. Экосистемный подход важен при разработке стратегии развития, например, сельского хозяйства.

Спасибо за внимание ;)