18

Ландшафтная экология (установочная лекция)

Ландшафтная экология – отрасль науки, раздел экологии и географии, который изучает пространственное разнообразие и элементы ландшафта (например, поля, группы озер, реки, города) и то, как их расположение воздействует на распределение и поток энергии и индивидуумов в окружающей среде (которые в свою очередь могут непосредственно влиять на распределение элементов).

Термин «ландшафтная экология» был предложен Карлом Троллом, немецким географом в 1939 году. Он разрабатывал терминологию и множество ранних понятий ландшафтной экологии как часть его работы по изучению взаимодействия между окружающей средой и растительностью.

Ландшафтная экология – раздел экологии, посвященный причинам и следствиям пространственной разнородности (Форман, 1995).

Разнородность – критерий того, как части ландшафта отличаются друг от друга.

Ландшафтная экология следит, как геопространственная структура влияет на изобилие организмов ландшафтного уровня, а также за поведением и функционированием ландшафта в целом.

Ландшафтная экология возникла как научное направление для решения задачи проведения экологических исследований с учетом особенностей взаимодействия сложных территориальных образований.

Ландшафт – географическая система, часть территории, выделившаяся в ходе ее эволюции, отличающаяся от других территорий структурой, т.е. закономерным сочетанием тел и явлений, характером зваимосвязей и взаимодействия между компонентами, особенностями сочетания более мелких территориальных единиц.

По мере изучения ландшафтов формулировали и новые определение. Этот термин используется для обозначения:

- природно-территориального комплекса любого ранга;

- таксономической единицы классификации комплексов;

- отдельных территориально разобщенных участков территории;

- территориальной системы, в которой взаимосвязаны как природные, так и антропогенные составляющие.

Антропогенный ландшафт, сформированный под воздействием человеческой деятельности, хотя и сохраняют естественный характер и подчиняются природным закономерностям, несет и «антропогенное» содержание в виде культурных растений, изменений свойств почвы, режима подземных и поверхностных вод.

К антропогенным относится большинство современных ландшафтов. Существует много их разновидностей и вариантов классификации. Чаще всего классификации строятся на основе учета степени изменения природного ландшафта, целей использования, меры целенаправленности их возникновения, длительности их существования и степени регулирования, а также меры хозяйственной ценности.

По выполняемым социально-экономическим функциям:

• сельськохозяйственные;

• лесохозяйственные;

• промышленные (инженерные, техногенне);

• городские (урбанизированные);

• рекреационные;

• заповедные;

• средозащитные (водоохранные).

По степени изменения:

• слабоизмененные;

• изменененные;

• сильно измененные.

По характеру последствий:

- культурный ландшафт;

Сознательно измененный хозяйственной деятельностью для удовлетворения своих потребностей, постоянно поддерживаемый человеком в нужном для него состоянии, способный одновременно продолжать выполнение функций воспроизводства здоровой среды.

- акультурный ландшафт;

Возникает в результате нерациональной деятельности или неблагоприятных последствий соседних ландшафтов.

- деградированные (потерявшие способность выполнять какую-либо функцию).

Природные системы

Под природной системой будем понимать определенное множество элементов природного происхождения, существующие связи между ними обуславливают проявления природы и реализацию его определенных функций.

Они очень разнообразны. Могут включать в себя все компоненты или часть. К системам, представленным полным набором компонентов относятся:

геосистемы – предмет современного ландшафтоведения;

экосистемы – предмет экологии;

биогеоценозы – предмет биогеоценологии.

Ландшафтная экология как раз исследует такие сложные системы.

Для создания представления о реальном объекте используется представление пространства как совокупности территориальных единиц, в пределах которых компоненты природной среды на протяжении продолжительного развития приспособились один к другому, тесно связаны друг с другом и представляют собой единое целое. Такие территориальные единицы в классическом ландшафтоведении называют природными территориальными комплексами (ПТК), а по терминологии В. Б. Сочавы - геосистемами.

ПТК представляют собой прежде всего определенный участок земной поверхности, который чем-то отличается от сопредельного.

Инструментом ландшафтных исследований является – карта. Важной чертой ПТК является иерархичность структуры – т.е. выделяются ПТК от элементарного (фация- геотоп) до более крупных и сложных..

Для изучения используется ландшафтно-экологический подход, который предусматривает, что объектом исследований является поликомпонентные природные системы. Концепция гоесистемы более приближена к природной реальности. Поэтому ландшафтная экология в своих исследованиях использует и поли-(геосистемный) и моно- (экосистемный) подходы. Причем, в отличие от экологии в центре экосистемной модели можно ставить не только биотические , но и другие компоненты.

Ландшафтная экология исследует природные системы не выше регионального пространственного уровня. Для нее характерно значительное внимание к влиянию на геосистемы внешних факторов, особенно антропогенных факторов. Значительная часть л.экологов вообще считают ландшафтную экологию как приспособление экологических и ландшафтных концепций для решения конкретных прикладных вопросов.

Геосистема как предмет ландшафтной экологии

С 60-х годов в физической географии и экологии большую популярность имел системный подход. Предметы свох исследований (ПТК и экосистемы) географы и экологи начали трактовать как системы, находить их системные свойства и описывать в терминах системного подхода. Чтобы подчеркнуть системный характер предмета ландшафтоведения В.Б. Сочава в 1963 г ввел термин «геосистема». Дальше его концепцию развивали его последователи. Основные положения которой: геосистема - материальный объект, ее составляют природные элементы, а антропогенные и человек рассматриваются как внешняя среда, геосистемой считается как элементарная ландшафтная единица (фация), так и геосфера в общем, геосистема выделяется как объем пространства, в пределах которого геокомпоненты имеют специфический характер всех типов связей, существует только один объективный вариант разделения пространства на геосистемы, геосистема – категория динамическая и проявляется за некоторый промежуток времени.

Д.Л. Арманд придавал геосистемам функциональное значение и понимал под ними процессы, которые связывают между собой отдельные регионы или геокомпонент. Как геосистемы он рассматривал атмосферную циркуляцию, круговороты воды, органического вещества и т.д. Геосистемы Арманда принадлежат к системам «процесс – отклик».

Впоследствии под «геосистемой» начали понимать любую территориальную систему как природного, так и социального происхождения. Геосистемы могут быть неодинаковых типов и выделять их можно по разным принципам.

Общие свойства геосистем

К основным свойствам геосистем принадлежать территориальность-пространственность, полиструктурность, сложность, целостность, открытость, динамичность, устойчивость, стохастичность.

Территориальность-пространственность – это особенность геосистем, которая отличает их от многих систем других классов, в частности экосистем. Из внешней среды геосистемы выделяются как определенные участки территории. Каждую геосистему можно описать метрическими показателями (площадью, линейными размерами) и топологическими (характеризуют положение данной геосистемы по отношению к другим гоесистемам или объектам другой природы). Территориальность геосистем дает возможность использовать картографические методы при их выделении, изображении и анализе.

Фактически же геосистемы не являются двумерными (на площади), а пространственными системами.

К геосистемам относятся природные системы только определенного пространственного интервала. Линейные размеры геосистем наименьшего ранга – несколько метров, а географической оболочки, если ее считать геосистемой 10⁷-10⁸ м по горизонтали и 10³-10⁴ по вертикали.

Размер геосистем имеет важное значение, потому что определяет особенности факторов ее формирования и динамику, а также методы исследования. В соответствие с размерами принято выделять геосистемы 6 классов:

- Субтопический (пространственный масштаб 10⁰-10¹ м²);

- топический (пространственный масштаб 10²-10⁴ м²);

- хорический (пространственный масштаб 10⁴-10⁸ м²);

- региональный (пространственный масштаб 10⁷-10¹² м²);

- субглобальный (пространственный масштаб 10¹⁰-10¹⁴ м²);

- глобальный (пространственный масштаб 10¹⁴-10¹⁶ м²);\.

Ландшафтная экология рассматривает геосистемы только первых четырех пространственных уровней т.е. пространственный масштаб объектов исследования ландшафтной экологии не менее 10⁰-10⁶ м²).

Полиструктурность. Под структурой системы понимают характер соединения ее элементов определенного типа отношениями. Поскольку в одной системе таких отношений может быть несколько то и системы называют полиструктурными. Например, для социальные системы (у них выделяют полово-возрастную, профессиональную, этническую и другие структуры. Эти же отношения определяют способ разделения системы на элементы, их состав и объединения в подсистемы.

Вертикальный аспект анализа: элементы – это разные физические тела геокомпонентов; отношения – вертикальные потоки разных веществ и энергии (информации);

Территориальный : элементы – геосистемы низшего ранга; отношения – горизонтальные потоки вещества или энергии между ними;

Временной (динамический): элементы – отдельные интервалы времени (состояние геосистемы в отдельные интервалы времени) , а отношения – как последовательность их изменений.

В рамках территориального аспекта исследуются такие типы отношений: связь геосистем потоками воды, воздуха, миграцию животных и т.п.

Сложность. Сложными являются системы, сформированными большим количеством элементов разных типов, между которыми существуют разные связи. Сложность обуславливает специфические подходы к их анализу.

Целостность – свойство системы, которая проявляется в том, что изъятие из нее определенного компонента приводит к ее кардинальной перестройке или вообще к гибели, а сам этот компонент отдельно от системы существовать не может или же качественно изменяется.

Например, лишение геосистем почвы приведет к ее полной трансформации – они не смогут иметь растительности, практически исчезает трофическая структура, формируется специфический водный, радиационный, геохимический и другие режимы. Наиболее сильным проявлением целостности систем является их эмерджентность, то есть присущи системе такие свойства, которых не имеет ни один из ее элементов и которые могут возникнуть только при взаимодействии этих элементов.(Круговороты веществ, способность к самоочищению).

Открытость. Открытыми являются системы, часть элементов которых имеют связи с элементами, которые ей не принадлежат, а составляют внешнюю среду геосистемы.

Наполовину закрытые не имеют выходных потоков; закрытыми являются такие, которые не имеет входных и выходных потоков. Горизонтальными потоками воды, ветра, вещества, биотическими миграциями одни геосистемы связаны с другими. Геосистемы открыты и к антропогенным нагрузкам.

Динамичность. Динамичными называются системы, значения характеристик которых изменяются во времени. Изменчивы метеорологические показатели, геологические показатели изменяются медленнее. Обычно изменения регистрируются в интервале от нескольких минут до нескольких десятков лет.

Устойчивость у геосистемы проявляется во многих формах и дает ей возможность противостоять внешним влияниям, в частности, антропогенным, сохранять при взаимодействии с внешней средой свою целостность и другие черты. Неустойчивые в данных условиях геосистемы изменяются на более стойкие (обусловлено генетико-эволюционно). В условиях интенсивного влияния человеческой деятельности в природу это равновесие часто нарушается. Развитие деградационных процессов в геосистемах (вымирание видов, эрозия и засоление почв, загрязнение и т.д.) является не чем иным как результатом потери ими устойчивости к антропогенным загрузкам. Поэтому оценка устойчивости геосистемы к внешним факторам является одной из важнейших прикладних проблем ландшафтной экологии.

Стохастичность. Стохастическими называются системы, зависимости между характеристиками которых и их связи с внешней средой не жестко детерминированы (функциональны), а статистические, вероятностные. Причин этому много: одна из них состоит в опосредованности взаимодействий между элементами геосистемы. Эти связи могут быть длинными и чем длиннее цепь, тем неменее однозначными становятся связи между конечными элементами. На геосистему действуют много внешних факторов чисто вероятностной природы (выпадение осадков), что обуславливает вероятностный характер ее динамики и эволюции.