методы геоэкологических исследований»

1. Общее понятие о биоиндикационных методах. О возможности использования живых организмов в качествепоказателей определенных природных условий писали еще ученыеДревнего Рима и Греции. В начале XX в., в период, когда началось освоение окраиннашей страны, биоиндикационные исследования стали развиватьсяособенно интенсивно. Под биоиндикацией в эти годы в основномпонимали регистрацию наличия или отсутствия того или иного явления (природного или антропогенного фактора среды), отмечаяв терминах «есть» — «нет». К концу XX в. биоиндикационные закономерности претерпели качественный скачок. В настоящее времядля целого класса индикаторных видов растений и животных целесообразно говорить не только о наличии или отсутствии фактора, но и о степени его влияния на природный комплекс. Разные степенивлияния на окружающую природную среду, регистрируемые с помощью этих видов, позволяют ввести шкалу воздействий (например, нет воздействия — слабое — среднее — сильное). Наличиешкалы экологического фактора позволяет намного более вернооценивать исследуемую территорию. В таком случае следует говорить не о биоиндикации, а о биодиагностике территорий — методеколичественной оценки степени воздействия экологического фактора на окружающую природную среду.

2. Виды и методы биоиндикации. По современным представлениям биоиндикаторы — организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Биоиндикация — метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоинди-каторов.

Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации. Ими могут быть как определенныетипы природных объектов (почва, вода, воздух), так и различныесвойства этих объектов (механический, химический состав и др.) и определенные процессы, протекающие в окружающей среде (эрозия, дефляция, заболачивание и т. п.), в том числе происходящиепод влиянием человека.

При выборе биоиндикаторов один из крупнейших американских экологов Ю. Одум предлагает учитывать следующие соображения.

⎯стенотопные виды (то есть виды, приспособленные к существованию в строго определенных условиях), более редкие в сообществах, как правило, являются лучшими индикаторами, нежелиэвритопные (широко распространенные, обладающие широкимдиапазоном экологической выносливости);

⎯ более крупные виды являются обычно лучшими индикаторами, чем мелкие, так как скорость оборота последних в биоценозахвыше, и они могут не попасть в пробу в момент исследований (принаблюдениях с длительной периодичностью;

⎯ при выделении вида (или группы видов), используемогов качестве индикатора воздействия того или иного фактора, необходимо иметь полевые и экспериментальные сведения о лимитирующих значениях данного фактора с учетом возможных компенсаторных реакций организма и толерантности вида (группы видов);

⎯ численное соотношение разных видов (популяции или сообществ) более показательно и является более надежным индикатором, нежели численность одного вида («...целое лучше, чем часть, отражает общую сумму условий»).

Биоиндикационные исследования подразделяются на двауровня: видовой и биоценотический. Видовой уровень включаетв себя констатацию присутствия организма, учет частоты его встречаемости, изучение его анатомо-морфологических, физиологобиохимических свойств. При биоценотическом мониторинге учитываются различные показатели разнообразия видов, продуктивность данного сообщества.

3. Общая характеристика математическихметов в геоэкологии. Математические методы позволяют создавать математическиемодели различных процессов и явлений. Суть математическогомоделирования заключается в абстрагированном и упрощенномотображении действительности логико-математическими формулами, передающими в концентрированном виде сведения о структуре, взаимосвязях и динамике исследуемых явлений. Эти модели очищены от ненужных деталей и лишних подробностей ради ясностихарактеристик важнейших свойств и закономерностей. Абстрактность математической модели проявляется даже в характеристикеконкретных свойств: в любой формуле указываются лишь величины тех или иных показателей, но не раскрывается их, содержание.

Важная особенность математических методов, состоит в их опосредствованном использовании для изучения действительности. Они применяются лишь в виде моделей, то есть в определенныхформализованных абстракциях. Математические модели способныхорошо отражать структуру, взаимосвязи и динамику наблюдаемыхявлений, но надо неустанно следить за их соответствием свойстваммоделируемой действительности. Другое условие повышения достоверности результатов моделирования состоит в совершенствовании научных знаний об экологических закономерностях. Опора наболее достоверные, точные и полные знания, а также их всесторонний учет гарантирует более высокое качество моделирования. Математические модели могут, в свою очередь, оказывать серьезноевоздействие на теоретические представления.

4. Виды математических методов. Математические модели подразделяются нааналитические (оператор известен в аналитической форме) и численные (имитационные). Также модели могут быть дискретными или непрерывными, детерминированными или стохастическими, точечными или пространственными, статическими или динамическими. С появлением компьютеровпоявились возможности моделирования ещё более сложных саморегулирующихся систем с обратной связью — популяций и биоценозов.

Важное место занимают вопросы математического моделирования в экологических исследованиях, направленных на использование ресурсов природы так, чтобы в ней осуществлялось естественное их возобновление.

Из различных разделов современной математики в геоэкологиинаиболее широко используется математическая статистика: вычисление средних квадратических отклонений, дисперсии, коэффициентов вариации, оценка согласия распределений с помощью критериев Пирсона, А.Н. Колмогорова, расчеты прямолинейнойи нелинейной корреляции, корреляционных отношений, различныхвидов регрессий, анализ временных рядов, дисперсионный и дискриминантный анализ и др.

Но особенно широкое распространение нашли известные алгоритмы математической статистики — факторный анализ и методглавных компонент. Не менее популярны статистические алгоритмы классификации объектов на основе комплексов характеризующих их показателей. Количество алгоритмов классификаций и ихразновидностей очень велико, но все они построены на способахчленения исходного множества изучаемых объектов на непересекающиеся подмножества: метод потенциальных функций, методгиперплоскостей, метод гиперсфер и др.