1. Ландшафтоведение – раздел физической географии, изучающий сложные природные и природно-антропогенные геосистемы – ландшафты как части географической оболочки Земли. Ландшафтоведение рассматривает происхождение, структуру, изменение, пространственную дифференциацию и интеграцию ландшафтов, а также их отдельные свойства, взаимосвязи элементов и морфологических частей, их изменения под влиянием природных и антропогенных факторов. В пределах ландшафтоведения сформировался ряд направлений: морфология ландшафта, геотопология, геохимия ландшафта, физика ландшафта, прикладное ландшафтоведение и др.

Объектом изучения ландшафтоведения является ланд­шафтная сфера Земли. Предмет изучения – природные террито­риальные (географические) комплексы.

Основная идея современной физической географии – это идея взаимной связи и взаимной обусловленности природных географических компонентов, составляющих наружные сферы нашей планеты. Под природными географическими компонен­тами мы понимаем: 1) массы твердой земной коры; 2) массы гидросферы (на суше это различные скопления поверхностных и подземных вод); 3) воздушные массы атмосферы; 4) биоту – со­общества организмов – растений, животных и микроорганизмов;

Ландшафтоведение опирается на ряд общих подходов и методов: системный, сравнительный и исторический подходы, дистанционные (в т.ч. космические)  и стационарные исследования, математические и картографические методы. Главный метод ландшафтоведения – ландшафтная съемка. Особое значение приобретает картографическое и математическое моделирование. К важнейшим задачам ландшафтоведения относятся разработка теоретических основ рационального природопользования, в т.ч. охраны природы.

2. Геоэкология - это междисциплинарное научное направление, изучающее экосферу как взаимосвязанную систему геосфер в процессе ее взаимодействия с обще­ством.

Геоэкология имеет дело не с Землей в целом, а лишь с относительно тонкой поверхностной оболочкой, где пересекаются геосферы (атмосфера, гидросфера, литосфера и биосфера) и где живет и действует человек. Из имеющихся нескольких названий этой комплексной оболочки тер­мин экосфера наиболее точно отражает ее суть и потому является наиболее подходящим, хотя пока не общепринятым.

Экосфера представляет собой всемирную область интеграции геосфер и общества. Она является объектом изучения геоэкологии.

Геоэкология появилась тогда, когда деятельность человека стала существенным фактором преобразования Земли. Она основывается на гло­бальном, общемировом подходе, но не меньшее значение имеют проблемы регионального и локального характера.

Системный характер проблем геоэкологии. Система - вещественно-энергетическая совокупность взаимосвязан­ных компонентов, объединенных прямыми и обратными связями в неко­торое единство. Геоэкологические проблемы носят, как правило, системный характер. Геоэкологические системы это, как правило, сложные саморегулируемые и самоорганизующиеся системы. Существуют системы закрытые, когда не происходит обмен веществом, энергией, информацией через их внешние границы, и системы открытые. Естественные природно-территориальные системы (ландшафты) - как правило, закрытые, с высокой степенью сбалансированности их компонентов. По мере усиления антропогенного воздействия их сбалансированность снижается, а степень открытости увеличивается.

Методы геоэкологических исследований. Научное исследование включает два уровня: эмпирический и теоретический. Эмпирическое знаниеохватывает этапы получения информации, ее обработки и простейших обобщений. Оно формируется при непосредственном контакте исследователя с объектом исследования в ходе наблюдений и экспериментов. Разграничение эмпирического и теоретического не имеет жесткого характера, так как при наблюдениях, экспериментах используются определенные теоретические представления.

Исходным этапом эмпирического уровня является сбор информации в результате целенаправленной познавательной деятельности. В настоящее время существует сложившаяся система наблюдений, в которую входят: методы непосредственных наблюдений, когда наблюдатель, исследователь находятся в прямом контакте с объектом наблюдения, исследования; методы опосредованные, при которых контакт с объектом наблюдения осуществляют специальные устройства – датчики, преобразующие температуру, давление, состав и свойства вещества и иные контролируемые величины в сигналы, удобные для передачи и регистрации; методы дистанционные (бесконтактные), с помощью которых информация о состоянии объекта наблюдения регистрируется на расстоянии от него.

Теоретические методы. Обобщение эмпирических фактов вплоть до формирования законов и теорий совершается на теоретическом уровне с использованием абстрагирования, анализа, синтеза, правил абстрактной логики, теории подобия и аналогии, а также различных общенаучных и конкретно-научных принципов и методов.

Научное абстрагирование. Объект, предмет, процессы и явления, изучаемые геоэкологией, настолько велики и сложны, что непосредственное исследование их часто невозможно. Выход из положения заключается в замене реальных объектов моделями или идеальными объектами.

Метод аналогии. Непосредственное изучение и описание каждого объекта географической среды требуют больших материальных затрат и времени. Методом, позволяющим существенно сократить время на познание, является получение знаний по аналогии. В этом случае геоэкологическому объекту или процессу подбирают аналог в другой системе, которая достаточно изучена, и знания о нем переносят на изучаемый геоэкологический объект.

Информационный анализ. Многие исследования строятся на основе представлений о передаче информации в географической среде. Процессы, происходящие в одних объектах, отображаются в других – в их составе и структуре, распределении вещества и энергии. Поэтому по характеристикам одних объектов мы можем судить о других.

Структурный анализ. В последние десятилетия существенную роль приобрел тип анализа, основой которого является изучение взаимодействия составных частей геосистем в целом. Иначе говоря, поиск факторов и причин тех или иных особенностей геосистем ведется не за их пределами, а связывается со структурой взаимодействия составных частей объекта.

Позиционный анализ. Инструментом геоэкологического анализа все чаще становится также позиционный подход. В его основе находится определение положения или позиции геоэкологического объекта относительно потоков вещества и энергии, энергетических полей, природных или антропогенных тел.

Эксперименты– методы геоэкологии, к числу которых относятся: натурные эксперименты, связанные с организацией направленных воздействий на природные или природно-антропогенные геосистемы и изучением их реакций; модельные эксперименты, которые осуществляют на аналогах определенных природных или природно-антропогенных геосистем в лаборатории или на компьютере. Экспериментами иногда называют и наблюдения в контролируемых условиях.

Моделирование. Модель – это упрощенное воспроизведение изучаемого объекта в виде физической конструкции, совокупности математических формул, карты, блок-диаграммы и др. По способу реализации модели, применяемые в геоэкологии, делятся на три класса: вербальный, графический и математический.

Мониторинг – система наблюдений, оценки и контроля за состоянием окружающей человека природной средой с целью разработки мероприятий по ее охране, рациональному использованию природных ресурсов и предупреждению о критических ситуациях, вредных или опасных для здоровья людей, за существованием живых организмов и их сообществ, природных объектов и комплексов, прогнозирования масштабов неизбежных изменений.

Картографический метод позволяет воспроизвести основные геоэкологические объекты и явления в естественной пространственной последовательности. В целом картографический метод исследования заключается в использовании карт с целью познания отраженных на них объектов и явлений: получения сведений (качественных и количественных характеристик), изучения взаимосвязей и взаимозависимостей, установления их динамики и эволюции, составления прогнозов.

Математические методы. В той или иной форме математические методы, имея в виду и количественные характеристики, применяются практически во всех естественных, точных и в ряде социальных наук.

Геохимический метод используется в геоэкологии для изучения особенностей круговорота, миграции, пространственного распространения химических элементов в географической среде. Он является одним из важнейших методов по определению уровня и возможностей загрязнения геосистем антропогенными воздействиями: промышленными и автомобильными выбросами, внесенными на поля минеральными удобрениями и т. п.

Геофизический метод предполагает изучение геосистем физическими методами. В центре внимания этого метода находится изучение энерго- и массообмена, связывающего геосистемы в единое целое.

Географические информационные системы (ГИС) – системы автоматизированного сбора, хранения, преобразования и предоставления географической информации, реализованные на ПЭВМ.

Геоэкологическое прогнозирование – это научно обоснованное суждение о будущем географической среды на основе оценок ее прошлого и настоящего состояний в целях принятия практических решений по ее рациональному использованию.

3. Ландша́фтная эколо́гия— отрасль науки, раздел экологии и географии, который изучает пространственное разнообразие и элементы ландшафта(например поля, живые изгороди, группы деревьев, реки или города) и то, как их расположение воздействует на распределение и поток энергии, и индивидуумов в окружающей среде (который, в свою очередь, может непосредственно повлиять на распределение элементов).

Ландшафтная экология обычно имеет дело с прикладными и целостными проблемами. Термин ландшафтная экология был предложен Карлом Троллом, немецким географом в 1939 году. Он разрабатывал эту терминологию и множество ранних понятий ландшафтной экологии как часть его ранней работы, изучающей взаимодействия между окружающей средой и растительностью.

Предмет и задачи ландшафтной экологии. Ландшафтная экология как наука интегрировала в себе совокупность ландшафтоведческой и экологического подходов к изучению природных систем, которые исторически складывались практически одновременно на разных флангах естественных дисциплин. Под естественными системами понимают некоторое множество компонентов природы, существующие связи между которыми обусловливают проявление таких их качеств и реализацию таких их качеств и реализацию таких функций, которые были бы невозможны без взаимодействия этих компонентов. Научные исследования и интерпретация природных систем проводятся по различным позициям, под разными углами зрения.Так, ландшафтоведение и исследует природные системы (ландшафты, природные территориальные комплексы, геосистемы на предмет их структуры, функционирования, систематики, районирование). Экология изучает природные системы (экосистемы) с биоцентрично позиций, особенностей взаимодействия живых организмов со средой их обитания. Биоэкология рассматривает природные системы (биоценозы,биогеоценозы) в ракурсе тех процессов, которые происходят в группировках и влияют на их развитие, регуляцию, распространение. Приведенные примеры свидетельствуют о наличии разносторонних научных подходов к изучению природных систем естественными науками. 

 В центре внимания ландшафтной  экологии проблемы взаимодействия  человека с природными системами, центральные проблемы ландшафтной экологии (устойчивость геосистем, прогнозирование динамического равновесия, нормирования антропогенных нагрузок и т.д.) имеют прикладное значение.  На I международном конгрессе  по ландшафтной экологии в Нидерландах (1981 г.) мнения ученых на предмет определения ландшафтной экологии разделились на три точки зрения:

1.как науки, исследует взаимодействия  в ландшафте (экология на уровне  ландшафта)

2.хоминистичнои науки, предметом которой являются ландшафтные территориальные целостные системы, а основным научным подходом к их изучению является синтез;

3.прикладной науки, применяет  научный потенциал для исследования  реального антропогенизованого ландшафта. Ландшафтная экология (геоэкология) по мнению Гродзинского (1993) является пограничной наукой между географией и экологией, которая использует их теоретические концепции и методы при исследовании территориальных природных систем локального и регионального уровней. 

4 Геосистема — это природно-географические единства всех возможных категорий, от планетарной геосистемы (географической оболочки или географической среды в целом) до элементарной геосистемы (физико-географической фации) (Сочава, 1978 г.). Геосистемы — материальные выражения целостности географической оболочки и отдельных ее участков.

Геокомплекс — понятие общее, касается ГК любого уровня (ранга). Иерархическая упорядоченность их проявляется в том, что ГК более высокого ранга помещают по принципу вложения ГК низших рангов. В.Б. Сочава выделяет три основных уровня ГК: планетарный, региональный, топологический (локальный). В ГК планетарного масштаба принадлежит географическая оболочка. Нижняя граница региональных ГК, которые входят в ее состав, представлено ландшафтом, что одновременно является крупнейшим топологическим выделением, а к элементарному ГК топологического уровня принадлежит фация. Геокомплексы разного уровня тесно взаимосвязаны между собой потоками круговоротом вещества и энергии. При этом внешней средой каждого ГК будет геокомплекс более высокого уровня.

Сложность ГК как природного объекта определяет и различные подходы к его изучению : генетический, типологический и функциональный. Генетический подход акцентирует внимание на происхождении ГК, который рассматривается в данном случае как особое, исторически обусловленное сочетание всех природных компонентов и ГК меньших рангов. При типологическом подходе подчеркивается однообразие ГК, присущее природе на определенном пространстве земной поверхности. На таких территориях компоненты и характер их взаимодействия считаются относительно постоянными. При функциональном подходе ГК рассматривается как способная к саморегуляции и самовосстановлению система взаимосвязанных компонентов и комплексов более низкого ранга, функционирующий под действием одного или нескольких компонентов, которые играют роль основного фактора.

Во всех рассмотренных выше определениях Геокомплекс есть общее : подчеркивается взаимосвязь, взаимодействие и взаимообусловленность компонентов Геокомплекс, которые пространственно сочетаются.

Согласно В.Б. Сочаве, ландшафт (макрогеохора), с одной стороны, венчает ряд ПТК топологического уровня, а с другой им начинается ряд единиц регионального уровня, а на стыке единиц регионального и планетарного уровня подобное ландшафту узловое положение занимает физико-географическая страна, или область, по терминологии В.Б. Сочавы.

Таким образом, в единой иерархической системе таксономических единиц намечаются три уровня организации - планетарный (глобальный), региональный и топологический (локальный),обусловленные разными закономерностями дифференциации географической оболочки на каждом из этих уровней. Это положение признается сейчас многими физико-географами. Наиболее резко против него выступал лишь Д.Л. Арманд, считая, что природа нераздельна, а поэтому таксономическая система не имеет площадок или основных единиц.

Закономерности физико-географической дифференциации на разных уровнях и ступенях выявлены еще далеко не достаточно, что приводит к параллельному созданию таксономических систем ПТК, отличающихся как по количеству ступеней, так и по их соподчиненности.

В зависимости от масштаба работ в центре внимания исследователя могут быть не только ландшафты и их морфологические единицы, но и более крупные природные территориальные комплексы: физико-географические районы, провинции, зоны (отрезки зон внутри равнинных стран, называемые часто зональными областями) илигорные области, физико-географические страны. Комплексы планетарного уровня вплоть до географической оболочки в целом вместе с аквальными комплексами также изучают физико-географы.

Разные уровни организации ПТК влияют и на специфику их исследования. Изучение ПТК топологического уровня (ландшафта и его морфологических единиц) базируется главным образом на первичной информации, собираемой непосредственно в поле, и ведется преимущественно индуктивным методом (от частного к общему). Планетарный уровень исследования строится в основном на использовании метода дедукции (от общего к частному) и вторичной(переработанной и обобщенной) информации о всей географической оболочке в целом и об отдельных компонентных оболочках. Комплексы этого уровня изучаются в камеральных условиях. При изучении ПТК регионального уровня исследование ведется путем сочетания дедуктивного (от более крупных единиц к более мелким, обособившимся в их пределах) и индуктивного (анализа внутренней структуры изучаемых ПТК) методов и основывается преимущественно на вторичной информации о различных компонентах природы и ПТК планетарного и топологического уровней. Исследование ПТК регионального уровня проводится преимущественно в камеральных условиях, доля полевых исследований при этом сокращается по мере возрастания ранга изучаемых комплексов. Основным методом их изучения является физико-географическое районирование.

5 . Процесс эволюции ландшафтной оболочки, который мы мыслим как смену одних инвариантов геосистем другими, на протяжении геологических периодов шел в определенном направлении в результате саморазвития геосистем и воздействия на них изменяющихся внешних условий. Сменяющие друг друга инварианты представляют собой этапы эволюционного процесса. Сами они на всем протяжении эволюции были представлены множествам переменных состояний, каждое из которых надо рассматривать как временное преобразование инварианта – основной категории, на определенном отрезке эволюции остающейся относительно неизменной.Динамика функционирования. 

В динамике функционирования ведущая роль принадлежит ритмической смене обратимых состояний геосистем, связанных с круговоротами вещества и энергии и с ритмами внешней среды (планетарными, солнечными).

Если говорить о функциональной динамике геосистем вообще, то пространственную и временную ее характеристики рассматривают как относительно равнозначные составляющие. Например, изменение химического состава, скорости или положения загрязненной массы воды в водотоке при его перемещении (изменении положения) в пространстве, или суточные и сезонные (временные) изменения в ландшафтах - все это динамика. Однако, учитывая, что ландшафтные геосистемы обладают жестким, относительно инертным литогенным каркасом, пространственные характеристики их функциональной динамики имеет смысл анализировать лишь для их мобильных компонентных структур: воздуха, воды и животного населения. Поэтому при изучении функциональной динамики ландшафтной геосистемы в целом, если она не испытывает аномальных внешних воздействий (антропогенных или природных), основной акцент обычно делается на изучении изменений ее состояний во времени.

Таким образом, функциональная динамика ландшафтных геосистем включает в себя: а) процессы обмена веществом и энергией с внешней средой (метаболизм геосистемы), которые можно рассматривать в качестве звеньев вещественно-энергетических круговоротов в охватывающих геосистемах; б) внутренние круговороты вещества и энергии в геосистеме; в) адаптивные обратимые функциональные изменения состояния геосистемы под влиянием ритмических и случайных изменений внешней среды в пределах определенного ее инварианта. (Инвариант - это совокупность возможных относительно обратимых состояний геосистемы, в пределах которой ее можно идентифицировать самой себе).

Функциональная динамика характеризуется и проявляется в форме ритмов и циклов. Ритмичность - это закономерное чередование явлений через определенный промежуток времени (период) или в пространстве (дыхание, биопродуцирование, чередование форм рельефа в пространстве). Цикл - это совокупность взаимосвязанных процессов и явлений, означающих завершенность процесса от его начала до конца - законченный круг развития чего-либо (суточный цикл, жизненный цикл или этап, цикл лекций, цикл биопродуцирования). То есть динамика функционирования - это в основном периодически повторяющиеся в определенной последовательности серии состояний геосистемы (суточных, сезонных, погодных и др.), Отличающихся спецификой структуры и функционирования. Бывают ритмы и с большей периодичностью - 11-летней, 30-летней, вековой и т.д. Различают ритмы кратковременные - в пределах суток (стексы), средневременные - в пределах года (погодные, сезонные, подсезонное состояния), долговременные. Ландшафтные ритмы с разными периодами накладываются друг на друга.Кратковременные происходят на фоне средневременных, а средневременные - на фоне долговременных. Кроме того, для функциональной динамики весьма характерны и непериодические, аритмичные обратимые изменения состояний, связанные, прежде всего, с изменениями погодных условий. Примерами функциональной динамики в геосистемах могут быть повторяющиеся ежегодно в умеренных широтах активный фотосинтез зеленых растений, цветение, вегетация, созревание семян; активные биогеохимические круговороты, связанные с накоплением элементов минерального питания в растениях, минерализацией отмерших остатков растений, поступлением элементов в почву, а из нее вновь в растения; активное функционирование овражно-балочных систем в теплые и влажные сезоны года и прекращение или резкое затухание процессов фотосинтеза и вегетации растений в холодные, морозные и сухие сезоны.

Таким образом, динамике функционирования природных геосистем, прежде всего, свойственны ритмика и цикличность, а также незначительные аритмичные колебания наиболее мобильных параметров, характеризующиеся обратимыми изменениями их состояний. Однако обратимость состояния геосистем относительна, так как в процессе функционирования и жизнедеятельности в них накапливаются необратимые изменения («нельзя дважды войти в одну и ту же реку»).

Динамика Развития геосистем проявляется в форме ландшафтных трендов (ландшафтный тренд -. это направленное изменение природной геосистемы, прослеживаемое на фоне колебательных ритмике Тренд- это общее направление, уклон, тенденция) и «жизненных» циклов, характеризующихся направленными необратимыми изменениями структуры и состояний геосистем от их зарождения до отмирания. Она определяется неполной замкнутостью круговоротов, генетической предопределенностью и типом геосистемы. Примерами динамики развития являются: а) зарождение оврага с промоины и развитие до балки с выработанным профилем и пологими заросшими склонами конкретной овражно-балочной системы; б) формирование озерной геосистемы с последующим заполнением озерной котловины рыхлыми наносами и органическими остатками растений, саморазвитием водной поверхности и отмирании озерной геосистемы, как таковой; в) эрозионные циклы и ступени рельефа, запечатленные в ярусности ландшафтной структуры территории и ее нивелировка за счет процессов денудации. Для динамики развития характерны следующие специфические этапы и соответствующие им состояния: зарождения, молодости, зрелости, старения и полного отмирания. По сути она определяется полным жизненным циклом геосистемы конкретного вида и типа. Динамика развития геосистем подчиняется определенным закономерностям, которые можно выявить с использованием методов ландшафтных аналогий и актуализма на местности, поэтому она относительно легко прогнозируется. Знание времени полного жизненного цикла ландшафтных геосистем (характерного времени), их отдельных элементов и этапов развития позволяет определить возраст геосистемы и прогнозировать опасные процессы, сопровождающие те или иные стадии развития. Природные тренды, определяющие динамику развития, могут быть обусловлены как постепенными направленными процессами внутреннего саморазвития геосистем, связанного с незамкнутостью внутренних круговоротов в относительно устойчивых условиях внешней среды, так и медленными направленными изменениями факторов внешней среды.

Таким образом, изменение ландшафта – это приобретение им новых или утрата прежних свойств в результате внеш- него воздействия (природного, антропогенного) или под влиянием процесса саморазвития. Источником изменений, внутренним импульсом к развитию является противоречие, столкновение раз- личных сил и тенденций. Диалектический материализм рассматривает движение как самодвижение, источник которого находится внутри самой движущейся мате- рии. Таким источником является, как известно, борьба двух взаимоисключающих начал, заложенных в каж- дом явлении и неразрывно связанных друг с другом. «Никакой компонент сам по себе не может быть дви- жущей силой развития. Такой силой всегда является противоречие, а в сложном объекте – система противо- речий, причем в системе противоречий всегда есть главное противоречие» [27. С. 96]. В процессе измене- ния географических объектов такими противоречивы- ми силами являются поднятия и опускания земной ко- ры, экзогенные и эндогенные процессы, снос и отло- жение, поглощение и отдача тепла, испарение и кон- денсация, взаимодействие почвы и растений, организ- мов и среды и т.д. Обеспечение постоянства на основе изменчивости, постоянства через непостоянство – такова диалектиче- ская формула жизни. Попеременное чередование пре- восходства одного из взаимоисключающих начал в их непрерывной борьбе сохраняет равновесие противопо- ложностей – равновесие в движении, или движущееся равновесие [28. С. 14]. А это есть не что иное, как ритм. Практически любое воздействие на ландшафт, вследствие тесной взаимосвязи его компонентов, со- провождается целой цепью изменений. Характер изме- нений зависит от многих факторов – от типа воздейст- вия, его продолжительности и режима, от характера зависимостей свойств внутри ландшафта. Изменения ландшафта классифицируют чаще всего по источнику (эндогенные и экзогенные), интенсивности (слабые, сильные), направленности (регрессивные, прогрессив- ные, обратимые и необратимые), охвату (изменение ландшафта в целом или его отдельных элементов), ско- рости (постепенные, резкие).

Функционирование ландшафта слагается из множества элемен­тарных процессов, имеющих физико-механическую, химическую или биологическую природу.

Влагооборот - важная составная часть механизма взаимодейст­вия между компонентами геосистем и между самими геосистемами, его можно определить как одно из главных функциональных звеньев ландшафта. Другим звеном является минеральный обмен, или геохи­мический круговорот. В совокупности влагооборот и минеральный обмен (вместе с газообменом) охватывают все вещественные потоки в геосистеме. Но перемещение, обмен и преобразование вещества сопровождаются поглощением, трансформацией и высвобождением энергии - массообмен тесно связан с энергообменом, который также следует рассматривать как особое функциональное звено ландшафта.