Аналитический обзор. Рубрика в журнале - Принципы экологии
Статья научная
В настоящее время ландшафтный дизайн не является в строгом смысле научной дисциплиной, представляя собой суперпозицию декоративно-прикладного садово-паркового искусства и методов графического архитектурного проектирования. Обслуживая интересы заказчика, он не сообразуется с собственными потребностями участка, обусловленными геохимией и экологией ландшафта, и, как следствие, приводит к появлению множества не связанных друг с другом по биогеохимическим критериям участков. Во многих случаях при этом происходит полная замена грунта, изоляция естественных гидродинамических стоков, интродукция экзотических растений, вступающих в биоценотические отношения с имеющимся окружением (включая абиотические связи) и, как следствие, смещение равновесия на данном участке. Возникающая необходимость в постоянном искусственном поддержании функциональности экологической системы не свидетельствует в пользу её стабильности. Иными словами, без поддержания достаточных условий для её существования, она будет с течением времени подвергаться сукцессии как частному случаю выравнивания градиента потенциала. Следовательно, в текущий период весьма остро стоит проблема создания такого концепта ландшафтного дизайна, который, удовлетворяя экологические потребности заказчика, одновременно являлся бы массовым, не создающим эффектов градиентной изоляции, и экологически самоподдерживающимся в данной среде. Очевидно, что для выполнения этих условий, такой концепт должен быть не продуктом субъективного видения автора, а непосредственно вытекающим следствием из геофизического и геохимического состояния ландшафта, с теоретической проработкой, допускающей расчетную прогонку на любом масштабе географической зональности.
Бесплатно
Статья научная
Право на благоприятную окружающую среду – одно из главных прав человека, которое в развитых странах гарантируется основным законом государства и может быть реализовано различными методами, непротиворечащими законодательству страны. К одному из способов его реализации, хорошо зарекомендовавшему себя в международной практике, относится объединение граждан, заинтересованных в повышении качества окружающей среды, в некоммерческие или неправительственные организации и проведение природоохранных мероприятий. Однако, на практике человек, склонный активно защищать свои экологические права, может столкнуться с рядом законодательных препятствий. В настоящей статье осуществляется сравнение административно-правового статуса субъектов экологического права в России и Финляндии с целью выявить недостатки в его урегулировании.
Бесплатно
Статья научная
Искусственный интеллект (ИИ) все глубже проникает в экологическую науку. Наиболее стремительно это проявляется в исследованиях на основе изображений, например, с дронов или фотоловушек. В настоящем обзоре рассматривается современное развитие исследований с фотоловушками в области применения технологий ИИ, а именно компьютерного зрения и глубокого обучения. Вкратце рассмотрены основные понятия машинного обучения (Machine Learning, ML) и глубоких нейронных сетей, необходимые современному биологу и экологу для понимания обработки и анализа изображений. Разобраны возможности применения ИИ для распознавания образов и поиска объектов на изображениях. Приводится обзор современного программного обеспечения с применением технологий компьютерного зрения и машинного обучения для распознавания фотографий и видеоизображений с фотоловушек, а также краткий обзор открытых наборов данных для обучения ML-моделей. В общем виде рассмотрены восемь ML-программ: MegaDetector, EcoAssist, MLWIC2, Conservation AI, FasterRCNN+InceptionResNetV2, DeepFaune, ClassifyMe, а также первая отечественная разработка от Московского физико-технического института. На основе исследований с фотоловушками в Центрально-Лесном заповеднике проведено тестирование программ, выявлены их преимущества и недостатки. В заключение обсужден потенциал применения ИИ в современных исследованиях с фотоловушками. Настоящий обзор будет полезен как биологам и экологам для общего знакомства с нейронными сетями и их применением в области распознавания образов на изображениях, так и ML-специалистам и программистам для понимания применимости ML-моделей в экологической науке и возможностей их обучения на больших массивах данных.
Бесплатно
Принцип эмерджентности в экологии
Статья научная
Эмерджентными свойствами обычно считают немногочисленные особенные качества объектов, резко отличающие сами объекты от слагающих их частей. Логический анализ показывает ограниченность этой точки зрения, связанной с приданием понятию «система» онтологического содержания. C методологической точки зрения все качества объектов природы оказываются эмерджентными и число их бесконечно. Эмердженция оказывается характеристикой исследователя, который подробно рассматривает лишь некоторые свойства вещей, привлекшие его внимание. Принцип эмерджентности — это логический метод исследования ярких «системных качеств» с опорой на знание о свойствах и связях между элементами системы; между системой и объектами ее среды. Ключевым моментом является поиск неких «зачаточных» свойств компонентов системы, которые при взаимодействии между этими компонентами существенно усиливают степень своего проявления и становятся эмерджентными «системными» свойствами.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются методы анализа данных исследования, включающего неустранимые переменные, связанные как с откликом, так и с основным действующим фактором (конфаундеры). Учет влияния таких переменных на отклик возможен либо на этапе планирования эксперимента, либо при анализе полученных данных. Несмотря на то что эти подходы считаются одинаково эффективными, имеются веские основания ограничить область применения регрессионных моделей только случаем ковариационного анализа с хорошо известными условиями его корректного применения. В качестве обоснованного метода учета влияния конфаундеров авторы рассматривают стандартизацию путем стратификации, с результатами применения которой сравниваются результаты, полученные с помощью логистической регрессии и ковариационного анализа. Для автоматизации процедуры стандартизации предложена программа, доступная на сайте Института промышленной экологии УрО РАН.
Бесплатно
Статья научная
Широко распространенные травяная и остромордая лягушки имеют обширную зону симпатрии. Внутри этой области наблюдается заметное экологическое разобщение видов при использовании жизненного пространства; эта специфика прослеживается и за ее пределами. Травяная лягушка придерживается пересеченной местности с постоянными и временными водотоками, разнообразными малыми водоемами. Вид избегает обширных заболоченных или подверженных широким разливам территорий. Распространению сопутствуют лесные или кустарниковые растительные сообщества. Населенные остромордой лягушкой ландшафты обязательно включают плоские пространства, в той или иной степени заболоченные, с мелкими стоячими водоемами. Древесная и кустарниковая растительность может отсутствовать. Наличием указанных «коренных» ландшафтов определяется географическое распространение исследованных видов.
Бесплатно
Развитие представлений об активности растений, ее экологической роли и способах оценки в экосистемах
Статья научная
При изучении активности видов в фитоценозах используется три методологических подхода: статусный, ценотипический и эргонтический. Последний подход предложен впервые и основан на том, что активность растительных организмов данного вида рассматривается как совокупность взаимодействий указанных организмов между собой, с другими видами организмов и абиотическими компонентами экосистем. Это взаимодействие по существу отражает скорость аккумуляции и генерирования вещества, энергии и информации растительными организмами. Для расчета активности видов растений в этом аспекте предложены соответствующие формулы. При сравнении статусного, ценотипического и эргонтического подходов высказано положение о том, что указанные подходы могут взаимно дополнять друг друга.
Бесплатно
Теоретическая экология и теория информации: некоторые объединяющие принципы
Статья научная
В статье рассматривается ряд понятий, величин и законов, пришедших в экологию из физики и информатики и получивших широкое распространение благодаря их глубокому смысловому содержанию. Хотя важность информационных процессов для реализации экологических функций сегодня широко признана, фундаментальные принципы теории информации недостаточно отражены в теоретической экологии. Обзор построен вокруг ряда вопросов о роли, которую информация может играть в экологических системах. При этом обсуждается два аспекта информации, которые отражают ее двойную роль: синтаксическая информация (процессы, которые кодируют, фильтруют и обрабатывают информацию, хранящуюся в экологической структуре) и семиотическая информация (связана со структурами и их контекстом). В итоге экологические объекты представляются как открытые термодинамические системы, получающие извне информационную и негэнтропийную «подпитку» для упорядочивания собственной структуры.
Бесплатно
Три парадигмы изучения мира (взгляд экологов)
Статья научная
Еще в 1948 г. У. Уивер (W. Weaver) обращал внимание на проблему Complexity. Активное изучение этой проблемы началось в конце ХХ в. в работах И. Р. Пригожина (I. R. Prigogine) и Г. Хакена (H. Haken). В статье дается и третья трактовка Complexity с позиции статистической неустойчивости любых выборок биосистем (заметный вклад в осмысление и математизацию этой парадигмы внесен В. М. Еськовым и его последователями). Это так называемые системы третьего типа (нет повторов начального состояния, вектора текущего состояния и конечного состояния; все уникально). В этом случае Complexity выходит за рамки детерминизма и стохастики. Обсуждаются некоторые экологические примеры.
Бесплатно
Фрактальные методы анализа структуры сообществ
Статья научная
В основе разнообразия жизни и сложности экосистем лежит порядок, обеспечивающий функционирование фундаментальных физических и биологических процессов. Степенные законы описывают эмпирические отношения масштабирования, которые интерпретируются как количественные характеристики биоразнообразия. Для этих целей используются представления о самоподобии и элементы фрактальной геометрии. Самоподобие предполагает, что копирование и масштабирование некоторого «эталонного» образа позволяет природе легко создавать сложную многомасштабную структуру. Реальные объекты имеют довольно четко ограниченный интервал масштабов, в которых они проявляют свою фрактальную природу. Степенные законы позволяют осуществлять экстраполяцию и прогнозировать в широком диапазоне масштабов. Некоторые из них представляются универсальными и встречаются практически во всех таксонах организмов и типов окружающей среды. Дано краткое жизнеописание выдающегося математика, создателя нового направления в геометрии – фрактальной геометрии, – профессора Бенуа Мандельброта (Benoît B. Mandelbrot, 1924-2010). Разработанная им теория фракталов оказала существенное влияние на разные области человеческой деятельности и знания – компьютерную графику, финансы, экологию и др. Наиболее общее описание внутреннего устройства самоподобных объектов позволяет дать теория мультифракталов, характеризуемых бесконечной иерархией размерностей. Рассмотрены отличия монофрактального и мультифрактального подходов. При применении мультифрактального формализма к структуре сообщества, это сообщество рассматривается как множество, состоящее из отдельных фрактальных подмножеств, которые можно интерпретировать как совокупности особей, относящихся к видам со сходной представленностью. Для таких подмножеств можно вычислить фрактальную размерность, которая и будет характеризовать видовое разнообразие. Обсуждаются результаты применения правила Виллиса к анализу таксономического разнообразия флоры Cамарской Луки (бассейн р. Волги). Утверждается, что закономерности, выявленные для мультифрактального спектра видовой структуры сообщества, в известной мере, сохраняются и для спектра родовой структуры.
Бесплатно
Эмергетический анализ и опыт его использования для оценки антропогенных и природных систем
Статья
В статье рассмотрены вопросы оснований и развития эмергетического анализа (ЭМАН), понятийный аппарат и методики расчета основных эмергетических показателей. Эмергия – это величина эксергии одного вида, которая прямо или косвенно необходима для поддержания процесса или накопления энергии другого вида или вещества. По мере усложнения системы величина энергии, заключенной в объекте (услуге), уменьшается, а степень ее преобразованности (трансформированности) возрастает. Эмергия измеряется в солнечных Дж, которые могут быть оценены с помощью трех различных эмергетических единиц: степенью трансформированности, специфической эмергией и эмергией денежной единицы. В опубликованных русскоязычных работах в качестве эквивалента английского термина transformity используется термин «трансформация». Более адекватным является термин «degree of transformation», объединяющий transformity, specific emergy and emergy on money. Подход Г. Одума к оценке предприятий для защиты окружающей среды от загрязнений основан на понимании сточных вод как высокоценного ресурса. Но, в отсутствие экономичных технологий возвращения отходов в производственные циклы, сточные воды, например, сегодня большей частью обезвреживаются, а не утилизируются. Целью создания и функционирования канализационных очистных сооружений в настоящее время является снижение загрязнения природы. Ряд исследователей (Вассало, Цзо, Чен) в эмергетическую стоимость функционирования природоохранного объекта включают экосистемные траты на нейтрализацию негативного воздействия образующихся отходов. Поляковой и Семеновым предложен эмергетический индекс для оценки экологической эффективности природозащитных предприятий, характеризующий снижение (увеличение) нагрузки на биосферу за счет создания и функционирования канализационных очистных сооружений. В методологии эмергетического анализа отсутствует оценка замены одних экосистем другими. Поэтому дальнейшее развитие анализа должно включать разработку специального аппарата для такой оценки.
Бесплатно
