Системный подход в гидроэкологических исследованиях

Как уже упоминалось ранее, водные экосистемы – основной объект изучения в гидроэкологии. Экосистемное направление, пожалуй, лучше всего демонстрирует принципы системности в экологической науке.

Экологическая система представляет собой любую совокупность живых оpганизмов и сpеды их обитания, взаимосвязанных обменом веществ, энеpгии, и инфоpмации, котоpую можно огpаничить в пpостpанстве и во вpемени по значимым для конкpетного исследования пpинципам.

Любая экологическая система является открытой, поскольку она всегда взаимодействует с внешней средой: солнечной радиацией, влагообоpотом на поверхности и в грунтах, ветровым переносом и выносом материала. Следовательно, любые пространственные ограничения экосистемы всегда условны.

Понятие экологической системы иерархично. Это означает, что всякая экологическая система определенного уровня включает в себя ряд экосистем предыдущего уровня, меньших по площади и сама она, в свою очередь, является составной частью более крупной экосистемы. Например, правомерно рассматривать в качестве экосистемы озерную впадину, ограниченную склонами котловины. Продолжая этот ряд вверх, можно подойти к экологической системе Земли – биосфере, а двигаясь вниз – к биогеоценозу, как элементарной биохорологической единице биосферы.

Любая экосистема состоит из биотических (живые организмы) и абиотических (косная или неживая природа) компонентов. Экологические компоненты – основные материально-энергетические составляющие экосистемы (В.В. Дмитриев курс лекций «Современные проблемы экологии и природопользования», 2011). В совокупности компоненты экосистемы определяют и лимитируют ее развитие.

К биотическим компонентам экосистемы, в том числе и водной, относятся продуценты, консументы и редуценты, которые связаны друг с другом через биогенные компоненты экосистемы – живое и мертвое органическое вещество.

Абиотические компоненты весьма разнообразны, к ним относятся и морфо­логические характеристики водного объекта, и метеорологические ус­ловия, динамические и химические факторы, и ряд других. Все эти факторы тесно связаны друг с другом и в комплексе созда­ют все разнообразие мест обитания, которое и отражается в распределе­нии гидробионтов в водоемах (В.В. Дмитриев курс лекций «Современные проблемы экологии и природопользования, 2011, с. 268).

Абиотическая составляющая водных экосистем является объектом изучения различных направлений гидрометеорологического цикла наук. Гидрофизика, гидромеханика, гидродинамика, гидрохимия, метеорология – все эти науки изучают процессы, составляющие абиотические факторы водной среды. Гидроэкология (а также гидробиология) изучает взаимодействие этих факторов с биотической составляющей водной экосистемы, используя при этом законы и методы других наук. При этом биотические факторы «накладываются» на абиотическую составляющую. Более наглядно эти идеи будут показаны в главе про моделирование. Моделирование как метод исследований в гидроэкологии и науке вообще хотя и возник задолго до распространения идей системного подхода, во многом опирается на него и является наглядной демонстрацией сущности системного подхода.

Системный подход к изучению любого объекта, например экосистемы, состоит, во-первых, в определении образующих ее со­ставных частей — Х 1,..., Хnи взаимодействующих с ней объектов окружающей среды — S 1,…, Sk, во-вторых, в установлении струк­туры экосистемы, т. е. совокупности внутренних связей и отноше­ний σ1,…,σ r, а также связей между экосистемой и окружающей средой и, в-третьих, в нахождении функции (закона функциони­рования) экосистемы F, определяющей характер изменения ком­понентов экосистемы и связей между ними под действием внеш­них объектов

S 1(t),…, Sk (t).

Для решения этих трех основных задач в арсенале современной экологии имеются разнообразные методы исследования, среди которых выделяются три основные группы методов:

1) полевые наблюдения;

2) эксперименты в поле и в лаборатории;

3) моделирование.

Каждый из них имеет свою историю развития, отра­жающую последовательные этапы углубления знаний об экосисте­мах, и соответствует вполне определенной стадии единого процес­са системного экологического исследования.

Остановимся на каждом из этих методов в отдельности, а за­тем рассмотрим, как они интегрируются в рамках системного под­хода к изучению экосистем.