Файл: Бакарасов. Экология ландшафтов. Курс лекций .doc

Можно говорить, что каждая ландшафтная зона, регион или даже конкретный ландшафт характеризуется наличием определенной сукцессионной смены. В большинстве случаев сукцессионные ряды заканчиваются климаксными геосистемами, но климакс может быть не один, а кроме того, далеко не всегда сукцессионный процесс (на который, в частности, накладываются флуктуации) доходит до финальной стадии.

Существуют так называемые антропогенные субклимаксы – это устойчивые состояния ландшафтов, связанные с деятельностью человека. Примеры таких субклимаксов – верещатники атлантической Европы, суходольные луга, пирогенные сосняки.

Для реконструкции картины сукцессионных процессов важно также представление о ландшафтно-генетических рядах, основанное на использовании принципа пространственно-временных аналогов, или эргодичных преобразований, то есть на выявлении пространственных рядов ландшафтов, отражающих их смену во времени. По мнению А.С. Викторова (1987), широко распространены ряды, члены которых сопряжены в пространстве в той же последовательности, в которой они сменяют друг друга во времени.

Антропогенная динамика ландшафтов обусловлена хозяйственными воздействиями на природную среду. Этот вид динамики проявляется следующим образом: а) вырубка и другие виды механического уничтожения древесно-кустарниковой растительности, сопровождающиеся сокращением площади и изменениями качества лесов, распахивание степей и лугов; б) ускоренная сельскохозяйственная эрозия и дефляция почв, связанные с механическим повреждениями растительного и почвенного покровов, дигрессия пастбищ и развеивание песков, опустынивание, изменения рельефа и ландшафтов карьерно-отвальными комплексами, деградация и коренные преобразования ландшафтов в городах и промышленных зонах и т.д.; в) заболачивание подтопленных водохранилищами побережий и вторичное засоление почв на орошаемых землях в аридных ландшафтах; г) загрязнение ландшафтов и сопровождающие его нарушения растительности, почв, животного мира.

Антропогенная динамика ландшафтов в большинстве случаев осуществляется природными процессами (эрозия, дефляция, заболачивание), но процессы, вызванные хозяйственной деятельностью и ведут к деградации, разрушению ландшафтов. Например, интенсивная эрозия почв и кор выветривания в горах после сведения лесов (Древняя Греция); дефляция почв, эоловое рельефообразование, опустынивание после сильной дигрессии пустынных или степных пастбищ (Калмыкия и др.); усыхание, отмирание и изменение растительности в городах и загрязняемых промышленных зонах (Мончегорский комбинат).

Эволюция ландшафта (или историческое развитие) характеризуется постепенными, последовательными непрерывными и направленными необратимыми (коренными) их изменениями (трендами). Эволюция обусловлена, во-первых, медленными, но длительными направленными изменениями (трендами) во внешней среде; во-вторых, внутренними спонтанными процессами исторического саморазвития ландшафтов. Если направления эволюции задаются перечисленными выше факторами, то конкретные типы ее реализации в значительной степени предопределены историко-генетическими факторами, запечатленные в структурных элементах и свойствах компонентов ландшафтов. Например, территории сложенные с поверхности разными породами, в процессе эволюционных преобразований, связанных с медленным общим их поднятием, будут иметь разную структуру эрозионного расчленения.

Эволюционные преобразования, обусловленные изменениями внешней среды, проявляются в коренных (необратимых, качественных) адаптивных перестройках морфологической структуры ландшафтов. При этом постепенно отмирают одни структурные элементы эволюционирующих ландшафтов, а на их месте формируются новые структуры, более адекватные изменившейся среде. Тем самым конкретная геосистема выходит за пределы своего инварианта и как бы превращается в качественно другую. Для проявления эволюционных преобразований длительность направленных изменений внешней среды должна значительно превышать характерное время динамики саморазвития природных и хотя бы части основных структурных элементов данной геосистемы.

Ведущими факторами внешней среды, сильно влияющими на тренды эволюционного развития геосистем, являются энергия Солнца и эндогенная энергия Земли, определяющие гидроклиматические и геолого-геоморфологические особенности территорий (геома). Среди же факторов спонтанного развития геосистем значительная роль принадлежит биоте и экзогенным внутри ландшафтным процессам. Именно благодаря деятельности биоты ландшафтная оболочка за 2-2,5 млрд лет претерпела кардинальные изменения структуры и функционирования.

Эволюция ландшафтов готовится их предыдущим историческим развитием, а особенно активно реализуется в периоды или фазы экстремального проявления внешних воздействий. Такие воздействия обычно связаны или с многолетними циклами функционирования и развития глобальных геосистем, или с наложением и интерференцией разных видов внешних планетарных и космических процессов. Например, влажные и сухие эпохи, обусловленные многовековыми внешними ритмами, неодинаково влияют на саморазвитие элювиальных (водораздельных) и аккумулятивных ландшафтов. Так, активная распашка водоразделов и склонов во время влажных многолетних периодов (фаз) ведет к зарождению и последующему развитию множества разнообразных овражно-балочных систем и к лучшей дренированности вмещающих их ландшафтов. Таким образом, на эволюцию природных ландшафтов влияют процессы в изменяющейся внешней среде и спонтанные процессы саморазвития, которые тесно связаны друг с другом.

4.2. Устойчивость ландшафтов

Устойчивость – это одно из основополагающих понятий экологии ландшафтов. Проблема устойчивости имеет сугубо практическое происхождение. Она стала актуальной в связи с утратой ландшафтами части своих полезных для общества свойств в результате хозяйственной деятельности человека.

Устойчивость ландшафта – это свойство геосистемы сохранять свою структуру и характер функционирования при изменяющихся условиях его среды (Охрана ландшафтов, 1982). Устойчивость можно рассматривать в структурном и функциональном аспектах. Устойчивость в аспекте вертикальной и горизонтальной структуры ландшафта отражает форму постоянства объекта, которое задается соответствующим инвариантом. Устойчивость в аспекте функционирования отражает форму развития объекта через смены суточных, сезонных, годовых состояний, через преобразовательную и стабилизирующую динамику, в основе которой лежит отрицательная обратная связь (Дьяконов, 1974).

Целесообразно различать устойчивость природных и антропогенных ландшафтов. Под устойчивостью природных ландшафтов понимается их способность сохранять под влиянием внешних (природных и антропогенных) воздействий свою структуру. Снятие антропогенной нагрузки в этом случае приведет к возврату ландшафта в практически прежнее состояние за счет ее саморегулирования. Устойчивостью природно-антропогенных ландшафтов чаще всего называют способность их, испытывая внешние воздействия, продолжать выполнять социально-экономические функции (ресурсовоспроизводство, средовоспроизводство и др.) в заданных пределах. Устойчивость таких систем обеспечивается сочетанием процессов управления и саморегуляции.

Устойчивость природных ландшафтов, по мнению С.Г. Покровского (2001), по отношению к различным видам антропогенного воздействия, может быть трех видов: физическая, химическая и биологическая. Физическая устойчивость как основа динамического равновесия определяется, прежде всего, поступающим в ландшафт внешним потоком энергии. Постоянство колебаний его характеристик во времени и создает устойчивость. Увеличение амплитуды колебаний нарушает сложившееся равновесие внутри отдельных компонентов ландшафтов и внешние взаимосвязи между ними. Поэтому устойчивое физическое «состояние» сохраняется не при постоянном потоке энергии, а применительно к природным ландшафтам при постоянстве колебаний этого потока во времени. Химическая устойчивость зависит от направленности, степени и скорости превращения веществ, составляющих материальный мир. Такие процессы в ландшафтах могут сопровождаться (или не сопровождаться) изменениями их состава и строения. Равновесие поддерживается опять же постоянством колебаний во времени химических параметров воздуха, воды, живых организмов, почв, а также стабильностью и постоянством «химического обмена» между компонентами ландшафта. Биологическая устойчивость также присуща ландшафтам. Особо следует подчеркнуть, что она относится не к отдельным особям, а к популяции и ее значение не меньше физической и химической. Безусловно, все три вида устойчивости тесно связаны между собой, однако насколько «потеря» одной из них приводит к «потерям» остальных – вопрос сложный, и в различных географических условиях ответ на него может быть разным.

По мнению К.Н.Дъяконова (1991) решения проблемы устойчивости можно достигнуть путем последовательного изучения пяти относительно самостоятельных задач. Первая из них – это сопряженный анализ пространственно-временной изменчивости показателей ландшафтов на «входе» и «выходе». Поскольку ландшафты – это системы открытые с элементами гомеостаза, то анализ пространственной и особенно временной структуры внешних (входных) сигналов приобретает важное значение. Все воздействия могут быть охарактеризованы силой, напряженностью потока и хроноорганизацией. Различают эпизодические и периодические воздействия. Эпизодические воздействия носят характер импульса, который в зависимости от силы способен переводить ландшафт в новое состояние или не сказываться на ее функционировании и структуре. Периодические, а чаще всего квазипериодические воздействия могут быть описаны характерным временем, частотой и длиной волны.

Вторая задача решения проблемы устойчивости – анализ изменчивости круговорота вещества и устойчивости взаимодействия потоков вещества и энергии. Задача чрезвычайно трудоемкая из-за необходимости проведения многолетних стационарных исследований (Дьяконов, 1991).

Третья задача – определение изменчивости показателей ландшафта по трофическим цепям и роли гетеротрофов как фактора устойчивости. Гетеротрофный механизм устойчивости ландшафтов в первую очередь определяется типом питания. Тип питания коррелирует уровень первичной биологической продуктивности. Первичная продукция служит в ландшафтах основным источником энергии для гетеротрофов. Гетеротрофы поддерживают гомеостаз биотической системы, т.е. способность сохранять относительное постоянство своей структурно-функциональной организации. Гетеротрофы характеризуются различной специализацией в отношении выполнения функции устойчивости. Например, сапрофаги, обеспечивающие функционирование детритных цепей, своей трофической деятельностью способствуют увеличению их пропускной способности, что поддерживает устойчивость не только автотрофно-гетеротрофной биотической системы, но и всей фации, включая почвенный блок.

Четвертая задача касается выявления критических значений каждого из компонентов ландшафта в отдельности, пространственно-временных экстремальных характеристик и предельно допустимых норм антропогенных экстремальных воздействий. Одной из наиболее актуальных проблем в этом отношении является установление пределов геохимической и биогехимической совместимости техногенных и естественных потоков вещества для каждого из компонентов ландшафта, обладающих своим характерным временем, а, следовательно, своей рекурперацией (термин А.А.Величко). Правило рекурперации гласит «геосистема тем быстрее способна к восстановлению, чем меньшим характерным временем обладает компонента, наиболее ощутимо испытавшее внешнее воздействие» (Величко, 1989).

Наконец, пятая задача, наиболее сложная, - выявление пространственно-временной изменчивости и устойчивости ареалов ландшафтов, их пространственной структуры как результата функционирования. Говоря об устойчивости ландшафтов необходимы две существенные оговорки: о каком ранге систем идет речь и каковы принципы выделения иерархии геосистем. Поэтому исследуя устойчивость систем разных иерархических уровней, необходимо нахождение строгого физической обусловленности геометрии ландшафтов (их рисунка) и т.д. Геометрический и математический анализ рисунка ландшафтов разных рангов – это первый шаг на пути к научному объяснению их устойчивости (Дьяконов, 1991).

Устойчивость не означает абсолютной стабильности, неподвижности. Напротив, она предполагает колебания вокруг некоторого среднего состояния, т.е. подвижное равновесие. Надо полагать, что чем шире естественный «привычный» диапазон состояний, тем меньше риск подвергнуться необратимой трансформации при аномальных внешних воздействиях. Например, ландшафты экваториальных лесов, существующие длительное время в стабильных и узко ограниченных условиях теплообеспеченности и увлажнения, менее приспособлены к резким аномалиям этих условий, чем ландшафты умеренных широт. Однако противостоять подобным аномалиям позволяют внутренние механизмы саморегулирования, присущие различным ландшафтам. Благодаря отрицательным обратным связям эффект внешних воздействий «гасится» или, во всяком случае, ослабляется. Один из простых случаев: уменьшение стока в бессточное озеро вызывает сокращение площади зеркала, а тем самым – испарения, и таким образом восстанавливается водный баланс (устанавливается новое подвижное равновесие).

В саморегулировании ландшафтов большую роль играет биота – важнейший стабилизирующий фактор благодаря ее мобильности, широкой приспособляемости к абиотическим факторам, способности восстанавливаться и создавать внутреннюю среду со специфическими режимами – световым, тепловым, водным, минеральным. Так, например, экваториальный лес противостоит интенсивному вымыванию элементов минерального питания из почвы путем накопления их в биомассе и интенсификации внутреннего оборота элементов.

Роль других компонентов в поддержании устойчивости неоднозначна и подчас противоречива. Климат и влагооборот быстро реагируют на входные воздействия и сами по себе крайне неустойчивы, но быстро восстанавливаются. Твердый фундамент – один из наиболее устойчивых компонентов, но в случае нарушения не способен восстанавливаться и поэтому его нарушение (в основном в результате денудации) ведет к необратимым изменениям в ландшафте. Поэтому стабильность твердого фундамента - это важная предпосылка устойчивости ландшафта, но основным стабилизирующим фактором, поддерживающим гравитационное равновесие в системе и препятствующим денудации, служит растительный покров.

Степень устойчивости ландшафтов пропорциональна их рангу. Фации наименее устойчивы к внешним воздействиям и наименее долговечны. Ландшафт – система значительно более устойчивая, о чем наглядно показывают наблюдения над его реакцией на преднамеренное и непреднамеренное вторжение человека с его хозяйственной деятельностью.

Всякий ландшафт приспособлен к определенной природной среде, в рамках которой он устойчив и нормально функционирует. В механизме устойчивости ландшафтов к техногенным нагрузкам роль отдельных компонентов, процессов или свойств может оказаться неоднозначной и даже противоречивой. Так, с точки зрения противодействия техногенному химическому загрязнению благоприятными внутренними факторами следует считать интенсивный сток и большую скорость ветра. Но те же факторы благоприятствуют эрозии и дефляции, т.е. определяют неустойчивость ландшафта к механическому воздействию. Критерии устойчивости к химическому и механическому воздействию в значительной степени исключают друг друга. Даже такой общепризнанный стабилизирующий фактор, как растительный покров, может играть при химическом загрязнении отрицательную роль, поскольку способен аккумулировать вредные соединения и элементы.

При анализе устойчивости ландшафтов к техногенным воздействиям необходимо опираться на региональные и локальные ландшафтно-географические закономерности, на таксономию и классификацию ландшафтов.

При самых широких сравнениях отчетливо выявляются различия в устойчивости ландшафтов различных типов. Так, тундровые ландшафты очень неустойчивы ко всяким техногенным нагрузкам. Дефицит тепла определяет низкую активность биогеохимических процессов и медленную самоочищаемость от промышленных выбросов. Мерзлотный водоупор препятствует инфильтрации, а растительный покров легко разрушается при механическом воздействии и очень чувствителен к сернистому ангидриду и другим атмосферным загрязнителям. Неустойчивость растительного покрова служит причиной нарушения теплового равновесия в приповерхностном слое многолетнемерзлой толщи, что ведет к просадкам, термокарсту и т.д.