Экосистемная экология рассматривает широкомасштабные экологические проблемы, которые часто формулируются не по видам, а скорее по таким мерам, как биомасса, поток энергии и кругооборот питательных веществ. Вопросы, которые изучает экосистемная экология включают:
– сколько углерода поглощается из атмосферы наземными растениями и морским фитопланктоном во время фотосинтеза, и сколько из них потребляют травоядные животные, хищники травоядных и т.д. по пищевой цепи. Углерод – это основа жизни, поэтому эти вопросы могут быть сформулированы с точки зрения энергии.
– сколько пищи, которую нужно есть каждый день и как можно измерять её размер: с точки зрения ее сухого веса или содержания калорий.
То же самое относится к способам и методам измерения производительности для всех растений в экосистеме или для разных трофических уровней экосистемы.
Основным вопросом в экосистемной экологии является объем производства и факторы, которые влияют на него.
Неудивительно, что теплые, влажные места, такие как тропические леса, производят больше, чем исключительно холодные или сухие места, но важны и другие факторы.
Питательные вещества необходимы и могут быть ограничены. Доступность фосфора и азота часто определяет производительность – именно поэтому эти вещества добавляются в удобрения при выращивании культурных и газонных растений. Наличие этих элементов особенно важно в водных системах.
С другой стороны, питательные вещества могут представлять собой слишком много хорошего. Деятельность человека изменила глобальные экосистемы такими способами, которые увеличивают атмосферный углекислый газ, источник углерода, а также парниковый газ и вызывают чрезмерный сток удобрений в реки, а затем в океан, где он убивает виды, которые живут там.
Экологические методы:
Поскольку экологи работают с живыми системами, обладающими множеством переменных, научные методы, используемые физиками, химиками, математиками и инженерами, требуют модификации для использования в экологии.
Более того, эти методы не так легко применить в экологии, и результаты их применения не бывают столь точны, как те, которые получены в других науках. Сравнительно просто, например, физику измерять нагрев и потерю тепла от металлов или других неодушевленных объектов, которые обладают определенными константами проводимости, расширения, поверхностных характеристик и тому подобного. Однако для определения теплообмена между животным и его средой физиологический эколог сталкивается с множеством почти не поддающихся количественной оценке переменных и с огромной задачей собрать многочисленные данные и проанализировать их. Экологические измерения никогда не могут быть такими же точными или подверженными той же легкости анализа, что и измерения в физике, химии или некоторых количественных областях биологии.
Несмотря на эти проблемы, различные аспекты окружающей среды могут определяться физическими и химическими средствами, начиная от простых химических идентификаций и физических измерений до использования сложного механического аппарата.
Разработка биостатистики (статистики, применяемой для анализа биологических данных), разработка надлежащего экспериментального проекта и совершенствование методов выборки теперь позволяют получить количественный статистический подход к изучению экологии.
Из-за чрезвычайных трудностей управления переменными окружающей среды в полевых условиях, исследования, связанные с использованием экспериментального проектирования, в основном ограничиваются лабораторными и контролируемыми полевыми экспериментами, предназначенными для проверки влияния только одной переменной или нескольких переменных.
Использование статистических процедур и компьютерных моделей на основе данных, полученных на местах, дает представление о взаимодействиях популяции и функциях экосистем. Модели математического программирования становятся все более важными в прикладной экологии, особенно в управлении природными ресурсами и сельскохозяйственными проблемами, имеющими экологическую основу.
Контролируемые окружающие камеры позволяют экспериментаторам поддерживать растения и животных в известных условиях света, температуры, влажности и продолжительности дня, чтобы можно было изучить влияние каждой переменной (или комбинации переменных) на организм.