Лекция №1
Основные понятия ландшафтоведения
1. Теоретические основы ландшафтоведения
2. Ландшафт и агроландшафт. Понятие, структура и функции агроландшафта.
Вопрос
Ландшафтоведение – раздел физической географии, изучающий природные территориальные и природно-антропогенные комплексы (геосистемы) различного ранга.
Объектом изучения ландшафтоведения является географическая оболочка; предметом – ландшафтная сфера, состоящая из геосистем разных уровней (рис. 1).
Географическая оболочка Земли состоит из атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы и ландшафтной сферы Земли, которая является «фокусом» географической оболочки. Географическая оболочка – это ПТК состоящий из более мелких природных комплексов материков и океанов, субконтинентов, физико-географических стран и других более мелких таксонов районирования, которые изучает ландшафтоведение. Ландшафтоведение - это наука о ландшафте.
Предмет исследования ландшафтоведения (ландшафтная сфера) как самостоятельный раздел географии включает:
1) природно-территориальные комплексы или геосистемы разных уровней;
2) морфологическую структуру ландшафтов и их организацию;
3) региональное ландшафтоведение и районирование;
4) динамику ландшафтов;
5) эволюцию ландшафтов;
6) закономерности антропогенной трансформации, эволюции и
формирования природно-антропогенных и культурных ландшафтов;
7) оптимизацию природопользования на основе ландшафтного
подхода.
Ландшафтоведение как наука достаточно молодая, но быстро развивающаяся именно в направлении региональной физической географии. Это раздел физической географии, изучающий сложные природные и природно-антропогенные геосистемы различного ранга. Основу ландшафтоведения составляет учение о географическом ландшафте.
Рис. 1. Место ландшафтоведения в системе географических наук
(по Ф.Н. Милькову, 1990)
Объектами изучения ландшафтоведения выступают природные комплексы более низкого таксономического ранга: ландшафт, местность, урочище, фация. Все эти комплексы сохраняют присущие всей ГО свойства, например, целостность, комплексность.
Задачи ландшафтоведения определяются значительным кругом вопросов:
· Изучение и картографирование природных комплексов.
· Типология, систематизация и классификация природных комплексов.
· Выяснение истории формирования и развития природных комплексов и составление ландшафтного прогноза.
· Познание строения и структуры ландшафта для выявления внутренних взаимосвязей и определения степени устойчивости.
· Выявление закономерностей территориальной дифференциации и интеграции ландшафтов. Эта задача решается в процессе ландшафтного районирования.
· Изучение природно-ресурсного потенциала комплексов и выработка рекомендаций по рациональному использованию, оптимизации и охране.
· Выяснение влияния хозяйственной деятельности человека на тот или иной природный комплекс.
Среди методов ландшафтных исследований ведущими являются:
· Полевой;
· Стационарный;
· Ведущего фактора;
· Математический (включение математического компьютерного моделирования);
· Сопряженного анализа ПК;
· Дистанционные;
В современном ландшафтоведении развивается несколько обособленных научных направлений: «Геохимия ландшафта», «Геофизика ландшафта», «Антропогенное ландшафтоведение».
Вопрос
Большинство современных ландшафтов как природно-территориальных комплексов в той или иной степени уже изменены человеком и состоят из двух частей - естественной и хозяйственной. Эти части складываются из отдельных небольших лесов, кустарников, участков пашни, сенокосов и других угодий, образующих характерную мозаику и находящихся между собой в тех или иных взаимосвязях. Чем точнее земледелие и экономика землепользования и землевладения приспособлены к пространственным различиям ландшафта и чем больше принимаются во внимание его естественные качества, тем надежнее будут обеспечены постоянное повышение эффективности производства и соблюдение экологических условий. При этом необходимо учитывать, что в ходе человеческой деятельности для агроландшафтов характерна перестройка биологического и геохимического круговоротов, водно-теплового баланса, особенностей процессов почвообразования, численности и видов живых организмов, а все изменения в них происходят гораздо быстрее, чем в нетронутой природе. Это заставляет особенно внимательно следить за теми неблагоприятными изменениями, которые могут быстро достичь катастрофических величин.
Ландшафт при изменении его человеком обычно упрощается как биологическая система. Возникают монокультурные однообразные агрохозяйственные ландшафты, их производительность и устойчивость ниже, чем у естественных, увеличивается их уязвимость к внешним воздействиям. Их неустойчивость усугубляется
тем, что ежегодно с урожаем отчуждаются 40-80 % продукции, которая обычно полностью перерабатывается в природных системах, т.е. ландшафт постоянно истощается. Но для хозяйственного использования однообразные агроландшафты более удобны, поэтому сохраняется тенденция расширения площадей таких высококультурных, но неустойчивых ландшафтов. Крайне необходимо сохранять имеющиеся экологически ценные естественные участки агроландшафтов (леса, кустарники, участки с естественным травостоем) в нетронутом состоянии и создавать новые биоценозы (сообщества живых организмов). Это даст возможность создать устойчивые агроландшафты, пригодные для жизни зверей и птиц, и одновременно повысить продуктивность освоенных человеком территорий. Таким образом, рациональное сочетание рабочих участков и полей севооборотов и естественных природных участков - один из важнейших факторов оптимизации ландшафтов.
Агроландшафты формируются в ходе освоения проектов землеустройства. В процессе организации территории и использования земель создается система участков границ угодий (экотонов), которые представляют собой особые полосы местности, где обычно увеличивается число видов и плотность популяций (так называемый эффект опушки).
Система естественных и искусственных границ оказывает влияние на антропогенные ландшафты (сельскохозяйственные поля). Изменяется мезо - и микроклимат (уменьшается скорость ветра, увеличивается влажность почвы и воздуха, сглаживается суточный ход температуры воздуха и т.д.), меняется также водный режим (распределение осадков и их стока, отложение снега и т.д.). В результате возникают новые экологические связи и ниши для видов, важных для биологических методов борьбы с вредителями.
Лекция №2
Законы экологии при формировании ландшафтов
1. Законы, правила и принципы экологии при формировании ландшафтов
2. Природные компоненты ландшафта и ландшафтообразующие факторы
3. Использование экологических законов при совершенствовании землеустройства, систем земледелия и ландшафтом проектировании
Вопрос
Закон сохранения вещества (массы) и Закон сохранения энергии:
Любые физические, химические или иные изменения не приводят к исчезновению вещества или получению его из ничего. Любая преобразовательная деятельность человека лишь позволяет перевести вещество из одного состояния в другое, но ничто не исчезает бесследно. С точки зрения природопользования необходимо усвоить, что любой процесс будет создавать отходы, которые также являются частью преобразовательного природного вещества.
Второй из этих законов устанавливает, что любые превращения энергии не позволяют получить её больше, чем было затрачено изначально, то есть любой материальный объект на Земле при любых физических, химических или иных изменениях может лишь превратить энергию из одного вида в другой, но не добиваться её возникновения или исчезновения.
Закон сохранения энергии формулируется также как первый закон (начало, принцип) термодинамики:
Закон сохранения энергии имеет всеобщей характер и распространяется на все процессы на Земле.
Второй закон (начало, принцип) термодинамики:
При любом энергетическом процессе, текущем самопроизвольно, происходит переход энергии из концентрированной формы в рассеянную, то есть всегда есть потери энергии (в виде недоступного для использования тепла), а стопроцентный переход из одного вида энергии в другой невозможен.
Характерно действие этого закона при переходе из одной формы в другую в живых системах: солнечная энергия химическая при фотосинтезе и далее в пище консументов превращение в движение мышц, работу мозга и другие проявления жизни – сопровождается на каждом этапе и в конечном итоге деградацией высококачественной энергии, лишь небольшая часть которой переходит с одного уровня на другой, основная часть превращается в низкокачественное тепло и рассеивается в окружающей среде.
В открытых системах энтропия, то есть мера неупорядоченности системы, в определённом смысле – свойство энергии переходить не в полезную работу, а в тепло и рассеиваться в пространстве, может, как увеличиваться, так и снижаться, до определённой минимальной величины, но всегда большей нуля.
Закон внутреннего динамического равновесия:
Н.Ф. Реймерс описал этот закон; устанавливающий, что энергия, вещество, информация и динамическое качество отдельных природных систем, включая экосистемы и биосферу в целом и их иерархии, взаимосвязаны и любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально структурные количественные и качественные перемены всех других показателей, сохраняя общую сумму качеств систем.
Вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных естественных систем и их иерархии очень тесно связанные между собою, так что любое изменение одного из показателей неминуемое приводит к функционально-структурным изменениям других, но при этом сохраняются общие качества системы – энергетические, информационные и динамические.
Следствия действия этого закона обнаруживаются в том, что после любых изменений элементов естественной среды (вещественного состава, энергии, информации, скорости естественных процессов и т.п.) обязательно развиваются цепные реакции, которые стараются нейтрализовать эти изменения. Следует отметить, что незначительное изменение одного показателя может послужить причиной сильных отклонений в других и в всей экосистеме.
Изменения в больших экосистемах могут иметь необратимый характер, а любые локальные преобразования природы вызовут в биосфере планеты (то есть в глобальном масштабе) и в ее наибольших подразделах реакции ответа, которые предопределяют относительную неизменность эколого-экономического потенциала. Искусственное возрастание эколого-экономического потенциала ограниченное термодинамической стойкостью естественных систем.
Закон внутреннего динамического равновесия:
– один из главнейших в природопользовании. Он помогает понять, что в случае незначительных вмешательств в естественную среду ее экосистемы способны саморегулироваться и восстанавливаться, но если эти вмешательства превышают определенные границы (которые человеку следует хорошо знать) и уже не могут «угаснуть» в цепи иерархии экосистем (охватывают целые речные системы, ландшафты), они приводят к значительным нарушениям энергобиобаланса на значительных территориях и во всей биосфере.
Закон константности (сформулированный В. Вернадским):
Количество живого вещества биосферы (за определенное геологическое время) есть величина постоянная. Этот закон тесно связан с законом внутреннего динамического равновесия. По закону константности любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемое приводит к такой же по объему изменения вещества в другом регионе, только с обратным знаком.
Следствием этого закона есть правило обязательного заполнения экологических ниш. Закон корреляции (сформулированный Ж. Кювье): в организме как целостной системе все его части отвечают одна другой как за строением, так и за функциями. Изменение одной части неминуемо вызовет изменения в других.
Закон максимизации энергии (сформулированный Г. и Ю. Одумами и дополненный М. Рэймерсом):
В конкуренции с другими системами сохраняется та из них, которая наибольшее оказывает содействие поступлению энергии и информации и использует максимальную их количество наиэффективнее. Для этого такая система, большей частью, образовывает накопители (хранилища) высококачественной энергии, часть которой тратит на обеспечение поступления новой энергии, обеспечивает нормальный кругооборот веществ и создает механизмы регулирования, поддержки, стойкости системы, ее способности приспосабливаться к изменениям, налаживает обмен с другими системами. Максимизация – это повышение шансов на выживание.
Закон максимума биогенной энергии (закон В.И. Вернадского-Э.С. Бауэра):
Любая биологическая и «бионесовершенная» система с биотой, которая находится в состоянии «стойкого неравновесия» (динамично подвижного равновесия с окружающей средой), увеличивает, развиваясь, свое влияние на среду.
В процессе эволюции видов, твердит Вернадский, выживают те, которые увеличивают биогенную геохимическую энергию. По мнению Бауера, живые системы никогда не находятся в состоянии равновесия и выполняют за счет своей свободной энергии полезную работу против равновесия, которого требуют законы физики и химии за существующих внешних условий.
Вместе с другими фундаментальными положениями закон максимума биогенной энергии служит основой разработки стратегии природопользования.
Закон минимума (сформулированный Ю. Либихом):
Стойкость организма определяется самым слабым звеном в цепи ее экологических потребностей. Если количество и качество экологических факторов близкие к необходимому организму минимума, он выживает, если меньшие за этот минимум, организм гибнет, экосистема разрушается.
Закон ограниченности естественных ресурсов:
Все естественные ресурсы в условиях Земли исчерпаемые. Планета есть естественно ограниченным телом, и на ней не могут существовать бесконечные составные части.
Закон однонаправленности потока энергии:
Энергия, которую получает экосистема и которая усваивается продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго, третьего и других порядков, а потом редуцентам, что сопровождается потерей определенного количества энергии на каждом трофическом уровне в результате процессов, которые сопровождают дыхание. Поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) попадает очень мало начальной энергии (не большее 0,25%), термин «кругооборот энергии» есть довольно условным
Закон оптимальности:
Никакая система не может суживаться или расширяться к бесконечности.
Никакой целостный организм не может превысить определенные критические размеры, которые обеспечивают поддержку его энергетики. Эти размеры зависят от условий питания и факторов существования.
В природопользовании закон оптимальности помогает найти оптимальные с точки зрения производительности размеры для участков полей, выращиваемых животных, растений. Игнорирование закона – создание огромных площадей монокультур, выравнивание ландшафта массовыми застройками и т.п. – привело к неприродной однообразности на больших территориях и вызвало нарушение в функционировании экосистем, экологические кризы.
Закон пирамиды энергий (сформулированный Р. Линдеманом):
С одного трофического уровня экологической пирамиды на другого переходит в среднем не более 10% энергии.
По этому закону можно выполнять расчеты земельных площадей, лесных угодий с целью обеспечения население продовольствием и другими ресурсами.
Закон равнозначности условий жизни:
Все естественные условия среды, необходимые для жизни, играют равнозначные роли. Из него вытекает другой закон совокупного действия экологических факторов. Этот закон часто игнорируется, хотя имеет большое значение.
Закон развития окружающей среды:
Любая естественная система развивается лишь за счет использованияматериально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды.
Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно – это вывод из законов термодинамики.
Очень важными являются следствия закона.
1. Абсолютно безотходное производство невозможное.
2. Любая более высокоорганизованная биотическая система в своем развитии есть потенциальной угрозой для менее организованных систем. Поэтому в биосфере Земли невозможно повторное зарождение жизни – оно будет уничтожено уже существующими организмами
3. Биосфера Земли, как система, развивается за счет внутренних и космических ресурсов.
Закон совокупного действия естественных факторов (закон Митчерлиха–Тинемана–Бауле):
Объем урожая зависит не от отдельного, пусть даже лимитирующего фактора, а от всей совокупности экологических факторов одновременно. Частицу каждого фактора в совокупном действии ныне можно подсчитать. Закон имеет силу при определенных условиях – если влияние монотонное и максимально обнаруживается каждый фактор при неизменности других в той совокупности, которая рассматривается.
Закон грунтоистощения (уменьшение плодородия):
Постепенное снижение естественного плодородия почв происходит из-за продолжительного их использования и нарушения естественных процессов почвообразования, а также вследствие продолжительного выращивания монокультур (в результате накопления токсичных веществ, которые выделяются растениями, остатков пестицидов и минеральных удобрений).
Вопрос
Природные компоненты – составные части, формирующие ландшафты. Свойства компонентов и отдельные из компонентов во многом являются производными их взаимодействия в ПТК.
К основным природным географическим компонентам относятся: массы твердой земной коры (литосферы); массы поверхностных и подземных вод (гидросфера), находящиеся в ландшафтах в трех фазовых состояниях (жидком, твердом и парообразном); воздушные массы нижних слоев атмосферы (тропосферы); растительность, животные, микроорганизмы, органо - минеральное тело – почва.
Все природные компоненты по их происхождению, свойствам и функциям в ландшафтах объединяются в три подсистемы:
1) геома – включает в себя литогенную основу (горные породы, рельеф), воздух нижней части атмосферы, воды;
2) биота – растительность и животный мир;
3) биокосная подсистема – почвы.
Большинство самих ландшафтов, как и почвы, относятся к биокосным геосистемам, так как в них живое и неживое вещество, взаимно проникая и взаимодействуя друг с другом, определяют взаимообусловленность некоторых свойств этих компонентов и ландшафтных комплексов в целом.
Свойства природных компонентов:
1. Вещественные – (механический, физический, химический состав).
2. Энергетические – (температура, потенциальная и кинетическая энергия гравитации, давление, биогенная энергия и т.д.).
3. Информационно-организационные (структура, пространственная и временная последовательность, взаимное расположение и связи).
Именно свойства природных компонентов определяют специфику взаимодействия компонентов в пределах ландшафтных геосистем. Одновременно они являются производными этих взаимодействий.
Тесная взаимосвязь географических компонентов прослеживается и в пространстве, и во времени. Если один компонент геосистемы изменяется, то и другие компоненты обязательно перестроятся и придут в соответствие друг с другом. Например, при изменении климата произойдут изменения в гидросфере, биоте, почвах, рельефе. Поскольку каждому компоненту в ответной реакции свойственна определенная инертность, то скорость их перестройки будет разной.
Внутри геосистемы компонентам присуще вертикальное, упорядоченное, ярусное расположение, в соответствии с принадлежностью к определенной геосфере. Любой компонент геосистемы – это сложное тело. В каждом из компонентов содержатся вещества остальных компонентов, что придает им сложность и новые свойства.
Компоненты ландшафта разделяются на три группы с учетом их функций в геосистеме (А.И. Голованов, 2005):
1) инертные – минеральная часть и рельеф (фиксированная основа геосистемы);
2) мобильные – воздушные и водные массы (выполняют транзитные и обменные функции);
3) активные – биота (фактор саморегуляции, восстановления, стабилизации геосистемы).
Ландшафтообразующие факторы- природные компоненты и их свойства, определяющие характер данного ландшафта.:
1. воздух, а точнее нижняя часть атмосферы – тропосфера, которая характеризуется химическим составом, количеством и составом солнечной радиации и климатом.Температурный (тепловой) режим местности в глобальном масштабе определяется географической широтой местности.
2. Вода выступает как ландшафтообразующий фактор не только в виде осадков, но и как поверхностные водоемы и подземные воды.
3. Земной коры и ее свойства – рельефа
4. Почва, растительность животный мир
5.
Рассматривая ландшафтообразующие факторы необходимо заметить, что они могут быть разделены на несколько уровней, в зависимости от масштабности и глубины влияния на ландшафт. Так, например, различается макроклимат, мезоклимат и микроклимат. Климат крупных географических областей в целом достаточно однороден и может рассматриваться как макроклимат. Однако в пределах отдельной местности, отличающейся по рельефу, те или иные климатические показатели могут несколько отличаться и тогда выделяется местный климат. Отдельные климатические параметры на разных элементах рельефа (например, температура воздуха на склонах северной и южной экспозиций) тоже могут заметно отличаться и в этом случае говорят о мезоклимате. Но даже в пределах одного склона температура в верхней части лесного полога и на уровне травянистой растительности под кроной ели тоже будет неодинакова. Такие различия относят в микроклиматическим. Аналогично обстоит дело с рельефом. Горные страны и равнины являются элементами мегарельефа. Возвышенности на равнинах или склоны разной экспозиции в горах представляют мезорельеф. Небольшие бугорки и ложбины относят к микрорельефу. На фоне однотипного почвообразовательного процесса могут различаться варианты более низкого уровня, а разница в механическом составе может рассматриваться как микроуровень. Взаимосвязи природных компонентов существуют как на одном, так и на разных уровнях.
Среди ландшафтообразующих факторов одного уровня существует некая иерархия, определяемая степенью влияния одних факторов на другие. И в этом смысле факторы делятся на ведущие и ведомые. Ведущие оказывают сильное влияние на другие, но сами мало от них зависят. Ведомые сильно зависят от ведущих, но мало влияют на них сами.
К ведущим факторам относят абиотические: климат (как свойство газов тропосферы) и рельеф (как свойство горных пород литосферы). В своем взаимодействии они определяют водный режим ландшафта и, далее, растительность и животный мир территории. На заключительной ступени иерархии находится почва как продукт совместного влияния растительности и животных. В такой схеме биотические факторы: почва, растения и животные - являются ведомыми.