Стационарные и полустационарные исследования

Назначение стационарных

И полустационарных методов исследований

И их особенности

Экспедиционные исследования дают возможность наблюдать и | изучать ПТК в определенный фиксированный момент времени, [т.е. в статике. О существовании взаимосвязей и взаимодействий [ между различными компонентами природы и между более мелки-[ ми комплексами, слагающими изучаемый ПТК, которые опреде-I ляют его существование как целостного образования, исследова-I тель судит по совокупному эффекту, отражающемуся во внешнем I облике самого ПТК и различных компонентов, в пространствен-|ной структуре комплекса и т.д. Эти внешние, физиономические I признаки ПТК являются индикаторами протекающих в нем про-I цессов и скрытых внутренних связей, но не позволяют достаточно I глубоко познать сами связи и взаимодействия.

Взаимодействие между различными структурными частями ПТК I и взаимосвязи комплекса с окружающей средой осуществляются в |.виде разнообразных процессов, посредством которых происходит I обмен веществом, энергией и информацией, лежащий в основе I целостности ПТК, его функционирования. Поэтому для глубокого

■ познания сущности ПТК, его свойств, характерных черт и реакции
I на изменение внешних воздействий и тенденций дальнейшего раз-
1вития нужно изучение многообразных процессов, протекающих в

■ природе. Эти процессы характеризуются разной продолжитель­
ностью, направленностью и интенсивностью, существенно варь-
1 ируют в пространстве (от комплекса к комплексу) и во времени
■(от года к году, по сезонам и даже в течение суток).

Естественно, что кратковременные экспедиционные исследо-

I вания, фиксирующие состояние изучаемой территории на момент

[ посещения, не могут дать необходимого материала для познания

взаимосвязей между компонентами комплекса и самого комплек-

! са с окружающей средой, так как о связях между различными струк-

[турными частями ПТК и ее характере нельзя судить по единич-

|ным наблюдениям. Для этого нужен массовый материал, нужны

[многолетние круглогодичные наблюдения над протекающими в

IПрироде процессами и характером взаимосвязей во времени, т.е.

I Необходимо стационарное изучение ПТК.

Стационарные наблюдения. Их проводят на сравнительно неболь-1 ших участках в условиях по возможности типичных для более или] менее обширной территории. На стационарах ведут наблюдения за процессами двух видов: за направленным, поступательным изме­нением, за развитием природы, т.е. за эволюционными процесса­ми; за сезонными изменениями, происходящими ежегодно, и су-; точной ритмикой, т. е. за динамикой. Длительные регулярные на­блюдения позволяют проследить не только характер и интенсив­ность этих изменений, определить их количественно, но и устано­вить относительное значение различных связей и факторов в слож- \ ных и многообразных взаимодействиях, отделить существенные j связи от второстепенных и проследить своеобразные взаимовлия-1 ния, выделить главные, определяющие направление и скорость 1 изменения и развития комплекса.

Программа работ стационаров может быть различной в зависи-1 мости от тематики, природных условий территории и обеспечен-1 ности кадрами. Оборудование стационаров зависит от программы работ, а также от материальных возможностей организации, со-1 здавшей стационар.

В настоящее время существует довольно много стационаров, \ ведущих изучение отдельных компонентов природы или процес­сов (климата, стока, эрозии и т.д.). К таким стационарам относят-1 ся метеостанции, гидрологические станции и посты, воднобалан- j совые, лимнологические, агрометеорологические, эрозионные, ] снеголавинные, селестоковые, опытно-мелиоративные, агрохими- ] ческие, лесные опытные станции и т.д. Все эти стационары ведут \ наблюдения по своей методике, разработанной соответствующей отраслевой географической дисциплиной. Более комплексные ис-| следования проводят на биогеоценологических стационарах, где ] основное внимание концентрируется вокруг биотических связей (И. П. Герасимов и др., 1972; А. Г. Исаченко, 1980). В круг их наблю- I дений входят состав и строение биоты, трофические связи, био-.] продуктивность, биологический круговорот веществ. Однако свя- j зям между биогеоценозами уделяется недостаточно внимания, как ^: и изучению абиогенных факторов (климата, рельефа, отложений, вод). Недостатком этих исследований, с точки зрения физико-гео- I графа, является и то, что из-за своей трудоемкости их выполняют лишь для отдельных объектов, часто не связанных между собой (И.И.Мамай, 1992).

Среди стационаров особое место принадлежит заповедникам, где до относительно недавнего времени занимались главным обра- зом изучением, охраной и восстановлением отдельных видов рас- j тений и животных. Ныне некоторые из них расширили свои задачи до изучения и охраны ПТК, приближаясь тем самым к комплекс- 1 ным физико-географическим стационарам. Во многих заповедни- I ках ведутся наблюдения по программе «Летопись природы». В био- 3

]

сферных заповедниках (а их сейчас в России 21), включенных в сеть мониторинга, ведутся наблюдения за изменениями природы, за современными природными и антропогенными процессами. Программа работ некоторых заповедников приближается к про­граммам биогеоценологических стационаров.

В изучении отдельных компонентов природы и природных про­цессов или их групп (климатических, гидрологических, биологиче­ских, почвенных) на отраслевых стационарах достигнуты значи­тельные успехи, но взаимосвязи между различными природными процессами, проявляющимися совместно в пределах определенного ПТК, их суммарный эффект, который является движущей силой саморазвития ПТК, остаются нераскрытыми или анализируются недостаточно. Однако при решении вопросов рационального ис­пользования природных ресурсов, регулирования природных про­цессов или преобразования природы необходимо хорошо знать именно суммарный эффект многочисленных и разнообразных про­цессов, протекающих в ПТК, закономерности саморазвития раз­личных комплексов и особенности их реакции на антропогенные воздействия, т. е. необходимо изучение всей совокупности природ­ных процессов в их взаимовлиянии, изучение функционирования ПТК, его динамических и эволюционных изменений. Подобное изучение возможно лишь на комплексных физико-географических стационарах, которых пока еще слишком мало, но они представ­ляют наибольший интерес с точки зрения изучения природы.

Заметное возрастание интереса физико-географов к стационар­ным исследованиям наблюдалось в 60 — 70-х гг. XX столетия одно­временно с обращением к функциональному аспекту изучения ПТК. Это было связано прежде всего с участием географов в решении практических задач, требующих конкретной количественной ин­формации о ПТК для обоснования различных проектных разрабо­ток, и с постановкой проблемы комплексного географического прогнозирования. Кроме того, усиление системной ориентации в научных исследованиях требовало максимально полного анализа и синтеза связей, формирующих ПТК и определяющих его специ­фику как целостного образования. Для решения этой задачи также необходим большой объем разнообразной количественной инфор­мации о ПТК. Таким образом, интересы дальнейшего развития географии и практического использования результатов географи­ческих исследований все настоятельнее требовали постановки ста­ционарных исследований для углубленного изучения ПТК. Неуди­вительно, что в Институте географии Сибири и Дальнего Востока СО АН СССР, где активно развивалось функционально-динами­ческое направление изучения ПТК, было создано больше всего стационаров (шесть) в разных регионах Сибири.

Программа работ комплексного географического стационара включает в себя наблюдения над отдельными компонентами, пре-

досматриваемые обычно и отраслевыми стационарами, а также изу- i чение различных процессов, протекание которых обусловлено бла-,| гоприятным сочетанием свойств ряда компонентов. Программа рас-; считана на круглогодичные наблюдения, характер которых изменя-ется в соответствии с сезонными изменениями в природе (образо­вание снежного покрова и снеготаяние, вегетация растений, осен-1 ний листопад и т.д.). Все наблюдения ведут многократно на одной и той же территории по единой программе, составленной таким об­разом, чтобы наблюдения за различными природными процесса­ми были легко сопоставимы и направлены на раскрытие взаимо­действия, взаимообусловленности и суммарного эффекта. Таким образом, важнейшей задачей комплексных физико-географичес-< ких стационаров, которая не решается на отраслевых стационарах, является познание закономерностей интеграции природных процессов ■ в ПТК и возникающего в результате этого суммарного эффекта.

В настоящее время на большинстве стационаров ведется изуче- ' ние функционирования ПТК и лишь на некоторых из них (Март-копский, Лесуново) изучаются состояния ПТК.

В отличие от экспедиционных исследований, фиксирующих пространственные изменения ПТК, стационарные наблюдения направлены главным образом на изучение временнш связей, по­этому в процессе их основное внимание акцентируется на наибо­лее подвижных компонентах, на мобильных и биотически актив­ных элементах.

Основным объектом изучения на стационарах являются прежде всего гомогенные ПТК — фации. Это обусловлено двумя причина-ми. Во-первых, относительной простотой структуры фации, все внутренние связи которой представлены лишь одним типом — вер-] тикальными связями и взаимодействиями между компонентами природы. Все горизонтальные связи с одноранговыми ПТК (фация­ми) и вмещающими его гетерогенными комплексами различного ранга выступают как внешние связи, связи фации с окружающей средой и могут рассматриваться в своей совокупности, без расчле-нения на составляющие. Это облегчает разработку методики изу­чения ландшафтообразующих связей на начальном этапе.

Во-вторых, фации в силу их минимальной функциональной обособленности и сильного воздействия внешней среды являются обычно самыми динамичными, самыми изменчивыми комплек­сами. И в этом отношении представляют собой наиболее подходя­щий объект для изучения временных изменений, так как требуют ' самого короткого периода наблюдений для установления законо­мерностей функционирования и динамики по сравнению со все­ми другими более устойчивыми комплексами.

В процессе стационарного изучения фаций отрабатывается ме­тодика сопряженного количественного учета совокупности важней­ших составляющих ПТК, разрабатывается функционально-динами-

цеский метод исследования. Обращение к изучению с помощью количественных методов более крупных гетерогенных в простран­ственном отношении комплексов, по мнению А. А. Крауклиса (1979), на первых порах малоэффективно, ибо трудно охватить изучением сразу все многообразие формирующих эти комплексы связей. Позднее стали проводиться (Московским, Саратовским, Тбилисским и другими университетами) исследования и более сложных ПТК, правда, пока только полустационарными методами. Для познания ландшафтообразующих связей фации, определяе­мых характером и интенсивностью обмена веществом и энергией между компонентами, необходим дифференцированный подход и количественная оценка основных природных режимов фации. По определению В. Б. Сочавы (Южная тайга..., 1969. — С. 20), под «при­родным режимом понимается характерная для ПТК упорядоченность изменения природных явлений в годичном цикле в течение всего време­ни существования его современной структуры».

К числу основных природных режимов относится прежде всего радиационный режим фации, характеризующий ее энергетическую базу. Радиационный режим заметно варьирует вблизи физической поверхности Земли, поэтому каждой фации присущи свои пока­затели радиационного баланса, которые изменяются во времени. Изучение радиационного режима на стационарах должно быть на­правлено на вскрытие закономерностей формирования радиаци­онного баланса в различных фациях по сезонам года и количе­ственное определение суточной и сезонной ритмики.

Большую роль в динамике ПТК играет тепловой режим, кото­рый во многом определяется адвекцией тепла под влиянием вет­ров в приземном слое воздуха, промерзанием почвы зимой и про­должительностью безморозного периода. Для детального изучения расходной части теплового баланса необходимы режимные наблю­дения над другими компонентами, расходующими тепло, прежде всего, над водным режимом.

Радиационный, тепловой и водный режимы характеризуют мобильную составляющую ПТК, которая «выполняет обменные и транзитные функции, связывает внутренние части геосистемы и объединяет последние с ее внешним окружением» (А.А.Краук-лис, 1979. — С. 54). Изучение этих режимов базируется главным образом на использовании геофизических методов и разработан­ных гидрометеослужбой методик.

Более сложно изучение режима химического состава вещества, находящегося в обороте, так как вещество присутствует в комп­лексе в различных фазах (твердой, жидкой, газообразной и жи­вой) и проходит сложные пути преобразований в ходе динамики геосистем (В. А. Снытко, 1978). Круговорот химических элементов в различных фациях характеризуется достаточно четко выраженной сезонной динамикой, закономерности которой должны быть вскры-

ты в процессе исследования. Одновременно выявляются и закономер-И ности динамики органического вещества, его биоты. Для изучения 1 внутренних механизмов перераспределения химических элементов! между компонентами фации на стационарах проводят специаль-1 ные ландшафтно-геохимические исследования (В.А.Снытко, 1978).!

Для познания закономерностей интеграции природных режи- 1 мов особое значение имеют биотические режимы: наземной расти- 1 тельной массы, наземных живых организмов, животного населе- 1 ния почвы, почвенных микроорганизмов. Высокая интегрирующая 1 роль биотических режимов обусловлена чисто биологическими качествами биоты и прежде всего высокой избирательностью жи-1 вых организмов к внешним условиям, благодаря чему биота вы- I ступает как важнейший внутренний фактор саморегуляции ПТК (В. Б. Сочава, 1974). Для изучения биоты наряду с геофизическими! и геохимическими методами широко используют биологические! методы исследования.

На ход природных процессов систематическое воздействие ока- 1 зывает человек. Спонтанные процессы в результате хозяйственной \ деятельности человека модифицируются и устанавливаются природ- | но-антропогенные режимы. Существование природно-антропоген- 3 ных режимов должно находить отражение и в программе режимных наблюдений на комплексных физико-географических стационарах. ]

Комплексный подход к изучению отдельных природных режи- j мов и взаимодействия различных режимов друг с другом требуют j четкой согласованности в выборе участков для наблюдения и сро- \ ков их проведения. Сами наблюдения над природными режимами должны быть поставлены так, чтобы в дальнейшем эти режимы можно было сопоставлять друг с другом, т.е. должны быть сопря- \ женными.

Необходимым условием для изучения интеграции природных режимов является точный количественный учет хода процессов и воздействующих на них сил. Для установления закономерностей интеграции проводится статистическая обработка и камеральный синтез массовых данных по количественной характеристике раз­личных природных режимов, в том числе и по самым изменчивым свойствам ПТК, полученных в процессе стационарных исследова-; ний. Однако синтез данных по изучению режимов отдельных ком­понентов недостаточен для глубокого познания интеграции при­родных режимов. Для этой цели необходимы и некоторые допол­нительные наблюдения в поле, направленные на выявление тех свойств ПТК, которые не являются принадлежностью отдельных его компонентов, а возникают в результате их взаимодействия.

Сравнительный анализ организации стационарных исследова­ний географами Института географии РАН и Института геогра­фии Сибири СО РАН и результатов их работ провел в своей док­торской диссертации А. М. Грин.

Многолетние наблюдения в условиях стационаров дают надеж­ный материал для установления закономерностей сезонной рит­мики и динамики ПТК, позволяют судить о развитии ПТК во времени. Однако трудоемкость работ и необходимость привлече­ния к ним большого количества исследователей ограничивают воз­можности создания разветвленной сети комплексных физико-гео­графических стационаров, а радиус действия эмпирических зако­номерностей, полученных путем стационарных исследований, определяется границами тех ландшафтов, в которых проводились наблюдения, так как «фация сохраняет свои структурно-динами­ческие черты в пределах определенной макрогеохоры» (Топологи­ческие..., 1974. — С. 62). Поэтому в настоящее время целесообразно шире использовать в ходе экспедиционных работ полустационар­ные исследования (непродолжительные повторные наблюдения). Полустационарные исследования. Естественно, они не дают пол­ного представления о природных режимах в ПТК, так как фикси­руют лишь определенное состояние либо его изменение в какой-то краткий отрезок времени. Однако такие наблюдения обогащают характеристики комплексов, позволяют получить некоторые дан­ные о суточной цикличности и сезонной ритмике ряда процессов, поэтому их целесообразно проводить во всех случаях, когда име­ются соответствующие условия.

Полустационарные исследования бывают различными. Это мо­гут быть выезды экспедиционного отряда на отработанный летом ключевой участок в разные сезоны года для проведения снегомер­ной съемки, для наблюдения за весенними процессами (скоро­стью таяния снега, оттаиванием и подсыханием почвы, эрозией, солифлюкцией) и т.д. Такие сезонные наблюдения проводят не­которые университеты на базах студенческих практик. К этой же категории могут быть отнесены организованные в процессе летних полевых работ длительные микроклиматические наблюдения, на­блюдения над стоком и влажностью почв, над водной и ветровой эрозией и т.д. на ключевых участках.

В полевой период экспедиционных исследований полустацио­нарные наблюдения проводятся иногда на ландшафтных профи­лях. Линии таких профилей должны быть выбраны особенно тща­тельно, чтобы они были наиболее репрезентативными для опре­деленного вида ландшафтов.

Полустационарные исследования должны включать довольно разносторонний набор наблюдений, который позволил бы соста­вить достаточно полную характеристику ПТК и получить ряд ко­личественных показателей, но в то же время мог быть выполнен небольшой группой исследователей. Чаще всего в наиболее типич­ных точках по линии профиля ведут микроклиматические наблю­дения, определяют запасы и прирост надземной и подземной био­массы, влажность почв, отбирают образцы для геохимических ана-

лизов и т.д. Продолжительность и частота наблюдений на точках 1 профиля зависят от временной изменчивости того компонента, j который изучают, обеспеченности отряда необходимыми для на- 1 блюдений приборами, численности сотрудников и тех задач, ко-1 торые решаются полустационарными наблюдениями. Например, 1 для определения сравнительной биологической продуктивности | разных фаций достаточно разовых наблюдений, а для изучения 1 зависимости прироста биомассы от климатических особенностей j необходим ряд наблюдений в одних и тех же точках.

Непременным условием массовости полустационарных наблю- | дений, их широкого внедрения в практику экспедиционных иссле- 1 дований является применение таких методов, которые обеспечи- I вали бы простоту и надежность выполнения всего комплекса pa- j бот, использование портативных приборов и экспресс-методов (по ] определению влажности почв, запасов надземной биомассы и т.д.). |

Правильно организованные полустационарные наблюдения | позволяют получить достаточно надежный фактический материал ■ с количественными показателями, что очень важно для понима- ] ния направленности и скорости ландшафтообразующих процес- I сов, хотя и не обеспечивают той глубины и полноты характери- j стики разнообразных связей ПТК, которая может быть получена при стационарных наблюдениях.

6.2. Метод комплексной ординации (МКО) и его применение на академических стационарах

Среди комплексных физико-географических стационаров следует прежде всего назвать стационары Института географии Сибири и Дальнего Востока СО АН СССР (ныне Институт географии Сиби­ри СО РАН). Это — Харанорский стационар на юге Забайкалья в ', Онон-Аргунской степи; Приангарский (Чуноярский) южнотаеж­ный стационар в Средней Сибири; Кондо-Сосьвинский и Нижне-Иртышский стационары, расположенные соответственно в средне-и южнотаежной подзонах лесоболотной зоны Западной Сибири; два стационара Южно-Сибирской географической станции института находятся в Алтае-Саянской горной стране: Ленский лесной — на склонах Западного Саяна (правобережье Енисея) и Ново-Нико­лаевский — в Койбальской степи Минусинской котловины.

На этих стационарах разрабатывают и апробируют методы ста­ционарных исследований. Несмотря на все разнообразие конкрет­ной природной обстановки отдельных стационаров, личную ини­циативу руководителей и ответственных исполнителей работ, все исследования объединены одной общей идеей — идеей изучения различных природных режимов и их интеграции. В этих целях здесь разработан и широко используется предложенный В. Б.Сочавой

метод комплексной ординации как основной метод сопряженного изучения природных режимов (В.Б.Сочава и др., 1967).

Метод комплексной ординации (МКО) заключается в сопряжен­ном изучении природных режимов. Задача изучения режимов заклю­чается в количественной оценке покомпонентного строения дроб­ных ячеек природной среды — гомогенных комплексов (фаций), определяющего устойчивость ПТК и его динамические свойства. МКО позволяет систематизировать и количественно оценивать главнейшие связи и соотношения в ПТК. Он рассчитан на выявле­ние особенностей ПТК как систем, изменяющихся в простран­стве и времени под влиянием определяющих их факторов. МКО обеспечивает форму наблюдений, позволяющую широко приме­нять математические методы обработки материалов и выражения результатов наблюдений.

«Усилия географов уже много лет направлены на выявление законов дифференциации природной среды... В настоящее время на­зрела в известной мере противоположная в методическом отноше­нии проблема — установить принципы интеграции дробных под­разделений ландшафтной сферы» (Южная тайга. 1969. — С. 28).

Для изучения интеграции природных режимов исследования ведут на пробных площадках, которые располагаются по полиго-ну-трансекту, секущему ПТК полосой шириной 100 — 200 м. Дли­на трансекта колеблется от 1,5 до 2—3 км. Он пересекает выделы многих фаций, но площадки наблюдения закладываются не во всех выделах, а на наиболее репрезентативных участках. Трансект мо­жет пересекать одно урочище, но чаще проходит через несколько различных урочищ. Количество пробных площадок на трансекте и частота наблюдений на них зависят от его фациального разнообра­зия и динамичности того компонента или процесса, за которым ведутся наблюдения. Обычно закладывают 25 — 50 площадок, но некоторые наблюдения ведут не на всех площадках, а на их части и с разной повторяемостью. Например, наблюдения за температу­рой воздуха и почвы должны проводиться ежедневно в сроки, установленные для метеостанций. Радиационный баланс, продук­тивность наземной биомассы, влажность, кислотность и содержа­ние СО₂в почвах определяют раз в 10— 15 дней, а водопроницае­мость всего два-три раза за теплый период.

Сопряженность изучения природных режимов осуществляется путем единовременных (синхронных) наблюдений, измерений, взятия проб в различных фациях исследуемой территории, прово­димых с определенной повторностью. Именно поэтому в наиболее активный летний период число исследователей на каждом стацио­наре Института географии Сибири возрастало до 50—70 человек в основном за счет студентов-практикантов и аспирантов.

Синхронность наблюдений обеспечивает получение материала для выявления тесноты связей между отдельными компонентами

(и их элементами) внутри фаций и одновременно для выяснения различий в количественных характеристиках одних и тех же ком­понентов (и их элементов) в различных фациях. Следовательно, МКО позволяет не только установить связи между компонентами ПТК, но и выяснить, как они изменяются в пространстве, т.е. получить пространственные ряды. Повторность наблюдений на од­них и тех же площадках дает возможность изучать количественно суточную и сезонную ритмику ПТК, т.е. установить временные ряды. Для изучения пространственно-временных связей необходим анализ этих двух рядов в совокупности. МКО основан на обработке массовой информации и позволяет наиболее полно описать при­родную обстановку в целом. При помощи статистического анализа временных, пространственных и пространственно-временных ря­дов устанавливают эмпирические зависимости, необходимые для более глубокого описания процессов и прогнозирования.

Метод комплексной ординации — основной метод стационарных исследований. Ему должно предшествовать детальное картографи­рование опытных участков, в данном случае профильных полос, называемых полигонами-трансектами. Составляются преимуще­ственно инструментальным путем карты-планы топографические, геоморфологические, почвенные, геоботанические, ландшафтные. Только после этого следует выбирать точки наблюдений. Правда, это условие соблюдается не всегда.

Метод комплексной ординации включает как составную часть метод балансов, используемый в качестве основного метода на Курской экспериментальной базе Института географии РАН.

Программа работ на этой базе предусматривала два направления исследований: 1) изучение закономерностей формирования вод­но-теплового баланса; 2) установление зависимостей характера биологических процессов (вегетации растений, количественного и качественного изменения биомассы и т.д.) от водно-теплового баланса. По первому направлению предполагалось: а) изучение теплового баланса посредством актинометрических и градиентных наблюдений; б) изучение водного баланса с помощью дождеме­ров, почвенных испарителей, стоковых площадок, изучения влаж­ности почв и т.д.; в) изучение теплового режима и движения воды в почве с помощью наблюдений за температурой почв на разных глубинах и движения воды в разных горизонтах почв и т.д.

Для выполнения всего комплекса работ было создано пять спе­циальных групп исследователей, наблюдателей, аналитиков: теп-лобалансовая, воднобалансовая, почвенно-гидрологическая, агро-геоботаническая и физико-географическая, которая обеспечивала общее и специальное изучение территории и обобщала материалы исследований (И.П.Герасимов и др., 1961).

Изучая существующие в ПТК взаимосвязи, физико-географ всегда имеет дело с протекающими в природе процессами, каж-

дый из которых неизменно сопровождается изменениями количе­ства определенных видов вещества и связанной с ним энергии. Одни из потоков вещества и энергии поступают в изучаемый ком­плекс, другие — удаляются из него, третьи — трансформируются, преобразуются на месте. Если каждый из этих потоков измерен количественно, то можно составить баланс и определить, проис­ходит ли вынос вещества и энергии из изучаемого ПТК или их накопление в нем, или приход равен расходу. Составление баланса не только позволяет определить направление процесса, но и рас­крывает его структуру, поэтому оно необходимо, по мнению Д.Л.Арманда (1947), для полного понимания самого процесса.

Особенно большое значение метод балансов приобрел в прак­тике стационарных исследований в связи с внедрением в физиче­скую географию геохимических и геофизических методов, позво­ляющих количественно выражать миграцию вещества и энергии в природных комплексах.

Для изучения протекающих в природе процессов чрезвычайно важно установить и измерить количественно их энергетическую основу, определить энергетический баланс и все его приходо-расход­ные составляющие. Для получения достоверных данных по состав­ляющим радиационного баланса необходимо проведение доста­точно широкого комплекса измерений, для которых используют различные физические методы и приборы. Некоторые дополни­тельные наблюдения позволяют одновременно получать на стацио­нарах исходные данные для расчета трех взаимосвязанных балан­сов: радиационного, теплового и водного.

По данным Ю.Л.Раунера с соавторами (1967), проводивших определения радиационного и теплового балансов на Курской экс­периментальной базе, обязательными являются: 1) актинометри-ческие измерения над растительным покровом и внутри расти­тельности на разных уровнях; 2) градиентные измерения темпера­туры, влажности воздуха и скорости ветра над растительностью и под пологом деревьев (в лесу); измерения температурного режима поверхности и верхних горизонтов почвы; 3) измерения осадков над и под растительным покровом, влажности корнеобитаемого слоя почвы (до глубины 1 — 2 м), наблюдения над испарением с поверхности почвы; 4) биометрические измерения на разных уров­нях растительности, учет площади листьев и хвои.

Большая трудоемкость работ не позволяет организовать их на значительном количестве площадок, поэтому стационарные на­блюдения дополняют профильными маршрутами, во время кото­рых проводятся сокращенные градиентные измерения. Результаты измерений дают исходные материалы для расчета составляющих радиационного и теплового балансов.

В связи с тем, что структура водного баланса фации (гомоген­ного комплекса) формируется прежде всего под влиянием водно-

физических свойств почвы, их изучение также предусмотрено про­граммой работы стационара. Изучают обычно объемный и удель­ный вес, порозность и скважность почвы, а также ее способность впитывать, пропускать и удерживать влагу и характер раститель­ного покрова.

На территориях со значительным плоскостным стоком произво­дят изучение склонового поверхностного стока. Для этого используют результаты климатологических наблюдений, а также проводятся снегомерные съемки, изучаются условия снеготаяния, влажности и промерзания почв, режим ближайшего к поверхности горизонта грунтовых вод, учитывают поверхностный жидкий и твердый сток.

Большой интерес представляет изучение баланса минерального вещества в ПТК и путей миграции различных химических элемен­тов. Данное направление исследований активно разрабатывалось на стационарах Института географии Сибири как составная часть МКО. Для этих целей широко используют геохимические методы исследования.

Об относительном (процентном) содержании различных хими­ческих элементов во всех компонентах ПТК дают представление результаты спектральных и химических анализов образцов, ото­бранных на площадках наблюдения для сопряженного анализа. В связи с тем что вещественный состав некоторых компонентов (прежде всего почв и растительности) весьма существенно изменяется по вертикальному профилю, для их изучения должно быть отобрано с одной точки по несколько образцов, характеризующих различ­ные горизонты почв и разные части растений (особенно в слож­ных лесных группировках). Для геохимического изучения ПТК на пробных площадках по трансекту производят отбор образцов. С каж­дой площадки берут образцы из всех горизонтов почвенного раз­реза, из коры выветривания и подстилающих коренных пород, свежий и полуразложившийся опад, мхи, травянистые растения, их корни, тонкие и толстые корни древесных пород, хвою или листья, тонкие и толстые ветви, кору и древесину различных ви­дов деревьев. Если площадка покрыта травянистой растительно­стью, то отбирают отдельно подземные и надземные части расте­ний, желательно по отдельным видам. Если на точке наблюдения вскрывается водоносный горизонт, имеются выходы грунтовых вод или протекает небольшой ручеек, то из них также берут пробы воды на анализ (Топология..., 1970).

Но отдельные компоненты природы и их части отличаются раз­ной скоростью изменения своего химического состава, поэтому для полного представления о нем и тем более для пересчета про­центного содержания элементов в их абсолютные величины требу­ется различная частота отбора проб. Так, химический состав гор­ных пород или коры выветривания может быть определен в ре­зультате одноразового опробования. Химизм различных генетиче-

ских горизонтов почв изменяется довольно медленно, но некото­рые изменения могут произойти и в течение года, так как особен­ности промывного режима почв в зависимости от сезона года обус­ловливают различную интенсивность выноса (или накопления) элементов из разных горизонтов. Поэтому очень важно системати­чески вести наблюдения за водно-солевым режимом ПТК.

Для этой цели используют лизиметрический метод: на площад­ках наблюдения устанавливают лизиметры (металлические цилин­дры определенного сечения и высоты), которые заполняют поч­венными монолитами ненарушенной структуры. В нижней части цилиндра собирается фильтрат, позволяющий точно определить, какие элементы и в каком соотношении выносятся из почвенного профиля. Анализ фильтратов, собираемых лизиметрами за опреде­ленный отрезок времени, позволяет проследить динамику выноса химических элементов из почвенного профиля и с ее учетом точ­нее вычислить абсолютное содержание различных элементов.

Очень подвижным компонентом, существенно меняющим свой химический состав по сезонам года, является также растительность. Для более точного определения химизма растительности и его дина­мики необходимы неоднократные отборы проб в течение года (осо­бенно в период активной вегетации). Интервалы отбора проб зависят от местных условий вегетации растений и могут быть различными.

Определение объемного веса отдельных горизонтов почв, коры выветривания и коренных пород, учет биомассы и дебита водных источников позволяют по процентному содержанию элементов вычислить их общее количество, содержащееся в различных ком­понентах или их частях на единицу площади изучаемого ПТК.

Показатели запасов химических элементов по компонентам ПТК указывают на источники их поступления и пути миграции в комп­лексе, однако полных расчетов баланса минерального вещества — очень интересного и важного показателя любого ПТК — пока еще получить не удается. Это — дело будущего.

Очень важным вопросом является изучение баланса биомассы, но для его расчета необходимы многочисленные и очень сложные измерения. Некоторые из его составляющих мы пока не научились определять количественно. При расчете баланса биомассы должна учитываться масса всех растений и животных, но масса растений в целом в географической оболочке несравненно больше массы жи­вотных, да и учесть ее легче, поэтому нередко в своих исследова­ниях мы ограничиваемся изучением фитомассы.