Вертикальная структура природной геосистемы

Межкомпонентные связи

 

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

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

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

Часть созданного растениями-продуцентами биогенного вещества-энергии используется в трофических цепях животными. В результате минерализации растительного опада и отмерших организмов происходит возвращение химических элементов в среду: почвы, воздух и воду. Этот круговорот вещества и энергии почти замкнут. Малая доля отмершей органики захороняется или выносится за пределы геосистемы путем вещественно-энергетического обмена с ландшафтной средой. Примерно 0,004% годичной биологической продукции резервируется. Живое вещество выступает как аккумулятор солнечной энергии. В итоге за многие миллионы лет в ландшафтной оболочке накопились большие запасы свободной биогенной энергии (каустобиолиты, почвенный гумус), исчисляемые в /г10³-ккал. Однако в настоящее время человечество за одни только сутки расходует столько ископаемого органического топлива, сколько его откладывалось когда-то в среднем за 300-350 лет.

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

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

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

Межкомпонентные связи в ландшафте не являются абсолютно жесткими. Они носят вероятностный характер. Природные компоненты обладают некоторой степенью свободы в своем поведении. Благодаря этому, ландшафт может более или менее пластично реагировать на возмущающие импульсы внешней среды. До определенных пороговых нагрузок он способен оставаться относительно устойчивым. Н. Винер писал, что "...любое строение выдерживает нагрузку только потому, что оно не является стопроцентно жестким". Сравнивая ландшафт с другими природными системами, А. И. Перельман говорил: "По степени совершенства связей ландшафт сильно уступает таким системам, как кристаллы, атомы, организмы. Ландшафт - это система не только с другой природой связей, но и с более "расшатанными" связями, более слабой интеграцией".

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

Агролесомелиорация

Лесные насаждения, способствующие улучшению микроклимата, снегораспределения, преодолению эрозии, дефляции, улучшению водного режима агроландшафтов, являются неотъемлемой частью земледелия. Защитные лесные насаждения в зависимости от их назначения и размещения на территории хозяйств делят на полезащитные, водорегулирующие, противоовражные и прибавочные, насаждения по днищам и откосам оврагов и балок, по берегам рек, прудов и водоемов, на орошаемых землях, песках. Технологии их создания хорошо известны.

Опыт полезащитного лесоразведения и объемы выполненных в стране работ велики как нигде в мире. Однако кампанейщина, с которой проводились эти работы, начиная с известного Плана преобразования природы (1948 г.), сделала их результаты весьма неоднозначными, значительно снизив экономический и экологический эффект. Эта работа и дальнейшее ее продолжение требуют переосмысления с позиций конструирования агроландшафтов. В течение многих лет лесомелиоративные организации игнорировали этот подход, насаждая в буквальном и переносном смысле полезащитные лесные полосы как прямоугольное обрамление несоразмерных полей. Доведенная до абсурда идея преобразования климата с помощью государственных лесополос абстрагировалась и от растения, и от животного, и от самого человека. Люди остались незащищенными от ветров и снежных заносов во множестве поселков, полевых станов в угоду государственным планам полезащитного лесоразведения. Эффективность полезащитных полос часто была невысокой в связи с плохим уходом, и сейчас на значительной территории неухоженные заросшие лесополосы "обирают" поля, накапливая сугробы снега, благоприятствуя распространению сорняков. Часть их, насаженная вдоль склонов, способствует развитию водной эрозии. Переоценивались возможности преодоления с их помощью дефляции и засухи в степной зоне, особенно в сухой степи, на что обращал внимание А.И.Бараев.

Для борьбы с водной эрозией лесополосы стали применять сравнительно недавно, но надежд на этот прием возлагается много. Противоэрозионное действие обычно объясняется более высокой водопроницаемостью почв под лесом, чем в поле. Между тем, как свидетельствуют исследования Г.А.Ларионова и обобщенные им данные других авторов, интенсивность впитывания воды в почву под лесными полосами редко достигает величин, характерных для леса. Высокая водопроницаемость почв в лесных полосах наблюдается, если в них создается лесная обстановка - многоярусная древесная растительность и слой опада на почве, развивается соответствующая педофауна. Такие условия складываются в лесной полосе, если она создана по древесно-кустарниковому типу и имеет достаточную ширину. Очевидно, требования, предъявляемые к лесным полосам с противоэрозионной, противодефляционной и полезащитной (в традиционном понимании) точек зрения, различны.

С позиций оптимизации агроландшафтов задачи лесоразведения представляются довольно многоплановыми. Это восстановление лесов в эрозионных ландшафтах и водоохранных зонах, лесовосстановление по старым руслам рек, создание оазисного земледелия, залесение малопродуктивных земель, гибкое применение лесополос различного назначения и конструкций в контурно-мелиоративных системах земледелия в сочетании с другими мелиоративными и агротехническими мероприятиями.

Известкование кислых почв

Плодородие значительной части почв таежной и подтаежной зон лимитируется повышенной кислотностью. Искусственное смещение сельскохозяйственного производства в степную зону сдерживало развитие Нечерноземья. Ожидаемое -увеличение инвестиций в северном направлении потребует наращивания объемов известкования. Важно, чтобы известкование почв велось опережающими темпами по отношению к применению удобрений. В противном случае резко снижается эффективность удобрений.

В условиях интенсивного земледелия при высокой нагрузке пашни удобрениями, особенно азотными, значительно подкисляющими почву, и при возросшем выносе кальция известкованию подлежат не только дерново-подзолистые и серые лесные почвы, но и оподзоленные, а также выщелоченные черноземы, т.е. ареал известкования расширяется за счет районов северной лесостепи.

На части кислых почв с низкой обеспеченностью фосфором целесообразно применение фосфоритной муки. Для обеспечения программ известкования и фосфоритования почв следует мобилизовать в первую очередь местные ресурсы, в том числе многочисленные мелкозалежные месторождения фосфоритов, а также отходы промышленности и тепловых электростанций.

Список литературы

 

1. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. - М.: Колос, 1996. - 367 с: ил.

2. Николаев В.А. Ландшафтоведение. Семинарские и практические занятия. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000. - 94 с.

Межкомпонентные связи

 

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

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

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

Часть созданного растениями-продуцентами биогенного вещества-энергии используется в трофических цепях животными. В результате минерализации растительного опада и отмерших организмов происходит возвращение химических элементов в среду: почвы, воздух и воду. Этот круговорот вещества и энергии почти замкнут. Малая доля отмершей органики захороняется или выносится за пределы геосистемы путем вещественно-энергетического обмена с ландшафтной средой. Примерно 0,004% годичной биологической продукции резервируется. Живое вещество выступает как аккумулятор солнечной энергии. В итоге за многие миллионы лет в ландшафтной оболочке накопились большие запасы свободной биогенной энергии (каустобиолиты, почвенный гумус), исчисляемые в /г10³-ккал. Однако в настоящее время человечество за одни только сутки расходует столько ископаемого органического топлива, сколько его откладывалось когда-то в среднем за 300-350 лет.

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

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

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

Межкомпонентные связи в ландшафте не являются абсолютно жесткими. Они носят вероятностный характер. Природные компоненты обладают некоторой степенью свободы в своем поведении. Благодаря этому, ландшафт может более или менее пластично реагировать на возмущающие импульсы внешней среды. До определенных пороговых нагрузок он способен оставаться относительно устойчивым. Н. Винер писал, что "...любое строение выдерживает нагрузку только потому, что оно не является стопроцентно жестким". Сравнивая ландшафт с другими природными системами, А. И. Перельман говорил: "По степени совершенства связей ландшафт сильно уступает таким системам, как кристаллы, атомы, организмы. Ландшафт - это система не только с другой природой связей, но и с более "расшатанными" связями, более слабой интеграцией".

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

Вертикальная структура природной геосистемы

 

Взаимосвязанные природные компоненты образуют вертикальную структуру геосистемы. Она обладает замечательной закономерностью, которую можно назвать ландшафтной стратификацией. Все геосистемы - будь то наземные, подводные или водные - стратифицированы, т. е. распадаются по вертикали на ряд ландшафтных слоев - геогоризонтов. Каждый геогоризонт отличается от других преобладанием в своем составе тех или иных природных тел - геомасс: аэральных, водных, снего-ледовых, биогенных, биокосных, минеральных и др. Иными словами, геогоризонты образованы из той вещественной субстанции, которой располагают природные компоненты. Важнейшим фактором, обусловливающим ландшафтную стратификацию, является гравитационный. Представления о геогоризонтах были разработаны Ю. П. Бялловичем и развиты впоследствии в трудах Н. Л. Беручашвили.

Геогоризонты можно рассматривать как подсистемы вертикального разреза ("слоеного пирога") природной геосистемы. Существует их иерархия. Выделяются геогоризонты нескольких порядков. Геогоризонтами первого порядка в наземных геосистемах являются (снизу вверх): литогидрогенный (горизонт грунтовых вод); литогенный (толща горных пород в пределах зоны гипергенеза); биопедогенный - биокосный (почвенный горизонт с органикой, которая его насыщает, включая корни растений); аэрально-биогенный (наземная часть растительного покрова, животный мир, приземный воздух); аэральный (нижняя часть тропосферы).

Названные геогоризонты разделяются на слои (геогоризонты) более низких порядков. Известно, например, что в лесном фитоценозе выделяются ярусы: древостоя, кустарниковый, травянистый, моховой. Морфологический профиль почв также распадается на горизонты А, В, С. Толща поверхностных отложений может состоять из нескольких слоев покровных и коренных отложений. Грунтовые воды тоже стратифицированы: сверху могут плавать линзы пресной воды, а ниже их будут подстилать более тяжелые минерализованные воды.

Таким образом, геогоризонт - структурный элемент (подсистема) вертикального профиля природной геосистемы, обладающий специфичной геомассой и сформированный определенным природным компонентом или (чаще) их сочетанием. Вертикальная структура геосистемы -это состав и вертикальные (радиальные) связи слагающих ее природных компонентов, представленных упорядоченной последовательностью геогоризонтов. Иными словами, вертикальная структура природной геосистемы подчиняется закону ландшафтной стратификации.

Каждая элементарная геосистема обладает своей вертикальной структурой. Закономерно сменяясь в пространстве, они образуют горизонтальную структуру ландшафта, анализу которой посвящен следующий раздел пособия.