Тема 5. Ландшафтоведение
Ландшафтоведение как наука
Ландшафтоведение– раздел физической географии, предметом которого является изучение геосистем регионального и локального уровня как структурных частей географической оболочки.
Задачи ландшафтоведения- изучение закономерностей дифференциации региональных и локальных геосистем, их интеграции, развития и размещения, различных свойств, структуры, функционирования, а также их динамики и эволюции под воздействием природных и антропогенных факторов.
Ландшафтная оболочка– это приземный слой географической оболочки, зона непосредственного контакта и взаимодействия литосферы, гидросферы, атмосферы, биосферы, характеризуется наивысшим сгущением жизни на Земле, сфера зарождения, развития земной цивилизации.
Определение ландшафта
генетически однородный природно-территориальный комплекс, имеющий одинаковый геологический фундамент, один тип рельефа, одинаковый климат и состоящий из свойственных только данному ландшафту набору динамически сопряженных, закономерно повторяющихся в пространстве зональных и азональных геосистем.
Геосистема
Геосистема– фундаментальная структурная единица географического ландшафта, исторически сложившаяся совокупность взаимосвязанных природных компонентов, характеризующаяся пространственной и временной организованностью, относительной устойчивостью, способностью функционировать как единое целое, продуцируя новое вещество.
Природные компоненты ландшафта
Природные компоненты- это основные составные части природной геосистемы, взаимосвязанные между собой процессами обмена веществом, энергией и информацией:
литогенная основа,
природные воды,
воздушные массы,
биота,
почва как производный компонент ландшафта.
особые географические компоненты - рельеф и климат.
Литогенная основа
Это приповерхностная часть земной коры, находящаяся в пределах зоны выветривания. Включает геологическое строение поверхностной части земной коры и рельеф.
Вещественный составопределяется составом горных пород – оказывает влияние на минеральное питание растений, состав твердой фазы воздушных масс.
Информационные свойства- неоднородность горных пород, тектонических структур, а также расчлененность рельефа влияют на дифференцирование геосистем и пространства. В одном и том же климатическом поясе, но разных горных породах будут развиваться разные типы ландшафтов.
Примером влияния литогенной основы на ландшафт - правило предварения (В. В. Алехин):
на равнинах плакорные местообитания характеризуются растительностью и почвами данной природной зоны, в то же время местообитаниям склонов северной экспозиции свойственна растительность и почвы более северной зоны, а местообитаниям склонов южной экспозиции – растительность и почвы более южной зоны.
Воздушные массы
Являются главными трансляторами солнечной энергии, осуществляют принос тепла или холода.
Фактор, объединяющий ландшафтную оболочку в единое целое и определяющий распределение тепла и влаги.
Природные воды
Представлены почвенными, поверхностными и грунтовыми водами во всех фазовых состояниях.
Пронизывают все компоненты, объединяют все ландшафты, и обеспечивают континуальность ландшафтной оболочки.
Одной из характеристик обеспечения ландшафта влагой является характер увлажнения территории. В условиях различного водного режима в одной природной зоне формируются разные типы почв, растительности и т.п.
Биота
Вся совокупность растительности и животного мира.
Биомасса– количество живого вещества (сырого или сухого) в единицах веса на единицу площади (т/га, ц/га, т/кв.км).
Биологическая продуктивность– количество живого вещества, производимого биотой за единицу времени на единицу площади.
Бонитет– показатель или характеристика ценных для хозяйства объектов или угодий, обозначающие их экономическую значимость, обычно в относительных величинах, что позволяет сравнивать объекты или части угодий.
Почва
По обеспеченности почв минеральным питанием, выделяются следующие местообитания или трофотопы:
олиготрофные– почвы, бедные питательными элементами, главным образомCa: песчаные равнины, дерново-подзолистые песчаные почвы;
мезотрофные– несколько большее плодородие – моренные равнины, перекрытые покровными суглинками,
эвтрофные– богатые питательными элементами – характеризуются развитием лессовидных карбонатных суглинков.
мегатрофные– очень богатые питательными элементами – дерново-карбонатные почвы, пойменные местообитания.
Связи природных компонентов
Каждый природный компонент обладает своими неповторимыми свойствами и различают:
Вещественные свойства (минералогический состав, гумусированность, газовый состав, и т.п.),
Энергетические свойства (температура, энергия, запасы питательных веществ)
Информационные свойства(структурная - характеризует устройство объекта, его организацию - и трансляционная - передаваемая от одного объекта к другому, например, смена сезонов).
Прямые и обратные связи
Связи между частями геосистемы могут быть односторонними и двусторонними, прямыми и обратными.
Прямая связь– воздействие одного природного компонента на другой или воздействие внешних факторов на систему в целом.
Обратная связь– реакция природных компонентов или природной геосистемы в целом на прямую связь. Обратные связи бывают положительные и отрицательные.
При положительной обратной связиприродные компоненты или природная геосистема в целом под влиянием прямого воздействия воспринимают это воздействие и реагируют на него согласно с ним.
При положительной обратной связи процесс, вызванный действием того или иного фактора, сам себя усиливает.
Такое воздействие может вызвать цепную реакцию изменений.
Например, опустынивание Сахели, вызванное засухой в 1970-1980-е годы, образование лавин, зарастание водоема.
При отрицательной обратной связиначавшийся процесс сам себя гасит, природные компоненты и природная геосистема в целом в ответ на прямое воздействие стремится защитить себя от этого воздействия (принцип Ле-Шателье-Брауна).
С отрицательными обратными связями связана способность геосистем к саморегулированию и способствует устойчивости геосистемы.
Особенно полезны развитые обратные связи при сильном антропогенном воздействии.
Структура ландшафта
Структура геосистемы(ландшафта) – пространственно-временная организация или взаимное расположение частей и способы их соединения, а также упорядоченность смены ее состояний во времени.
Различают две системы внутренних связей в геосистеме: вертикальную и горизонтальную.
Вертикальная структура ландшафта
Примеры вертикальных системообразующих потоков:
выпадение атмосферных осадков,
их фильтрация в почву и грунтовые воды,
поднятие водных растворов по капиллярам почвы и материнской породы,
испарение, транспирация,
опадение органических остатков,
всасывание почвенных растворов корневой системой растений.
Горизонтальная структура ландшафта
Горизонтальная, или морфологическая, структура ландшафта выражается во взаимном расположении подчиненных локальных геосистем и способах их соединения, или в их сопряженности, которая обеспечивается не только стоком, но и склоновым перемещением материала, местной циркуляции воздуха, ветровым переносом пыли и солей, миграцией организмов.
Уровни организации геосистем
Природные геосистемы, подобно многим объектам в природе, подчиняется закону иерархической организации.
Все геосистемы состоят из нескольких элементов, каждая из которых входит в качестве структурного элемента в более крупные.
Уровни организации геосистем
Планетарный уровеньпредставлен географической оболочкой. Географическая оболочка – среда деятельности человека, охватывает нижние слои атмосферы, верхние толщи литосферы, почти всю гидросферу и всю биосферу. Между ними происходит непрерывный обмен веществом и энергией.
Геосистемы регионального уровня- крупные и достаточно сложные по строению структурные подразделения географической оболочки – физико-географические, или ландшафтные, зоны, сектора, страны, провинции и др.
Геосистемы локального уровня - относительно простые ПТК, из которых построены региональные геосистемы – урочища, фации и др.
Катена
Ландшафтная катена (Милн) – векторная парагенетическая геосистема, представляющая собой ряд пространственно сменяющих друг друга природных геосистем, объединенных однонаправленным потоком вещества и энергии от водораздела до местного базиса эрозии (денудации).
Главным интегрирующим фактором является поверхностный, внутрипочвенный и грунтовый жидкий, твердый и ионный сток.
Пример катены – ландшафты горных склонов от вершины до подножья
Ландшафтно-географические поля
это сфера вещественного, энергетического и информационного влияния одних геосистем на другие, смежные с ними.
Влияния могут быть:
геофизические (осадки стекают с Гималаев, южное побережье Крыма),
геохимические (вносим удобрение, а они сбрасываются на нижележащие участки),
биогенные (птицы живут в колках, а питаются на полях).
Экотоны
Ландшафтные экотоны(Ф. Клементс) – природно-антропогенная геосистема, переходная полоса между смежными природными геосистемами, характеризующаяся повышенной интенсивностью латерального обмена веществом и энергией.
Могут быть разной размерности – локальной (опушка леса), региональной (лесостепь или побережье моря) и планетарной (приморские океанические равнины).
Чем более контрастны по своей природе смежные геосистемы, тем ярче выражен между ними экотон.
Экотонам свойственна повышенная биопродуктивность.
Пространственная дифференциация ландшафтов
Пространственная дифференциация ландшафтов обусловлена соотношением двух главнейших энергетических факторов – лучистой энергии Солнца (климатические условия) и внутренней энергии Земли (геолого-геоморфологические условия).
Оба фактора проявляются неравномерно как в пространстве, так и во времени.
Их специфические проявления определяют две наиболее общие географические закономерности – зональность и азональность.
Природная зональность
Широтная (географическая, ландшафтная) зональность - закономерное изменение физико-географических процессов, компонентов и комплексов от экватора к полюсам .
Причина зональности – неравномерное распределение коротковолновой радиации Солнца по широте вследствие шарообразности Земли и изменения угла падения солнечных лучей на земную поверхность.
Влияние на зональность оказывает также:
наклон земной оси к плоскости эклиптики (сезонное распределение солнечной энергии),
суточное вращение Земли (отклонение движущихся тел),
неоднородность поверхности Земли (нарушение математически регулярного распределения потока солнечной энергии).
Ландшафтная зона– крупная часть географического пояса, характеризующаяся господством в плакорных условиях какого-либо одного типа ландшафта (степного, лесостепного, таежного, пустынного).
Природная ландшафтная зона состоит из:
зональных ландшафтов,
интразональных ландшафтов (как правило связаны с большим увлажнением)
массой эдафотопов (характеризуются спецификой грунтов).
Ландшафтные зоны: тундра
Ландшафтные зоны тайга
Ландшафтные зоны: леса
Ландшафтные зоны: лесостепь
Ландшафтные зоны: степь
Ландшафтные зоны: полупустыня
Ландшафтные зоны: пустыня
Азональные факторы
В основе азональных закономерностейлежит проявление внутренней энергии Земли.
Самое главное выражение азональности:
наличие океанов и материков,
наличие «материкового» северного полушария, где зоны суши выражены полнее и типичнее, чем в южном.
возрастание континентальности климата
Часто к азональным факторам относят горные породы.
Важный фактор дифференциации - высота суши над уровнем моря.
Под действием этого фактора ландшафтная сфера приобретает ярусное строение: различным высотным ярусам присущи специфические классы ландшафтов.
До определенного предела возрастание высоты не вызывает в ландшафтах типичных признаков своей зоны. Выше этого предела в них появляются черты, свойственные соседней, более северной зоне, и по мере дальнейшего нарастания высот происходит смена ландшафтных поясов, до некоторой степени аналогичная последовательности расположения широтных ландшафтных зон.
Эта закономерность получила название высотной поясности.
Ее причиной является изменение теплового баланса с высотой.
Природная секторность
На материках формируется природная или ландшафтная секторность, обусловленная взаимодействием океанов и материков, приносом тепла и влаги.
От соотношения океанических и континентальных воздушных масс зависит степень континентальности климата, количество выпадающих осадков.
Это позволяет разделить материки на ландшафтные сектора – крупные региональные единицы, обычно простирающиеся в направлении, близком к меридиональному, и сменяющие один другого по долготе.
Экспозиционная ландшафтная асимметрия
Наряду с абсолютной высотой важнейшим фактором ландшафтной дифференциации гор служит экспозиция склонов, связанная с общим простиранием горного массива.
Различаются два типа экспозиции:
солярная, или инсоляционная, - ориентировка склонов по отношению к странам света (и, соответственно, к солнечному освещению)
ветровая, или циркуляционная– ориентировка склонов по отношению к воздушным потокам.
Динамика природных ритмов
Ритмикаприродной геосистемы– повторяемость в определенной последовательности различных ее состояний, отличающихся спецификой структуры и функционирования.
Выделяют:
кратковременные ритмы (в пределах суток)
средневременные (в пределах года)
длительновременные (многолетние, вековые, многовековые).
Динамика природных трендов
Многие ландшафты одновременно с колебательными движениями испытывают кратковременные необратимые изменения.
Ландшафтный тренд– современные направленные изменения природной геосистемы (заболачивание, опустынивание) происходящие на фоне колебательной динамики.
Тренд – это реакция системы на изменения внешней среды (климатические, неотектонические, гидрологические) или следствие спонтанного развития геосистемы.
Тренды преобразуют и качественно изменяют природную геосистему.
Динамика природной катастрофы
Происходит в сравнительно сжатые отрезки времени
Влечет за собой разрушение или полное уничтожение биоты и почвенного покрова, некоторые изменения (или появления новой) литогенной основы.
К природным катастрофам относятся:
землетрясения,
извержения вулканов,
лавины, сели, обвалы,
ураганы,
наводнения,
лесные пожары и т. п.
Сукцессионная динамика
Ландшафтная сукцессия– стадийные изменения природной геосистемы, возникающие вследствие природных или антропогенных нарушений и направленные на ее восстановление, приведение ее в относительно устойчивое (климаксовое) состояние.
Последовательная смена во времени одних биоценозов другими на определенном участке земной поверхности, которые со все большей степенью точности обеспечивают замыкание биохимического круговорота веществ.
Первичные сукцессии, начинающиеся на субстратах, не занятых прежде организмами (скальные породы, вновь отложенные аллювии, водоемы), в процессе которых формируются не только фитоценозы, но и почвы.
Вторичные сукцессии, происходящие на месте сформировавшихся биоценозов после их нарушения (в результате эрозии, извержения вулкана, пожара, вырубки леса и пр.)
Стадии сукцессионной динамики ландшафта:
образование новой литогенной основы(лавовые потоки, обмеление водоемов и др.)
этап становления геосистемы– пространства начинают заселяться биотой (растительность пионерного характера – растения, способные заселять обнаженные территории и давать много семян).
этап зрелости геосистемы-этап климакса. Система пришла в относительное равновесие с окружающей средой. Пионерная растительность вытесняется и формируется климаксовый фитоценоз. В стадии климакса уже полностью сформировались почвы.
Стадия отмирания.
Антропогенная динамика
Обусловлена хозяйственной нагрузкой на геосистему:
ускоренной эрозией и дефляцией почв,
вторичным засолением почв на орошаемых участках в аридных условиях,
дигрессией пастбищ,
вырубкой лесов,
заболачиванием подтопленных побережий водохранилищ,
опустыниванием,
загрязнением (евтрофикацией) среды.
Как правило, антропогенная динамика ведет к разрушению геосистем.
Проблема устойчивости
Под устойчивостью системыподразумевается ее способность сохранять структуру и функционирование при возмущающем воздействии внешних факторов или возвращаться в прежнее состояние после нарушения.
Устойчивость структуры ландшафта относительна:
1) к одним нагрузкам геосистема может быть устойчива, к другим нет;
2) разные геосистемы обладают разным потенциалом устойчивости к одним и тем же воздействиям.
Устойчивость ландшафтов
Инерционная устойчивость- отсутствие реакции на нагрузки до каких-то пороговых значений – того предела, за которым начинаются процесс проявления обратных связей. Такой устойчивостью обладают ландшафты, расположенные в срединных частях природных зон.
Резистентнаяустойчивость – связана со способностью геосистемы к обратным связям, восстановительным сукцессиям. Свойственна геосистемам с мощным растительным покровом.
Адаптивная устойчивость– определяется широтой диапазона между максимальными и минимальными значениями факторов, в пределах которых геосистема способна сохранять свою структуру и функционирование (Закон толерантности В. Шелфорда). Наибольшей адаптивной устойчивостью обладают экотоны.
Классификация антропогенных ландшафтов
Отличительные черты антропогенных ландшафтов:
все природные процессы, физико-географические явления и циклы протекают быстрее, чем в естественной природе;
характерна аритмичность процессов;
упрощенность всех экосистем;
нарушение химического равновесия ландшафтов (использование химических удобрений, скопление вредных химических элементов в промышленных районах);
концентрация рассеянной тепловой энергии (города).
Условно-коренные ландшафты– соответствуют природным зонам, сохранились лишь в труднодоступных районах:
арктические и ледяные пустыни,
высокогорья,
непригодные для с/х земли в зоне гилей, тайги,
заболоченные участки и т.д.
Природно-антропогенные ландшафты:
а) вторично-производные – ландшафты, возникшие в результате хозяйственной деятельности, но за последние десятки лет развивающиеся без вмешательства человека с помощью самоорганизации: мелколиственные леса тайги, саванны (отклонившиеся устойчивые сукцессии). В них ведется хозяйственная деятельность, но со слабой интенсивностью.
б) собственно антропогенные ландшафты – сельскохозяйственные модификации (полевые орошаемые и неорошаемые, пастбища окультуренные и дегрессионные, садово-плантационные ландшафты), лесохозяйственного использования, рекреационные модификации ландшафтов. Во всех этих типах более 50% территории подвержены антропогенному изменению.
в) техногенные комплексы – водохозяйственные (водохранилища), промышленные, селитебные, области с высокой радиоактивной загрязненностью.