Система связей в ПТК (геосистеме)

Природный территориальный комплекс – участки земной поверхности характеризующиеся общностью происхождения, развития и однотипностью взаимодействия природных компонентов: горных пород, рельефа, нижних слоев тропосферы с климатическими характеристиками, поверхностных и подземных вод, почв, растительности и животного мира.. Понятие «природный территориальный комплекс» (ПТК) употребляется в нескольких значениях:

1) как синоним терминов ландшафт природный, природная геосистема;

2) в последние годы в ряде стран для обозначения природной составляющей (Naturraum), природной части ландшафта (антропогенного ландшафта), т.е. сложных геосистем, включающих природную составляющую в качестве подсистемы. Иногда это же понятие передается термином геокомплекс.

Некоторые авторы предложили ограничить сферу применения термина «геосистема» лишь теми природными системами, элементы которых связаны однонаправленным потоком вещества.

В ландшафте различают вертикальные и горизонтальные связи.

Связи вертикальные это связи между компонентами ландшафта – между климатом, горными породами, подземными и поверхностными водами, почвами, растительным и животным миром. Анализ вертикальных связей – начальный шаг к познанию ландшафта и его морфологической структуры. Анализ вертикальных связей необходим в практических целях, во-первых, для предсказания последствия изменений в плохо наблюдаемых компонентах на основе анализа изменений и последствий в легко наблюдаемых компонентах (например, по изменению характера растительности дать заключение об изменении режима увлажнения); во-вторых, для управления воздействием на один компонент (или их группу) с целью получения положительного эффекта от других (например, регулирование водно-теплового режима почв для повышения биопродуктивности).

Связи горизонтальные (латеральные) – между соседними геосистемами (более низкого и равного рангов). Они проявляются в формировании пространственной структуры ландшафтных образований. Эти связи проявляются также во влиянии одного ландшафта на другой, в формировании океанических и континентальных типов ландшафтов. Изучение горизонтальных связей привело к формированию полисистемной модели ландшафтов.

Различают связи прямые, направленные от более «активного» объекта или явления к другому, более «пассивному», объекту или явлению (таковы, например, связи, возникающие при воздействии какого-либо сооружения на грунтовые воды), и связи обратные, возникающие как ответная реакция «пассивного» объекта и влияющие на состояние «активного» объекта.

Межкомпонентные связи в ландшафте не являются абсолютно жесткими. Они носят вероятностный характер. Природные компоненты обладают некоторой степенью свободы в своем поведении. Благодаря этому, ландшафт может более или менее пластично реагировать на возмущающие импульсы внешней среды.

Ландшафт способен существовать только при условии "движения через него потока вещества, энергии и информации". Вещественные, энергетические и информационные свойства природных компонентов теснейшим образом взаимосвязаны и отдельно друг от друга в природе не существуют. Поэтому вещественно-энергетический и информационный обмен между компонентами и геосистемами в целом немыслим в их раздельности. Однако в ходе ландшафтного анализа удается различать его виды.

Можно привести немало примеров вещественно-энергетических связей в ландшафте. Начнем с самого простого: горный речной поток, порожденный атмосферными осадками и таянием высокогорных нивально-гляциальных покровов, низвергается вниз по ущелью, благодаря потенциалу гравитационной энергии горного рельефа, который был создан тектоническим вздыманием страны. Размывая скальные породы и обломочный материал осыпей и обвалов, поток превращает их в валунно-галечный аллювий. Его водная масса насыщается влекомым, взвешенным и растворенным материалом. Одновременно происходит жидкий, твердый и ионный сток. Ущелье со временем превращается в террасированную долину. В деятельности горного потока интегрируются многие фак­торы абиотической природы горного ландшафта: поверхностный сток, атмосферные осадки, снежно-ледовые покровы, горный рельеф, слагающие ландшафт горные породы.

Особенно ярко межкомпонентные вещественно-энергетические связи прослеживаются в биогеохимическом (малом биологическом) круговороте, наиболее важном в превращении ландшафта в целостную геосистему. Растительность выступает в нем самым активным компонентом. Недаром В. Б. Сочава назвал ее критическим компонентом ландшафта. Непременными и незаменимыми факторами жизни растений служат, как известно, свет, тепло, воздух, вода и элементы минерального питания. Даже из простого их перечня видно, что для существования растительного покрова не­обходимы все природные компоненты ландшафта. Под биологическим круговоротом понимается сложный циклический, много­ступенчатый процесс. Он включает поступление химических элементов (С, N, О, Са, К, Mg, Na, P, S, Si, Cl, Fe и др.) из почвы, воды и воздуха в живые организмы главным образом в зеленые растения и превращение их под воздействием лучистой энергии Солнца в ходе фотосинтеза в сложные органические соединения. Ежегодно на Земле образуется около 170 млрд т первичного органического вещества. При этом усваивается 300-320 млрд т СО, из воздуха и выделяется около 200 млрд т свободного кислорода.

Часть созданного растениями - продуцентами биогенного вещества - энергии используется в трофических цепях животными. В результате минерализации растительного опада и отмерших организмов происходит возвращение химических элементов в среду: почвы, воздух и воду. Этот круговорот вещества и энергии почти замкнут. Малая доля отмершей органики захороняется или выносится за пределы геосистемы путем вещественно-энергетического обмена с ландшафтной средой. Примерно 0,004% годичной биологической продукции резервируется. Живое вещество выступает как аккумулятор солнечной энергии. В итоге за многие миллионы лет в ландшафтной оболочке накопились большие запасы свободной биогенной энергии (каустобиолиты, почвенный гумус). Однако в настоящее время человечество за одни только сутки расходует столько ископаемого органического топлива, сколько его откладывалось когда-то в среднем за 300-350 лет.

Информационные связи в ландшафтах прослеживаются как в пространстве, так и во времени. Суть их состоит в передаче территориального и временного упорядоченного разнообразия одним природным компонентом другому компоненту, и наоборот. Таким образом, компоненты как бы стремятся запечатлеть свою пространственно-временную организацию в других компонентах и геосистеме в целом. В отношении пространственной организации очень сильное информационное давление на другие природные компоненты оказывает литогенная основа. Разнообразие горных пород, а главное, неровности рельефа дневной поверхности находят соответствующее отражение в пространственной смене почвенного и растительного покрова, водного режима и микроклимата. Как территориально дифференцирована литогенная основа, так в главных чертах устроен в плане и ландшафт в целом.

Классическим примером информационного влияния рельефа на ландшафт является известное правило предварения В. В. Алехина (1882-1946), известного геоботаника, профессора МГУ. Согласно правилу предварения, на склонах северной экспозиции развивается растительность более северных зон, подзон, а на склонах южной экспозиции – более южных. В лесостепной зоне, например, склоны долин и балок, обращенные на север, как правило, заняты широколиственными лесами, а склоны южной экспозиции -степными ценозами.

В информационных ландшафтных связях можно видеть аналогию с известным принципом симметрии П. Кюри (1859-1906), согласно которому симметрия причины сохраняется в симметрии следствия. Если в указанной формуле вместо слова "симметрия" поставить слово "организация", то она в полной мере будет характеризовать суть трансляционной информации в ландшафте.

К тем определениям ландшафтоведения как науки, которые были уже даны, можно добавить еще одно: ландшафтоведение - наука о внутриландшафтных и межландшафтных системных связях. Знание таких связей позволяет обоснованно решать многие проблемы природопользования.

2.4. Вертикальная и горизонтальная структура ландшафтов. Ландшафт – это сложный природный территориальный комплекс, характеризующийся: 1) наличием природных компонентов; 2) наличием более мелких ПТК; 3) системой взаимосвязей между компонентами и между ПТК. Расположение, порядок компонентов и природных территориальных комплексов внутри ландшафта называют его строением. Различают вертикальное (порядок компонентов) и горизонтальное (порядок ПТК) строение ландшафта. В строении ландшафта отражаются основные черты и закономерности географической оболочки и особенности динамики каждого конкретного ландшафта.

Под структурой ландшафта в 60-х годах подразумевался характер расположения и сочетания более мелких ПТК. В настоящее время структуру ландшафта понимают как совокупность внутренних взаимосвязей между компонентами (вертикальные связи) и более мелкими ПТК (горизонтальные связи). Наличие устойчивых постоянных взаимосвязей обеспечивает целостность, единство всего ландшафта. Строение и структура ландшафта не есть нечто застывшее, неиз-менное. Ландшафты подвержены постоянному развитию и изменению в соответствии с развитием и усложнением структуры географической оболочки.

Ландшафтообразующие компоненты. В каждом ландшафте как бы в вертикальном разрезе представлены части всех сфер географической оболочки – литосферы, атмосферы, гидросферы, биосферы. Фрагменты этих сфер называют природными компонентами.

В пределах ландшафта все природные компоненты образуют различные сочетания, выступающие структурными частями любого ПТК – от географической оболочки до фации. Учитывая это, Н.А. Солнцев (1968) предложил называть их полными (или пятичленными) ПТК и не смешивать с одночленными, двучленными и другими природными комплексами (например, почвами или горными породами).

Взаимосвязи компонентов. Взаимодействия компонентов проявляются через систему прямых и обратных связей (рис.). Прямые связи – это наиболее устойчивые, отчетливо выраженные и постоянные воздействия, направленные от одного компонента к другому. Общеизвестны, например, зависимости, существующие между тектоническими структурами и рельефом: синеклизам, как правило, соответствуют низменности, антеклизам – возвышенности. Рельеф в свою очередь является важным климатообразующим фактором. Возвышенности характеризуются максимальным количеством атмосферных осадков и более низкими (в среднем на 0,3°) среднемесячными и среднегодовыми температурами воздуха по срав нению с равнинными и низменными территориями, где сумма годовых осадков уменьшается на 100 – 150 мм, а температура воздуха повышается.

Рис.. Взаимосвязи компонентов в ландшафте (по Н.А. Солнцеву). 1 – прямые связи; 2 – обратные связи.

Известно, какую роль играет климат в жизни рек. Климатическими факторами, в частности атмосферными осадками, обусловлены типы питания и режим рек, показатели стока.

Среди различных факторов почвообразования велико значение грунтовых вод. При глубоком залегании вод, что наблюдается на повышенных элементах рельефа, формируются автоморфные почвы. В условиях равнинного рельефа и сравнительно близкого от поверхности уровня грунтовых вод образуются полугидроморфные (заболоченные), а при постоянном избыточном увлажнении – гидроморфные (болотные) почвы.

Влияние почвенного покрова на растительность проявляется в общеизвестных закономерностях: на сухих песчаных почвах обычно произрастают сосновые леса, на свежих супесчано-суглинистых – широколиственно-сосновые и широколиственно-еловые, на заболоченных глинистых и суглинистых – еловые леса. К торфяно-болотным почвам приурочены коренные пушистоберезовые, черноольховые или сосновые леса, а также моховые и травяные открытые болота. Растительность оказывает значительное воздействие на животный мир. Животное население лесов, лугов, болот или распаханных пространств коренным образом различается между собой. Следовательно, прямые связи между компонентами обусловливают в общем известные закономерности географической оболочки или любого другого ПТК.

Ландшафт представляет систему открытого типа. Это означает, что он находится в состоянии постоянного обмена веществом и энергией с другими системами и при этом не разрушается, а стремится к сохранению стабильного, устойчивого состояния. Такое свойство ландшафта обеспечивается за счет обратных связей. В целом обратная связь – это способность системы гасить приходящий извне импульс, который в результате приводит к цикличности развития. Обратные связи постоянны, но выражены в ландшафте значительно слабее, чем прямые.

Различают несколько типов обратных связей (рис.). Наиболее простые среди них – связи непосредственные и цепочечные, возникающие между 2 – 3 компонентами. Более частый и сложный случай – отрицательные и положительные обратные связи, когда внешний импульс вызывает замкнутый контур изменения. При этом положительные связи действуют в том же направлении, в каком действовал первичный импульс, усиливая цепные реакции лавинного типа и зачастую приводя к изменению или разрушению ландшафта. Отрицательные обратные связи появляются в том случае, когда реакция ПТК направлена на погашение внешнего импульса и восстановление равновесия. Такие связи преобладают в ландшафте, и именно они обеспечивают саморегуляцию и устойчивость ПТК.

Саморегуляция с помощью отрицательных обратных связей встречается достаточно часто. Так, в летние сезоны с повышенным количеством осадков в Беларуси наступает резкое переувлажнение суглинистых и глинистых почв. На суходольных лугах это вызывает усиленное развитие разнотравья, интенсивно транспирирующего почвенную влагу. Через некоторое время, когда количество осадков снижается до среднемесячного, мезофильная растительность отмирает и восстанавливаются господствующие злаковые фитоценозы. В приведенном примере ярко проявляется процесс саморегулирования ландшафта, в котором основную стабилизирующую роль играет биота. Благодаря саморегулированию под воздействием внешних факторов ландшафт сохраняет свои функции, структуру, устойчивость. Саморегуляция обеспечивает относительное равновесие ПТК при непрерывном развитии. Изучение этого явления имеет важное практическое значение, особенно для охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

Горизонтальное строение ландшафта выражается в наличии системы пространственно взаимосвязанных и соподчиненных ПТК. Одни из них, входящие в состав ландшафта и обусловливающие его внутреннюю неоднородность, носят название морфологических единиц, их сочетание образует морфологическую структуру ландшафта. Понятие о других вырабатывается на основе систематизации большого фактического материала, позволяющего произвести классификацию ПТК.

Морфологическая структура. Основные морфологические части (морфологические единицы) ландшафта – фации и урочища. Помимо них, во многих ландшафтах можно выделить промежуточные единицы — местности, сложные урочища, подурочища (рис.).

Рис.. Схема соподчинения морфологических единиц ландшафта.

Самой мелкой и наиболее однородной в природном отношении ПТК является фация. Фация – природный территориальный комплекс, «на всем протяжении которого сохраняется одинаковая литология поверхностных пород, одинаковый характер рельефа и увлажнения, один микроклимат, одна почвенная разность и один биоценоз» (Н.А. Солнцев). Наиболее существенным признаком фации выступает пространственная однородность всех природных компонентов. Это определение относится только к фациям в условиях нормально развивающегося, не нарушенного хозяйственной деятельностью ландшафта.

Разнообразие фаций определяется разнообразием местоположений, т. е. форм микро- и мезорельефа. Чаще всего фация занимает одну форму микрорельефа или ее часть. Индикатором выделения фации служит растительность. Название ПТК дается по растительной ассоциации и почвенной разности. Например, аирно-хвощевой луг на торфянисто-глеевых почвах. К более значительным по площади пойменным гривам могут быть приурочены 2–3 фации. На вершине гривы выделяется фация ястребино-белоусниковый луг на дерново-подзолис-тых временно избыточно-увлажненных песчаных почвах. К межгривному понижению приурочена фация мелкоосоковый луг на дерново-подзолисто-глеевых песчаных почвах.

Урочище – следующий, более крупный и всегда встречающийся в ландшафте комплекс. Урочище – ПТК, связанный с выпуклыми и или вогнутыми мезоформами рельефа и представляющий «закономерно построенную систему генетически, динамически и территориально связанных фаций или их групп» (Н.А. Солнцев). Лимитирующим фактором природных геологических и гидрологических условиях выделения урочищ служат мезоформы рельефа.

Почвенный покров урочищ отличается комплексностью. Урочищам с выпуклыми формами рельефа свойственны почвы одного или двух типов, а также нескольких разновидностей. В пределах урочища моренного холма преобладают дерново-подзолистые почвы, а у подножия появляется узкая кромка дерново-подзолистых заболоченных почв. В урочищах, которые связаны с вогнутыми формами рельефа, структура сложнее. Здесь встречаются несколько почвенных типов. В урочище ложбины стока, в тальвеге, распространены дерновые заболоченные и болотные почвы, в нижней части склонов – дерново-подзолистые заболоченные, а в верхний – дерново-подзолистые.

Растительный покров урочища также разнообразен. Даже на одних и тех же почвах часто произрастают леса различных формаций (еловые и елово-широколиственные) и нескольких типов (черничные, мшистые).

В названии урочища всегда на первом месте должен стоять ведущий фактор выделения ПТК (мезоформа рельефа), далее отмечаются особенности почвенно-растительного покрова. Например, урочище камового холма с бором брусничным на дерново-подзолистых среднеоподзоленных песчаных почвах, урочище холмисто-волнистой водно-ледниковой равнины с пашней на дерново-подзолистых слабооподзоленных песчаных почвах.

По характеру распространения, занимаемой площади и роли в ландшафте различают основные и второстепенные урочища. Основные урочища определяют морфологическую структуру ландшафта и представлены повсеместно, второстепенные встречаются редко и занимают незначительные площади. Среди основных урочищ выделяют урочища – доминанты, образующие фон ландшафта, субдоминанты, имеющие подчиненное значение и редкие, ограниченно распространенные.

По характеру распространения, занимаемой площади и роли в ландшафте различают урочища основные и второстепенные. Основные урочища определяют морфологическую структуру ландшафта и представлены повсеместно, второстепенные встречаются редко и занимают незначительные площади. Среди основных урочищ принято выделять урочища-доминанты, образующие фон ландшафта, и субдоминанты, имеющие подчиненное значение. В каждом ландшафте наряду с одним-двумя урочищами-доминантами обычно обособляются два-четыре урочища-субдоминанта. В группе второстепенных обычно распространены редкие ПТК, представленные зачастую одним – двумя выделами. Занимая небольшие площади, редкие урочища тем не менее играют важную роль в усложнении ландшафтного разнообразия и усилении устойчивости ландшафта.

По степени сложности внутреннего строения различают простые и сложные урочища. Н.А. Солнцев к простым урочищам относил ПТК, в пределах которых имеются только фации, к сложным – такие, в которых, кроме фаций, есть подурочища. В.А.Дементьев вычленял сложные урочища по генезису и литологии четвертичных отложений (на моренных суглинках и глинах, на водно-ледниковых песках и супесях, мощных лёссах). Однако следует признать, что ввиду неоднозначности определения ПТК в ранге сложного урочища очень редко выделяются в процессе исследования и картографирования территории.

К промежуточным морфологическим единицам относят местности, сложные урочища, подурочища.

Подурочища – группа фаций, расположенных на одном элементе мезорельефа и объединенных общими процессами перераспределения питательных веществ, тепла и влаги, образует сопряженный ряд. Под-урочище – ПТК, «состоящий из группы фаций, тесно связанных генетически и динамически вследствие их общего положения на одном из элементов формы мезорельефа, одной экспозиции» (Н.А. Солнцев). Например, набор фации северного склона балки или восточного склона моренного холма могут выступать в качестве подурочищ. В то же время фации, которые входят в состав одного подурочища, могут различаться некоторыми свойствами почв (механическим составом, степенью оподзолистости, интенсивностью процессов смыва и намыва) и растительности (составом подлеска, травяного покрова). Пример названия подурочища: пологий западный склон камового холма с бором брусничным и вересковым на дерново-подзолистых слабо- и среднеоподзоленных песчанных почвах. Подурочища выделяют в ландшафтах с сильно расчлененным рельефом. В ландшафтах с выровненным, волнистым рельефом подурочища, как правило, не выделяют, также как и сложные урочища.

К сложным урочищам относятся ПТК, в пределах которых есть фации и подурочища. В простых урочищах различают только фации.

Наиболее крупная промежуточная морфологическая единица ландшафта – местность. Местность – ПТК более высокого ранга, чем урочище. Местностью называется наиболее крупная морфологическая часть ландшафта, характеризующаяся особым сочетанием основных урочищ данного ландшафта (Н.А. Солнцев). Например, в пойменном ландшафте можно встретить местности гривистой, мелкогривистой сегментной или центральной выровненой поймы с разным набором основных урочищ (по Н.А. Солнцеву). Местности – это участки ландшафта, ведущими признаками обособления которых служат рельеф или характер его расчленения (В.А. Дементьев). Например, в типичном для Беларуси моренно-зандровом ландшафте хорошо обособляются два типа рельефа – моренные и зандровые равнины. Различаясь генезисом рельефа, почвенно-растительным покровом и набором урочищ, эти участки выступают в качестве местностей моренно-зандро-вого ландшафта.

По мере развития ландшафта их морфологическая структура изменяется и усложняется. Этот процесс идет постоянно и направлен от наиболее мелких ПТК к крупным. История формирования тем сложнее, чем разнообразнее внутреннее строение ландшафта. Только что появившаяся промоина из одной фации со временем превращается в овражное урочище, карстовая воронка – в урочище карстовой котловины с системой сопряженных фаций.

Морфологическая структура ландшафтов не есть нечто застывшее, неизменное – она изменяется и усложняется по мере развития ландшафтов. Процесс ее усложнения идет постоянно и направлен от наиболее мелких ПТК к крупным. Чем разнообразнее внутреннее строение ландшафта, тем сложнее и длительнее история его формирования. Только что появившаяся промоина с одной фацией со временем превращается в овражное урочище, карстовая воронка – в урочище карстовой котловины с системой сопряженных фаций. Н.А. Солнцев, подчеркивая важность динамического подхода к изучению морфологической структуры ландшафта, предложил называть подобные быстро развивающиеся ПТК звеньями. Звено есть динамический ПТК, результат развития которого — переход фации в урочище.

Изучение морфологической структуры позволяет определить пространственное размещение ПТК любого ранга, а также выяснить их взаимодействие, степень сходства и различия, влияние на физико-географические процессы. Исследование морфологии ландшафтов выступает обязательной предпосылкой к их классификации, изучения развития и динамики, для решения вопросов прикладного характера.

Поиск по сайту: