 |
|
Однорядные и двухрядные системы единиц физико-географического районирования. Методы районирования.
Наиболее распространен так называемый однорядный способ сочетания зональных и азональных признаков, или «ведущих факторов». Обычно это делается путем чередования тех и других признаков при выделении регионов различных рангов, так что с внешней стороны вся система выглядит в виде единого субординационного ряда. Известны различные варианты однорядной
системы, но они отличаются лишь в деталях, которые не имеют
принципиального значения. Так, еще в 1946 г. А. А. Григорьев предложил следующий таксономический ряд: пояс . сектор . зона (и подзона) . провинция . ландшафт. Межвузовское совещание по районированию (1956 г.) рекомендовало несколько иную схему: страна - зона.-провинция- подзона -округ -район 2.
В этих схемах при выделении каждой последующей единицы поочередно используются то зональные, то азональные признаки. Так, в первой схеме в качестве наивысшей ступени принят пояс (имеются в виду традиционные широтные пояса . умеренный, субтропический и т. д.), на следующей ступени внутри пояса по азональным критериям выделяется сектор, затем внутри последнего, по зональным признакам . зона вместе с подзоной, далее снова вводится азональный признак и внутри зоны получается провинция. Ландшафт завершает всю систему как единица, не делимая ни по зональным, ни по азональным признакам (в межвузовской схеме ему соответствует
физико-географический район).
При кажущейся простоте и логичности однорядной системе присущи серьезные недостатки. В этой системе нарушены реальные таксономические соотношения регионов разных категорий, их действительная соподчиненность. Положение в ряду, например, зоны после (т. е. ниже) страны или сектора должно означать, что зона есть часть страны (сектора) и, следовательно, подчинена стране (сектору), находится на более низком таксономическом уровне. Но хорошо известно, что любая зона как проявление широких глобальных закономерностей особого рода ни в каком соподчинении со страной или сектором не находится, ее нельзя рассматривать как результат действия каких-то второстепенных или третьестепенных причин внутри отдельных стран или секторов, как это получается согласно однорядной схеме. Если судить по межвузовской схеме, подзону следует считать неким частным зональным проявлением внутри провинции, но подзона непосредственно связана с зоной, т. е. подчинена ей как естественный результат дальнейшей дифференциации зоны, а вовсе не провинции.
Однорядные системы в их различных вариантах неизбежно оказываются неполными, так как при последовательном соблюдении «принципа чередования» многим региональным комплексам не находится места или же они представлены здесь в сильно «усеченном», разорванном виде. Если допустить, что сектор . часть пояса, то приходится игнорировать тот факт, что многие секторы не укладываются в один пояс и перекрывают несколько поясов (например, Дальневосточный муссонный сектор и многие другие). В
некоторых вариантах однорядной системы после пояса идет страна. Но как быть, если страна оказывается в двух поясах (например, Кавказ вумеренном и субтропическом, Западно-Сибирская равнина в субарктическом и умеренном)?
Положение зон и подзон в однорядной системе особенно наглядно доказывает невозможность построения единого субординационного ряда без нарушения целостности генетически и функционально единых региональных геосистем. Те «зоны» и «подзоны», которые значатся в однорядной системе,. это вовсе не зоны и подзоны в докучаевском и берговском понимании. В однорядной системе ландшафтная зона как целое исчезает: она разорвана на отдельные отрезки, подчиненные секторам или странам В еще более ненормальном положении оказываются подзоны. По межвузовской системе выходит, что только на Русской равнине следует выделить не менее десятка северных подзон степной зоны по числу провинций, которым эти подзоны «вынуждены» подчиняться. Получается, что не существует единой северной степной подзоны или хотя бы северной степи Русской равнины, ибо в силу чисто формальных соображений («принцип чередования») подзона должна выделяться внутри провинции. В природе же подзоны настолько органически связаны с зонами, что часто их трудно бывает разграничить. Так, не имеет большого принципиального значения вопрос. рассматривать восточноевропейскую подтайгу как самостоятельную зону или как подзону тайги. От этого целостность подтайги не изменится. В однорядной же системе «судьба» подтайги существенно зависит от того, как ответить на поставленный вопрос. В первом случае это будет самостоятельная единица (в рамках страны), которая делится на несколько провинций, а во втором . она превратится в серию «усеченных» подзон (точнее . отрезков подзон), выделяемых внутри провинций. Однорядная система делает несовместимыми страны и секторы. Между этими единицами существуют достаточно сложные соотношения (см. ниже), и в рамках однорядной системы эти соотношения не удается отразить, поэтому приходится выбирать одно из двух: одни авторы отдают предпочтение сектору и отвергают страны, другие поступают наоборот. Итак, однорядная система не решает вопроса о совместном учете зональных и азональных факторов при районировании. Она представляет собой условный прием, создающий видимость соподчинения зональных и азональных единиц, которые фактически не соподчиняются. В природе нет никакого «чередования» тех и других, они сосуществуют и перекрываются в двухмерном пространстве, что нетрудно заметить на любой карте районирования (например рис. 53). В условной схеме можно, конечно, расчленить зоны и подзоны на отдельные отрезки, но на карте эти отрезки соединяются незави-
Рис. 53
симо от нашего желания в сплошные полосы. Легко, далее, заметить, что все таксономические единицы однорядной системы, кроме первой в ряду, получаются путем наложения зональных единиц на азональные, однако исходные целостные единицы при этом распадаются. Единственным основанием в пользу однорядной системы может служить ее привычность и удобство применения в целях физико-географического описания территории. Описание по своей природе «однорядно», так как нельзя одновременно описывать две региональные единицы, и мы вынуждены располагать их в той или иной последовательности . сверху донизу. Но вопрос методики описания регионов не имеет отношения кпринципам районирования. Опыт других наук доказывает, что научная систематика, которая должна отражать объективные закономерности, генетические и другие соотношения изучаемых объектов, вовсе не всегда укладывается в один субординационный ряд. Вспомним хотя бы о менделеевской периодической системе химических элементов, которая строится в виде таблицы (матрицы) и потеряла бы всю свою суть, если таблицу развернуть в один ряд, расположив элементы только в порядке нарастания их атомных весов. Другой пример . филогенетическая система организмов, имеющая вид родословного дерева. У этой системы некогда тоже была своя примитивная однорядная предшественница . так называемая «лестница существ», восходящая кАристотелю. Теперь всем ясно, что невозможно отразить последовательное усложнение организации живых существ, не говоря уже об их генетических соотношениях, пытаясь расположить их в один субординационный ряд. Примерно такая же ситуация складывается сейчас в физико-географическом районировании . оно еще никак не может переступить через однорядную традицию, которая не отвечает задачам систематизации достаточно сложной картины пространственных отношений в ландшафтной сфере. Уже то обстоятельство, что не существует одномерного пространства, что пространственные отношения можно выразить как минимум в системе двух координат, должно вызвать настороженное отношение к представлению об одномерности («однорядности») региональной физико-географической структуры ландшафтной сферы. Эта структура бесспорно многорядна.
Объективное наличие двух главных категорий региональных физико-географических единиц служит основанием для так называемой двухрядной системы физико-географического районирования. Идея ее восходит к высказываниям Р. И. Аболина, который еще в 1914 г. указывал на два ряда дифференциации поверхностной оболочки Земли. В 1919 г. П. Н. Крылов впервые осуществил двухрядный принцип при ботанико-географическом районировании Сибири. В один ряд у него вошли широтно-зональные
подразделения, в другой . «провинциальные», близкие к странам и областям. Оба ряда заканчиваются округом, который находится как бы в фокусе обоих рядов и является одновременно частью ботанико-географической зоны и провинции. В сущности почти все известные схемы физико-географического районирования построены по двухрядному принципу, ибо зональные и азональные единицы выделяются независимо. На любой карте видно, что зоны или подзоны протягиваются сплошными полосами, пересекая границы разных стран; последние же накладываются на систему зон, вовсе не считаясь с их границами (см. рис. 53). Все карты физико-географического районирования отдельных материков и территории СССР в «Физико-географическом атласе мира» (1964 г.) «двухрядны»: на каждой из них показаны две не связанные между собой, наложенные одна на другую системы территориальных единиц: с одной стороны, красочным фоном выделены поясные, зональные и подзональные подразделения, а с другой . с помощью оконтуривания линиями разного цвета и толщины . физико-географические страны и области. Признание самостоятельности зонального и азонального рядов само по себе еще не создает системы районирования, точнее говоря, мы получаем две разные, не связанные между собой системы, а суть дела состоит в том, что каждый участок земной поверхности должен найти свое место как в зональном ряду, так и в азональном. Можно сказать, что «физико-географическое лицо» любой территории, точнее ее региональные природные черты, определяются как бы двумя координатами . зональной и азональной, подобно тому, как положение точки на поверхности земного шара может быть точно определено только двумя координатами . широтой и долготой. Если мы скажем, что такой-то пункт расположен на параллели 60° с. ш., это будет правильно, но недостаточно определенно, ибо на той же параллели может находиться бесконечное множество других пунктов. Но если задать еще и долготу, то тогда всякая неопределенность исчезнет, и в координатной системе исключается возможность нахождения какого-либо другого пункта. Эта аналогия приводит к выводу, что система физико-географического районирования также должна иметь вид координатной сетки. Тогда для любой территории мы можем задать по крайней мере две региональные координаты, которые точно укажут ее положение в системе. Если, например, сказать, что территория расположена в зоне тайги, в южнотаежной подзоне, этого будет недостаточно, чтобы обрисовать ее региональную физико-географическую специфику. Но если добавить . «в такой-то физико-географической стране и области», например, в Северо-Западной области Русской равнины, то мы получаем необходимую определенность. Выше было оговорено: «по крайней мере две региональные координаты». Дело в том, что принципиально число «координат», т. е. исходных региональных рядов, может не ограничиваться двумя. Их должно быть столько, сколько в самой природе объективно существует систем региональных связей, или систем региональной дифференциации и интеграции. Так, В. И. Прокаев построил более сложную, «многорядную» систему, куда ввел дополнительно к двум основным рядам еще секторный и барьерный ряды 1. Мы примем для дальнейших построений более простую схему, в которой за исходное взяты зональные и собственно азональные категории. Физико-географические секторы стоят несколько особняком и «ряда» как такового не образуют, так как далее по существу не подразделяются. Барьерные образования, как правило, без труда привязываются к азональному ряду в качестве самостоятельных областей или дополнительных региональных подразделений внутри последних (подобластей) .
Условие совмещения двух независимых рядов районирования на основе координатного принципа построения единой системы реализуется прежде всего в результате выделения ландшафта как естественного завершения, «фокуса», в котором сходятся оба ряда(рис.55). Однако физико-географическое районирование далеко не всегда 
Рис. 55. Система таксономических единиц физико-географического районирования доводится до ландшафтов и может заканчиваться (в зависимости от целевого назначения или обеспеченности фактическим материалом) на более высоких ступенях, например на уровне физико-географических стран и зон (как на рис. 53). Поэтому важно иметь возможность связать зональное деление с азональным на любом уровне районирования так, чтобы всегда можно было определить положение каждой территории в обеих «координатах». Принципиальные основания для этого состоят в следующем. Как известно, всякая зона, сохраняя свою территориальную целостность, приобретает специфические черты, как бы трансформируясь, в пределах каждого сектора, каждой страны или области. Это позволяет выделить производные, или связующие, зонально-азональные регионы (например Таежная зона Восточной Европы, Таежная зона Русской равнины, Таежная зона Тумана). Число возможных производных единиц определяется числом комбинаций из основных зональных и азональных ступеней. Если принять пока в каждом исходном ряду по две ступени, то мы получим четыре производные категории
(рис. 55):
1) зона в узком смысле слова . часть («отрезок») сплошной
зоны (зоны в широком смысле слова) в пределах одной страны;
2) подзона в узком смысле слова . часть («отрезок») подзоны в широком
смысле слова в пределах одной страны;
3) провинция . часть зоны в пределах одной области 1;
4) подпровинция . часть подзоны в пределах одной области. Каждая из
перечисленных производных единиц является зонально-азональной
категорией, она принадлежит одновременно к обоим исходным рядам
районирования и имеет двойное подчинение, что подчеркивается двойным
названием, содержащим указание как на зональную, так и на азональную
«координаты». Например, на рис. 54 названия и индексы ландшафтных
провинций складываются из названий и индексов зон и областей, а
подпровинций . из подзон и областей (2Б . Двинско-Мезенская таежная
провинция, 2Б1 . ее северотаежная подпровинция, 2Б2 . среднетаежная и т.
д.). Районирование конкретной территории можно представить в виде
таблицы-матрицы, в которой горизонтальные ряды соответствуют зональным
подразделениям, а вертикальные колонки . азональным. В клетках матрицы
вписываются двойные индексы производных единиц. Физико-географическое
районирование всегда должно завершаться выделением связующих
(производных) единиц того или иного порядка.
Можно различать три основных уровня районирования в зависи-
мости от его детальности, т. е. от завершающей (нижней) ступени:
первый уровень включает страны, зоны и замыкается на производных зонах в
узком смысле слова (см. рис. 53);
второй уровень включает кроме перечисленных ступеней области, подзоны и производные от них единицы, завершаясь подпровинцией (см. рис. 54);
третий уровень охватывает всю систему подразделений до ландшафта
включительно (рис. 56) .
Рис. 56. Ландшафтная структура Северо-Западной южнотаежной подпровинции.
Ландшафтные подокруга: I . Балтийско-Ладожский, II . Лужско-Волховский, III . Северо-Валдайский
(Тнхвинско-Шекснинский). Ландшафты: 1 . 45. Виды ландшафтов: а . низменные озерно-ледниковые
глинистые и суглинистые, б . низменные озерно-ледниковые песчаные, в . низменные моренные
бескарбонатные, г . низменные моренные карбонатные, д . возвышенные зандровые, е . низменно-
возвышенные камово-озерно-ледниковые, жвозвышенные платообразные моренные на известняковом
основании, з . возвышенные холмисто-моренные, и . то же, на известняковом цоколе, к . возвышенные
платообразные карстовые. Границы: 1 . провинций, 2 . подпровинций, 3 . подокругов, 4 . ландшафтов
Рассмотренная система позволяет при необходимости вводить дополнительные (факультативные) таксономические ступени
районирования. Так, некоторые сложные по своей ландшафтной структуре области можно разделить на 2 . 3 подобласти. Например,
Северо-Западная область Русской равнины делится на подобласти Прибалтийскую, Приильменскую и Валдайскую. В случае выделения
подобластей образуются еще две производные единицы: ландшафтный округ . часть подобласти в границах одной зоны (например,
Валдайский таежный округ) и ландшафтный подокруг . часть подобласти в границах одной подзоны (Валдайский южнотаежный
подокруг).
Теоретически можно построить еще один ряд единиц, производных от физико-географического сектора. Реальное значение имеют отрезки зон
и подзон в пределах секторов, которым не присвоено какого-либо специального таксономического наименования; из контекста и собственного названия всегда ясно, о какой «зоне» или «подзоне» идет речь (примеры приводились выше). Перекрытие секторов со странами и
областями присуще только горным территориям, и это служит одной из причин более сложной региональной структуры гор, к чему мы еще вернемся специально.
Отображение многорядной системы районирования на карте не представляет никаких трудностей. Карта . наилучшая модель территориальных отношений, поэтому она дает возможность наглядно отобразить независимость, сосуществование и перекрытие различных рядов региональной дифференциации. Сущность производных, или связующих, региональных единиц наиболее ясно раскрывается именно на карте, потому что на карте они получаются как бы сами собой . в виде ячеек, образующихся при пересечении зональных и азональных границ (см. рис. 53, 54).
В тексте же любую многорядную пространственную систему приходится «развертывать» в одну цепочку, подобно тому, как события, происходящие одновременно, в повествовании приходится излагать одно за другим. Отсюда следует чисто прагматическая потребность принятия какой-либо условной «однорядной» последовательности описания регионов разных порядков. Здесь, в зависимости от размеров и особенностей региональной структуры территории, возможны различные варианты. Например, при региональной физико-географической характеристике территории СССР целесообразно сначала дать краткий обзор всех ландшафтных зон, затем следует перейти к странам и после их общей характеристики рассмотреть по каждой стране зоны и подзоны в узком смысле слова. Далее нужно дать представление об азональной дифференциации страны . на уровне областей, а в границах областей описать соответствующие провинции, подпровинции и ландшафты. Важно, чтобы в этом описании не было пробелов, т. е. чтобы все регионы нашли в нем место.
№32. Характеристики ландшафтных рисунков, их типы. Картографические, графические и матричные модели ландшафтных структур
Морфологические единицы разных порядков, образуя более или менее сложные территориальные сочетания, создают внутренний узор, или рисунок, ландшафта, который фиксируется на карте в виде многообразных комбинаций различных контуров. Для многих ландшафтов характерно регулярное чередование (повторение) одних и тех же морфологических элементов, ориентированных в определенном направлении. Примерами могут служить упоминавшийся ландшафт Грядового Побужья, сельгово-ложбинные ландшафты карельской тайги, гривисто-ложбинные ландшафты западно-сибирской лесостепи, ландшафты пустынь с грядовыми песками.
Известны ландшафты, в которых морфологические подразделения последовательно сменяются в одном направлении, обычно в соответствии с общим уклоном поверхности (например, на наклонных подгорных равнинах, террасированных аллювиальных, озерных или морских равнинах). Для равнинных ландшафтов зоны избыточного увлажнения характерна, как уже отмечалось, закономерная смена урочищ в направлении от естественной дренажной сети к центру междуречий (рис. 37, А). Сходная закономерность наблюдается в ландшафтах эрозионных возвышенностей, хотя в основе ее лежат иные факторы (рис. 37, Б). Во многих случаях взаимное расположение локальных геосистем не обнаруживает какой-либо видимой закономерности и морфологический «узор» выглядит беспорядочно-пятнисты с прихотливым чередованием разнотипных контуров (рис. 37, В) или с отдельными пятнами второстепенных урочищ, разбросанными по фону урочища-доминанта (см. рис. 34, 37, Г). Предпринимались попытки систематизировать разнообразие морфологических узоров ландшафтов, т.е. свести их к некоторому количеству типов, причем последние устанавливаются на основе подбора качественных геометрических моделей, в какой-то мере передающих характер внутриландшафтной мозаики.
Выделяются, например, следующие типы: полосчатый, поясной, диффузный, дендритовидный, мозаичный. Можно, конечно, подобрать еще ряд более или менее подходящих геометрических выражений (например, решетчатый, веерообразный, концентрический и т.п.), но вряд ли найдется достаточное количество их, чтобы адекватно передать все возможные ситуации.
Геометрические термины дают лишь очень приближенное представление о действительной форме морфологических подразделений и их соотношениях, а во многих случаях они просто неприменимы и географ вынужден прибегать к термину «неопределенный», который ни о чем не говорит.
Сложность проблемы усугубляется тем, что внутренний морфологический рисунок ландшафта многомерен: морфологические единицы первого порядка (например, местности) со своими специфическими очертаниями и пространственными соотношениями сами слагаются единицами второго порядка (урочищами), образующими уже как бы вторичный узор; каждое урочище, в свою очередь, обладает характерной фациальной структурой, создающей рисунок третьего порядка. По характеру размещения и форме урочищ в холмистоморенных ландшафтах мы могли бы назвать их морфологию «беспорядочно-округло-пятнистой», но размещение фаций на моренных холмах характеризуется рисунком, близким к концентрическому.
Размещение водораздельных болотных урочищ во многих ландшафтах (например, на флювиогляциальных или моренных таежных равнинах) не обнаруживает какой-либо упорядоченности; они разбросаны округлыми контурами . разобщенными или сливающимися в сложные системы. Однако фациальная структура самих грядовомочажинных болот строго упорядочена и имеет концентрический рисунок.
Следует подчеркнуть, что за внешним сходством морфологического рисунка, если бы даже нам удалось найти для него удачную геометрическую модель,
часто скрываются принципиальные генетические и структурно-функциональные различия (достаточно напомнить о нескольких примерах «полосчатых» структур, которые приводились ранее). Заметим также, что геометрический рисунок . это следствие генезиса системы, его внешнее проявление. Поэтому мало смысла в поисках соответствующих геометрических терминов; целесообразнее классифицировать морфологические типы ландшафтов и именовать их по генетическим признакам. Говоря, например, об эрозионном, холмисто-моренном, суффозионно-просадочном, криогенном, пролювиальном и тому подобных типах морфологии, мы даем представление о факторах или причинах, создавших внутреннее морфологическое разнообразие ландшафта, и о его внешнем виде, ибо хорошо известно, что эрозионное расчленение выражается в характерном дендритовидном узоре, суффозионно-просадочноев «диффузном» рисунке
округлых западни и т.д.
Рис. 37
Рис. 37. Примеры морфологнческого строения некоторых ландшафтов:
А . южнотаежная озерно-аллювиальяая равнина: 1 . речные поймы, 2 . приречные урочища с
темнохвойными лесами, 3 . заболоченные урочища со сфагновыми сосняками, 4. системы водораздельных
сфагновых болот. Б . лесостепная лёссовая эрозионная возвышенность: 1 . речные поймы, 2 . балки и
овраги, 3 . приречные и прибалочные склоны водоразделов со смытыми серыми лесными почвами, 4 .
плакоры с серыми лесными почвами. В. южнотаежная холмисто-моренная возвышенность: 1 . моренные
холмы с еловыми лесами, 2 . заболоченные котловины, 3 . озера. Г . тундровая озерно-аллювиальная
равнина: 1. плакоры с мохово-лишайниково-кустарничковым покровом, 2 . хасыреи (заболоченные днища
спущенных озер), 3 . термокарстовые озера
Параллельно с опытом качественной классификации морфологических ландшафтных структур возникло иное направление, связанное с поиском количественных характеристик морфологии ландшафта и попытками ее формализации. К настоящему времени предложены десятки количественных показателей, которые должны дать разностороннюю характеристику формы, размеров, взаимного расположения морфологических единиц и степени морфологической сложности ландшафта. Простейшие количественные показатели . число составляющих, т.е. типологических категорий единиц данного ранга (например, урочищ) в ландшафте, число отдельных контуров, площади составляющих . по типам и отдельным контурам, их линейные размеры, протяженность границ и т.п. могут быть сняты непосредственно с ландшафтной карты (визуально или с помощью элементарных картометрических приемов) . На основе этих первичных данных легко получить такие показатели, как средняя площадь контура, процентное соотношение площадей разных таксонов и числа контуров, которыми они представлены в ландшафте.
В свою очередь первичные материалы картометрических измерений служат источником для получения многочисленных математических характеристик различных сторон морфологии ландшафта. сложности рисунка контуров (степени их расчлененности), степени сложности или неоднородности
(«раздробленности») морфологического строения ландшафта целом, а также характера взаимного расположения (соседства) контуров. Среди предложенных характеристик есть относительно простые показатели и сложные коэффициенты, расчет которых по специальным формулам требует трудоемких подготовительных работ и применения ЭВМ. Для простейшей оценки степени расчлененности контуров (КР) можно сопоставить длину границы контура (5) с длиной окружности круга, равного по площади (А) данному контуру:
КР = S/3,14А.
Л. И. Ивашутина и В. А. Николаев разработали серию математических показателей: коэффициенты раздробленности, неоднородности, контрастности, соседства. Правда, они предназначены для характеристики ландшафтной структуры региональных систем более высокого ранга, чем
ландшафт, и рассматриваются в главе 6, посвященной физико-географическому районированию.
К. И. Геренчук с сотрудниками использовали для анализа морфологического строения ландшафтов структурные (морфологические) схемы в виде графа и матрицы, гистограмму распределения местностей по площадям, коэффициент сложности, учитывающий число морфологических единиц и их площади.
Авторы пытались найти совокупную меру сложности морфологического строения, которая учитывала бы число морфологических единиц, число видов морфологических единиц, соотношения их размеров и рисунок морфологического расчленения 1. Наиболее подходящей для этой цели они
считают вероятностную информационную меру разнообразия (иначе называемую энтропийной мерой неопределенности) К. Шеннона:
Н = . Уpi log2 pi,
где pi . вероятность каждой морфологической единицы, которую можно задать в виде отношения ее площади (Si) к общей площади ландшафта (So):
pi = Si/So.
Таким образом, сумма вероятностей равна 1,0. Структура, представленная одним элементом, будет иметь нулевую меру разнообразия, а представленная двумя равновеликими элементами . единичную меру (1 бит). С увеличением числа составных частей и изменением их соотношения Н соответственно изменяется.
Расчеты производятся раздельно для видового и индивидуального разнообразия (т.е. по типологическим единицам того или иного ранга и по конкретным выделам) . Естественно, для каждого иерархического уровня информационная мера сложности будет разной (например, разнообразие местностей по ландшафтам, урочищпо местностям, урочищ . по ландшафтам и т.д.), так что единой, «интегральной» меры морфологической сложности ландшафта не получается. Притом, как отмечают сами авторы, информационным мерам присуща определенная ограниченность, поскольку они не учитывают абсолютных размеров морфологических частей и различий рисунка морфологического расчленения.
Очевидно, невозможно дать полное математическое описание морфологии ландшафта. К существующим формулам, по-видимому, будут добавлены новые, и можно спорить об их относительных достоинствах и недостатках, но пока трудно оценить теоретическую или практическую значимость предложенных способов. Оценивая результаты любых расчетов, следует помнить, что они зависят от качества исходного материала, т.е. от ландшафтной карты . от ее полноты и точности, от принятой классификации отображенных геосистем, от степени и характера генерализации, от известного субъективизма в рисовке контуров и проведении границ. Результаты математического анализа по разным ландшафтам могут быть сравнимыми только в том случае, если они основаны
на абсолютно однородном картографическом материале, что при нынешнем состоянии детального ландшафтного картографирования практически исключено. Крупно- и среднемасштабные карты, пригодные для морфологического и математического анализа на уровне локальных геосистем, пока составлены для относительно небольших и изолированных территорий, причем еще не выработаны единые нормативы на ландшафтные съемки разных масштабов и нет единых классификаций объектов съемки, т. е. геосистем разных рангов. Практически это означает, что существующие опыты математической интерпретации ландшафтных карт могут иметь лишь очень ограниченное значение, они сохраняют своюсилулишь для отдельных районов . в пределах площадей, покрытых однородными ландшафтными картами.
Для решения практических задач по хозяйственному освоению, использованию, мелиорации, охране природных комплексов важны не столько условные геометрические образы или математические модели территориальной структуры ландшафта, сколько реальные формы, площади и пространственные соотношения морфологических единиц, передаваемые ландшафтной картой (разумеется, если она достаточно детальна, точна и достоверна). Различного рода математические коэффициенты могут иметь лишь вспомогательное значение, и вряд ли роль исследований в
соответствующем направлении следует переоценивать. Во всяком случае ландшафтная съемка (в плане как совершенствования ее теоретических основ и методов, так и расширения территориальной сферы (охвата) должна опережать математические расчеты.
Используя математические коэффициенты сложности, контрастности и т.п., мы не выходим за пределы описательной, или статической, морфологии, предметом которой остается по существу лишь изучение внешних форм,
своего рода геометрии ландшафта. Между тем основную задачу морфологического исследования ландшафта следует видеть в познании взаимодействия его составных частей, их вещественно-энергетических отношений и динамики.
Морфологическое строение ландшафта не есть нечто застывшее, неизменное, оно непрерывно преобразуется в ходе развития ландшафта. Об изменчивости элементарных геосистем уже говорилось. Фации и урочища соединены разнообразными динамическими переходами, вследствие чего не всегда можно однозначно отнести ту или иную конкретную морфологическую часть ландшафта к одному из этих двух разрядов. Н. А. Солнцев ввел для подобных динамичных образований понятие географическое звено. Однородная фация, занимающая один элемент рельефа, с течением времени в результате дифференциации превращается в урочище. Классический пример. степные западины (блюдца), на однородной поверхности которых постепенно формируется целая серия фаций, представленных ивняками, осиновой рощей («кустом»), а иногда еще и дубовыми насаждениями, которые сменяют друг
друга от центра к периферии. Аналогичные процессы прогрессирующей локальной дифференциации наблюдаются на днищах спущенных реками термокарстовых озер (хасыреях) и во многих других случаях. Морфология ландшафта . один из аспектов его структуры; и внешний морфологический анализ . лишь шаг на пути к более глубокому функционально-динамическому исследованию
№34. Триада понятий "функционирование-динамика-эволюция" геосистем. Понятие характерного времени и временные масштабы анализа геосистем. Понятие о состояниях геосистем, пространство состояний, фазовые портреты геосистем, инварианты геосистем. Типы динамических процессов в геосистемах (циклические, периодические, ритмические, трендовые).
В геосистемах происходит непрерывный обмен и преобразование вещества и энергии..
Всю совокупность процессов перемещения, обмена и трансформации энергии, вещества, а также информации в геосистеме можно назвать ее функционированием. Функционирование ландшафта слагается из множества элементарных процессов, имеющих физико-механическую, химическую или биологическую природу (например, падение капель дождя, растворение газов в воде, поднятие почвенных растворов по капиллярам, испарение, фотосинтез, разложение органической массы микроорганизмами и т. п.). Все географические процессы могут быть в конечном счете сведены к подобным элементарным составляющим, но это означало бы редукцию, не отвечающую задачам познания геосистемы как целого и привело бы к потере этого целого.
С этой точки зрения геосистема есть сложная (интегральная) физико-химико-биологическая система. Функционирование геосистем слагается из трансформации солнечной энергии, влагооборота, геохимического круговорота, биологического метаболизма и механического перемещения материала под действием силы тяжести. В каждом из названных звеньев необходимо различать биотическую и абиотическую составляющие. Важно различать внешние (входные и выходные) потоки и внутренний оборот. Функционирование геосистем имеет квазизамкнутый характер, т. е. форму круговоротов с годичным циклом. От интенсивности внутреннего энергомассообмена зависят многие качества ландшафта, в частности его устойчивость к возмущающим внешним воздействиям. Функционирование геосистем сопровождается поглощением, преобразованием, накоплением и высвобождением энергии.
Структура геосистемы . сложное, многоплановое понятие. Ее определяют как пространственно-временную организацию (упорядоченность) или как взаимное расположение частей и способы их соединения. Соответственно различаются две системы внутренних связей в ПТК . вертикальная, т. е. межкомпонентная, и горизонтальная, т. е. межсистемная. Те и другие осуществляются путем передачи вещества и энергии (отчасти также информации).
Структура геосистемы имеет помимо пространственного и временной аспект. Составные части геосистемы упорядочены не только в пространстве, но и во времени. Функционирование геосистем имеет циклический характер и подчинено цикличности поступления солнечной энергии. Каждому компоненту присуща определенная инерционность, т. е. большее или меньшее отставание ответных реакций на внешние (астрономические) причины внутригодовых изменений, в силу чего эти изменения не синхронны в отдельных процессах и явлениях. Достаточно вспомнить о снежном покрове - это специфический временный (сезонный) компонент многих геосистем, присутствующий в них только зимой. С другой стороны, зеленая масса растений в умеренных широтах присутствует и «работает» только в теплое время года. Таким образом, в понятие структуры геосистемы следует включить и определенный, закономерный набор ее состояний, ритмически сменяющихся в пределах некоторого характерного интервала времени, которое можно назвать характерным временем или временем выявления геосистемы. Таким отрезком времени является один год: это тот минимальный временной промежуток, в течение которого можно наблюдать все типичные структурные элементы и состояния геосистемы. Фенологи и ландшафтоведы предложили различные схемы деления годичного цикла на сезоны, подсезоны, фазы, этапы и т. п. С инерционностью компонентов связан эффект последействия, т. е. зависимость состояния геосистемы от характера предшествующих сезонных фаз. Годичный цикл с его сезонными фазами, может быть «разложен» на более дробные временные составляющие. Но, с другой стороны, осредненный (средний многолетний) годичный цикл не выявляет полного диапазона колебаний отдельных параметров функционирования ландшафта, его многолетней изменчивости, возможных аномалий, экстремальных ситуаций и трендов. Динамика ландшафта обусловлена преимущественно, но не исключительно, внешними факторами и имеет в значительной степени ритмический характер. Суточный и сезонный ритмы, с которыми мы встречаемся повседневно, связаны с планетарно-астрономическими причинами. Более или менее достоверно установлены различные ритмы большей продолжительности. Даже в тех случаях, когда факторы ритмических колебаний изменяются строго периодически (что относится ко всем астрономически обусловленным ритмам, в том числе суточному и годичному), их географическим проявлениям не свойственна строгая повторяемость через одни и те же интервалы. Это объясняется очень сложным, опосредованным проявлением внешних импульсов в географической оболочке и ее ландшафтах ,прежде всего в силу неодинаковой инерционности .
Все пространственные и временные элементы структуры геосистемы составляют ее инвариант. Инвариант–это совокупность устойчивых отличительных черт системы, придающих ей качественную определенность и специфичность, позволяющих отличить данную систему от всех остальных. Все обратимые изменения ландшафта образуют его динамику, тогда как необратимые смены составляют сущность его развития. Динамика, таким образом, входит в понятие инварианта ландшафта, в ней выражается временная упорядоченность
состояний ландшафта как его структурных элементов. Поэтому динамику иначе можно определить как смену состояний геосистем в рамках одного инварианта, в то время как развитие есть смена самого инварианта. Под динамикой подразумеваются изменения системы, которые имеют обратимый характер и не приводят к перестройке ее структуры. Сюда относятся главным образом циклические изменения, происходящие в рамках одного инварианта (суточные, сезонные), а также восстановительные смены состояний, возникающих после нарушения геосистемы внешними факторами (в том числе и хозяйственным воздействием человека).
Под состоянием геосистемы подразумевается упорядоченное соотношение параметров ее структуры и функций в определенный промежуток времени. Состояние геосистемы находится в соответствии с входными (внешними) воздействиями (например, потоком лучистой энергии
Солнца, атмосферными осадками). Устойчивую смену состояний геосистемы в пределах суточных и годовых циклов можно назвать режимом функционирования геосистемы.
Динамические изменения говорят об определенной способности геосистемы (пока внешние возмущения не перешли некоторого критического порога) возвращаться к исходному состоянию, т. е. о ее устойчивости. Устойчивость и изменчивость два важных качества геосистемы, находящиеся в диалектическом единстве. От динамики следует отличать эволюционные изменения геосистем, т. е. развитие. развитие . направленное (необратимое) изменение, приводящее к коренной перестройке структуры, т. е. к появлению новой геосистемы. Прогрессивное развитие присуще всем геосистемам. Перестройка локальных ПТК может происходить на глазах человека, об этом свидетельствуют такие процессы, как зарастание озер, заболачивание лесов, возникновение оврагов. Время трансформации систем регионального уровня измеряется геологическими масштабами. Развитие геосистем . сложный процесс, познание которого требует специфических подходов в зависимости от ранга геосистемы.
на прогрессивное движение накладываются ритмические колебания и регрессивные сдвиги.
№35. Формы устойчивости геосистем (инерционность, восстанавливаемость, пластичность) и критерии их оценки.
Под устойчивостью системы подразумевается ее способность сохранять структуру при воздействии возмущающих факторов или возвращаться в прежнее состояние после нарушения. Проблема устойчивости ландшафта приобретает важное практическое значение в связи с нарастающим техногенным «давлением». Ландшафт, как и любая геосистема, несомненно обладает устойчивостью в определенных пределах. Однако пределы эти пока еще не установлены и механизм устойчивости не изучен.Устойчивость не означает абсолютной стабильности, неподвижности. Напротив, она предполагает колебания вокруг некоторого среднего состояния, т. е. подвижное равновесие.
В саморегулировании геосистем особенно большую роль играет биота - важнейший стабилизирующий фактор благодаря ее мобильности, широкой приспособляемости к абиотическим факторам, способности восстанавливаться и создавать внутреннюю среду со специфическими режимами световым,
тепловым, водным, минеральным.Высокая интенсивность биологического круговорота и соответственно биологическая
продуктивность служат одним из существенных условий и показателей устойчивости геосистемы.
Роль других компонентов в поддержании устойчивости неоднозначна и подчас противоречива. Климат и влагооборот быстро реагируют на входные воздействия и сами по себе крайне неустойчивы, но быстро восстанавливаются. Твердый фундамент один из наиболее устойчивых компонентов, но в случае нарушения не способен восстанавливаться, и поэтому его нарушение (в основном в результате денудации) ведет к
необратимым изменениям в ландшафте. Стабильность твердого фундамента, таким образом, важная предпосылка устойчивости ландшафта. Но основным стабилизирующим фактором, поддерживающим гравитационное равновесие в
системе и препятствующим денудации, служит растительный покров.
Устойчивость всякого ландшафта, разумеется, относительна и имеет свои пределы. Рано или поздно ландшафт подвергнется трансформации в ходе своего развития.
Любая система устойчива при сохранении важнейших параметров внешней среды. При сохранении определенной стабильности зональных и азональных условий все современные ландшафты будут оставаться устойчивыми, и
диапазон параметров внешней среды, от которых зависит их устойчивость, в общих чертах известен. Но в каждом отдельном случае порог устойчивости, т.е. критические значения каждого конкретного возмущающего фактора, предстоит выяснить. В этом состоит одна из нерешенных задач ландшафтоведения.
Степень устойчивости геосистем пропорциональна их рангу. Фации наименее устойчивы к внешним воздействиям и наименее долговечны. Ландшафт - система значительно более устойчивая, о чем наглядно свидетельствуют наблюдения над его реакцией на преднамеренное и непреднамеренное вторжение человека с его хозяйственной деятельностью.
Каждому компоненту присуща определенная инерционность, т. е. большее или меньшее отставание ответных реакций на внешние (астрономические) причины внутригодовых изменений, в силу чего эти изменения не синхронны в отдельных процессах и явлениях. С инерционностью компонентов связан эффект последействия, т. е. зависимость состояния геосистемы от характера предшествующих сезонных фаз.
Различные ритмы проявляются в ландшафте совместно и одновременно, интерферируя, т. е. накладываясь один на другой. Это обстоятельство затушевывает четкость ритмов и затрудняет их расчленение. Не все ритмы в равной степени актуальны для ландшафтоведческого изучения.
Особый тип динамических изменений представляют восстановительные(сукцессионные) смены состояний геосистем после катастрофических внешних воздействий вулканических извержений, землетрясений, ураганов, наводнений, пожаров, нашествий грызунов и т. п. Для геосистемы локального уровня подобные воздействия часто оказываются критическими, т. е. ведут к необратимым изменениям. Постоянные, но более или менее кратковременные нарушения, не затрагивающие инварианта,приводят к появлению различных переменных состояний фаций, или серийных фаций, по В. Б. Сочаве. Серийные фации обычно недолговечны и представляют собой те или иные стадии формирования коренной структуры.
устойчивость к техногенным нагрузкам.
Пластичность,одна из особенностей геосистемы, -способность ландшафта изменяться под воздействием внешних факторов, сохраняя при этом основные характеристики, обеспечивающие его устойчивость. Пластичность способствует сохранению его целостности (особенно биоты) даже в экстремальных условиях (при засухе, избыточном увлажнении и т. п.). На пластичности геосистем. основана возможность хоз. освоения природного ландшафта или перевода его в оптимальное для выполнения той или иной социально-экономич. функции состояние.
Всякая геосистема, как нам уже известно, приспособлена к определенной природной среде, в рамках которой она устойчива и нормально функционирует. Многие техногенные факторы,
особенно так называемые загрязнения, т. е. искусственные геохимические нагрузки, не имеют аналогов в природе, и устойчивость геосистем к подобным возмущающим факторам имеет специфический характер. Разнообразие техногенных воздействий на геосистемы намного превосходит набор
возможных возмущений природного происхождения. В каждой конкретной ситуации механизмы устойчивости и ее порог имеют свои особенности, и в каждом случае следует искать «слабое звено» и стабилизирующие факторы. Критерии устойчивости к химическому и механическому воздействию в значительной степени исключают друг друга. Даже такой общепризнанный стабилизирующий фактор, как растительный покров, может играть при химическом загрязнении отрицательную роль, поскольку способен аккумулировать вредные соединения и элементы. Один из аспектов этой проблемы устойчивость геосистем к загрязнению биохимически активными техногенными веществами (нефтепродуктами, пестицидами)
В целом перечисленные факторы изменяются зонально. Что касается интенсивности выноса продуктов техногенеза из геосистем, то она зависит от величины стока, водопроницаемости почвогрунтов, уклонов поверхности и дренированности территории, ветрового режима (скорость и направление ветра, температурные инверсии, штили). Иные сочетания свойств геосистем и иные структурные собенности
определяют степень устойчивости к механическим нагрузкам, вырубке, пожарам, выпасу и т. д.
Вряд ли возможно найти единый показатель «интегральной» устойчивости геосистем к техногенному воздействию. Можно, однако, указать некоторые наиболее общие критерии, имеющие силу в большинстве случаев. Это прежде всего высокая интенсивность функционирования и сбалансированность
функций геосистемы, включая биологическую продуктивность и возобновимость растительного покрова. В свою очередь эти качества определяются оптимальным соотношением тепла и влаги. Основными факторами неустойчивости геосистем являются недостаток тепла и влаги, гравитационная и тепловая (в условиях многолетнемерзлых пород) неустойчивость твердого фундамента. Эти общие критерии устойчивости (и неустойчивости) должны конкретизироваться не только применительно к различным формам и факторам воздействия, но и к различным уровням и типам геосистем. Иначе говоря, при анализе устойчивости геосистем к техногенным воздействиям необходимо опираться на региональные и локальные ландшафтно-географические закономерности, на таксономию и классификацию геосистем.
Устойчивость геосистем в зависимости от конкретной задачи исследования можно рассматривать на зональном, собственно ландшафтном и фациальном уровнях. При самых широких сравнениях отчетливо выявляются различия в
устойчивости ландшафтов различных типов.
При более детальном анализе в пределах каждого типа может быть обнаружено большое разнообразие условий, связанное со спецификой отдельных ландшафтов и их видов.
№36. Флуктуации состава и структуры геосистем. Сукцессии геосистем. Типы автогенных (сингенез, эндоэкогенез) и аллогенных (гологенез, гейтогенез) сукцессий.
Первые изменения фитоценозов В.Н. Сукачев (1942) предложил называть динамикой фитоценозов, вторые – смену одного фитоценоза другим – динамикой растительного покрова. Несомненно, изменения второго рода подготавливаются изменениями, протекающими в пределах определенного фитоценоза, хотя и качественно отличны от них.
В растительном сообществе можно выделить следующие типы изменений (Александрова, 1964): 1) суточные, 2) сезонные, 3) погодичные или разногодичные (флюктуационные), 4) возрастные, 5) изменения, определяемые процессами возобновления, 6) изменения, обусловленные микроэволюцией видов растений.
Флюктуационные (погодичные или разногодичные) изменения связаны с различиями в условиях среды обитания фитоценоза в разные годы, т.е. с изменением метеорологической обстановки по годам. От нее зависит интенсивность и особенности деятельности животных, обитающих в фитоценозе, а также урожайность семян, развития вегетативной массы растений и других особенностей биотопа и биоценоза, меняющихся по годам.
Признаками флюктуации следует считать не только обратимость изменений, но и их глубину: если в фитоценозе сохраняются основные компоненты, хотя бы в латентном состоянии, то это флюктуация. Если же одни компоненты сменяются другими, то речь идет о смене одного фитоценоза другим, т.е, о сукцессии.
Не всякое изменение фитоценоза является флюктуационным, а лишь такое, при котором флористический состав оказывается устойчивым.
Флюктуации, по Т.А. Работнову, могут вызываться погодичными изменениями метеорологических и гидрологических условий и различиями в воздействии человека. Эти первичные причины влияют не только на саму растительность, но и на животных и микробов, изменения которых также могут стать причинами (уже вторичными) флюктуаций.
По степени выраженности различают флюктуации:
а) скрытые, обнаруживающиеся лишь при точных учетах и не имеющие существенного значения для жизни фитоценозов;
б) краткосрочные – осцилляторные (осцилляции), длительностью 1-2 года, изменения в соотношении компонентов и в продукции;
в) дигрессионно-демутационные – более продолжительные (длительностью 3-10 лет), вызываемые более глубокими изменениями условий и обязательно сопровождающиеся массовым отмиранием одного или нескольких компонентов и соответственно разрастанием эксплерентов.
Выраженность флюктуаций определяется глубиной изменений условий среды.