Читайте также:
|
Методы исследования экологии:
1. Полевые методы
2. Экспериментальные методы
3. Экологический мониторинг
4. Метод экологического мониторинга и метод трансформации пространственных рядов.
Методы исследования воды:
1. Определение содержания ионов водорода в воде: рН-фактор воды.
2. Метод влияния температуры воды на ее качество.
3. Исследование мутности воды.
4. Исследование цвета воды
5. Исследование воды на содержание нитритов и нитратов
6. Определение прозрачности воды
5. Исследования скорости течения реки и ее
6. Определение содержания растворенного кислорода в пробе воды.
Методы исследования воздуха:
1. Весовой метод.
2. Метод характеристики размеров частиц пыли.
3. Метод газовой хpоматогpафии.
4. Электpохимические методы:
- поляpогpафия;
- кондуктометpия;
- кулонометpия;
- потенциометpия
Методы исследования почвы:
1. Профильный метод.
2. Морфологический метод.
3. Сравнительно-географический метод.
4. Сравнительно-исторический метод.
5. Метод грунтовых ключей.
6. Метод почвенных монолитов.
7. Метод грунтовых лизиметрив.
8. Метод почвенно-режимных наблюдений.
9. Гранулометрический метод.
Экспериментальный метод 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.
Биоиндикация качества воды
При оценке качества воды необходимо помнить, что проведение соответствующих измерений требует соблюдения определенных принципов.
При первых визитах к реке или другому водоему мы, как правило, задаем описательные вопросы: что, каким образом и где. Функциональные вопросы (почему?) возникают позднее. Эти вопросы гораздо труднее, для ответа на них уже требуется не только измерительная работа, но и работа с литературой и мыслительные усилия.
Из опыта предыдущих полевых работ известно, что многие учащиеся пытаются выполнить все измерения с помощью техники, имеющейся у них с собой. Возвратясь в лабораторию, они испытывают большие трудности, так как реально не представляют, какую информацию они получили. Оказывается, что большинство результатов измерений трудно интерпретировать. Лучше на первых стадиях исследования прочитать об определенных методах исследования, чтобы представлять, на какие вопросы можно получить ответы, как аккуратно провести измерения. Предварительная подготовка и планирование сохранит вам больше времени, чем слепое использование всех методов измерений.
При интерпретации результатов измерений качества воды надо иметь в виду, что результаты измерений верны только по отношению к определенному времени. Днем позднее или ранее результаты измерений могут существенно отличаться. Например, вы можете отметить очень низкую концентрацию нитратов в ручейке или речке в один из дней. Однако, придя на другой день, вы можете отметить чрезвычайно высокое содержание нитратов, так как находящееся неподалеку сельскохозяйственное предприятие вывалило навоз в реку. Таким образом, физико-химические измерения позволяют оценить качество воды только на данный момент.
Присутствие индикаторных видов растений или животных позволяет более глубоко судить о качестве воды в водоеме.
Оценка качества воды водоемов и водотоков может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки - это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема.
Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния водоема позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью гидрофизических и гидрохимических методов невозможно. Оценка степени загрязнения водоема по составу живых организмов позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения.
Планктон - совокупность живых обитателей водоема, не способных активно передвигаться или медленно передвигающихся, но не противостоящих токам воды.
Фитопланктон - совокупность растительных организмов водоема, не способных активно передвигаться, - важнейший компонент водных систем, активно участвует в формировании качества воды и является чутким показателем состояния водных экосистем и водоема в целом.
Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае в случае далеко идущих изменений.
Таким образом, видовой состав живых организмов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.
В холодное время года системы биологической индикации в гидробиологии вообще не могут быть применены.
При сбросе в водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах, происходит угнетение и обеднение фитопланктона. При обогащении водоемов биогенными веществами, содержащимися, например, в бытовых стоках, значительно повышается продуктивность фитопланктона. При перегрузке водоемов биогенами возникает бурное развитие планктонных водорослей, окрашивающих воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый, бурый или красный цвета ("цветение" воды). "Цветение" воды наступает при наличии благоприятных внешних условий для развития одного, редко двух-трех видов. При разложении избыточной биомассы, выделяется сероводород или другие токсичные вещества. Это может приводить к гибели зооценозов водоема и делает воду непригодной для питья. Многие планктонные водоросли в процессе жизнедеятельности нередко выделяют токсичные вещества. Увеличение в водоемах содержания биогенных веществ в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождаемые чрезмерным развитием фитопланктона, называют антропогенным эвтрофированием водоемов.
Каждая группа организмов в качестве биологического индикатора имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации.
Водорослям принадлежит ведущая роль в индикации изменения качества воды в результате эвтрофирования (заболачивания) водоема.
Зоопланктон также достаточно показателен как индикатор эвтрофирования и загрязнения (в частности органического и нитратного) вод. Кроме этого, среди зоопланктона встречаются и представители патогенной фауны, ограничивающей использование водного объекта в целях водоснабжения.
Простейшие являются высокочувствительными индикаторами сапробного состояния водоемов.
Зообентос - совокупность животных, обитающих на дне и в придонных слоях воды, служит хорошим индикатором загрязнения донных отложений и придонного слоя воды. Наиболее достоверными индикаторами среди них служат легочные моллюски, особенно катушки и речные чашечки. Положительные результаты дает также оценка качества воды по личинкам насекомых. Свободно живущие личинки ручейников, а также поденок являются наиболее чувствительными организмами.
Значение макрофитов (высшая водная растительность) наиболее существенно при предварительном гидробиологическом осмотре водных объектов. При загрязнении водоемов изменяется видовой состав, биомасса и продукция макрофитов, возникают морфологические аномалии, происходит смена доминантных видов, обусловливающих особенности ценоза. Данные по ихтиофауне важны при оценке состояния водного объекта в целом и особенно при определении допустимых уровней загрязнения водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение.
Проведение биологических исследований имеет свои особенности в стоячих и текущих водоемах.
Для изучения рек и ручьев большое значение имеют перифитонные организмы (т.е. обрастатели), те, которые дают картину общего состояния воды за достаточно длительный промежуток времени, предшествующий исследованию. Быстрые колебания степени загрязнения воды плохо уловимы с помощью перифитона и для их наблюдения лучше подходят гидрохимические и бактериологические методы.
Также случайные загрязнения местного характера легче всего могут повлиять на характер населения дна (т.е. организмов бентоса) в таких водоемах.
Определение прозрачности воды.
Суммарное количество взвешенных частиц в воде влияет на ее прозрачность.
Ход работы:
- Налить в стеклянный мерный цилиндр высотой 30 см. речную воду.
- На столе разместить газетный текст стандартного шрифта.
- Цилиндр с водой находится над текстом на высоте 5 см.
- Прочитать текст сквозь водяной столб.
- Прозрачность исследуемой воды оценивается по одной из трех характеристик: прозрачная, малопрозрачная, непрозрачная.
Исследование мутности воды.
Мутность воды - мера содержания в ней взвешенных частиц, различных по происхож-дению. Это могут быть частицы глины, ила, планктонные организмы.
Оборудование:
весы лабораторные,
бумажный фильтр.
Ход работы: взвесить бумажный фильтр, определить массу фильтра, отфильтровать 1литр речной воды, высушить использованный фильтр, взвесить высушенный фильтр и определить его массу, вычислить разницу массы фильтра до и после фильтрования.
Разница в массе и есть величина мутности в мг/л (допустимая мутность питьевой воды 2 мг/л).
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 39 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |