19. Представление о функционировании ландшафта. Внутриладшафтные круговороты

Функционирование ландшафта – совокупность процессов перемещения, обмена и трансформации вещества и энергии в геосистеме, это интегральный природный процесс или «единый физико-географический процесс». Функциональными звеньями ландшафта являются: влагооборот, геохимический круговорот и поглощение, трансформация и выход энергии. Влагооборот в ландшафте. Потоки влаги определяют обмен веществ между отдельными компонентами ландшафта. Перемещение влаги сопровождается формированием растворов, коллоидов, взвесей; транспортировкой и аккумуляцией химических элементов. Соотношение внутренних и внешних потоков влаги и интенсивности внутреннего влагооборота выражается коэффициентом стока. Наиболее активное поступление и вынос воды характерен для ландшафтов экваториального пояса. Суммарное испарение – показатель внутриландшафтного влагооборота. На влагооборот большое влияние оказывает биота. Кроны деревьев перехватывают 20% и более годового количества осадков. Главное звено биологического круговорота влаги – транспирация. На единицу продуцируемой фитомассы (сухой) расходуется приблизительно 400 массовых единиц воды. Основная масса почвенной влаги, потребляемая растениями, расходуется на транспирацию. Биогенный оборот веществ. «Малый биологический круговорот» является одним из главных звеньев функционирования геосистем. Основу его составляет продукционный процесс – образование органического вещества зелёными растениями. Они извлекают двуокись углерода из атмосферы, зольные элементы и азот – с водными растворами из почвы. Примерно половина органического вещества, создаваемого при фотосинтезе, окисляется до СО2 при дыхании растений и возвращается в атмосферу. Оставшаяся фитомасса называется чистой продукцией. После отмирания фитомасса разрушается животными сапрофагами, бактериями, грибами, актиномицетами. Растительные остатки минерализуются и одна часть их возвращается в биосферу – в атмосферу в виде СО2 и других летучих соединений, а другая используется растениями для питания. Важнейшие показатели малого биологического круговорота: запасы фитомассы и величина годичной первичной продукции (годичный прирост), интенсивность круговорота – отношение живой фитомассы к живому органическому веществу. Количество элементов питания, потребляемых для создания первичной биологической продукции, называется ёмкостью биологического круговорота. Она зависит от биологических особенностей отдельных видов растений, в частности от их зольности. Абиотическая миграция веществ литосферы. Абиотическая миграция веществ литосферы в значительной степени определяется воздействием силы тяжести. Абиотическая миграция имеет необратимые однонаправленные потоки вещества (можно говорить лишь о геологических циклах). Сущность абиотической миграции вещества заключается в латеральном переносе материала между ландшафтами и между отдельными частями ландшафта и мировым океаном. Вещество литосферы мигрирует в двух основных формах: 1) в виде геохимически пассивных твёрдых продуктов денудации – обломочного материала, перемещаемого под действием силы тяжести вдоль склонов, механических примесей в воде и воздухе (пыль); 2) в виде растворимых веществ, т.е. ионов водных потоков, участвующих в геохимических процессах. По отношению к каждой конкретной геосистеме различают их выходные и входные потоки.

20. Динамические процессы в ландшафтах: виды естественной динамики. Изменчивость и устойчивость природных геосистем. Изменчивость ландшафтов определяется многими причинами, она имеет сложную природу и выражается в различных формах. Прежде всего, в ландшафтах различают два основных типа изменений: обратимые и необратимые. Изменения первого типа не приводят к качественному преобразованию ландшафта, в отличие от изменений второго типа, которые ведут к трансформации структур, т. е. к смене ландшафтов. Все обратимые изменения ландшафта образуют его динамику, тогда как необратимые смены составляют сущность его развития. Под состоянием геосистемы подразумевается упорядоченное соотношение параметров ее структуры и функций в определенный промежуток времени.

Динамика ландшафта – очень емкое и многоплановое понятие, одно из узловых в ландшафтоведении. С одной стороны, динамика перекрывается с функционированием: высокочастотные динамические колебания – до года включительно – относятся к функционированию, а колебания с более длительным временным диапазоном можно рассматривать как многолетние и вековые изменения функционирования.

С другой стороны, динамика имеет близкое отношение к эволюции и развитию, хотя вовсе не тождественна им: в ходе динамических изменений закладываются тенденции будущих коренных трансформаций ландшафта. Динамика ландшафта связана с его устойчивостью – именно обратимые динамические смены указывают на способность ландшафта возвращаться к исходному состоянию.

Устойчивость ландшафта – способность ландшафта сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних факторов.

Проблема устойчивости ландшафта приобретает важное практическое значение в связи с нарастающим техногенным «давлением». Ландшафт, как и любая геосистема, обладает устойчивостью в определенных пределах. 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 широкой приспособляемости к абиотическим факторам, способности восстанавливаться и создавать внутреннюю среду со специфическими режимами: световым, тепловым, водным, минеральным. Роль других компонентов в поддержании устойчивости неоднозначна и часто 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, поэтому его нарушение (в основном в результате денудации) ведет к необратимым изменениям в ландшафте. Стабильность твердого фундамента, таким образом, – важная предпосылка устойчивости ландшафта. Любая система устойчива при сохранении важнейших параметров внешней среды.

21. Эволюция ландшафтов. Основные фазы эволюционного развития ландшафтов. Проблема определения возраста ландшафтов. Необратимые смены ландшафта, сопровождающиеся изменением инварианта, составляют сущность развития или эволюции ПТК. Движущей силой этих процессов являются космические и тектонические факторы, вызывающие долговременные однонаправленные изменения, которые приводят к накоплению элементов новой структуры и вытеснению элементов прежней структуры. Этот постепенный процесс рано или поздно завершается сменой ландшафта, в структуре которого представлены разновозрастные элементы, отражающие отдельные этапы формирования ПТК. В развитии ландшафта выделяются три фазы: зарождения и становления, устойчивого существования и медленного развития, смены. Новый ландшафт возникает не на пустом месте, он формируется на месте прежнего ландшафта, который вступил в фазу смены. Обычно эта фаза характеризуется изменением процессов выноса и аккумуляции твердого материала, тепло- и влагообеспеченности, миграции химических элементов, что свидетельствует о формировании новой геомы. Фаза смены постепенно переходит в фазу зарождения нового ландшафта, отличительной особенностью которого является наличие новой геомы, появление новой биоты, формирование почвенного покрова. В течение фазы устойчивого существования и медленного развития, которая длится десятки и сотни лет, формируется структура ландшафта, горизонтальные и вертикальные связи, основные свойства комплекса. Таким образом, общая тенденция направленности развития ландшафта состоит в постепенном количественном накоплении элементов новой структуры. Конечным результатом этого процессам является качественный скачок – смена одного ландшафта другим. Еще в первой половине ХХ века Б.Б. Полынов и Л.С. Берг указывали, что в ландшафте присутствуют разновозрастные элементы. Б.Б. Полынов предложил различать реликтовые, консервативные и прогрессивные элементы, наличие которых подчеркивает сложный и длительный путь развития ландшафта. Реликтовые элементы сохранились от прошлых эпох, они позволяют восстановить историю формирования ландшафта. В зоне ледниковой аккумуляции реликтовыми элементами выступают формы рельефа (моренные холмы, камы, озы, друмлины), геологические отложения (моренные, озерно-ледниковые, водно-ледниковые и др.), образованные деятельностью ледников и их талых вод, элементы гидрографической сети (долины прорыва), погребенные почвы, отдельные виды растительности (понтийская азалия). Консервативные элементы характеризуют современные условия и структуру ландшафта: его климат, поверхностные воды, почвенно-растительный покров, морфологическое строение. Прогрессивные черты – появившиеся в недалеком прошлом элементы, указывающие тенденцию развития того или иного ландшафта. Примеры прогрессивных элементов: эрозионные формы рельефа, минерализация и сработка торфа на осушенных торфянниках, проникновение степных видов растений в луговые сообщества пойм Припяти и Днепра.

Накопление разновозрастных элементов и наиболее глубокие трансформации ландшафтов запечатлены в истории их формирования.

22. Ландшафтно-экологические исследования. Ландшафтно-экологический анализ. Изучение ландшафтной структуры территории, функционирования и динамики ПТК является необходимой предпосылкой проведения ландшафтно-экологических исследований, предусматривающих выявление, анализ и оценку проблем в области окружающей человека среды. Такие исследования обычно включают три основных этапа работ: ландшафтно-экологический анализ, диагноз и прогноз, на каждом из которых решаются различные задачи. Первый этап – анализ, включает инвентаризацию ландшафтов, установление их пространственной дифференциации, антропогенных воздействий, определение экологических функций. Второй этап – экодиагностика, заключается в оценивании ландшафта для целей сельскохозяйственного, промышленного, рекреационного, транспортного использования или с точки зрения качеств ландшафта как среды жизни людей. Решение этих задач сопровождается оценкой экологического и ресурсного потенциала, экологической емкости, состояния, устойчивости ландшафтов к антропогенным нагрузкам, а также оценкой экологических ситуаций территории исследования. Последний этап – прогнозирование состояния ландшафтов или прогноз изменения экологических ситуаций на 5 – 10 и более лет вперед. Экологические функции ландшафта проявляются как совокупность функций его компонентов, однако экологическая значимость последних для человека далеко не одинакова. Исаченко предлагает различать облигатные (незаменимые) факторы, без которых невозможна жизнь вообще (воздух, вода, солнечное тепло, биологическая продукция) и дополнительные, играющие вспомогательную, но часто лимитирующую роль (стихийные природные процессы). Среди облигатных факторов первостепенное значение имеет климат, который обладает, с одной стороны, большим рекреационным и лечебно-оздоровительным потенциалом, а с другой – способствует формированию ряда экстремальных условий (смерчи, бури, ураганы, гололед и др.). Обводненность ландшафта также относится к незаменимым экологическим факторам. Водообеспеченность населения определяется суммарным годовым объемом речного стока и запасами пресных подземных вод. Большое значение имеет минерализация и химический состав вод, так как с питьевой водой в организм человека поступают необходимые для его нормального функционирования макро- и микроэлементы. Почва, как среда, в которой протекают биогеохимические процессы, имеет косвенное экологическое значение для человека. Почва служит источником питания растений, а через них – поступления минеральных элементов в организм человека. Важным экологическим фактором является рельеф. Увеличение абсолютной высоты местности и связанные с этим явления – понижение атмосферного давления, недостаток кислорода, понижение температуры воздуха – сказываются негативно на здоровье человека. Вместе с тем горные ландшафты обладают высокой аттрактивностью и значительным рекреационным потенциалом. В условиях равнинных территорий расчлененный рельеф повышает эстетические и рекреационные свойства ландшафтов, хотя и снижает их сельскохозяйственную ценность. Наиболее важную экологическую роль в ландшафте играют компоненты биоты, в частности растительный покров, который является поставщиком кислорода в атмосферу, источником многих пищевых продуктов, витаминов, лекарственных средств, фитонцидов. Растительность обогащает среду обитания человека, оказывает большое влияние на рекреационные, эстетические, бальнеологические свойства ландшафта. Совместно с остальными экологически значимыми факторами растительный покров выполняет особо важные экологические функции – стабилизирующие, средоформирующие и средозащитные. Животный мир, несмотря на резкое сокращение численности, продолжает выполнять прежние экологические функции. Животные являются элементами биоты и наряду с растениями определяют биологическую продуктивность экосистемы. Степень позитивного или негативного экологического влияния того или иного природного фактора на человека в значительной степени зависит от характера и уровня антропогенного воздействия. Поэтому ландшафтно-экологический анализ предусматривает необходимость всестороннего учета экологических последствий хозяйственной деятельности человека. Они выражаются в потере почвенного плодородия на пахотных землях, развитии водной и ветровой эрозии, вырубке лесов, частых лесных пожарах, ухудшении водообеспеченности и местного климата, что приводит к сокращению биологической продуктивности и снижению качества жизненной среды.