Экологические системы

Asphalt-stroy.ru

Элементы экологических систем и их характеристика. Биоциноз. Группы организмов и их взаимности в биоцинозах

Надорганизменные системы, которые изучает экология - популяции, биоценозы, экосистемы - чрезвычайно сложны. В них наблюдается огромное количество взаимосвязей, прочность и постоянство которых постоянно меняются. Одни и те же внешние воздействия могут привести к различным, иногда прямо противоположным результатам, в зависимости от того, в каком состоянии находилась система в момент воздействия.

Предвидеть ответные реакции системы на действия конкретных факторов можно лишь через сложный анализ существующих количественных отношений и закономерностей. Поэтому в экологии широкое распространение получил метод математического моделирования как средство изучения и прогнозирования природных процессов.

Одной из первых экологических моделей была модель Вольтерра-Лотки. В любом биоценозе происходит взаимодействие между всеми элементами: особи одного вида взаимодействуют с особями и своего вида, и других видов. Эти взаимодействия могут быть мирными, а могут иметь связь типа «хищник-жертва». Было замечено, что численность хищных рыб колеблется в обратной пропорции относительно колебаний численности мелких рыбешек, которые служат им пищей. Анализ этих колебаний позволил математику Вито Вольтерра (1860 - 1940) вывести необходимые уравнения. Если бы в биоценозе было только два вида (очень большое упрощение), то даже и в этом случае динамика численности каждого из видов сильно отличалась бы от картины их независимого существования.

Биосфера сформировалась по собственному плану без участия человека. Качественно новый этап в развитии биосферы начался с появлением человека в конце третичного периода. Сначала деятельность человека мало отличалась от деятельности других существ. Добывание огня выделило человека из ряда других животных. При этом человек не только сумел расселиться в районы холодного климата, пережить оледенения и защититься от хищников, но и научился уничтожать органические остатки, вмешиваясь в круговорот веществ в биосфере. Сейчас происходит интенсивная перестройка природы в результате человеческой деятельности. Перед человечеством вырисовывается угроза голода, самоотравления, разрушения биологической основы наследственности. Для предотвращения угрозы надо знать ее причины. В этих целях строились глобальные экологические модели.

Практически в построении математических моделей сложных процессов выделяются следующие этапы:

• тщательное изучение тех реальных явлений, которые нужно смоделировать; выявление главных компонентов и установление законов, определяющих характер взаимодействия между ними; формулировка тех основных вопросов, ответы на которые должна дать модель;

• разработка математической теории, описывающей изучаемые процессы с необходимой детальностью; на ее основе строится модель в виде системы абстрактных взаимодействий; установленные законы должны быть облечены в точную математическую форму; конкретные модели могут быть представлены в виде логической схемы машинной программы;

• проверка модели - расчет на основе модели и сличение результатов с действительностью. При этом проверяется правильность сформулированной гипотезы. При значительном расхождении модель отвергают или совершенствуют. При согласованности результатов модели используют для прогноза, вводя в них различные исходные параметры.

Расчетные методы, в случае правильно построенной модели, помогают увидеть то, что трудно или невозможно проверить в эксперименте; позволяют воспроизводить такие процессы, наблюдение которых в природе потребовало бы огромных сил и больших промежутков времени;

В настоящее время моделируют различные по масштабам и характеру процессы, происходящие в реальной среде. Математическими моделями описываются и проверяются разные варианты динамики численности популяций, продукционные процессы в экосистемах, условия стабилизации сообществ, ход восстановления систем при разных типах нарушений. Строятся математические модели по регулированию промыслового усилия, модели промышленных популяций; модели трофических связей по решению проблемы с вредителями, модели эксплуатации лесного хозяйства, стратегические модели использования сырья, математические модели выбора способов производства, модель оптимизации платы за воду и многие другие;

В настоящее время необходимы глобальные математические модели, в которые входили бы подсистемы взаимодействия между атмосферой и водой, атмосферой и поверхностью почвы, процессы в каждом из элементов окружающей среды, взаимодействие верхнего слоя атмосферы с космосом, механизмы саморегулирования в природе, влияние деятельности человека на окружающую среду. При значительном объеме возможностей подобная модель должна быть достаточно детальна для регионов Земли. На такой модели можно будет оценить крупные инженерные решения, деятельность городов, варианты гидросистем, размещение заводов и т.д. Перейти на страницу: 1 2 3

Интересное по теме

Охрана атмосферного воздуха Неумолимая поступь научно-технического прогресса породила одну из сложнейших проблем - человек и окружающая его природная среда. Неизбежное вмешательство человека в ход естественны ...

Количественное определение нитратов в продуктах растительного происхождения Одной из важных проблем экологии является охрана агроэкосистем от негативного воздействия научно-технического прогресса: интенсификации и химизации сельского хозяйства, химического ...

Способы очистки промышленных выбросов Стремительный рост численности человечества и его научно-технической вооруженности в корне изменили ситуацию на Земле. Если в недавнем прошлом вся человеческая деятельность проявл ...

Проблема городских отходов Экологическая обстановка на нашей планете во многом зависит от того, насколько бережно мы поддерживаем чистоту на её поверхности. Среди негативных последствий человеческого присут ...