| О Кафедре | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Базовые концепции и понятия ландшафтоведения | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Ландшафтоведение представляет собой систему фундаментальных, методических и
прикладных направлений с весьма разным уровнем развития. В качестве
основополагающего ядра науки, безусловно, выступают разделы, изучающие
структуру, функционирование и эволюцию ландшафтов, в том числе антропогенных, в
рамках ландшафтной экологии. Схема современных направлений по предмету изучения
представлена на рис. 1. Геоэкологическое направление (антропогенное) выделяется
прежде всего по специфике объекта изучения и не показано на предложенной схеме.
Рис. 1. Направления ландшафтоведения по предмету исследования. Частота стрелок от физико-математического направления к основным характеризует степень востребованности и внедрения математического направления. Потенциал развития четырех направлений может быть успешно реализован в опоре на физико-математическое, обеспечивающее достоверность результатов, его воспроизводство профессионалом и вписывающим физическую географию в единую науку о природе – физику. Формирование основных концепций в ландшафтоведении происходило как в рамках собственной науки, так и под влиянием развития естествознания, философии, общей теории систем, кибернетики и информатики.Этапы развития и последовательность решения макрозадач в целом соответствовали обычному "созреванию" наук. В 40-50-е годы ХХ века было необходимо обосновать специфику объекта науки, границы реальных систем, имеющих черты генетической и функциональной целостности, определить предмет науки, выявить структуру (морфологию) объекта и построить естественноисторическую их классификацию. После решения проблемы структуры объекта, необходимо ответить на вопрос "как и почему он так функционирует"? Решение этих проблем относится к компетенции функционально-динамического направления. Оно уделяет первостепенное внимание природным процессам. В масштабе больших характерных времен эти же вопросы решает эволюционное направление. После этого становится реальным прогнозирование "поведения" ландшафтов, управление ими и, наконец, конструирование геотехнических систем, систем с заданными свойствами (Дьяконов, 1973). 2.1. Структурно-генетическое направление Истоки структурно-генетического направления лежат в трудах Л.С. Берга, А.А. Борзова, Г.Н. Высоцкого, Г.Ф. Морозова, Р.И. Аболина. Они независимо друг от друга создали первое понятие о ландшафте, как территории с одинаковыми взаимосвязями природных компонентов. Л.Г. Раменский заложил основы представлений о морфологических единицах ландшафтов. Однако во взглядах названных географов было много противоречивого, что удалось преодолеть Н.А. Солнцеву, заложившего основы теории природных территориальных комплексов. Принципы Солнцева. Взаимосвязи между природными компонентами осуществляются потоками вещества и энергии (процессами). Один из важнейших принципов Солнцева – неравнозначность взаимодействующих факторов. "Ряд Солнцева": геологическая структура – земная кора – рельеф – климат (воздушная масса) – поверхностные воды – почвы - растительность – животный мир – характеризуют "силу" воздействия компонентов друг на друга, которая убывает от начала ряда к его концу, а устойчивость к внешним воздействиям возрастает в обратном направлении. Другой принцип Солнцева – геома (литогенная или петрогенная основа, климат и режим увлажнения) определяют биоту ПТК. Единица, включающая в себя комплекс сопряженных микроассоциаций, педонов, микро- и иногда наноформ рельефа с линейными размерами на равнинах в несколько десятков метров в наибольшей степени отвечает содержанию понятия элементарного ПТК - фации. Она приурочена к одному элементу мезорельефа; это территория однородная по литологическому (петрографическому) составу пород, углам наклона рельефа и экспозиции склона. В этом случае формируется один микроклимат и водный режим. Горизонтальные градиенты характеристик абиотических компонентов в пределах фаций постоянны, а их варьирование ниже пороговых значений, за пределами которых гомогенность фации нарушается. Здесь формируется один биогеоценоз, почвенная разность и однообразный комплекс почвенной мезофауны. Концепции и понятие педонов в почвоведении, парцеллярной структуры биогеоценоза, заставляют уточнить смысл однородности фации, понимая под ней внутреннюю структуру полночленной элементарной единицы ландшафтоведения. Принципиальное различие между фацией и парцеллой обнаруживается при рассмотрении этих структур в трехмерном геометрическом пространстве (по ширине, длине и высоте). Горизонтальные и вертикальные границы парцелл не выходят за пределы фаций, занимая обычно не более одной трети ее объема. Важнейшим теоретическим положением в рамках структурно-генетической концепции выступает представление об иерархической организации соподчиненных морфологических единиц ландшафта. Общепризнанными для равнинных территорий являются пять уровней: фация, подурочище, урочище, местность и ландшафт. Ряд исследователей выделяют дополнительную единицу – "географического звено". Урочище – ПТК, состоящий из генетически, динамически и территориально связанных между собой фаций или их групп (подурочищ) и занимающий обычно всю форму мезорельефа. Сложные урочища включают в себя набор подурочищ, относящихся в различным частям мезоформ рельефа (рис. 2).
Рис. 2. Схема соотношения морфологических частей
ландшафта. Цифрами показаны фации. Географический ландшафт, по Н.А.Солнцеву, – это генетически однородный ПТК, имеющий одинаковый геологический фундамент (одну морфоструктуру) и тип рельефа, одинаковый климат и состоящий из свойственного только данному ландшафту набора динамически сопряженных и закономерно повторяющихся урочищ. Ландшафт представляет собой зонально-азональную однородность (Исаченко, 1962). В трактовке Н.А.Солнцева ландшафт – особая территориальная форма организации природы. Он обладает с одной стороны высокой индивидуальностью, но некоторая их совокупность может быть представлена в типологической классификации без существенной потери содержания. К приведенным определениям морфологических единиц ландшафта следует дать необходимый комментарий. В целом это весьма жесткая схема. Однако, она опирается на понятия, которые сами по себе не являются абсолютными. Так, представления о микро-, мезо-, макрорельефе весьма неопределенны. Единство геологической истории и геологического строения относительно, также неопределенно, так как "геологическое строение" само по себе организовано иерархически. Число морфологических единиц в разных по генезису ландшафтов может быть и больше и меньше, что обусловлено геологической и географической эволюцией территории и сочетанием разномасштабных во времени и пространстве процессов. Это проявляется особенно ярко при диагностике ПТК ранга местности. Не случайно при крупномасштабном ландшафтном картографировании стали выделять звенья и другие "дополнительные" единицы морфологических частей ландшафта (Н.А. Солнцев, И.И. Мамай, Ю.Н. Цесельчук, А.Н. Иванов). Перенос модели географического ландшафта, полученной для равнинных территорий, на горные встречает трудности; хотя бы потому, что в горах изменение в пространстве градиентов характеристик геомы существенно больше, чем на равнинах. При всем этом правило иерархической организации и связанные с ней "образ" иерархических уровней с представлением об их собственной генетической сущности весьма удобна для определения масштаба изучаемого явления и конструктивна, так как ориентирует исследователя не на формальное выделение разномасштабных территориальных образований, а на выявление их генезиса, т. е. на понимание природы иерархии. Практика ландшафтного планирования и ОВОС также подтвердила необходимость учета иерархии природных геосистем. Понятие о ландшафте как особом территориальном образовании предвосхитило идеи синергетики. Концепция факторов пространственной физико-географической дифференциации В предметной базе ландшафтоведения раздел о факторах пространственной физико-географической дифференциации и по времени постановки и по значимости всегда был одним из первых. Учение В.В. Докучаева о факторах почвообразования следует рассматривать отправной точкой разработки этой проблемы ландшафтоведами. А.А. Григорьевым (1926) была предложена детальная схема факторов, воздействующих на географическую среду. Понятие "ландшафт" отсутствовало. С.Д. Муравейский (1948) обосновал принципиально новую концепцию. Он предложил рассматривать одновременно не только факторы дифференциации, но и интеграции – климат, сток, рельеф, которые через процессы выветривания, развития органического мира и почвообразования формируют природные комплексы как географическое целое. Акцент делался на функциональную целостность.В рамках комплексного физико-географического районирования роль геолого-геоморфологических и климатических факторов в закономерностях физико-географической дифференциации на макрорегиональном уровне была выявлена Н.И. Михайловым (1962). Позже, исходя из сопряженного рассмотрения уравнений радиационного, теплового, водного балансов и баланса вещества, предложена схема факторов дифференциации, интегральных процессов и индицирующих показателей состояния и функционирования геосистем с вертикальными и горизонтальными связями (Дьяконовым, 1975, 1988). В ней рельеф – одновременно фактор-ретранслятор и индицирующий показатель (рис. 3).
Рис. 3. Факторы физико-географической дифференциации, интегральных процессов и индицирующих показателей геосистем Эта концептуальная модель, отвечающая сущности структурно-функционального направления, предусматривает обоснование первичного территориального носителя информации - ТНИНа (фации, урочища, речного бассейна; а в случае использования космического снимка земной поверхности – пикселя), с количественным описанием факторов дифференциации и индицирующих показателей. При этом важно допущение: роль отдельных факторов в ландшафтной дифференциации территории проявляется через их конкретные свойства (радиационный баланс, атмосферные осадки, расчлененность рельефа, механический состав почвообразующих пород и т.д.), сама дифференциация характеризуется через интегральные показатели функционирования (биопродуктивность, водный и твердый сток, интенсивность биологического круговорота вещества и т.д.).Используя факторный анализ, была определена степень связи (межкомпонентных отношений) между различными характеристиками геосистем (М.Н. Абишев, К.Н. Дьяконов, Ю.Г. Пузаченко, А.В. Хорошев и др.) и сформулированы принципы: 1 – смены ведущего фактора. В разных регионах ведущие факторы пространственной физико-географической дифференциации функционирования могут меняться, но чаще всего ведущий фактор – радиационный баланс или атмосферные осадки; 2 – нелинейности связей (отношений) между компонентами ПТК и их показателями. 3 – относительной автономности биотической составляющей ПТК от геоматической. Ярусы растительности "выстраиваются" в ряд по отзывчивости к свойствам литогенной основы и почв. Концепции региональной физико-географической дифференциации: комплексного физико-географического районирования и мелкомасштабного ландшафтного картографирования Комплексное физико-географическое районирование – важнейшая составная часть районного направления в физической географии, олицетворяющего университетскую школу географии (Д.Н. Анучин, Н.Н. Баранский, А.А. Борзов, И.А. Витвер). По Н.А. Гвоздецкому (1976) и Н.И. Михайлову (1962; 1985), физико-географическое районирование – это изучение причин дифференциации и обособления географической оболочки на объективно существующие в природе индивидуальные, соподчиненные природно-территориальные комплексы, обладающие внутренним генетическим единством и общностью развития, со своими структурно-функциональной особенностями, с изображением результатов этой работы на специальной географической карте и изложением их в прилагаемой к карте описаний.Фундаментальные принципы физико-географического районирования: принцип Николаева: ландшафтно-генетического единства структуры региона; индивидуальности и неповторимости; комплексности – одновременном учете зональных и незональных закономерностей и факторов дифференциации географической оболочки. К закономерностям региональной и планетарной физико-географической дифференциации относятся: широтная зональность ландшафтов, в завершенном виде сформулированная А.А. Григорьевым и М.И. Будыко как периодический закон географической зональности; секторность – долготная ландшафтная дифференциация; высотная поясность, провинциальность, обусловленная геолого-геоморфологическими особенности территории и наследием геологической истории. Н.А. Гвоздецким, Н.И. Михайловым была обоснована таксономическая система единиц физико-географического районирования, отражающая иерархическую организацию ПТК макрорегиональной размерности. Она была воплощена на мелкомасштабной карте физико-географического районирования СССР (1968) и получила следующий вид: физико-географическая страна – зона в пределах страны, т.е. зональная область – провинция – подзона внутри провинции, т.е. зональная подпровинция на равнине и горная подпровинция – район – подрайон. Среди методов физико-географического районирования наиболее распространенные два: 1 – метод наложения отраслевых карт или метод их сопряженного анализа. 2 – метод использования ландшафтных карт, воспроизводящих пространственную структуру территории. 3 - метод распознавания образов на базе ЭВМ, но он использовался в гораздо меньшей степени. Большой спрос на карты физико-географического районирования в 60-70-е годы со стороны проектных организаций, занимавшихся обоснованием районных планировок, проектированием гидротехнических сооружений, несколько позже – территориальных комплексных схем охраны природы, поставил перед ландшафтоведами кафедры задачи разработки оценочных карт. Для целей рационального природопользования и охраны природы была создана карта физико-географического районирования СССР и написана монография под ред. Н.А. Гвоздецкого и Г.С. Самойловой (1989). Картографическое моделирование региональных ландшафтных структур, отражающее физико-географическую дифференциацию, воплотилось в обоснование структурно-генетической классификации ландшафтов (В.А. Николаев). Объект классификации – природная геосистема ранга "ландшафт" - иерархический таксон, находящийся на контакте локальных и региональных геосистем. Структурно-генетическая регионально-типологическая классификации В.А. Николаева базируется на четырех принципах: историческом, генетическом, структурном и позиционном (региональном). Она содержит двенадцать соподчиненных типологических таксонов и является наиболее проработанной среди других аналогичных классификаций (таблица 1). На верхних типологических таксонах главное внимание уделяется важнейшим факторам ландшафтогенеза (макроклиматическим, морфоструктурным, позиционным). На нижних – структурным характеристикам самого ландшафта (геолого-геоморфологическим, почвенно-геоботаническим), включая его морфологию. Таким образом, в классификационном процессе используются ассоциативные признаки (показатели), которые сменяются субстантивными. Тем самым реализуется структурно-генетический принцип ландшафтного классифицирования. Таблица 1 Структурно-генетическая классификация ландшафтов (по В.А. Николаеву, 1979)
Концепция "островного" ландшафтоведения Одним из достижений мировой науки второй половины 20 в. явилось формирование теории островной биогеографии (MacArthur, Wilson, 1967). Дальнейшие исследования показали, что островная специфика присуща не только биоте, но и ряду других природных компонентов и ландшафту в целом. Остров в океане – натурная модель, позволяющая выявить роль отдельных факторов в эволюции его геосистем, сложности морфологической структуры и функционировании. Благодаря экспедиционным рейсам на тропические острова Тихого и Индийского океанов, о которых речь в шла в первом разделе, и последующим исследованиям в Северной Пацифике, ландшафтоведами Московского университета – Г.М. Игнатьевым, А.Г. Вороновым, К.Н. Дьяконовым, Ю.Г. Пузаченко, А.Н. Ивановым был сформулирован ряд эмпирические закономерностей, но пока что не позволяющих говорить о завершенности теории "островного ландшафтоведения".Большая простота строения ландшафтов океанических островов площадью до 5 км² по сравнению с ландшафтами материков, прежде всего за счет меньшей выраженности латеральных связей и отсутствия постоянных водотоков. Правило связи размера острова и разнообразия его ландшафтной структуры. Влияние размера площади суши проявляется в соотношении продолжительности элементарного синоптического периода без осадков и времени добегания их в океан. Время добегания осадков – функция размера острова, рельефа, водно-физических свойств почв и грунтов, энергетических ресурсов испарения. Если время добегания осадков превосходит продолжительность периода без осадков, то формируются постоянные водотоки и их долины, что принципиально увеличивает ландшафтное разнообразие (Дьяконов, Пузаченко, 2005). Совместная роль факторов высоты острова и его площади определяет сложность его вертикальной и горизонтальной ландшафтной дифференциации. Чем больше площадь суши, тем в значительнее трансформируется над ней океаническая воздушная масса и тем выше уровень конденсации влаги (табл. 2). Именно уровень конденсации влаги, а не изменение температуры с высотой, определяет в тропиках положение высотной границы поясов лесных ландшафтов, туманного низколесья и папоротниково-лугового. Высотная дифференциация на подзоны в тропиках проявляется уже с высоты 150-200 м (К.Н. Дьяконов, Ю.Г. Пузаченко). Таблица 2 Зависимость между площадью острова и верхней границей леса
Ведущая роль орнитогенного фактора проявляется на малых островах, занятых скоплениями морских колониальных птиц. Относительно кратковременное (преимущественно в гнездовой период), но существующее от сотен до десятков тысяч лет (в тропиках) воздействие морских колониальных птиц приводит к глубокому изменению верхней части литогенной основы, формированию специфического микрорельефа, почвенного и растительного покрова, природного комплекса в целом. Эти ПТК резко отличаются от зональных, аномальны по химическому составу поверхностных и прибрежных вод. Сложившееся равновесие между природными компонентами на таких островах поддерживается скоплениями птиц (А.Н. Иванов, 2003). Правило стадиальности развития островных геосистем: а) образование абиогенной основы; б) освоение литогенной основы пионерными растениями и животными (эцезис); в) полное освоение острова первичной растительностью (равновесие, не связанное с взаимодействиями); г) появление в ходе эволюции биогеоценозов, формирование почвенного покрова (равновесие, основанное на взаимодействиях); д) установление определенного равновесия между геоматическими и биотическими компонентами (ассортитивное равновесие, по Вильсону, эндоэкогенез, по В.Н. Сукачеву); е) полная зрелось островной геосистемы с чертами самоорганизации и сбалансированными связями – эволюционное равновесие (по А.Г. Воронову, Г.М. Игнатьеву). Системный подход. Концепции полиструктурности и полигенетичности Внедрение системного подхода в ландшафтоведение в 70-е гг. ХХ в., было связано с постановкой проблемы изучения пространственно-временной организации ландшафта. Руководящий принцип пространственно-временной организации геосистем, по В.Н. Солнцеву, состоит в том, что внешние факторы и связанные с ними процессы разного масштаба и разной длительности характеризуются качественным своеобразием, приводящим к возникновению в геосистемах, охваченных влиянием этих факторов, новых качеств.Организация геосистем понимается двояко: во-первых, как процесс возникновения во времени и пространстве структуризованности исследуемых явлений (прерогатива генетического и эволюционного ландшафтоведения) и, во-вторых, как результат подобных процессов. Более развернуто (Дьяконов, 1988): пространственно-временная организация геосистем – их устойчивая упорядоченность, т.е. структурированность во времени и пространстве, проявляющиеся на земной поверхности в форме разнокачественных, иерархически соподчиненных геокомплексов разного таксономического ранга и в закономерном чередовании их суточных, сезонных, годовых, внутривековых микро-, мезо- и макросостояний (режимов функционирования). Работами К.Г. Рамана, Э.Г. Коломыца, В.А. Николаева, А.Ю. Ретеюма, В.Н. Солнцева была развита концепция полиструктурности и полигенетичности ландшафтного пространства. Пространственная геосистемная структура образуется тремя геофизическими полями: геостационарным, геоциркуляционным и биоциркуляционным. Поэтому геосистемной структуре присуща мозаичность и ориентированность (В. Солнцев 1974, 1997). В основе мозаичности лежит свойство геологических тел обосабливать природные комплексы, связанное с пространственной дифференциацией геостационарного поля Земли. Мозаичность выражается в том, что геосистемную структуру на любом масштабном уровне можно представить как совокупность геочей, имеющих в плане изометрическую форму и закономерно группирующихся в геоячеи более крупного размера. Иерархия геоячей – ПТК успешно выявляется с помощью пространственного анализа структуры, основанного на понятиях о фракталах (Пузаченко, 1997). Ориентированность геосистемной структуры можно представить как совокупность элементарных ПТК, имеющих в плане подобие линейно-вытянутой формы. Это векторные геосистемы с горизонтальными (латеральными) связями. При этом различаются два их сосуществующих типа. Один из них выявляется вдоль направлений относительно устойчивых векторов геоциркуляционного поля, образованного термогравитационными вихревыми и круговыми миграциями и трансформациями водных, воздушных и грунтовых потоков в деятельных слоях гидросферы, атмосферы и литосферы. Геоциркуляционное поле дифференцировано на совокупность векторных геосистем – катен, речных бассейнов разных порядков, которые можно рассматривать как функционирующие ландшафтно-гидрологические системы. Другой тип геосистем с горизонтальными связями проявляется вдоль направлений относительного сохранения уровня и ритмики инсоляции и отражает структуру биоциркуляционного поля земной поверхности. Это ландшафтные зоны и пояса, высотные ярусы и ступени. Указанные свойства мозаичности и ориентированности позволили В.Н. Солнцеву сформулировать методологический принцип дополнительности (или комплементарности), позволяющий объяснить во многом сущность полиструктурности. Полиструктурный подход позволил по-новому понять временную специфику организации геосистем. Дело в том, что процессы (силы), порождающие поля и регулирующие их функционирование, фактически "разведены" не только в пространстве, но и во времени, так как возникая на разных масштабных уровнях организации земного вещества и охватывая разные по объему пространства, они к тому же работают на разных частотах или временных режимах. С позиций теории колебаний Ю.Г. Пузаченко (1986) подтвердил синергетический принцип Г. Хакена, что геосистемы с частотно-соизмеримыми процессами или элиминируются, или образуют новую систему с существенно меньшей частотой. Равновесному состоянию иерархически соподчиненных систем соответствует отношение характерных размеров и времен ближайших систем – около 2-5. Если эти соотношения меньше 2, то процессы неравновесны, и такие соотношения с высокой вероятностью неустойчивы. Дополнение к теории полиструктурности В.Н. Солнцева внес В.А. Николаев (2006, с. 7): "…названные геополя, сами по себе относительно независимые, структурируют единую ландшафтную оболочку, они воздействуют на нее в соответствии с принципом суперпозиции, не вырывая из системного целого отдельные составляющие, а наделяя это целое структурным многообразием". Концепция нуклеарных геосистем В 80-е гг. прошлого века А.Ю. Ретеюмом (1988) была разработана теория нуклеарных (ядерных) геосистем, состоящих из ядра и его полей. Такого рода геосистемы было предложено называть хорионами (от греч. сhorion – страна, местность, пространство, промежуток времени). Ядро, как правило, обладает повышенным вещественно-энергетическим и информационным потенциалом, что позволяет ему создавать оболочки (поля) латерального влияния. Функции ядра могут выполнять геологические формации и фации, тектонические структуры, формы рельефа, скопления природных вод, толщи наземных и подземных льдов, растительные сообщества, искусственно созданные человеком объекты – трассы железных дорог, нефтепроводы, водохранилища и т. д.В зависимости от особенностей ядра А.Ю. Ретеюм различает хорионы с ядра-ми-скоплениями и ядрами - потоками. Обе разновидности хорионов подчиняются закону симметрии. Ландшафтным хорионам с компактным ядром свойственна симметрия конуса (или симметрия "ромашки"). Хорионы с ядром-потоком (стержневые хорионы) обладают билатеральной симметрией (симметрия "листа"). Геосистемы вулканов, островов, озерных котловин, карстовых воронок, заболоченных низин образуют типичные ядерные хорионы. Речные долины и бассейны, горные цепи, эоловые гряды, балки и овраги – хорионы стержневого типа. В определенный момент ядро нуклеарной геосистемы прекращает свое существование, но остается совокупность следов его влияния, фрагменты оболочки, продолжающие жить в новых условиях. Хорион становится сфрагидой (от греч. sphragis – печать). Яркий пример сфрагиды – обширные системы ландшафтов покровных оледенений в Европе, проявляющиеся до сих пор в природе, хозяйстве и расселении. Физико-математические модели нуклеарных геосистем еще не построены. Эмпирические обобщения имеются (водохранилища ГЭС, мелиоративные системы, организация горных ландшафтов и др.). Концепция структурно-математического ландшафтоведения Структурно-генетическое направление всегда было одним из важнейших в проблемном исследовательском поле комплексной физической географии. Однако полностью признать с одной стороны эмпирические закономерности Н.А. Солнцева, А.Г. Исаченко, И.И. Мамай, а с другой дедуктивные построения А.Ю. Ретеюма и В.Н. Солнцева и др. как завершенную и общепринятую теорию не совсем корректно: математическая формализация отсутствовала. Но эти исключительно важные исследования можно определить как феноменологические обобщения. Они стали основой для дальнейшего развития исследований, не ограничивающихся эмпирическими обобщениями, а создающих теорию географического ландшафта.Математические модели создаются на основе некоторого количества канонических (простых) моделей морфологических структур определенного генетического типа (А.С. Викторов, 2006). Ландшафтные рисунки, сформировавшиеся под действием нескольких процессов или в неоднородных физико-географических условиях, называются математическими моделями сложных математических структур. Важнейшие принципы математической морфологии ландшафтов заключается в том, что математические уравнения оказываются справедливыми для ландшафтов одного генетического типа в очень широком спектре физико-географических условий (состав отложений, осадки, возраст). Модели сложных структур можно получить теоретическим путем на базе канонических. Концепции и принципы теоретического моделирования структуры и динамики ландшафтов разработаны А.С. Викторовым, Ю.Г. Пузаченко, В.В. Сысуевым. Модели и классификации ПТК отвечают основным принципам термодинамики необратимых процессов, т.е. могут осуществляться по системообразующим потокам; по градиентам силовых полей (инсоляции, гравитации и др.); по феноменологическим коэффициентам (обобщенным проводимостям). Геосистемные аксиомы и связующие постулаты основаны на общефизических принципах: выделения элементарного объекта и параметризации состояния ПТК. Пиксели трехмерной цифровой модели местности соответствующего масштаба выступают элементарными материальными точками (по аналогии с материальными частицами теоретической механики), из которых производится построение элементарных карт ПТК и их иерархии. В этом суть принципиально новой "компьютерной" методологии построения ландшафтных карт. Геофизические параметры состояния ландшафтов – измеряемые величины: а) по цифровым моделям местности (геоморфологические параметры); б) по цифровым данным дистанционного зондирования; в) измеряемые в натуре; г) в лабораторных условиях; д) специальных экспериментах. Выделение ландшафтных структур осуществляется на основе пространственно- го анализа совокупности указанных параметров, раскрывающих механизмы перераспределения рельефом инсоляции, тепла, влаги, минерального вещества. Сравнительный анализ ландшафтных карт, полученных компьютерным методом, с ландшафтной картой, созданной в полевых условиях, показал высокое совпадение границ и похожий рисунок контуров выделенных ПТК ранга местностей и ландшафтов. Концепции моделирования процессов функционирования Абиогенные процессы. Реальное движение водных и воздушных потоков в зависимости от приложенных к ним сил описывается в терминах механики сплошной среды. Уравнения математической физики (Навье-Стокса, Рейнольдса, тепло-влаго-массопереноса и т.п.) приводятся к моделям природных процессов (поверхностный, склоновый и русловой сток, инфильтрация влаги в почвах, перенос растворенных веществ в сорбирующих агрегированных почвах и т.д.), в соответствии с иерархической классификацией геосистемных процессов и условиями соответствия моделей разных процессов по параметрам (Сысуев, 2003).Физико-математические модели с распределенными параметрами миграции вещества обеспечивают соблюдения условий идентичности параметров моделей и измеряемых в природе величин. Описание рельефа и геофизическая дифференциация ПТК являются граничными условиями, обеспечивающих однозначность и единственность решения дифференциальных уравнений переноса в биоциркуляционных и геоциркуляционных задачах. Процессы биогенного переноса вещества и энергии. Продукционные процессы в растительном покрове рассматриваются на основе физического переноса излучения, теплая, влаги и элементов питания в средне обитания и внутри растений, моделей фотосинтеза, дыхания и перераспределения ассимилянтов. Динамика пространственной и возрастной структуры леса описывается моделями диффузного типа на основе уравнения неразрывности. Перехват и трансформация дождевых осадков пологом леса рассматривается в качестве примера "сшивания" процессов биологической и водной миграции вещества. Обобщенная модель ландшафта, по В.В. Сысуеву. Важнейший этап разработки теории – описание структуры ландшафта на основе гидродинамических процессов. Применительно к лесным геосистемам комплексная модель, связанная по параметрам, включает блоки: а) расчета граничных условий на основе цифровой модели рельефа и дифференциации ПТК; б) биогеохимического круговорота химических элементов; в) пространственно-временной трансформации поля атмосферных осадков и их химического состава под пологом леса; г) вертикального влагопереноса с учетом структуры и горизонтов почв и поглощения влаги корневыми системами растений; д) миграции вещества в сорбирующей пористой среде при нестационарной фильтрации и в ненасыщенных влагой почвах; е) гидрологического и гидрохимического поверхностного стока с учетом процессов в зоне активного взаимодействия с почвенными горизонтами; ж) миграции химических веществ в потоком почвенно-грунтовых вод; з) расчета динамики и химического состава вод временных и постоянных водотоков; и) биогеофизических параметров, гидроклиматических, почвенно-гидрофизических и др. На основе типологического и функционального подходов реализован метод выделения по геофизическим параметрам однородных ПТК. 2.2. Функциональное и динамическое
направления. Из-за огромного разнообразия природных процессов их классификация и иерархия разработаны пока недостаточно. Вслед за А.Г. Исаченко (1991), можно наметить следующие иерархические уровни процессов. Элементарные природные процессы имеют физико-механическую, химическую и биологическую природу, т.е. принадлежат к отдельным формам движения материи. На втором уровне отдельные формы движения материи и процессы тесно переплетаются и переходят друг в друга и не являются чисто физическими, химическими, биологическими (сток, эрозия, выветривание и др.). На следующем иерархическом уровне большинство процессов объединяется в три большие группы: процессы, связанные с влагооборотом, био-геокруговоротом и абиогенным массоэнергообменом. Именно эти три группы процессов выступают главными составляющими функционирования ландшафтов. Дальнейшее объединение этих процессов дает то, что А.А. Григорьев (1932) вкладывал в понятие "интегральный физико-географический процесс". К ним относятся сложные географические процессы заболачивания, галогенеза (засоления), опустынивания, оледенения, карстообразования (в широком значении, по Н.А. Гвоздецкому) и др. Показателем интегрального физико-географического процесса может служить приходо-расходный баланс органического и неорганического вещества (Григорьев, 1966). Состояние ПТК – интегральное отражение процессов. Понятие динамика ПТК многозначно. По А.Г. Исаченко, все обратимые изменения ландшафта образуют его динамику; это – смена состояний геосистем в пределах одного инварианта. Суточная, сезонная, годовая и отчасти внутривековая ритмика - временные формы проявления динамики процессов в ПТК. Синхронность, асинхронность, метахронность – формы проявления динамики процессов ПТК в пространстве. Процессы в ландшафтной оболочке имеют волновой характер. Характерное время – длительность протекания процесса и возвращения системы в исходное или квазиисходное положение. В.Н. Солнцев (1981) сформулировал два принципа хроноорганизации: 1. Процессы разной длительности, подобно процессам разного пространственного масштаба, характеризуются качественным своеобразием, приводящим к возникновению в объектах, охваченных этими процессами, новых свойств. 2. Процессы разной длительности, присущие одним и тем же объектам и являющиеся внутренне однородными, могут приводить к разнородным, качественно своеобразным целостным преобразованиям этих объектов. Состояние ПТК – это положение, в котором он находится, т.е. соотношение параметров структуры и функционирования за какой-либо промежуток времени. Состояние описывается не очень строгим набором характеристик, которые подразделяются на "входные" воздействия (солнечная радиация, температура воздуха, осадки и т.п.) и "выходные" показатели (испарение, сток, затраты энергии на турбулентный теплообмен подстилающей поверхности с атмосферой, глубина залегания почвенных вод, температура почвы по глубинам, фитопродукция, степень оглеения). Выделяют временную иерархию состояний – внутрисуточные, суточные, сезонные, годовые, внутривековые. Разновременные состояния по общности функционирования можно объединять в типологические группы – классы, типы, роды, виды. Устойчивость ПТК (геосистем) есть их способность поддерживать значения своих параметров, а следовательно, и свойств, которые не превышают заданные пороговые величины (для ПТК – его инвариант). Эти величины выражаются через структурные и функциональные характеристики. Устойчивость в аспекте вертикальной и горизонтальной структуры отражает постоянство формы объекта. Устойчивость в аспекте функционирования отражает форму его развития через смены разновременных состояний (суточных, сезонных, годовых, внутривековых), через преобразовательную и стабилизирующую динамику, в основе которой лежит отрицательная обратная связь. Стабилизируюшая динамика (саморегулирование по А.Д. Арманду, 1988), это – нейтрализация "вредных" воздействий, которые способны разрушить систему и в ее основе лежат отрицательные обратные связи, в связи с чем можно говорить об элементах гомеостаза в природных геосистемах (В.Б. Сочава). Саморазвитие – закономерный необратимый переход ПТК из одного состояния в другое в относительно стабильных условиях внешней среды. Характерное время – десятки-сотни лет. Эмпирические закономерности функционирования ландшафтов Многолетние исследования в Мещерской низменности, в Западной Сибири и на юге Архангельской области позволили сформулировать следующие закономерности (Дьяконов, 1997; 2004).Географическая толерантность – наличие широкого диапазона физических факторов функционирования геосистем и их сезонных состояний, которые описываются через интегральные характеристики-свойства – биологические, биокосные, физико-химические. По аналогии с биологической толерантностью В. Шелфорда, фации могут иметь широкий диапазон значений в отношении одних факторов и узкий в отношении других. Принцип возрастающей контрастности свойств геосистем на уровне деятельной поверхности и деятельного слоя, которым свойственны максимальные горизонтальные градиенты физических параметров. При практически одинаковых значениях на верхней границе геосистем суммарной солнечной радиации, освещенности и атмосферных осадков на уровне земной поверхности наблюдается максимальная контрастность свойств. С глубиной контрасты и амплитуды колебаний снижаются по законам Ж. Фурье. Принципы временной изменчивости функционирования геосистем (рис. 4, 5). Внутривековая изменчивость показателей функционировании геосистем на "выходе" (речного стока, фитопродуктивности) больше временной изменчивости геофизических факторов на "входе" (солнечной радиации, радиационного баланса, атмосферных осадков). Изменчивость показателей функционирования на "выходе" обнаруживает нелинейную связь с радиационным индексом сухости М.И. Будыко, что следует рассматривать как следствие закона географической зональности.
Рис. 4. Изменчивость показателей геосистем на "входе" и на "выходе". 1 – северная тайга, 2 – лесостепь
Рис. 5. Связь изменчивости показателей функционирования геосистем с радиационным индексом сухости. 1 – годовой сток, 2 – годовые осадки, 3 – радиационный баланс, 4 – годовой прирост деревьев по диаметрам Ограниченность применения теоремы эргодичности или эргодических закономерностей. Сопоставление пространственной и временной изменчивости одних и тех же характеристик фаций позволило заключить о разной природе изменчивости. Во времени изменчивость характеристик фаций определяется внешними факторами, а изменчивость в пространстве обусловлена внутриландшафтым разнообразием – неоднородностью литолого-геохимических условий. Поэтому принципы эргодичности имеют серьезные ограничения для их использования в ландшафтоведении.Локальная ограниченность проявления закона квантитативной компенсации в функциях биосферы А.Л. Чижевского. Сопряженный корреляционный анализ факто-ров и характеристик функционирования геосистем на внутриландшафтном уровне выявил черты синхронности большинства процессов и явлений. Черты метахронности присущи весеннему снеготаянию, фенологическим фазам растений. Закон А.Л. Чижевского в целом не подтверждается на ландшафтном уровне, но сохраняется проблема нахождения того ранга геокомплекса (минимального размера территории), в пределах которого будет выражены асинхронность процессов. Внутривековая хроноорганизация интенсивности биопродукционного процесса может распадаться на ряд периодов, где степень синхронности в разных фациях может быть различной, из-за изменения во времени фактора, определяющего, а главное, лимитирующего биопродуктивность геосистем. Это – следствие закона минимизации (или лимитирующего фактора) Ю. Либиха.
2.3. Эволюционное ландшафтоведение Все эти причины вызывают неповторимость состояний ПТК во времени, что не исключает и проведения их типологии. Неповторимость состояния ПТК свидетельствует о направленности развития комплекса. На протяжении своей жизни ПТК проходит фазы (физически строже – этапы): зарождения и становления, устойчивого существования и медленного развития и смены одного комплекса другим. Смена одного комплекса другим наступает вследствие изменения его литогенной основы, изменения климата или саморазвития. В первом случае трансформируется ландшафтный рисунок. Во втором случае смена инварианта происходит без изменения рисунка морфологической структуры. При саморазвитии геосистем может наблюдаться как изменение морфологической структуры, так и ее сохранение. Новый ПТК наследует черты былых, в чем проявляется гетерохронность ландшафта. Существуют три типа смен. Неполные смены возникают при саморазвитии ПТК или из-за местных изменений внешних условий. При сменах этого типа происходит необратимое преобразование морфологической структуры и той части процессов, которая зависит от свойств ПТК и его ближайшего окружения. Процессы, которые определяются глобальными условиями (климат, тектонические движения), остаются прежними. Полные смены возникают в результате изменения условий глобального характера. В этом случае происходит полное обновление морфологической структуры и всех процессов. Полные смены устанавливаются палеогеографическими методами. Характерной особенностью морфологической структуры ландшафтов, даже при полных сменах, выступает гетерохронность – присутствие в ландшафте разновозрастных местностей и урочищ. Отдельным ПТК – нередко свойственна метахронность – присутствие типологически одинаковых ПТК, но разного возраста. ПТК, сменяющие друг друга во времени, образуют эволюционно-динамические ряды. Свойства любого нового ПТК зависит от следующих факторов: свойств предшественника; причины, вызывающей смену ПТК; силы воздействия данной причины. Причины, вследствие которых один ландшафт (ПТК) сменяется другим, многообразны, но все они могут быть сведены к четырем основным: морфолитогенным, термическим, гидрологическим, химическим. Часто эти причины действуют в совокупности, потому к ним надо прибавить ещё одиннадцать их возможных сочетаний. В итоге получается пятнадцать вариантов причин смены одного ПТК другим (рис. 6). Эти причины могут затронуть в ПТК только природные компоненты (часть одного компонента, весь компонент, несколько компонентов, все компоненты). В первом случае произойдет только смена состояния комплекса. Во втором и третьем – либо смена состояния, либо смена одного ПТК другим. В последнем случае происходит смена старого ПТК новым. Что касается силы воздействия, то у каждого ПТК существуют строгие количественные пороговые значения, при переходе через которые происходят качественные изменения всех его компонентов, хотя и в разной степени. При рассмотрении закономерностей эволюционно-динамических рядов видны две их составляющие: основной ряд ПТК и производные ряды ПТК (рис. 6) 1). Основной ряд ПТК – это ландшафты (ПТК), сменяющие друг друга вследствие изменения макрочерт литогенной основы (смена эрозионно-денудационных ландшафтов – моренными, водно-ледниковыми, озерными и др.). В этом случае новые ландшафты отличаются от старых свойствами всех природных компонентов, включая литогенную основу, а также рисунком морфологической структуры. Основные ряды образуются при циклических сменах ландшафтов.
Рис. 6. Эволюционно-динамические ряды ПТК. Таблица 3 Динамическая классификация ландшафтов
Концепция палеоландшафтоведения Познание сущности пространственно-временной организации геосистем не возможно без эволюционной составляющей, которая в совокупности со структурно-генетическим и функционально-динамическим направлениями составляют внутриландшафтный синтез. Эволюционное направление тесно связано с прогнозным, поскольку методы актуализма и географических аналогий – основные для регионального ландшафтного прогноза.Базовые принципы "классической" палеогеографии положены в основу развития относительно нового направления – палеоландшафтного. В исследованиях А.А. Величко, В.В. Климанова, А.В. Кожаринова, Н.А. Хотинского, А.А. Свиточа и др. обоснована необходимость использования принципа взаимосвязи эволюционного и конкретно-территориального подходов при изучении формирования ландшафтов. Гетерохронность ландшафтов, вытекающая из полихронности его компонентов, - фундаментальное их свойство (Величко, 1991). В.А. Николаев (2006) сформулировал два важнейших свойства ландшафтного полигенеза: наследования и эволюционного преобразования. В эволюции ландшафта всегда присутствуют три составляющие: абиогенная, биогенная и антропогенная. Абиогенная – стремится к равновесию, к эквифинальному состоянию, к росту энтропии, что показал В.М. Дэвис в своей теории пенеплена. Биогенная составляющая неравновесна, так как биота накапливает превратимые формы солнечной энергии и создает их запасы - эксергию (В.И. Вернадский, Г.Ф. Хильми). Антропогенная составляющая – составляющая управления, а поэтому снижает энтропию ландшафтной оболочки, снижает хаос, упорядочивая ее. Палеоландшафтная концепция находится в начальной стадии развития и ее первые положения сформулированы на базе исследования голоценовой эволюции ландшафтов лесной зоны, для которых типичны гидроморфные геосистемы. Условия постановки исследования: определение регионального интегрального физико-географического процесса (заболачивание, опустынивание, соленакопление (галогенез), оледенение и т.д.) который должен описываться через баланс вещества и характеризоваться скоростью; установление специфических физико-географических черт региона – современного климата, геолого-геоморфологического строения, биотических факторов. Цели исследования как составная часть концепции: построение региональных моделей эволюции ландшафта в голоцене, в том числе на внутриландшафтном уровне - для доминантных и субдоминантных урочищ, с характеристикам и геоматической и биотической составляющих; определение соотношения факторов саморазвития, экзодинамических и антропогенных в эволюции внутриландшафтных геосистем. Эмпирические закономерности. Региональная специфика голоценовой истории, в том числе на уровне доминантных урочищ, проявляется в различном числе смен и продолжительности существования различных типов (реже) и подтипов (чаще) ландшафта. Региональные различия обусловлены местными факторами, важнейший из которых – щелочно-кислотные условия.Неодинаковые скорости развития интегрального процесса заболачивания в разные периоды голоцена обусловлены изменениями климатических условий. С развитием, а далее с саморазвитием процесса заболачивания наблюдается упрощение начальной морфологической структуры сложных урочищ и ослабление зависимости свойств и мощности генетических горизонтов почв от исходной литогенной основы. Выявлена близкая к линейной зависимость современной дневной поверхности рельефа от исходной минеральной, которая тем меньше, чем болото ближе к стадии эволюционной зрелости. Горизонтальные и вертикальные скорости заболачивания отдельных урочищ контролируются формами микро- и мезорельефа, углами наклона рельефа и щелочно-кислотными условиями. Полученные результаты показывают, что крупномасштабный подход к исследованию эволюции геосистем ранга урочищ и подурочищ позволяет раскрыть детали и особенности, которые не наблюдаемы при стандартных мелко- и среднемасштабных палеогеографических построениях. Концепция антропогенного ландшафтогенеза По В.А. Низовцеву (1999), антропогенная эволюция ландшафтов – направление, занимающее пограничное положение на стыке гуманитарных (история и археология) и естественных (ландшафтоведение) наук и одновременно - раздел собственно ландшафтоведения (динамика и эволюция ландшафтов). Предметом изучения являются: процессы формирования, динамики и развития ландшафтов, происходящие под воздействием антропогенного фактора и закономерности взаимодействия природы и общества в конкретных ландшафтных условиях.Особенности методологии изучения антропогенной эволюции ландшафтов заключаются в совмещении пространства и времени и сопряжении ландшафтных и исторических методов. Выявление закономерностей антропогенной эволюции ландшафтов основывается на "сквозном" ландшафтно-историческом исследовании территории с сопряженным изучением ландшафта и времени, ландшафта и хозяйственной деятельности. Главными задачами антропогенного ландшафтогенеза являются: выявление антропогенных изменений в ландшафтах, приводящих к смене самих ландшафтов; установление начальных изменений, происходящих под воздействием человека и приводящих к антропогенным сменам; установление на этой основе возраста антропогенно производных ландшафтных комплексов; определение роли ландшафтов в формировании различных материальных культур, этносов, антропогеоценозов (Алексеев, 1975), антропо- (демо) экологических систем (Преображенский, Райх) или этносоциальных природохозяйственных систем (Невяжский, 1994); установление видов и систем природопользования в конкретных ландшафтах, так как именно природопользования приводят к антропогенной динамике ландшафтов и формированию антропогенных и культурных ландшафтов. Объекты изучения антропогенного ландшафтогенеза. По степени антропогенного воздействия и изменений структуры ландшафтов можно выделить следующий ряд антропогенно измененных ландшафтов (ПТК). Антропогенные модификации природных ландшафтов (ПАМЛ) - антропогенные изменения в ландшафтах не выходят за рамки инварианта ландшафтной структуры и предоставлены саморазвитию и самовосстановлению, т.е. сукцессионно восстановимы. Если антропогенные изменения (целенаправленные и непреднамеренные) приводят к трансформации структур, перехода от одной инвариантной структуры к другой, то формируются природно-антропогенные ландшафты (ПАЛ). Это также компонентные системы, которые также предоставлены саморазвитию. В таких ландшафтах появляется искусственный компонент – техновещество (артефакты, культурные слои и т.п.). Собственно антропогенными (АЛ) становятся такие ландшафты, в которых антропогенные изменения (целенаправленные и непреднамеренные) приводят к полной трансформации структур, перехода от одной инвариантной структуры к другой. Составными подсистемами являются природный, социально-хозяйственный и управления (информационный). Без управления они существовать не могут. Под культурным ландшафтом (КЛ) понимается целенаправленно созданный сотворчеством этноса и природы антропогенный ландшафт, обладающий высокоорганизованной территорией и оптимальным природопользованием. Это – целостное антропогенно-природное образование, отражающее специфику ("культуру") природопользования и духовной жизни этноса в конкретных ландшафтных условиях. Культурные ландшафты – это результат длительного взаимодействия человека и ландшафта, происходившего в ходе когерентного развития, и содержит в своей структуре гетерогенные элементы, унаследованные от различных циклов жизнедеятельности человека в ландшафте. Культурные ландшафты, их основные структурные элементы – культурные ландшафтные комплексы (КЛК), а также более крупные территориальные объединения – культурно-ландшафтные районы относятся к ландшафтным системам блокового типа, в которых конфигурацию, расположение в пространстве "определяет" природная составляющая. В социально-хозяйственный блок входят: хозяйство, духовная культура, этническое сообщество, поселенческая структура, коммуникации. Блок управления включает мониторинг. Культурные ландшафтные комплексы являются основным структурным элементом культурного ландшафта, его элементарной ячейкой, формирующийся под влиянием природно-материальных факторов. Иерархический уровень природной основы КЛК соответствует рангу – подурочище и урочище (их можно назвать культурными урочищами), т.к. именно на этом уровне отмечается наиболее культурно-ландшафтным районом тесная корреляция хозяйственных угодий и ПТК. Под (КЛР) понимается совокупность культурных ландшафтов, характеризующаяся определенными закономерностями хозяйственной и культурной деятельности, с однотипными системами расселения и закономерными сменами природопользования. Природный фактор также является одним из решающих в формировании и устойчивости культурно-ландшафтных районов. Культурные ландшафты, в которых произошла утрата управления и разрушилась, соответственно, блоковая структура, переходят в природно-антропогенные культурно-исторические ландшафты ("посткультурные ландшафты"). Наряду с антропогенно трансформированными природными компонентами и элементами морфологической структуры включают артефакты, социофакты, ментифакты. Выделятся три иерархических уровня посткультурных ландшафтов. Ландшафтно-исторический комплекс (ЛИК) – основной структурный элемент культурно-исторического ландшафта, его элементарная ячейка, формирующаяся под влиянием природно-материальных факторов. Они как бы фиксируют территориальную структуру хозяйственной деятельности в определенные хроносрезы на локальном уровне. Культурно-исторический ландшафт – целостное историко-культурное и природное образование, отражающее историю природопользования и духовного развития местного (этнического) сообщества конкретной территории с однородными природными (ландшафтными) свойствами. Многие такие ландшафты в настоящее время находится в определенной стадии музеефикации, например, культурно-исторический ландшафт "Бородинское поле" и др. Культурно-исторический район – совокупность культурно-исторических ландшафтов на определенной территории, отражающая закономерности исторического ее развития. Ландшафтно-исторический район является целостным пространственным объектом, насыщенным ценными природными и историко-культурными объектами, отражающими типичную природную среду и традиционную культуру. Основными методами исследований антропогенного ландшафтогенеза являются системные, сравнительно-географический и ландшафтно-историко-археологический. 2.4. Ландшафтная
экология Культурным ландшафтом следует считать не все антропогенные ландшафты, а только те из них, которые действительно отвечают высоким экологическим требованиям рационального природопользования. Культурный ландшафт по А.Г. Исаченко (1980) характеризуется: 1) высокой производительностью и экономической эффективностью; 2) оптимальной экологической средой обитания человека. Культурный ландшафт, как и другие природно-антропогенные геосистемы, включает три основные составляющие: природную, социальную и производственную. Эти составляющие взаимодействуют посредством прямых и обратных вещественных, энергетических и информационных связей. Использование культурного ландшафта должно быть таким, чтобы он оптимально выполнял свойственные ему социально-экономические функции (ресурсовопроизводящие, средообразующие, природоохранные и др.). В ландшафтной и социальной экологии это требование нашло отражение в законе социально-экологического равновесия Н.Ф. Реймерса (1994): общество развивается до тех пор и постольку, поскольку сохраняет равновесие между своим давлением на среду и восстановлением этой среды – природно-естественным и искусственным. Культурный ландшафт – управляемая геосистема, непременной частью которого выступает мониторинг. Утраченная (или частично утраченная) саморегуляция замещается антропогенным управлением. Применительно к ландшафтному проектированию закон необходимого разнообразия интерпретируется через принцип В.А. Николаева: антропогенный ландшафт тем лучше поддается управлению, чем ближе его территориальная и временная организация приспособлена к морфологической структуре и динамике природного ландшафта. Этот принцип вытекает из концепции адаптивного природопользования. Наличие экологического каркаса (экологической инфраструктуры) обязательно для культурного ландшафта. Один из важнейших принципов ландшафтного планирования: экологический каркас культурного ландшафта должен быть целостным, представлять единую сеть соединенных друг с другом звеньев – экологических ниш и экологических коридоров. Культурный ландшафт всегда функционально зонирован. Под функциональным зонированием ландшафтного пространства понимается его диверсификация на геосистемы, предназначенные для выполнения определенных социально-экономических функций. Хотя в различных по социально-экономическому назначению антропогенных ландшафтах функциональное зонирование специфично, при его планировании желательно следовать правилу функциональной поляризации Б.Б. Родомана (1974). Функциональная поляризация – одно из важных свойств культурного ландшафта. Она реализуется путем максимально возможного пространственного разобщения экологически опасных промышленно-энергетических и транспортных зон, с одной стороны, и средообразующих – селитебных, рекреационных, лечебно-оздоровительных – с другой. Важным разделом проектирования культурного ландшафта выступает его художественный дизайн, высокое эстетическое достоинство пейзажного облика, соответствующее его исходной природе и социально-экономическим функциям. Концепция геотехнических систем Вычленение техники как особого вида антропогенного влияния на природную среду предпринял в начале 30-х годов А.Е. Ферсман, предложивший термин "техногенез". В начале 60-х годов наш соотечественник Г.Ф. Хильми (1963) обратил внимание на способность техники увеличивать выход энергии из биосферы и контролировать ход процессов в ландшафтной оболочке. Он обосновал принцип организационных (конструктивных) связей в интеграции техники и природы. Им же была высказана мысль, что насыщенность биосферы техникой приведет к появлению не известных нам сегодня законов, в связи с чем возникает задача предвидения законов развития не только существующей, но и проектируемой природы.При сопряженном исследовании общества (с его техникой) и природы (ландшафтами) необходима специальная классификация технических средств. Наиболее существенным признаком классификации, определяющим характер прочих, выступает положение техники по отношению актуальных потоков вещества, энергии и информации между природной средой и обществом. А.Ю. Ретеюм (1997) выделил семь типов процессов, которые органически связаны с проявлением действия техники в природе:
ГТС – системы открытые, обменивающиеся со средой веществом и энергией. Поэтому они образуют сферу влияния, состоящую из зон, подзон и поясов, в пределах которых природные процессы в той или иной степени детерминированы функционированием технического блока. Но вне зависимости от степени управления ГТС влияние природных составляющих на их функционирование всегда существенно. Наибольший интерес с позиций конструктивного природопользования представляют активные системы, предназначенные для изменения неблагоприятных свойств физико-географической среды – среды обитания человека, т.е. активные по отношению к ней. Эволюция ГТС определяется модернизацией технологии производства (рис. 7).
Рис. 7. принципиальная схема геотехнической системы. 1 – геотехническая система, II – сфера ее влияния; 1 – блок регулирования, 2 – инженерно-технические сооружения, 3 – искусственно созданная природная подсистема, 4 – средства контролирования, 5 – блок управления. Потоки вещества и энергии: а – входящий, б – управляемый, в – выходящий, г – информационные связи (потоки). Концепция ГТС – производная от концепции нуклеарных геосистем. Территориальная структура многих ГТС вместе с зонами их влияния характеризуется элементами подобия и симметрии. Главнейшие свойства сферы влияния: дифференциация знака влияния, принципиально новые черты пространственно-временной организации, обусловленные действием техники. ГТС характеризуются иерархичностью структуры. Они сами состоят из подсистем и входят в состав природно-хозяйственных систем, что выступает законом системной иерархичности.Совокупность ГТС на одном потоке вещества и энергии образует их каскады. Территориальная совокупность различных ГТС образует их ассоциации, образованные группами взаимосвязанных ГТС разного назначения, характеризующиеся своими синергетическими эффектами. Концепция агроландшафта – научная основа адаптивного ландшафтного земледелия В 80-е годы ХХ века на базе классического ландшафтоведения, с одной стороны, и ландшафтной экологии сельскохозяйственных земель – с другой сформировалась и получила внедрение в практику земледелия концепция агроландшафта. (В.А. Николаев, И.В. Копыл, Э.П. Романова, А.М. Маринич, В.И. Бураков, Г.И. Швебс). Агроландшафт (АЛ) – это природно-антропогенная территориальная система физико-географической, региональной размерности, выполняющая ресурсовоспроизводящую, средообразующую и природоохранную функции; состоящая из природных, измененных природных комплексов, инженерных сооружений, дорог и сельских населенных пунктов с сопутствующей им социально-экономической инфраструктурой. В составе АЛ имеет блоки контролирования, регулирования и управления. Целостность сис-темы обусловлена информационными, энергетическими и вещественными потоками (связями). В.А. Николаев подчеркивает, что согласно закону необходимого разнообразия систем, управляющая подсистема тогда успешно справляется со своими функциями, когда она будет устроена так же разнообразно, как и управляемая (рис. 8). Применительно к сельскохозяйственным землям это значит, что сельскохозяйственное производство, землеустройство, мелиорация, социально-экономическая инфраструктура должны быть организованы столь же разнообразно, как и ландшафтная структура местности. В агроландшафтоведении указанный закон кибернетики предстает в виде принципа природно-сельскохозяйственной адаптивности (Николаев, 1990).По В.А. Николаеву, агроландшафт – природно-антропогенная геосистема с нарушенными механизмами саморегуляции и относительно низким порогом экологической устойчивости. Причинами тому служат: 1) целенаправленная замена естественных, как правило, климаксовых, фитоценозов агроценозами, являющими собой монокультуру растений, формирующих ранние стадии сукцессии с недостаточно плотной "ценотической упаковкой"; 2) в связи с эти наличие в агроценозах множества свободных экологических ниш, доступных для сорных растений и сельскохозяйственных вредителей; 3) механическое разрушение почвенного покрова, резко снижающее его сопротивляемость процессам ускоренной эрозии дефляции; 4) химизация земель, ведущая к угнетению почвенной фауны и стерилизации почвы; 5) трансформация естественного биогеохимического круговорота и, по сути, прекращение действия экологического закона трофических отношений групп организмов; 6) упрощение разнообразия исходного природного ландшафта, аграрная корвенгенция его морфологической структуры; 7) перестройка структуры водного баланса в сторону увеличения поверхностного стока и физического испарения. Экологическая ненадежность агроландшафта подтверждается многовековым опытом агрикультуры, в ходе которого человечество потеряло 1.3-1.5 млрд. га ранее возделываемых земель, что составляет почти столько же, сколько ныне обрабатывается.
Рис. 8. Концептуальная модель агроландшафта (а, б, в – исторические стадии антропогенной трансформации природной подсистемы). Связи: 1 – вещественно-энергетические; 2 – информационные; 3 – управления. Одно из важнейших законов земледелия – "закон возврата" - вытекающий из закона социально-экологического равновесия (см. выше). Он требует искусственного возмещения потерь плодородия возделываемых земель путем внесения органических и минеральных удобрений, восстановления структуры почвенного покрова, оптимизации водного и воздушного режимов.В классификационном и картографическом моделированиях В.А. Николаевым предложено различать разномасштабные иерархии: агроландшафт, агроместность, агроурочище. Этнокультурное ландшафтоведение (В.Н. Калуцков, 2004) Истоки концепции восходят к русской антропогеографии (В.П. Семенов-Тян-Шанский), американской географии культуры (К. Зауэр) и французской географии человека (В. Блаш). Объектом этнокультурного ландшафтоведения выступает культурный ландшафт. Оно входит в учение о культурном ландшафте (в традиционном понимании большинства географов – Ю.Г. Саушкина, В.А. Николаева, В.А. Низовцева и др.); но в нашей интерпретации сущность направления связывается с ведущей ролью периферийного лингвистического ответвления в ландшафтоведении, которое изучает ландшафтные диалекты или территориальные культурные "коды Земли". Они могут быть интерпретированы как системы "ландшафтных ментифактов", т.е. как проявление духовной составляющей культуры (конфессиональные, языковые, фольклорные), связанные с конкретными ландшафтами.Среди базовых принципов этнокультурного ландшафтоведения важнейшими являются:
Концепция ландшафтного планирования. Перспективы. Ландшафтное планирование – составная часть региональной политики, относящаяся к пространственно-временной организации жизнедеятельности общества в конкретном ландшафте, с сохранением или преумножением его полезных свойств; это максимальная адаптация функциональных зон к локальной ландшафтной структуре и создание новых антропогенно-природных структур. Генеральная цель ландшафтного планирования – обеспечение устойчивого и рационального природопользования при сохранении основных функций природных ландшафтов и его компонентов как систем биосферы и человечества в целом. Оценка воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду и здоровье населения, экологическая экспертиза – конструктивные направления реализации ландшафтоведения.В заключение необходимо обозначить фундаментальные и прикладные проблемы, стоящие перед ландшафтоведением в первой четверти ХХI в. Главнейшая стратегическая цель – встраивание ландшафтоведения в единую систему наук о Земле и в общую (единую) географию. Для него, как ни для какой другой науки, актуальны проблемы самоорганизации сложных систем, изучение механизмов, порождающих их структуру и функционирование. В конечном счете, это проблемы теории сложных, нелинейных, динамических систем. Сюда в первую очередь относится проблема возникновения свойств и динамики целого, невоспроизводимого через свойства и динамику частей; проблема нелинейной динамики, пространственно-временных волн и структур; возникновения структур, объединяющих в себе свойства непрерывности, фрактальности и дискретности; соотношение термостатики и динамики при моделировании поведения геосистем, механизмов, порождающих иерархию ПТК, эволюцию и катастрофы. Развитие научного знания всегда опирается на использование новых средств исследования, открывающих ненаблюдаемые ранее свойства объекта. Для ландшафтоведения таким важнейшим и слабо освоенным техническим средством выступает, безусловно, дистанционная многоканальная информация с относительно высоким разрешением и развитие методов ее анализа. Однако ее эффективное использование невозможно без совершенствования полевых исследований, которые в ХХI веке должны все в большей степени опираться на современные технологические средства сбора и анализа первичной информации. Эффективное использование технологических средств, способных сделать видимыми невидимые ранее свойства ландшафта, возможно содержащие информацию о фундаментальных аспектах его функционирования, непростая методологическая задача. Актуальные прикладные проблемы ландшафтоведения, безусловно, связаны с концепцией устойчивого развития и вытекающих из нее проблем отношения человека с окружающей природной средой: повышения эффективности неразрушающего использования природных ресурсов, обеспечивающих расширенное воспроизводство так называемого природного капитала, методологии соизмеримости ценностей экономического, социального и природного капиталов и ресурсов. Конкретной и вместе с тем актуальной проблемой выступает наведение порядка в "бухгалтерском" учете природных ценностей. Необходимо разработать стандарты ландшафтной классификации - основы сопоставимости различных территорий, однозначно воспроизводимого картографического отображения состояний ландшафтной сферы и отдельных ее компонентов на различных пространственно-временных иерархических уровнях организации. При этом подразумевается согласованность этих стандартов с аналогами, принятыми в Европе, и участие в разработке таких стандартов для планетарного уровня. Большое прикладное значение имеет развитие теории и методологии ландшафтного планирования и управления. Это направление автоматически включает оценку воздействия хозяйственной деятельности человека на окружающую среду, проблемы сохранения ландшафтного разнообразия на локальном и региональном уровнях, проблемы природных (экологических) рисков и страхования, комплексной оценки земель и природных ресурсов, оптимизации размещения производственной деятельности. Оно напрямую смыкается с географическими проблемами природопользования. Послесловие. Исходя из задач, стоящих перед географической наукой в решении геоэкологических проблем и устойчивого развития, возникла потребность обратиться к функциям ландшафтоведения, которые мы обозначили "интегрирующими". Интегрирующие функции нашей науки – это его постоянные научно-методические ориентиры, цели и обязанности в системе географических наук и наук о Земли. Мы обозначили пять иерархических уровней интегрирующих функций, в совокупности образующих единую концепцию сущности и "миссии" ландшафтоведения, его внутреннего единства. Первый уровень реализации интегрирующих функций – синтез научного знания внутри самого ландшафтоведения. Основная задача этого уровня – соединить три фундаментальных направления: структурно-генетическое, функционально-динамическое и эволюционно-прогнозное. Второй уровень связан с его ролью в разработке методологии физико-географического синтеза как на базе собственной теории и эмпирических обобщений, так и на базе достижений отраслевых физико-географических наук. Идеальное положение следующее: ландшафтовед частично формирует задачи частным физико-географическим наукам исходя из задач своей, а специалисты-отраслевики строят свою теорию как относительно частную на базе теории ландшафта. Но, видимо, это время еще не наступило. Третий уровень синтеза. Задача поставлена В.С. Преображенским (1988): создать для широкого ансамбля естественных наук содержательные модели пространственно-временной организации ландшафтной сферы Земли. Главнейшая стратегическая цель – встраивание ландшафтоведения в единую систему наук о Земле и в общую (единую) географию. Четвертый уровень проявляется через ландшафтную экологию, образующей теоретическое ядро региональной геоэкологии. Конкретное проявление синтеза – ландшафтное планирование, геоэкологическое проектирование, экологическая экспертиза. Сущность пятого уровня интегративных функций ландшафтоведения заключается в его роли в региональной политике государства, составной частью которой выступает ландшафтная. Ландшафтная политика – деятельность органов государственной власти и управления, научных и проектных учреждений, учебных заведений, общественных организаций, направленная на решение региональных и локальных геоэкологических и социально-экономических проблем, проблем конструктивного и адаптивного природопользования в самых разнообразных формах его пространственно-временной организации. Реализация ландшафтной политики на практике неизбежно интенсифицирует научный поиск в области интеграции природной (физической) и общественной (социально-экономической) географии. А следовательно, поставить вопрос и об интеграции научных географических школ. Литература
Монографии, сборники статей, учебники и учебные пособия
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
