Системный подход к анализу ландшафта (его состояния и динамики)

В соответствии со свойствами ландшафтов, представление о нем, как о реальном объекте можно реализовать используя системный подход. Который в свою очередь характеризуется:

- целесообразностью,

- целостностью,

- иерархичностью.

Первым этапом является определение объекта исследований и цель. Изучение свойств и функционирования ландшафтов больше свойственно ландшафтоведению, биологии, гидрологии и т.д. В рамках экологии ландшафтов важно выяснить какими будут изменения в нем при воздействии внешних факторов (в том числе антропогенных) или изменении внутренних. Цель также помогает ограничить объем фактического материала. Несмотря на то, что сам по себе объем данных в условиях компьютерной обработки, не играет роли, некоторые из них не дают понимания о происходящем или не влияют на процессы. А это увеличивает продолжительность анализа, обработки исходных данных. Тем не менее их должно быть достаточно для адекватной и объективной оценки.

«Целостность» предусматривает рассмотрение объекта как некоторой общности.

Однако, однородна она в территориальном отношении, а «по вертикали» раскладывается на разнородные части:

- растительность;

- грунт (почва, горные породы)

или их ярусы, которые связаны между собой определенными отношениями. Структуры подобного типа называются вертикальными. Под составными вертикальных структур имеют в виду некоторые его части, специфические по функционированию, физико- химическим или другим характеристикам. Это разделение в достаточной степени условно. При этом считается, что свойства компонентов однородны в пределах рассматриваемой территории. Вертикальные границы при этом определяются целью исследования. Существует три подхода структуризации:

- геокомпонентный (разделение вертикального разреза геосистемы по компонентам природы);

- вещественно-фазовый (структурные части выделяются как тела, однородные по фазовому состоянию, физико-химическими и другими свойствами вещества);

- пространственно-объемный (вертикальный профиль геосистемы разделяются на некоторые однородные слои, точнее объемы).

Анализ корреляционных и информационных связей геосистемы (выполняется методами математической статистики и теории информации) также приводят к выделению некоторых структур.

Геокомпонентный способ является традиционным для ландшафтоведения разделение геосистемы (ПТК) на составные части является выделением в ней компонентов природы, каждый из которых , по выражению А.Г. Исаченко (1991), является представителем отдельных геосфер, составляющих географическую оболочку. Это горные породы, поверхностные и грунтовые воды (гидросферы), воздушные массы (атмосферы), грунты (педосферы), растительности и животные микроорганизмы (биосферы). Можно компонентами ПТК считать и совокупность продуктов деятельности людей, тесно связанных с природными элементами (мелиоративные каналы, автомагистрали и т.д.).

Исходя из этого, к геокомпонентам не относится рельеф и климат (поскольку это не материальные тела, а их свойства, которые учитываются при анализе геосистем).

При этом необходимо понимать, что сами геокомпоненты – это сложные тела. Например, под воздушными массами атмосферы следует понимать также водяной пар, частички твердого вещества, микроорганизмы ( в том числе антропогенного происхождения).

Вещественно-фазовый способ предусматривает, что разные процессы в геосистеме (продукционные, засоление почвы и т.д.) происходят благодаря взаимодействию вещества, находящихся в разных фазовых состояниях. Метод широко используется в имитационном моделировании. При такой структуризации геосистемы в качестве отдельных компонентов рассматриваются компоненты вертикального строения, например, фитомасса представлена такими характерными частями как: листва, корни, транспортно-скелетные органы (стволы и ветки), микроорганизмы и т.п. Гидромассы состоит из составляющих, находящихся в разных средах:

- атмосфере;

- почве;

- грунтовых водах.

Поэтому при детальном анализе геосистем геомассы разделяются на элементы в зависимости от агрегатного состояния, функционального назначения, химического состава, положения в вертикальном профиле. Степень детального разделения геомасс на элементы определяются конкретной целью исследования.

Пространственно-объемный способ предусматривает анализ вертикальных потоков энергии и вещества, их динамических изменений на протяжении года связанные с пространственной неоднородностью и ярусного строения. Производится выделение так называемых геогоризонтов параметрами которых могут быть: текстура, плотность, объем, цвет и др.

Особенное значение имеют ландшафтно-геохимические барьеры, которые разделяют вертикальный профиль грунта на слои , кот отличаются по условиям миграции разных химических в-в и соединений. Геогоризонты изменяются на протяжении года. Изменчивы не только их мощность, но и количество (зимой не фитомассы).

Для того, чтобы выделить элементы вертикальной структуры, необходимо определиться с подходом структуризации (определяет цель исследования). В каждом конкретном исследовании специалисту приходится обосновывать используемые методы и подходы, нет универсальных методов и нет строгой предопределенности в выборе подходов.

Это в большей мере определяется опытом и знаниями исполнителя.

Очень важным является (оконтуривание) определение границ исследуемого объекта:

- территориальные (площадные, горизонтальные);

- объемные;

- временные.

Определяющим является цель исследования, в которой уже заложены ключевые проблемы, предполагающие рассмотрение определенных компонентов.

При объемном оконтуривании определяют верхние и нижние границы простирания.

Характерной особенностью верхней границы является ее изменчивость во времени в зависимости от поры года, погодных условий и состояния развития фитоценоза. Для геосистем региональной размерности изучая ландшафтно-экологические закономерности процессов переноса и выпадения атмосферных загрязнений необходимо включать и тот слой тропосферы, в пределах которого происходят местные процессы циркуляции воздуха. Высота этого слоя определяется не только рельефом а и состоянием атмосферы (тип циркуляции – циклональный или антициклональный).

При исследовании биотических процессов, в частности его продуктивности, за верхнюю границу можно принять границу верхнего растительного яруса, принимая слой турбулентной атмосферы непосредственно над растительным покровом. Таким же образом при исследовании грунтовых процессов, в частности миграции и аккумуляции разных веществ в толще грунта, водах, растительности. Роль атмосферных процессов при этом очень значительна, рассматривается как фактор внешней среды.

Нижняя граница – необходимо учитывать горные породы, которые обусловили формирование конкретной геосистемы (процесс выделения в большой мере зависит от ранга геосистемы: так геосистемы регионального ранга могут быть связаны с большими геоструктурами, которые находятся на глубине нескольких десятков километров).

В ландшафтоведении при генетико-эволюционном анализе в большинстве случаев и граница проводится по горным породам, которые являются субстратом формирования современного рельефа. В Украине, например, это породы, которые залегают под лессовой толщей (известняки средне-верхнеплиоценовые глины) или же сама эта толща при ее значительной мощности (более 50 м, как в Причерноморье) породы, прикрытые четвертичными отложениями водно-ледникового происхождения.

При анализе миграционных потоков нижняя граница определяется глубиной возможного проникновения мигрирующего вещества. Эта глубина зависит от химических свойств вещества мигранта, характера зоны аэрации (ее фильтрационных свойств, наличия ландшафтно-геохимических барьеров), глубины проникновения корней растений в почву и др. факторов.

Однако уровень современных знаний о поведении большинства веществ в ландшафтах недостаточный, чтобы быть полностью уверенными в определении границы. Поэтому исходя из того, что в вертикальном миграции большинства веществ чрезвычайно большую роль играют нисходящие и восходящие потоки влаги, целесообразно принимать в качестве нижней границы уровень залегания грунтовых вод.

При балансовых исследованиях определяется уровень ниже которого не происходит круговорот некоего вещества:

- для водного баланса – уровень грунтовых вод;

- для теплового баланса – слой , где tº не изменяется (исчезает амплитуда температур от 10 до 17-20 м);

- для круговорота веществ – граница между геогоризонтами, которые охватываются процессами гумификации и где они уже не происходят.

Временные границы определяются исходя из цели исследования. Можно анализировать как всю имеющуюся информацию, так и относящиеся к определенным периодам существования ландшафта, развития производства и т.д. Для выбора периода исследования требуется проводить обоснование на основе имеющейся информации.