Сезонное изменение ландшафтов

Интенсивность проникновения солнечной радиации в растительность зависит от характера распределения фитомассы. Из 660 кал. ¹ суммарной радиации на поверхность почвы поступает лишь 205 кал. Соответственно уменьшается и радиационный баланс с 498 до 190 кал. За счет радиационного баланса происходит турбулентный теплообмен с атмосферой (измерения показали, что на это тратится 250 кал.) и теплообмен с почвой (--8,6 кал.). Около 168 кал. расходуется на транспирацию, 89 кал. -- на физическое испарение и сравнительно небольшое количество энергии -- на фотосинтез. В результате за день продуцируется около 0,1 т зеленой фитомассы (см. рис. 7).

Влагооборот, естественно, характеризуется лишь расходной частью. Около 28 т транспирируется растениями, а 15 т расходуется на физическое испарение. Сравнительно небольшая часть просачивается в более глубокие слои почвы. Зеленая фракция фитомассы, так же как и ветошь и подстилка, потребляется многочисленными гетеротрофами. Подстилка и частично мертвые корни минерализуются и переходят в запасы биогеоцикла. В это время гравигенные потоки не наблюдаются. В почве содержится. 925 т/га воды, из которых ежедневно испаряется около 4,0%.

Принципиально иной характер структуры и функционирования фаций наблюдается осенью (14 октября 1973 г., рис. 8). Хотя температура воздуха (14,6°) практически не отличается от температуры предыдущего состояния ПТК, количество суммарной радиации, сократившись почти вдвое, составляет 380 кал., из которых на прямую радиацию приходится 329 кал. Радиационный баланс - 222 кал. Тепловые балансы 31 мая и 14 октября различаются не только количественно, но и качественно. Если 31 мая преобладали затраты тепла на испарение, то 14 октября -- затраты на турбулентный теплообмен, которые почти в 6 раз превысили затраты на испарение. Затраты тепла на фотосинтез 14 октября по сравнению с такими же затратами 31 мая сократились в 4 раза

Во влагообороте преобладает физическое испарение, которое в 5 раз превышает транспирацию.

Очень существенны отличия в вертикальной структуре ПТК. Как мощность, так и сложность вертикального профиля ее с каждым днем постепенно уменьшаются. В надземной части преобладает мортмасса ветоши и подстилки, которая с каждым днем увеличивается.

Состояния структуры и функционирования фаций зависят не только от сезона, но и от погоды. Это хорошо видно на рис. 9, на котором изображена графическая модель фации в дождливый день (6 августа 1971 г.). В дождливую погоду основная роль принадлежит влагообороту. 6 августа 1971 г. после продолжительной засухи выпало 26,3 мм осадков (263 т/га). В результате запасы почвенной влаги быстро пополнились. Если 5 августа в почве содержалось 710 т/га, то через двое суток -- уже 820 т/га. Рассматриваемое состояние ПТК характеризовалось некоторой активизацией стока и связанным с ним перемещением твердых частиц.

Рис. 6. Модель структуры и функционирования фаций ПСЛ в ясный солнечный день в конце весны (31 мая 1971 г.)

1 -- фитомасса и ветошь надземной части (P_i), 2 -- фитомасса подземной части (P_s), 3 -- зоомасса надземной части, 4--зоомасса почвенной мезофауны (Z), 5 -- вещество, вовлекаемое в биогеоцикл, 6--гумус, 7 -- почвенная влага, 8 -- минеральная часть почвы, 9 -- трансформация солнечной энергии, 10 -- отдельные элементы биогеоцикла, 11--сток, 12 -- подстилка (М_l), 13 -- твердый сток, 14 -- осадки, испарение и увеличение влаги в почве при инфильтрации, 15 -- прямая радиация, 16 -- рассеянная радиация, 17 -- суммарная радиация, 18 -- радиационный баланс, 19--турбулентный теплообмен, 20 -- теплообмен с почвой, 21 -- затраты тепла на транспирацию, 22 --затраты тепла на физическое испарение. 23 -- затраты тепла на фотосинтез, 24 -- отраженная радиация, 25 -- осадки, 26 -- физическое испарение, 27 -- транспирация, 28 -- суммарное испарение, 29 почвенная влага (ПВ), 30 -- ПВ в предыдущий день, 31--ПВ в последующий день, 32 -- изменение ПВ, 33--поверхностный сток, 34 -- внутрипочвенный сток, 35 -- подземный сток, 36 -- перехват осадков растительностью, 37--прирост фитомассы, 38 -- минеральная часть почвы, 39 -- увеличение фитомассы за счет прироста.

Рис. 7. Модель структуры и функционирования фаций ПСЛ в один из осенних дней (14 октября 1973 г.) (См. условные обозначения к рис. 7.)

Рис. 8 Модель структуры и функционирования фаций ПСЛ в дождливый летний день(6 августа 1971г.) (См. условные обозначения к рис. 7.)

Как видно из приведенных примеров, фации в каждый из рассмотренных дней (31 мая 1971 г., 14 октября 1973 г. и 6 августа 1971 г.) функционировали по-разному и отличались вертикальной структурой и характером распределения отдельных компонентов по высоте, что обусловлено сезонными и погодными факторами. Последующий анализ подобного материала показал тесную взаимосвязь параметров структуры и функционирования фаций, что позволяет фиксировать определенные комплексные состояния ПТК.

Эти состояния структуры и функционирования фаций, обусловленные сезонной ритмикой, погодой и динамической тенденцией развития, было предложено в 1971 г. называть «стексами» (Беручашвили, 1972). Необходимость учета динамической тенденции развития ПТК связана с тем, что в горных странах при катастрофических процессах (селях, оползнях, обвалах) часто наблюдаются кратковременные смены ПТК, вызывающие специфические явления, например процесс заселения растительностью продуктов отложения селевого потока или недавней осыпи.

Специфичные состояния ПТК связаны и с циркуляционными процессами в атмосфере. Например, зимой при вторжении теплых воздушных масс может на несколько дней установиться теплая сухая погода, и наблюдающая в этот период состояния будут резко отличаться от предшествующих, когда погоду определяли холодные и влажные воздушные массы. Условно их можно назвать циркуляционными состояниями (Ц- состояниями) (см. рис. 3).

В течение нескольких недель или одного-двух месяцев обычно бывают хорошо выражены фазы годового цикла (Ф-состояния), детально исследованные ландшафтоведами Института географии Сибирского отделения АН СССР (Крауклис, 1979, и др.). Эти фазы можно рассматривать как подсезоны, поэтому их называют ранневесенними, позднеосенними и т. п.

Общеизвестны состояния ПТК, связанные с сезонной ритмикой. В различных географических зонах количестве сезонов может быть различным. В умеренных широтах хорошо выражены 4 сезона, а в тропических -- 2 сезона (сухой и влажный).

Состояния ПТК можно рассматривать по годам и выделять сухие и холодные, теплые и влажные и другие годичные состояния. Однако замечено, что большинство параметров структуры и функционирования ПТК по годам различаются значительно меньше, чем по сезонам, фазам и стексам (см. рис. 5).

На Марткопском физико-географическом стационаре состояния продолжительностью более года специально не исследовались. Некоторые сведения о них есть в работах сибирских географов. Например, А. А. Крауклис (1974, 1979) исследовал так называемые биогенные переменные состояния таежных фаций. Эти состояния были вызваны сукцессией, начавшейся 100--150 лет назад. Вполне вероятно, что существуют и состояния, связанные с климатическими циклами (одиннадцатилетними и др.). Однако они еще не исследовались, так как комплексные ландшафтные стационары существуют лишь 10--20 лет. При изучении всех видов состояний всегда следует помнить о том, что необратимые изменения геолого-геоморфологической основы влекут за собой уже не смену состояний, а смену ПТК. Например, если на склоне образовался овраг или произошел обвал, заваливший какую-либо долину, то это надо рассматривать не как смену состояний, а как смену самого ПТК.

Несмотря на то что с суточным и годичным циклами не совпадает характерное время некоторых процессов функционирования, например геоморфологических, именно их следует брать в качестве наиболее важных рубежей, ибо они наилучшим образом выражены в природе и всегда имеют одну и ту же продолжительность.

В связи с этим все состояния ПТК по продолжительности можно объединить в следующие группы: кратковременные (менее одних суток), средневременные (от одних суток до одного года включительно), длительновременные (больше одного года).

Как отмечалось, кроме этих трех групп состояний можно выделить состояния по процессам и явлениям, протекающим в ПТК, например дождливые и др. Поскольку при анализе таких состояний основное внимание уделяется какому-то одному параметру, например при дождливом состоянии осадкам (функция на входе), стоку и инфильтрации (функция на выходе), время отодвигается на второй план, создается впечатление, что для этих состоянии не обязательны четкие временные границы. Однако этот подход сразу же вызывает ряд трудно разрешимых вопросов. Например, к одному ли состоянию относить дождливый период днем и ночью? Ведь при однотипности одной функции на входе (осадки) вторая (суммарная радиация) в ночное время отсутствует вообще.

Как мы знаем, каждое состояние ПТК наблюдается в какой-либо, но всегда определенный по длительности промежуток времени поэтому при анализе лучше оперировать понятием не «дождливое состояние», а «период с выпадением осадков». Этот, период может наблюдаться как при погодных, так и при внутрисуточных состояниях и стексах (а иногда и циркуляционных состояниях), и соответственно можно выделить дождливые внутрисуточные состояния, дождливые стексы и т. д. и более подробно охарактеризовать их.

Естественно, что внутри суточных, сезонных и других состояний и фаз годового цикла могут наблюдаться более кратковременные состояния, резко отличающиеся по своему характеру. В этом случае длительновременное состояние надо охарактеризовать по превалирующему значению одного из кратковременных состояний или по их комплексу.

Глава 3.Развитие и динамика ПТК

При знакомстве с научной литературой по развитию и динамике ПТК обнаруживается отсутствие единства взглядов по основополагающим понятиям, таким, как “динамика” и “развитие”. Большинство географов, не вдаваясь в теоретические изыскания, употребляют термин “динамика” просто как синоним любого изменения( или быстрого изменения), причем часто имеется в виду не сам процесс изменения ПТК, а лишь его последствия.

В теоретических работах наших ведущих географов динамика ПТК справедливо соотносится с его развитием. В основе динамики лежат процессы развития, которые реализуются через смены состояний ( Исаченко, 1974; Солнцев, 1961; Сочава, 1978). Эти представления являются краеугольным камнем раздела динамики ландшафтов.

Разночтения начинаются при определении объема понятий "динамика" и "развитие". Имеется, по крайней мере, три точки зрения. Динамика - движение переменных состояний в пределах одного инварианта. Вызывающие их процессы во многих случаях обратимы. Развитие связано с изменением структуры ПТК (геосистемы). Эта формулировка принадлежит В.Б. Соча-ве (1967, 1978) и поддержана А.Г. Исаченко (1974), A.A. Кра-уклисом (1979), A.A. Макуниной (1982) и др. Однако в 1980 г. А.Г. Исаченко ограничил динамику областью изменений, имеющих только обратимый характер (обычно циклический) при неизменной структуре. В.И. Орлов (1975) ставит знак равенства между динамикой и ходом развития, не вдаваясь в обоснование этого положения. Близкие взгляды высказаны Ф.Н. Мильковым (1985), который под динамикой ландшафта понимает функциональные, пространственные и структурные изменения, происходящие в ПТК.

В настоящей работе развитие рассматривается с позиций диалектического материализма, с одной стороны, как некий итог, т. е. необратимое, направленное и закономерное изменение объектов, обусловленное взаимодействием внутренних и внешних факторов. С другой - как сложный и противоречивый процесс, в котором количественные изменения переходят в качественные, есть перерывы постепенности, гибнет старое и нарождается новое, есть моменты возврата к старому. Динамика есть совокупность всех процессов развития ПТК, как вызывающих изменения необратимые, направленные и закономерные, так и случайных, имеющих как ритмический, так и неритмический, как обратимый, так и необратимый характер.

Таким образом, понятие "динамика" несколько шире развития, ею вызываются любые изменения в комплексе, а не только направленные, закономерные и необратимые, она не сводится к развитию, но представляет процесс развития.

Развитие, - писал вслед за Ф. Энгельсом В.И.Ленин, есть "борьба" противоположностей". Это означает, что причина развития лежит в несходстве вступающих, во взаимодействие природных тел. Причины развития ПТК. по существу являются и причинами смены состояний ПТК.

Причинам развития географической оболочки, отдельных компонентов и различных природных комплексов уделялось больше внимание в трудах В.В. Докучаева (1898), Л,С. Берга (1931 Р.И. Аболина (1914), В.Б. Полынова (1925), АЛ. Гожева (1929 М.А. Первухина (1932), A.A. Григорьева (1937), В.Н. Сукачева (1942) и других русских и советских географов. Одним и важнейших подходов, не потерявших своего значения и поныне является разделение причин развития на внешние и внутренние.

Если рассматривать этот вопрос с точки зрения природное территориального комплекса, то к внешним причинам развития (а значит и смены состояний) следует относить основные источники поступления в ПТК вещества и энергии. Главными среди них являются космические (энергия Солнца), общеземные (атмосферная циркуляция, эндогенные проявления) и местные (соседние ПТК, откуда вещество и энергия поступают преимущественно cо стоком).

В свою очередь наличие в ПТК компонентов с разными свойствами приводит к возникновению потоков вещества и энергии (процессов), которые в конечном итоге изменяют свойства, как отдельных компонентов, так и всего ПТК. Сила воздействия компонентов друг на друга, как было показано H.A. Солнцевым (1960) неодинакова. Таковы внутренние причины развития ПТК, которые не очень 'удачно называют саморазвитием.

Каждое природное тело возникает, развивается и исчезает, т е. переходит в другую форму существования. Эти формы существования материи могут быть принципиально иными. Так, живые организмы, отмирая, трансформируются в неживую природу. ПТК сменяются другими ПТК, с иными качествами, иной структурой, хотя они и наследуют многие черты прежних.

Представление В.Б. Сочавы (1967, 1978) о том, что к динамике относятся только те изменения, которые происходят в рамках одной неизменяемой (инвариантной) структуры, создает впечатление, что только смена одних ландшафтов (ПТК) другими есть развитие, а на протяжении своего существования каждый ландшафт (ПТК) находится в застывшем, неизменном состоянии, тогда как он изменяется буквально каждое мгновение. Причем далеко не все эти изменения обратимы или носят количественный характер, они могут касаться и частичного изменения устойчивого качества (например, сукцессионные смены растительности, переход почв в иной подвид и т.д.).

Вряд ли можно согласиться с тем, что на протяжении жизни ПТК структура его совсем не меняется. Если бы это было так, то любая смена ландшафта или его морфологических частей, а следовательно и изменение их структуры, происходила бы почти мгновенно. Нам известны случаи быстрой гибели ПТК, например, под действием извержения вулкана, селя, урагана и других катастрофических явлений. Но для того чтобы на месте исчезнувшего ПТК образовался новый, с вполне сложившейся структурой, нужен значительный отрезок времени, на протяжении которого идет сложный процесс формирования новой структуры. Обособляются составные части (морфологические единимы), внутри них идет отбор биотических компонентов, соответствующих данной геоме и внешним воздействиям, в зависимости от свойств составных частей и слагающих их компонентов устанавливаются определенные процессы как внутри морфологических единиц, так и между ними. Такой этап имеется и у тех ПТК, появление которых связано не с катастрофическими явлениями, а вызывается, например, постепенным изменением климата.

Структура ПТК на этапе зарождения и становления (так же как и на этапе смены одного ПТК другим) просто не может быть полностью идентичной структуре того же ПТК, находящегося в фазе устойчивого существования и медленного развития, хотя принципиальные ее черты несомненно сохраняются. Значит, следует отличать изменение структуры (смены состояния) ПТК от ее смены. Смена структуры происходит вместе с исчезновением одного и появлением на его месте другого ПТК. В период существования ("жизни") ПТК следует говорить лишь об изменении структуры. Все эти изменения, естественно, не должны нарушать целостность ПТК.

Какие же нарушения в морфологической структуре ПТК считать сменой, а какие - изменениями (или сменой состояний).

Сменой морфологической структуры, соответствующей смене одного ПТК другим, следует считать необратимую замену всех составных частей ПТК и свойственных ему процессов принципиально новыми. Такая смена может произойти под влиянием изменения литогенной основы. Например, на месте ландшафта морской равнины вследствие покровного оледенения сформировался ландшафт моренной равнины; денудационная равнина из-за особо сильного извержения превратилась в вулканическую равнину и т. д. В таком случае на месте ПТК одних видов возникли ПТК генетически других видов. При этом возникает и принципиально новый рисунок взаиморасположения морфологических единиц. Смены подобного рода часто охватывают не весь ПТК, а лишь его часть. Конечно, на месте моренной или вулканической равнины со временем может вновь образоваться ландшафт соответственно морской или денудационной равнины, но это будут уже новые ландшафты, хотя и того же типа.

Принципиальная замена составных частей и процессов может происходить в ПТК и в рамках старой литогенной основы, например под воздействием изменения климата. В этом случае моренная равнина или денудационные низкогорья не заменяются другими генетическими категориями. Но вследствие изменения количества поступающего тепла и влаги здесь возникают иные процессы, меняется растительность, почвы и, возможно, зональная принадлежность ландшафта. При этом рисунок взаиморасположения морфологических единиц не меняется.

Изменения морфологической структуры, не ведущие к смене одного ПТК другим, разнообразны. Видимо, они могут быть как обратимыми, так и необратимыми. Среди необратимых изменений следует назвать появление отдельных ПТК небольшого таксономического ранга внутри более крупного. Например, урочища оврага в ландшафте моренно-водноледниковых равнин, фации не большого свежего конуса выноса в нижней части склона урочища балки и т. д. Появление или исчезновение отдельных новых ПТК происходит не так уж редко. Оно усложняет существующий набор морфологических единиц, рисунок их взаиморасположения изменяет ход процессов у соседних с ними комплексов, но не является принципиальной сменой морфологической структуры.

Конечно, процесс появления новых ПТК, если он протекает ^ интенсивно, в конечном счете, может привести и к смене структуры ПТК. Например, массовый рост оврагов вызывает иссушение всей территории, а следовательно, качественное изменение составных частей (морфологических единиц) ландшафта и взаимосвязей (процессов) между ними. Где же в случае появления новых мелких ПТК надо искать границу между изменениями и сменой структуры ПТК? Окончательный ответ на этот вопрос требует специальных исследований. Теоретически нижний уровень этой границы, видимо, не может находиться ниже точки перехода данного вида ПТК из разряда редких в субдоминантные.

К числу обратимых изменений морфологической структуры следует отнести изменение многих процессов, протекающих как между составными частями ПТК и внутри них, так и между данным ПТК и его соседями. Суть этих процессов, их качество зависят от того, какие свойства присущи изучаемому ПТК и среде которой комплекс развивается. Если под воздействием космических, эндогенных, экзогенных, антропогенных и других причин и меняется обстановка, в которой существуют ПТК, то изменяют процессы, протекающие как внутри него, так и между данным окружающими ПТК. В случае сохранения в течение длительного времени внешней (по отношению к конкретному ПТК) обстановке действие процессов, идущих в ПТК, приводит к коренному изменению его качества, т. е. к смене структуры. Это явление часто называют саморазвитием. При полном качественном изменении составных частей ПТК и набора процессов налицо смена морфологической структуры. Изменение процессов (их качественного набора, интенсивности), в течение года надо рассматривать как изменение структуры, а следовательно, и состояний ПТК.

Составные части ПТК качественно изменяются не так уж часто, смена процессов в ПТК - обыкновенна. Чаще всего изменение процессов происходит из-за неравномерного поступления на земную поверхность солнечной энергии (суточные, сезонные, голевые ритмы) (Солнцев, 1961; Сочава, 1967; Крауклис, 1969; Беручашвили, 1972; и др.) или вызывается характером циркуляции атмосферы. Смена дня и ночи, погоды, сезона и т. д. вызывает изменение качества процессов или их интенсивности, а значит и структуры ПТК.

Рис. 9. Соотношение смен и состояний ПТК.

Границы смен: 1 - полных, 2 - неполных; многолетних состояний: 3 -фаз, 4 - подфаз; внутригодовых состояний: 5 - годовые, 6 - сезонные, 7-внутрисезонные, 8 - погодные, 9 -суточные,10 - внутрисуточные. Индексы смен:11 - IX, X ... - полных,12 - ХА, ХБ ... - неполных; многолетних состояний: 13 - ХБ1', ХБ2' ... - фаз, 14 - ХБ2'а, ХБ2'б ... - подфаз; внутригодовых состояний: 15 - 1', 2' ... - годовых, 16 - 3', В', Л', О' - сезонных, 17 - 3₁, 3₂… ^- внутрисезонных, 18 - m, n, s ... - погодных, 19 - 1, 2, 3 ... - суточных,20 - у, д, в, н - внутрисуточных

Таким образом, развиваясь, ПТК претерпевает, качественные изменения разной значимости, которые охватывают различные стороны морфологической структуры. В зависимости от глубины преобразования следует различать состояния и смены ПТК (рис.9). Первые связаны как с обратимыми, так и с необратимыми изменениями составных частей и лишь с обратимыми изменениями процессов. Это обеспечивает сохранение общей направленности развития комплекса (например, связанные с накоплением аллювия в условиях заболачивания). Вторые - с необратимой модификацией, как составных частей, так и процессов.

Глава 4. Состояния ПТК

Понятие "состояние ПТК". Под состоянием в русском язык понимается положение, в котором находится тот или иной объект в данный момент. В последнее время этот термин часто встречается в географической литературе, однако только у четырех авторов есть его толкование. Так, Н.Л. Беручашвили (1976) под состоянием ПТК понимает "соотношение параметров структуры и функционирования природно-территориальных комплексов в какой-либо промежуток времени, которое конкретные входные воздействия (солнечная радиация, осадки и т. д.) трансформируют в определенные выходные функции.

В любом ПТК движение одной части материи осуществляется относительно замедленно, а другой -- ускоренно. Первая часть образует природные тела (компоненты, морфологические части ПТК), вторая - участвует в главных для данного момента процессах, которые в конечном итоге изменяют свойства этих тел. Значит, в каждое мгновение ПТК характеризуется определенными свойствами составных частей, возникших под действием прежних процессов, и определенным набором процессов, который зависит как от качества составных частей, так и от среды, в который данный ПТК существует.

Таким образом, состояние ПТК - это более или менее длительные отрезки его существования, характеризующиеся определенными свойствами структуры комплекса. Каждое состояние вносит в ПТК какое-то, порой устанавливаемое лишь очень точными методами, изменение, приводящее в конце концов к смене одного ПТК другим.

Содержание понятия "состояние ПТК" тесно связано с пониманием термина "структура ПТК", Если структура рассматривается как единство составных частей и процессов (Мамай, 1982, 1984), то при рассмотрении состояний должны быть охарактеризованы обе стороны структуры. Если же под структурой понимают лишь взаимосвязи (процессы) между составными частями (Сочава, 1978; Крауклис, 1979), то для описания состояния ПТК вполне достаточно сведений об этих процессах. Однако сходные процессы часто проявляются в ПТК с очень разными свойствами, и последствия их, поэтому неодинаковы. Так, из-за несходства покровных отложений выпадение одинакового количества осадков в одних ПТК приводит к оптимальному для растений увлажнению, в других - вызывает переувлажнение, замедляющее их рост и развитие.

Глава 5. Ландшафт как саморегулируемая система

Компоненты ландшафта, взаимодействуя, стремятся к состоянию, при котором расход вещества и энергии был бы равен их приходу. Ландшафт в целом является саморегулируемой системой, которая в условиях постоянного поступления вещества и энергии стремится достигнуть стабильного состояния. Такая возможность существует, поскольку ландшафт состоит из субсистем, обладающих обратной связью. Субсистемы в свою очередь функционируют как авторегулируемые системы, и это их качество придает ландшафту большую восприимчивость к внутренним и внешним импульсам.

Обратная связь есть свойство системы воздействовать на приходящий извне импульс: поступая и проходя через систему, импульс претерпевает определенные изменения, что приводит к цикличности действия.

Обратная связь может быть прямой либо цепочечной (контурной).

Наиболее частым случаем является так называемая отрицательная обратная связь, когда внешний импульс вызывает замкнутый контур изменения.Этот тип обратной связи ведет к динамическому равновесию ландшафта.

Положительная обратная связь возникает в том случае, когда контур обратной связи усиливает эффект импульса, поступающего извне, и вызывает цепную реакцию лавинного типа в том же направлении, в каком действовал первичный импульс. Очевидно, что системы с положительной обратной связью не могут действовать постоянно, и ограничены элементами, которые не в состоянии изменяться беспредельно в одном направлении.

Отрицательная обратная связь преобладает в ландшафте. Она присуща всем ключевым субсистемам ландшафта и способствует тому, что нарушение энергетики системы вызывает изменение ее переменных, а это приводит в итоге к возникновению нового сбалансированного состояния системы. Эта тенденция к саморегулированию и достижению равновесия, рассматриваемая как следствие притока энергии и постоянства деятельности системы, получила название динамического гомеостаза. Гомеостаз ландшафта есть способность ландшафта нейтрализовать изменения, происходящие в каких-либо его частях, при помощи механизма негативной обратной связи. Иными словами, это есть тенденция ландшафта как геосистемы сохранять неизменность выполняемой ею функции, несмотря на перемены во внешнем окружении. Динамический гомеостаз есть категория, изменяющаяся во времени.

Простое саморегулирование, основанное на отрицательной обратной связи, осложняется наличием вторичных реакций системы и существованием пороговых нагрузок. Вторичные реакции генерируются внешними воздействиями. Они оказывают влияние на функции и равновесие ландшафта в течение определенного времени, необходимого для того, чтобы ландшафт успел приспособиться к изменению первоначального потока энергии. Например, сокращение количества осадков способствует обмелению рек, однако длительное нарушение режима осадков приводит к смене растительного покрова, его разрежению и тем самым к усилению поверхностного стока при ливневых дождях, что в свою очередь ведет к переуглублению русла водотока. Пороговые нагрузки становятся причиной неожиданных резких перестроек в состоянии ландшафта. Ландшафт, который претерпевает изменения в результате перехода ландшафтной геосистемы через пороговые нагрузки, является метастабильным ландшафтом.

Глава 6. Смена функций ландшафтов

Допущение "оптимальным является положение -- один ландшафт -- одна функция", видимо, обосновано было предшествующим опытом. Действительно, в большинстве случаев использование ландшафта для решения той или иной задачи исключает одновременное его использование для решения других задач. Так, застройка исключает использование территории для земледелия, заготовка древесины на участке леса делает невозможным его рекреационное использование и т.д. Правда, известны примеры и множественности функций, выполняемых одним ландшафтом последовательно (сельскохозяйственные угодья зимой могут использоваться для лыжных прогулок) или одновременно (озеро используется как транспортная артерия, источник водоснабжения, рыболовное угодье, место отдыха).

Абсолютизация наблюдаемой преимущественно в статике ситуации приводит к ошибочному суждению, что “природой каждому месту определена одна функция в жизни общества”. Из этого суждения вытекает и характер рекомендаций по планированию исследования: задача сводится к установлению функций, якобы вытекающих из самой природы, и их закреплению как наиболее"рациональных".

Эти взгляды практически безвредны при экстенсивном развитии хозяйства, когда набор ландшафтов количественно превышает набор потребностей и соответствующих им функций. Но они становятся не пригодными и даже опасными при интенсивном развитии хозяйства. Подобные взгляды ссылками на кажущуюся предопределенность "самой природой" единственного вида использования: а) способствуют консервации существующего, исторически сложившегося использования территории (закреплению функции места); б) создают предпосылки невозможности последующего иного использования природного комплекса в результате заложенного в технологию предшествующего способа использования (например, потеря земель в местах прежней добычи полезных ископаемых, которая как бы считалась единственной и вневременной функцией данного места); в) создают иллюзию возможности решения при использовании территории возникающих конфликтных ситуаций, закономерности разрешения которых еще не всегда разработаны, путем обращения к лучше изученным закономерностям естественных наук, т.е. попытками решить междисциплинарную задачу с помощью частного исследования.

Острее всего отсутствие достаточной ясности в смене функций ландшафта проявляется в работах по территориальному планированию, проектированию. Именно здесь особенно часто выступит необходимость учитывать: появление у общества новых потребностей и изменение спроса на территорию со стороны уже сформировавшихся, но непрерывно меняющихся общественных потребностей; фактор времени (темп) в изменении потребностей и их требований к ландшафту; конфликтность ряда ситуаций при определении функций, которая на том или ином этапе может быть устранена (хотя вряд ли во всех случаях полностью) выбором одного или нескольких вариантов в ходе принятия решения.

С одной стороны, сам факт проектирования того или иного нового объекта свидетельствует о неизбежности смены функций ландшафта, выбираемого для него, о придании ландшафту новой функции; с другой -- закрепление этой функции путем создания технической системы исключает (иногда на многие десятилетия) или крайне затрудняет возможность последующих изменений функции данного ландшафта в связи с изменением потребностей общества.

При смене функций ландшафтов различают две группы ситуаций. Первая связана с "первичным" хозяйственным освоением ранее не вовлеченных в экономический оборот территорий. При этом ландшафты, ранее представляющие собой чисто природные комплексы, впервые приобретают общественную функцию. Этот процесс, отражающий тенденцию к экстенсивному росту ”вширь”, хорошо освещен в географической литературе. Вторая группа ситуаций связана с изменением функций мест. Это направление характерно для уже освоенных районов, в которых проявившиеся новые потребности не могут быть удовлетворены за счет "первичного" освоения, т.е. придания соответствующих функций ландшафтам, до этого не имевшим никаких функций. Данная ситуация отражает тенденции к интенсивному развитию. Она типична для экономически насыщенных, старообжитых территорий. Процесс смены функций может рассматриваться как сочетание двух форм: качественной (революционной) смены, включающей прекращение выполнения одной функции и переход к совершенно иной, и постепенного (эволюционного) изменения в рамках единого типа функций. Это деление условно, так как оценка сущности изменения зависит от направленности и детальности анализа. Так, трансформация одних сельскохозяйственных угодий в другие для землеустроителя, бесспорно, выступает как смена функций ландшафта. С более общих позиций функция его -- использование для получения продуктов питания -- не меняется. Таково влияние на оценку масштаба.

Обычно смена функций имеет определенное направление. Поскольку речь идет о смене общественных функций, на первый план выступает переход от менее насущных для общества в данный момент функций к более насущным. Такая смена сопровождается, как правило, ростом роли соответствующих технических систем (выражаемом в повышении затрат труда -- живого и овеществленного -- на единицу площади) и увеличением глубины изменения связей между компонентами природного комплекса. Можно условно назвать такой ход синантропизацией, а обратный более редкий -- ренатурализацией. Эти термины не содержат элемента оценки, тем более общественного одобрения или осуждения. Многие естествоиспытатели, например, отрицательно оценивают (или считают неизбежным злом", "болезнью") такую смену функций, которая ведет к изменению первоначальных свойств природы. С другой стороны, деятели сельского хозяйства, положительно оценивая превращение природных ландшафтов в сельскохозяйственные угодья, неодобрительно относятся к превращению их в дальнейшем ь парки, жилые массивы и т.д.

Синантропизация, хотя и требует значительных материальных затрат, осуществляется быстрее, чем ренатурализация, особенно если последняя связана с восстановлением первоначального состояния. Так, превращение участка целины в поле при современной технике может быть осуществлено в течение одного сезона. Восстановление же степных биоценозов на ранее распаханном участке потребует длительного срока. Еще ярче пример с вырубкой лесов: их восстановление, даже с помощью специальных мероприятий, требует многих десятилетий. Уничтожение почвенного покрова, евтрофирование озер и т.п. мы вынуждены рассматривать сегодня как практически необратимые процессы.

В механизме "эволюционных" изменений функции можно различать смены, вызываемые изменением как функций, так и ландшафта, хотя они и конечно, взаимосвязаны.

Поскольку каждая функция выражает общественные потребности, а реализуется с помощью технических систем, изменения в характере потребностей и техническом способе их удовлетворения неуклонно меняют содержание и взаимоотношения функции и ландшафта. Переход от одной технической системы к другой на основе использования достижений научно-технического прогресса ведет, при сохранении в данном месте той же функции к преобразованию связей в системе "инженерное сооружение (техническая система) -- природный комплекс" и к проявлению новых "цепных реакций" в природе, к изменению свойств ландшафтов, к увеличению или уменьшению его способности выполнять общественные функции. Сюда можно отнести результаты целенаправленных действий -- приспособление ландшафта для выполнения данной функции (инженерная подготовка, мелиорация и т.п.), а также нежелательные последствия действия технической системы в условиях данного ландшафта (вторичное засоление орошаемых полей и т.п.). Последние могут поставить под угрозу само выполнение функции.

С другой стороны, было бы ошибочно не считаться, особенно при анализе, учитывающем длительный период, с изменениями свойств природной составляющей ландшафта. Эти изменения могут явиться результатом спонтанной динамики природных процессов, например прогрессивного заболачивания, отмечаемого на севере Западно-Сибирской равнины. Они могут быть и результатом действия антропогенных факторов, например, влияния водохранилищ на прилегающую территорию и т.д. Поскольку возможность выполнения ландшафтом той или иной функции детерминирована его свойствами, такого рода изменения, в конечном счете могут служить предпосылкой для смены его функций.

Степень стабильности функций ландшафтов различна. В общем, более устойчивым оказывается закрепление определенных мест за теми функциями, которые либо предъявляют повышенные требования к экономико-географическому положению, либо сопряжены с трудоемкой и дорогостоящей подготовкой территории и созданием сложных технических систем, либо сочетают в себе те и другие требования. Здесь можно назвать города, многие из которых устойчиво сохраняются на одних и тех же местах веками, крупные районы ирригации (оазисы). Однако и здесь, как свидетельствуют многочисленные примеры исчезнувших древних городов, сохранение функций определяется не столько самими свойствами места, сколько действием на каждом историческом этапе общественных сил, заинтересованных в развитии соответствующих функций.

Для точечных и линейных (в двухмерном пространстве) объектов (города, сельские населенные пункты, водные и сухопутные пути и т.п.) характерна относительная стабильность функций с точки зрения способа использования территории. В то же время народнохозяйственные функции объекта (тип города или поселка, характер грузопотока транспортной линии и т.д.) подвержены довольно быстрой смене. Функции площадей (районов, зон и т.п.) меняются довольно существенно как под воздействием изменений в потребностях и способах их удовлетворения, так и в результате включения в функциональную систему новых ландшафтов, принимающих на себя определенные функции.

Анализ вопроса показал неравномерность и слабую изученность ряда его теоретических и практических аспектов. Из их числа мы считаем необходимым остановиться лишь на трех.

Речь идет, во-первых, об изучении степени несовместимости изменений функций в пространстве и во времени. Известно, что после земледельческого и лесоводческого использования ландшафтов сравнительно легко перейти к использованию их для других видов деятельности. Увеличение же территориальной концентрации овеществленного труда все более и более затрудняет смену функций ландшафтов. Вместе с тем типичные циклы изменений исследованы очень слабо.

Вторая важная задача -- выявление закономерностей временных масштабов изменения функций. Хотя историческая смена функций довольно очевидна, в теории и практике проектного дела нет четкого понятия о временном шаге смены функции ландшафта, о "естественном" периоде устойчивого ее сохранения. Возможная причина этого явления -- опирающаяся на предшествующую историю вера в то, что эта смена происходит чрезвычайно медленно, и на период выполнения проектируемой функции мы можем ею пренебречь. Вместе с тем ускорение темпов общественного развития заставляет предполагать, что темпы смены функций нарастают, а "естественные периоды устойчивости" для ряда функций сокращаются, и при этом неравномерно. Это обстоятельство делает необходимой для любого проекта проверку допущения: период амортизации технической системы короче естественного периода смены функций. В этой связи проектированию должно предшествовать прогнозирование функций сначала на наиболее отдаленную перспективу, а затем на все более близкие сроки. Ведь проектирование -- это обоснование закрепления на некоторый период лишь единственной (реже -- немногих) из большого числа потенциально возможных функций места, вызываемых к жизни растущим многообразием потребностей общества.

В целом концепция смены функций ландшафта заставляет с сомнением отнестись к универсальности такого стандартного приема проектирования, как функциональное зонирование территории. Необходимо исследование возможностей замены его пространственно-временным, "гибким" зонированием.

Третьей важной задачей является разработка математической модели смены функций места и поиск математического аппарата для целей ее прогнозирования.

Все сказанное свидетельствует о том, что динамические аспекты пространственной организации деятельности общества, находящие выражение в концепции смены функций ландшафтов, заслуживают серьезной теоретической и методической проработки.

Непрерывно идущая смена функций ландшафтов ставит перед наукой и техникой, перед управлением вопросы о принципах выбора функций

Первый принцип - признание незаменимости ряда функций и вытекающего из этого неравенства приоритетов функций. Сегодня как наукой, так и законодательством принят за основу гуманистический принцип приоритета интересов обеспечения здоровья современного и будущего поколений. Он закрепляет требование -- сохранять средовоспроизводящие функции ландшафта, даже при его техническом "переоснащении", нагрузке. Второй принцип, вытекающий из особенностей временной организации, принцип обязательности сохранения за ландшафтами способности воспроизводит полезные свойства не только ныне, но и в будущем, сохранения естественных механизмов воспроизводства.

Глава 7. Выявление внутрисезонных и сезонных состояний ПТК

Внутрисезонные и сезонные состояния ПТК наступают вследствие вращения Земли вокруг Солнца и связанным с этим различием в поступлении тепла. Эти состояния хорошо заметны: четыре сезона года, их принципиальное отличие друг от друга знакомы любому человеку. Однако их конкретные свойства у разных ПТК и от года к году у одних и тех же ПТК известны мало, хотя с ними в повседневной хозяйственной и иной деятельности нельзя не считаться.

Сложность выявления состояний ПТК этого типа состоит в том, что они разворачиваются на фоне состояний двух типов - и более низкого, и более высокого таксономического ранга.

Поэтому внутрисезонные и сезонные состояния должны изучаться лишь в пределах одной фазы и подфазы развития. А для того, чтобы выявить границы внутрисезонных и сезонных состояний и определить их свойства надо провести анализ погодовых состояний на протяжении изучаемого и прилежащего к нему сезонов.

Если в этой работе требуется высокая точность, то все наблюдения на полигоне ведутся так, как это делается для выявления погодных состояний. Границы внутрисезонных и сезонных состояний отыскиваются по графику типов погодных состояний (см. рис. 6). Характеристика выявленных состояний дается по преобладающим процессам, свойственным разным "этажам" ПТК. Так, на рис. 6 хорошо видно, что начало лета в 1984 г. пришлось на 10 июня, когда завершилась экстремально теплая и сухая весна. Внутрисезонное состояние начала, лета было связано с преобладанием теплых, влажных дней и прохладных, сырых ночей с дождями преимущественно слабой интенсивности, с падением температуры (в интервале 12,5-22,5°) и нарастанием влажности (в интервале "сырой" - "влажный к сырому") в слое 0-30 см и 30-60 см и нарастанием температуры (2,5-12,5°) и уменьшением влажности (от "сырого" до "влажного к сырому") ниже 60 см. При этом отмечалось созревание плодов и вторичная вегетация у осоки и цветение у подмаренника болотного (доминантные виды).

Следующее внутрисезонное состояние - середина лета характеризовалось чередованием теплых, влажных и жарких, сухих дней и теплых и прохладных, сырых ночей, с отдельными дождями средней и сильной интенсивности. Отмечалось постепенное нарастание температур (12,5-22,5°) в слое 0-30 см и в нижележащих слоях и уменьшение влажности (в пределах "влажный") и верхнем метре почвы. Осока обсеменялась и отмирала, а также вторично вегетировала; подмаренник плодоносил.

Последнее внутрисезонное позднелетнее состояние этого года связано с чередованием преимущественно теплой сухой погоды днем и прохладной, сырой - ночью, с отдельными дождями слабой интенсивности. Наблюдалось общее понижение температуры а слоях 0-30 и 30-60 см (в интервале 12,5-22,5°) и стабилизация температуры ниже 60 см (около 14°), а также стабилизация влажности по всей толще. Осока отмирала и вторично вегетировала, у подмаренника созрели плоды, и началось обсеменение.

Таким образом, лето 1984 г. было коротким и характеризовалось преобладанием теплой, влажной погоды и отдельными периодами жаркой, сухой погоды (не более 25% дней). Почва в слое 0-30 см прогревалась до 25°, а ниже 30 см - до 21°. Большую часть лета преобладало оптимальное увлажнение почвы ("влажно"). Все фенофазы растений прошли раньше средних сроков. Наиболее длительным было внутрисезонное состояние позднего лета.

Менее точные сведения о характере внутрисезонных и сезонных состояний можно получить при проведении повторных наблюдений по сокращенной программе. В этом случае необходимы данные ежедневных наблюдений на метеоплощадке или ближайшей метеостанции, а также полевых повторных наблюдений за температурой и влажностью почв на разных глубинах и описания ботанических площадок, проводимые один (для сезонов) - два (для внутрисезонных состояний) раза в месяц.

Характеристики сезонных состояний должны также включать средние показатели температур и влажности воздуха и количества выпадающих осадков за сезон (в сравнении со средними многолетними). Обязательно отмечают контрастность этих показателей от месяца к месяцу внутри сезона. Кроме того, для весны учитывают даты схода снежного покрова и полного оттаивания почв, начало активной вегетации растений, начала и окончания половодья на реках, последний заморозок. Для осени - окончание вегетации растений, первый заморозок, первый снег, даты установления снежного покрова и начала промерзания почвы. Для зимы - максимальную мощность снежного покрова, максимальное промерзание почв, наличие оттепелей.

Глава 8. Выявление годовых состояний ПТК

Годовые состояния .ПТК складываются из суммы сезонных состояний. Для того чтобы найти их точные рубежи и дать полную характеристику, нужно проделать всю ту работу, которая описана в предыдущем разделе. Естественно, что ее можно выполнить и менее точно, для чего как минимум необходимы данные наблюдений ближайшей к полигону метеостанции и хотя бы по одному полевому наблюдению в сезон. В условиях средней полосы европейской части страны наиболее пригодны для зимних наблюдений вторая половина марта, весенних - начало мая, летних - конец июня начало июли, осенних - конец октября - начало ноября. Эти сроки позволяют соответственно застать следующие важнейшие явления - максимальные мощность снежного покрова и глубину промерзания почвы, максимум половодья и начало активной вегетации растений, максимальное развитие растений (цветение, наибольшая биомасса), окончание вегетации, начало промерзания почв.

Список использованной литературы

Арманд, Давид Львович. Наука о ландшафте -м.: «Мысль»,1975

Преображенский В.С., Ландшафтные исследования, М., 1966

Демек, Яромир. Теория систем и изучене ландшафта -м.: «прогресс»,1977

Беручашвили Н. Л. Четыре измерения ландшафта - м.: «мысль», 1986

Исаченко А.Г. Ландшафтоведение и физико-географические районирование: Учеб.- М.: Высш. Шк., 1991.-366 с.: ил.