Файл: Бакарасов. Экология ландшафтов. Курс лекций .doc

Противоположную А.Ю.Ретеюму и К.Н.Дьяконову точку зрения высказывает А.Г.Исаченко (1965, 1991), который считает, что многие атмосферные явления (например, облачность, осадки и др.) независимо от того, на какой высоте они формируются, характеризуют в равной степени и зоны, и провинции, и ландшафты и даже морфологические подразделения ландшафта. Кроме того, согласно А.Г.Исаченко, если бы мы даже и могли их установить, то они бы быстро изменялись.

Нижняя граница. До настоящего времени остается неясным вопрос о нижних рубежах ландшафтов различного таксономического уровня. Нижнюю границу геосистем чаще всего проводят по основанию зоны гипергенеза (Ф.Н.Мильков, С.В.Калесник, Д.И.Криволуцкий и др.). М.А.Глазовская проводит нижнюю границу ландшафта по нижней границе потока грунтовой воды.

Для определения нижней границы К.Н.Дьяконов (1971) выбирает положение изотермы 0⁰С (т.е. слоя мерзлоты в лесотундре). Различия между фациями наблюдаются до глубины 2 м, а урочищами - до 4 м.

Н.Л.Беручашвили и А.А.Крауклис определяют нижние границы фаций по слою постоянных температур, проходящих на глубине 15-18 м. Сходных взглядов придерживается В.Б.Сочава. И.И.Мамай нижнюю границу проводит по глубине проникновения влаги и биотических компонентов. Например, глубина проникновения корней в лесной зоне достигает 7 м, микроорганизмов 7-13 м. А.Г.Исаченко опускает нижнюю границу ландшафтов на несколько десятков метров.

Так, согласно А.Г.Исаченко внутригодовые колебания температуры сказываются до глубины 20-30 м. Пределы проникновения свободного кислорода в земную кору обычно совпадают с верхним уровнем грунтовых вод. Наибольшая мощность зоны окисления составляет около 60 м. Мощность коры выветривания измеряется величинами от нескольких до десятков метров. Основная масса живого вещества подземных частей растений, микроорганизмов, беспозвоночных сосредоточена в почве и отчасти в коре выветривания, в пределах верхних дециметров. Некоторые грызуны проникают до глубин 5-6 м, дождевые черви - до 8 м. Корни растений могут проникать в материнскую породу на несколько десятков метров в глубину. Таким образом, нижние пределы проявления важнейших процессов функционирования ландшафта сравнительно близки, хотя и не совпадают между собой. Поэтому, по мнению А.Г.Исаченко, трудно отдать предпочтение одному из многих показателей, однако порядок величины, характеризующей нижние границы ландшафтов можно определить десятками метров, относя к ландшафтам зону гипергенеза.

Из приведенных взглядов ученых ясно, что в оценках вертикальной мощности ландшафтов много сугубо предположительного и неопределенного, поскольку пока нет данных и даже теоретически достаточно четко разработанных критериев для установления верхней и в особенности нижней границы ландшафтов разных иерархических уровней. Это пока весьма сложная задача экспериментальных исследований.

Основные типы ландшафтных границ. Классифицировать границы можно по разным основаниям деления. Так, Б.Б.Родоман по функциональным признакам различает дивергентные, конвергентные, градиентные и процессные границы.

К дивергентным относятся границы, разделяющие потоки (воды, воздуха, минеральных веществ и т.д.) и направляющие их в разные стороны. Они соответствуют водоразделам, гребням, осевым зонам максимумов атмосферного давления, другим образованиям. Конвергентные границы, напротив, располагаются там, где сходятся потоки, происходит их конвергенция. Это границы-концентраторы, собиратели, вдоль которых разнонаправленные потоки соединяются. К ним относятся тальвеги, ложбины, осевые зоны минимумов атмосферного давления и др. Градиентные границы соответствуют зонам наибольшего изменения параметров, т.е. наибольшему градиенту (на этих границах значительно изменяется интенсивность потока). Градиентные границы разделяются на два подтипа – границы градиентные импульсивные (вдоль них интенсивность потока увеличивается) и градиентные затухающие (интенсивность потока уменьшается). Как градиентные границы можно рассматривать границы между лесными и травянистыми ландшафтами, береговую линию и т.д. Процессные границы фиксируют смену процесса, например переход от зоны преимущественно плоскостного смыва к зоне линейной эрозии. В каждом конкретном случае геосистемы имеют границы, которые можно отнести к конвергентным, дивергентным, градиентным или процессным.

По характеру выраженности границ выделяются следующие виды: 1) четкие, если ширина переходной полосы намного меньше, чем протяженность ландшафта; 2) постепенные, если ширина переходной полосы соизмерима с протяженностью ландшафта; 3) экотоны – переходные полосы с постепенным переходом одного ландшафта к другому.

Независимо от ширины, ландшафтные границы могут быть реальными (объективными) и условными. Местоположение первых можно определить однозначно. Примером таких границ являются водораздельные линии в резко расчлененном ландшафте, тальвеги, экотоны (переходные полосы) на границе леса и поля. Условные границы выделяют как некие линии в реальной переходной полосе, когда ее необходимо условно изобразить в виде линии (например, на карте). Условность их состоит в том, что реальная ширина границы не берется во внимание.

По генезису, т.е. основному фактору, который обусловил появление границ, они подразделяются на литогенные, морфогенные, педогенные, гидрогенные, фитогенные, зоогенные, антропогенные. Однако, как правило, большинство границ имеют комплексный характер. Например, литоморфогенные, педофитогенные и т.д.

По функции в ландшафтных территориальных структурах границы бывают контактными и барьерными. Вдоль контактных границ происходит взаимодействие двух смежных геосистем, взаимопроникновение их свойств, перемещение вещественно-энергетических потоков. Барьерная граница полностью исключает взаимодействие соседних ландшафтов. Большинство границ по отношению к различным типам горизонтальных межгеосистемных связей выполняют и барьерную, и контактную функцию. Д.И. Люри (1988) предложил их назвать мембранными.

Морфологическая выраженность границ важна при оценке эстетической привлекательности (аттрактивности) ландшафта. По этой характеристике границы можно разделить на морфологически невыраженные (например, между ландшафтами, которые различаются между собой почвенными характеристикам для территориальной дифференциации природоохранных мероприятий); слабо выраженные (между равнинными и пологонаклонными ландшафтами, водораздельные линии на равнинах); средне выраженные (между выпуклой и вогнутой частью склона); ярко морфологически выраженные (бровки склонов, уступы и тыловые швы террас). Морфологическая выраженность ландшафтных границ зависит от времени обособления геосистемы. Так, чем моложе территория, тем четче (резче) границы. Например, в горах альпийской складчатости, в молодом эрозионном рельефе. Со временем в следствие межгеосистемных взаимодействий морфологическая выраженность их ослабевает.

В ландшафтной экологии границы анализируются и с точки зрения их формы. Различают прямые, волнистые, пилообразные, зубчатые, дендритные и другие границы.

Практическое значение ландшафтных границ состоит в том, что их выявление и изучение важно для оценки ландшафтов по их реакции на различные антропогенные воздействия, для определения степени их устойчивости и величины возможной нагрузки на ландшафт, для территориальной дифференциации природоохранных мероприятий и т.д.

2. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЛАНДШАФТАХ

2.1. Влагооборот в ландшафтах

Во всех ландшафтах суши вода играет важную роль, являясь неразрывной частью природных территориальных комплексов. Она участвует во всех протекающих в них процессах, вступает во всевозможные связи и реакции. Вместе с тем вода активно перемещается и в пределах ландшафта находится в непрерывном движении и превращении: в поверхностном и подземном стоке, нисходящих и восходящих движениях в почвах и грунтах, транспирации и биологических превращениях в живых организмах, испарении и перемещениях в приземном слое воздуха. Вода – это один из основных лимитирующих экологических факторов и от ее количества в ландшафте, сбалансированности потоков влаги зависят численные параметры ландшафта, определяющие его потенциал.

Под влагооборотом понимается совокупность процессов превращения, перемещения и изменения количества влаги в природно-территориальном комплексе.

С влагооборотом тесно связан водный баланс территории. Коллектив авторов под руководством М.И.Львовича (1969) предложил комплексный метод изучения водного баланса. Он состоит из следующих уравнений:

P = S + U + E; W = P − S = U + E, где

P – осадки, S – поверхностный сток; U – подземный сток; E – суммарное испарение; W – валовое увлажнение территории.

К.Н. Дьяконов (1991) приводит более детальное уравнение водного баланса:

X₁+X₂+r=S_b+S_n+U+E+T+B_x±g±W

Z=S_b+S_n+U ,

где X₁ – атмосферные осадки в жидкой фазе; X₂ – атмосферные осадки в твердой фазе (снег); r – роса; S_b – поверхностный весенний сток; S_n – внутрипочвенный сток; U – подземный сток; Z – суммарный русловой сток или интегральный сток для замыкающего створа геосистемы; E – физическое испарение; T – транспирация; B_x – аккумуляция влаги в годовом приросте биомассы; W – изменение влагозапасов в почве за некоторый интервал времени; g – фильтрационный поток воды из геосистемы и поток глубинных напорных вод в геосистему. Размерность членов уравнения кг/с/м², мм/год, м³/год, л/с/км².

Основу влагооборота образуют твердые и жидкие атмосферные осадки, поступающие к верхней границе ландшафта. В ландшафте происходит их трансформация или перехват пологом растительности. Осадки, не задержанные растениями, поступают на поверхность почвы. Далее они могут уйти за пределы конкретного ландшафта в виде поверхностного стока или впитаться в почву, где пополняют запасы подземных вод и участвуют в элементарных почвообразовательных процессах. При определенных условиях запасы подземной воды могут либо уменьшаться, либо пополняться. Это может вызвать изменение режима и объема подземного и поверхностного стока.

В ландшафте вода расходуется в основном на испарение. Различают физическое испарение, которое может происходить как с растительности, так и с поверхности почвы, куда вода может поступать и из более глубоких горизонтов, а также испарение растениями, или транспирацию. Таким образом, суммарное испарение состоит из транспирации и физического испарения с поверхности почвы и растений.

В холодные сезоны года во многих ландшафтах устанавливается снежный покров. Содержание воды в снежном покрове при выпадении осадков увеличивается, а при испарени и таянии – уменьшается. Изменения могут также происходить вследствие метелевого переноса снега. При промерзании почвы часть подземной влаги может находиться в мерзлом состоянии, но динамика ее в целом аналогична жидкой фазе.

Ежегодный запас обращающейся в ландшафте влаги составляют атмосферные осадки – жидкие и твердые, а также вода, поступающая в почву за счет конденсации водяного пара. Часть осадков перехватывается поверхностью растительного покрова и испаряясь с нее, возвращается в атмосферу. В лесных ландшафтах некоторое количество воды стекает по стволам деревьев и попадает в почву. Влага, непосредственно выпадающая на поверхность почвы, частично уходит за пределы ландшафта с поверхностным стоком и затрачивается на физическое испарение, остальное количество фильтруется в почво-грунты и образует наиболее активную часть внутреннего влагооборота. Относительно небольшая доля расходуется на абиотические процессы в почве, участвует в гидратации и дегидратации, более или менее значительное количество почвенно-грунтовой влаги выпадает из внутреннего влагооборота (потери на подземный сток). При иссушении почвы влага поднимается по капиллярам и может пополнить поток испарения. Однако в большинстве ландшафтов почвенные запасы влаги в основном всасываются корнями растений и вовлекаются в продукционный процесс.

Интенсивность влагооборота и его структура (соотношение отдельных составляющих) специфичны для разных ландшафтов и зависят, прежде всего, от энергообеспеченности и количества осадков, подчиняясь зональным и азональным закономерностям.

Величина суммарного (поверхностного и подземного) стока служит показателем выходного потока влаги. Абсолютные величины внешнего влагообмена хорошо увязываются с общими зонально-азональными закономерностями циркуляции атмосферы: то есть, наиболее обильное поступление внешних осадков (и соответственно наиболее интенсивный вынос воды из ландшафта) наблюдается в экваториальных широтах, а также в муссоных тропиках и субтропиках, а затем в приокеанических областях пояса западного воздушного переноса. Наиболее слабые входные и выходные потоки влаги свойственны внутриконтинентальным областям и особенно поясу тропической пассатной циркуляции.

Обобщенным показателем внутриландшафтного влагооборота можно считать суммарное испарение. При наличии достаточного количества влаги его интенсивность определяется энергоресурсами. Поэтому четко выраженный пик внутреннего оборота влаги также приходится на экваториальную зону, и отсюда происходит закономерный спад к полюсам, но на этом общем фоне резкими «провалами» выглядят аридные зоны и сектора.

Соотношения между внешним и внутренним влагооборотом выражается коэффициентом стока или дополняющим его до единицы коэффициентом испарения. Расчеты показали, что только в высоких широтах внешние потоки влаги превосходят внутренний оборот, а в гумидных экваториальных, тропических и субтропических ландшафтах оба типа потоков примерно равны, с усилением аридности доля внутреннего оборота растет, хотя по абсолютной величине он уменьшается.

Во внутриландшафтом влагообороте основную роль играет биота, особенно лесные сообщества. Кроны деревьев перехватывают до 20 % и более годового количества осадков (например, сосняки – 140-150 мм, ельники – 200-230 мм, экваториальные леса – до 500 мм). Основная их часть, как уже отмечалось, испаряется, но некоторое количество стекает по стволам деревьев.

Однако главное звено биологического влагооборота – транспирация. На единицу продуцируемой фитомассы (в сухой массе) расходуется в среднем около 400 мас.ед.воды – в холодном и влажном климате меньше, в жарком и сухом – больше (например, у бука – 170, лиственницы – 260, сосны – 300, березы –320, дуба – 340, у растений пустынь – до 1000 –1500). Из этого количества в состав живого организма входит менее 1 % - примерно 0,75 % свободной воды и 0,15 % содержится в сухой массе (в виде водородных атомов молекулярной воды, связанных с при фотосинтезе с атомами углерода). Основная масса почвенной влаги, потребляемой растениями, транспирируется. В плакорных условиях наибольшее количество влаги перекачивает в атмосферу влажный экваториальный лес, примерно в 2 раза меньше – суббореальный широколиственный лес. В холодном климате транспирация резко снижается, а в экстрааридном она минимальна (хотя доля осадков расходуемых на транспирацию, в аридных условиях обычно значительно больше, чем в гумидных). В гидроморфных условиях, при наличии подтока поверхностных или грунтовых вод, транспирация может превосходить количество осадков.