Процессы в ландшафтах

Влияние человеческой деятельности на ландшафт приводит к нарушению эволюционно обусловленных отношений между его компонентами.

Общие закономерности:

- появление наземного твердого абиотического субстрата(абиотическая стадия развития);

- формирование горных пород во времени во взаимодействии с атмосферой и поверхностными и подземными водами (выветривание, водная эрозия, формирование форм рельефа);

- поступление микроорганизмов и поступление органических веществ появление пионерных видов растительности;

- с момента появления фитоценоза начинается биотическая стадия развития:

Интенсификация гумусообразования;

Заселение животными и формирование зооценоза;

Увеличение скорости существующих изменений почвы, растительности и микроорганизмов;

Трансформация приземного слоя атмосферы.

Если на абиотической стадии связи в общем детерминированные и однонаправленные, то на биотической отношения в значительной степени усложняются и приобретают все больше стахостичности (вероятности). Связи заменяются двухсторонними.

Наиболее характерна в этом плане замена эволюционных связей между почвой, растительностью в природных геосистемах на антропогенно регулируемые отношения между ними в агроэкосистемах.

Сведения лесов и их замена на травяные агроценозы приводит к формированию «противоприродных», «эволюционно-абсурдных» связей между почвой и растительностью, животными и микроценозами.

Потоки влаги

Потоки воды в вертикальном профиле геосистемы имеют большое значение как для ее отдельных элементов и для обеспечения связей между ними. Целостность геосистемы много в чем обусловлена потоками воды, которые пронизывают подобно кровеносной системе. Водные потоки обуславливают миграцию химических элементов, транспортировку питательных веществ к растениям, продукционные процессы и т.п. Вода – один из основных лимитирующих факторов и от ее количества в геосистеме, сбалансированности потоков зависят многочисленные свойства геосистемы, что определяет ее потенциал.

Эти потоки объединены в цикл, т.е. в геосистеме осуществляется круговорот воды. Первое представление о котором было дано вам в курсе экологии. Он может быть сбалансированным (когда масса воды на входе в систему равна ее массе на выходе) и, тогда водный и связанные с ним режимы остаются неизменными. При несбалансированных потоках в геосистеме происходит прогрессирующая гидроморфизация (при избытке влаги) или ксерофитизация (при недостатке влаги).

Влага в геосистему поступает с атмосферными осадками R , за счет кондесации водяного пара V, а также с подземными водами G (если они связаны сквозь гидравлические окна с подземными), поверхностным стоком S (если геосистема расположена на склоне), с речными водами F во время половодья и паводков (если геосистема расположена на заливной пойме).

Поступая в геосистему, дождевые воды частично задерживаются фитогеогоризонтами ( этот процесс называют интерцепцией). Перехваченная листьями влага RF только в мизерных количествах усваивается ним, некоторая часть воды RS (5-20%) стекает по стволам, а основная масса FE испаряется, а значит не принимает участия ни в транспирации, ни в смачивании почвы (так называемая интерцепционная потеря). Размер этих потерь зависит от интенсивности и продолжительности осадков, суммарной лиственной поверхности фитогоризонтов.

Кроме дождей и снега, в геосистеамах источником поступления влаги является роса и туманы (примером является западное побережье США, где туманы за год могут давать в 2-3 раза больше влаги, чем дожди, причем высокие деревья за счет высоты могут получать до 15-0 мм осадков в год).

Часть осадков М, которые поступают на земную поверхность, могут задерживаться морт-горизонтом (лесной подстилкой или степной повстю). Этот горизонт отмечается высокой гигроскопичностью и влагоемкостью, поэтому вбирает и удерживает большое количество влаги, которая может и совсем не достигать поверхности почвы. Эта влага затрачивается практически исключительно на физическое испарение МЕ. Дойдя до поверхности почвы, направление и интенсивность потоков воды зависит от состояния увлажнения поверхностных горизонтов в момент выпадения осадков. Если почва находится в состоянии полного водонасыщения, нисходящего потока в почве не будет, и она будет затрачиваться на физическое испарение с поверхности почвы SЕ если эта поверхность склоновая – и на площадной сток SS. Однако в большинстве случаев в в момент выпадения дождя влажность почвы меньшая величины полевой влагоемкости и поэтому формируется поток в глубину почвы. Интенсивность этого потока зависит от водопроницаемости почвы. При глубоком уровне залегания грунтовых вод наиболее проницаемы пески, наименее – солонцы, глинистые и каштановые почвы.

Из почвы влага поглощается корнями растений. Это поглощение тем интенсивнее, чем больше поглощающая поверхность корневой системы и чем легче входят в контакт корни и грунтовая влага. Активная поверхность корней у:

травянистых растений составляет приблизительно 1 см²/см³,

деревьев – 0,1 см²/см³.

Контакт корней с влагой почвы определяется ее механическим составом: наихудший он в глинистых почвах, наилучший в песчаных.

Поступление воды к растениям зависит также от температуры почвы, поскольку она влияет на поглощающую способность корней и их рост. Из теплых почв растения вытягивают воду легче, чем из холодных, а при снижении температуры до нескольких градусов выше нуля большинство растений поглощать воду не способна.

Поступая к растениям, вода из корней транспортируется к транспирирующим поверхностям. В зависимости от физиологических и анатомических особенностей растений скорость этого потока разная. Наибольшая она у лиан (159 м/час) и у травянистых растений (10-60), а у хвойных составляет в среднем 1,2 м/час.

У растений очень незначительная часть влаги затрачивается на фотосинтез Рh, а основная ее часть (97% и больше) испаряется (траспирирует) – Т. Для продуцирования 1 г сухого вещества растениям необходимо затратить на транспирацию в 400-600 раз большую массу воды: дуб затрачивает 340 г воды, бук – 170, сосна – 300, пшеница -540, люцерна, клевер 700-800 г. Это обуславливает достаточно тесную зависимость массы траспирированной воды от фитомассы геосистемы. Так, при одинаковом количестве осадков (850-870 мм) буковый лес затрачивает на транспирацию 522, суб альпийские луга 100-200 мм влаги. Величина и интенсивность транспирации Т зависят не только от надземной фитомассы, а и от эдафических факторов, особенно от освещенности, сухости воздуха, ветра. Однако, четкая зависимость транспирации от этих факторов существует только до того времени , пока открыты поры растений. При недостатке влаги растения, закрывая поры, регулируют потерю влаги. Так, при полностью закрытых порах хвойные деревья способны уменьшить транспирацию на 97%, лиственные – на 80-90, травы – на 70-85 %.

Антропогенные аспекты. Потоки влаги в геосистеме отмечаются высокой чувствительностью к антропогенным факторам. С этим связана возможность их регулирования человеком, что производится при водных и лесомелиорациях. Однако из-за недостаточного учета сложных закономерностей структуры водных потоков в геосистемах мелиорация часто приводит к нежелательным или катастрофическим экологическим последствиям.

Чрезмерное обводнение геосистем при ирригации приводит к усилению нисходящих потоков влаги в грунте, которые могут достигать засоленных горизонтов пород или минерализованных грунтовых вод, где насыщаются солями и, поднимаясь в межполивной период к поверхности, засоляют почвенную толщу. При орошении водопотребление растений улучшается, но если грунтово-ирригацонные воды насыщаются солями, потребленная влага из почвы уменьшается и может быть меньше, чем на богарных почвах. Так возникает антропогенная физиологическая сухость растений – невозможность потреблять воду при ее достаточном количестве. Кроме изменения водного режима, орошение приводит и к комплексу изменений других процессов в геосистеме – прежде всего почвенных (развиваются процессы оглеения, заболачивания, вторичного засоления почв), геоморфологических (ирригационная эрозия), энергетических (вследствие изменения альбедо и увеличения затрат тепла на испарение).

Не менее существенно изменяются водные потоки при осушении земель. Здесь основная опасность – пересушивание, то есть снижение уровня грунтовых вод ниже некоторой критической глубины, что может обусловить дефляцию , обмеление речек, отмирание их верховьев.

Влияние леса и лесонасаждений на водный режим исследовано достаточно основательно. Наиболее красноречиво отображено в высказывании «Лес сушит равнины и увлажняет горы»(когда рельеф очень расчленен).

Основной причиной большей увлажненности лесных склоновых геосистем является уменьшение лесом такой важной затратной статьи водного баланса, как поверхностный сток воды. Из многочисленных исследований экспериментальны водосборов в горных регионах следует, что сведение лесов приводит к увеличению поверхностного стока на 200-400 мм за год. Так в Карпатах это увеличение составляет 222-302 мм. В склоновых геосистемах равнинных ландшафтов лес способен до 80% уменьшить расход воды на поверхностный сток. А согласно с данными М.И. Кронкевича (1976), поверхностного стока практически нет в тех районах, которые находятся на юг от изолинии речного стока меньше 50 мм (в Украине эта граница проходит немного на север от границы между лесостепной и степной зонами).

«Высушивающее» влияние леса на равнинные геосистемы проявляется в первую очередь в увеличении транспирации – она может быть в 2-3 раза большей, чем с агроэкосистем. Важное значение также имеет перехват лиственной поверхностью осадков (до40%) и их расход на физическое испарение. Влияние леса на грунтовые воды зависит от глубины их залегания – лес снижает уровень близких корнедостигаемых вод и повышает уровень глубокозалегающих.

Г.М. Высоцкий и А.А. Роде разработали критерии выделения типов водного режима почвы, которые имеют ландшафтно-экологический смысл. Выделяют по типу водного режима:

- промывного режима (нисходящие потоки влаги преобладают над восходящими, и вода, которая просачивается сквозь почву, достигает уровня грунтовых вод);

- периодично промывного режима (атмосферная вода достигает уровня грунтовых вод в отдельные многоводные годы, в среднем один раз на 10-15 лет);

- непромывного режима (грунтовые геогоризонты промачиваются, но вода не достигает горизонта грунтовых вод);

- аридного режима (грунтовый профиль сухой на протяжении целого года;

- выпитного режима (преобладают восходящие потоки влаги из грунтовых вод, капиллярная кайма которых понимается к поверхности почвы, и грунтовые воды испаряются физически);

- десуктивно-выпитного режима (капиллярная кайма не достигает поверхности, испарение грунтовых вод происходит за счет транспирации);

- водозастойного режима (характерный для болот);

- паводочного режима (характерный для пойм рек);

по соотношению статей водного баланса (годовой суммой осадков и суммарным испарением):

- супергумидные (разница между составляющими баланса – 1600 мм и больше);

- пергумидные (800-1600);

- гумидные (400-800);

- субгумидные (0-400);

- субаридные (-400-0);

- мезоаридные (-400 - -800);

- аридные (-800 – 1600);

- екстрааридные (-1600мм и меньше).

Геосистемы Украины принадлежат к гумидному (лесная зона), субгумидному (лесостепь), субаридному (степь) типам.

По сбалансированности водного баланса:

- со сбалансированным балансом (в годичном цикле водный баланс равен нулю);

- избыточно -декомпенсированного баланса (приходные статьи водного баланса преобладают над расходными, вследствие чего уровень грунтовых вод поднимается);

- недостаточно-декомпенсированного баланса (приходные статьи водного баланса меньше расходных, вследствие чего уровень грунтовых вод снижается).

С экобиоцентрической точки зрения важно отличать геосистмы по уровню обеспеченности влагой растительных сообществ (ассоциаций) . Выделяют такие типы геосистем:

- гидроморфные (водоемы);

- субгидроморфные (прибрежно-водные местообрастания);

- гигроморфные (болота);

- субгигроморфные (лугово-болотные и влажные луга);

- мезоморфные (нормальные условия увлажнения, характерные для сухих лугов);

- субмезоморфные (лугово-степные местообрастания);

- семиксероморфные (среднестепные местообрастания);

- субксероморфные (сухостепные);

- ксероморфные (полупустыни);

- гиперксероморфные (пустыни).