/
Автор: Макунина А.А. Рязанов П.Н.
Теги: физическая география география ландшафт геофизика учебное пособие ландшафтоведение
ISBN: 5-211-00274-1
Год: 1988
Текст
А.А.Макунина, П.Н.Рязанов
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ
И ОПТИМИЗАЦИЯ
ЛАНДШАФТА
Москва—1988
V
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. М. В.ЛОМОНОСОВА
Географический факультет
А. А. Макунина, П.Н. Рязанов
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ
ЛАНДШАФТА
Учебное пособие
для студентов физико-географов
Издательство Московского университета
1988
УДК 911.2(07)
Макунина А.А., Рязанов П.Н. Функционирование и оптимизация
ландшафта: Учебное пособие для студентов физико-географов.—
М.: Изд<во Моск, ун-та, 1988. — 94 с., 8 ил., 3 табл., библ.
В учебном пособии дана характеристика функциониро-
вания ландшафта как совокупности процессов обмена и
преобразования вещества и энергии в виде потоков и кру-
говоротов. Показаны методика построения и расчета об-
щей модели функционирования ландшафта и результирую-
щие процесса функционирования местных ландшафтов: во-
ды, биоты, почвы, воздуха регионов и других сингенетич-
ных образований. Оптимизация определена как выбор наи-
лучшего варианта функционирования ландшафта. Даны прин-
ципы оптимизации ландшафта на основе регулирования по-
токов и круговорота веществ.
Пособие предназначено студентам физико-географам
университетов, а также специалистам, занимающимся во-
просами ландшафта в едения.
Печатается по постановлению
Редакционно-издательского совета
Московского университета
Рецензенты: докт. геогр. наук Н.С. Касимов,
докт. геогр. наук А.Е. Криволуцкий
0 77 (0 2)—88 — заказное
ISBN 5-211-00274-1
Издательство Московского университета, 1988 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебное пособие "Функционирование и оптимизация ланд-
шафта" написано на основе курса лекций, которые читают ав-
торы с 1983 года студентам старших курсов кафедры физичес-
кой географии СССР географического факультета МГУ. Ра-
нее пособие апробировалось в виде отдельных лекций и семи-
нарских занятий. Курс лекций, включая практические занятия,
имеет в настоящее время объем 32—48 часов.
Этот курс является логическим продолжением курсов лек-
ций "Ландшафтоведение", "Геохимия ландшафта" и "Геофизика
ландшафта" и завершает подготовку физико-географов в облас-
ти ландшафтоведения. В пособии основное внимание уделено
вопросам функционирования природных территориальных ком-
плексов (ПТК), рассматриваемых на примере СССР. Проблема
оптимизации ландшафта изложена кратко, так как более под-
робно она читается в учебном курсе прикладной физической
географии.
Авторы благодарны рецензентам доценту Н.С. Касимову и
старшему научному сотруднику А. Е. Криволуцкому за ценные
замечания и советы, высказанные при подготовке рукописи к
изданию.
ВВЕДЕНИЕ
В современном советском ландшафтоведении можно вы-
делить несколько основных направлений (9).
Наиболее раннее структурно-генетическое направление
зародилось на основе докучаевской школы в географии и тру-
дов Д.Н. Анучина и Л.С.Берга. Наибольшее развитие оно полу-
чило в работах С.В. Калесника, Н.А. Солнцева, К.И. Гер'енчука,
А.Г.Исаченко и их учеников. Представителями этого направле-
ния разрабатываются в основном вопросы морфологии, струк-
туры, динамики и классификации ландшафта.
Антропогенное ландшафтоведение как особое направле-
ние создавалось постепенно. Оно восходит к идеям о преобра-
зовании природы AJ4. Воейкова, В. В. Докучаева и В.П.Семенова-
Тян-Шанского. На современном этапе оно оформилось в рабо-
тах Ф.Н. Милькова. Им создана школа и подготовлено много
специалистов по антропогенному ландшафтоведению, которое
уже тесно смыкается с прогнозным направлением.
Прогнозное направление в ландшафтных исследованиях
в наибольшей мере получило развитие в Московском универси-
тете. Анализ воздействия человека на природу и прогнозирова-
ние ее развития в будущем ведут прогнозные группы под ру-
ководством А.М.Рябчикова и Т.В. Звонковой. Интересные идеи
по прогнозированию высказывались А.И. Перельманом, М.А.Гла-
зовской, Ю.Г. Саушкиным, Ю. Г. Симоновым и другими учеными.
Функционально-динамическое направление в ландшафто-
ведении оформилось сравнительно недавно — в 60-х годах на-
шего столетия. У его истоков стоял А. А. Григорьев. Много
сделали для развития этого направления Д.Л. Арманд и В.Б.Со-
чава. Зародилось оно в учреждениях Академии наук СССР и
предпосылкой тому были теоретические работы А.А. Григорье-
в-4-
ва, а затем практические результаты дали стационарные ис-
следования в ряде регионов страны. Сейчас это направление
развивается В.А. Снытко, Н.Л. Беручашвили, А.А. Крауклисом,
А.М. Грином и другими. Основное внимание уделяется изуче-
нию функционирования ландшафта и его морфологических час-
тей, его изменениям во времени.
По А.А. Крауклису (8), структурно-генетическое направле-
ние, с,включением работ по физико-географическому райониро-
ванию Н. А. Гвоздецкого, Н.И. Михайлова и других исследовате-
лей, можно назвать "макроскопическим" подходом к изуче-
нию ландшафта, а функционально-динамическое направление —
пример "микроскопического" подхода. Если первый А.А.Кра-
уклис связывает с общими работами по выявлению и картогра-
фированию ландшафтов, то задача микроподхода — глубоко по-
нять сущность и функционирование ландшафта.
Как известно, ученые давно пытались проникнуть в тай-
ны ландшафта, применяя законы и методы физики, химии, био-
логии и других наук. Такие работы на стыке физической гео-
графии, ландшафтоведения с другими естественными науками,
как мы знаем, привели к возникновению геохимии, геофизи-
ки, биофизики ландшафта (по 44). Эти специализированные
направления внесли большой вклад в изучение круговоротов и
потоков вещества и энергии в ландшафте методами геохимии,
геофизики и биоценологии.
Однако каждое из этих направлений (геохимия, геофизика
и биофизика ландшафта) в отдельности не всегда может дать
полное представление о сущности всех происходящих в ланд-
шафте процессов, их взаимосвязях и результативности. Необ-
ходимо синтезировать все направления. Эту роль и должно
выполнить новое направление в ландшафтоведении — функцио-
нирование ландшафта.
В каждом научном направлении наряду с теоретическими
проблемами возникают и решаются определенные практические
задачи. В ландшафтоведении эти задачи выполняет приклад-
ное ландшафтоведение. Оно дифференцируется в зависимости
от выбора методов специализированного направления. Напри-
мер, хорошо известны ландшафтно-геохимические исследования
поиска полезных ископаемых, изучения природно-очаговых бо-
лезней и др. Совокупное использование методов геофизики,
-5-
геохимии и биофизики ландшафта, т.е. изучение его функцио-
нирования, даст возможность решать задачи оптимизации ланд-
шафта.
Для того чтобы понять специфику и круг научных и при-
кладных задач данного пособия, попытаемся выяснить, что
же такое функционирование и оптимизация вообще и по отно-
шению к ландшафту, в частности? Начнем с терминологии.*
Функция — это обязанность, круг деятельности, назначение,
роль. Функционирование — это процесс выполнения функ-
ций, действие, работа. Оптимизация определяется как "нахож-
дение наибольшего или наименьшего значения какой-либо
функции или выбор наилучшего (оптимального) варианта
из множества возможных**.
Как можно видеть, между этими терминами существует
вполне определенное соотношение. В самом общем виде мож-
но сказать, что оптимизация — это выбор наилучшего ва-
рианта функционирования.
В географию и ландшафтоведение эти два термина приш-
ли сравнительно недавно. О функционировании ландшафта ста-
ли говорить примерно с начала 60-х годов. Однако понималось
оно исследователями по-разному. Например, В.И. Булатов (2)
в функционирование ландшафта включает все аспекты его слож-
ной и разнообразной жизни, в основе которой лежат потоки ве-
щества и энергии как. естественного, так и антропогенного про-
исхождения. Многие исследователи связывают термин функцио-
нирование с понятием состояние ландшафта.
Постепенно, в первую очередь благодаря работам В.Б. Со-
чавы, А.Г. Исаченко, Н.Л. Беручашвили, А.А. Крауклиса и дру-
гих ученых, в лавдшафтоведении термин функционирование стал
употребляться примерно в одинаковом значении. Так, А.А.Маку-
нина функционирование ландшафта понимает ”... как взаимодей-
ствие и взаимопроникновение вещества его компонентов (гор-
ной породы, приземного и подземного воздуха, влаги и живо-
* Functio (лат.) — отправление, деятельность. Optimum
(лат.) — наилучшее.
** Словарь иностранных слов,— 12-е изд. (стереотип).~М.:Рус-
ский язык, 1985, —608 с. (с. 384).
- 6 -
вого вещества), как обмен веществом и энергией, в результа-
те которого в его пределах образуется естественное, назовем
его синтезированное, вещество, свойственное только ландшаф-
ту" (10, с. 12). В процессе функционирования ландшафта транс-
формируется и солнечное тепло в другие виды энергии.
По А.Г. Исаченко, функционирование ландшафта "...можно
определить как совокупность всех процессов перемещения, об-
мена и трансформации вещества и энергии (а также информа-
ции) в геосистеме, как своего рода интегральный физико-
географический процесс (в смысле, близком к тому, какой
вкладывал в эго понятие А.А. Григорьев)" (35, с. 304).
Функционирование ландшафта — раздел ландшафто-
ведения, сопряженно изучающий процессы обмена вещества и
энергии, происходящие во взаимодействии компонентов в са-
мом ландшафте и с внешней средой. В его задачу входит по-
знание механизма функционирования и его результирующих но-
вообразований, видоизменения и перераспределения вещества
и энергии, передача информации*.. Ландшафт включает вещест-
во в разных агрегатных состояниях и энергию в различных ви-
дах и формах. В нем протекают процессы образования мно-
гих новых веществ, трансформация и перераспределение энер-
гии. Происходит это в результате включения вещества в пото-
ки и круговороты в природных территориальных комплексах.
Нас интересует результирующая процесса превращения (ме-
таболизма) вещества и энергии. Ландшафт, как функционирую-
щая система, создает биомассу, почвы (продукт ландшафта), обо-
гащенные гумусом, залежи торфа в болотах, органо-минераль-
ные образования в виде сапропелей в озерах, вивианита (фос-
форно-железистых соединений, встречающихся в затопляемых
или избыточно увлажненных притеррасных понижениях в реч-
ных долинах), солей, болотных руд и пр. В разных типах ланд-
шафта продукты функционирования различны.
Солнечная энергия и ее трансформированные виды, посту-
пая в ландшафт, проходят в нем сложные превращения в ре-
зультате теплообменных процессов, фотосинтеза и т.д. Дру-
* Вопрос об информации изучен недостаточно. Помимо того,
авторы не касаются его, так как он рассматривается в кур-
се "Геофизика ландшафта".
-7 -
г им источником энергии является тепло недр Земли. Но посту-
пает оно в ландшафт, как правило, в небольших количествах.
Лишь локальные районы с вулканическими извержениями име-
ют выбросы энергии,достигающие огромных величин (многих
мегаватт): некоторые районы Камчатки и Курильских островов.
Ландшафт может накапливать и сохранять энергию или,
наоборот, отдавать ее. Иногда часть накопленной в ландшафте
энергии используется в дальнейшем функционировании. Напри-
мер, энергия, возникающая при разложении мертвого органиче-
ского вещества, дополнительно обогревает верхний слой почвы.
Оптимизация ландшафта — раздел прикладного ланд-
шафтоведения, изучающий пути и способы изменения ландшаф-
та с целью выбора наилучшего варианта функционирования. За-
дачей оптимизации обычно является получение наибольшего или
наименьшего количества одного или нескольких (реже — всех)
продуктов функционирования ландшафта. Причем под продукта-
ми функционирования следует понимать не только вновь син-
тезированные вещества или сингенетичные образования, но и
постоянно воспроизводимые компоненты ландшафта со специ-
фичными свойствами.
История дает нам богатый опыт изменений ландшафта че-
ловеком в целях его оптимизации. Однако часто это проводи-
лось без достаточного учета функционирования ландшафта как
единой системы. Отсюда, как справедливо отмечает крупный
специалист в этой области А.Г. Исаченко (6), имеются много-
численные примеры, когда "оптимизированный’’ для какого-либо
одного вида деятельности ландшафт оказывается непригодным
для большинства других видов использования. Действительно
оптимизированный ландшафт должен помимо максимального вы-
хода полезных и минимального вредных вещественно-энерге-
тических продуктов функционирования обладать еще и привле-
кательным внешним видом (эстетика ландшафта) и многими
другими положительными свойствами.
Глава 1
АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ОБМЕНА
И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВЕЩЕСТВА И ЭНЕРГИИ
В ЛАНДШАФТЕ И ИХ СИНТЕЗ
Объектом нашего изучения являются пространственно-
временные единицы разного ранга. В настоящее время, если
не принимать во внимание некоторые различия в определениях,
для обозначения этого объекта применяется несколько терми-
нов: ландшафты, природные территориальные комплексы
(НТК), географические комплексы — геокомплексы и
геосистемы. Авторы, вслед за Н.А.Солнцевым и другими
учеными (14), придерживаются региональной трактовки терми-
на ландшафт, понимая под ним ПТК определенного ранга. Но
часто, как это сложилось в советском ландшафтоведении, при-
ходится использовать этот термин и как синоним понятий —
ПТК, геокомплекс, геосистема. В пособии все эти термины
обычно употребляются как синонимы для обозначения безранго-
вых ПТК, но при необходимости ранг комплекса оговаривает-
ся в тексте.
При рассмотрении иерархии ПТК авторы придерживаются
также системы таксометрических единиц Н.А. Солнцева: ланд-
шафт - местность — урочище — фация.
1.1. Элементарные составляющие процесса
функционирования и их синтез
Функционирование ПТК складывается из отдельно протека-
ющих процессов. Согласно А.Г. Исаченко (35), существует не-
сколько последовательных ступеней интеграции природных про-
цессов, которые целесообразно изучать последовательно,по сту-
-9 -
пеням. Действительно, уже на самой низшей ступени мы име-
ем дело со множеством элементарных процессов, протекающих
в ландшафте и влияющих на его функционирование. К числу
элементарных процессов надо отнести: накопление влаги на
поверхности или в почве, ее перераспределение между струк-
турными частями, транспирацию влаги растительностью,обога-
щение влаги микроэлементами при стекании ее по стволам де-
ревьев, поглощение энергий при фотосинтезе, накопление фито-
массы, поступление энергии и т.п. Большинство из них может
быть представлено в виде простейших механических, физичес-
ких, химических и биологических процессов. При этом допус-
тимо, что они имеют свою энергетику и несут определенную
информацию. Следовательно, элементарные процессы функциони-
рования ландшафта подчинены законам механики, физики, хи-
мии и биологии.
Опыт такого аналитического "расщепления” ландшафта до
самых простых механических, физических и других закономер-
ностей имеется. Однако попытки перейти на последующих сту-
пенях от анализа к синтезу, т.е. составить целостное пред-
ставление о функционировании ПТК, как правило, не удава-
лись. Тогда как именно переход от элементарных природных
процессов к их синтезу, получение целостной картины жизне-
деятельности природного комплекса является наиболее труд-
ной задачей при изучении функционирования.
А.Г. Исаченко пишет по этому поводу: "Известно, что
разобрать механизм на части легче, чем собрать его. Анали-
тическое расчленение ландшафта само по себе еще не содер-
жит объяснения принципов его функционирования. Функции ланд-
шафта — это нечто большее, чем совокупность частных физико-
механических, химических и биологических процессов. Физиче-
ский смысл стока, например, очень элементарен — это всего
лишь движение воды под действием силы тяжести. Однако гео-
графический смысл стока вовсе не сводится к простому зако-
ну механики. Сток - это одновременно процесс гидрологичес-
кий, геоморфологический (как фактор преобразования рельефа),
геохимический (как фактор миграции химических элементов) и
географический в широком смысле слова, как звено всеобще-
го круговорота влаги и один из главных механизмов взаимо-
- 10 -
действия между всеми компонентами геосистем и между
самими геосистемами" (34, с. 140 ).
Следовательно, в этой проблеме перехода от элементар-
ных процессов функционирования, имеющих, как правило, физи-
ческую, химическую и другую природу, к их синтезу централь-
ным становится выяснение того момента их интеграции, когда
они приобретают географический смысл.
По-видимому, может существовать несколько подходов к
решению этой проблемы, тесно смыкающейся с такими, как
географическая форма движения материи и классификация наук
(40). Несомненно одно, что изучение природных процессов толь-
ко на уровне других естественных наук неприемлемо для гео-
графии.
Одним из наиболее распространенных взглядов является
подход,рассматриваемый А.Г. Исаченко (35). Вслед за С.Д.Му-
равенеким, он предлагает первой ступенью интеграции природ-
ных процессов в геосистемах считать частные географические
процессы (сток, почвообразование и др.). Трудность, на наш
взгляд, заключается в том, как определить набор частных гео-
графических процессов. В качестве второй ступени предлага-
ется выделять функциональные звенья геосистемы или основ-
ные потоки: трансформацию солнечне . энергии, гравигенные по-
токи, влагооборот, газооборот и газообмен, биогенный мета-
болизм. Эти звенья должны явиться основой для построения ин-
тегральной функциональной модели геосистемы.
Поэтапный синтез элементарных природных процессов в
частные географические процессы, а затем в потоки и круго-
вороты, отражающие функционирование ПТК, достаточно прост
и дает неплохие результаты. Причем вьщеление в качестве от-
дельных потоков и круговоротов трансформации солнечной
энергии и влагооборота, как это обычно принято в геофизи-
ке ландшафта (23, 30), можно считать достаточно устоявшим-
ся. Обобщающих же исследований по гравигенным
потокам в ландшафте практически нет. Вызывает трудности
выделение в качестве самостоятельного круговорота газообо-
рота и газообмена. Довольно сложную структуру имеет биоген-
ный метаболизм (11). По-видимому, целесообразнее
рассматривать газооборот и газообмен, с учетом их миг-
- 11 -
рации, как биогеохимический круговорот химических эле-
ментов или сокращенно — биогеоцикл.
Но даже такой поэтапный подход иногда не дает вполне
четкой картины функционирования НТК. Одной из главных при-
чин этого является разная скорость протекания процессов в
этих потоках и круговоротах, их "наложение" во времени друг
на друга. Поэтому необходимо остановиться на временной ко-
ординате.
1. 2. Учет времени при изучении
процессов функционирования
Как отмечает А.А. Крауклис (8), учет временного факто-
ра в лавдшафтоведении ранее ассоциировался главным обра-
зом с применением генетического принципа. При этом объеди-
някщим началом в лавдшафте считалось историческое совме-
стное развитие его составных частей. В последние два десят-
ка лет, благодаря работам по динамике, эволюции и функцио-
нированию ландшафта, все большее внимание стало уделяться
роли временного фактора в жизни ландшафта и его текущим
изменениям. Эти исследования, проводившиеся в основном на
стационарах и направленные на выяснение изменчивости функ-
ционирования ландшафта, привели к представлению о ПТК как
о пространственно-временной, а не только пространственной си-
стеме.
Хорошо известно, что в природе разные процессы могут
очень сильно отличаться по времени их действия. А.Д. Арманд
и В.О.Таргульян предложили для обозначения длительности про-
текания того или иного процесса или явления термин харак-
терное время. По их определению: "Под характерным време-
нем (х.в.) процесса или свойства, изменяемого этим процес-
сом, понимается время релаксации (возвращения к равновесию)
для саморегулирующихся систем или период одного полного
колебания для систем колебательных" (1, с. 149). Большинство
геологических процессов имеет характерное время более со-
тен тысяч лет, а атмосферные явления могут быть самой раз-
ной продолжительности: от минутных и суточных колебаний по-
годы дс сезонов, климатических циклов и ритмов колебаний
климата. Чрезвычайно неоднородна в этом отношении почва:
- 12-
влажность и температура поверхностных горизонтов изменяют-
ся в течение дня, "профиль" растворенных веществ — в тече-
ние года, биологический круговорот и соотношение горизонтов
имеют вековые изменения, а формирование дифференцированно-
го по морфологии и химизму профиля почвы происходит пример-
но в течение сотен, тысячи лет и более. Сравнительно неболь-
шие характерные времена имеют элементы биоты: от суточно-
го биологического цикла до формирования нового древесного
яруса в течение примерно 100 лет.
Таким образом, большинство элементарных составляющих
процесса функционирования ландшафта имеет разное характер -
ное Бремя и увязать их между собой довольно трудно. При про-
стых соотношениях иногда существует и достаточно простая
связь. Например, температура верхних слоев почвы связана с
поступлением солнечной радиации, а от нее, в свою очередь, за-
висит испарение, и так далее. Однако здесь вступают в дей-
ствие законы инерции по А. А. Крауклису (8), — эффект после-
действия или структурная память по И.М.Зейдису и Ю.Г. Си-
монову (33). На процессы функционирования ландшафта как бы
накладываются результаты предшествовавших им событий.
Так, ландшафты очень долго "помнят" о засухах, обиль-
ных осадках, проявляется это обычно в видовом составе рас-
тительности, из которого часто на длительное время исчезают
наиболее пострадавшие виды или появляются ранее менее
развитые, и пр. Г.Н. Анненская и И.И. Мамай (15) проанализи-
ровали для ПТК Мещеры последствия экстремально дождливых
погодных условий в эти годы 1976 и 1978 гг. За летний период
выпало примерно в 1,5 раза больше осадков, чем обычно.
Эффект "памяти", или "последействия", проявился так: на следу-
ющий год наблюдалось много свежих, незаросших растительно-
стью наносов по днищам балок; выше обычного на следуюций
год стоял уровень грунтовых вод; в среднемноголетний по
всем показателям 1977 г. наблкдался максимальный урожай
трав за все годы наблюдений; в ПТК, испытавших длительное
затопление, произошло отмирание некоторых растений (напри-
мер, щучка дернистая сменилась осокой черной). Однако в
большинстве ПТК происшедшие изменения оказались обратимы-
ми, так как в следующем более сухом году они исчезли.
- 13 -
Приведенный пример показывает, что временные соотно-
шения между элементарными процессами могут быть разными.
Часть из них протекает синхронно (одновременно), другие — с
некоторым перекрытием, третьи — последовательно друг за
другом. Одновременность ряда процессов обычно обусловлена
одним фактором^или импульсом: это могут быть осадки, втор-
жение холодных воздушных масс и пр. Многие процессы име-
ют сдвиг по времени проявления: осадки и сток, прогревание
воздуха и почвы. Ряд процессов имеет строгую последователь-
ность: активный дневной фотосинтез сменяется ночным "поко-
ем", осенний влагозаряд почвы ее зимним промерзанием, и т.д.
Поскольку учет характерного времени различных процес-
сов при исследовании функционирования весьма сложен, могут
быть разные подходы к этой проблеме. Учет небольшого чис-
ла процессов или отдельного потока (круговорота) вполне
осуществим. Но при переходе к стационарным наблюдениям за
множеством процессов возникают, естественно, трудности. В
настоящее время зга проблема все чаще решается с учетом
состояний ландшафтов.
1. 3. Элементарные структурно-функциональные части
ПТК или геомассы
Прежде чем рассмотреть связь функционирования с со-
стояниями природных территориальных комплексов, познакомим-
ся с другим подходом к анализу и синтезу ПТК и процессов
их функционирования, разработанным в Тбилисском университе-
те под руководством Н.Л. Беручашвили, иногда его называют
геомассовым.
Одно из основных положений этого подхода заключается в
том, что наименьшими единицами (деления) анализа ПТК пред-
лагается считать элементарные структурно-функциональные
части ПТК, или геомассы. Что это такое? Это части ПТК,
"...характеризующиеся определенной массой, специфичным функ-
циональным назначением, а также скоростью изменения во вре-
мени и (или) перемещения в пространстве" ( 2, с. 22 ), т. е.
выделенные геомассы есть предел деления ПТК, когда состав-
ные части будут иметь географический смысл. Такое деле-
ние, или анализ ПТК, на наш взгляд, особенно удобно для изу-
-14-
чения функционирования ландшафтов, поскольку эти части име-
ют различное функциональное назначение. Каждая элементарная
структурно-функциональная часть ПТК, или геомасса, будет иг-
рать вполне определенную роль в процессах функционирования.
Одновременно учитывается и временной фактор.
К настоящему времени этот подход достаточно хорошо раз-
работан и подробно освещен в литературе (2, 21, 23), что позво-
ляет йам рекомендовать для изучения эти источники, так как
в дальнейшем мы часто будем использовать их без дополнитель-
ных объяснений. Остановимся лишь на некоторых клкмевых мо-
ментах.
В разработанной классификации элементарных структурно-
функциональных частей ПТК,или геомасс,выделены классы и
типы:
Классы Типы
А - аэромассы Ag — криотермальные Ап — нанотермальные Ак — микротермальные Az — мезотермальные Am— макротермальные At — мегатермальные As — аэромассы в почве
Н - гидромассы Нр — в атмосфере Нп — снежные НЬ — в виде льда Hg — в виде сезонной мерзлоты в почве Hf — в различных водоемах Нт — в болотах Hs - в почвах
Р — фитомассы Pf — листья однолетних древесно-кус- тарниковых растении Р1 — листья многолетних древесно-кус- тарниковых растений Ph — листья хвойных деревьев и кус- тарников (хвоя) Pi — листья и стебли травянистых рас- тений - 15-
Z — зоомассы
M — мортмассы
S - педомассы
Рх — листья или выполняющие их функ-
цию зеленые побеги ксерофитных
полукустарников и полукустарнич-
ков
Pm — таллофиты (водоросли, грибы, ли-
шайники и мхи)
Pt — транспортно-скелетные органы
древесно-кустарниковых растений
Ps — корни
Pg — генеративные органы
Деление на типы не разработано
Md — сухостой и мертвые, но еще не упав-
шие ветви
Мт - ветошь
Ml — подстилка
Mv — валежник и другой скелетный ма-
териал на поверхности почвы
Ms — мертвые корни
Mf — отмершие, но еще не опавшие
листья
Мо — мор
Mt — торф
Ма — аморфное органическое вещество,
не связанное с минеральной час-
тью почвы
Sa - глинистые
Sas — тяжелосуглинистые
S s s — среднесуглинистые
Ssa — легкосуглинистые
Sc — супесчаные
Sp — песчаные
S'" — высокогумусовые
S" — среднегумусовые
S ' — малогумусовые
S( )к — кальциевые мюллевые
S () 1 — лесные мюллевые
S() m — модерные
-16-
L — литомассы
Ls — силикатные и прочие некарбонат-
ные породы
Lk — карбонатные породы и породы с
высоким содержанием легкораст-
воримых солеи
Lb — породы кор выветривания и вы-
ветренные горные породы
Поскольку все геомассы играют вполне определенную р^ль
в процессах функционирования, была предложена классификация
геомасс по степени участия их в функционировании ПТК (по 2,
с изменениями).
Геомассы
I. ИНЕРТНЫЕ - практически не принимают участия в функцио-
нировании, не перемещаются и не изменяются
II АКТИВНЫЕ - принимают участие в функционировании
ПА. МОБИЛЬНЫЕ -- перемещаются в пространстве
ПА а. ПЕРЕМЕННЫЕ — изменяются в своем количестве
ПАб. ПОСТОЯННЫЕ — не изменяются в своем количестве
IIБ. СТАЦИОНАРНЫЕ — не перемещаются в пространстве
II Ба. ПЕРЕМЕННЫЕ - изменяются в своем количестве
IIБб. ПОСТОЯННЫЕ — не изменяются в своем коли-
честве
Обозначения активных геомасс:
мобильных
- перемещение вверх
— перемещение вниз
=$> — перемещение горизон-
тальное
стационарных
—* — переход в другие геомассы
—-> - переход из других геомасс
t — увеличение геомассы
} — уменьшение геомассы
Используя приведенные обозначения, большинство элементар-
ных процессов функционирования можно представить как изме-
нение количества отдельных геома^с. Например, метелевый пе-
ренос снега можно записать — Нп , если в результате этого
переноса количество снега в ПТК уменьшилось - Нп| , если
увеличилось — Hn j . Таяние сезонной мерзлоты в почве мож-
- 17 -
но обозначить Hg -* Hs , отмирание корней — Ps -* Ms, опад
листьев — Pf^, и т.д.
Каждая конкретная геомасса может быть записана в виде
индекса, где помимо классификационной принадлежности указы-
вается масса, проективное покрытие или объем, метрические ха-
рактеристики и границы распространения.
Изучение функционирования ПТК при геомассовом подходе
имеет некоторое преимущество перед покомпонентным. В част-
ности, после того как установлено количество и состав гео-
масс в ПТК, находящемся в определенном состоянии, становит-
ся возможным выявить свойственные ему в этом состоянии про-
цессы функционирования. Это осуществляется на основе положе-
ния геомасса-процесс (2). Согласно этому положению, по гео-
массам и их функциональным категориям можно определить про-
цессы функционирования, протекающие в ПТК.
Для геомасс характерны свойственные им процессы функ-
ционирования: фотосинтез происходит в одних геомассах, пере-
хват осадков осуществляют другие, процессы стока связаны с
третьими, и т.д. По-видимому, возможно проследить влияние каж-
дого конкретного вида геомассы на тот или иной элементарный
процесс функционирования. В настоящее время изученность воп-
роса позволяет установить эту связь только на качественном
уровне. Например, листья и стебли мезофитных трав (Pim)вли-
яют на следующие параметры процессов функционирования: про-
никновение и отражение солнечной радиации, фотосинтез, тур-
булентный теплообмен, эффективное излучение, транспирация,
перехват осадков, переход зеленой фракции в ветошь, влажность
воздуха и некоторые другие. Важно, что это влияние не посто-
янно во времени и по интенсивности. В отдельные моменты фун-
кционирования геомассы влияют то на одни параметры процес-
сов функционирования, то на другие. Фотосинтез проявляется
только днем, перехват осадков и вымывание химических элемен-
тов из растений — только в дождь, транспирация — в активный
вегетационный период, и т.д. Таким образом, степень влияния
геомассы на параметры того или иного процесса функционирова-
ния меняется во времени и определяется состоянием ПТК.
Большой интерес представляет выявление количественной
связи между геомассой и связанными с ней процессами функ-
ционирования. Вероятно, эта связь может быть выражена в
- 18 -
виде математической формулы, графика, таблицы и др. К со-
жалению, сейчас такие связи могут быть установлены лишь
для вполне конкретных ПТК, изучаемых в стационарных усло-
виях. Это задача дальнейших исследований — широкие обобщения
связей геомасс и процессов функционирования в разных состоя-
ниях ПТК.
1. 4. Функционирование и состояния ПТК
Изменчивость процессов функционирования во времени, не-
обходимость учета характерного времени этих процессов и па-
мяти о предшествовавших явлениях привели к необходимости
выделения состояний ПТК. Впервые термин "состояние" в
отношении.ландшафтных систем употребил в 1967 г. В.Б. Соча-
ва. Примерно в то же время по результатам работ в Приан-
гарье А.А.Крауклис выделил фазы годового цикла. Но особен-
но детально состояния ПТК были исследованы на Марткопском
стационаре Тбилисского университета под руководством Н.Л.Бе-
ручашвили (27, 39).
В последнее время в лавдшафтоведении термин состояние
стал употребляться довольно часто, например, в ряде статей
сборника, посвященного теории и практике ландшафтоведения *.
Иногда этот термин трактуется по-разному. И.И.Мамай, напри-
мер, считает, что "... состояние ПТК — это свойства его струк-
туры, которые сохраняются на протяжении более или менее дли-
тельного отрезка времени” (42, с. 28).
Анализируя в одной из своих работ это понятие, Н.Л. Бе-
ручашвили (22) отмечает ошибочность мнения о возможности
сравнительно простым способом сопряженного анализа динами-
ки отдельных параметров функционирования выделить состояние
ПТК. Им рассмотрен опыт применения понятия состояние в
теории систем. По В.Н. Новосельцеву, состояние системы да-
ет возможность получить ее характеристики и, тем самым,
иметь исчерпывающее описание системы. Известно, что терми-
* Ландшафтоведение. Теория и практика//Вопросы географии,-
Вып. 121.-М.: Мысль, 1982.-224 с.
- 19 -
ном состояние часто пользуются кибернетики, биологи и дру-
гие специалисты. Анализ их работ показал, что состояние ПТК
должно характеризоваться некоторой информацией о нем,
наилучшим набором чисел, определенной совокупностью
происходящих процессов. Предлагается под такой информаци-
ей понимать соотношение параметров структуры и функциониро-
вания ПТК.
Во всех определениях состояния в смежных науках не
фигурирует длительность времени, в течение которого оно на-
блюдается, т.е. это безразмерная единица. Но подчеркивается
важность положения о соотношении входной и выходной функ-
ций в определенные состояния. Для ПТК входная функция ино-
гда бывает столь мала, что выходные функции практически не
меняются, что может быть, например, при малых изменениях
скорости ветра, температуры, которые не вызовут изменений
в испарении, остывании почвы и т.д.
Исходя из этих соображений, Н. Л.Беру чаш вили предлагает
понятие термина состояние ПТК как ”... определенное соотно-
шение параметров структуры и функционирования в какой-либо
промежуток времени, в течение которого конкретные воздейст-
вия на входе (солнечная радиация, осадки и т.п.) трансформи-
руются в определенные функции (сток, некоторые другие гра-
вигенные потоки, прирост фитомассы и т.д.) на выходе" (2,
с. 15).
Изучение функционирования ПТК в различных состояниях
ведется сейчас многими исследователями и разными методами.
Важным моментом, характеризующим особенность применения
геомассового подхода к этой проблеме, является то, что эле-
ментарные структурно-функциональные части ПТК, или геомас-
сы,считаются основным элементом вертикальной структуры
природных комплексов. Поэтому, также как и при рассмотрен-
ном выше подходе (см. 1.2), здесь будут две ступени синтеза
геомасс. Первая из них — выделение геогоризонтов, харак-
теризующихся специфичным набором и соотношением геомасс,
вторая ступень — выделение состояний ПТК.
— 20 —
Глава 2
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
2. 1. Общие положения
Изучение функционирования ландшафта представляет со-
бой сложную и весьма трудоемкую задачу. Очевидно, что изу-
чить процессы перемещения, обмена и трансформации вещест-
ва и энергии гораздо легче на небольших участка-:, земной по-
верхности, в пределах простейших морфологических частей
ландшафта — фаций и урочищ. Исследование же функционирова-
ния природных комплексов более крупного ранга (сложных уро-
чищ, местностей и собственно ландшафтов) представляет бо-
лее сложную задачу, в которой много еще нерешенных воп-
росов.
Для изучения функционирования ландшафта используется
рад методов физической географии, лавдшафтоведения, геофи-
зики и геохимии ландшафта и других научных дисциплин. Как
известно, методы географических исследований можно класси-
фицировать по многим признакам: например, по основному мес-
ту рабочего цикла, длительности прослеживания изменений во
времени, охвату пространства и т.д. Основываясь на этих при-
знаках, выделим среди методов изучения функционирования
ПТК следуюцие: стационарный, полустационарный, экспедицион-
ный и камеральный. Возможно или более дробное деление, или
другая классификация.
Что касается конкретных методик изучения элементарных
составляющих процесса функционирования ПТК, то рассмат-
ривать их хотя бы конспективно в данном кратком пособии
не представляется возможным. Подавляюцее большинство из
них разработано специалистами ландшафтоведами и изложено в
многочисленных публикациях. Специфика ландшафтно-геофизи-
ческого метода изучения функционирования достаточно полно
показана в книге Н.Л. Беручашвили (23), а методика ландшафт-
но-геохимических исследований метаболизма вещества — в кни-
ге В.А. Снытко (11).
- 21 -
2. 2. Стационарные исследования
Подавляющее большинство фактических материалов по
функционированию ПТК в целом или по отдельным природным про-
цессам получено на ландшафтных, комплексных или отраслевых
(почвенных, гидрологических, биогеоценологических и др.) ста-
ционарах, биосферных станциях и других учреждениях такого
типа. История создания и работы собственно физико-географи-
ческих стационаров насчитывает чуть более четверти века.
Она рассмотрена в работах В,К.Жучковой (32), А.А. Крауклиса
(8) и других публикациях по стационарным исследованиям.
Представление о современном состоянии сети природовед-
ческих стационаров в СССР дает сборник о стационарных ис-
следованиях геосистем (28). Комплексные физико-географичес-
кие исследования сейчас ведутся примерно на полутора десят-
ках стационаров, расположенных весьма неравномерно по тер-
ритории страны (рис. 1).
Постоянно действуют стационары Института географии
АН СССР: Курская полевая экспериментальная база (КПЭБ) и
Северо-Кавказская научная географическая станция. В значи-
тельной мере свернуты работы на биосферной станции Инсти-
тута почвоведения и фотосинтеза (бывшего Института почвове-
дения и агрохимии) АН СССР в г. Пущино.
В системе Института географии СО АН СССР действу-
ют 8 стационаров: Тугрский (Кондо-Сосьвинский), Нижнеиртыш-
ский, Березовский, южносибирские — лесной Ленский и степной
Новониколаевский, приангарский таежный Чуноярский, Чарский
и Забайкальский степной,или Харанорский. Тихоокеанскому
Институту географии ДОНЦ АН СССР принадлежит Средне-
Сихотэ-Алинский стационар, имеющий отделения Кавалерово,
Смычка и Хрустальный. Последнее отделение возникло на базе
экспедиционных исследований Комплексной восточной экспеди-
ции (КВЭ) географического факультета МГУ. К комплексным
физико-географическим стационарам можно по праву отнести
Репетекскую песчано-пустынную станцию Института пустынь
АН СССР.
Менее развита сеть вузовских стационаров. Ранее всех,
в 1946—1950 гг. начал свою деятельность комплексный стацио-
-22-
нар географического факультета МГУ на базе научной станции
КрасновиДово в Можайском районе Московской области. Имен-
но на этом стационаре Н.А.Солнцевым впервые была создана
крупномасштабная ландшафтная карта на территорию, прилега-
ющую к станции. Здесь же были организованы первые учеб-
ные практики по методике полевых ландшафтных исследований
(56). Однако в дальнейшем комплексные стационарные иссле-
дования были заменены лабораторией по изучению Можайского
водохранилища. Поэтому сейчас наиболее известным среди ву-
зовских стационаров считается Марткопский физико-географи-
ческий стационар (МФГС) Тбилисского университета. Несколь-
ко стационаров открыты во Львовском университете (Расточе-
ний, Черногорский и др.). Следует отметить, что университеты
располагают широкой сетью учебно-научных баз. На них чаще
всего ведутся полустационарные исследования, но многие из
них, например, Сатино Московского или Кузнечное Ленинградс-
кого университетов, вплотную приблизились к постановке ста-
ционарных работ. Таких баз в университетах страны насчиты-
вается более 25.
Различные материалы по массоэнергетическим потокам,
биологическому круговороту вещества и т.д. получены в запо-
ведниках, особенно в биосферных. В нашей стране насчитыва-
ется около 150 заповедников, в том числе на 1984 г. семь име-
ли статус биосферных: Центрально-Черноземный, Приокско-тер-
расный, Березинский, Кавказский, Репетекский, Сары-Челекский
и Сихотэ-Алинский. Их число в последние годы увеличивается.
Существен вклад в изучение частных процессов функцио-
нирования биогеоценологических стационаров АН СССР, союз-
ных республик и других ведомств. Таких стационаров насчиты-
вается до 54, и они расположены практически во всех ландшаф-
тных зонах нашей страны. Часть из них, например, Карачи, ве-
дет по существу комплексные исследования. Некоторое пред-
ставление об особенностях функционирования ПТК или отдель-
ных потоках вещества и энергии дают данные воднобалансовых,
снеголавинных, селестоковых, агрометеорологических, агроле-
сомелиоративных и других станций, сеть которых весьма
обширна.
-23-
24
Рис. 1. Комплексные физико-географические стационары:
1 - Сатино; 2 - КПЭБ; 3 - Расточье; 4 - МФГС; 5 - Тугрский; 6 - Нижнеиртышский;
7- Березовский; 8- Новониколаевский; 9- Ленский; 10- Чуноярский; ,11- Черский;
12 - Харанорский; 13 - Кавалеровский
Отличительными чертами стационарного ме-
тода исследования функционирования ПТК явля-
ется регулярность и длительность наблюдений. Не
менее важным признаком служит синхронность на-
блюдения за всеми процессами, протекающими в
природных комплексах. Именно поэтому результа-
ты стационарных работ наиболее полные, и в
большинстве случаев только они могут дать ис-
черпывающее представление о функционировании
данного ПТК и системы ПТК в разных со-
стояниях.
К числу наиболее важных наблюдений, фикси-
рующих параметры функционирования, относятся:
измерение потока солнечной радиации и темпера-
туры от кроны до почвы; приход атмосферных
осадков и их характер; определение влажности
и температуры почвы; описание и определение
фитомассы с особым вниманием к вегетирующим
органам и мортмассам; сток жидкий и твердый;
поведение животного населения; определение па-
раметров, характеризующих элементарные поч-
венные процессы, и др. Перечень измерений мо-
жет меняться в зависимости от сезона года и
природных особенностей региона. Все это учи-
тывается при разработке программы исследова-
ний на стационарах.
Несмотря на то, что стационарный ме-
тод изучения наиболее полон и точен, его ши-
рокое внедрение в практику сдерживается вы-
сокой стоимостью работ. Именно поэтому ко-
личество стационаров мало и растет очень
медленно. Стационары стали центрами по
изучению функционирования основных типов
ПТК и, в то же время, базами по отработ-
ке методик его изучения. С этими двумя
задачами большинство стационаров справля-
ется успешно.
- 25 -
2. 3. Полустационарные исследования
Изучение функционирования самых разнообразных ПТК про-
должает оставаться актуальной задачей. Только стационары
справиться с ней не в состоянии. Поэтому практика научных
исследований выдвинула новую форму изучения функционирова-
ния природных комплексов — полустационарный метод. Суть
его заключается в том, что работы ведутся не непрерывно в
течение года, а периодически — в наиболее характерные состо-
яния. Обычно они проводятся не реже одного раза в сезон, но
могут быть ежедекадными, ежемесячными или приурочен-
ными к определенным срокам или состояниям.
Полустационары позволяют значительно расширить круг
исследуемых ПТК. В то же время, качество изучения, его
дробность и точность остаются практически такими же, как и
на стационарах. Происходит лишь разрыв наблюдений во вре-
мени, что в некоторых случаях, конечно, может существенно
сказаться на результатах. Но основные особенности функцио-
нирования в главные сезоны года полустационары освещают хо-
рошо.
2. 4. Экспедиционные исследования
Стационарные исследования обеспечили широкое использо-
вание эмпирических зависимостей, полученных на массовом ма-
териале.
Так, например, на первых этапах изучения биогеоцикла в
лесных ПТК очень часто приходилось определять количество и
соотношение отдельных фракций .надземной фитомассы путем
изучения модельных деревьев. Работа по определению для каж-
дого вида древесных пород массы его фракционных частей —
ствола, ветвей разной величины, корней и листвы — чрезвычай-
но трудоемка. Разумеется, это возможно только при стационар-
ных исследованиях. Но по мере накопления фактического ма-
териала по каждому виду для различных территорий появилась
возможность определения количества отдельных фракций фито-
массы древесных растений расчетным путем, зная лишь запа-
сы стволовой древесины. Эго легко определить в экспедицион-
ных условиях путем проведения таксации, а затем использо-
вать эмпирические зависимости.
- 26-
По аналогии удалось значительно снизить трудоемкость
многих других методов изучения характеристик элементарных
структурно-функциональных частей ПТК. Тем самым была обес-
печена высокая скорость получения многих параметров функци-
онирования. Совершенствование методик определения количест-
ва вещества и энергии в ПТК происходило и за счет примене-
ния новых приборов или замены их более компактными.
В‘результате всех усовершенствований появилась возмож-
ность изучения отдельных звеньев функционирования в экспеди-
ционных условиях. Наиболее удобным для этого оказался гео-
массовый подход, при котором в полной мере нашло отражение
положение "геомасса-процесс", позволяющее по набору геомасс
в изучаемом ПТК получить представление о характере его
функционирования в данном состоянии. Несмотря на то, что в
экспедициях определяются лишь некоторые параметры главней-
ших потоков вещества и энергии, все же они могут показать
достаточно полную общую картину закономерностей, выявлен-
ных на стационарах.
Наибольшую ценность имеют данные экспедиционных из-
мерений параметров функционирования в труднодоступных и
редких ПТК или в типичных комплексах, но в особые их со-
стояния. В связи с тем, что большинство экспедиций организу-
ется летом, к настоящему времени хорошо изучены только
летние состояния ПТК, тогда как многие параметры функцио-
нирования природных комплексов в переходные (осенние и ве-
сенние) и, особенно, в зимние состояния известны лишь в об-
щих чертах. Поэтому совершенствование экспедиционных ме-
тодов исследования функционирования представляет актуальную
з адачу.
2. 5. Камеральные исследования
По мере расширения наших знаний о механизме функцио-
нирования ПТК, вероятно, появятся более совершенные методи-
ки расчета его параметров. Большие надежды возлагаются на
моделирование как отдельных процессов функционирования ПТК,
так и всего природного комплекса в целом.
Сейчас камеральным путем на основе фондовых материа-
лов возможно рассчитать лишь некоторые потоки вещества и
- 27 -
энергии. Для этих расчетов наиболее доступны и массовы
гидрометеорологические данные, сведений о гравигенных пото-
ках и биогеохимическом круговороте веществ недостаточно.
Следовательно, могут быть охарактеризованы лишь некоторые
параметры трансформации солнечной энергии и влагооборота в
камеральных условиях. Причем, если природный комплекс ра-
нее был детально изучен методами стационарных или полуста-
ционарных исследований, расчет этих параметров в камераль-
ных условиях уточнит их.
Остановимся в связи с этим на точности измерения или
расчета параметров функционирования ПТК, что особенно важ-
но для ландшафтных исследований и что может создать пред-
посылки для расширения полустационарных и экспедиционных
работ. Это благоприятно отразится на возможности применения
эмпирических зависимостей, расчетов или моделирования.
Существующее представление о том, что в физической
географии, в ландшафтоведении необходимо добиться та-
кой же точности в измерениях характеристик объекта исследо-
ваний как в физике, механике и других точных науках, по-ви-
димому, часто несправедливо. В этом нас убеждают как опыт
полевых исследований, так и свойства нашего объекта. Изу-
чая количественные показатели свойств компонентов ПТК или
его структурно-функциональных частей, убеждаешься в их чрез-
вычайно большой изменчивости и во времени, и в пространст-
ве, и по состоянию среды. Например, при проведении нами по-
левого определения влажности почвы термостатно-весовым спо-
собом для горизонта 5—10 см пойменной дерновой супесчаной
почвы в повторяющихся пробах эта величина изменялась от 12
до 29% при средней арифметической величине из 5 проб — 18%.
Очевидно, что в этих цифрах заложена как ошибка, зависящая
от точности самого метода, так и действительная природная
вариабельность влажности этого горизонта почвы, зависящая
от изменений механического состава почвообразующей породы
(чередование тонких прослоев суглинка и песка) и распределе-
ния влаги.
Таким образом, при физико-географических и ландшафт-
ных исследованиях большинство параметров можно вполне удов-
летворительно измерять с величиной ошибки 15—25%. Более
высокая точность не только трудно достижима технически, но
- 28-
часто не будет отражать то пространственное изменение ис-
следуемого параметра, которое наблюдается даже в пределах
простейших природных комплексов. Для фиксации размаха
колебаний параметров необходимо шире практиковать их за-
пись не только в средних величинах, но и указывать амплиту-
ду, т.е. экстремальные значения. Например, приведенная вы-
ше цифра влажности горизонта почвы (18%) могла получиться
и при изменении влажности от 15 до 20%, или любой другой.
Неизбежное уменьшение точности измерений параметров
функционирования ПТК в экспедиционных условиях не должно
служить препятствием для их расширения. Это относится и к
работам по моделированию функционирования. Географическое
прогнозирование невозможно без создания удовлетворительных
моделей функционирования ПТК разных типов.
Глава 3
ПОТОКИ И КРУГОВОРОТЫ
ВЕЩЕСТВА И ЭНЕРГИИ В ЛАНДШАФТЕ
3. 1. Вещество и энергия в ПТК
Природный комплекс обладает специфическим веществен-
ным составом. В качестве основных обычно считают пять ком-
понентов: горные породы, вода, воздух, растения и животные.
Кроме того, часто называют почвы, считая их шестым про-
изводным компонентом. Целесообразно говорить и о седьмом
компоненте — мертвом органическом веществе, или мортмассе.
Выделение отмерших растений, или их отдельных частей, и по-
гибших животных в качестве самостоятельного компонента с
точки зрения деления вещества признано, а его роль в функ-
ционировании природных комплексов весьма значительна. При
геомассовом подходе — это один из классов элементарных
структурно-функциональных частей ПТК.
- 29 -
Таким образом, в состав любого полного природного тер-
риториального комплекса (ППТК) входят семь основных компо-
нентов. Поскольку каждый из компонентов обладает множест-
вом специфических свойств, то их качественные различия обу-
словливают то многообразие ПТК,с которым мы сталкиваемся
при изучении географической оболочки Земли. Несомненно, что
это многообразие ПТК определяется не только разными свой-
ствами компонентов, но и их количеством, особенностями вза-
имодействия и энергетическими характеристиками.
Процессы, обеспечивающие функционирование ПТК, проте-
кают под действием трех главных источников энергии:
1) солнечной радиации;
2) внутренней энергии Земли;
3) гравитационной энергии.
Кроме того, в качестве источника энергии некоторых про-
цессов могут служить энергия химического взаимодействия,
энергия кристаллической решетки минералов и некоторые дру-
гие.
Среди трех главных источников энергии для текущего фун-
кционирования природных комплексов низких рангов наибольшее
значение приобретает солнечная энергия, принимающая участие
во всех потоках и круговоротах. Внутренняя энергия Земли,
возникающая в результате радиоактивного распада элементов,
выражается в тектонических процессах. Она предопределяет и
изменяет гравитационную энергию и тем самым воздейству-
ет на функционирование ПТК. Гравитационная энергия постоян-
но оказывает влияние практически на все процессы перемеще-
ния вещества.
В то же время, как совершенно справедливо отмечает
Д.Л. Арманд, в подавляющем большинстве случаев в природном
комплексе "...передача энергии и передача вещества соверша-
ются совместно." (18, с.208). Поэтому все основные процессы
функционирования представляют в виде вещественно-энергетиче-
ских потоков или круговоротов.
3. 2. Трансформация солнечной энергии
Солнечная радиация — важнейший и практически единст-
венный источник энергии почти для всех биотических процес-
сов в ПТК и в значительной степени - в геоме. Процесс
- 30 -
трансформации солнечной энергии в природном комплексе изу-
чен достаточно хорошо. Значительный вклад в разработку это-
го вопроса внесли Ю.Л. Раунер, М.И. Будыко и многие другие
ученые.
Общую картину преобразования солнечной энергии в ПТК
часто изображают графически. Один из примеров такой графи-
ческой модели приведен на рис. 2. К верхней границе природно-
го комялекса солнечная радиация приходит в виде прямой (Сп)
и рассеянной (Ср). Вместе они составляют суммарную радиа-
ц ию (Сс).
Рис. 2. Общая схема трансформации солнечной энергии в ПТК:
Сс — суммарная радиация; Сп — прямая радиация; Ср — рас-
сеянная радиация; Ор — отраженная радиация; Рк —корот-
коволновый баланс; Рд — длинноволновый баланс (эффектив-
ное излучение); Р — радиационный баланс; В - теплооб-
мен с почвой; П — турбулентный теплообмен; ЛФ — расход
тепла на фотосинтез; ЛЕф — расход тепла на физическое
испарение; ЛЕт — расход тепла на транспирацию.
-------границы ПТК; тип — поверхность почвы
- 31 -
Часть поступившей в ПТК суммарной радиации отражает-
ся от растений, поверхности почвы и других компонентов, а
остальная — поглощается ими. Условия отражения солнечной
радиации от всех компонентов комплекса характеризуются ве-
личиной его альбедо, равной отношению величины отраженной
радиации (Ор) к приходящей суммарной (Сс).
Известно, что теоретически значения альбедо могут изме-
няться от 1 для абсолютно белой, полностью отражающей по-
верхности до 0 для абсолютно черной, полностью поглощающей
солнечные лучи. Наибольшие значения альбедо — 0,90 ...0,95 —
можно наблюдать в ПТК, полностью покрытых чистым сухим
снегом. Если снег загрязнен и увлажнен или из-под него вид-
ны растения, альбедо резко снижается до 0,40-0,50. Высо-
кими могут быть величины альбедо для ПТК с разреженной
растительностью или лишенными ее при светлых песчаных
почвах, кристаллах солей и т.д. Однако для большинства ком-
плексов с развитой растительностью альбедо меняется в срав-
нительно небольших пределах — от 0,10 до 0,20-0,25. Здесь
существенное значение имеет вертикальная структура ПТК,
особенно характер растительности: так, альбедо лесов чаще
меньше, чем лугов и степей. Эго объясняется условиями по-
глощения проникших в растительный покров потоков солнечной
радиации.
Поглощенную радиацию, определяемую как разницу между
суммарной радиацией и отраженной (Сс —Ор), называют коротко-
волновым балансом (Рк).
Поверхность почвы, растения и другие элементы ПТК в
результате поглощения солнечной радиации (Сп + Ср), ста-
новятся источниками длинноволнового излучения. Эксперимен-
тальные данные указывают, что излучение естественных ланд-
шафтов в общем довольно близко к излучению абсолютно чер-
ного тела при соответствующей температуре, причем отноше-
ния наблюдаемых величин излучения к излучению абсолютно
черного тела в большинстве случаев находятся в пределах
0,90—1,00 (24). Излучение это определяется по закону Стефана-
Больцмана и равно БТ^, где Т — абсолютная температура,
Б — постоянная Стефана—Больцмана равцая
8,14 • 10“И кал/см^ мин град. (5,67 • 10эрг/(сек-см • к\
Основная часть энергии излучения приходится на длины волн
-32-
от 5 до 10—30 мкм; коротковолновая радиация (видимая часть
спектра) имеет длины волн от 0,40 до 0,75 мкм; инфракрасная
радиация — более 0,75 мкм, ультрафиолетовая — менее 0,40 мкм.
Содержащиеся за пределами ПТК в атмосфере водяной
пар и различные газы поглощают длинноволновую радиацию и
образуют противоизлучение атмосферы, направленное в природ-
ный комплекс. Оно значительно возрастает при наличии обла-
ков. Разность излучения природного территориального комплек-
са и противоизлучения атмосферы называется эффективным из-
лучением, или длинноволновым балансом (Рд). Величина его в
несколько раз меньше собственно длинноволнового излучения
ПТК, который был бы равен Рд, если бы в атмосфере не бы-
ло пара и газов, т.е. противоизлучения. При плотной низкой
облачности с высокой температурой нижней поверхности обла-
ков эффективное излучение может быть равным нулю. Иногда
оно может приобретать отрицательное значение, ПТК тогда
может получать дополнительную энергию.
Алгебраическая сумма потоков радиационной энергии, при-
ходящих в ПТК и уходящих из него, называется радиационным
балансом (Р). Радиационный баланс равен разности между ко-
ротковолновым балансом (Сс-Op) и величиной длинноволнового
эффективного излучения:
Р ' (Сс - Ор) - Рд .
Эффективное излучение в среднем для всей поверхности
Земли значительно меньше поглощенной коротковолновой радиа-
ции. Такая закономерность является следствием так называе-
мого парникового эффекта, т.е. результатом относительно боль-
шей прозрачности атмосферы для коротковолновой радиации по
сравнению с прозрачностью для длинноволнового излучения (24).
Далее энергия радиационного баланса принимает участие
в формировании энергетического баланса ПТК в целом. Часть
этой энергии может расходоваться на нагревание слоев атмос-
феры, лежащих выше верхней границы комплекса, посредством
турбулентного теплообмена (П). Также происходит перераспре-
деление тепла между надземной и подземными частями ком-
плекса, т.е. теплообмен с почвой (В), в результате которого
почва может или нагреваться, или остывать.
-33-
Существенное значение имеет расход тепла в природном
комплексе на испарение влаги. При этом обычно различают рас-
ход тепла на физическое испарение (ЛЕф) и транспирацию (ЛЕт).
В том случае, когда вместо испарения влаги в ПТК наблюдает-
ся конденсация водяного пара, это приводит к поступлению до-
полнительного тепла.
Небольшая в количественном выражении, но очень важ-
ная часть поступающей солнечной радиации расходуется на фо-
тосинтез (ЛФ). Дальнейшая трансформация этой энергии про-
исходит в значительной степени в преобразованном виде,и ее
целесообразно рассматривать отдельно. Здесь обычно учитыва-
ют затраты энергии на дыхание растений и животных, на при-
рост фитомассы и зоомассы, переходы энергии в мертвое орга-
ническое вещество и в почву. Этому посвящены работы эколо-
гов (47, 49 и др.).
Схема трансформации солнечной радиации в природном
комплексе охватывает почти все возможные ее потоки. Одна-
ко совершенно ясно, что для разных ПТК эта общая схема бу-
дет различна в соответствии с их функционированием в кон-
кретном состоянии. Часто некоторые потоки могут затихать
или не отражаться на процессах, состоянии ПТК, например,
во многих комплексах прерывается на зимний период фотосин-
тез, не всегда происходит транспирация воды растениями. По-
этому, чтобы можно было выявить и рассчитать определенный
поток энергии в ПТК, всегда необходимо четко представлять
временные рамки этого процесса. Целесообразно увязать та-
кие расчеты с состояниями ПТК. Достаточно подставить в графиче-
скую модель (см. рис. 2) конкретные величины всех потоков для
данного ПТК в интересующее нас состояние^ роль данного
потока энергии в функционировании комплекса станет ясной.
Не останавливаясь на многообразных вариантах трансфор-
мации солнечной энергии в различных ПТК, приведем лишь не-
сколько цифр, характеризующих входную часть этого важного
потока. Для северных территорий нашей страны суммарная ра-
диация составляет около 60 ккал/см14 год, на юге - 160. В
окрестностях Москвы ее поступает за год около 90 ккал/см^.
Следовательно небольшой ПТК ранга фация-урочище, имеющий
площадь 100 м , получит в год 90-10° ккал солнечной энер-
гии. Причем, если в летние состояния этот поток может дос-
- 34-
о
тигать 60—65 кал/см^ час, то в зимние он не превысит
20- 25 (38).
В стационарных условиях нетрудно получить все парамет-
ры трансформации солнечной энергии в ПТК в интересующие
состояния. Сложнее с их измерением в полустационарных и
экспедиционных исследованиях, что связано как с недостаточ-
ной оснащенностью приборами, так и с необходимостью про-
должительных наблюдений при изучении средневременных и дли-
тельновременных состояний. Поэтому часто приходится огра-
ничиваться измерением лишь некоторых параметров трансфор-
мации солнечной энергии.
3. 3. Влагооборот
Влагооборот в виде отдельных потоков осуществляет об-
мен влагой в ее различных фазовых состояниях между элемен-
тарными структурно-функциональными частями в природном
комплексе. Трансформация влаги в ПТК изучена сейчас доста- ,
точно хорошо и представляется менее сложной, чем изменение
тепловой энергии, хотя известно, что эти два процесса связаны
теснейшим образом.
Так же, как и в случае с трансформацией солнечной энер-
гии, рассмотрим лишь общую схему влагооборота в ПТК (рис.З).
Основу влагооборота образуют твердые или жидкие атмос-
ферные осадки (Ос), поступающие к верхней границе природно-
го комплекса. В ПТК происходит их трансформация или перехват
пологом растительности (Пос). Осадки, не задержанные расте-
ниями, поступают на поверхность почвы (Оп). Далее они могут
уйти за пределы конкретного ПТК в виде поверхностного сто-
ка (Сп) или впитаться в почву (Пр), где пополняют запасы
подземных вод (Вп) и участвуют в элементарных почвообразо-
вательных процессах. При определенных условиях запасы под-
земной воды могут либо уменьшаться, либо пополняться. Это
может вызвать изменения режима и объема подземного
(Сг) и поверхностного стока (Сп).
В природном комплексе вода расходуется в основном на
испарение. Различают физическое испарение (Еф), которое
может происходить как с растительности, так и с поверхности
почвы, куда вода может поступать и из более глубоких гори-
зонтов, а также испарение растениями, или транспирацию (Ет).
-35-
Таким образом, суммарное испарение состоит из транспирации
и физического испарения с поверхности почвы и растений.
Рис. 3. Общая схема влагооборота в ПТК:
Ос — осадки, приводящие на верхнюю границу ПТК; Пос — пе-
рехват осадков растительностью; Оп — осадки под пологом
растительности; Пр - просачивание воды в почву; Вп — за-
пасы воды в почве; Сг - внутрипочвенный или грунтовый
сток; Сп — поверхностный сток; Вр — вода в растениях; Ет—
транспирация; Еф — физическое испарение; Вс — вода в снеж-
ном покрове; Вм — метелевый перенос снега.
---------- границы ПТК; гггттт — поверхность почвы
В холодные сезоны года во многих природных комплексах
устанавливается снежный покров. Содержание воды в снежном
покрове (Вс) при выпадении осадков увеличивается, а при испа-
рении (возгонке) и таянии — уменьшается. Изменения могут
происходить также вследствие метелевого переноса снега (Вм).
При промерзании почвы и грунтов часть подземной влаги мо-
жет находиться в мерзлом состоянии. Но динамика ее в це-
лом аналогична жидкой фазе.
Необходимо остановиться на содержании воды в растени-
ях (Вр). Строго говоря, влага в живых растениях является их
неотъемлемой частью и не может рассматриваться отдельно.
Но для лучшего понимания распределения воды в природном
территориальном комплексе по его структурно-функциональным
частям часто определяют содержание сухого органического ве-
щества в надземной фитомассе и содержание воды в растени-
ях путем взвешивания. Знание этого соотношения часто очень
важно в практических целях.
Большинство состояний природных комплексов характери-
зуется наличием лишь приходной или расходной части влаго-
оборота. В результате схема влагооборота часто бывает очень
простой и характеризуется тремя-четырьмя параметрами. На-
пример, длительное время при зимних состояниях в ПТК от-
сутствуют транспирация и поверхностный сток, который лишь
иногда заменяется метелевым переносом снега (Вм).
Останавливаться подробно на всех составляющих влаго-
оборота не представляется возможным. Приведем только при-
мер по такой части влагооборота в ПТК, как транспирация во-
ды растениями. Сейчас получены данные о расходе воды для
330 видов растений, в основном зоны тундры и лесотундры,
хвойных и смешанных лесов, лиственных лесов, степей, полу-
пустынь и пустынь (20) (к сожалению, очень мало данных по
сообществам в целом). Интересно, например, что свежая ли-
пово-ясеневая дубрава с дубом скальным (Молдавия), состоя-
щая из деревьев, кустарников и трав, транспирирует 615 мм
воды за вегетационный сезон. Из 615 мм влаги примерно
584мм транспирируют деревья, 16 мм — кустарники и 15 мм —
травы, т.е. в сообществе основную массу влаги
транспирирует растение-эдификатор и значительно
меньше — все остальные. Отмечается, что количество воды,
транспирируемое данными растениями, зависит от вида ПТК
и параметров его функционирования: влажности воздуха, коли-
чества осадков, запасов воды в почве и т.д. (20).
3. 4. Гравигенные потоки
Силы гравитации определяют существование и скорость
многих важнейших процессов функционирования ПТК. Трансфор-
мация гравитационной энергии в природных комплексах очень
слабо изучена. Известно, что сила тяжести изменяется в зави-
- 37 -
симости от высоты над уровнем моря, плотности горных по-
род и других факторов. Однако зги изменения часто не фик-
сируются при изучении природных комплексов, так как они
чрезвычайно малы и, по-видимому, вполне укладываются в те
неизбежные 15—20% ошибки, которая сопровождает географиче-
ские измерения большинства параметров функционирования ПТК.
Следовательно, достаточно измерять силу тяжести в ви-
де веса (массы) элементарных структурно-функциональных час-
тей ПТК и учитывать возможность их перемещения под ее
действием; иногда целесообразнее измерять энергию, затра-
ченную на преодоление этой силы.
Повсеместное и непрерывное действие силы тяжести опре-
деляет так называемые гравигенные потоки вещества в ПТК.
Обычно перемещение вещества под действием силы тяжести
направлено сверху вниз. В качестве примера таких потоков
можно назвать не только обвалы, осыпи, но и опадение листь-
ев с деревьев и многие другие вертикальные перемещения^ хо-
тя бы и с большой долей горизонтальной составляющей. Фак-
тически любая форма движения вещества в природном комплек-
се в той или иной мере испытывает воздействие силы гравита-
ции.
3. 5. Биогеохимический круговорот вещества в ПТК
Под биогеохимическим круговоротом, а в более широком
смысле — биологическим — понимается совокупность следукщих
взаимно связанных процессов: биохимический синтез и закреп-
ление химических элементов в органическом веществе расте-
ний; превращение химических соединений в цепях питания мик-
роорганизмов и животных; возврат элементов в атмосферу и
почву в процессах жизнедеятельности живых организмов и при
разложении органических остатков; новообразование почвенно-
го органического вещества и его распад (19, 51). Поскольку
биологический круговорот протекает не изолированно, а на
фоне и с участием абиотических процессов большого геологи-
ческого круговорота веществ и тесно с ним взаимодействует,
по-видимому, целесообразнее говорить о биогеохимическом кру-
говороте. Помимо перечисленных процессов сюда можно вклю-
чить и некоторые геохимические процессы: поступление хими-
- 38 -
ческих элементов в ПТК с осадками, вымывание их из расте-
ний и поступление в почву и т.п.
Взаимодействие биотических и абиотических компонентов
природных комплексов сопровождается непрерывным обменом —
круговоротом — вещества между ними в виде органических или
минеральных соединений. Кислород, углерод, азот, фосфор, се-
ра и другие биогенные элементы (по разным данным от 30 до
40 простых веществ), необходимые для создания живых организ-
мов (клетки), непрерывно превращаются в органические вещест-
ва (глициды, липиды, аминокислоты и т.д.) или поглощаются в .
виде неорганических ионов автотрофными растениями, а впо-
следствии используются гетеротрофными: животными, а затем
микроорганизмами-деструкторами (47). Последние разлагают вы-
деления, растительные и животные остатки на растворимые ми-
неральные элементы или газообразные соединения, которые
возвращаются в почву, воду и атмосферу. Таким образом, раз-
личные биогенные элементы непрерывно мигрируют и взаимо-
действуют в природном территориальном комплексе.
Для познания полного биогеохимического круговорота ве-
щества в рамках ПТК необходимы исследования всех групп
организмов: растений, животных, микрофлоры, микрофауны, бак-
терий. Справедливо считается, что такого рода исследования —
программная задача. Пока же мы располагаем значительным
материалом в основном по растениям, в меньшей мере — жи-
вотным и очень мало по микроорганизмам.
Часто рассматривают биогеохимический круговорот химичес-
ких элементов в природном комплексе как совокупность круго-
воротов отдельных биогенных элементов. Например, очень хо-
рошо изучен круговорот важнейшего биогенного элемента — уг-
лерода (49, и др.). Имеются схемы и расчеты круговоротов дру-
гих элементов, например, кислорода, азота, фосфора, серы.
Но исследование отдельных круговоротов чаще всего не позво-
ляет получить целостной, законченной картины всего биогеохи-
мического круговорота химических элементов, или биогеоцик-
ла. Поэтому, применительно к ПТК,под термином биогео-
цикл следует понимать обмен химическими элементами меж-
ду живыми организмами, мертвым органическим веществом и
неорганическими компонентами, различные стадии которого про-
ходят внутри природного комплекса.
- 39 -
Основные процессы биогеоцикла показаны на рис. 4. По-
дробно не рассматривая все звенья и отдельные процессы
биогеоцикла, так как многие из них изучались в курсах "Гео-
химия ландшафта" и "Геофизика ландшафта", обратим внима-
ние только на некоторые их особенности.
Рис. 4. Общая схема биогеохимического круговорота — био-
геоцикл — в ПТК:
Ос — поступление химических элементов с осадками; Вр —
вымывание химических элементов из растений осадками;
ФАР — фотосинтетически активная радиация; Ф - образова-
ние органических веществ при фотосинтезе; Пр — переме-
щение веществ внутри растений; Пв - поток влаги и эле-
ментов питания из почвы в растения; Ет — транспирация и
потеря химических элементов; Рот — отпад; Роп — опад;
Мв — валежник; Мл — подстилка; Г — переход химических
элементов из опада и отпада в почву.
--- — - границы ПТК; пгпн ~ поверхность почвы
В природном комплексе всегда находится то или иное
количество живых растений или живой фитомассы, которые
делятся на элементарные структурно-функциональные части,
или фракции фитомассы. Если сжечь сухое органическое ве-
щество, то можно узнать содержание минеральных веществ в
соответствующей фракции фитомассы, или ее зольность. Ос-
- 40 -
тальную часть сухого органического вещества обычно состав-
ляют белки, углеводы, лигнин, липиды и липопротеиды, дубиль-
ные вещества, смолы, воск и множество других органических
соединений (органические кислоты, ароматические и гидроаро-
матические соединения, глюкозиды, эфирные масла, каучук и
гуттаперча, алкалоиды, витамины, регуляторы роста, антибио-
тики и Т.Д.).
Два важнейших биологических процесса — фотосинтез и
дыхание — происходят в фотосинтезирующих геомассах. Напом-
нив, что в общем виде для глюкозидов уравнение фотосинте-
за и дыхания имеет следующий вид (47):
фотосинтез тт „т 1
п-СО., + 2п-Н9О * N -g n-O2bn-H2O4|Cn(H2O)nJ .
дыхание моносахарид
где N — энергия красного участка спектра солнечного излу-
чения (с длиной волны 0,65—0,70 мкм), поглощаемого пигмен-
том хлорофилла (ккал); п — целые числа ингредиента. Потреб-
ление световой энергии в процессе фотосинтеза эквивалентно
9,3 ккал на каждый грамм ассимилированного углерода.
В результате этого процесса в природном комплексе за-
кладывается основа биогеоцикла. При создании первичной био-
логической продукции происходит множество реакций, но в об-
щем виде этот процесс можно записать достаточно просто:при
наличии света и соответствующих температурных условий в
растениях из воды, двуокиси углерода и минеральных веществ
образуется первичная органическая продукция, выделяется кис-
лород и транспирируется вода.
Используемая для этих целей доля фотосинтетически ак-
тивной радиации (ФАР —см. рис. 4) невелика. В среднем на тер-
ритории СССР для естественного растительного покрова она
равна примерно 0,8%. Величина аналогичного коэффициента
для суммарной солнечной радиации приблизительно вдвое мень-
ше — около 0,4% (24).
Необходимые для созданйя органических веществ элемен-
ты минерального питания (зольные элементы) поступают в рас-
тения из почвы через их корневую систему. Корни простира-
ются в почве и, разветвляясь на все более тонкие окончания,
охватывают достаточно большой объем почвы, что увеличивает
- 41 -
возможность поглощения питательных веществ растениями. Из-
вестно, что площадь поверхности корней (для травяных ценозов)
в десятки раз превышает поверхность листьев. Но установлено,
что питательные элементы поступают в растение не только
через поверхность самих корней или корневых волосков, а пре-
имущественно через значительно превалирующую по площа-
ди поверхность грибных гифов. Преобладающая часть поверхно-
сти корней является микоризной, т.е. покрытой грибным мице-
лием, который находится в симбиозе с корнем, и гифы этих
грибов проникают от корней в почву. Для большинства назем-
ных растений грибы являются посредниками при поглощении пи-
тательных веществ.
В растении питательные вещества перемещаются внутри
корней по их разветвлениям к основанию ствола и далее дви-
жутся вверх по транспортно-скелетным органам, т.е. по ство-
лу и ветвям к листьям и другим надземным частям растений.
По стволу вода с ионами элементов — ксилемный сок — дви-
жется по особой группе живых клеток, называемых ксилемной
паренхимой. Сосуды ксилемы уже на сравнительно небольшом
расстоянии от окончания корня лишены живого содержимого
(37). Они образуют капилляры корня, ствола и ветвей. Их по-
перечные перегородки пронизаны крупными отверстиями, бла-
годаря чему в них поддерживается непрерывность водного
столба.
Ионы, попавшие в ксилемный сок, переносятся в транспи-
рирующем растении быстрым током воды в побег, где они
вновь поглощаются клетками стебля и листьев. Представляет ин-
терес тот факт, что содержание многих элементов питания в
фотосинтезирующих частях растений (на единицу сухого веса)
в 6— 20 раз выше, чем в проводящих (транспортно-скелетных)
органах. Следовательно, можно сказать, что в лесных ПТК
около 75% всех находящихся в обращении минеральных элемен-
тов, используемых растением для формирования чистой над-
земной первичной продукции, содержится в листьях. Таким
образом, прослеживаемая обратная зависимость между долго-
вечностью тканей дерева и содержанием в них питательных ве-
ществ подчеркивает роль листьев как наиболее активной гео-
массы.
Возврат в почву химических элементов происходит вместе
- 42-
с опадом листьев и отпадом ветвей. С возрастом меняется вес
листьев и содержание в них элементов питания. Примечате-
льно, что незадолго до того, как листья листопадных деревьев
опадут, некоторое количество органических веществ, сохра-
нившееся в подвижных формах, перемещается из листьев в по-
беги. Этот отток предотвращает их потери с листопадом. Но
накоплению питательных веществ в растениях противодейству-
ет и другой процесс — их смыв с поверхности листьев и корЩ
деревьев и кустарников.
Вымывание осадками химических элементов из растений
обнаружено сравнительно недавно. Известно, что во многих
растениях процесс прижизненных выделений происходит как в
надземных органах, так и, в особенности, в корнях непосред-
ственно в почву. Эти выделения могут накапливаться на листь-
ях, ветвях, стволах и т.д. При омывании растений осадками
происходит их смыв.
Установить количество и состав химических веществ, смы-
ваемых осадками с растений в естественных ПТК, удается по
разнице между осадками, поступающими на верхнюю границу
ПТК и на поверхность почвы.
Этот процесс был нами исследован 14 июля 1980 г. на се-
вере Калужской области в бассейне среднего течения р. Прот-
вы (53), результаты приведены в табл.1. Изучалась трансфор-
мация химического состава осадков растительностью в двух
антропогенных модификациях одной фации. Эго была вторичная
моренная равнина, сложенная покровными суглинками, подсти-
лаемыми мореной, с дерново-среднеподзолистыми средне-
суглинистыми почвами под лесами осиново-березовыми с учас-
тием дуба и осиново-березово-еловыми. В качестве осадков,
поступающих на верхнюю границу ПТК, принимались дождевые
воды, собранные в этой же фации на безлесном участке (30 мм).
Л состав осадков, собранных под пологом леса, использовался
для интерпретации их изменений растительностью.
Необходимо отметить (см.табл. 1) незначительное подкис-
ление осадков после контакта их с растительностью (pH пони-
жается на 0,5-0,6). Среди анионов в дождевых осадках преоб-
ладали ионы НСОй" , чуть меньшим было содержание иона
—2 &
SO4 и меньше всего CI . Однако после контакта с расти-
тельностью этот порядок нарушается. Резко возрастает со-
- 43-
Таблица 1
Изменение химического состава дождевых осадков
древесной растительностью (53)
А — верхняя граница ПТК; Б — осиново-березовый лес с дубом;
В — осиново-березово-еловый лес
Ингредиенты Концентрация элементов, мг/л
А Б В
pH 6,25 5,75 5,65
НСОз 4,88 4,88 9,76
С1 1,75 2,45 2,63
SO4“2 3,76 7,73 2,36
Са-*2 „ +2 Mg 1,20 3,20 2,00
1,44 0,96 1,20
к+ 0,50 1,50 2,60
Na+ 0,65 0,80 0,85
NH* 0,62 0,74 0,50
NO3 2,06 0,56 0,53
Р2°5 0,64 0,57 1,23
о2 2,08 5,28 4,48
С 0,78 1,98 1,68
МпСГ 0,05 0,09 0,10
FeO 0,44 0,48 0,46
Fe2°3 1,28 1,27 1,45
Сухой остаток 12,31 19,87 17,30
Прокаленный остаток 11,47 19,20 16,20
держание гидрокарбонат-иона в лесу с преобладанием ели и
сульфат-иона в мелколиственном лесу с участием дуба, тогда
как концентрация хлор-иона в обоих случаях лишь незначитель-
но увеличивается.
Среди катионов, содержание которых в атмосферных осад-
ках колеблется от 0,50 до 1,44 мг/л, наиболее существенно пос-
- 44-
4-?
ле контакта с растительностью увеличивается содержание Са
и К+ (более чем в два раза), тогда как содержание Na+ повы-
шается незначительно, a Mg+" даже несколько уменьшается.
Таким образом, в результате контакта с древесной расти-
тельностью химический состав осадков существенно трансфор-
мируется. Концентрация веществ в осадках под пологом леса
увеличивается на 5—7 мг/л (см.табл. 1).
По*, наблюдениям, проводимым в Калужской области, в июле
1980 г. выпало 132 мм осадков. Расчеты показали, что с ними
на верхнюю границу изученного ПТК поступило около 15 кг/га
различных веществ, а на поверхность подстилки и почвы с рас-
тительности дополнительно 6,5—10,5 кг/га. Тот факт, что смыв
веществ с поверхности растений сопоставим с их поступлением
в ПТК с осадками, а для некоторых элементов даже превыша-
ет его, подтверждается опубликованными данными. Подтверж-
дается и такой факт, что растения могут поглощать некото-
рые элементы из осадков при их контакте с растением (табл. 2).
Таблица 2
Перемещение питательных веществ
в почву дубового леса в Англии.
Значения первых трех позиций — процент от общего веса
питательных веществ в четвертой строке* (по 61, с. 255)
Азот Jo? Калий' Каль- ций Маг- ний Нат- рий Угле- род
В атмосферных осад- ках, поступающих с поверхности древес- ного яруса 19,1 12,3 , 7,7 17,8 35,0 61,8 2,4
Дополнительно в ре- зультате смыва с по- верхности растений -1Л 25,1 65,1 24,1 35,8 35,3 8,0
С опавшими мертвыми листьями и ветвями 82,3 62,2 27,2 58,1 29,3 2,9 89,6
Общий вес элемента, поступившего в почву, г/м2- ГОД 4,99 0,35 3,86 4,10 1,32 5,72 219,0
* Carfise (et al). Jour. Ecol., 54, 1966, p.87; 55, p.615.
Примечание. Таблица цитируется полностью (61, с.255).
-45-
Наибольшее количество органических веществ возвращает-
ся в почву в лесных и кустарниковых ПТК с опадом и отпадом
а в травянистых — после отмирания растений и превращения их
в ветошь, а затем в подстилку. При детальном изучении функ-
ционирования ПТК необходимо учитывать потребление химичес-
ких элементов животными при поедании растений, дальнейшее
их превращение в телах животных в новые органические соеди-
нения, возвращение их в почву с трупами животных или их
экскрементами и другими выделениями или вовлечение их в
жизненный цикл иными группами организмов (например, хищни-
ками, сапрофагами и др.) на последующих трофических уров-
нях. Исследования этой составляющей биогеоцикла в ПТК толь-
ко начаты.
Следующей важной частью биогеоцикла является разложе-
ние мертвого органического вещества, или мортмасс, под воз-
действием микроорганизмов с выделением химических элемен-
тов и их соединений в атмосферу и почву. Завершающим эта-
пом биогеоцикла можно считать синтез органического вещест-
ва почвы и его распад с выделением химических элементов,
вновь вовлекаемых растениями в биогеоцикл при фотосинтезе
и потреблении зольных элементов.
При изучении биогеоцикла редко удается осуществить пол-
ный и всесторонний охват всех его этапов, что связано как с
трудоемкостью работ, так и с разнообразием растительных со-
обществ. Поэтому существуют графические модели биогеохими-
ческого круговорота в ПТК, предложенные для разных сооб-
ществ. На рис.5 приведены общие схемы биогеоцикла в ПТК
с лесной и травянистой растительностью при геомассовом под-
ходе. В практических исследованиях по этим схемам необхо-
димо измерить каждую из структурно-функциональных частей,
а затем величины перехода из одной части в другую за
интересующий период.
-46-
ФАР
I *ис, 5. Схемы обменных процессов — биогеоцикл — в ПТК с
травянистой (а) и лесной (б) растительностью (по 23, 59)
3. 6. Вертикальные и горизонтальные потоки
вещества и энергии
Сущность взаимосвязей и взаимодействий между частями
НТК состоит в происходящем между ними вещественно-энерге-
тическом обмене, который сопровождается превращениями —
। |>1111< <|><>рмацией — энергии и вещества (34). Вещественно-энер-
- 47-
гетический обмен реализуется в виде потоков, которые были
рассмотрены выше. Потоки вещества и энергии в природных
комплексах имеют разную направленность. Различают верти-
кальные и горизонтальные потоки. Мы знаем, что такое деле-
ние потоков по направлению в известной мере условно, так
как в природе редко встречаются строго вертикальные или го-
ризонтальные перемещения. Обычно перемещение любых ве-
ществ имеет обе эти составляющие, но, как правило, одна из
них преобладает. Именно по преобладанию одной из составляю-
щих и делят потоки на преимущественно вертикальные или го-
ризонтальные.
Потоки вещества и энергии обеспечивают взаимосвязи и
взаимодействие отдельных частей ПТК!располагающихся в оп-
ределенном порядке и образующих функциональную структу-
ру ПТК. Различают вертикальную и горизонтальную струк-
туры природных комплексов. Последняя более известна под
названием морфологическая структура ландшафта.
В общем случае сложность функциональной структуры при-
родного комплекса прямо пропорциональна его рангу. Структу-
ра самого простого комплекса — фации — определяется преиму-
щественно потоками вертикальной системы связей. Горизонталь
ные связи для каждой данной фации внешние, но для урочищ,
местностей и ландшафтов они имеют внутренний характер. Та-
ким образом, при изучении функциональной структуры ландшаф-
тов следует принимать во внимание две системы внутренних
связей: вертикальную — межкомпонентную — и горизонтальную -
межкомплексную.
В целом в физической географии оба типа потоков изуче-
ны достаточно хорошо. В то же время, с точки зрения функци-
онирования ПТК, к настоящему времени лучше изучены верти-
кальные потоки для простейших ПТК - фаций. Эго объясняется
тем, что горизонтальные перемещения вещества в их пределах
имеют второстепенное значение. При рассмотрении функциони-
рования природных комплексов сложного морфологического стро-
ения, по мнению большинства ученых, на первый план выступа-
ет межкомплексная система связей, осуществляемая в основ-
ном горизонтальными потоками вещества и энергии.
В ландшафте, как мы уже знаем, горизонтальные потоки
вещества и энергии имеют первостепенное значение. Несмотря
- 48 -
пн то, что в некоторых науках эти потоки изучены хорошо
(иодные — в гидрологии, воздушные — в метеорологии и т.д.),
создать общую модель функционирования такого сложного ком-
плекса как ландшафт пока трудно. Общая картина потоков в
Полом ясна (например, схема в работе Д.Л.Арманда — 18,с.2О5),
но оценить их количественно, как это сделано для фаций, не
удпотся. Наибольшую трудность здесь представляет изменчи-
HocTi. потоков не только во времени, но и в пространстве. Ес-
ли при изучении функционирования фации расчеты ведутся для
однородной территории, то в ландшафте это осложняется его
мпогоступенным морфологическим строением.
Известен метод комплексной ординации, предложенный и
разработанный В.Б.Сочавой, В.А.Снытко, А.А.Крауклисом и
другими учеными, позволяющий вести сопряженно горизонталь-
ные и вертикальные потоки. Трансект фаций подбирается в на-
пр|цикч1ии потока вещества. Наблюдение за состоянием фаций
и измерение вещества фаций ведется одновременно.
3. 7. Влияние морфологической структуры
ландшафта на потоки и круговороты
Какова роль морфологической структуры в процессах функ-
циони|ювания ландшафта? Ландшафт — иерархически построен-
ии и природная система, включающая территориальные и аква-
льныс комплексы, функционирующие как малые системы в пре-
дол их более крупных систем (10). Соподчиненные природные
Комплексы в большей или меньшей степени связаны потоками
пищоства, без которого их функционирование невозможно. Из-
1н>| тио, что многие ПТК образовались в результате действия
концентрированного направленного потока вещества: конусы вы-
носи, днища балок, поймы рек и т.д. Функционирование малых
Н|)И|юдных комплексов зависит не только от внутренних факто-
ров, по и от крупных ПТК, в состав которых они входят. При-
родные процессы в малых ПТК могут быть разнонаправленны-
ми, с чем, по-видимому, и связана относительная стабильность
||||ц/ПН1к|)та и относительная сбалансированность вещества в
ландшафте в целом.
- 49 -
Немаловажное значение имеет положение отдельных ПТК
в общей системе природных комплексов: одни ПТК занимают
автономную позицию, другие — подчиненную; из одних происхо-
дит вынос вещества, в других — транзит, в третьих — аккуму-
ляция. Но природные территориальные и аквальные комплексы
вместе образуют единую морфологическую структуру ландшаф-
та, единый механизм, регулирующий и направляющий поток
вещества.
Изначальным и стабилизирующим образованием в ландшаф-
те на равнине является литогенная основа. Она, как правило,
генетически едина (в случае двучленного строения — гетероген-
на). На генетически единой основе при поступлении атмосфер-
ных осадков и солнечной энергии формируются биоценозы, свой-
ственные их эволюционному уровню. Поверхность некогда гене-
тически единой геолого-геоморфологической основы с течением
времени изменяется, становится разновысотной, что связано с
тектоническими движениями и денудационными процессами. В
пределах разновысотной поверхности формируются разнонаправ-
ленные потоки вещества и энергии, поддерживающие функцио-
нирование ландшафта. По линейной эрозионной сети происходит
конвергенция вещества, по поверхности водораздельных, осо-
бенно межсетьевых ПТК идет процесс дивергенции вещества.
С потоком вещества перераспределяются и питательные и золь-
ные элементы. Эго приводит к дискретному расположению рас-
тительных сообществ. Исследования показывают (10), что функ-
ционирование ПТК связано не только с составом взаимодейст-
вующих компонентов ландшафта, но и с формой организации
ландшафта — его морфологической структурой. Сравнительное
изучение функционирования ландшафтов с различной морфоло-
гической структурой дает возможность провести их оптимиза-
цию в виде варианта системы природопользования в разных
регионах.
Остановимся на роли морфологической структуры в функ-
ционировании ландшафта на примере Западной Сибири. Здесь
прослежена функциональная роль колков и колочных массивов
в лесостепных ландшафтах. Они выполняют функцию регулято-
ра стока и увлажнения в целом: на более длительное время в
них сохраняется влага влажных периодов, которая в сухие
годы смягчает микроклимат. Подмечено, что на приколочных
-50-
пол их и в тех хозяйствах, где значительные площади заняты
колкими, урожайность и в сухие годы выше. Так элемент
морфологической структуры воздействует на функционирование
не только естественных, но и культурных ПТК.
Соотношение миграции вещества и морфологической струк-
туры ландшафта хорошо прослеживается по перемещению лег-
корпстворимых солей (52). В лесостепи Западной Сибири, где
нпвышена общая гидроморфность ландшафтов и много сточных
и бессточных озер, это проявляется особенно ярко. В зависи-
мости от морфологической структуры потоки могут быть рас-
средоточенными и концентрированно направленными. Например,
н ландшафтах плоских суглинистых равнин с луговыми степями
ни лугово-черноземных почвах и западинами с колками на со-
лодпх морфологическая структура в плане имеет овально-ячеи-
стый рисунок. Основные миграционные потоки здесь направле-
ны к ишадинам и редким котловинам озер, которые являются
центрами аккумуляции вещества, поступающего с водосборов.
I in* •точные озера, как правило, отличаются повышенной мине-
рнли 'алией воды и донных отложений. В этом ландшафте наря-
ду подпой миграцией солей с поверхностным и внутрипочвен-
ным стоком большое значение приобретает воздушный перенос
ПОЛОЙ.
('.В. Викторов, Е.Д. Смирнова и Л.Г. Швидченко (26) пред-
н ш нют при анализе морфологической структуры ландшафтов
нннГ><> выделять те единицы, которые не являются фоновыми
доминпнтами, но оказывают большое влияние на практическую
оценку ландшафтов для сельскохозяйственных, инженерных, рек-
ренционных и других прикладных целей. Авторы называют их
структурными детерминантами, поскольку определяющее значе-
ние этих единиц зависит не от занимаемой площади, а от свое-
обрнчин расположения и структурной контрастности в ландшаф-
те, Вероятно, по аналогии с этим термином можно выделять
1'Н11уьтурно-$днкционалъные детерминанты, т.е. те ПТК, кото-
рые определяют основные потоки вещества и энергии в ланд-
1(|||ф|О.
('лидовательно, урочища округлых западин с плоским
дном, с, озерами и солончаковыми лугами на луговых солонча-
ковых и солончаковатых почвах вокруг них можно считать струк-
I урно-функциональными детерминантами для миграции вещества
— 51 —
в данном виде ландшафта. Эти урочища, обусловливая местные
относительно замкнутые круговороты солей, будут как бы изы-
мать их из регионального круговорота. В целом, подобные ви-
ды ландшафтов вследствие преимущественно местных круго-
воротов и отсутствия миграционных потоков, выносящих ве-
щества за пределы ландшафта, являются регионами континен-
тального соленакопления. Отсутствие транзитных миграционных
потоков через эти территории, существование местных кругово-
ротов и центров аккумуляции определяют своеобразие функцио-
нирования ландшафтов такого вида при контрастной морфологи-
ческой структуре.
Ландшафт другого вида: гривисто-лещинные глинистые рав-
нины с луговыми распаханными степями по гривам на выщело-
ченных черноземах и лугово-болото-солончаковатыми группиров-
ками в сочетании с озерами и займищами по лощинам. Он име.
ет овально-ячеистый и параллельно-лопастной рисунки морфо-
логической структуры. Здесь существуют как местные круго-
вороты, так и миграционные потоки, выходящие за пределы лавд-
шафта. Это возможно потому^что ряд межгривных понижений,
соединяясь в период весеннего стока, дает начало временным
водотокам, которые открываются в речные системы или более
крупные озерные котловины. Наряду с аккумуляцией здесь про-
исходит частичный вынос вещества за пределы ландшафта. След-
ствием этого является местная потеря легкорастворимых со-
лей и меньшая минерализация озер при данной морфологической
структуре.
Структурно-функциональными детерминантами в данном
виде ландшафтов, видимо, следует считать лощины и ложбины,
по которым происходит вынос вещества из ландшафта. Это хо-
роший пример, когда усложнение рисунка морфологической струн
туры ландшафта, иногда даже без увеличения количества уро-
чищ, ведет к более сложной системе миграционных потоков
вещества.
Примером еще более сложной ландшафтной структуры, а
соответственно и миграции вещества, служит третий вид ланд-
шафтов, морфологическая структура которого образована соче-
танием дендрического и овально-ячеистого рисунков. Это эро-
зионные увалистые суглинистые равнины с распаханной луговой
степью на выщелоченных черноземах и березовыми колочными
- 52-
мш'г.ивами на серых лесных почвах. Здесь, помимо описан-
ных, существует система открытых миграционных потоков.Часть
И'1 них начинается в пределах ландшафта и выносит из него ве-
щества, другие потоки — транзитные по отношению к данному
Линдт афту. Открытые миграционные потоки в виде временных
водотоков по оврагам и балкам, а также рек обеспечивают
вынос. легкорастворимых солей из ландшафта. Структурно-функ-
циональными детерминантами в данном случае будут урочища
•»ро'1иопно-балочной сети.
Связь морфологической структуры ландшафта с миграцией
нпщ<х-тва внутри него сложна и часто не прямая, а опосредова-
на рядом других факторов. В то же время несомненно, что она
является одним из главных факторов регулирования потоков.
.5
Глава 4
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЛАНДШАФТА
В РАЗНЫХ СОСТОЯНИЯХ И ЕГО МОДЕЛИРОВАНИЕ
4. 1. Состояния ПТК во времени
и их классификация
Функционирование ландшафта зависит от его состояния у
как было уже упомянуто выше (п. 1.4). Состояние природного
комплекса не имеет четких временных границ, т.е. является
г><viвременной величиной. Поэтому большинство выделенных со-
стояний природных комплексов имеет длительность, совпадаю-
щую с временем существования одного или нескольких процес-
сов, характерных для данного состояния. Выделяемые состоя-
ния ПТК могут наблюдаться в течение различных отрезков вре-
мени: если для одних их длительность изменяется по вполне
оП|1еделенным правилам, то для других это случайная величи-
пц. Примером закономерного изменения длительности мо-
гут служить дневные и ночные состояния. Известно, что
продолжительность дня и ночи изменяется в соответствии с
вращением Земли вокруг Солнца. Противоположным приме-
-53-
ром, когда продолжительность состояния меняется как случай-
ный процесс, служат ветреные, пасмурные, морозные и
другие мете о со стояния.
Исключение из этого правила лишь два состояния — су-
точные и годичные. Они имеют строго фиксированную про-
должительность во времени и определены особенностями Зем-
ли как планеты Солнечной системы. Их длительность опреде-
ляется вращением планеты вокруг своей оси и вокруг Солнца,
скорость которых остается практически неизменной.
Таким образом, может быть выделено множество состоя-
ний природных территориальных комплексов. Классифицировать
их можно по тому входному воздействию (процессу), которое
вызывает данное состояние ПТК. Такие классификации раз-
рабатываются и их может быть несколько: по длительности
проявления, характеру входного воздействия (одного или не-
скольких процессов), особенностям выходных функций или ре-
зультатам функционирования в данное состояние и по другим
параметрам.
Детальная классификация состояний ПТК по их длительно-
сти предложена Н.Л.Беручашвили (22). Как можно видеть из
рис.6, выделяется около' 10 конкретных состояний ПТК или их
групп. Характерными примерами группы состояний служат ме-
теосостояния и состояния, связанные с сукцессиями раститель-
ности. В данной классификации приводятся не все состояния,
так как их выявление и изучение продолжается.
Разработка классификаций по другим состояниям ПТК
сдерживается недостаточной их изученностью.
Для суточных состояний фаций, или степсов, разработана
дробная классификация (23). Наиболее крупные классификацион-
ные единицы названы классами стексов и выделяются по
характеру входных воздействий. Выделено четыре класса
стексов:
солярные — с превалирующей ролью трансформации сол-
нечной энергии;
гидрогенные — обусловленные особенностями влагообо-
рота;
гравигенные — связанные с потоками гравигенного ха-
рактера;
катастрофические — прочие стексы, возникающие при
катастрофических явлениях (пирогенных и др.).
-54-
сек мин час с\т мес год 10 100 10000 лет
(показаны условно)
Для некоторых классов выделяются подклассы. С учетом вы-
ходных функций выделяются иииы степсов. Принципы клас-
сификации типов стексов на подтипы, роды и виды приведены
в уже упомянутой работе (23).
4. 2. Функционирование при кратковременных
состояниях
В приведенной выше классификации по длительности крат-
ковременные состояния ПТК продолжаются от нескольких ми-
нут до суток. Один из важнейших природных процессов внутри
суток — смена дня и ночи, что определяет ритмичность по-
ступления солнечной энергии в ПТК. В зависимости от того,
получает ли природный комплекс солнечную энергию или, на-
оборот, теряет тепло, или эти составляющие трансформации
солнечной энергии близки к нулю, выделяются дневное, вечер-
нее, ночное и утреннее состояния ПТК. Основные различия
в функционировании этих состояний будут выра-
жаться в изменениях составлявших трансформации солнечной
энергии и, как результат, в изменениях тесно связанных с
ними влагооборота и биогеоцикла. Эго такие природные про-
цессы, как, например, образование росы, тумана, изменений в
испарении и транспирации.
Дневные, ночные и другие состояния имеют разную дли-
тельность в зависимости от широты, на которой расположен
ПТК, а также от времени года. Как известно, в Москве, на-
пример, продолжительность дня (от восхода до захода солнца)
меняется в течение года от 7 до 17 часов 30 минут,
тогда как в полярных широтах в летний период дега> может
продолжаться круглые сутки. Соответственно меняется и про-
должительность других частей суток.
В течение суток могут наблюдаться и другие процессы,
которые влияют на функционирование ПТК и вызывают новые
их состояния. Наиболее изменчивы условия облачности. Они
во многом определяют количество поступающей солнечной ра-
диации. По этой причине выделяют аэросостояния, продол-
жительность которых колеблется от нескольких минут
до нескольких часов. Состояния ПТК, связанные
с изменением диска солнца при переменной об-
-56-
лачности,называют гешталътатами). Основное различие меж-
ду этими состояниями — повышение интенсивности фотосинтеза,
трансцирации и температуры воздуха в ПТК при сильном солн-
це (0 , и ее понижение при затенении его облаком: так чере-
дуются пасмурные и солнечные состояния ПТК.
Помимо аэросостояний в течение суток могут наблюдать-
ся и другие, связанные с изменениями погоды,— с дождем, сне-
гом, сильным ветром и другими явлениями, продолжительность
которых различна. Поскольку в основном они зависят от метео-
условий, их называют метеосостояниями. Некоторые метео-
состояния продолжаются более суток (иногда дождь, снег мо-
гут идти неделю), поэтому возникает вопрос о их классифика-
ционной принадлежности, т.е. можно ли считать их кратковре-
менными. По-видимому, входные воздействия одного типа мо-
гут приводить к разным состояниям ПТК в зависимости от их
продолжительности, так как вызывают разные выходные функ-
ции. Состояние с дождем, продолжающимся несколько дней,
следует относить к одному из средневременных состояний —
циркуляционному.
Для некоторых ПТК можно выделить и другие специфич-
ные внутрисуточные состояния с соответствующим функциони-
рованием. В склоновых комплексах, например, часто отмечает-
ся в течение суток максимальное развитие осыпных процессов.
Однако важно отметить, что в подавляющем большинстве слу-
чаев внутрисуточное функционирование изменяется в сравни-
тельно небольших масштабах, часто захватывая только некото-
рую часть потоков или круговоротов. Значительно реже проис-
ходит при кратковременных состояниях радикальная перестрой-
ка всего механизма функционирования ПТК. Эго случается лишь
при катастрофических явлениях: наводнениях, ураганах, пожа-
рах, оползнях и т.д.
4. 3. Суточное функционирование ПТК
и циркуляционные состояния
Суточный цикл, вызванный вращением Земли вокруг сво-
ей оси, хорошо выражен в очень многих природных процессах,
особенно биологических. Поскольку скорость вращения Земли
остается практически постоянной, то суточное состояние ПТК
- 57-
имеет строго фиксированную продолжительность — 24 часа 3 ми-
нуты 56,55 секунд звездного времени (средние солнечные сут-
ки), хотя она и колеблется в течение года. Вероятно, благода-
ря этому обстоятельству суточные состояния ПТК оказались
к настоящему времени наиболее изученными.
Эти суточные состояния структуры и функционирования
ПТК, связанные с сезонной ритмикой, погодными условиями и
динамической тенденцией развития, применительно к наимень-
шему природному комплексу — фации - было предложено Н.Л.Бе-
ручашвили называть степсами (2).
Стексы всесторонне изучены на Марткопском стационаре
ТГУ. Разработана их классификация (см. п.4.1.), изучено
функционирование ПТК в разные стексы и предложены их гра-
фические модели (2). Это позволяет нам не останавливаться
на них подробнее.
Природные процессы, длительность которых превышает сут-
ки, но имеет разную продолжительность, также могут опреде-
лять специфичное функционирование ПТК и выражаться в осо-
бых состояниях природных комплексов. Одними -из наиболее ха-
рактерных средневременных являются циркуляционные со-
стояния. Их назвали так в связи с тем, что изменение погод-
ных условий,приводящих к перестройке функционирования ПТК,
обычно зависит от циркуляционных процессов в атмосфере:
смена воздушных масс на определенной территории приводит
к возникновению таких явлений, как атмосферные фронты,
осадки, туманы, ветры и т.д.
В самом общем виде можно сказать, что циркуляционные
состояния ПТК определяются воздушной массой, которая нахо-
дится или перемещается через природный комплекс. Нельзя не
отметить, что быстрая смена воздушных масс (не менее трех
в сутки) может и не привести к смене циркуляционных состоя-
ний, так как за это время не успеет в полной мере изменить-
ся функционирование ПТК. В то же время, при длительном
"стоянии" одной воздушной массы в природном комплексе мо-
жет произойти смена характера функционирования, а следова-
тельно, и самого состояния ПТК, например, может быть дли-
тельное иссушение почвы, что вызовет прекращение роста
растительности или ее полное отмирание.
- 58 -
4. 4. Внутригодовые фазы
функционирования ПТК
Очевидно, что многие состояния можно рассматривать и
как самостоятельные и как комбинации вполне определенных
более коротких состояний. Состояния ПТК, длящиеся от не-
скольких недель до одного-двух месяцев, были хорошо исследо-
ваны на Чуноярском стационаре в приангарской тайге сотруд-
никами* Института географии СО АН СССР (8) и названы фа-
нами годового цикла.
На базе этих исследований были выделены следующие во-
семь фаз состояний фаций (рис. 7):
1) ранневесенняя (конец марта — конец мая) - смена от-
рицательных температур воздуха положительными, снеготаяние,
первый максимум миграции животных и предвегетационные про-
ц<“ссы в растительности;
2) поздневесенняя (конец мая — середина июня) — окон-
чание заморозков и оттаивание почвы, максимальная актив-
ность флквиальных и гидротермических процессов рельефооб-
разования, промачивание почвы, формирование летнезеленой
части растительности и активизация почвенных животных;
3) летняя (середина июня — конец июля) — устойчивая
высокая температура воздуха и прогревание почвы, максималь-
ная напряженность процессов роста, расхода элементов мине-
рального питания и почвенной влаги, интенсивное поедание рас-
тений животными и разложение органической массы;
4) позднелетняя (конец июля — конец августа) — спад
температуры воздуха и максимальный прогрев почвы, прекра-
щение роста растений, начало перестройки биоты к перенесе-
нию холодного периода;
5) осенняя (конец августа — начало октября) — период
заморозков,отмирание летнезеленой части растительности, вто-
рой максимум миграции животных;
6) предзимняя (начало октября - начало ноября) — сме-
на положительных температур воздуха отрицательными, форми-
рование снежного покрова, завершение активной жизнедеятель-
ности биоты;
7) зимняя (начало ноября - начало марта) — выхолажи-
вание воздуха (безоттепельный период) и промерзание поч-
- 59 -
Рис. 7. Сезонные состояния таежных фаций (8).
Фазы: 1 — ранневесенняя; 2 — поздневесенняя; 3 — летняя;
4 — позднелетняя; 5 — осенняя; 6 — предзимняя; 7 — зимняя;
8 — позднезимняя. Термические периоды: а — без отрицатель-
ных температур;- б — смены положительных температур отри-
цательными; в — без положительных температур; г — смены
отрицательных температур положительными. Дни солнцестоя-
ния: Л — летнего; О — осеннего; 3 — зимнего? В — весенне-
го. Месяцы: 1-Й1
вы, снегонакопление, пассивное состояние биоты;
8) позднезимняя (начало марта — конец марта) — на-
ступление умеренной продолжительности светлой части суток
и резкое возрастание инсоляции, устойчивое повышение тем-
пературы воздуха и минимальное количество тепла в почве,
начало перестройки биоты к активному существованию.
Названия этих фаз показывают, что они являются состав-
ляющими еще более длительных отрезков года — сезонов.Сме-
на сезонов вызывает изменение процессов функционирования
НТК. Особенно много сведений о сезонах года собрано фено-
логами (50, 54, 58 и др.). Собственно ландшафтных исследова-
ний, направленных на изучение функционирования природных
комплексов по сезонам, еще очень мало.
Поведение стационарных и полустационарных исследова-
ний природных процессов в ландшафтах позволило выделить в
течение года и другие фазы. Например, по результатам полу-
стационарных исследований состояния ПТК в бассейне средне-
го течения р.Протвы (Калужская область) в годовом цикле
функционирования ландшафта выделено три важнейших фазы(13):
1) относительного биотического покоя с очень замед-
ленным распадом органического вещества (середина нояб-
ря — конец марта). В это время в регионе промерзает почва,
образуется ледовый покров на водоемах, повсюду лежит снеж-
ный покров. Переход в следующую фазу знаменуется интенсив-
ным снеготаянием и поверхностным стоком талых вод по ло-
вим, балкам, оврагам, половодьем р. Протвы с выходом вод
нн поверхность поймы;
2) активного биологического круговорота веществ
(начало апреля - конец августа) с накоплением живого вещест-
нн и связанного с этим минеральным круговоротом веществ и
гизо- и водообменом с поглощением солнечной энергии, про-
цессом интенсивного разложения мертвого вещества (при ак-
тивнейшем участии микроорганизмов) с выделением энергии, с
носледущим превращением его в почве. В згу фазу выпадает
наибольшее количество атмосферных осадков, почти не даю-
щих поверхностного стока и расходуемых на физическое испа-
рение, транспирацию и частичное промачивание почвы;
3) накопления мертвого органического вещества и
атмосферной влаги в почве (сентябрь - середина ноября).
В эту фазу происходит влагозаряд почвы и почвообразующих
народ, обеспечивается промывной режим развития местных
дорново-подзолистых почв междуречий, долинного завдра и над-
пойменных террас.
Таким образом, функционирование ландшафтов описывае-
мого района протекает в трех фазах. Отмечают, что в Под-
. -61-
московье прослеживаются все восемь временных этапов — фаз
(см.рис.7), установленных А.А. Крауклисом. Авторы предлагают
закрепить за ними понятие сезонных ритмов ландшафта, а не
фаз, так как фаза должна иметь более завершенный ход про-
цессов (накопление снежного покрова и его разрушение, нача-
ло вегетации растительного покрова, завершение его и т.д.),
хотя ряд подсезонов и, особенно, сезонов года (судя по тем-
пературному режиму и развитию криогенных процессов) доста-
точно четко ограничены определенным отрезком времени. Хоро
шо фиксируются сезоны феноиндикаторами ландшафта и миг-
рацией птиц. Быть может, целесообразно было бы оставить за
этими традиционно установленными сезонными ритмами при-
роды их собственные названия — подсезон и сезон года, а
не именовать их фазами, как это предлагает А.А. Крауклис (8).
4. 5. Годичное функционирование
Четко фиксированным во времени состоянием природных
комплексов можно считать годичный цикл. Он,как и суточ-
ный, определяется планетарными причинами и связан с обраще-
нием Земли вокруг Солнца. Тропический год, как известно, ра-
вен 365 суткам 5 часам 48 минутам и 46 секундам среднего !
солнечного времени. Годичный цикл является рубежом, отделяю-
щим средневременные состояния от длительновременных (см.
рис. 6).
По-видимому, выделение этих двух фиксированных во вре-
мени состояний — суточных и годовых - может вызвать впол-
не справедливые возражения, так как при этом вынужденно
"разрываются такие не менее важные состояния, как ночные
и зимние. На наш взгляд, выделение этих состояний в
современных временных границах (00 часов и 1 января),
оправдано лишь из чисто практических соображений. Но по-
скольку сейчас вся практическая деятельность человека про-
ходит в установившейся системе отсчета времени — сутки кон-
чаются и начинаются в ночное время, а год — в зимнее вре-
мя,— необходимо с этим считаться.
В то же время, известны и другие системы отсчета вре-
мени, проявляющиеся в существовании различных календарей.
Сейчас практически во всем мире пользуются Григорианским
-62-
календарем, но известно существование лунных, лунно-солнеч-
ных, солнечных, юлианского, древнерусского и других кален-
дарей. По некоторым из них год может начинаться и заканчи-
ваться в другие сезоны года. Например, весной в древнерус-
ском календаре (с 1 марта), поздней зимой (с 20 января по
20 февраля) в ряде стран Дальнего Востока. Мы знаем, что
существует гидрологический год, начинающийся в осенние ме-
сяцы (1 октября или 1 ноября).
Можно поэтому вести дискуссии о наиболее точном мо-
менте начала отсчета суток и года, а также о их разной дли-
тельности с учетом наиболее приемлемых периодов изучения
функционирования ПТК в течение этих отрезков времени. Их
рубежное положение и важность для практической деятельнос-
ти человека не вызывает сомнений.
Исследователи .выделяют сухие и холодные, теплые и
влажные годы и их повторяемость. Однако весьма характерно,
чго для большинства параметров структуры и функционирова-
ния ПТК различия между годичными состояниями значитель-
но меньше, чем для сезонных, внутрисезонных и суточных.
4. 6. Процессы функционирования
при длительновременных состояниях
Функционирование природных территориальных комплексов
н состояниях продолжительностью более одного года изучено
лишь в самом общем виде. Количественные характеристики, как
правило, вычисляются лишь для отдельных параметров, что
позволяет определить ход только этих процессов. Например,
‘п о могут быть климатические циклы, где прослеживаются ко-
лебания увлажненности и изменения температуры воздуха: та-
кие 11-летние и 90-летние циклы известны (60, 65). Климатиче-
ские циклы вызывают изменения в ходе элементарных процес-
сов функционирования: в выходе фитомассы, в стоке и пр.
Различают другие длительновременные состояния, напри-
мер, возрастные и дигрессионно-демутационные, связанные с
воздействием антропогенных факторов и естественной динами-
кой растительности (25). Эти биогенные состояния ПТК мо-
гут продолжаться от нескольких лет до десятков и даже пер- »
пых сотен лет. По оценкам А.А. Крауклиса (8),в темнохвойной
-63-
тайге можно выделить три типа переменных состояний фаций
активизация — отсутствие древостоев или господство в них
мелколиственных пород; нормализация — спелые древостои;
стагнация — распадающиеся крупнолесья и мелколесья. Каж-
дое такое состояние длится приблизительно 40—50 лет.
Сравнительно короткий период существования сети физико.
географических стационаров еще не позволяет выделить и опи-
сать другие длительновременные состояния ПТК. По-видимому,
изучение их может явиться одной из важнейших задач дальней-
шей работы таких стационаров, что весьма важно для прогно-
зирования развития ПТК.
4. 7. Моделирование функционирования ПТК
При изучении процессов функционирования моделирование
имеет особенно важное значение. Это объясняется сложностью
связей между различными процессами функционирования, их
разнообразием, порядком протекания, длительностью действия
и пр.
Как отмечает В.Б.Сочава "...моделирование геосистем
как функциональных единств имеет приоритет" (12, с.51). При
этом он ссылается на модель геосистемы, опубликованной
Г.Рихтером в 1968 г. в ГДР. Эго модель элементарного ПТК
(геокомплекса), в которой предпринята попытка всесторонне
охарактеризовать функционирование природного комплекса, при-
водятся все возможные и предполагаемые функциональные за-
висимости. Однако В.Б.Сочава подчеркивает нереальность это-
го замысла: невозможно в одной, даже самой подробной,моде-
ли описать все особенности функционирования.
Вторым аналогичным примером попытки создания геогра-
фической модели ПТК с показом всех взаимодействий между
его компонентами является "Схема взаимосвязей равнинного
ландшафта в умеренном поясе" Д.Л. Арманда (18, с. 205).
Эти две модели,несмотря на их сложность, могут быть
полезны для понимания общего хода процессов в природном
комплексе*. Вероятно, есть и другие графические модели при-
* Модели не приводятся в пособии из-за их больших размеров.
Реком^ен^ется знакомство с ними по указанным монографи-
-64 —
родных комплексов, которые ученые пытаются сделать
исчерпывающими.
Поскольку одной, даже самой обширной,моделью невоз-
можно показать всю сложность функционирования ПТК, напра-
шивается вывод, что необходим комплекс моделей или програм-
мп моделирования. Возможно это будет серия сопряженных мо-
делей, когда одна дополняет другую, что позволит представить
полную картину строения и функционирования природного ком-
плекса, а также перспектив его использования в целях опти-
мизации.
Для элементарных ПТК наиболее часто составляются функ-
ционально-компонентные модели (по 12). Эти модели пока-
•ыпают все потоки вещества и энергии в фациях. Для сложно
устроенных ПТК функционально-компонентных моделей практи-
чески нет, -но, по-видимому, необходимо составлять такие мо-
дели для ПТК всех рангов. В качестве примера можно наз-
вать модель функционирования одной из фаций Марткопского
стационара (2).
Другая большая группа моделей призвана отобразить функ-
циональную роль ПТК низкого ранга в сложно устроенных ком-
плексах — функционаЛъно-геомерные модели (12). Эти мо-
дели могут рассматриваться как следующая ступень познания
функционирования более значительных по размерам и высоких
по рангу природных комплексов, образованных закономерным
сочетанием элементарных и простых ПТК. Но модели этой
группы разработаны еще недостаточно.
Возможно составление и других видов моделей ПТК, от-
ражающих особенности их функционирования в разные состоя-
нии. Одним из наиболее известных примеров нетиповой графи-
ческой модели является изображение сезонного состояния та-
ежпых фаций, составленное А.А.Крауклисом (8, см.рис.7).
В.А.Снытко (55) была предложена серия пространственно-
временных моделей фаций, в которых показывается изменчи-
вость отдельных параметров функционирования во времени и
пространстве, в частности,запасов фитомассы, динамики поч-
щчшой влаги, запасов углекислоты и пр. Модели Снытко были
построены по материалам Харанорского степного стационара
пп юго-востоке Забайкалья (рис. 8).
-65-
Рис. 8. Пространственно-временные модели надземной фитомас-
сы по полигону-трансекту Харанорского стационара (55):
а —зеленая фитомасса; б — степной войлок; в - общие за-
пасы. Топохроноизоплетами показаны запасы фитомассы, ц/га.
I-VI - фации
— об —
Глава 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ОПТИМИЗАЦИИ ЛАНДШАФТОВ
5. 1. Функционирование и оптимизация ландшафтов
Под оптимизацией ландшафта понимается избрание наилуч-
шего варианта путей использования природного потенциала ланд-
шафта без резкого нарушения межкомпонентных связей и миг-
рационных потоков, обеспечивающих его функционирование. До-
пустимо лишь некоторое изменение взаимосвязей компонентов,
но до такого минимально возможного предела, который еще
обеспечивает ресурсовозобновление и поддержание природной
среды для жизни и деятельности человека.
Географические исследования в целях более оптимального
и рационального использования природных ресурсов велись от-
дельными учеными целенаправленно еще в прошлом веке.
В аспекте обсуждаемой проблемы интересное наследие мы
получили от отечественных ученых конца XIX —начала XX вв.
Среди них широко известны труды В.В.Докучаева, А.И.Воейко-
ва, Г.Н. Высоцкого и других.
В.В.Докучаев — минеролог, почвовед, географ —открыл за-
коны географической зональности и создал учение о зонах при-
роды. С большой заботой о природе• степей им выполнен ряд
глубоких исследований по анализу ведения земледелия (5 и др.),
по поиску мер борьбы с засухой и суховеями, резко снижающи-
ми урожаи, предложено создание в степи лесных полос. При
участии В<В. Докучаева были спроектированы лесные полосы в Ка-
менной степи, которые явились моделью для разработки и про-
ектирования полезащитного лесонасаждения, осуществленного в
основном в 40-х—начале 50-х годов нашего века в степях и
лесостепях Восточно-Европейской равнины.
Климатолог и географ А.И.Воейков посвятил многие ра-
боты вопросам "земельных улучшений" (4). Под последним он
понимал не только сельскохозяйственные земли, но и лесное
и водное дело. АЛ.Воейков был географом широкого профиля.
Его интересовали и такие вопросы, как, например, заселение
- 67 -
Севера европейской часта страны. Пути заселения он связы-
вал с рациональным использованием лесных, земельных и осо-
бенно луговых ресурсов как базы животноводства на Севере.
Среди его публикаций есть работы, посвященные хлопководст-
ву, разведению в России чая, осушению земель Полесья и
орошению пустынь. Классическими районами орошаемого зем-
леделия он считал Среднюю Азию и Восточное Закавказье. Ана-
лизируя возможности природы степей, он высказывался против
орошения черноземов и предлагал для пополнения влаги практи-
ковать снегозадержание, однако считал возможным орошать
пойменные земли, которым свойственно периодическое затопле-
ние полыми водами. Необходимо заметить, в наше время ста-
ло известно, что черноземы при избыточном поливе приобрета-
ют слитость структуры за счет новообразования глин и колло-
идных фракций в почве. При неглубоком (2,5—3,0 м) расположе-
нии грунтовых вод может возникнуть солонцеватость почв, по-
высится их щелочность (7). Все это ограничивает плодородие
черноземов, которые трансформируются в антропогенную их
модификацию, требующую новых затрат на дренаж и другие
приемы мелиорации.
Для прекращения роста оврагов, схода селей и лавин
А.И.Воейков рекомендовал сохранять целостность растительно-
го покрова или стимулирование его развития. Материалистичес-
кое восприятие природы, ее целостности, глубокий географиче-
ский анализ последствий воздействия человека на природу по-
зволили ему, опережая свое время, определить важные пути
оптимизации природной среды, качественно выявить меру воз-
действия человека на природу. А.И. Воейков писал, что чело-
век может оказать большое влияние на: " 1) сыпучие тела
(сдерживание развевания песков, например, — А.М.), 2) внутрен-
ние воды, 3) растительность, наконец, 4) общие физико-геогра-
фические условия или облик земли" (4, с.41). Главным сред-
ством воздействия в деле улучшения природы он считал рас-
тительный покров и воды, тем самым подчеркивая, что управ-
лять физико-географическими процессами и снимать излишнюю
перегрузку с природных комплексов можно путем воздействия
на природу через растительный покров и увлажнение или осу-
шение; почвы. Воейков видел возможность воздействовать на
природу посредством главным образом растительного покрова
и влаги. Эти два макропроцесса функционирования (сказали бы
мы теперь) — биологический круговорот и влагооборот — в со-
стоянии влиять на процессы тепло- и влагообмена ПТК с ат-
мосферой и сопряженными геогоризонтами и геокомплексами.
Непрерывные потоки и круговороты вещества и энергии
претерпевают в ландшафте весьма различные изменения. Если
в одних случаях они несущественны или слабо заметны, то в
других «они столь велики, что позволяют говорить об образова-
нии новых веществ в ландшафте, накоплении в нем энергии,
или ее коренном преобразовании и расходовании. Велика роль
при этом живого вещества.
Хорошо известно, что в природном комплексе претерпева-
ют изменения или приобретают какие-либо новые свойства, ста-
новятся своеобразными и характерными именно для этого ти-
па комплекса практически все компоненты ПТК. Даже такие
мобильные-из них,как воздух и воды, сравнительно быстро
сменяющиеся в ландшафте, приобретают специфические черты.
Происходит это в результате процессов обмена и трансформа-
ции вещества и энергии при функционировании ландшафта. Мно-
гие эти процессы протекают при участии живого вещества,
поэтому они свойственны исключительно ландшафтной сфере
с четким проявлением зональной дифференциации геокомплек-
сов, лишь осложненной литолого-геоморфологической основой.
Миграционные потоки, их объемы и качество изменяются
в пространстве. Так, воды тайги отличаются повышенным со-
держанием органических кислот, они кислые или слабо кислые
(pH 4-6), слабо минерализованы (сумма ионов 100-200 мг/л)
с‘ повышенным содержанием органоминеральных форм железа.
Воды степных рек отличаются высоким содержанием иона каль-
ция, поэтому они жесткие (pH 8 и выше), а минерализация вод
достигает по сумме растворенных веществ 400—600 мг/л. Эго
позволило А.И.Перельману выделить по особенностям водной
миграции классы геохимических ландшафтов. В соседних ПТК
различаются атмосферный воздух по физическим и химическим
свойствам, зольность типичных растений, запас фитомассы,
ежегодная продукция и т.д.
Таким образом, можно считать, что природные территори-
альные комплексы в процессе своего функционирования непре-
рывно воспроизводят вещества с новыми свойствами при раз-
-69 -
ных скоростях превращений в зависимости от условий среды.
Новые вещества, возникающие в процессе функционирования,
названы сингенетичными образованиями ландшафта (10). К та-
ковым относятся торф, сапропель, почвы, соли и другие ве-
щества.
Каждый тип ландшафта существует в определенных гидро-
термических условиях, что приводит к образованию в нем спе-
цифичных "продуктов” функционированияt или сингенетич-
ных образований (табл. 3).
Способность лавдшафтов в процессе функционирования
воспроизводить или трансформировать свои компоненты с осо-
быми, присущими именно для этого ландшафта свойствами или
даже стимулировать возникновение новых веществ в определен-
ных количествах человек издавна использует в своей деятельности.
Так, например, в результате функционирования ПТК с сосновыми
лесами в них образуется воздух с запахом смолы, обилием фи-
тонцидов, что используется в лечебно-оздоровительных целях.
Хорошо известна способность различных ландшафтов произво-
дить определенное количество ежегодной биологической продук-
ции, что также издавна используется человеком в хозяйстве.
Примеры можно продолжить.
В процессе своей хозяйственной деятельности человек час-
то стремится заставить природный комплекс работать как не-
кую' "машину" для производства какого-либо определенного про-
дукта, т.е. человек использует механизм функционирования
ПТК в своих хозяйственных или других интересах. При этом
используются разные пути оптимизации структуры и функций
ландшафта, направленные на повышение выхода нужного про-
дукта. Но в природном комплексе могут возникать и вредные
для человека в данном месте вещества,и тогда механизм функ-
ционирования ПТК должен быть изменен так, чтобы уменьшить
их выход. Эти мероприятия по усилению одних сторон функцио-
нирования природного территориального комплекса и ослабле-
нию других, т.е. нахождение максимума или минимума той
или иной функции ландшафта — главная цель оптимизации.
Оптимизация ландшафта в значительной мере — процесс
социальный. Прежде чем проектировать оптимизацию, следует
згать,что должен и что может дать обществу конкретный ланд-
шафт или отдельный его участок. Что должно быть в конкрет-
-70 -
ном месте — поле или воссоздан лес, построен город, сана-
торий или отдельное предприятие? Задачи и методы оптимиза-
ции ландшафта необходимо задавать при любом использовании
территории. Оптимизация природной среды должна стать одной
из важнейших комплексных проблем науки. По существу она
смыкается с проблемой взаимоотношения общества и природы.
•
5. 2. Принципы оптимизации ландшафта
Существует несколько взглядов на принципы оптимизации
ландшафта. Принцип сотворчества человека с природой, заклю-
чающийся в использовании и оптимизации тенденций развития
природы и ее режимов, выдвинул В.Б.Сочава (12). А.Г. Исачен-
ко отмечает, что "...основной принцип оптимизации природ-
ной среды (геосистем) состоит в использовании и оптимизации
возможностей и тенденций, заложенных в самой природе" (6,
с. 158). Он предложил различать три основных направления в
оптимизации геосистем (ПТК).
1. Полная консервация или сохранение естественного ре-
жима (заповедники).
2. "Строго регламентированное, преимущественно экстен-
сивное использование в сочетании с мерами, направленными на
поддержание природного равновесия в ландшафте" (там же, с. 159).
В качестве примера им приводится регулируемое лесопользова-
ние с рубками в пределах годичного прироста, культурные пас-
тбища.
3. Активное преобразовательное воздействие на ландшафт,
но в пределах допускаемых возможностей. Ландшафт в. любом
случае остается лишь модификацией коренного природного ланд-
шафта; человек поддерживает природно-антропогенное равнове-
сие.
По нашему мнению, полную консервацию природных ком-
плексов вряд ли можно считать направлением в оптимизации
ландшафта, так как последняя предполагает направленное из-
менение его функционирования. Иначе в чем же будет заклю-
чаться оптимизация, если в ПТК ничего не изменим? Эго не
значит, что консервация ландшафтов не нужна и все ПТК не-
обходимо изменить. Консервация, например, нужна в заповед-
-71 -
Гидротермические условия и результаты функциониро
Тип ландшафта Гидротермические показатели
суммы среднесуточ ных темпе- ратур воз- духа выше КРс средне- .годовое количество осадков, мм суммарная радиации ккал/см • год радиацион-
ный ивдекс сухости по Будыко
Пустынно-арктИ' ческий — 200-600 60 0,0-0,2
Тундровый 300 200-600 60-80 0,2—0,4
Мерзлотно-таеж- ный 300-1000 400-600 75-90 0,4-0,6
Таежный 1000-2000 500-800 75-100 0,6-0,8
Широколиственно- лесной 2000-2500 500-800 80-100 0,8-1,0
Степной 2200-3500 300-500 100-120 1,0-2,0
Пустынный 3000-5000 150-250 120-160 >3,0
Субтропический влажнолесной 3500-5000 1000-3000 110-130 0,8-1,0
— 72 —
Таблица 3
вания основных типов равнинных ландшафтов СССР
Параметры функционирования
фитомасса, т/га • ежегодная продукция, т/га зольность типичных растении, °/ /о минерали- зация вод речного стока, мг,/л наиболее характерные сингенетичные образо- вания в ландшафте
<5 <1 2,5-6,0 не опр. Мерзлотный элювий,соли
5-50 1-3 1,5-2,0 20-50 Суглинистый элювий с глеевыми горизонтами, льдастые грунты
100-200 100-400 4-5 5-10 не опр. 2-4 200-300 100-200 Щебенистый и выщело- ченный элювий, торф, сапропель, железисто-марганцо- вистые конкреции и др.
250-500 10-15 4-6 300-400 Некоторое накопле- ние гумуса и преи- мущественно низин- ного торфа, выщело- ченный элювий
10-35 5-15 5-10 500-800 Окарбо каченный элювий, гумус, карбонатные илы, соли, степной войлок и др.
1-10 1-5 10-20 >1000 Легкорастворимые соли
400-600 10-20 не опр. 200-500 Выщелоченные коры выветривания, мигра- ция кремнекислых образований, накоп- ление кремния в растениях
-73-
никах и некоторых экологически необходимых случаях. В стро-
гом регламентированном природопользовании нуждаются мало
устойчивые ландшафты (например, все горные ландшафты, ланд-
шафты тундры, сформированные при неглубоком залегании веч-
ной мерзлоты).
Многие географы возражают и против подхода к проблеме
оптимизации с позиции "пантехнизма" и замены природных ланд-
шафтов искусственной средой. Эго допустимо лишь на ограни-
ченных участках (город, промышленный массив, железнодорож-
ная станция, завод и т.п.), которые вписываются в фон естест-
венных ландшафтов.
Основные направления в оптимизации ландшафта долж-
ны различаться по цели, способу оптимизации и глубине воз-
действия. При этом среди главных каналов воздействия на
функционирование ПТК следует назвать:
1. Изменение структуры комплекса. Причем, если для ПТК
низшего ранга это будет в основном изменение внутренней
структуры, то для ПТК многоступенного строения возможно из-
менение и морфологической структуры.
2. Допустимое! регулирование потоков и круговоротов ве-
щества в природном комплексе. Причем в условиях фации ре-
гулируются в основном вертикальные потоки, а в урочищах,
местностях, ландшафтах, кроме того, и горизонтальные по-
токи.
Изучая глубину воздействия,следует различать ПТК по
степени изменения их структуры, а также по количеству пото-
ков и их режиму и объему, балансу вещества, изменившихся в
результате воздействия.
5. 3. Изменение структуры ПТК
Структура ПТК неразрывна с процессами функционирова-
ния, поэтому она может служить каналом их оптимизации. Как
отмечалось, для фаций оптимизация структуры связана с изме-
нением соотношения и взаиморасположения ее составляющих:
элементарных структурно-функциональных частей, или геомасс
и геогоризонтов. Этим достигается изменение функционирова-
ния ПТК в целом. Так, введение в комплекс новых растений,
— 74 —
например, посадка кустарников под пологом деревьев, корен-
ным образом меняет его надземную структуру (появляются но-
вые геомассы и геогоризонты), чтц как правило, ведет к из-
менению биогеоцикла, увеличивая запас фитомассы. Можно
привести многочисленные примеры изменения количества дру-
гих геомасс, приводящих к изменению функционирования. Осо-
бенно часто изменяют влагозапасы (гидромассы): при поливе
и орошении, различных агротехнических мероприятиях и т.д.
Так, для увеличения запасов влаги часто проводят зимнюю па-
хоту — изменяют структуру снежного покрова и, тем самым,
создают условия для накопления влаги в почве в большем ко-
личестве.
Оптимизация структуры сложных ПТК обычно ведется че-
рез изменение в соотношениях угодий в ПТК, количества и
расположения их в пределах морфологических частей. При этом
дифференцированно изменяются главным образом горизонталь-
ные потоки вещества и энергии. В таком случае ландшафт из
природного превращается в природно-антропогенный, часто в та-
ком ландшафте создается своя морфологическая структура, от-
личающаяся от естественной: местность приобретает монотон-
ный характер, когда исчезают малые комплексы (например, за-
пахиваются ложбины, засыпаются овраги, появляются валы от-
пашки и пр.); усложняются формы рельефа в результате гор-
ных разработок, прорытия канав, создания карьеров и т.п. С
изменением морфологической структуры изменяются и потоки
вещества. В зависимости от целей оптимизации способы ее
достижения могут быть различными в пространстве. Как под-
черкивает А.Г.Исаченко: "Первейший принцип организации тер-
ритории состоит в том, что это мероприятие должно быть
строго дифференцировано по типам и видам ландшафтов, т.е.
с учетом их зональных и азональных особенностей, а также
индивидуальной специфики каждого ландшафта" (6, с. 164).
В планировании землепользования специалисту помогают
знания структуры ландшафта и процессов его функционирова-
ния, а также динамики и тенденций развития ландшафта. Толь-
ко это может служить научным обоснованием природопользова-
ния для тех или иных целей. Социалистический способ веде-
ния хозяйства может обеспечить по-йастоящему рациональное
природопользование на научной основе.:1
-75-
Задача географа в процессе хозяйственного использования
земель, которое проектируют мелиораторы, агрономы и дру-
гие специалисты, — найти оптимальную структуру ландшафта>
при которой окупятся затраты и сохранится механизм функцио-
нирования ландшафта.
Известно, что широкая распашка земель упрощает природ-
ную ландшафтную структуру, нарушает вековечную взаимо-
связь компонентов ландшафта. В естественном ландшафте при
этом происходит значительное механическое перемещение ми-
нерального и органо-минерального вещества, но ландшафт еще
не теряет способность воспроизводить, например, фитомас-
су, служить водосбором реки (озера). Брошенное поле может
зарасти лесом,но может этого не случиться,особенно в том
случае, если оставленное поле будет иметь почву легкого ме-
ханического состава, быстро подвергающуюся процессам деф-
ляции. Развевание супесей (песков), пересушенных торфяников
потребует вложения новых средств, чтобы остановить стихий-
ные последствия, вызванные непродуманными действиями че-
ловека.
Изменение ландшафта в значительной степени зависит от
вида производства. Сложны меры оптимизации, ведущиеся пу-
тем рекультивации нарушенных геосистем горными разработ-
ками разного вида, производством с выбросами в атмосферу
газа, пара, пыли — эмиссий, вредных для биоты.
Оставшиеся горные выработки — карьеры, отвалы пустой
породы, терриконы — служат основой для возникновения комплек-
сов с новой морфологической структурой: карьеры часто ис-
пользуются под водохранилища, в их пределах целесообразно
(при благоприятных экологических условиях) создавать рекреа-
ционные зоны. Такие карьеры есть на окраине известного сос-
нового бора под Челябинском и в других городах Урала. Не-
токсичные отвалы и терриконы планируются (выравниваются) и
на этой территории со временем, после привноса дополнитель-
ного грунта в лесной зоне восстанавливаются древесные на-
саждения. Порой процесс самозарастания карьеров протекает
стихийно, что наблюдалось на отработанных железорудных карь-
ерах близ Нижнего Тагила, а также на отвалах пустой породы
золотосодержащих отработанных месторождений Кжного Ура-
ла, где карьеры постепенно зарастают березняком.
-76 -
Отработанные торфяники на окраинах Свердловска исполь-
зуются под застройку и садово-огородные участки. Карьеры
строительного сырья под Москвой также используются с успе-
хом под садово-огородные участки.
Сложнее обстоит дело с использованием отвалов породы,
содержащей токсичные вещества. Так, трудны для освоения
отвалы шламов алюминиевой промышленности, которые име-
ют вид техногенных пустошей. Но и для этих техногенных об-
разований исследователи пытаются найти оптимальные спосо-
бы их использования. К фитотоксичным субстратам относятся
отвалы, образующиеся при добыче и переработке медных руд,
отвалы из красных шламов алюминиевой промышленности и др.
Результаты экспериментальных и производственных посевов на
красных шламах Уральского алюминиевого завода (64) показа-
ли возможность их биологической рекультивации при со-
ответствующей агротехнике. Биологической рекультивации дол-
жны предшествовать горнотехнические работы по выравниванию
поверхности и нанесению сначала слоя, изолирующего влияние
токсичных пород на почву, а затем слой почвенного мелкозе-
ма. Изолирующий слой должен быть или экранирующим,в виде
глин, или каменистым материалом с хорошими инфильтрацион-
ными свойствами. Каменистый субстрат исключает возможность
подъема по капиллярам кислых или щелочных растворов, а
это, в свою очередь, исключает подкисление или засоление поч-
венного слоя. При такой подготовке почвы довольно успешно
ведутся работы по созданию культурфитоценозов из травянис-
тых растений. Постепенно техногенная пустошь, нередко с пы-
лящим субстратом, распространяющим вредное влияние на при-
лежащие территории, превращается в лесной зоне в луг, а в
степной — в луг или поле культурных посевов. Имеются поло-
жительные опыты по биологической рекультивации промышлен-
ных отвалов с нефитотоксичными субстратами. На Урале на
отвалах Карпинского, Веселовского и Волчанского месторожде-
ний бурого угля (на площади около 750 га), на отвалах место-
рождения формовочных песков, на дражных отвалах вдет вос-
становление культурных сосновых насаждений. К 11 годам сос-
на достигает уже 3- 4-метровой высоты. Средняя выживаемость
по посадкам — 9 3%.
- 77 -
На отвалах Карпинского месторождения бурого угля (на
площади свыше 600 га), на отвалах Камышловского месторож-
дения песков, на золоотвалах ряда районов успешно ведутся
посевы многолетних трав, которые используются как сенокос-
ные угодья.
В лесостепной и степной зонах Южного Урала на выров-
ненных отвалах Светлинского месторождения кварца, на отва-
лах Кимперсайского месторождения никеля ведутся посевы
зерновых культур. Иногда на таких участках урожаи зерновых
и трав выше, чем в естественных условиях. На упомянутом вы-
ше Карпинском угольном месторождении, где посевы многолет-
них трав ведутся с 1967 г., урожай сена получают до 40 ц/га.
Рекультивация может быть связана со строительством се-
литьбы, бывшие отвалы буроугольного месторождения у
г.Карпйнска послужили основой для создания аэродрома мест-
ного значения. Аэродром функционирует уже несколько лет.
Но рекультивация земель ведется пока на малых площа-
дях. Так, на Урале, где нарушенные земли занимают около
450 тыс. га, пока рекультивировано примерно 15 тыс.га, в то
же время площади нарушаемых земель горнодобывающей и пе-
рерабатывающей руду промышленностью продолжают расти.
Как показали опыты и обобщающие исследования, направ-
ление рекультивации необходимо вести с учетом зонального по-
ложения горнопромышленных комплексов. Это особенно относит-
ся к биорекультивации: в лесной зоне идет восстановление лес-
ной растительности, болот, лугов, озер; в лесостепной и степ-
ной — сельскохозяйственных угодий — агроландшафтов — и лес-
ных комплексов, а также и озер; в пустыне — пастбищ, сено-
косов, посевов технических культур, иногда зерновых.
Так, на Украине, где господствуют агроландшаф-
ты, к 1970 г. были возвращены землепользователям
рекультивированные земли: пашня и кормовые сос-
тавили 68,3%, лесонасаждения - 14,2, водоемы - 7,7, дру-
гие угодья -9,8% (31). В Прибалтике (Эстония) лесонасажде-
ния на отвалах составили 85% рекультивированной площа-
ди (36).
Рекультивационные работы пока еще ведутся далеко не
на всех нарушенных землях. Мало обобщающих работ с реко-
мендациями внедрения опыта, но число их с каждым годом
возрастает. _ 73 _
Таким образом, при рассмотрении оптимизации природной
среды необходимо различать подходы, относящиеся к естествен-
ным или слабо измененным ландшафтам и к ландшафтам, силь-
но измененным производством.
Большую помощь в распространении опыта оптимизации
земель может дать физико-географическое и ландшафтное райо-
нирование территорий. Рекультивация нарушенных и нарушае-
мых ландшафтов должна прогностически планироваться на ста-
дии предпроектной разработки и входить в сметную стоимость
работ наряду с охраной природы.
Работы, которые выполняются сейчас географами при
разработке районных планировок, к сожалению, ограничиваются
только описанием физико-географических условий с некоторы-
ми элементами прогнозирования последствий планируемого ви-
да природопользования.
Оптимизация ландшафта проектируется в зависимости от
социальных задач, но с учетом функциональных возможностей
природного ландшафта, структуры последнего и механизма
его функционирования. При этом очень важно знать, как "впи-
шется" используемый участок в общую структуру ландшафта
(учет соседства и сопряженности потоками с прилежащими ПГК).
Введение в структуру геокомплекса новых элементов или уп-
разднение естественных необходимо проводить очень осмотри-
тельно, имея в виду всю цепочку причинно-следственных свя-
зей компонентов и структурно-функциональных детерминантов
ландшафта, определяющих направление потоков вещества и
э нергии.
5. 4. Регулирование потоков и круговоротов
Воздействие на функционирование ландшафта в целях его
оптимизации начинается непосредственно с регулирования по-
токов и круговоротов вещества и энергии в нужном для чело-
века направлении. Решая эти вопросы, издавна человек вторга-
ется в природные процессы (6, 16, 29, 62 и др.). При этом он.
воздействует на такие компоненты ландшафта, которые легче
поддаются регулированию. Чаще всего это изменения раститель-
ного покрова и водного стока, т.е. отдельных звеньев биогео-
-79 -
цикла и влагооборота. Сейчас воздействие на ПТК особенно
возросло через химизацию почв.
В настоящее время нам известны пути основных миграци-
онных потоков вещества в ландшафте: аэромиграция, водная
миграция, механическая миграция, биогенный круговорот. Име-
ются примеры воздействия на некоторые потоки и круговороты
вещества и энергии, глубина и масштабы которых приводят к
глобальным изменениям природных комплексов самого высоко-
го ранга. Вероятно близко то время, когда человек способен
будет влиять на функционирование географической оболочки в
целом. Уже в настоящее время возрастает аридизация ланд-
шафтов тропиков и субтропиков, сведение леса в умеренном по-
ясе уменьшает поверхностный сток, изменяет его режим; рас-
пашка степей возвышенных физико-географических провинций
увеличивает эрозионное расчленение территории и смыв черно-
земных почв; современная технология земледелия снижает уро-
вень содержания гумуса черноземов, на месте степей воз-
никли агроландшафты. Во многих ландшафтах сильно изменен
влагооборот, причем изменению подвергаются такие ключевые
элементы, как поступление воды в ПТК и ее выход (сток).
Поступление влаги в почву регулируется искусственным оро-
шением, зяблевой вспашкой, снегозадержанием и т.д., а ее
расход — осушением, фитомелиорацией и другими агротехниче-
скими мероприятиями. Такими способами перераспределяются
объемы элементов водного баланса территорий. Особенно ощу-
тимы будут последствия пространственного перераспределения
поверхностных вод в виде перебросок стока из одного бассей-
на в другой, например, из тайги в степи и пустыни. Несомнен-
но, это вызовет изменения не только водного баланса и режи-
ма стока, но и тепла и всей природной среды.
Естественный биогеоцикл сейчас нарушен человеком прак-
тически во всех природных ландшафтах. Достаточно сказать,
что потери жизненно необходимых для растений химических эле-
ментов с выносом их с полей в виде, например, урожая сель-
скохозяйственных культур, заготовки древесины во много раз
превышают их потери при перемещении в отдельных звеньях
естественного биогеоцикла. То же самое происходит с переме-
щением твердого материала во время вспашки полей, в резуль-
тате горных разработок, при сведении естественной раститель-
-80-
ности на склонах гор и т.д. Эти примеры можно продолжить,
но они хорошо известны. Назрела проблема познания не толь-
ко механизма потоков вещества и энергии, но и определение их
объемов и изменений во времени и пространстве.
5. 5. Цель оптимизации — культурный ландшафт
Под культурным ландшафтом понимается ландшафт с
воссозданными ресурсовоспроизводящими и средовоспроизводя-
щими функциями, обеспечивающими оптимальные экологические
условия жизни человека и его производственной деятельности.
Культурный ландшафт планируется в пределах естественного
инварианта, т.е. с учетом возможностей зонально-провинциаль-
ных условий его развития и естественного функционирования.
В зависимости от целевого назначения культурный ланд-
шафт может быть спланирован: для сельского хозяйства (зем-
леделия, животноводства, виноградарства, садоводства, хлопко-
водства и пр.); для создания промышленных и транспортных со-
оружений; для продуктивного лесного хозяйства; для создания
рекреационной зоны со всем многообразием структурных тех-
нических и структурно-морфологических объектов; для селить-
бы и других целей.
Культурный ландшафт создается по определенному плану,
раскрывающему суть целевого назначения с учетом возможнос-
ти ландшафта и необходимости поддержания его естественной
устойчивости, с соблюдением правил охраны природы террито-
рии местной и прилежащих к ней. "Ландшафтное планирование
опирается на теорию взаимодействия общества и природы, на
знание законов формирования, функционирования и динамики
ландшафтов как целостных образований" (45, с. 120). Проектиро-
вать культурный ландшафт надо крайне осмотрительно.
Несколько подробнее остановимся на проектировании куль-
турного ландшафта для целей сельского хозяйства. Варианты
культурного ландшафта здесь будут зависеть не только от хо-
зяйственного назначения, но и от зонально-провинциального по-
ложения ландшафта. В одних случаях проектируются противо-
эрозионные мероприятия, в других — осушительные или обвод-
нительные. Так, в пределах лесного крупнохолмистого морен-
ного ландшафта с покровом лессовидных суглинков при поле-
-81 -
водстве крайне необходимо проектировать противоэрозионные
мероприятия. На пологих моренных равнинах, расположенных
по соседству, следует бережно относиться к малым эрозион-
ным формам (лога, лощины), так как они служат в весеннее
время главными дренами междуречных равнин, по которым сбра-
сываются "лишние" талые воды.
Приведем пример. На полигоне Сатинской учебно-научной
базы географического факультета МГУ в верховьях Обцарско-
го оврага неглубоко врезанная лощина, переходящая ниже в лог, вес-
ной превращается в удлиненный грушевидный в плане водоем,
в котором скапливаются поверхностные талые воды, поступаю-
щие с полевого водосбора и с прилежащего лесного массива.
Этот водоем, занимающий привершинный водосборный амфите-
атр, дренируется слабо врезанным логом, по которому течет
поток талой воды. Осенью 1980 г. в целях увеличения масси-
ва поля лог был перепахан поперек днища таким образом, что
бровки его были также запаханы. Поле было засеяно озимой
пшеницей. На следующую весну сток поверхностных вод был
нарушен, в приводосборном понижении длительно сохранялась
вода. В результате на месте перепаханного лога поперечными
бороздами вода тоже задерживалась, хотя некоторая (но малая)
ее часть стекла. На месте бывшего лога и лощины почти не
было всходов пшеницы. Пострадали от вымочек и прилоговые
и прилощинцые пространства. Здесь были лишь угнетенные бы-
линки худосочных колосков. Загублены семена и часть поля,
которая давала приличный урожай, а в засушливые годы даже
высокий.
Приведенный пример свидетельствует о важности учета
морфологической структуры ландшафта, необходимости изуче-
ния функциональной роли каждой морфологической единицы,
поверхностного стока и состояния ПТК в системе конкретного
ландшафта.
В проектировании сельскохозяйственного ландшафта не-
черноземной полосы очень важно учитывать соотношение уго-
дий — полевых, луговых, лесных; хорошо представлять функ-
циональную роль естественных и искусственных водоемов и
водотоков, особенно, если внесены минеральные удобрения; важ-
но знать расположение животноводческой фермы и куда направ-
лен сток от нее, особенно в связи с упреждением эвтрофировд-
ния водоемов, в том числе и водопоев.
-82 -
Проектированию полезащитных лесных полос в структуре
лессстепных лавдшафтов посвящены исследования Д.Л.Арман-
да (16). Прообразом культурного ландшафта в степи, как бы-
ло нами сказано выше, следует считать Каменную степь Воро-
нежской области, в которой в 90-х годах прошлого века В.В.До-
кучаевым и его сподвижниками были заложены первые лесные
полосы и созданы искусственные водоемы. В советские годы
здесь’был создан научно-исследовательский институт земледе-
лия. Опыт Каменной степи был внедрен в сельскохозяйствен-
ных районах Черноземного центра России и Украины.
Другим широко известным примером оптимизации ланд-
шафтов является опыт почетного академика ВАСХНИЛ Т.С.Ма-
льцева по созданию системы полеводства в Курганской лесо-
степи Западной Сибири. И здесь главный рычаг воздействия —
изменение влагооборота в ландшафте. Опыт Т.С. Мальцева под-
черкивает значение березовых и осиново-березовых колков в
культурном сельскохозяйственном лесостепном ландшафте. Без-
отвальная пахота Т.С. Мальцева основана на понимании функ-
циональной значимости дернового процесса в регулировании вла-
гооборота, поддержании плодородия и структуры почвенного
покрова. Все агротехнические мероприятия дают эффект толь-
ко в том случае, если они не нарушают функциональные пото-
ки и круговороты, а наоборот — усиливают их.
Сложна задача создания культурного ландшафта в райо-
нах горнодобывающей промышленности и других видов произ-
водства.
Рекультивация нарушенных ландшафтов есть один из спо-
собов оптимизации измененной природной среды. Функциониро-
вание и структура ландшафтов особенно резко нарушается в
районах химической промышленности, металлургической и гор-
норудной, что прежде всего сказывается на биологическом кру-
говороте веществ и биологической продуктивности ландшафтов,
химическом составе вод местной гидрографической сети.
В их пределах скапливаются отвалы пустой породы, обра-
зуются глубокие карьеры, нередко изменяющие гидрогеологичес-
кие условия и морфологическую структуру ландшафта. Площа-
ди нарушенных ландшафтов по ряду регионов страны значитель-
ны. Так, только на Урале в Свердловской области горнорудная
промышленность "создала" карьеры и отвалы так называемой
пустой породы на площади более 60 тыс.га (41).
Оптимизация нарушенных земель в целях создания куль-
турного ландшафта ведется с большими трудностями; особен-
но сложно бывает подобрать растения, способные выдержать
экстремальные условия. Ученые Уральского научного центра
АН СССР предложили, например, ряд мер по биологической
оценке запыленности воздуха в районе карьеров: практикуются
посевы многолетних злаков по откосу карьеров, иногда с при-
менением сульфидно-спиртовой барды.
Сложно восстанавливаются элементарные процессы функ-
ционирования на шламах. В качестве начального этапа биоло-
гической рекультивации на шламохранилищах предлагается вы-,
ращивание ивы шерстистопобеговой (63). Опыты дают положи-
тельный эффект.
Легче восстанавливается биогеоцикл на месте бывших
терриконов угледобывающей промышленности в лесостепи и
степи. Выравнивание террикона, подсыпка рыхлого гумифициро-
ванного материала и посадка древесных насаждений дают не-
плохие результаты на Урале, в других регионах нашей страны,
в ВНР, ЧССР и других странах.
Везде, где существует горнодобывающая промышлен-
ность, как и другие'отрасли производства, нарушающие био-
геоцикл геосистем, должны создаваться резерваты в целях со-
хранения генофонда прежде всего и для обеспечения лучших
экологических условий для жизнедеятельности и отдыха чело-
века. Кроме того, те же резерваты помогут воссоздать мо-
дель функционирования былых и улучшенных систем.
Пройдут многие десятилетия (столетия), при помощи же
человека природа "залечит" нанесенные ей глубокие раны, ес-
ли не добавятся иные катастрофические явления. Восстановле-
ние функционирующей системы природы потребует больших зат-
рат и усилий.
В настоящее время ландшафтное проектирование (пла-
нирование) ведется специалистами нашей • страны, Чехословакии,
Швеции и других стран. Ландшафтное проектирование включа-
ет разработку "... проекта использования ландшафта или про-
екта изменения целей и методов использования ландшафтов для
удовлетворения возросших потребностей общества при условии
сохранения или улучшения средовоспроизводящих и ресурсо-
воспроизводящих способностей ландшафта" (45, с. 120).
-84-
Разработка проекта оптимизации ландшафта ведется с уче-
том хозяйственной специализации территории колхоза, района,
области, республики. Проектирование культурных ландшафтов с
учетом их функционирования и необходимой охраны должно
быть составной частью территориального, регионального и от-
раслевого планирования при обязательном участии географов.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1, А р м а н д А. Д., Т а р г у л ь я н В. О. Принцип до-
полнительности и характерное время в географии//Системные
исследования. Ежегодник. 1974.-М.: Наука, 1974.- С. 146-153.
2. Беручашвили Н. Л. Четыре измерения ландшаф-
та.—М.: Мысль, 1986. —182 с.
3. Булатов В. И. Подходы к изучению естественных
и антропогенных движений вещества в геосистемах//Вопросы
географии. — Сб. 104. — М.: Мысль, 1977.—С. 196—205.
4. Воейков А. И. Воздействие человека на природу.—
М.: Географгиз, 1949. —
5. Д о к у ч а е в В. В. Наши степи прежде и теперь. —
М.-Л.: Сельхозгиз, 1936. - 117 с.
6. И с а ч е н к о А. Г. Оптимизация природной среды
(географический аспект). -М.: Мысль, 1980. —264 с.
7. К о в д а В. А. Почвенный покров, его улучшение, ис-
пользование, охрана. - М.: Наука, 1981. —181 с.
8. Крауклис А. А. Проблемы экспериментального
ландшафтоведения. - Новосибирск : Наука, Сиб.отд.,1979. - 233с.
9. М а к у н и н а А. А. Ландшафтоведение и региональная
физическая география.— Вести. Моск, ун-та. Сер. геогр., 1975,
№6.-С. 43-50.
10. М а к у н и н а А. А. Функционирование и динамика ланд-
шафта. - Вести.Моск, ун-та. Сер.геогр., 1980, №5. -С. 12-17.
11. С н ы т к о В. А. Геохимические исследования метабо-
лизма в геосистемах.-Новосибирск: Наука, Сиб.отд., 1978. —
150 с.
12. Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. —
Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1978. - 318 с.
-86-
Дополнительная
13. Агишева О. Н., Калинина В. Р., Макуни-
н а А. А., Рязанов П. Н. Сезонная динамика природных
процессов и фазы функционирования ландшафтов Южного Под-
московья// Функционирование и динамика ландшафтов Южного
Подмосковья. МГУ.-М.» 1984.-С.7-18.-Деп. в ВИНИТИ
23. 10.84; №6828.
14. Анненская Г. Н., В и д и н а А. А., Жучко-
ва В. К. и д р./Под ред. Н.А. Солнцева. Морфологическая
структура географического ландшафта. — М.: Изд-во Моск, ун-та,
1962. -54 с.
15. Анненская Г. Н., Мамай И. И. Воздействие
экстремально дождливых условий погоды на природные террито-
риальные комплексы. - Вести. Моск, ун-та. Сер. геогр., 1981, №1.-
С. 7 2-77.
16. Арманд Д. Л. Физико-географические основы про-
ектирования сети полезащитных лесных полос. — М.: Мысль,
1961.-367 с.
17. Арманд Д. Л. Физическая география в наши дни. —
М.: Знание, 1968. — 48 с.
18. Арманд Д. Л. Наука о ландшафте. — М.: Мысль,
1975.-288 с.
19. Б а з и л е в и ч Н. И., Т и т л я н о в а А. А., Смир-
нов В. В. и др. Методы изучения биологического кругово-
рота в различных природных зонах. — М.: Мысль, 1978. —182 с.
20. Б е й д е м а н И. Н. Справочник по расходу воды рас-
тениями в природных зонах СССР (геоботаническая и экологи-
ческая характеристики). - Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1983.—
256 с.
21. Беручашвили Н. Л. Вопросы классификации со-
стояний природных территориальных комплексов//Вопросы гео-
графии. —Сб. 121. -М.: Мысль, 1982. -С.73-80.
22. Беручашвили Н. Л. Понятие "состояние гео-
системы" в географии // Вопросы изучения состояний окружа-
ющей среды. - Тбилиси:Изд.Тбил. ун-та, 1982. -С. 10-21.
-87-
23Беручашвили Н. Л. Методика ландшафтно-геофи-
зических исследований и картографирования состояний природно-
территориальных комплексов. —Тбилиси: Изд. Тбил. ун-та, 1983.—
199 с.
24. Б у д ы к о М. И. Глобальная экология. —М.: Мысль,
1977. -327 с.
25. Б я л л о в и ч Ю. П. Метод фитомелиорации // Украин-
ский НИИ Агролесомелиорации и лесного хозяйства. Научный
отчет за 1945 год. — Киев-Харьков, 1947. - С. 105—147.
26. Викторов С. В., Смирнова Е. Д., Швид-
ч е н к о Л. Г. Новые аспекты изучения морфологической струк-
туры ландшафтов в прикладных целях//Ландшафтоведение. — М.:
Изд-во Моск, ун-та, 1972.-С. 80-88.
27. Вопросы изучения состояний окружающей среды. — Тби-
лиси: Изд. Тбил. ун-та, 1982, —118 с.
28. Грин А. М. Комплексные стационарные исследования
как инструмент познания временной структуры геосистем. —
Изв. АН СССР. Сер. геогр., 1984, №6. - С. 20-28.
29. До л г у ш и н И. Ю. "Цепные" реакции в географиче-
ской среде и преобразование природы. - Природа, 1964, №11.—
С.10-22.
30. Д ь я к о н о в К. Н. О постановке курса "физика ланд-
шафта" на географическом факультете МГУ If Новое в физиче-
ской географии. — М.: Моск. фил. геогр. об-ва, 1975. — С. 44-56.
31. ЕтеревскаяЛ. В., Шкляр Г. Г., Дру-
ге в А. Н. Современное состояние и перспективы использова-
ния рекультивированных земель в Украинской ССР и Молдавс-
кой ССР.-4.2.-Киев: АН УССР 1971. -С. 144-149.
32. Жучкова В. К. Организация и методы комплекс-
ных физико-географических исследований. — М.: Изд-во Моск,
ун-та, 1977.—184 с.
33. 3 е й Д и с И. М., Симонов Ю. Г. Эффект струк-
турной памяти в динамике географических явлений. — Вести.
Моск.ун-та. Сер.геогр., 1980, №4.—С.21—26.
34. Исаченко А. Г. География сегодня. — М.: Про-
свещение, 1979. —192 с.
-88 -
35. Исаченко А. Г. Представление о геосистеме в
современной физической географии. —Изв. Всес. геогр. об-ва,
1981. -Т. 113, №4. -С. 297-306.
36. К а а р Э. В. Озеленение золоотвалов тепловых элект-
ростанций в Эстонской ССР //Рекультивация земель.—Тарту:
Изд. Тарт, ун-та, 1975.— С. 142—147.
37. Кларксон Д. Транспорт ионов и структура рас-
тительной клетки. —М.: Мир, 1978. —368 с.
38. Климат Москвы (особенности климата большого горо-
да). -Л.: Гидрометеоиздат, 1969. -324 с.
39. Ландшафтные исследования на Марткопском стациона-
ре. —Тбилиси: Изд. Тбил. ун-та, 1976. — 50 с.
40. Лямин В. С. География и общество: философские
и социологические проблемы географии. — М.: Мысль, 1978.—
309 с.
41. Мамаев С. А. Ипполитов В. В. Формирование
системы охраняемых территорий Урала в условиях техногенеза//
Экологические аспекты оптимизации техногенных ландшафтов.—
Свердловск: АН СССР УНЦ, 1984.-С. 3-11.
42. Мамай И. И. Состояние природных территориальных
комплексов//Вопросы географии. - Сб. 121. — М.: Мысль, 1982,-
С. 22- 38.
43. М и л ь к о в Ф. Н. Физическая география: современ-
ное состояние, закономерности, проблемы. — Воронеж: Изд. Во-
ронеж, ун-та, 1981. — 400 с.
44. М и л ь к о в Ф. Н. Вузовская физическая география:
лериоды ее развития и характерные черты как фундаменталь-
ной науки. — Воронеж: Изд. Воронеж, ун-та, 1984.-304 с.
45. Охрана ландшафтов (толковый словарь). — М.: Прогресс,
1982. - 272 с.
46. Порожнякова О. М. , Фирсенкова В. М.
Стационарные исследования геосистем. — М.: Наука, 1984.—271с.
47. Рамад Франсуа. Основы прикладной экологии.—
Л; Гидрометеоиздат, 1981. —543 с.
48. Р а у н е р Ю. Л. Тепловой баланс растительного по-
крова. -Л.: Гидрометеоиздат, 1972. -210 с.
-89 -
49. Р и к л е ф с Р. Основы общей экологии. — М.: Мир,
1979. -424 с.
50. Ритмы природы Сибири и Дальнего Востока// Сбор-
ник фенологических материалов.—Иркутск: Изд. ин-та геогра-
фии, 1975.—160 с.
51. Родин Л. Е., Ремезов Н. И., Базиле-
вич Н. И. Методические указания к изучении динамики и био-
логического круговорота в фитоценозах.—Л.: Наука, Ленингр.
отд., 1968.-142 с.
52. Рязанов П. Н. Ландшафтная структура Западно-
Сибирской лесостепи и ее влияние на миграцию вещества.
МГУ.-М., 1979. — 9 с. — Деп. в ВИНИТИ 20.09.79, №3326.
53. Рязанов П. Н. Поступление химических элементов
с осадками в ландшафты средней части бассейна р.Протвы //
Функционирование и динамика ландшафтов Южного Подмосковья.
МГУ.-М., 1984.-С. 38-63. - Деп. в ВИНИТИ 23. 10.84, №6828.
54. Сезонное развитие природы. Программа и методика.—
М.: Моск.фил.геогр. об-ва, 1970.-60 с.
55. С н ы т к о-' В. А. Пространственно-временные модели
метаболизма геосистем и методика их создания//Вопросы гео-
графии. — Сб.117. — М.: Мысль, 1981.— С. 123-130.
56. С о л н ц е в Н. А. О постановке учебной практики по
методике полевых лавдшафтных исследований на Географичес-
ком факультете МГУ// Вопросы географии. — Сб. 16. - М.: Гео-
графгиз, 1949.—С. 191—196 (подписано Н.А.Самойлов).
58. С т р и ж е в А. Н. Календарь Русской природы. -
М.: Московский рабочий, 1981.—224 с.
59. Титлянова А. А., Базилевич Н. И. Функци-
ональная модель обменных процессов // Структура, функциониро-
вание и эволюция системы биогеоценозов Барабы. -Т. 2. —Но-
восибирск: Наука, Сиб.отд., 1976.— С. 449—467.
60. Тушинский Г. К. Космос и ритмы природы Зем-
ли. — М.: Просвещение, 1966. — 119 с.
61. Уйттекер Р. Сообщества и экосистемы. — М.:Про-
гресс, 1980, —326 с.
-90 -
62. Федоров Е. К. Взаимодействие общества и приро-
ды. -Л.: Гидрометеоиздат, 1972.-88с.
63. Шабуров В. И., Левит С. Я. Опыт исследова-
ния ивы шерстистопобеговой для рекультивации нарушенных зе-
мель//Экономические аспекты оптимизации техногенных ланд-
шафтов.—Свердловск: АН СССР УНЦ, 1981, —С. 91—96.
64 Ш и л о в а И. И., Логинов Н. Б. Экологическая
специфика отвалов предприятий цветной металлургии и оценка
возможности создания на них культурфитоценозов/./ Расте-
ния и промышленная соеда. —Сб. 3. —Свердловск: Изд.Уральск,
ун-та, 1974.— С. 45—55.
65. Шнитников А. В. Внутривековая изменчивость
компонентов общей увлажненности. —Л.: Наука, Ленингр. отд.,
1969.-243 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие...................................... 3
Введение........................................... 4
Глава 1. Анализ процессов обмена и преобразования
вещества и энергии в ландшафте и их
синтез.............................................. 9
1.1. Элементарные составляющие процесса функ-
ционирования и их синтез...................... 9
1.2. Учет времени при изучении процессов функци-
онирования................................. 12
1.3. Элементарные структурно-функциональные
части ПТК или геомассы ..................... 14
1.4. Функционирование и состояния ПТК............. 19
Глава 2. Методы изучения функционирования.......... 21
2.1. Общие положения....................... 21
2.2. Стационарные исследования............... 22
2.3. Полустационарные исследования........... 26
2.4. Экспедиционные исследования............. 26
2.5. Камеральные исследования................ 27
Глава 3. Потоки и круговороты вещества и энергии
в ландшафте........................................ 29
3.1. Вещество и энергия в ПТК.............. 29
3.2. Трансформация солнечной энергии......... 30
3.3. Влагооборот.......... ................. 35
3.4. Гравигенные потоки...................... 37
3.5. Биогеохимический круговорот веществ в ПТК 38
3.6. Вертикальные и горизонтальные потоки веще-
ства и энергии............................. 47
3.7. Влияние морфологической структуры ландшаф-
та на протоки и круговороты.................. 49
-92-
Глава 4. Функционирование ландшафта в разных со-
стояниях и его моделирование..................... 53
4.1. Состояния ПТК во времени и их классифи-
кация....................................... 53
4.2. Функционирование при кратковременных со-
стояниях.................................... 56
4.3. Суточное функционирование ПТК и циркуля-
. ционные состояния........................... 57
4.4. Внутригодовые фазы функционирования ПТК 59
4.5. Годичное функционирование............... 62
4.6. Процессы функционирования при длительно-
временных состояниях.......................... 63
4.7. Моделирование функционирования ПТК..... 64
Глава 5. Исследование функционирования для целей
оптимизации ландшафтов.......................... 67
5.1. Функционирование и оптимизация ландшафтов 67
5.2. Принципы оптимизации ландшафта........... 71
5.3. Изменение структуры ПТК.................. 74
5.4. Регулирование потоков и круговоротов........ 79
5.5. Цель оптимизации — культурный ландшафт 81
Литература
86
Александра Александровна Макунина,
Павел Николаевич Рязанов
Функционирование и оптимизация
ландшафта
Редактор М.П. Неклюдова
Н/К
Подписано в печать 21.01. 88 № Л — 36 521.
Формат 60x90/16. Бумага писчая. Офсетная печать.
Уч. изд. л. 4,69. Тираж 500 экз. Заказ 1465.
Цена 15 к.
Заказное
Ордена "Знак почета" Издательство Московского университета.
103009, Москва, ул. Герцена, 5/7.
Отпечатано в ЛИК МГУ.
119899. Москва, Ленинские горы, МГУ им. Ломоносова,
географический факультет.