3897

21

действительности. Важнейшим показателем качества измерения, его научной ценности является точность, которая зависит от усердия ученого, от применяемых им методов, но главным образом – от имеющихся измерительных приборов. В числе эмпирических методов научного познания измерение занимает примерно такое же место, как наблюдение и сравнение.

Эксперимент

Частным случаем наблюдения является эксперимент. Эксперимент предполагает вмешательство в естественные условия существования предметов и явлений или воспроизведение их определенных сторон в специально созданных условиях.

Экспериментальное изучение объектов по сравнению с наблюдением имеет ряд преимуществ:

1)в процессе эксперимента становится возможным изучение того или иного явления в «чистом виде»;

2)эксперимент позволяет исследовать свойства объектов действительности в экстремальных условиях;

3)важнейшим достоинством эксперимента является его повторяемость. Основной целью эксперимента есть проверка теоретических положений

или подтверждение рабочей гипотезы, а также более широкое и глубокое изучение темы научного исследования.

Различают эксперименты естественные и искусственные.

Под естественным экспериментом понимают такой эксперимент, когда исследователь не выбирает и не готовит заранее независимую переменную, а также не осуществляет активного вмешательства в обычный ход исследуемого процесса или явления, а только наблюдает за его ходом и ждѐт, пока в нѐм самостоятельно возникает такая ситуация, которая играет роль независимой переменной. Значительным недостатком естественного эксперимента на объектах ландшафтной архитектуры является редкость возникновения соответствующей ситуации и отсутствие предварительного наблюдения за развитием естественного хода события, информации о возможности ее возникновения, что очень усложняет организацию эксперимента. Не менее существенным недостатком является значительная сложность определения факторов, которые могут влиять на ход процесса, и практическая невозможность манипулирования ними. Эти недостатки, в сущности, сводят, на нет такое важное преимущество экспериментального исследования, как выигрыш времени при проверке гипотез. Однако естественный эксперимент занимает значительное место в арсенале исследователей, в особенности в сфере изучения сложных общественных и естественных явлений, которые требуют учета огромного множества факторов.

22

Искусственные эксперименты широко используются во многих естественнонаучных исследованиях, в том числе и на объектах ландшафтной архитектуры. Искусственный эксперимент нацелен на изучение явлений, изолированных в нужной степени с тем, чтобы оценить их в количественных и качественных отношениях.

Любой эксперимент может осуществляться как непосредственно с объектом, так и с «заместителем» этого объекта – моделью.

Использование моделей позволяет применять экспериментальный метод исследования к таким объектам, непосредственное оперирование с которыми затруднительно или даже невозможно. Поэтому моделирование является особым методом и широко распространено в науке.

Материальное моделирование

Моделирование – метод изучения объектов на моделях, позволяющий получать знания при помощи заменителей (моделей) реальных объектов. Модель

– мысленная или материально реализованная система, замещающая другую систему, с которой она находится в состоянии сходства. Модель заменяет объект исследования и имеет некоторые общие свойства с изучаемым объектом. Материальные модели выполняются из вещественных материалов. Метод моделирования позволяет получить информацию о различных свойствах изучаемых явлений на основе опытов с моделями.

Существует несколько видов материальных моделей:

Пространственно подобные (геометрически подобные) – макеты или му-

ляжи.

Физически подобные. Математически подобные.

Следует запомнить! Экспериментальная работа направлена на то, чтобы проверить на практике истинность теоретических выводов.

Результаты полученных экспериментальных данных могут видоизменить теоретическое представление о действительности.

Лабораторная работа № 8 Эксперименты естественные и искусственные

Цель работы: Иметь представление о понятии «эксперимент». Уметь различать эксперимент естественный и искусственный.

Материалы: лабораторный практикум, справочная литература, интернетисточники.

23

Ход работы: уяснить материал лабораторного занятия. На основании полученной информации подобрать вариант эксперимента на объекте научноисследовательской работы.

В научном языке и исследовательской работе термин эксперимент обычно используется в значении, общем для целого ряда сопряженных понятий: целенаправленное наблюдение, воспроизведение объекта познания, опыт, организация особых условий его существования, проверка предсказания. В это понятие вкладывается научная постановка опытов и наблюдение исследуемого явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом его развития и воссоздавать его каждый раз при повторении этих условий. Основная цель эксперимента – выявление свойств исследуемых объектов, проверка справедливости гипотез и на этой основе широкое и глубокое изучение темы научного исследования. Постановка и организация эксперимента определяются его назначением.

Эксперименты различаются:

-по способу формирования условий (естественный и искусственный);

-по целям исследования (преобразующие, констатирующие, контролирующие, поисковые, решающие);

-по организации проведения (лабораторные, натурные, полевые, производственные и т.п.);

-по структуре изучаемых объектов и явлений (простые, сложные);

-по характеру внешних воздействий на объект исследования (вещественные, энергетические, информационные).

Для классификации экспериментов могут быть использованы и другие признаки.

В ландшафтной архитектуре широко применяется естественный эксперимент, который предполагает проведение опытов в естественных условиях существования объекта исследования.

Искусственный эксперимент предполагает формирование искусственных условий.

Констатирующий эксперимент используется для проверки определенных предположений. В процессе этого эксперимента констатируется наличие определенной связи между воздействием на объект исследования и результатом, выявляется наличие определенных фактов.

Преобразующий, или созидательный, эксперимент предполагает активное изменение структуры и функций объекта исследования в соответствии с выдвинутой гипотезой, формирование новых связей и отношений между компо-

24

нентами объекта или между исследуемым объектом и другими объектами. Исследователь в соответствии с раскрытыми тенденциями развития объекта исследования преднамеренно создает условия, которые должны способствовать формированию новых свойств и качеств объекта.

Поисковый эксперимент проводится в том случае, если затруднена классификация факторов, влияющих на изучаемое явление вследствие отсутствия достаточных предварительных (априорных) данных. По результатам поискового эксперимента устанавливается значимость факторов, осуществляется отсеивание незначимых.

Лабораторный эксперимент проводится в лабораторных условиях с применением специальных моделирующих установок, типовых приборов, стендов, оборудования и т.д. Чаще всего в лабораторном эксперименте изучается не сам объект, а его образец (модель). Этот эксперимент позволяет доброкачественно, с требуемой повторностью изучить влияние одних характеристик при варьировании других, тем самым получить хорошую научную информацию с минимальными затратами времени и ресурсов. Однако такой эксперимент не всегда полностью моделирует реальный ход изучаемого процесса, поэтому возникает потребность в проведении натурного эксперимента.

Натурный эксперимент проводится в естественных условиях и на реальных объектах. Этот вид эксперимента часто используется в процессе натурных испытаний изготовленных систем. В зависимости от места проведения испытаний натурные эксперименты подразделяются: на производственные, полигонные, полевые, полунатурные и т.п. Натурный эксперимент всегда требует тщательного продумывания и планирования, а также рационального выбора методов исследования.

Лабораторная работа № 9 Рекогносцировочное обследование территории

Цель работы: Изучить методы рекогносцировочного обследования территории.

Материалы: лабораторный практикум, справочная литература, интернетисточники.

Ход работы: уяснить материал лабораторного занятия. На основании полученной информации провести рекогносцировочное обследование территории предложенной преподавателем. Составить отчет о проделанной работе.

25

Рекогносцировочное обследование территории включает:

-осмотр участка на объектах ландшафтной архитектуры и прилегающей территории;

-оценку рельефа визуальным способом;

-описание проявлений водных ресурсов,

-описание геоботанических индикаторов гидрогеологических и экологических условий;

-опрос местного населения о проявлении опасных геологических процессах, об имевших место чрезвычайных ситуациях и др.

Рекогносцировочное обследование проводится по предварительно намеченным маршрутам (обследование может быть совмещено с маршрутными наблюдениями), а результаты выносятся на топографическую основу. Маршруты проведения рекогносцировочных обследований должны в какой-либо мере пересекать основные контуры, которые выделены результатами аэро-, фото- и остальных видов съемки.

Иногда могут также понадобиться инженерные изыскания, заключающиеся в топографической съемке, гидрологических исследованиях, лабораторных исследованиях почвы, исследовании и таксации насаждений, состоящих из деревьев и кустарников.

Предпроектные изыскания дают общую информацию об экологических особенностях участка, его ориентации относительно сторон света, освещенности, особенностях его рельефа. Также они позволяют узнать гидрологические показатели, тип, структуру и кислотность почвы, уровень грунтовых вод и т. д.

В состав материалов, подлежащих сбору и обработке, следует, как правило, включать сведения о климате, гидрографической сети района исследований, характере рельефа, геоморфологических особенностях, геологическом строении, геодинамических процессах, гидрогеологических условиях, геологических процессах, физико-механических свойствах почв, техногенных воздействиях и последствиях хозяйственного освоения территории.

Маршрутные наблюдения следует осуществлять по направлениям, ориентированным перпендикулярно к границам основных геоморфологических элементов, а также вдоль элементов эрозионной и гидрографической сети. Определение направлений маршрутов должно проводиться с учетом результатов дешифрирования аэро- и космоматериалов и аэровизуальных наблюдений.

26

Лабораторная работа № 10 Методы и средства наблюдения и контроля над состоянием

окружающей среды

Цель работы: Иметь представление об основных методах и средствах наблюдения и контроля над состоянием окружающей среды.

Материалы: лабораторный практикум, справочная литература, интернетисточники.

Ход работы: уяснить материал лабораторного занятия. На основании полученной информации разработать возможные варианты наблюдения за состоянием окружающей среды объекта ландшафтной архитектуры.

Средства экологического наблюдения и контроля подразделяются на контактные, неконтактные (дистанционные), биологические, а контролируемые показатели – на функциональные (продуктивность, оценка круговорота веществ и др.) и структурные (абсолютные или относительные значения физических, химических или биологических параметров – концентрация загрязняющего вещества, коэффициент суммарного загрязнения и др.).

Контактные методы контроля состояния окружающей среды представлены как классическими методами химического анализа, так и современными методами инструментального анализа. Классификация контактных методов контроля приведена на рис. 5.

Рис. 5. Структура контактных методов наблюдения и контроля над состоянием окружающей среды

27

Эффективность любого метода наблюдений и контроля над состоянием объектов окружающей среды оценивается следующей совокупностью показателей:

-селективностью и точностью определения;

-воспроизводимостью получаемых результатов;

-чувствительностью определения;

-пределами обнаружения элемента (вещества);

-экспрессностью анализа.

Контроль над состоянием окружающей среды ведут с помощью анализа проб воздуха, воды и почвы. Для анализа воздуха и воды применяют экспрессметод с помощью приборов, в которых пробозаборное устройство смонтировано вместе с анализатором; делают также анализы в лабораториях, куда доставляют отобранные пробы в сосуды (резиновые камеры, стеклянные и другие емкости).

Исследование и контроль состояния окружающей среды, выявление источников ее загрязнения – основные задачи совершенствования охраны природы. Решение этих задач состоит из двух этапов: сбор данных о степени загрязнения объектов окружающей среды и научное обобщение сведений о состоянии и изменении уровня загрязненности, выработка соответствующих рекомендаций. На первом этапе используют различные инструментальные методы анализа объектов воздушной и водной среды, проб грунта и т. д., на втором выполняют математическое обобщение результатов анализа, построение моделей сложных процессов загрязнения окружающей среды, формулируют выводы.

К этой же группе методов следует отнести мониторинг – периодическое или непрерывное слежение за состоянием ландшафтных объектов и за качеством среды. Большое практическое значение имеет регистрация состава и количества вредных примесей в воде, воздухе, почве, растениях в зонах антропогенного загрязнения, а также исследования переноса загрязнителей в разных средах. В настоящее время техника экологического мониторинга быстро развивается, используя новейшие методы физико-химического экспресс-анализа, дистанционного зондирования, телеметрии и компьютерной обработки данных.

Важным средством экологического мониторинга, позволяющим получить интегральную оценку качества среды, являются биоиндикация и биотестирование – использование для контроля состояния среды некоторых организмов, особо чувствительных к изменениям среды и к появлению в ней вредных примесей.

Биоиндикация – обнаружение и определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Биологические индикаторы об-

28

ладают признаками, свойственными системе или процессу, на основании которых производится качественная или количественная оценка тенденций изменений, определение или оценочная классификация состояния экологических систем, процессов, явлений. В настоящее время можно считать общепринятым, что основным индикатором устойчивого развития в конечном итоге является качество среды обитания.

Биотестирование – процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Для оценки параметров среды используются стандартизированные реакции живых организмов (отдельных органов, тканей, клеток или молекул).

Хотя подходы очень близки по конечной цели исследований, биотестирование осуществляется на уровне молекулы, клетки или организма и характеризует возможные последствия загрязнения окружающей среды для биоты, а биоиндикация – на уровне организма, популяции и сообщества и характеризует, как правило, результат загрязнения. Живые объекты – открытые системы, через которые идет поток энергии и круговорот веществ. Все они в той или иной мере пригодны для целей биомониторинга.

Биоиндикаторы – организмы присутствие, количество или особенности которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Их индикаторная значимость определяется экологической толерантностью биологической системы. Любой фактор, если он выходит за пределы «зоны комфорта» для данного организма, является стрессовым. В этом случае организм реагирует ответной реакцией различной интенсивности и длительности, проявление которой зависит от вида и является показателем его индикаторной ценности.

Вкачестве биологических индикаторов могут быть как растения, так и животные. Ряд групп животных, особенно млекопитающих, очень близки к человеку по морфологическим показателям, и по реакциям таких животных можно обоснованно судить, каково будет состояние человека в таких же экологических условиях обитания. Создать универсальную систему зоологических индикаторов для экологического нормирования состояния наземной среды невозможно, поскольку животные по-разному реагируют на действие ядохимикатов, промышленных и радиоактивных загрязнений и на многие другие воздействия.

Вкачестве биоиндикаторов, способных реагировать на загрязненность воздуха, широко используются лишайники (лихеноиндикация).

При изучении лишайников на территориях крупных промышленных центров были обнаружены следующие закономерности:

29

-в более индустриализованных городах с интенсивным атмосферным загрязнением видовой состав лишайников обеднен, площадь их покрытия на стволах деревьев сокращается, снижается их жизнеспособность;

-при повышении степени загрязненности воздуха вначале исчезают кустистые лишайники, за ними – листоватые, а затем – накипные.

В районах, подверженных сильному техногенному загрязнению, появляются «лишайниковые пустыни», где лишайники исчезают.

Негативное влияние на их рост и развитие оказывают: диоксид серы, оксиды азота, углерода, фтора и др. Кроме визуальных наблюдений в комплексе используются и аналитические методы, позволяющие определить количественно содержание загрязнителей, аккумулированных в лишайниках.

Лабораторная работа № 11 Методы изучения почвенного покрова

Цель работы: Иметь представление о методиках изучения почвенного покрова.

Материалы: лабораторный практикум, справочная литература, интернетисточники.

Ход работы: уяснить материал лабораторного занятия. На основании полученной информации применить методы изучения почвенного покрова, применительно к выбранному объекту ландшафтной архитектуры.

Почва является средой обитания растений в наземных экосистемах, обеспечивая их потребности в минеральных элементах, воде и кислороде. Почва, как и вода, относится к так называемым возобновимым ресурсам: естественные процессы поддерживают их существование бесконечно долго. Однако чрезмерная эксплуатация этих ресурсов человеком приводит к их истощению. Для грамотного использования почвенного покрова необходимо его всестороннее изучение, с помощью общепринятых методов.

Профильный метод лежит в основе всех почвенных исследований. Он требует изучения почвы с поверхности на всю глубину его толщи, последовательно, по генетическим горизонтам до материнской породы.

Морфологический метод – эффективный способ изучения свойств почв по внешним признакам: окраске, структуре, сложению, гранулометрическому составу, новообразованиям и включениям, глубине и последовательности залегания горизонтов т.д. Он является базисным при проведении полевых почвенных исследований и составляет основу полевой диагностики почв. Содержит

30

три вида морфологического анализа: макро – невооруженным глазом; мезо – с применением лупы и бинокуляра, микро – с помощью микроскопа.

Сравнительно-географический метод основывается на сопоставлении почв и соответствующих факторов почвообразования в их историческом развитии и пространственном распространении в различных ландшафтах.

Сравнительно-исторический метод дает возможность исследовать прошлое почв и почвенных горизонтов по сравнению с современными процессами. В основе лежит палеопочвоведение – наука о прошлом почв.

Метод грунтовых ключей основывается на детальном генетикогеографическом анализе небольших репрезентативных участков и интерполяции полученных таким путем выводов на большие территории.

Метод почвенных монолитов базируется на принципе физического моделирования почвенных процессов (перемещение влаги, солей, обмена ионов) на почвенных колонках (монолитах) ненарушенного строения.

Метод грунтовых лизиметров используется для изучения процессов вертикальной миграции веществ в естественных почвах с использованием больших сосудов.

Метод почвенно-режимных наблюдений применяется для изучения кине-

тики современного почвообразования на основе замеров тех или иных параметров (содержания солей, гумуса, азота, других элементов питания) в течение вегетационного периода, года, нескольких лет через заданные промежутки времени.

Балансовый метод используется при изучении поступления и расходов веществ в единице объема грунта за определенный промежуток времени.

Метод почвенных вытяжек базируется на том, что растворитель (вода, растворы различных кислот, щелочей или солей различной концентрации, органические растворители – спирт, ацетон, бензол) извлекает из почвы определенную группу соединений, элементов. Метод применяется для изучения доступных растениям элементов питания, фракционного состава почвенного гумуса, подвижных соединений в почвах, процессов миграции и аккумуляции различных соединений, элементов.

Аэрокосмический метод охватывает визуальное изучение фотографий земной поверхности, полученных в различных диапазонах спектра с различной высоты, а также прямое исследование с самолетов и космических аппаратов спектрального отражения или поглощения почвой в различных областях спектра.

Радиоизотопные методы применяются для изучения миграции элементов на основе меченых атомов (радиоактивных изотопов), соотношение различных изотопов в почвах, используется для определения возраста почвы.