3.9. Природные территориальные комплексы и ландшафты как пространственно-временные системы

Противоречивое соотношение процессов дифференциации и интеграции в ландшафтной сфере находит свое конкретное выра­жение в формировании природных территориальных комплексов (ПТК) разных уровней, подчиненных действию общих региональ­ных и локальных (топологических) закономерностей, о которых шла речь выше. ПТК можно определить как пространственно-вре­менную систему, состоящую из природных географических ком­понентов, взаимообусловленных в своем размещении, функцио­нирующих и развивающихся как единое целое.

Компонентами ПТК (именуемыми также компонентами ланд­шафта, геокомпонентами) являются «представители» всех част­ных оболочек, слагающих эпигеосферу: массы земной коры с при­сущими им формами дневной поверхности (рельефом), поверх­ностные и подземные воды, воздушные массы с их динамически­ми и гидротермическими свойствами (климатом), почвы и био­ценозы.

Представление о ПТК первоначально было известно под тер­мином «ландшафт», введенным Л.С.Бергом еще в начале XX в. В конце 40-х гг. Н. А. Солнцев предложил использовать в том же значении термин «природный территориальный комплекс» (ПТК), а слово «ландшафт» закрепить за основной таксономической еди­ницей в иерархическом ряду ПТК. Однако термин ландшафт час­то употребляется и в первоначальном значении; кроме того, в научном обиходе как синоним ПТК используется термин геогра­фический комплекс, или геокомплекс, а в последние десятилетия в качестве его эквивалента рассматривается геосистема. О соотно­шениях понятий ПТК и геосистема, об их практическом тожде­стве ранее уже было достаточно сказано (см. разд. 2.8). Следует лишь учитывать одну оговорку: понятие геосистема распростра-

213

няется и на эпигеосферу, так что ПТК — это геосистемы регио­нального и локального уровней, рассматриваемые как структур­ные части эпигеосферы.

ПТК всех уровней служит предметом ландшафтоведения¹, и здесь мы ограничимся лишь кратким изложением основных поня­тий, имеющих отношение к общей теории географии. Что касает­ся иерархии ПТК, она в общих чертах вырисовывается из рас­смотренных в этой главе закономерностей региональной и топо­логической дифференциации ландшафтной сферы, и к этому воп­росу нет необходимости возвращаться. Всем категориям этой иерар­хии — от ландшафтных зон и секторов до фаций — присущи не­которые общие свойства, отвечающие основным критериям при­надлежности к геосистемам, в том числе целостность, структур­ная упорядоченность, относительная устойчивость и др. Но в за­висимости от таксономического уровня эти свойства могут про­являться по-разному. Так, общее понятие структура геосистемы получает специфическую интерпретацию применительно к эле­ментарной геосистеме (фации) или ландшафтным макрорегио­нам.

Основные свойства геосистем наиболее полно раскрываются при изучении ландшафтов, понимаемых в качестве узловых еди­ниц иерархии геосистем. Известны различные определения ланд­шафта; между ними нет принципиальных расхождений, но в каж­дом делается упор на те или иные признаки этого сложного объекта. Академик А.А.Григорьев, например, определял ландшафт как наименьшую территориальную единицу, сохраняющую все черты строения географической среды, типичные для данной зоны и высших региональных единиц вообще. Обобщая формулировки, предложенные А. А. Григорьевым, Н. А. Солнцевым, В. Б. Сочавой, С. В. Калесником и некоторыми другими авторами, можно кратко определить ландшафт как генетически единую геосистему, одно­родную по зональным и азональным признакам и заключающую в себе специфический набор сопряженных локальных геосистем.

Первейшее свойство всякой геосистемы — ее целостность. Это значит, что систему нельзя свести к простой сумме ее частей (ком­понентов). Из взаимодействия компонентов геосистемы возника­ет нечто качественно новое, например способность продуциро­вать биомассу. Биологическая продуктивность — это результат «ра­боты» сложного природного механизма, в котором участвуют все компоненты геосистемы. Не случайно количество и качество еже­годно продуцируемой биомассы строго дифференцировано по ландшафтным зонам, ландшафтам и фациям. Своеобразным «про­дуктом» наземных геосистем и одним из ярких свидетельств их

¹ См.: Сочава В. Б. Учение о геосистемах. — Новосибирск, 1978; Исаченко А. Г. Ландшафт-сведение и физико-географическое районирование. — М., 199L.

214

реальности и целостности служит почва. Целостность геосистемы проявляется в ее относительной автономности и устойчивости к внешним воздействиям, в наличии объективных естественных гра­ниц, упорядоченности структуры.

Геосистемы относятся к категории открытых систем, они про­низаны потоками энергии и вещества, связывающими их с внеш­ней средой, образованной вмещающими геосистемами высших рангов, эпигеосферой и в конечном счете — космосом. Однако системообразующую роль играют внутренние потоки вещества, энергии, а также информации. В самой общей форме целостность геосистемы можно объяснить наличием подобных потоков, но такое объяснение требует конкретизации и прежде всего через представления о структуре и функционировании геосистемы.

Структура геосистемы — понятие многоплановое, не имею­щее общепринятого определения. В нем можно различать три ас­пекта: морфологический, функциональный и динамический. В первом выражается простейший, по существу статический, под­ход к структуре как упорядоченности расположения частей в сис­теме. Части геосистемы, в свою очередь, рассматриваются двоя­ко — как компоненты и как субсистемы, т. е. подчиненные геоси­стемы низших рангов. Для компонентов геосистемы типично ярус­ное взаиморасположение, что позволяет говорить о ее вертикаль­ной, или радиальной, структуре. Последовательная территориаль­ная смена субсистем образует горизонтальную или латеральную структуру геосистем. Последняя наиболее четко выражена в соб­ственно ландшафте, и ее изучение оформилось в особый раздел ландшафтоведения — морфологию ландшафта. Однако понятие морфологической структуры применимо ко всем таксонам геоси­стемной иерархии (за исключением фации), в том числе к ланд­шафтным макрорегионам.

Понятие структура предполагает не просто взаимное располо­жение составных частей, но и способы их соединения, — в этом состоит функциональный подход. Каждая составная часть систе­мы выполняет в ней особую функциональную роль и связана с другими частями многообразными потоками вещества, энергии, а отчасти и информации. В соответствии с двояким характером пространственной упорядоченности частей следует различать два типа внутренних связей и потоков субстанции в геосистемах — вертикальный, или радиальный (межкомпонентный), и горизон­тальный, или латеральный (межсистемный). Примерами первого могут служить энергообмен между компонентами и вертикальная составляющая влагооборота (выпадение атмосферных осадков, их фильтрация в почву и грунтовые воды, испарение, транспира-ция). Ко второму типу системообразующих потоков относится преимущественно энерго- и массообмен гравитационного проис­хождения — от межзонального и континентально-океанического

215

переноса воздушных масс до внутриландшафтного (топологиче­ского) перемещения влаги и минерального вещества со склоно­вым стоком, а также локальной циркуляции воздуха и т.п. В сис­теме латеральных связей особо следует выделить биологическую составляющую, связанную, -в частности, с ближней и дальней миг­рацией животных. Так, с биомассой птиц и комаров осуществля­ется перенос химических элементов из водоемов в наземные гео­системы.

Составные части геосистемы находят свое выражение не толь­ко в пространстве, но и во времени, обусловливая тем самым необходимость динамического подхода к всеобъемлющему поня­тию о структуре геосистемы. Так, снежный покров, выполняю­щий существенную функциональную роль во многих геосисте­мах, — это своего рода временный, сезонный компонент, появ­ление и исчезновение которого происходит с закономерной рит­мичностью. То же можно сказать о зеленой биомассе растений, которая в умеренных и высоких широтах присутствует и «работа­ет» только в теплое время года. Таким образом, в понятие струк­тура геосистемы следует включить и упорядоченный набор ее состояний, ритмически сменяющихся в пределах некоторого ха­рактерного интервала времени. Таким отрезком времени является один год: это тот минимальный срок, в течение которого выяв­ляются все типичные структурные элементы и состояния геосис­темы.

Итак, структуру геосистемы можно определить как ее простран­ственно-временную организованность. Все пространственные и временные элементы структуры геосистемы составляют ее инва­риант. Под инвариантом системы понимается совокупность ее ус­тойчивых своеобразных черт, придающих ей качественную опре­деленность и специфичность, позволяющих отличить данную си­стему от всех остальных. Геосистемам присуща полиструктурность, т.е. наличие разнотипных и как бы перекрывающихся структур (вертикальных и горизонтальных, пространственных и временных), что отражает множественность внутрисистемных связей.

Под функционированием геосистемы понимается совокупность всех процессов перемещения, обмена и трансформации вещества, энергии и информации в ней. Это понятие близко к представле­нию о едином физико-географическом процессе, которое было введено в науку А. А. Григорьевым в 30-е гг. XX в., но во второй половине прошлого столетия оказалось забытым. Механизмы функ­ционирования геосистем определяются законами механики, фи­зики, химии, биологии. С этой точки зрения, геосистема есть слож­ная (интегральная) физико-химико-биологическая система. Про­исходящие в ней процессы можно разложить на элементар­ные (первичные) составляющие, принадлежащие разным фор­мам движения — механическое падение капель дождя, физиче-

216

ское испарение, химические реакции в почвенных растворах, био­логический фотосинтез и т.д. Но это означало бы редукцию, не отвечающую целям познания геосистем и географического синте­за. Однако методы изучения переходов от элементарных природ­ных процессов к собственно географическим разработаны недо­статочно.

В качестве начального этапа интегральной характеристики про­цесса функционирования геосистемы можно различать в нем не­сколько основных звеньев:

1. поглощение, передача и трансформация солнечной энер­ гии;

2. влагооборот — своего рода кровеносная система ландшаф­ та, состоящая из многих частных звеньев и сопровождаемая фор­ мированием растворов, миграцией химических элементов, эро­ зией и другими процессами;

3. газооборот и газообмен (включая перемещение воздушных масс, их циркуляцию, растворение газов, дыхание растений и животных и т.д.), сопровождаемый переносом тепла, влаги и ми­ нерального вещества;

4. биологический метаболизм с его многообразными геогра­ фическими следствиями (образование гумуса, торфа, органиче­ ских илов, изменение качественного состава всех географических компонентов, трансформация солнечной энергии, воздействие на влагооборот и т.д.);

5. абиогенные потоки твердого вещества; здесь условно объе­ динены гравигенный перенос обломочного материала и водная миграция химических элементов абиогенного происхождения, с этими процессами связано формирование рельефа, почв, осадоч­ ных пород, минеральное питание растений.

Нетрудно заметить, что перечисленные звенья взаимосвязаны и в значительной мере перекрываются. Подобное перекрытие слу­жит доказательством единства функционирования геосистемы как целого. Любое расчленение единого процесса функционирования на звенья условно и служит лишь необходимым исследователь­ским приемом.

Функционирование геосистемы имеет квазизамкнутый харак­тер, т.е. форму круговоротов с годичным циклом, с внешними (входными и выходными) потоками и внутренним оборотом. От интенсивности внутреннего энергомассообмена зависят многие качества ландшафта, в том числе его устойчивость к возмущаю­щим внешним воздействиям. Данные о балансах субстанции в гео­системах крайне скудны, однако в первом приближении сравни­тельную интегральную оценку интенсивности функционирования ландшафтов различных зональных типов можно составить на ос­нове обобщенной информации по некоторым важнейшим пара­метрам.

217

Как показал еще А. А. Григорьев, определяющим фактором еди­ного физико-географического процесса является соотношение запасов солнечного тепла с атмосферным увлажнением. Предла­гались различные коэффициенты для количественной характери­стики этого соотношения. Эмпирическим путем было установле­но, что в данном случае наиболее приемлем так называемый по­казатель биологической эффективности климата ТК, предложен­ный Н. Н. Ивановым, где Т — сумма температур воздуха в сотнях "С за период со средними суточными температурами выше 10 °С, К— коэффициент увлажнения Высоцкого—Иванова. При этом за предельную величину ^принята 1, так как дальнейшее увеличе­ние не оказывает положительного эффекта на биологическую про­дуктивность и на функционирование ландшафта в целом. Макси­мальная величина ТК наблюдается на границе экваториальных и субэкваториальных ландшафтов и приближается к 100, поэтому все остальные значения соответствуют процентному отношению к максимуму. В табл. 4 представлен по мере убывания величины ТК ряд основных (наиболее распространенных) зональных типов ланд­шафтов.

С величинами ТК достаточно хорошо коррелируют другие важ­нейшие параметры функционирования геосистем — суммарное испарение (эвапотранспирация) как интегральный показатель интенсивности внутреннего влагооборота, первичная биологиче­ская продуктивность, в которой наиболее ярко выражена созида­ющая функция геосистемы, а также емкость биологического кру­говорота, т. е. величина годового потребления зольных элементов и азота растительным покровом. Общая последовательность убы­вания величин трех названных параметров соответствует умень­шению Ж (табл. 4). Наиболее заметные отклонения представляют лишь степные и лесостепные ландшафты с относительно повы­шенными значениями биологической продуктивности и емкости биологического круговорота, что объясняется главным образом способностью травяных сообществ более интенсивно поглощать элементы минерального питания по сравнению с лесными.

Под динамикой геосистемы подразумеваются ее изменения во времени, имеющие обратимый характер и не приводящие к пере­стройке ее структуры. Согласно В. Б. Сочаве, к динамике геосис­темы следует относить движение ее переменных состояний, под­чиненных одному инварианту. Динамика геосистем выражается в смене их временных состояний. Под состоянием геосистемы пони­мается упорядоченное соотношение параметров ее структуры и функций в определенный промежуток времени. Различаются эк-зодинамические и эндодинамические смены состояний геосистем. Первые вызываются действием внешних факторов — как есте­ственных, часто имеющих циклический характер, так и антропо­генных; вторые обусловлены внутренними факторами, связанны-

218

Таблица 4

Показатели относительной интенсивности функционирования ландшафтов

Зональные типы ландшафтов	ТК	Е	Б	М
Экваториальные лесные	100	100	100	100
Субэкваториальные лесные	96	82	80	80
Тропические лесные	87	77	80	80
Саванновые влажные и лесосаванновые	69	68	60	60
Субтропические лесные	66	68	60	50
Саванновые типичные	32	51	35	35
Суббореальные широколиственно-лесные	28	43	34	26
Суббореальные лесостепные	20	41	35	35
Подтаежные	20	39	30	20
Южнотаежные	17	33	22	15
Суббореальные степные (северные)	16	36	28	25
Саванновые опустыненные	16	35	17	16
Среднетаежные	14	30	18	10
Суббореальные степные (южные)	12	28	20	12
Северотаежные	11	24	12	8
Лесотундровые	7	20	11	7
Суббореальные полупустынные	7	18	11	10
Субтропические пустынные	5	15	-	-
Суббореальные пустынные	4	16	5	5
Тундровые типичные	2	10	6	5
Тропические пустынные	2	6	<2	<2
Арктотундровые	0	8	4	2
Полярнопустынные	0	<8	1	<2

Примечание'. ТК — показатель биологической эффективности климата (по Н.Н.Иванову); Е — суммарное годовое испарение; Б — первичная биологиче­ская продуктивность; М — емкость биологического круговорота. Максимум при­нят за 100.

ми с функционированием геосистем (например, с конкурентны­ми взаимоотношениями растительных сообществ, возрастными сменами в древостоях).

Важнейший классификационный признак состояний — их дли­тельность. Однако классификация состояний по этому признаку еще слабо разработана. Деление состояний на кратко-, средне- и длительновременные относится преимущественно к элементар­ным геосистемам. Но при классификации состояний, очевидно,

219

необходимо учитывать определенную соразмерность между про­странственными и временными категориями геосистем. С повы­шением таксономического ранга геосистемы должно увеличи­ваться ее характерное время, возрастает ее долговечность и вме­сте с тем расширяются временные диапазоны как колебательных изменений, так и стадий поступательного (эволюционного) раз­вития.

Изучение динамики геосистем осуществлялось преимуществен­но на топологическом уровне, в значительной мере на базе ста­ционарных наблюдений, причем основное внимание было сосре­доточено на смене кратковременных состояний. Заметные резуль­таты в этом направлении получены географами Института геогра­фии Сибирского отделения Академии наук, Московского, Санкт-Петербургского, Тбилисского университетов.

Смену кратковременных состояний внутри годового цикла — внутрисуточных, суточных, межсуточных погодных или циркуля­ционных, внутрисезонных, сезонных — следует, как уже было замечено, отнести к функционированию геосистем. Существенно иной характер имеют более длительные, многолетние состояния. Для топологического уровня исследований актуально изучение состояний длительностью от нескольких лет до нескольких деся­тилетий, реже — столетий. Генетически эти состояния достаточно разнообразны, они могут иметь как естественное происхождение, так и антропогенное, причем последние зачастую выражены бо­лее четко. В ходе исторического процесса смены состояний проис­ходит интерференция эндодинамических изменений разночастот-ных природных ритмов, процессов антропогенизации и ренатура­лизации (восстановительных смен).

Что касается природных ритмов, то, с точки зрения изучения динамики геосистем топологического уровня, наиболее актуаль­ны внутривековые и вековые ритмы гелиогеофизического проис­хождения. Сверхвековые ритмы, как правило, перекрывают про­должительность характерного времени элементарных геосистем. Так, в истории отдельных фаций и урочищ восходящая или нис­ходящая ветвь 1850-летнего климатического цикла играет роль направленного процесса усыхания или увлажнения.

В динамических изменениях выражается диалектическое един­ство устойчивости и изменчивости геосистем. Устойчивость есть способность системы сохранять свою структуру и возвращаться к исходному состоянию после воздействия внешних возмущений, пока эти возмущения не перешли через некоторый критический порог. Познание механизмов устойчивости геосистем приобрело особую актуальность в связи с возрастающим антропогенным воз­действием. Однако на пути такого познания существует немало методологических и методических барьеров, не говоря уже об от­сутствии адекватной информационной базы.

220

От динамики следует отличать эволюционные изменения геосис­тем, т. е. развитие. Развитие — направленное (необратимое) изме­нение, приводящее к коренной перестройке структуры, т. е. к смене инварианта и появлению новой геосистемы. Эволюционные из­менения присущи всем геосистемам, но если перестройка локаль­ных геосистем может происходить на глазах человека, то время трансформации региональных геосистем измеряется геологиче­скими масштабами.

Эволюционные изменения происходят на фоне многообраз­ных динамических, т. е. обратимых смен состояний, и далеко не всегда легко прослеживаются. Полную обратимость состояний можно представить себе лишь теоретически. Каждый цикл остав­ляет после себя в ландшафте некоторый необратимый остаток: теряется вследствие денудации какое-то количество минерально­го и органического вещества, в глубь водораздела продвигаются овраги, прибавляется количество ила в водоемах, происходит за­растание озер, деградация многолетней мерзлоты и т.д. Подобные процессы имеют определенно направленный характер, хотя их скорость ритмически пульсирует по сезонам и фазам более про­должительных циклов.

Долгое время географы объясняли развитие ландшафтов воз­действием внешних факторов — тектонических движений, изме­нений солнечной активности, перемещения полюсов Земли и т. п. Трансформации, обусловленные внешними причинами, являют­ся неотъемлемой частью истории ландшафта, нередко они имеют катастрофический характер (например, наступание материковых льдов или морских трансгрессий) и оставляют более глубокие следы, чем медленные эволюционные изменения. Однако именно эти последние составляют основную сущность развития природ­ных комплексов как процесса саморазвития. В основе саморазви­тия лежат противоречивые взаимоотношения компонентов гео­системы и количественное накопление новых элементов, приво­дящее в конечном счете к качественным изменениям. То, что ланд­шафт способен изменяться без какого-либо вмешательства внеш­них сил, было известно уже В.В.Докучаеву, который показал это на примере развития внутренних водоемов.

Противоречивость взаимоотношений между геокомпонентами состоит в том, что в процессе совместного развития они стремят­ся прийти в соответствие между собой, т. е. привести всю систему в состояние равновесия, но это равновесие может быть только временным, относительным, ибо сами же компоненты его неиз­бежно нарушают. Наиболее активную роль в этом процессе играет биота, которая в своем стремлении наиболее полно приспосо­биться к абиотической среде в результате своей жизнедеятельно­сти постоянно вносит в эту среду изменения, к которым вынуж­дена непрерывно приспосабливаться.

221

Еще в 1930 г. Л.С.Берг обратил внимание на то, что компо­ненты ландшафта изменяются с разной скоростью и в своем раз­витии не поспевают друг за другом. Вследствие различной инер­ционности компонентов перестройка структуры ландшафта рас­тягивается во времени даже после катастрофических внешних воз­действий. Между «новым» и «старым» ландшафтом сохраняется определенная преемственность, многие черты прежнего ландшафта наследуются новым ландшафтом в малоизмененном виде. Это преж­де всего геологический фундамент — самый консервативный ком­понент. Б.Б.Полынов различал в ландшафте элементы реликто­вые, консервативные и прогрессивные. Среди реликтовых элемен­тов, кроме геологического фундамента, могут быть древние фор­мы рельефа (например, ледниковые), элементы гидрографиче­ской сети (сухие русла в пустыне, озера), почвы, торфяники, биоценозы и целые урочища или иные морфологические подраз­деления ландшафта. Консервативные элементы в наибольшей сте­пени соответствуют существующим условиям и характеризуют со­временную структуру ландшафта. Прогрессивные элементы ланд­шафта, наиболее молодые и динамичные, указывают на тенден­цию его развития и могут служить основанием для географичес­кого прогнозирования. Примеры подобных элементов весьма мно­гообразны: в таежных ландшафтах это могут быть молодые эрози­онные формы среди моренного рельефа, растущие пятна болот среди хвойных лесов, в степных ландшафтах — появление остров­ков леса или, напротив, сообществ пустынного типа и т.д.

Процесс развития собственно ландшафта наиболее зримо про­является в формировании его новых морфологических частей и постепенной перестройке всего морфологического строения. Еди­новременное сосуществование в ландшафте разновозрастных ком­понентов и морфологических единиц определяет сложность и дис-куссионность вопроса о возрасте ландшафта. Очевидно, возраст ландшафта не следует смешивать с возрастом его геологического фундамента или возрастом территории суши, на которой нача­лось формирование ландшафтов после отступления ледяного по­крова, либо вследствие регрессии моря. В условиях непрерывного существования континентального режима на протяжении ряда геологических эпох ландшафты неоднократно сменялись под воз­действием внешних факторов и в силу саморазвития. Теоретиче­ски возраст ландшафта должен определяться продолжительнос­тью того времени, в течение которого существует его современ­ная структура. Однако не ясно, какой момент принять за точку отсчета: появление элементов новой структуры или завершение ее формирования. Как мы видели, формирование новой структу­ры достаточно длительный, если не сказать непрерывный, про­цесс, так что поставленный вопрос имеет несколько схоластиче­ский характер. Надо полагать, что вопрос о возрасте ландшафта и

222

геосистемы вообще не имеет принципиального значения. Важнее выяснить закономерности формирования и эволюции ландшаф­тов и, в частности, стадиальности процесса развития — его пере­ходов от «молодости», через «зрелость» к «старости». Большой научный и практический интерес представляет познание тенден­ций дальнейшего «поведения» современных ландшафтов. Прямое отношение к сказанному имеет изучение воздействия человече­ского общества на функционирование, динамику и эволюцию гео­систем. Но к этой проблеме вернемся в следующей главе.

В приведенном кратком изложении основных понятий учения о геосистемах далеко не исчерпаны его теоретические проблемы, которые существуют в настоящее время и неизбежно будут возни­кать в дальнейшем по мере углубления в сущность этих сложней­ших систем. Механизмы организованности геосистем, саморегу­лирование и его роль в поддержании устойчивости геосистемы, противоречивые соотношения между дискретностью и контину­альностью в пространственной дифференциации ландшафтной сферы и между устойчивостью и изменчивостью геосистем, — это лишь некоторые примеры нерешенных вопросов, вызываю­щих дискуссии среди ландшафтоведов. Особо нужно упомянуть о появлении взгляда, согласно которому ландшафт следует рассмат­ривать не как природную, а как природно-антропогенную систе­му, по отношению к которой человек выступает не как внешний фактор, а как его внутренняя составляющая. Этот спорный взгляд будет уместнее рассмотреть в гл. 5 в контексте более широкой про­блемы взаимодействия человека и природы.