2.5 МЕТОДОЛОГІЯ ЕКОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
Від самого початку появи, методологія пізнання екології базувалася на підходах «експериментального природознавства». Розвиток екологічного вчення призвів до розширення спектру методологічних підходів.
Методологія — це система принципів наукового дослідження; вчення про науковий метод пізнання законів природи за допомогою сукупності методів дослідження, що застосовуються в будь-якій науці відповідно до специфіки об'єкта її пізнання.
Існує два універсальні підходи щодо методології пізнання: мерологічний та холістичний:
Холістичний підхід (від грецького holos – цілий, цілісний) – вивчення властивостей системи без пізнання її внутрішньої структури. З холістичної позиції, весь світ – це єдине ціле, а виокремленні нами явища і об'єкти мають сенс тільки як частина спільності. Цей метод відомий також як принцип “чорної скриньки”. Остання назва пояснює суть підходу: вивчається реакція-відповідь об’єкта (системи) на якийсь вплив (тобто функція відгуку) без з’ясування внутрішньосистемних механізмів формування цієї реакції
В екології холістичний підхід отримав значного розвитку при дослідженні складних систем та їх параметрів. Зокрема, принцип емерджентності є основою холістичної методології. Наприклад, методи біотестування та біоіндикації визначають наслідки забруднення для екосистеми без вивчення спектру забруднювачів та механізмів їх впливу на екосистеми.
Вивчення енергетичного балансу екосистеми за добовою динамікою вивільнення кисню чи вуглекислоти також дає інформацію про всі складові енергобалансу, навіть не розглядаючи “дійових осіб” цього процесу.
2.2.5 ЗАГАЛЬНА СХЕМА СИСТЕМНОГО ПІДХОДУ В ЕКОЛОГІЇ
Системний підхід до вивчення екологічних систем вимагає дотримання єдиної методології, якій підпорядковані зусилля всіх фахівців, залучених до вивчення тієї чи іншої екосистеми. Причому ефективність дослідження значною мірою залежить від правильного планування й проведення таких комплексних досліджень.
Системне дослідження екосистеми складається з кількох етапів, що послідовно змінюють один одного у часі чи здійснюються паралельно:
1. Постановка задачі.
2. Концептуалізація.
3. Специфікація.
4. Спостереження/Експеримент.
5. Ідентифікація.
6. Реалізація моделі.
7. Перевірка моделі.
8. Оптимізація.
9. Інтерпретація моделі.
1. Постановка задачі – обмежити та конкретизувати кількість можливих напрямків і аспектів вивчення екосистеми, зосередивши головну увагу на тих властивостях і процесах, які заслуговують найбільшої уваги. Адже будь-яка природна екосистема – украй складний утвір, детальне вивчення якого вимагає колосальних людських і матеріальних ресурсів, а також величезних витрат часу. Тому цей етап значною мірою є доленосним для успішного вирішення проблеми.
2. Концептуалізація – полягає в узагальненні відомостей про систему, та формування логічно цілісної і повної концептуальної моделі. Перш за все на цьому етапі з’ясовуються зовнішні потоки (вхідні й вихідні) речовини, енергії та інформації, зв’язок з атмосферою, геологічними шарами, гідрологічними процесами та іншими екосистемами. З’ясовується вплив діяльності людини на ці процеси. Потім встановлюється склад, структура і певні закономірності функціонування даної екосистеми.
3. Специфікація. Полягає у визначені складу множин вхідних змінних (навколишнього середовища) і змінних складу майбутньої математичної моделі.
4. Спостереження/Експеримент. За результатами специфікації проводять спостереження або експериментальне дослідження властивостей системи і середовища. Результати використовують на наступних етапах (ідентифікація, перевірка й оптимізація моделі). З іншого боку вони можуть бути основою для певного перегляду концептуальної моделі.
5. Ідентифікація. Полягає у встановлені математичних відношень між змінними, що утворюють структуру системи, які б з певною точністю відображували б дійсні кількісні відношення між властивостями екосистеми і її середовища.
6. Реалізація моделі. Після ідентифікації моделі постає проблема побудови її роздільного оператора. Це дає можливість розраховувати за допомогою моделі динаміку змінних стану на даному відрізку часу, що відповідає даним входам і початковому стану.
7. Перевірка моделі. Встановлюють, якою мірою реалізована модель здатна відтворювати властивості системи-оригіналу. Для цього досить ефективним способом перевірки є моделювання ситуації, що імітує різні впливи (зміни концентрацій біогенних елементів, температури, щільності окремих видів тощо). Отримані результати порівнюють з параметрами реальних систем. У разі значної розбіжності між результатами імітаційного моделювання і реальних систем є необхідність повернення на попередні етапи дослідження екосистеми й перегляд як складу, структури так і функції моделі.
8. Оптимізація. На цьому етапі методичною основою виступає теорія оптимального управління. Складні моделі спрощуються шляхом скорочення перемінних, які є константами або таких, які не підлягають регулюванню людиною.
9. Інтерпретація моделі. В результаті виконаної роботи остаточно оцінюються її результати – перш за все розроблена модель, діапазон її адекватності та намічаються перспективи для подальших досліджень.
Як можна бачити з наведеної схеми, у комплексному екологічному дослідженні використовуються всі наукові методологічні підходи. Методи моделювання на даному етапі розвитку екологічної науки є основним методологічним підходом.
Мерологічний підхід (від грецького meros – частина, міра) – методологічний принцип, згідно якого складні явища можуть бути пояснені за допомогою закономірностей, встановлених для більш простих. Ця методологія істотно домінує в науці ще з часів Ісака Ньютона (він відомий також як “редукціонізм”). Ще й зараз багато хто із вчених вважає, що для пізнання складного об’єкту, його необхідно “розібрати” на складові і дослідити їхні особливості.
Так, до останнього часу великі надії на пізнання життя покладали на молекулярну біологію і молекулярну генетику. Редукціонізм, що приніс безліч відкриттів у фізиці, хімії і деяких інших природничих науках виявився практично неспроможним пояснити найбільш фундаментальні особливості живої матерії та функціонування надорганізмових систем.