градацій. Прийнято такі їх значений: природоохорош території 1—10, ліси 11—20, заболочені землі 21—30, луки, пасовища 31— 40, сади, виноградники 41—50, рілля 51—60, сільська забудова 61—70, міська 71—80, водосховища, канали, стави 81—90, кар'єр- но-відвальні утворення тощо 91—100. За значеннями показника антропізації геосистем можна побудувати ізолінійну карту антропізації території (рис. 45).

Глава 9. СТІЙКІСТЬ ГЕОСИСТЕМ ДО АНТРОПОГЕННИХ ВПЛИВІВ

§ 9.1. ЗАГАЛЬНІ ФОРМИ СТІЙКОСТІ ГЕОСИСТЕМ

Більшість сучасних трактувань поняття стійкості в екології та ландшафтознавстві зводиться до розуміння цієї властивості як

фельд, 1989 та ін.). Багато з цих концепцій мають той недолік, що форми стійкості, які ними виділяються, визначені нечітко, мають різний ступінь загальності, частково дублюють одна одну або навпаки — при поділі стійкості на її складові частини (форми) деякі її суттєві особливості не враховуються. Перший недолік характерний для концепції стійкості Г. Оріанса, другий — К. Хол-

л'інга. .

Поняття «стійкість геосистемй» набуває конкретності, якщо задані: змінні, що описують геосистему і простір її станів; області цього простору z0, зміни станів у межах якого вважаються несуттєвими; інтервал часу Δt, для якого оцінюється стійкість; зовнішній фактор f або група взаємодіючих факторів, до дії яких аналізується стійкість.

Якщо ці умови визначено, то можна виділити три загальні

з однієї такої області до інших, не залишаючи завдяки цьому інваріантної області Ζ протягом часу Δt. Загальні форми стійкості геосистемй графічно можна зобразити у трьохвимірному просторі змінних (рис. 46).

192

Таким чином, стійкість геосистеми полягає у її здатності при дії зовнішнього фактора перебувати в одній з областей станів та повертатися до неї за рахунок інертності та відновлюваності, а також переходити завдяки пластичності з однієї області станів до інших, не виходячи при цьому за рамки інваріантних змін протягом заданого інтервалу часу. Ці визначення, як і три можливі форми стійкості геосистеми, загальні в тому розумінні, що вони придатні для будь-якого антропогенного фактора f, інтервалу ча-

Рис. 46. Графічне зображення загальних форм стійкості геосистем:

а — інертність; б — відновлюваність; в — пластичність (позначення індексів — у тексті)

су Δt, виду та рангу геосистеми, критеріїв визначення областей станів z0 та інваріанта Z, а також складу та числа змінних геосистеми.

Щодо критеріїв стійкості, інертність — найбільш «жорстка» її форма і найбільш бажана при господарському використанні геосистем. Особливе значення вона має в тих випадках, коли навіть одноразовий та швидко відновлюваний вихід геосистеми з заданої області станів неприпустимий (наприклад, з точки зору радіаційної безпеки, санітарно-гігієнічних норм та ін.).

Відновлюваність — важлива форма, що забезпечує стійкість насамперед особливостей біоти та грунту геосистем. Морфолітогенні властивості можуть відновлюватися лише на дуже значних інтервалах часу. Можливо, внаслідок цього в екології саме відновлюваність здебільшого ототожнюється із стійкістю екосистем, тоді як в інженерній геології та геоморфології під стійкістю здебільшого розуміють інертність.

Добре відновлюваною вважається геосистема, якщо вона здатна швидко повертатися до початкової області станів та здатна повертатися до цієї області після значного за амплітудою відхилення від неї. Ці дві форми відновлюваності, що можуть в од-

193

ній геосистемі проявлятися сумісно (швидке відновлення суттєвих порушень), Г. Оріанс (1975) називає еластичністю та амплітудністю.

Пластичність—досить складна та маловивчена форма стійкості. Вперше положення про те, що стійкість екосистеми може забезпечуватися за рахунок наявності в просторі її станів кількох локально стійких областей (тобто таких, де вона високо інертна та відновлювана) сформулював Р. Левонтін (1969). Проте загальне визнання воно здобуло завдяки праці К. Холлінга (1973), який назвав цю форму стійкості «resilience» (англ.— пружність). Проте термін «пластичність» більше відповідає суті цієї властивості природних систем.

Наявність і особливості пластичності геосистеми багато в чому визначаються ступенем зв'язку між її станами (ступенем детермінованості їх змін). При сильному зв'язку станів, що виявляється в наявності усталеного порядку в послідовності їх змін, геосистема може перебувати в рамках інваріанта в тому разі, якщо зміна станів не має характеру тренду, а утворює у фазовому просторі замкнені цикли — орбіталі · (див. рис. 34). Таку форму пластичності можна назвати орбітальною пластичністю. Для геосистем, стани яких слабко зв'язані (з однієї області станів геосистема може перейти до будь-якої іншої, в тому числі й до такої, яка не належить інваріанту), пластичність буде тим більшою, чим більше число локально стійких областей у рамках інваріанта. Таку форму пластичності іноді називають мультистійкістю.

Для вирішення конкретних завдань аналізу стійкості геосистем необхідно визначити області станів z0, зміни в межах яких вважаються несуттєвими. Саме поняття суттєвості орієнтоване на деякий об'єкт. Можна вести мову про суттєвість змін самої геосистеми як природного утворення, а можна оцінювати суттєвість змін геосистеми з точки зору виконання нею заданих соціальних функцій. З природноландшафтної точки зору весь простір станів геосистеми можна поділити на дві області — нормальних та анормальних станів. Нормальними є стани геосистеми, які формуються та змінюються за відсутності збурюючих впливів. За со-

в яких геосистема здатна виконувати функцію не нижче деякого рівня (наприклад, забезпечувати проектну врожайність), а недопустимими такі, коли природний потенціал геосистеми недостатній для забезпечення мінімально необхідного виходу функції. Докладніше про визначення областей нормальних та допустимих станів сказано в § 11.1.

194

§ 9.2 КІЛЬКІСНІ ПОКАЗНИКИ СТІЙКОСТІ ГЕОСИСТЕМ ТА ОСНОВНІ МЕТОДИ ЇХ ОЦІНЮВАННЯ

Оскільки стійкість у геосистемах реалізується в різних формах, то хоч і можна запропонувати один показник, який характеризує її всебічно, проте він виявляється малоінформативним. Щодо практичного та теоретичного значення більший ефект буде, якщо розробити комплекс кількісних показників стійкості, кожний з яких характеризував би окремі її форми та їх більш тонкі

рівень ґрунтових вод піднявся вище критичної глибини його залягання), «дегуміфікація грунту» (якщо вміст гумусу стане меншим деякого встановленого значення) тощо. Поняття відмови

в момент часу ti, якщо до цього вона не відбулася. За цим показником визначається характер зміни інертності геосистеми з часом, зокрема визначаються періоди, коли стійкість геосистем найменша.

Ці показники обчислюються для всіх видів відмов геосистеми. Узагальненими показниками інертності можуть бути ймовірність

195

Показники пластичності. Пластичність можна оцінити ймовірністю того, що протягом часу Δt геосистема буде здійснювати переходи лише між областями станів {z0}, що належать до одного інваріанта. Емпіричних даних щодо цього може виявитись недостатньо. Тому реально пластичність можна оцінити лише орієнтовно за посередніми ознаками. Однією з таких ознак є різноманітність геосистеми — в загальному випадку пластичність геосистеми тим вища, чим більше в ній областей станів z0 та чим рівноймовірніші переходи між ними. Виходячи з цього, як посередні оцінки пластичності можна використовувати теоретико-інформа- ційні (ентропійні) показники.

Основні показники інертності та відновлюваності геосистем можна розраховувати за допомогою класичних методів математичної статистики за частотою виникнення відмов та відновлювань або за визначеним законом розподілу часу виникнення відмов. Розрахункові формули цих двох методів наведено в табл. 20. Перевагою цих методів оцінювання є простота розрахунків, а основний недолік пояснюється тим, що наявні емпіричні дані та теоретичні міркування часто не дозволяють визначити закон розподілу випадкової величини ti або τ,·. За цими даним можна лише з'ясувати, збільшується чи зменшується стійкість геосистеми з часом. Проте цієї інформації достатньо для обчислення верхніх та нижніх граничних оцінок інертності та відновлюваності, тобто деякого діапазону, в якому знаходяться оцінки ρ (z0, Δt) або q (z0, Δt).

Інертність геосистеми з часом переважно зменшується (чим більший інтервал часу Δt, тим більша ймовірність відмови). Це пояснюється постійною або періодичною дією антропогенних факторів, дією пуасонового потоку випадкових впливів тощо. Для цього

196

До переваг методу граничного оцінювання стійкості відноситься простота розрахунків та мінімум необхідної інформації. Проте інтервали між верхньою та нижньою граничними оцінками можуть виявитись дуже широкими. І незважаючи на це, метод дуже корисний при оцінюванні стійкості геосистем до проектованих антропогенних впливів, коли емпіричних даних отримати немає можливості!

У багатьох випадках ефективні методи оцінювання стійкості заі моделлю «навантаження — опір» (Капур; Ламберсон, 1980), Щодо геосистем, то суть її така. Стан геосистеми визначається співвідношейням двох «узагальнених» факторів — навантаженням-, яке на-

197