Экологический мониторинг

Глоссарий

Биоиндикация – тірі организмдер мен олардың қауымдастықтарына тигізген әсеріне қарай антропогендік факкторларды анықтау.

Биологиялық ресурстар – адамзат қоғамына пайдалы, бағалы болып саналатын генетикалық ресурстар, организмдер немесе олардың бөліктері, популяциялар мен басқа да кез келген экожүйелердің биотикалық компоненттері.

Макрокология – классикалық экологияның ең негізгі тұжырымдары, адам мен табиғат арасындағы қарым-қатынастардың проблемалары туралы ілім, адам экологиясымен біріктірілген ғылыми пән.

Тапсырма 1

1.Экологияның түрлері:

1)Теориялық экология– тірі ағзалардың әр түрлі құрылымдық деңгейлерінің жалпы зандылықтарын зерттейді. 

2)Қолданбалы экология - экология ғылымы жүргізген ғылыми-зерттеу жұмыстарынан қорытындыларды қалай пайдаланудың тәсілдерін көрсетіп беруді қарастырады. Адамзат баласының әлеуметтік мұқтаждын өтеу барысындағы табиғи ортаның ластануы, өнеркәсіп өндірісііі, ауылшаруашылық, химиялық, медициналық, биохимялық, рекроциондық, технологиялық және тағы басқа өндіріс орындарының жағдайы, айналаны қоршаған ортаға тигізетін әсері, өндіріске жаңа технологияны енгізу, ластау, көздеріне Мониторинг қою туралы ғылыми жұмыстарын жүргізді.

Экологиялық мониторинг– қоршаған ортаның жағдайын бақылау және тексеру жүйелері. Ол үш сатыдан тұрады: жағдайды бақылау; бағалау; болатын өзгерістерді болжау.

2.Экологияның салалары:

1)Фундаментальды (Іргелі) экология – биосферадағы тірі организмдер мен сыртқы орта жағдайларының адамның іс-әрекеттері арқылы бүлінуін, оларды болдырмау және табиғат байлықтарын ұқыпты пайдалану жолдарын зерттейді.

2)Әлеуметтік экология –табиғат пен қоғам арасындағы өзара карым-қатынас заңдылықтарын "табиғат + адам + қоғам" жүйесі негізінде зерттейді.

3)Биоэкология –тірі организмдер және олардың мекен-жайларымен қарым-қатынастары туралы ғылым.

4)Өнеркәсіптік экология –өнеркәсіптік нысандардың тірі организмдерге және қоршаған орта жағдайларына әсерін зерттейді.

5)Популяциялық экология (Демэкология) – бір тектес даралардың табиғи топтамаларын, яғни популяциялардың зерттейтін экология бөлімі (популяциялар, ішкі популяциялық топтар мен олардың өзара қатынасы қалыптасатын жағдайларды, популяция санының динамикасын, дене құрылысын).

6)Ғаламдық экология – биосфера деңгейіндегі, тіпті Күн жүйесіндегі әлемдік құбылыстарды, табиғи өзгерістерді зерттейді. Мысалы, эпидемиялық аурулар, климаттың жаппай жылынуы, азон қабатының жұқаруы, ядролық қауіп катерлер, шөлейттенудің алдын алу, т.б.

7)Ауыл шаруашылық  экологиясы – ауыл шаруашылығы салаларының сыртқы ортамен өзара қарым-қатынасын агроценоздардың даму өзгеру заңдылықтарын және ауыл шаруашылығы салаларының бір-біріне әсерін зерттейді.

 

Тапсырма 2

Экологияның негізгі заңдары: 

1. Ішкі динамикалық тепе-теңдік заңы –заттар, энергия, ақпарат және кейбір экожүйелердің сапаларының ұқсастығы сондай, осы факторлардың біреуінің өзгеруі бүкіл жүйенің және иерархияның функционалдық, құрылымдық, сапалық және сандық өзгерістеріне әкеледі.
2. Генетикалық алуантүрлілік заңы –бүкіл тірі ағзалар генетикалық алуантүрлі және биологиялық әртүрлілігін көбеюінің үрдісі. Екі генетикалық бірдей дара ағзалар (біржұмыртқалы егіздерден, мутацияланбайтын клондардан басқа) табиғатта болуы мүмкін емес.
3. Константа заңы – д.а.Вернадскийдің Констант заңы былай айтылады. Биосфераның тірі затының мөлшері тұрақты шама.Динамикалық жүйе ретінде биосфераның ерекшелігі күн энергиясының ағыны және тірі заттардың жұмысы салдарынан оның біркелкі еместігі.
4. Корреляция заңы - экожүйеде барлық тірі ағзалар бір-біріне сәйкестікте ғана өмір сүре алады. Ортаға бірдей талап қоятын екі түр бірге тіршілік ете алмайды.
5. Биогенді энергияның максимум заңы –(В.И. Вернадского — Э. С. Бауэра) әрбір биологиялық және биокосная системасы «тұрақты әртүрлілік» күйде болғанда, яғни оны қоршап тұрған ортамен динамикалық қозғалмалы тепе-теңдік кезінде және эволюциялық даму кезінде, өзінің ортаға әсерін арттырады.
6. Оптимум заңы –кез келген экологиялық  фактордың тірі ағзаға жағымды әсер етуінің белгілі бір шектеулері бар.Шектеуші фактор заңы (Ю.Либихтьщ мшіимум  заңы): "Ағза үшін өзінің қолайлы  мәнінен басқаларға қарағанда көбірек  ауыт қитын факторлар маңызды  келеді; осы факторлардан дарақтардың  осы жағдайғда тірі қалуы байланысты болады, ағзаның өсуін сол ағзаның  ішіндегі ең аз (минимум) мөлшердегі зат бағыттап отырады.
7. Энергияның пирамида заңы -(Р. Линдемана) экологиялық пирамиданың бір трофикалық деңгейінен басқа оның деңгейіне өтуі орташа 10% энергиядан көп емес. Бұл заң халықты азық-түлікпен қамсыздандыру және басқа эколог-экономикалық есептер үшін қажетті жер аумағын есептеуге мүмкіндік береді.
8. Толеранттылық заңы -Шелфорд ережесі— экология ғылымы негізгі қағидаларының бірі. Мұны толеранттылық заңы (лат. tolerantіa — шыдамдылық) деп те атайды. Бұл бойынша қандай да бір организм популяциясының тіршілік етуі немесе таралуы өзін қоршаған ортаның кешенді экологиялық факторларына тәуелді болады да, әрбір организмнің өзіне тән шыдамдылық ауқымы айқындалады. Шыдамдылық ауқымы, организмдер тіршілік ете алатын, әрбір фактордың ең төмен және ең жоғары деңгейімен шектеледі. Мұны түрдің экологиялық стандарты деп атайды.

 

 

 

 

 Тапсырма 3 

Этот «пирог» можно разрезать на куски двумя способами.

Можно делить на горизонтальные слои, и тогда мы получим «фундаментальные» науки, типа морфологии, физиологии, экологии, генетики, теории эволюции, молекулярной биологии и биологии развития.

Можно делить на вертикальные дольки, и они в этом случае будут обозначать совокупность наук таксономических, типа зоологии, ботаники, орнитологии, микологии, бактериологии и т. д.

Таксономические дисциплины изучают отдельные группы организмов. Что же касается наук фундаментальных, то они не ограничены этими рамками, ибо задают определенный подход, определенную программу изучения всех организмов, но с некоторой фиксированной точки зрения.

3.Экологияның зерттеу әдістері:

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.

Однако 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).

Так как все биосистемы обладают способностью к саморегуляции, т.е. к восстановлению экологического равновесия, а законы их развития имеют причинно-следственную связь, то в экологических исследованиях широкое распространение получили математические методы (математическая статистика, методы теории информации и кибернетики, теории чисел, дифференциальные и интегральные исчисления и др.) и на основе этих методов – моделирование. Моделирование биологических явлений, т.е. воспроизведение в искусственных системах процессов свойственных живой природе, получило широкое распространение в современной экологии.

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.

К сожалению, изучение процессов, а именно изучение трансформации сложных многокомпонентных систем, какими являются экосистемы и растительные сообщества – это следующий этап развития экологии. Пока что наибольшее развитие получил мониторинг растительного покрова (ботанический), но и он еще находится в начальной стадии.