§ 7.4. Природный комплекс

До сих пор мы занимались рассмотрением главным образом двухфакторных связей, с одной стороны, неорганиче­ских, с другой—органических компонентов природы. Они явля­ются областью преимущественных интересов отраслевых специ­алистов, работающих в ландшафтном отряде. Только когда мы переходим к взаимодействию биоты и косной среды, начинается настоящая работа ландшафтоведа.

Из этих связей обращают на себя внимание опять-таки энер­гетические. Органический мир не только запасает в себе много­солнечной энергии в обратимой форме, но он щедро делится этой энергией с косной средой (Хильми, 1966, стр. 261). Он это делает, в форме выделения кислорода при фотосинтезе, кислоро­да, всегда готового вызвать окисление, горение различных ве­ществ и в ходе экзотермической реакции выделять тепло. Вто­рой способ передачи энергии среде —^;через транспирацию. Транспирируя в год примерно в 300 раз больше воды, чем тре­буется для построения своего организма, растение еще передает ей скрытую теплоту испарения. Наконец, уже не только расти­тельность, а вся биота снабжает энергией почву за счет опада и отпада, которые, разлагаясь, но не до конца, обогащают почву гумусом, сохраняющим большой энергетический потенциал.

PacTHTg.fihHf>pTb влияет.ня вещественный состав среды, отни­мая у'неё целый ряд элементов и химических соединений: СОг, N₂0, H₂S, F, HF, S0₂ и др. При этом абсорбция из разных тел происходит неравномерно: из воздуха в среднем в 100 раз ин­тенсивнее, чем из воды, и в 300 000 раз интенсивнее, чем из почвы. При этом далеко не все абсорбируемые вещества нужны растениям, часть, наоборот, ядовиты или полезны лишь в огра­ниченном количестве. Для защиты некоторые растения (стран­но, что не все) имеют барьерные приспособления, которые пре­кращают поступление вещества, как только его содержание в растении становится опасным. Растения, не имеющие такого барьера, часто отравляются и погибают (Ковалевский, 1973, стр. 30—34). То же наблюдается и у животных.

Влияние рельефа, почвы, вод на распределение растительно­сти общеизвестно. Но ландшафтовед должен разобраться в том, почему те или иные растения растут или выпадают в экстре­мальных для них условиях: на вечной мерзлоте, на болотах, в зоне лесостепи на северных и южных склонах, в полупустыне. Что мешает им переступать через определенную грань: форма и глубина корневой системы, структура листьев, транспирацион- ный коэффициент, недостаточная морозоустойчивость и т. д.

Очень сильно обратное влияние растительности на горную породу, почву, воду, приземной слой воздуха.

Основной фактор воздействия на горную породу — биологи­ческое выветривание, которое проявляется в разных формах: от поселения простейших и лишайников на поверхности скал до внедрения корней деревьев (сосны, арчи) в их трещины. Послед­нее приводит иногда к откалыванию кусков скал, а в масштабе геологических периодов служит одним из факторов денудации. С другой стороны, растительность является прекрасным закре­пителем осыпей, откосов оврагов, речных пойм и т. п. Вода дав­но смыла бы всю сушу в океан, если бы не было такого мощ­ного буфера, как растительный покров.

Мощным аппаратом воздействия растительности на воду яв­ляется десукция. Известна теория Г. Н. Высоцкого о том, что леса сушат почву. Поэтому их и сажают на юге полосами, чтобы они собирали снега зимой больше, чем могут испарить за лето. Обширные массивы, высаженные в степной зоне, обычно через несколько лет засыхают, оставляя в цветущем состоянии лишь снегосборные опушки. Сила десукции так велика, что обсужда­лись даже проекты переброски с помощью посадки ракит сотен кубических километров десугированной воды по воздуху из При­балтики в Среднюю Азию (Крылов, 1952, стр. 121 —122).

Наконец, влияние растительности на воздух, ясно из преды­дущего. Это насыщение его парами, постепенное"обогащение кислородом и в первую очередь коренное изменение микрокли­мата в пределах приземного слоя.

Внешняя среда столь же всеобъемлюще воздействует на жи­вотный мир. Годовые ритмы климата вызывают такие гранди­озные процессы, как перелеты птиц, миграции северных оленей и других кочующих животных. Расположение водопоев опреде­ляет распределение копытных, крутизна рельефа, близость грун­товых вод или мерзлоты изгоняют роющих животных. Значение снежного покрова для перезимовки, зимнего питания и укры­тия животных также трудно переоценить (Формозов, 1946). Об­ратное влияние животных на косную среду гораздо слабее и почти исключительно ограничивается почвой. Я уже имел случай говорить о рыхлящей, перекапывающей деятельности мелких зверьков и беспозвоночных, об обогащении почвы гумусом. Кос­венно эти животные оказывают влияние также и на воду. Раз­рыхленная почва, особенно в местах нор, становится значитель­но более водопроницаемой и пропускает воду в глубокие слои грунта.

Количество воды, содержащейся в растениях и животных, будучи пересчитано в единицы слоя, покрыло бы всю Землю пленкой в 1 мм. При этом Ѵ_б часть этой воды пребывает свя­занной в различных соединениях и ⁵/_б — в свободном состоянии ^Пенмэн, 1972, стр. 62).

К парным связям компонентов присоединяются тройные. На­пример, в процессе удобрения почвы экскрементами взаимодей­ствуют животные-консументы (субъект), почва (объект) и реду­центы (агент) (см. рис. 50). Но интересно, что с непосредствен­ными взаимодействиями больше трех компонентов сразу мы почти не встречаемся. Влияние на остальные компоненты обыч­но опосредовано фактором времени. После того как трупы пре­вратятся в гумус, он поступит в распоряжение четвертого ком­понента — растительности; увеличивая структурность почвы, он будет способствовать инфильтрации пятого — влаги и т. д. Иног­да влияние сказывается через большой промежуток времени. ■Сурки, жившие в Стрелецкой степи больше ста лет назад, насы­пали холмики. При этом имело место тройное взаимодействие: животные — почва — микрорельеф. На десятилетия позже, вос­пользовавшись улучшенными условиями, на холмиках посели­лись представители четвертого компонента — пырей средний и костер безостый (Утехин, 1972, стр. 155). Эта последователь­ность событий облегчает ландшафтные исследования, так как .позволяет рассматривать сложившуюся обстановку как началь-

ную, а затем уже приступать к обследованию ее воздействия на другие компоненты.

Рано или поздно в ландшафте накапливаются лишние для биоценоза материалы или, наоборот, часть необходимых сно­сится и происходит смена сукцессий. Сукцессии можно пони­мать в широком географическом смысле. Например, движения барханов или циклы Дэвиса тоже сукцессии.

Сукцессии в более узком, биоценотическом смысле возника­ют или спонтанно, или под влиянием изменений среды: колеба­ний климата, тектонических движений, изменений течения рек... Первые называются эндодинамическими, вторые зкзодинамиче- скими. Спонтанные сукцессии могут быть ритмическими, как смена поколений светолюбивого и теневыносливого леса, или направленными, как превращение озер в степных колках в бо­лота и затем в луга. Экзотермические сукцессии зависят от внешнего фактора: если он продолжает существовать, сукцессия будет углубляться, если он произвел однократное действие (на­пример, пожар), биоценоз может вернуться приблизительно в. прежнее состояние. Зная причину изменений, можно предска­зать ход сукцессии. Существенно определить возраст сукцессии. Организмы молодых сукцессий наиболее производительны, в старых — вся продукция может тратиться на дыхание. Но зато старые являются лучшими «хранителями традиций», при них дольше остается в стабильном состоянии сток, микроклимат и другие физические факторы.

Когда ландшафтный отряд проработал на объекте достаточ­ное время и все специалисты составили себе представление об основных закономерностях, управляющих компонентными про­цессами и двойными связями, очень полезно прибегнуть к тра­диционному приему — съемке комплексных профилей. Эта ра­бота совершается, по выражению E. М. Лавренко, по всем прин­ципам древнегреческой трагедии: единства места, времени и действия. На профиле можно видеть, как даже небольшое из­менение рельефа отзывается на почве, влажности, растительно­сти, энтомофауне, можно определить изменения микроклимата на склонах небольшой балки и вторичные, уже от него завися­щие изменения биокомпонентов. Этот прием является поистине приемом раскрытия интимных связей в природе.

Для съемки комплексного профиля намечается трасса так, чтобы она проходила через наиболее контрастные участки мест­ности: водоразделы н балки, северные и южные склоны, луг и лес. Преимущественно она должна придерживаться линий наи­большего уклона. Затем трасса пикетируется, нивелируется и вычерчивается (рис. 55). На профиле размечаются места для наблюдений специалистов: наиболее частые — почвоведов и гео­ботаников, более редкие — энтомологов, еще реже — гидрологов и, наконец, климатологов. Почвенные скважины на влажность берутся через 1—3 м, через каждые 3—5 скважин делается бо­лее глубокое бурение (до ~3 м), здесь берутся пробы для пол­ного анализа. Геоботанические площадки 1X1 или 2X0,5 м опи­сываются и выкашиваются для взвешивания приблизительно с интервалами 2 м. На некотором расстоянии по профилю роются прикопки и берутся пробы почвенных беспозвоночных. На раз­ных элементах рельефа делаются гидрологические станции, обо­рудованные приборами для измерения инфильтрации, стока и испарения. Климатологи располагают свои станции там же, где гидрологические. На них ведутся наблюдения за температурой воздуха и почв, влажностью воздуха и ветром. Климатические, а также часть гидрологических наблюдений продолжаются доль­ше, чем остальные работы на профиле, чтобы выявить влияние изменений погоды. Несколько геологических скважин пробури­вается по крайней мере до материнской породы. Под профилем наносятся кроки. Для этого снимается лента шириной 5—25 м в каждую сторону от профиля. Зоологические наблюдения по учету позвоночных и наземных насекомых производятся на всей площади ленты. Так же ведется и геоморфологическая мен­зульная съемка с нанесением западин, ложбин, кротовин, му­равьиных куч и т. д., которые наносятся на профиль или кроки. Каждый специалист проводит свое рабочее районирование про­филя, после чего все данные поступают к ландшафтоведу для комплексных выводов и суммарного разделения профиля на бо­лее или менее однородные районы, которое желательно осущест­вить с применением информационного метода. Если есть воз­можность, наблюдения на профиле надо повторить несколько раз, в том числе зимой во время наибольшего накопления снега.

Последней операцией может явиться составление сводных балансов вещества и энергии, о котором уже говорилось в пара­графе 3.2. В. Р. Волобуев (1958) предложил следующую фор­мулу энергетического баланса почвообразования. Полная энер­гия, участвующая в нем:

Q=r₁ + l^_a+Ä₁ + 5_a-}-f₁ + ^2-bC₁, (7.5)

где энергия расходуется на физическое разрушение породы, №₂—іна разложение минералов в процессе выветривания, — аккумулируется в гумусе, В₂—(расходуется в биологических ре­акциях, Еі — расходуется на физическое испарение и Еч— на транспирацию, С\—-потери в процессах механической миграции солей и мелкозема.

На примере формулы (7.5) можно убедиться, насколько мно­гочисленны будут члены полного баланса энергии, включающего перенос вещества в ходе геоморфологических, гидрологических, климатических и прочих процессов. То же относится и к вещест­венному балансу. Однако составление его возможно и является вопросом времени. Изобразить графически такие балансы, ис­пользуя для вещества и энергии іструи іразного цвета, можно бы­ло бы в аксонометрической проекции или на трехмерной модели.

R — бапапеовоо сальдо, LE-потерн на испарение. Г.,.-средняя температура на высоте 0,5 м. трясупковая, 3 - чемерицевая. 4 - котовниковая. 5 - ковыльно-шалфейная. Продуктивность.

8 - оподзоленный. 9 - карбонатный, 10 - лугово-черноземные почвы. Мощность горизонта

1 ^ - и 3 ВОС Т Н Я жѵ

Ti,_t— то же на высоте 1,5 м. Растительные ассоциаций: I — ковыльно-прпмокостровая, 2 — пропорциональна пысоте (шкала справа). Почвы: G — чернозем типичный, 7 — выщелоченный * + В| — в масштабе (шкала справа). Породы: П — двуслойный нанос (суглинок и супесь) G — гумус, W — влажность почвы

До сих іпор мы изучали внутренние связи между компонента­ми ландшафта в пределах региона одного из низших рангов. В. С. Преображенский назвал такие модели моносистемными (рис. 56). Но каждый регион имеет еще и внешние связи, выра­жающиеся в 'піриносе и выносе вещества через его границы. На рис. 50 эти связи показаны за рамкой схемы. Они соответствуют стрелкам п+2 ранга на рис. 56. По сути дела модели I и II от­личаются только масштабом. Модель I — это изображение в увеличенном масштабе участков а\, а%... ,б\... модели II; подси­стема, выделенная в системе. Ландшафтовед, изучив регион п-f-2 ранга, естественно переходит к n-f-1, потом к п-му рангу. В иных целях, быть может, выгоднее идти в обратном порядке. Важно то, что модели I и II стоят не рядом, не изучаются аль­тернативно, а следуют друг за другом последовательно.

Модель внешних связей региона, выражающаяся в переносе вещества, изображена на рис. 57. Масштаб толщины стрелок — логарифмический. Размеры потоков взяты произвольные, но их соотношения правдоподобны. Так как потоки в течение года мо­гут направляться в разные стороны, то толщина стрелок с каж­дой стороны соответствует сальдо транзитных балансов по че­тырем границам региона. Если мы потоки, направленные в си­стему, расположим по другой стороне модели, чем направлен­ные из системы, и проставим «а них количество, а также укажем количество вещества, циркулирующего между компонентами геосистемы, то получим матрицу (3.6), о ікоторой говорилось в параграфе 3.1.

Мигрируют все компоненты ландшафта, в том числе даже горные пароды. Они приходят в движение, когда их размывают реки, а в гарных условиях они переходят в соседние ландшафты с камнепадами, осыпями, обвалами. Массы потоков вещества выражаются числами самого различного порядка: от немногих килограммов на гектар в год для биологических потоков №№ 11—14 до 10¹¹—10¹² т для потока № 1 (воздух до высоты

5. км). Тем не менее по своему влиянию на ландшафт эти потоки сравнимы друг с другом. Некоторые из них целиком оставляют переносимый материал на территории региона, например пере- веваемый через границу снег. Некоторые целиком проносятся транзитом, как большинство газов атмосферы.

Рассмотрим некоторые свойства потоков. Наибольшие из них воздушные (ветер). Преобладают ветры западного румба, затем южного. Сколько воздушных масс вносится, столько и выносится (усвояемой частью пренебрегаем). Направление стрелок 2, 3, 6, 8 совпадает со стрелкой 1, так как они показывают воздушный перенос различных веществ. Однако перенос органического ве­щества не везде совпадает с воздушными потоками, так как они переносятся также водой и мигрирующими животными. Так,, стрелки 13 и 14 местами идут навстречу господствующим вет­рам, поскольку по реке на юг сплывает органического вещества

больше, чем переносится ветром на север. Стрелки 7 и 9 'на­правлены іпо течению и совпадают с 4. На склонах ледовый сток 7 отсутствует, с них стекают только временные водотоки. Грун­товый сток 5 и особенно поверхностный істок 4 превосходят при­ток, так как в пределах региона он обогащается за счет грун­тового стока со склонов. Автономная миграция 10 происходит в произвольном направлении, но с перевесом 'вниз по реке, так как предполагается, что вверх приходит рыба «а не­рест, а назад скатывается вместе с молодью.

Разумеется, на модели показа« только пример ситу­ации, в конкретных условиях ландшафта она может ока­заться совершенно иной.

івг“

Рис. 56. Модели природных комп­лексов (по Преображенскому, 1969, стр. 28).

I—моноснстемная модель, II — полисистем- иая модель; 1—компоненты комплекса, 2 — связи между ними, 3 —природные комплексы ранга я+І; 4 — типы природных комплексов ранга п + 2; 5 — связи между комплексами ранга п+2; 6 — связи между комплексами ран­га л-Ы; 7—8 — внешние связи природных ком­плексов. Ранги считаются «сверху вниз*

Ка« я уже говорил в на­чале книги, выделенный тип ландшафта или регион отли­чается хоть и условными, но совершенно определенными границами. Это создает его преимущество при изучении в практических целях. Но если мы ведем исследование с научной целью, то нас, по всей вероятности, заинтере­сует, как сформировался сток, который проходит че­рез наш регион, или где про­исходит нагул рыбы, даю­щий ей возможность достиг­нуть нерестилищ, и т. п. В этом случае предпочтитель­но обратиться к экосисте­мам. Вообще, вертикаль­ные движения выгоднее изу­чать в составе ландшафтов, горизонтальные, к которым отно­сятся внешние связи регионов, — в составе геосистем. Геосисте­ма, подобно аімебе, способна выбрасывать ложноножки, в первом моем примере—до вершины водосбора, во втором — до моря. Она всегда включает в себя парагенетические связи. Если надо исследовать временные потоки и переносимые ими наносы, то границу надо отодвигать до водораздела, если ветровой перенос семян и насекомых, то — до леса. Одним словом, границей должна служить линия наименьших связей. Поскольку искать такие границы для всех видов вещества и энергии 'практически

невозможно, исследование в пределах геосистемы, как я уже упоминал в параграфе 1.1, надо вести функционально — на свя­зях одного вида вещества, абстрагируясь от остальных. При этом «ложноножки» могут выпускаться только в атмосферу, или только по воде, или только по поверхности земли. В геосистемах мы можем проследить трассы движений веществ разного рода.

Мы видим, как сложна и многогранна задача изучения при­родного комплекса. Каким бы эрудированным ни ібыл ландшаф- товед, он ,не может с ней справиться без участия отраслевых специалистов.

Конструктивное ландшафтоведение