8. Динамика ландшафтов

Динамика — изменения обратимого характера, не приводящие к коренной перестройке структуры, выражается в смене состоя­ний геосистемы в рамках одного инварианта (инвариант — неиз­менность по отношению к какому-либо преобразованию). Напри­мер, эволюционный процесс мелководного озерного ландшафта, постепенно преобразующий его в болотный, не зависит от суточ­ных изменений или сезонных циклов. Если эволюционный про­цесс ландшафта принять за основную тенденцию развития, то ди­намичные изменения — это отклонения от общей тенденции. Ди­намика ландшафта в основном обусловлена внешними фактора­ми, и ей присуща ритмичность.

Динамика ландшафтов связана с планетарно-астрономически­ми причинами. Сезонные, внутривековые и вековые ритмы связа­ны с солнечной активностью, вызывают возмущения магнитного поля Земли и циркуляцию атмосферы, определяющую колебания температуры и увлажнения.

Динамика ландшафтов имеет близкое отношение к эволюции. Сверхвековой 1850-летний ритм объясняется изменчивостью при­ливообразующих сил, зависящих от взаимного расположения Зем-

которая создает условия для жизни многим организмам, накап­ливает продукты синтеза и разложения органики. Почва способ­на на некоторое время извлекать из кругооборота продукты фо­тосинтеза в виде гумуса — сложного органоминерального веще­ства, активно участвующего в почвообразовании, которое прида­ет почве нужные свойства, аккумулирует питательные вещества и, в конечном счете, формирует плодородие почвы. Наибольшие запасы гумуса в ландшафтах, оптимально обеспеченных теплом и влагой. В России — это черноземные степи, где запасы гумуса достигают 600... 1000 т/га, в почвах лесостепей и широколиствен­ных лесов — около 300, в таежных подзолистых почвах — около 100 т/га.

Продуцирование биомассы связано с другими природными процессами, показатели которых следующие: количество элемен­тов питания, поглощаемое живыми организмами, закрепляемое в органике, возвращаемое в другие компоненты природы. Ежегодно в процессе фотосинтеза образуется 140... 160 млрд т биомассы, свя­зывается 250...300 млрд т С0₂, выделяется 180...200 млрд т 0₂, в продуктах фотосинтеза аккумулируется энергия, эквивалентная

50. .60 млрд т нефти при годовой ее добыче около 3 млрд т.

Живые организмы потребляют также значительное число дру­гих элементов — биогенов: N, К, Са, Si, Р, Mg, S, Fe, Al. Вынос биогенов культурными растениями измеряется десятками кило­граммов в год с 1 га. Тяжелые металлы (микроэлементы) потреб­ляют в малых дозах: В, Cu, Mn, Zn, Mo, вынос которых исчисляет­ся граммами и десятками граммов с гектара.

Живые организмы могут извлекать вещества из геологического круговорота, участвуя тем самым в процессах самоочищения при­родной среды (см. их роль как биогеохимических барьеров).

Биотический круговорот характеризуется запасами биомассы на единице площади и ее ежегодным приростом. Запасы биомас­сы зависят от вида растительности, в лесах ее гораздо больше, чем в степях, а прирост биомассы в большей степени зависит от тепло- влагообеспеченности (табл. 2.2).

2.2. Запасы и ежегодный прирост фитомассы в различных зонах, т/га

Фитомасса

Зона

Прирост фитомассы

5

25

125

300

3

5

8

Арктическая тундра Лесотундра Северная тайга Южная тайга

Широколиственные леса: западно-европейские восточно-европейские

Степи:

луговые

типичные

сухие

5 Ландшафтовсдсиис

380

350

13

12

17

12

6

19

12

5

65

Продолжение

Фитомасса

Зона

I Іридост фитомассы

Пустыни:

умеренных широт тропические Влажные леса: субтропические экваториальные

4	1,2
1,5	0,5
450	24
500	35

Человек сильно изменяет растительный покров, вмешивается в биотический круговорот. Особенно это заметно на землях сель­скохозяйственного назначения, где практически полностью уничтожена естественная растительность. Геосистемы с большей долей сельскохозяйственных земель называют агрогеосистемами (см. с. 112).

При мелиорации земель, очистке загрязненных территорий необходимо оценивать продуктивность (урожайность) растений, гак как создание благоприятных условий для продуцирования биомассы — одна из главных задач природообустройства. Для это­го используют модели продуктивности, реагирующие на измене­ние факторов и условий жизни растений. Физиологи разрабатыва­ют модели продуктивности, в которых описываются процессы фо­тосинтеза, дыхания растения, роста биомассы и развития репро­дуктивных органов. Однако такие модели еще не находят практического применения из-за слабой изученности численных показателей. Поэтому применяют приближенные эмпирические зависимости конечной продуктивности от основных факторов жизни и развития растений: обеспеченности теплом, влагой, воз­духом, они учитывают снижение продуктивности в результате за­соления и загрязнения почв. Эти зависимости основаны на зако­нах земледелия, в частности на законе незаменимости и равно­значности факторов, а также на законе оптимума — наибольшую продуктивность наблюдают, когда значение всех факторов опти­мально. Это дает возможность применить мультипликативный вид зависимости продуктивности (урожайности) от ряда факто­ров:

У_ф = У₀А_шА'_ѳА_пА_іАГ_г, (2.35)

где Уф — фактическая урожайность при неблагоприятных условиях; У_а — потен­циальная урожайность данной культуры при исех оптимальных условиях и агро­технике; Ка, К_а, К„, K_s, К, — коэффициенты, учитывающие неоптимальное увлаж­нение почвы, обеспеченность теплом, питательными веществами, снижение уро­жайности из-за засоления и загрязнения почвы. Число этих коэффициентов мо­жет быть увеличено.

Влияние влажности почвы на урожайность можно вычислить по формуле В. В. Шабанова

л'_ш=':z<* а, і-і

(2.36)

где / — номер декады вегетационного периода; и — число декад; а, — вклад каждой я

декады в урожайность, £ ^а/⁼1; ß — коэффициент, зависящий от влагозапасов и і = і

имеющий несимметричную куполообразную форму;

/ \ W	Y^opt	1 -W
с* 3		\ * /

Р=

^wopl

здесь w — относительные доступные влагозапасы в каждую декаду:

ш -ВЗ

W- ,

р ВЗ

где (о — влажность почвы; р— пористость; ВЗ — влажность завядания; у —коэф­фициент чувствительности растения на неоптимальность влагозапасов; w_opt — оп­тимальные влагозапасы для каждой декады:

^орі ■

ВЗ

р-ВЗ

Коэффициент, учитывающий неоптимальность температуры почвы К$, определяют по аналогичной зависимости, в которой вместо влагозапасов подставляют реальную и оптимальную темпе­ратуру. Коэффициенты, учитывающие влияние засоления почвы или загрязнения тяжелыми металлами К₅ и К_ѵ можно найти из выражения (7.11).

Оф

УР

(2.37)

где т) — коэффициент полезного использования ФАР; А' — коэффициент, опре­деляющий хозяйственно ценную часть урожая в сухой биомассе (например, для пшеницы А’_ур = 0,4); — количество ФАР за вегетацию, приближенно равняется 52 % суммарной солнечной радиации, кДж/га; д — количество ФАР для продуци­рования 1 кг сухой биомассы (для зерновых культур q = 18 600 кДж/кг); іѵ — стан­дартная (амбарная) влажность урожая, выраженная в долях единицы (например, для зерна w = 0,14).

Почвообразование. В современном почвоведении принято следу­ющее определение понятия «почва»: почва — это обладающая плодо­родием сложная полифункциональная и поликомпонентная откры­тая многофазная структурная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени.

Потенциальную урожайность данной культуры при оптималь­ных условиях и агротехнике можно определить по формуле

Почвы возникают и развиваются в результате сложного взаи­модействия между почвообразующей породой, растительными и животными организмами в конкретных климатических, рельеф­ных условиях и в результате производственной деятельности чело­века.

Почва — природное образование, обладающее особым свой­ством — плодородием, т. е. способностью обеспечивать потребно­сти растений в факторах и условиях жизни и развития. Этим она принципиально отличается от других природных тел. Различают потенциальное (естественное) и эффективное (приобретенное под влиянием обработки, удобрений, мелиорации) плодородие почв. Почва способна наращивать свое плодородие при вложении в нее труда определенного количества и качества. Отсюда следует глав­ная цель природообустройства и мелиорации сельскохозяйствен­ных земель — расширенное воспроизводство плодородия почв.

Почвы возникают и развиваются в результате почвообразова­тельного процесса. Почвообразование возникает в результате вза­имодействия литосферы и биосферы при активном участии атмо­сферы и гидросферы. Основной источник энергии для почвообра­зовательных процессов — солнечная энергия. На почвообразова­нии сказываются географическое положение местности, условия рельефа, погодные условия.

Процесс почвообразования — это обмен энергией и веществом между литосферой, биосферой и внешней средой. Он представля­ет собой сложный комплекс биологических, химических, физи­ческих процессов и включает элементарные почвообразователь­ные процессы, проявляющиеся в конкретных условиях (накопле­ние гумуса, оподзолинание, засоление, заболачивание и т. п.).

Почва образуется на горных породах, измененных физическим, химическим и биологическим выветриванием. Горные породы принципиально отличаются от скальных следующими свойства­ми: рыхлостью, пористостью, водоудерживающей и сорбционной способностью.

Образование почвы и ее плодородие во многом зависят от дея­тельности живых организмов. Почву населяют и участвуют в поч­вообразовании высшие зеленые растения, микроорганизмы, низ­шие растения (грибы, водоросли, актиномицеты), беспозвоноч­ные и высшие позвоночные животные. В результате их деятельно­сти в почве аккумулируется органическое вещество и органо­минеральные соединения, дифференцируются генетические гори­зонты, повышается плодородие почв.

Органическое вещество почв — это совокупность живой био­массы и органических остатков растений, животных, микроорга­низмов, продуктов их метаболизма и специфических новообразо­ванных органических веществ почвы — гумуса (от лат. humus — земля, почва) — высокомолекулярные темноокрашенные органи­ческие вещества почвы. Гумус образуется в результате гумифика­ции продуктов разложения органических остатков. Гумифика­ция — сложный биофизико-химический процесс трансформации промежуточных высокомолекулярных продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соедине­ний — гумусовые кислоты. Они представлены гуминовыми кисло­тами, фульвокислотами и негидролизуемым остатком или гуми- ном.

Гумус окрашивает почву в темный цвет до глубины массового распространения в ней корневых остатков растений. Почвы, бога­тые гумусом, плодородны.

Интенсивность гумусообразования зависит от тепло- и влаго- обеспеченности территории. Гумусное состояние тундровых почв характеризуется слабой степенью гумификации органического ве­щества, средними его запасами в почвенном профиле и низким содержанием азота. Дерново-подзолистые лесные почвы характе­ризуются низким содержанием гумуса, средней степенью гумифи­кации, средней обогаіценностью азотом. При окультуривании дерново-подзолистых почв содержание гумуса в пахотном гори­зонте повышается от низкого до среднего. Гумусное состояние черноземов типичных пахотных характеризуется высоким содер­жанием органического вещества и его большим запасом, очень высокой степенью гумификации, средней обогащенностью азо­том. Мощность гумусных горизонтов в черноземных почвах со­ставляет 1... 1,5 м и более.