Баланс постоянной растительной массы Приход Расход

Органическое веще- Потери на дыхание — 50% ство (продукт ро- Идет в отпад' —30% ста) — 100³/о Идет в пищу сле­дующему трофн- ческомѵ уровню — 20Ѵі>

100% 100%

Балансирование в границах геосистем представляет меньший интерес, чем в границах ландшафтов, ибо для балансов чаще важны границы, пропускающие большие потоки вещества или энергии, чем малые, проложенные по линиям наименьших свя­зей. Балансы, составляемые для типов ландшафта, рекомен­дуется ограничивать пределами, описываемыми качественно, на­пример: «тепловой баланс дубрав лесостепной зоны от вершин крон до подошвы корнеобитаемого слоя».

1 Отпад — отмирание организмов или их частей. Опад — сезонное отмира­ние без вреда для организма (листьев, шерсти при линьке и т. П.).

Точно так же необходимо отбивать границы во времени, т. е. указывать, за какой период составляется баланс.

Таким образом, желательно, чтобы перед каждым балансом выписывалась «шапка», содержащая следующие данные: 1) ка­кая физическая величина является предметом балансирования; 2) в каких единицах составляется баланс; 3) к какому телу или системе относится баланс, его пространственные граннцы; 4) на какой период составляется баланс; 5) полный баланс или частный; 6) если баланс полный, то входит ли в пего из­менение запаса балансируемой величины; 7) является ли ба­ланс принципиально-нейтральным; 8) если баланс частный, то какой фактор вычисляется в качестве остаточного члена; 9) ес­ли не принимается предложенное выше условие (знак + в слу­чае прибавления вещества или энергии), то какое сальдо счи­тается положительным; 10) имеется ли мертвый объем и какой именно; ниже или выше какой отметки (абсолютной или от­носительной) запас является неизменным.

Бывают случаи, когда исследователя интересует не объем, а только сечение потока: сколько вещества или энергии про­ходит через данное сечение и в какую сторону больше? Этот вид балансов можно назвать Tjj_a Hjn^TjUjLMJfcL: Примерами при­боров, фиксирующих его, являются водомер на трубе, ампер­метр на проводнике. В шапке транзитного баланса изменяются пункты 6 и 10, кроме того, пункт 3 должен быть сформулирован иначе: к какому сечению относится баланс, его границы на се­кущей поверхности.

Транзитный баланс применяется при измерении течений в проливах, проникновения^тепла в почву, поглощения и выделе­ния листом растения кислорода, миграции перелетных птиц и т. п. В каждом случае надо быть уверенным, что через вы­бранное сечение проходит весь поток и ничего не просачивает­ся в обход него.

В последнее время возникла идея составления балансовых матриц, позволяющих до известной степени вскрывать внут­реннюю структуру геосистем (Ракита, 1971). Этот метод за­имствован из получившего распространение в экономике метода «затраты—выпуск». Им изучаются структурные подразделения народного хозяйства, в каждом из которых обращается извест­ное количество вещества, энергии и информации.

Метод требует далеко идущей формализации: система мыс­лится изолированной, не получает и не отдает ничего вовне; она стационарна, не изменяется во времени; она «элементар­на», т. е. не имеет пространственных различий. Единственная ее функция заключается в том, что она внутри себя обмени­вается элементами. Таких систем в природе не бывает, изучать ее имеет смысл только в порядке развития метода, как логиче­ски допустимый, наиболее простой случай.

Матрица имеет вид:

0	Х12	-к.з •	•Х1п
Х21	0	Х23 •	■ Х2п
Хп1	Хп2	ХпЗ •	.0

(3.4)

где Xi2 — передача вещества или энергии от 1-го компонента 2-му, Хіз — от 1 - го к 3-му и т. д. На диагонали стоят нули, так как сами себе элементы ничего не передают. Суммы по строкам равны общей отдаче вещества или энергии из 1, 2 ..., п-го эле­мента, суммы по столбцам — поступлению вещества или энер­гии в эти же элементы.

Проиллюстрирую строение матрицы простейшим численным примером системы из четырех взаимосвязанных элементов.

0	4	1	5
5	0	1	1
1	1	0	0
4	2	0	0

Рис. 21. Балансовая модель изолированной стационарной че­тырехэлементной геооистемы.

Цифры у стрелок соответствуют коли­честву передаваемого вещества или энергии. Цифры в кружках — приход (равный расходу) компонентов, напри­мер вод, почв, растительности и т. д. балансируемого участка

Это полностью уравновешенная система, что видно из того, что суммы по строкам равны суммам по столбцам. Матрица соответствует изображению па рис. 21 и символизирует цен­тральный баланс каждого элемента.

ХЦ

Систему можно передать и иначе, предположив между эле­ментами наличие постоянных связей. В этом случае можно вы­числить коэффициенты обмена между элементами:

а_и-

Уі

(3.5)

где хи —количественное выражение взаимодействия между элементами і и /, а у _} —сумма в столбце, т. е. сумма всех статей прихода элемента /.

Тогда получим матрицу коэффициентов обмена, показываю­щую, какую долю в вещественном или энергетическом балансе элемента j играет элемент і. В нашем примере:

0	4 7	1 2	5 6
_5_ 10	0	1 2	1 6
1 10	1 7	0	0
4 10	2 7	0	0

С. А. Ракита стремится перейти к более реальным систе­мам, приписывая справа к матрице (3.4) ряд величин С_и С₂,

С_п , которые обозначают вещества, «выпадающие из оборо­та». Но, собственно, в природе ничего не выпадает и не про­падает. Эти вещества просто выходят за пределы системы. А на место их приходят новые. Это и есть внешние связи ис­следуемого комплекса. .

j Разовьем метод, приписывая к матрице, скажем, слева рас- хЬд вещества или энергии вЬвне, а снизу — его приход извне. При этом вещество надо дифференцировать по компонентам: газ, жидкость и т. д., вписывая его против тех элементов, ко­торые являются его пoтpёбиteлями или выделителями. Можно, конечно, увязать их суммарнр (S и Т).

	А	9	*12	хп . .	■ *1л
5	В	-^21	0	*23 . .	■ *2 п
	. F	і ■tnl	Хп2	*лЗ • ■	. 0
		К	L	М.	• Q

Т

При этом замкнутость процесса будет нарушена, некоторые элементы станут отдавать, другие получать вещество в коли­честве, большем, чем это компенсируется внутренними источ­никами. Система в целом будет динамичной, хотя внешний ее баланс может быть в частном случае равен 0, когда S — T.

Здесь матрица раскрывает структуру геосистемы, а симво­лы внешнего обмена позволяют рассматривать ее в целом как балансируемый объем.

Указывать в той же матрице обмен и вещества, и энергии, обеспечивающей внутренние процессы, нельзя. Цифры в других физических единицах препятствуют суммированию столбцов. Для обмена энергией следует составить особую матрицу.

Преодоление второго ограничения — элементарности гео­системы — также намечается в статье С. А. Ракиты. Он пи­шет, что «совокупность матричных балансовых моделей эле­ментарных геокомплексов может быть «собрана» в структурно­балансовую модель более обширной геосистемы следующего таксономического ранга» (стр. 134). Таким образом, в перспек­тиве вырисовывается система вложенных друг в друга балан­совых матриц.

Что касается последнего ограничения — стационарности, то оно может быть преодолено только повторением тех же мат­риц через некоторые промежутки времени, т. е. построением «кубических» матриц.