Раздел 4. Динамика природно-антропогенных ландшафтов (пал)

4.1. Виды динамики

Динамика ПАЛ (традиционно) – это любые структурно-функциональные изменения их состояний.

Так же как и в естественных ландшафтах, в ПАЛ можно выделить следующие виды их динамики.

1. Динамика функционирования – характеризуется относительно краткосрочными, периодическими, обратимыми изменениями в ландшафтах. Она может быть связана как с естественными природными циклами, так и с наложенными на них циклами хозяйственной деятельности. Например, сельскохозяйственная управляемая функциональная динамика включает изменения, связанные со снегозадержанием, пахотой, севом, поливами, уборкой урожая, внесением удобрений или с периодическими изменениями уровня и попусками воды из водохранилищ в пойменные ландшафты, соответственно меняющими состояния ПАЛ.

2. Динамика флуктуаций – это динамика кратковременных, непериодических, случайных, обратимых изменений в ландшафтах, в пределах структурно-функционального их инварианта. Она связана со случайными функциональными нарушениями и адаптациями к непериодическим внешним воздействиям. Например, резкие изменения технологии и сроков обработки земель и уборки урожая из-за поломки традиционной техники или нехватки горючего либо дополнительные поливы при длительных засухах.

3. Сукцессии – направленные постепенные, последовательные и обратимые изменения ландшафтов с периодом, значительно меньшим характерного времени жизни и развития ландшафта. Обычно анализируют сукцессии, ориентированные на восстановление в нарушенных ландшафтах растительного покрова, близкого к естественному (восстановительные), реже – сукцессии дигрессионных рядов и стадий повреждаемой разными воздействиями растительности. Сукцессии могут быть связаны как с технологиями производств (подсечно-огне-вая, переложная или травопольная системы земледелия, лесозаготовки с длительно-производным циклом естественного лесовозобновления), так и со случайными и побочными воздействиями (пожары, аварийные

188

выбросы опасных загрязнителей, хроническое загрязнение ландшафтов), переводящими и поддерживающими ландшафты и их растительный покров на определенных стадиях сукцессий. Восстановительные, а порой и дигрессионные сукцессии на ранних стадиях своего развития характеризуются хорошо выраженной сукцессионной, коротко производной динамикой. На дигрессионные сукцессии часто накладывается и ярко выраженная динамика флуктуаций. Для зрелых стадий сукцессий, наоборот, характерны процессы спокойного (без флуктуаций и резких смен) длительно производного устойчивого развития ПАЛ. Зрелые стадии восстановительных сукцессий ПАЛ уже трудно отличить от естественных ландшафтов.

4. Динамика развития – это направленное относительно необратимое усложнение структуры и функционирования ландшафта, обусловленное его генетическим инвариантом (природным и хозяйственным), в пределах которого возможна трансформация некоторых ландшафтных элементов и компонентов. Например, ПАЛ, как и естественные ландшафты, имеют свою молодость, зрелость и, видимо, старость. Так, в ПАЛ водохранилищ четко выражена молодость с активными переработками берегов, срезанием мысов, выравниванием профиля дна, заболачиванием низких побережий, цветением воды, зарастанием и частой сменой гидрофильных группировок растений, формированием отмелей и пляжей, а также устойчивого гидробиоценоза. В этой наименее продолжительной стадии развития ПАЛ находится 2–2,5 десятилетия. Поздняя стадия развития водохранилища характеризуется его заиливанием, заносом рыхлыми отложениями, формированием на его месте болот и зарастающих мелководий, а в аридных районах – солончаков. Кроме того, динамика развития может быть связана с технологиями производства и различными мелиоративными мероприятиями, повышающими биопродуктивность, эстетическую ценность и технологическую пригодность ПАЛ. Например, снижение залесенности, распаханности и застроенности ПАЛ; эрозионное расчленение ПАЛ, активизированное распашкой склонов; увеличение гумусированности и мощности гумусового горизонта почв в культивируемых агроландшафтах; заболачивание подтапливаемых водохранилищами ПАЛ и др.

5. Эволюция – постепенные, необратимые изменения, приводящие к формированию качественно новых геосистем. Эволюционная динамика состоит или включает в себя 2 типа принципиально различных процессов и стадий эволюционного развития: а) медленных адаптивно направленных необратимых изменений ландшафтов и их компонентов

189

(увеличение или уменьшение плодородия и урожайности элементов аг-роландшафта, связанные с совершенством технологий); б) относительно быстрых бифуркаций, резко меняющих направления и интенсивность развития геосистем (вытаптывание и стравливание песчаных пастбищ, приводящие к развеиванию песков, или забрасывание пахотных земель из-за их засоления). Эта стадия или процесс сопровождается кризисными, а для некоторых элементов ландшафтных геосистем и катастрофическими явлениями. Эволюционную динамику можно представить и проследить, анализируя пространственную структуру ПАЛ, находящихся на разных стадиях или этапах их хозяйственного освоения и трансформации.

6. Кризисная динамика. Существует множество определений понятия кризисное состояние (КС), или стадия. Однако большинство из них имеют общее ядро, а именно: КС – это переходное, неустойчивое состояние (вернее, серия состояний) геоэкосистем, характеризующееся относительно быстрой, по сравнению с «нормой», структурно-функциональной изменчивостью, значительными флуктуациями, трудной управляемостью и прогнозируемостью развития. Такие ситуации обычно возникают при диспропорциях в саморазвитии ТПХС, резких изменениях или появлении новых лимитирующих факторов в ОС, приближении ПАЛ к критическим зонам или параметрам своего возможного существования в ОС. Как следствие, это вызывает значительные негативные, а порой и катастрофические последствия для человека и природных объектов. Проявляется это, например, в сильном снижении биопродуктивности или регенеративных возможностей ПАЛ, снижениях эффективности и сильно возросших флуктуациях в структуре и функционировании ТПХС, снижении их устойчивости и деградации. Развитие кризиса и переход геоэкосистем в новое устойчивое состояние сопровождается ростом их внутренних градиентов. При этом геосистема теряет устойчивость, управляемость и направленность развития.

7. Динамика революционных бифуркаций и катастроф – скачкообразные изменения в ПАЛ, ведущие к их серьезным или коренным перестройкам. Она может быть связана с внешними воздействиями, сочетаниями внутренних изменений и внешних воздействий, а также с внутренними экстремальными воздействиями природных и хозяйственных подсистем ПАЛ друг на друга. Например, антропогенно спровоцированные обвалы и оползни, затапливание и подтапливание пойм и террас при постройке водохранилищ, создание дренажных систем, карь-190

еров, техногенные аварии, аварийные или постоянно высокие выбросы загрязнителей, неумеренное природопользование и т.д.

Все эти виды антропогенной динамики тесно связаны между собой и накладываются на природные динамики ПАЛ. Поэтому анализировать и прогнозировать динамику ПАЛ, которая может сильно сказываться на эффективности хозяйственной деятельности и иметь катастрофические для нее и природы последствия, весьма важно, но сложно.

Л.С. Берг писал об обратимых и необратимых сменах ландшафтов, включая в первые флуктуации и некоторые типы сукцессий. Результаты постепенных эволюционных и революционные изменения геосистем под влиянием деятельности человека часто можно наблюдать в натуре. Примером тому является так называемая африканизация американских прерий (т.е. широкое распространение злаков африканского происхождения), а также резкие катастрофические и революционные изменения ландшафтов, связанные с нарушениями литогенной основы карьерно-отвальными комплексами, вырубками, пожарами, ведущими к аридиза-ции и опустыниванию некоторых ландшафтов.

Известно, что природно-антропогенные ландшафты, а также хозяйственная деятельность для своей реализации в природе требуют, во-первых, снижения или нарушения устойчивости естественного ландшафта; во-вторых, перевода и поддержания его в определенной стадии ландшафтной сукцессии. Чем более окультурены ландшафты, тем больше они требуют затрат энергии на свое поддержание в данной стадии. Еще больше энергии и затрат требуют они для увеличения своей продуктивности. Разница в расходовании энергии на поддержание устойчивости и биопродуцирование в естественных и КЛ может достигать десятков и сотен раз, что и наблюдается в наиболее развитых странах.

Поэтому в большинстве из измененных хозяйственной деятельностью ландшафтов проходят сукцессионные перестройки или они находятся в определенных стадиях сукцессий, соответствующих относительно устойчивому равновесному состоянию их в ОС при воздействиях определенного типа и интенсивности.

Сукцессии. Существующие классификации сукцессий многоступенчаты и разнообразны. Прежде всего, можно выделить первичные и вторичные сукцессии: первичные начинаются с оголенного субстрата, т.е. по сути дела с «чистого листа»; вторичные связаны с нарушенной геосистемой, в которой сохранился хотя бы один, а чаще несколько устойчивых ландшафтных блоков. Кроме того, различают так называе-191

мые дигрессионные и демутационные (восстановительные) сукцессии. Дигрессия (деградация) – процесс, обычно противоположный нормальной восстановительной сукцессии развития. Дигрессия связана с упрощением структуры геосистем под влиянием негативных хозяйственных воздействий (загрязнение и др.) и часто возвращает их на ранние низшие стадии развития и ведет к конвергенции деградированных ландшафтов. Демутация – это восстановительная сукцессия. Она обычно ориентирована на восстановление коренной растительности и соответствует нормальной сукцессии развития. Для разных типов восстановительных сукцессий используют термины: постэксарационная сукцессия – для старопахотной, залежной ПХС; постпирогенная – для сукцессии, начинающейся на пожарищах. В каждой сукцессии можно выделить инициальные (начальные) и терминальные (конечные) стадии. Конечные их стадии – это ландшафтный климакс или антропогенный субклимакс. Пионерным видам, заселяющим ландшафты на начальных стадиях сукцессий, свойственно минимальное характерное время, в течение которого виды или их группы осваивают новую территорию. Обычно это сорные виды или эксплеренты. Поздние стадии сукцессий обычно все больше растягиваются во времени.

Теория сукцессионных процессов фактически сейчас разработана, но пока не хватает долговременных наблюдений. Одной из первых моделей была детерминистская модель Клементса, предполагавшего наличие в каждом регионе строго определенного временного ряда, заканчивающегося климаксом (моноклимаксом). Однако практика показывает, что моноклимаксная модель восстановительных сукцессий реализуется далеко не всегда и, как правило, преимущественно условно. Дело в том, что длительно-производные сукцессии идут на фоне динамики флук-туаций и эволюционных бифуркаций, способных менять направления эволюционных трендов. Подобным представлениям противоположно полное отрицание каких-либо закономерных смен ландшафтов или их компонентов (феноменологическая гуманитарная концепция).

Более адекватной практике наблюдений является поликлимаксная модель восстановительных сукцессий А. Тенсли и др. То есть можно говорить, что каждая природная зона, регион или даже тип ландшафта характеризуются наличием определенной сукцессионной системы. Обычно сукцессионные ряды заканчиваются климаксными геосистемами, но установлено, что климакс может быть не один, а два или даже три. Кроме того, далеко не всегда сукцессионный процесс (на который, в частности, накладываются флуктуации) доходит до финальной стадии.

192

Примерами типичных для зоны смешанных лесов восстановительных сукцессий на месте заброшенной пашни могут быть такие их виды: пашня – засоренный луг – пустошь – мелколесье («жердняк») – вторичный лес – субкоренной лес; пашня – пустошь закустаренная – мелколесье – пашня или вторичный лес.

Существуют так называемые антропогенные субклимаксы – устойчивые состояния ландшафтов, связанные с постоянной или периодической деятельностью человека. Примерами таких субклимаксов могут служить верещатники атлантической Европы, суходольные луга, пи-рогенные сосняки. То есть под влиянием существующей человеческой деятельности либо в результате произошедших в ландшафте изменений восстановительная сукцессия не может дойти до финальной климаксо-вой стадии, повторяющей даже условно первоначальный биогеоценоз, а задерживается на одной из промежуточных сукцессионных стадий. Причем они могут несколько различаться в зависимости от начальной стадии и типов предшествующих и сопровождающих ее антропогенных воздействий.

Реконструкции сукцессионных процессов часто основываются на представлении о ландшафтно-генетических рядах. При этом используется принцип пространственно-временных аналогов, или эргодичных преобразований. То есть выявляются пространственные ряды ландшафтов, отражающие их смену во времени. Имеется много работ и материалов, показывающих, что в природе распространены ландшафтные ряды, члены которых сопряжены в пространстве примерно так же, как они сменяют друг друга во времени.

Антропогенная эволюционная динамика и антропогенезация ландшафтов

Общее представление об этапах антропогенезации или антропогенной эволюции ландшафтов также можно получить, основываясь на теории эргодичности при рассмотрении пространственной структуры современных ПАЛ. Закономерные концентрические диффузные или в виде полос территориальные сочетания разных стадий и форм трансформации осваиваемых ПАЛ, с некоторыми природой обусловленными и этнокультурными их вариациями, можно наблюдать во всех регионах. Каждая из стадий трансформации модифицируемых ПАЛ связана с интенсивностью и типами хозяйственной деятельности. Схематично эти

193

полные или неполные сочетания ПАЛ, находящиеся в разных стадиях антропогенной трансформации, выглядят следующим образом:

1. По периферии таких сочетаний находятся ПАЛ, трансформированные в результате их хозяйственного использования в качестве естественных угодий, чаще с целью изъятия части биопродукции (охота, сбор грибов, ягод, заготовка древесины для отопления и местного строительства и т.д.), выпаса скота и для рекреации. При этом сохраняется на определенной стадии сукцессии несколько модифицированный растительный покров. Например, в лесной зоне средней полосы территории России хвойные и смешанные леса заменяются хвойно-мелколиствен-ными или мелколиственными.

2. ПАЛ в стадии преобладания или значительной доли в них различных сельскохозяйственных угодий – пастбищных и сенокосных лугов, пашен. В таких агроландшафтах естественная растительность заменена антропогенно-производной либо культурной растительностью, верхние горизонты почв несколько модифицированы (окультурены), часто активизируются эрозионные процессы, меняется микроклимат и некоторые параметры местного климата. Для них характерна своя природно-антро-погенная динамика функционирования, с наложенными на природные циклами хозяйственной деятельности (вспашка полей, посев, поливы, удобрение, уборка урожая).

3. ПАЛ в стадии его освоения и преобразования разрозненными мелкими и средними сельскохозяйственными поселениями (починки, хутора, деревни, села). Их внутренняя организационная структура включает сочетания жилых, животноводческих и прочих сельскохозяйственных построек с огородами, садами и другими сельскохозяйственными угодьями (полями, лугами). Антропогенная трансформация почвенно-расти-тельного покрова, а иногда и рельефа, в них более глубокая.

4. ПАЛ в стадии крупных поселков и других пригородных поселений, с более плотной жилой застройкой, социально-бытовыми и административными центрами, мелкими огородами и садами, небольшими полями, иногда перерабатывающими производствами.

5. ПАЛ городских поселений, с плотной городской застройкой и сильно преобразованной природной средой, включая рельеф и геологическое строение.

6. ПАЛ в стадии городских промышленных агломераций, включающих различные селитебные зоны, добывающие и перерабатывающие производства. Они характеризуются сильной трансформацией всех природных компонентов ландшафта и ведущей ролью в их организа-194

ционной структуре и функционировании производственных комплексов и циклов.

На р и с. 4.1 представлено примерное соотношение площадей, роли природных составляющих и антропогенных нагрузок для разных стадий и типов хозяйственного освоения ПАЛ.

S F

t......--...........................................---t

1 2 3 4 5 6

Рис . 4.1. Стадии антропогенной трансформации ПАЛ при нагрузках разной интенсивности и типов 1, 2, 3… - стадии хозяйственного освоения ПАЛ; S - площади, занимаемые ПАЛ разных стадий и типов освоения территории в структуре ландшафтов, и интенсивность антропогенных нагрузок; ........ F – роль в структуре и функционировании ПАЛ природной составляющей.

Проанализируем антропогенные факторы, вызывающие изменение состояний ПАЛ или их динамику. Во-первых, смена состояний ПАЛ может происходить под влиянием прямых целенаправленных антропогенных изменений структурно-функциональных свойств отдельных природных компонентов и ландшафтов в целом (сведение и замена естественной растительности, культивация почв, осушение, застройка территорий). Во-вторых, под влиянием побочных, непреднамеренных воздействий на природную среду хозяйственной деятельности (загрязнение отходами производства). В третьих, в результате непреднамеренной антропогенной активизации некоторых природных процессов и явлений (эрозии, заболачивания, засоления, просадок грунтов и др.). В четвертых, под влиянием естественных колебаний природной среды, способных вызывать опасные флуктуации и кризисные явления в ПАЛ (природные катастрофы, многолетние засухи, аридизация, заболачивание территорий и др.). Кроме того, причинами динамики ПАЛ могут быть изменения направлений и интенсивности хозяйственной деятельности, смена технологий производства и т.д. Например, хорошо

195

выраженная сукцессионная динамика ПАЛ при подсечно-огневом или переложном типах земледелия в лесной зоне, которые просуществовали в центральной полосе европейской России до XVIII–XIX веков. Их следы, вместе с рудиментами или элементами таких флуктуирующих агроландшафтов, встречаются еще и в современных ПАЛ.

Многие степные причерноморские ландшафты тоже формировались под влиянием динамики различных древних агрикультур, в частности, смен земледелия отгонным скотоводством древних кочевников (IV– XVIII вв. н. э.), а также периодов их ренатурирования. В XVIII–XIX веках здесь тоже широко использовалась переложная система земледелия.

Анализ антропогенной динамики агроландшафтов по способности их почв к относительному самовосстановлению на основе циклов перелогов или периодов, через которые земля забрасывалась и вновь возвращалась в пашню, показывает, что в степной зоне период перелога составлял 9–15 лет, в лесной зоне широколиственных лесов он достигал 20 лет. Однако восстановление почв при перелогах не было полным, так как оно требует сотен лет. Результаты исследований земель древней агрикультуры говорят о том, что плодородие у черноземных степных почв на 600-летней залежи восстанавливается менее чем на 50% по сравнению с целинными аналогами. То есть, видимо, почвы просто не успевают или не могут из-за качественных изменений в них вернуться в исходные состояния, что, собственно, и определяет порой эволюционную динамику ПАЛ. По И. Пригожину (1986), в любой гармоничной системе всегда существуют возможности зарождения элементов хаоса (энтропийных моментов) и, наоборот, элементов порядка (в т.ч. нового) их хаоса. В этом, видимо, суть развития. Тем более, упорядоченные агропроизводством (человеком) почвенные неравновесные структуры не могут абсолютно повторить самопроизвольно возникшие в процессе эволюции почвы. К тому же не до конца ясно, как за такой период на почвообразование могут влиять климатические циклы и тренды многовековой продолжительности.