Научная парадигма – совокупность теоретических и методологических установок, определяющих общий стиль научного мышления и практику конкретных исследований на определенном этапе развития науки.
В основе современного ландшафтоведения лежит геосистемная концепция, являющаяся его методологической основой.
Системная концепция – это общенаучное направление, ставящее целью изучение организованности и саморазвития природных тел и явлений. Ее истоки связывают с трудами А. Гумбольдта, Ч. Дарвина, Д. И. Менделеева. В.И. Вернадского и др. прежде всего в таких науках как геология, география, биология. Системная концепция возникла в противовес механистической теории И. Ньютона, для которой был свойствен односторонний мировоззренческий принцип, объясняющий развитие природы и общества законами механической формы движения материи. Источник механистической концепции – абсолютизация законов механики, приводящая к метафизической картине мира. Она развивала представления об абстрактном материальном теле, которое перемещается в пустоте, и не могла объяснить множество сложных явлений в мире. Однако широкое, осознанное внедрение системных идей в науку, в том числе естествознание, началось с середины ХХ века и связано с именем Л. Берталанфи (1949), австрийского биолога-теоретика, который сформулировал системный подход и разработал программу построения общей теории систем. В 50-60-е годы, в связи с развитием кибернетики, был предложен ряд общесистемных концепций и определений понятия «система». В 70-е годы окончательно сформировался системный подход как методологическое направление. Системный подход неразрывно связан с идеями материалистической диалектики (всеобщая связь явлений, развитие, соотношение целого и части, внутренние противоречия и др.).
Принцип системности есть метод представления природного объекта со стороны того, как он организован, как соотносятся части объекта, образуя свойства его как целого. Системный подход в науке означает изучение явлений в целостности и нераздельности.
По Л. Берталанфи: «Система есть комплекс элементов, находящихся во взаимодействии» (цит. по А.Г. Исаченко, 1981).
Или:
Система – совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенное целостное единство.
Иными словами, при системном подходе каждый объект (явление, процесс) рассматривается как сложное образование, состоящее из структурных частей (элементов). Этот подход позволяет решать сложные задачи анализа и синтеза при изучении объекта, имеющего многосторонние внутренние и внешние взаимосвязи.
Сейчас понятия «системность», «системный подход», «системный анализ» широко вошли в обиход науки. С позиций системного подхода может быть рассмотрен любой объект или явление (природные и социальные объекты).
Главные признаки систем, определяющие содержание общей теории систем:
1) система есть целостность, единство;
2) система обладает множеством составных частей (элементов, признаков, подсистем и др.);
3) система обладает многими взаимосвязями между составными частями (внутренние взаимосвязи);
4) система обладает многими взаимосвязями между объектом и средой (внешние взаимосвязи) в виде обмена вещества и энергии;
5) система обладает пространственно-временной структурой (закономерным взаимным расположением составных частей, меняющимся во времени);
6) системы определенным образом организованы, образуя иерархический ряд (например, элементарные частицы – атомы – молекулы – вещества – тела – совокупности тел и пр.).
Другими свойствами и признаками систем являются: устойчивость к случайным возмущениям среды; возможность перехода из одного состояния в другое; эмерджентность – появление нового качества, которого нет ни у одной из входящих в систему частей.
В соответствии со свойствами и признаками систем разработаны принципы системного познания мира. Анализ различных систем должен включать:
- выявление составных частей (подсистем);
- установление и описание внутренних взаимосвязей системы;
- исследование внешних связей системы;
- выявление более крупной системы, в которую в качестве подсистемы входит изучаемая система;
- установление связей с более крупной системой.
Существуют разные подходы к классификации систем. Выделяют системы материальные (неживой природы и живой природы) и абстрактные (например, продукты человеческого мышления – понятия, гипотезы, теории и др.). С точки зрения способности к изменениям выделяют системы статические и динамические, а также открытые (незамкнутые, имеющие обмен между системой и средой) и закрытые (замкнутые).
В 70-е годы начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем – синергетика (от греч. sinergos – согласованно действующий). Синергетика – исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения. Механизмы самоорганизации и саморегулирования связаны с передачей информации по каналам прямой и обратной связи.
Системный подход, рассматривающий как целое, многие объекты, позволяет вскрыть внутренние свойства объектов, процессов и их формализовать, т.е. изобразить в виде модели, подготовить для математической обработки.
В географии разработка системного подхода под названием геосистемной концепции связана с именем В.Б. Сочавы (1963, 1978), из других исследователей внесли свой вклад в разработку этого учения В.С. Преображенский, Ю.Г. Саушкин, А.Д. Арманд, А.И. Ретеюм, К.Н. Дьяконов и др. Философское обоснование системного подхода в географии дал В.С. Лямин (1985). Как отмечал В.Б. Сочава (1978), цель учения о геосистемах – «обеспечить возможность системного подхода в физической географии, подготовить ее сердцевину – ландшафтоведение – к восприятию системных идей, показать целесообразность системной концепции в географии». Геосистема определялась как «земное пространство всех размерностей, где отдельные компоненты природы находятся в системной связи друг с другом и как определенная целостность взаимодействуют с космической средой и человеческим обществом».
В слове «геосистема» первая часть указывает на территориальность как важное свойство данной системы (в отличие от других систем – нетерриториальных образований), изучаемой с позиций общей теории систем.
По мере утверждения и закрепления термина «геосистема» в географической науке произошли некоторые разногласия среди ученых в его применении. В связи с этим обстоятельством А.Г. Исаченко (1981) рассмотрел историю и судьбу геосистемной концепции в отечественной науке.
Отстаивая приоритет В.Б. Сочавы в обосновании представлений о геосистеме, А.Г. Исаченко подчеркивал некоторые особенности этого понятия: 1. геосистема – реальная (материальная) система, а не «абстрактное отражение геокомплекса на языке теории систем»; 2. геосистема – природный объект (даже в случае интенсивного антропогенного воздействия, рассматриваемого в системе природных связей); 3. геосистема – это «полная» природная географическая система, охватывающая все абиогенные и биогенные географические компоненты с их взаимосвязями (частные системы, а также экосистемы являются парциальными по отношению к геосистемам); 4. между компонентами геосистемы существуют не просто взаимосвязи, а взаимообусловленность.
По отношению к геосистемам в таком случае применимы все основные понятия общей теории систем: целостность, иерархичность, структурность, функционирование, устойчивость и т.д.
Хотя основные положения учения о геосистеме изложены сравнительно недавно, системный подход в географии стихийно осваивался давно, еще со времен В.В. Докучаева. Определения ландшафта как природного комплекса содержали в себе указания на системный характер этого объекта и на первом, «берговском», этапе (ландшафт – гармоническое целое, состоящее из взаимосвязанных компонентов), и на втором, «солнцевском», этапе, когда ландшафт рассматривался как «закономерно построенная система более мелких территориальных комплексов». Таким образом, идея целостности ландшафта вначале основывалась на представлении о системообразующем значении вертикальных (межкомпонентных) связей, а затем и горизонтальных (латеральных) связей. Последующий (с начала 60-х годов ХХ в.) резко возросший интерес к системной концепции связан с новыми тенденциями в ландшафтоведении, а именно, стремлением осуществлять функциональное и структурно-динамическое изучение ландшафта как сложный пространственно-временной объект. Это вызвало необходимость анализировать множество переменных величин с помощью моделирования и точных измерений на основе стационарных исследований. Разработка теории геосистем позволила применять в исследованиях абстрактный математический язык, а также изучать различные структуры, режимы, состояния и т.д.
Если в прошлом ландшафтоведы лишь стихийно развивали системные представления, то затем появилась возможность использовать принципы общей теории систем. В свою очередь, ландшафтоведение конкретными примерами может иллюстрировать многие положения общей теории систем.
Следует отметить наиболее существенные признаки и свойства геосистем с позиций системного подхода:
- Элементами геосистемы выступают компоненты – наименьшие составные части (атомы геосистемы).
- Целостность геосистемы определяется совокупностью критериев: большей теснотой внутренних связей по сравнению с внешними, относительной автономностью, наличием объективных естественных границ, упорядоченной структурой и др. Целостность геосистемы обусловлена сложнейшим вещественно-энергетическим, а также информационным взаимодействием между компонентами и субсистемами (т.е. геосистемами низших порядков).
- Геосистемы – открытые системы, связанные потоками вещества и энергии со средой. Среда геосистемы образована геосистемами более высоких рангов, в конечном счете – ландшафтной оболочкой (или ГО, среда ГО – подстилающие глубинные части земного шара и космическое пространство).
- Геосистемы имеют различные уровни территориальной организации, находящиеся в иерархическом соподчинении. В соответствии с В.Б. Сочавой следует выделять три главных уровня (размерности) – планетарный, региональный и топический (локальный) – и три узловые ступени (единицы) – географическая (ландшафтная) оболочка (эпигеосфера), ландшафт, фация.
- Вся совокупность обмена веществом и энергией в геосистеме называется ее функционированием. Функционирование в природном комплексе протекает своеобразно – в механическом перемещении твердого материала и воды, циркуляции атмосферы, влагообороте, миграции химических элементов, продуцировании и разложении органического вещества и др.
- Одно из важнейших свойств системы – способность создавать нечто новое и приобретать новое качество, не характерное для каждого элемента в отдельности (эмерджентность), в геосистеме это проявляется через способность создавать новое вещество (почва, биопродукция, продукты литогенеза и др.).
Функциональный подход к изучению структуры геосистем предполагает временной аспект исследования, т.к. геосистемы являются пространственно-временными образованиями. Изменения составных частей геосистемы протекают в виде динамики и эволюции. Динамика геосистемы (по А.Г. Исаченко, 1981, 1991) есть совокупность всех обратимых изменений, совершающихся в рамках единой структуры и не приводящих к качественному преобразованию системы. В динамических изменениях проявляется диалектическое единство изменчивости и устойчивости геосистем. Эти изменения – в отличие от эволюционных – указывают на способность геосистемы возвращаться к исходному состоянию, т.е. на ее устойчивость.
Под устойчивостью геосистемы подразумевается ее способность сохранять структуру при воздействии внешних (в том числе техногенных) факторов. Устойчивость геосистемы достигается через способность к саморегулированию. Саморегулирование – важное свойство геосистемы. Оно заключается в сохранении ее типичного состояния – способности к возвращению в исходное состояние. При катастрофическом воздействии на ПТК их способность к саморегулированию снижается, но не исчезает полностью, т.к. не все компоненты в равной степени подвергаются катастрофическим воздействиям, наиболее устойчивые из них (радиационные, литогенные) способствуют восстановлению геосистем.
От динамики отличается эволюционное (направленное) изменение геосистемы, с которым связано ее развитие, т.е. необратимое, поступательное изменение, выражающееся в коренной перестройке структуры. Одни комплексы развиваются медленно, другие – относительно быстро (превращение озера в болото). Скорость развития зависит от ранга ПТК: комплексы локального уровня изменяются на памяти человека, регионального уровня – дольше, глобального – еще дольше. Способность к развитию характеризует такое свойство геосистемы, как ее изменчивость.
Устойчивость и изменчивость – два важных, диалектически взаимоисключающих, и в то же время взаимосвязанных качества ПТК, проявление важнейшего закона диалектики – единства и борьбы противоположностей.
Изучение этих свойств имеет большое значение для хозяйственного освоения территорий, т.к. именно знание степени устойчивости позволяет осваивать геосистемы в нужном для человека направлении, не вызывая их деградации.
В настоящее время в ландшафтной географии используются разные термины для обозначения основного объекта исследования: «природно-территориальный комплекс», «геокомплекс», «геосистема», «ландшафт».
Эти термины существуют как параллельные, и не имея принципиальных различий (природные единства, состоящие из совокупности взаимосвязанных компонентов), тем не менее, они не идентичны.
Во-первых, по мнению А.Г. Исаченко (1981), если в «системе» содержится акцент на упорядоченность, то в «комплексе» - на связь, взаимообусловленность («сплетение»).
Во-вторых, когда В.Б. Сочава (1963) ввел понятие «геосистема», он подразумевал под ним природно-территориальный комплекс, но в настоящее время этот термин имеет более широкое применение. «Всякий комплекс есть система, но далеко не о всякой системе можно сказать, что она представляет собой комплекс». Любой компонент природно-территориального комплекса может участвовать в разных парциальных системах типа: почва – растительность, почва – климат, атмосфера – гидросфера и т.п., а также в любых сочетаниях – парами или триадами – в качестве особых систем, но комплекс при таком подходе разрушается. С точки зрения А.Г. Исаченко, комплекс – понятие более узкое и строгое, это система высокого уровня организации, со сложной структурой и отношениями взаимной обусловленности между компонентами, в то время как система – понятие более широкое (универсальное), родовое по отношению к комплексу.
Природно-территориальный комплекс в то же время – особый тип систем, позволяющий географам принять на вооружение системный язык и внести свой вклад в развитие общей теории систем (Преображенский, 1986).
Термины «геосистема» и «экосистема» объединяет концепция взаимосвязи компонентов, различия состоят в методологическом подходе к объекту исследования. В геосистеме все компоненты рассматриваются с позиций полицентризма (т.е. на равных), в экосистеме подчеркивается роль биоты (биоцентрический подход). На базе объединения этих подходов развивается ландшафтно-экологический подход (рис. 1).
Рис. 1. Простейшие модели экосистемы и геосистемы:
1 – экосистема; 2 – геосистема; А1, А2, А3 – абиотические компоненты,
Б – биота. Линии обозначают межкомпонентные связи (по Исаченко А.Г., 1991).
Таким образом, природная геосистема – это исторически сложившаяся пространственно обособленная совокупность взаимосвязанных компонентов, характеризующаяся морфологической и динамической организованностью, относительной устойчивостью, способностью функционировать как единое целое, продуцируя новое вещество (органическое, биокосное, неорганическое) – по В.А. Николаеву.
ПРИРОДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
Природные компоненты – основные составные части природной геосистемы любого ранга, взаимосвязанные между собой процессами обмена веществом, энергией и информацией. К природным компонентам относятся фрагменты сфер, слагающих ландшафтную оболочку: литогенная основа (верхняя часть литосферы), приземные воздушные массы, природные (поверхностные и грунтовые) воды, почвы, растительность, животный мир (Николаев, 2000).
Каждый из природных компонентов представляет собой вид вещества – неживое, живое, биокосное. В соответствии с видами вещества природные компоненты объединяются в подсистемы: геома (литогенная основа, воздушные массы, природные воды), биота (растительность и животный мир), биокосная подсистема (почва).
Кроме того, по количеству компонентов геосистемы делят на полные и неполные: полные – включают все компоненты, неполные – некоторые компоненты отсутствуют (например, ледники как особый тип геосистем не содержат в своем составе почву, растительность и др.).
Каждый из природных компонентов обладает определенными свойствами, изменяющимися во времени и от места к месту. Эти изменения природных компонентов при взаимосвязи и взаимозависимости и обусловливают многообразие самих геосистем (ландшафтов). Свойства компонентов носят название природных факторов (слово фактор означает «движение», «сила»). Природные факторы – это количественные и качественные особенности природных компонентов, определяющие характер их взаимодействия с другими компонентами. Например, минералогический состав горных пород, расчлененность рельефа, температура и влажность воздуха, минерализация грунтовых вод, направленность почвообразовательного процесса, флористический состав растительности – все это природные факторы, влияющие на формирование природных геосистем.
Различают внутренние ландшафтообразующие факторы и факторы внешней среды (Николаев, 2000). К первым относятся геологическое строение и рельеф земной поверхности, местный климат, степень увлажнения, характер растительности – все это определяет обособление геосистем в пространстве, их структурную и функциональную специфику. Ко вторым относятся макроклимат, глубинные тектонические структуры и тектонические процессы, а также влияния разнообразного генезиса со стороны других геосистем (смежных или отдаленных) – селевые потоки, пыльные бури и др.
В качестве особого внешнего фактора рассматривают географическое положение (позиционный фактор, по В.А. Николаеву, 2000), от которого зависит специфика рассматриваемой геосистемы на фоне смежных геосистем.
Покажем на примерах влияние каждого из природных компонентов на структуру и функционирование ландшафтов.
Литогенная основа - это геолого-геоморфологический фундаментгеосистемы, включающий верхнюю часть литосферы в зоне гипергенеза, где происходит активный обмен вещества под влиянием живых организмов. Ее границей по предложению М.А. Глазовской является нижний горизонт грунтовых вод. Глубина границы значительно изменяется в разных климатических и геолого-геоморфологических условиях – от 5-10 до 20-30 (50 и более) м.
Для понимания свойств ландшафтной оболочки очень важно знание вещественного состава литогенной основы – горных пород. Например, ими могут быть граниты, известняки, песчаники, глинистые сланцы, а также пески, глины, суглинки и т.д. Состав пород оказывает дифференцирующее влияние на другие компоненты. Известно, что в одной природной зоне на разных по механическому составу породах формируется разная растительность. Так, в лесной зоне умеренного пояса ПТК на глинистых и суглинистых породах характеризуются еловыми лесами, а на песках – преобладанием сосновых лесов, на известняках произрастают хвойно-широколиственные леса даже в южной тайге; в северной тайге в таких геоморфологических условиях произрастает лиственница, по песчаным террасам сосна проходит даже в зону полупустынь. Для зоны пустынь выделяют своеобразные эдафические типы: песчаные, глинистые, каменистые, лессовые. На песках обнаруживаются жизненные формы, свойственные другим зонам (деревья, кустарники), которые не встречаются в других эдафических типах пустынь, на глинистых участках больше всего растений, выносящих повышенное засоление, на каменистых – гипсофитов и т.д.
Механический и химический состав горных пород определяют различия в соотношениях и объемах стока поверхностных и подземных водотоков, различия в механическом составе формирующихся на них почв (суглинистые, супесчаные, щебнистые, карбонатные и др.).
Особенности ландшафтов, связанные с литологией, обусловлены различиями в физико-химических свойствах грунта (карбонаты более богаты элементами минерального питания, пески обладают более благоприятным гидрологическим режимом по сравнению с глинами – лучше водопроницаемость и слабее капиллярность).
Характер залегания пород влияет на формирование особенностей рельефа: пластовое залегание обусловливает в процессе денудации рельеф типа плато, моноклинальное – куэстовый рельеф, складчатое залегание – чередование хребтов и понижений и пр.
Влияние рельефа (пластики поверхности, глубины расчленения и т.д.) на формирование ПТК хорошо видно на примере проявления структур высотной поясности в горах в зависимости от высоты и экспозиции склонов. Высота гор оказывает прямопропорциональное воздействие на количество высотных поясов, экспозиция склонов влияет на перераспределение тепла и влаги. Различают экспозицию инсоляционную (например, на Северном Кавказе склоны северной и южной экспозиции) а также циркуляционную (например, на Кавказе западные склоны наветренные с большим количеством осадков, а восточные – подветренные, с меньшим количеством осадков).
Влияние экспозиции склонов на перераспределение тепла и влаги проявляется не только в горах, но и на расчлененных равнинах, например, на Русской. Как правило, на склонах северной экспозиции (относительно холодных) формируются почвы и фитоценозы более северного происхождения (например, в зоне лесотундры тундровые сообщества на склонах северной экспозиции, лесные – на южных, в зоне смешанных лесов дубовые леса на южных склонах, еловые – на северных).
Асимметрия расположения почв и растительности, а, следовательно, ПТК, в зависимости от экспозиции склонов получила название правила предварения (впервые сформулировано В.В. Алехиным).
В результате тектонических движений, приводящих к деформации горных пород, высвобождается внутриземная энергия, приводящая к формированию крупных неровностей рельефа. Это обусловливает проявление гравитационного фактора, в результате происходит усиление разрушения возвышенных форм рельефа и увеличение накопления продуктов разрушения у подножья, в понижениях. Гравитационный фактор определяет перераспределение материала (в высокогорьях коллювия, в средне- и низкогорьях – делювия) и усложнение структуры ландшафтов. Наиболее крупная перестройка ландшафтной структуры в глобальных масштабах последней геологической эпохи была вызвана неотектоническими движениями неоген-четвертичного возраста.
Таким образом, литогенная основа выполняет дифференцирующую роль в формировании ландшафтных комплексов, и чем сложнее рельеф и литология, тем сложнее ландшафтная структура.
Воздушные массы – приземная часть атмосферы, характеризующаяся не только общими особенностями зонального климата (макроклимат), но и свойствами местного климата, который формируется самим ландшафтом (мезо- и микроклимат). В свою очередь, воздушные массы в качестве компонента оказывают воздействие на ландшафт. В зависимости от ранга ландшафтных геосистем мощность воздушной массы в составе геосистемы меняется от десятков (локальный уровень) до сотен и первых тысяч метров (региональный и глобальный уровни), в среднем влияние ландшафта на формирование воздушной массы простирается до 150-200 м. Соответственно в климатической классификации С.П. Хромова (1994) выделяется микро-, мезо- и макроклимат.
Значение воздуха в функционировании ПТК можно рассмотреть в разных аспектах.
Первый аспект – химический состав. Наличие углекислого газа – одно из главных условий осуществления фотосинтеза зеленых растений, кислород необходим для дыхания всем представителям живой природы, а также для окисления и минерализации мортмассы (при этом важно помнить, что свободный кислород воздуха – сам продукт фотосинтеза. Азот – важная составная часть белков и, соответственно, один из основных элементов питания растений. Благодаря наличию углекислого газа и паров воды атмосфера обеспечивает явление «парникового эффекта», проявляющегося в уменьшении теплового излучения планеты и сглаживании температурных колебаний. Атмосфера преобразует энергию, приходящую из мирового пространства, защищает живые организмы от губительной ультрафиолетовой радиации (если на внешней границе атмосферы УФР составляет около 7%, то у земной поверхности – лишь доли %).
Второй аспект – исключительный динамизм воздушных масс. С этим связан перенос тепла и влаги из одних районов в другие и сглаживание гидротермических различий между ними. Ветровые потоки способны формировать мезо- и микроформы рельефа (эоловые формы – барханы, дюны, котловины выдувания).
Воздушные массы своей подвижностью объединяют ландшафты в единое целое, т.е. происходит интеграция территорий (иногда громадных). С этим связаны и многие экологические проблемы. Воздушные массы переносят пыль, песок, соли (особенно в пустынных районах), они же активно участвуют в переносе загрязняющих веществ антропогенного происхождения и кислотных осадков.
Таким образом, в отличие от дифференцирующей роли литогенной основы, воздушные массы проявляют прежде всего интегрирующую роль в ПТК.
Природные воды – важная составная часть ландшафтов. Они могут находиться в трех фазовых состояниях: твердом, жидком, газо- или парообразном. Твердая фаза (снежники, ледники) может рассматриваться в качестве самостоятельных природных комплексов со своей взаимосвязью природных компонентов. Создавая специфические условия для существования организмов, водная среда образует особый тип экосистем. На этом основании ландшафтную оболочку дифференцируют на наземные (суша) и водные геосистемы (ПТК и ПАК).
Отличаясь значительно большей, по сравнению с сушей, теплоемкостью, водные пространства обеспечивают выравнивание температурного режима и играют огромную роль в теплообмене между районами.
Особую роль в ландшафте играет жидкая фаза воды: это главный посредник обмена веществом в геокомплексах, в результате чего формируется и изменяется рельеф, осуществляется поверхностный сток, образуется живое вещество; она представляет собой среду для большинства химических реакций в природе.
Природные воды в совокупности с рельефом создают разные условия увлажнения и этим обусловливают дифференциацию ландшафтов по характеру и степени увлажнения.
Влияние условий увлажнения на ландшафты можно рассмотреть на примере ПТК разного ранга.
Природные зоны отличаются друг от друга режимом увлажнения, который выражается коэффициентом увлажнения и зависит от соотношения выпадающих осадков и испаряемости. Это соотношение определяет водный баланс той или иной территории. В свою очередь, ландшафтные условия влияют на кислотно-щелочные свойства вод.
Геосистемы лесной зоны характеризуются режимом увлажнения промывного типа (воды кислые и слабокислые). При коэффициенте увлажнения >1 значительное количество влаги просачивается вглубь, в почве формируются подзолистый (за счет выщелачивания солей) и иллювиальный (за счет вмывания солей) горизонты (почвы подзолистые). Уровень грунтовых вод располагается близко к поверхности.
Геосистемы степей характеризуются режимом увлажнения непромывного типа (воды нейтральные и слабощелочные). При коэффициенте увлажнения <1 (0,4-0,5) атмосферная влага, просачиваясь вниз, не достигает уровня грунтовых вод, образуется мертвый горизонт иссушения. Происходит накопление карбонатов, сульфатов и хлоридов (почвы черноземные, каштановые, бурые полупустынные). Большое физическое испарение с поверхности почвы и травянистого покрова, грунтовые воды в плакорных условиях глубоко от поверхности.
В зоне пустынь в условиях большого дефицита влаги и высоких температур (коэффициент увлажнения 0,2 и менее) формируется режим увлажнения выпотного типа (воды щелочные и сильнощелочные). Происходит сильное физическое испарение, засоленные грунтовые воды по капиллярам подтягиваются, соли «выпотевают» на поверхности грунтов, особенно в понижениях рельефа – результатом является образование солончаков.
Внутри зон ландшафты по условиям увлажнения делятся на автоморфные (грунтовые воды глубоко от поверхности) и гидроморфные (грунтовые воды близко к поверхности или рядом с поверхностью). В ряде районов с преобладанием плоского рельефа широко представлены полугидроморфные геосистемы (Западно-Сибирская равнина).
На локальном, внутриландшафтном уровне элементарные природные комплексы дифференцируются по степени увлажнения (неустойчивое, нормальное, повышенное, избыточное и др.) в зависимости от типа увлажнения (атмосферное, натечное, грунтовое). На это обратили внимание геоботаники, которые выделяли местоположения фитоценозов, различающиеся характером и степенью увлажнения – гигротопы. (рис 2)
Примеры гигротопов:
А. Сухой (неустойчивое увлажнение)
Б. Свежий (нормальное увлажнение)
В. Влажный (повышенное увлажнение)
Г. Сырой (очень повышенное увлажнение)
Д. Мокрый (избыточное увлажнение)
Рис. 2. Типы гигротопа для песчаного холма в лесной зоне.
Каждому гигротопу соответствует свой фитоценоз. Понятие о гигротопе – зонально-региональное (указанный гигротоп характерен для лесой зоны, для аридных и семиаридных территорий такая классификация по гигротопу не подходит и требует разработки собственной).
Каждое местоположение характеризуется не только своими условиями увлажнения и фитоценозом, но и определенной приуроченностью к элементам рельефа, особенностями микроклимата, своей почвенной разностью. Следовательно, каждый гигротоп – отдельная фация (микроландшафт).
Таким образом, природные воды в формировании и функционировании ландшафтов играют двоякую роль: с одной стороны, активно участвуют в дифференциации ПТК, с другой стороны, текучие воды создают условия для миграции химических элементов и веществ между ПТК, выступая как интегрирующий фактор.
Почвы - это вторичный компонент, «произведение ландшафта», являющийся результатом развития почвообразовательных процессов в ландшафте. По В.В. Докучаеву «всякая почва есть продукт совокупной деятельности материнских горных пород, климата, растительности и рельефа местности» и является «зеркалом ландшафта». Она отражает в себе как прошлые этапы развития ландшафта, так и современные процессы его функционирования.
Почва – это компонент биокосный, в котором переплетается минеральное и органическое (живое и мертвое) вещество. Она характеризуется механическим составом, содержанием гумуса и представителей почвенной фауны, обладает различными физико-химическими свойствами, по-разному противостоит процессам зрозии и дефляции. Она обнаруживает связь со всеми компонентами ландшафта, но наиболее тесную – с растительностью.
Главное качество почвы – ее плодородие, связанное с содержанием гумуса и элементов минерального питания растений. Гумус и разлагающееся органическое вещество являются важным аккумулятором биогенной энергии.
В зависимости от плодородия почв различают категории местообитаний по их трофности:
- олиготрофные (бедные) – примером являются местообитания с подзолистыми песчаными почвами под сосновыми мохово-лишайниковыми, бруснично-вересковыми лесами;
- мезотрофные (средние по плодородию) – примером являются местообтания с дерново-подзолистыми суглинистыми почвами под еловыми зленомошно-травяными и елово-широколиственными травяными лесами;
- мегатрофные или эвтрофные (богатые) – примером являются местообитания с серыми лесными или дерново-карбонатными почвами под широколиственными лесами (Казаков, 2004).
Растительный и животный мир как компоненты природных комплексов образуют биотическую подсистему – биоту. Биота – одна из главных составных частей геосистемы, способная перерабатывать огромный поток солнечной энергии и аккумулировать ее в живом веществе, мортмассе и в виде законсервированного органического вещества осадочных горных пород. Этим она создает основу биогеохимического круговорота и поддерживает его стабильность (Казаков, 2004).
Огромное значение организмов в ландшафтной сфере обусловлено рядом их отличительных черт: большим разнообразием, широким распространением, постоянным возобновлением, высокой химической активностью и исключительным приспособлением к изменяющимся условиям существования в ходе эволюции.
Специфический обмен между живыми организмами и внешней средой (метаболизм) протекает во много раз активней, чем абиогенный обмен, в результате организмы приводят в движение огромные массы материи как бы пропуская ее через себя. Особенность обмена веществом и энергией между живыми организмами – осуществление его через трофическую цепь.
По участию в создании трофической цепи все живые организмы делятся на:
- продуценты (зеленые растения, по способу питания являющиеся автотрофами);
- консументы (травоядные и хищные животные);
- редуценты (низшие организмы, разлагающие отмершее органическое вещество - мортмассу).
Редуценты, участвующие в переработке мортмассы (лесная подстилка, степной войлок и др.), выполняют важнейшую функцию в ландшафте, выступая своего рода санитаром и являясь по сути конечным (завершающим) звеном биологического круговорота.
Живые организмы в значительной степени определяют газовый и ионный состав воздуха, почв, речных и морских вод, обогащают их кислородом и потребляют углекислоту при фотосинтезе. Морские организмы поглощают из воды Ca, Si, K, P, N и другие химические элементы и затем откладывают их при отмирании в осадках, выполняя таким образом геологическую функцию, которую в свое время особенно подчеркивал В.И. Вернадский. Вовлекая в биологический круговорот химические элементы литосферы и накапливая их в почве, организмы препятствуют их выносу из ландшафтов.
Особую роль в ландшафте играет растительность, которую называют «мотором», запускающим функционирование ландшафта. Растительность играет существенную роль в круговороте воды, активно всасывая воду из почвы и транспирируя ее в атмосферу. Фитоценозы участвуют в создании местного климата, стабилизируют состояние ландшафта, обеспечивают его устойчивость (например, в пустынях растительность препятствует движению песков, в приполярных районах способствуют сохранению мерзлотного режима в почвогрунтах, в гумидных ландшафтах препятствуют развитию эрозионных процессов и т.д.). Это свойство фитоценозов используют для решения экологических проблем.
Каждый из природных компонентов занимает определенное положение в пространстве и образует в геосистеме особый геогоризонт. В результате взаимодействия природных компонентов геогоризонты взаимопроникают друг в друга, образуя вертикальный профиль геосистемы. В составе вертикального профиля воздушная масса формирует верхний геогоризонт, на него накладывается биотический компонент, пронизанный воздухом, ниже располагается почвенный геогоризонт, про