исследование Сезонной динамики как направление современного ландшафтоведения
исследование Сезонной динамики как направление современного ландшафтоведения
Аннотация
В статье проанализированы теоретические вопросы соотношения понятий динамика ландшафта и сезонная динамика. Выделены основные направления изучения сезонной динамики ландшафтов в парадигме функционально-динамического подхода. Представлены связь динамики ландшафта с его устойчивостью, роль биоты в механизме саморегуляции как свойстве ландшафта. В поддержании устойчивости велика роль обратных отрицательных связей между природными компонентами. Определены направления в современных исследованиях сезонной динамики. Сделан вывод о необходимости разработки теории взаимодействия процессов, определяющих нормальное существование геосистем как целостных организмов и пределы их жизнеспособности в меняющихся условиях.
1. Введение
В настоящее время в географии под ландшафтом понимается пространственно-временная система, характеризующаяся открытостью и динамичностью, а его динамика – центральная и наиболее актуальная проблема .
В рамках функционально-динамического направления, выделяемого в ландшафтоведении в качестве основного, фундаментальным понятием является природный комплекс, который определяет однородность взаимосвязанных и взаимообусловленных природных компонентов и процессов. Проблема времени рассматривается с двух позиций: в изучении прошлого и современных явлений, что соответственно важно для моделирования в ретроспективе и прогнозного. Первому направлению соответствует историческая и эволюционная география, а второму – мониторинг. Исследование динамики ландшафтов связано с биогеоценологией, геохимией и геофизикой ландшафта и опирается на данные индикационного ландшафтоведения, фенологии, отраслевых дисциплин с применением физико-химического и математического анализа.
Динамика ландшафта – изменение его состояний в рамках одного инварианта , представляющего совокупность свойств, остающихся неименными в ходе динамических преобразований.
2. Основная часть
Динамический аспект изучения ландшафта (называемый также временной) подразумевает пространственное структурирование составляющих его частей и временную упорядоченность его состояний. Л.С. Берг определял сезонные изменения как изменения ландшафта, которые характеризуются обратимостью, другими словами, после подобных изменений ландшафт может возвращаться в свое прежнее состояние. Подробный анализ эволюции теоретических положений динамического направления в ландшафтоведении отражен в статье .
Динамика во времени характеризует ландшафтные изменения в рамках длительности и ритмичности проявлений. Выделяют следующие ее виды:
1. Динамика, связанная с функционированием – одномоментное отражение обмена веществом и энергией в ландшафте, начальная точка изменения ландшафта во времени. Подобные наблюдения в разное время позволяют составить представление о динамике ландшафта в целом;
2. Динамика, характеризующаяся цикличностью – циклические изменения в ландшафте в определенные временные отрезки (например, в течение сезона, суток).
Динамика по сезонам (в течение года) определяется разными факторами и имеет неодинаковую степень выраженности на разных широтах. Географические процессы в ландшафте характеризуются ритмичностью, которая охватывает все компоненты. Явления, характеризующиеся ритмичностью и повторяющиеся через одинаковые временные отрезки, определяют сезонную динамику природы.
Ритмичность ландшафта характеризуется совокупностью проявлений периодической и циклической динамики, повторяющих его состояние, похожее на начальное, через определенные промежутки времени. По словам С.В. Калесника, «изучать ландшафт вне ритма – это все равно, что ограничиться определением названия растения, не учитывая того, что оно живет и выглядит в разные моменты вегетационного периода по-разному» .
Циклический характер солнечной радиации напрямую влияет на ландшафтные процессы, что меняет их вертикальную структуру. Определяющим здесь является изменение температур, влияющее на биоту. Особенно это заметно в умеренном климатическом поясе, где четко выделяются контрастные временные фазы, называемые сезонами. Согласно Л.Н. Беручашвили, ландшафтные состояния могут быть средневременными, когда происходит их смена в определенной последовательности, связанной с сезонами, и формирующими фазы цикла в течение года .
Следует отметить связь динамики ландшафта с его устойчивостью, или подвижным равновесием, – сохранение структуры и особенностей функционирования под влиянием изменений окружающей среды. Если устойчивость ландшафта не нарушается, то нет и кардинальных изменений в результате обратимых смен состояний в динамике. Природная система способна находиться в состоянии устойчивости благодаря механизму саморегуляции. Важное место здесь занимает биота, играющая роль стабилизатора, поскольку является пластичной, способна к самовосстановлению и мобильна. В наибольшей мере стабилизирующую функцию выполняет та биота, которая характеризуется разнообразием и сложностью сообщества растений и животных. Сочетание устойчивости и изменчивости обусловливает «флуктуирующую динамику» , или «эндодинамические ритмы» ландшафтов , .
Сезонная динамика – один из главных показателей ландшафтов умеренного пояса. С.В. Калесник, А.Г. Исаченко, В.Б. Сочава, Ф.Н. Мильков считали, что характеристика ландшафта не будет комплексной без выявления его сезонных биоклиматических особенностей , , , . Сезонная ритмика функционирования геосистем подразумевает изменение состояний воды и воздуха, жизнедеятельности биоты, интенсивности и характера превращения вещества и миграции химических элементов вслед за изменением радиационного режима по временам года. Гидротермический режим, обусловливающий сезонные изменения природных комплексов, определяется как поступлением тепла и влаги, так и внутренними свойствами ландшафта, его способностью перераспределять и изменять поступающее извне вещество и энергию. Наибольшего разнообразия сезонные изменения достигают в биосфере, поскольку жизнедеятельность организмов определяется приспособлениями к сезонной динамике всех компонентов географической оболочки Земли. Связанные между собой прямыми и обратными связями природные компоненты поддерживают устойчивость ландшафта. Наибольшую роль в поддержании устойчивости играют обратные отрицательные связи, обеспечиваемые биотой, в которой появляются процессы, компенсирующие внешние возмущения.
Фенология доминантных и содоминантных видов растительной ассоциации определяет качественный и количественный набор сезонных и внутрисезонных состояний ландшафтов. Биометрические характеристики растительности, в свою очередь, обусловлены сезонной динамикой: проективное покрытие, объемное содержание фитомассы, архитектоника и др. .
Сезонная динамика исследуется при помощи таких методов, как фенологические наблюдения, проводимые по конкретной разработанной программе, и календари природы, составляемые на основе наблюдений. Важную роль играет сравнительный аспект, поскольку наблюдения одновременно проводятся в разных регионах. В настоящее время центр тяжести перемещается к анализу взаимоотношений и взаимосвязей между частными абиотическими и биотическими сезонными процессами в геосистемах разных рангов. Теоретические исследования сезонной динамики охватывают все направления феноиндикационной фенологии, фенологического моделирования, прогнозирования и методологии.
В публикациях ландшафтоведов XX века приводятся таксономическая система внутригодовых и многолетних состояний природных комплексов, классификации состояний ПТК, обоснование, характеристики и рекомендации по применению методов синхронного изучения различных состояний природных комплексов, методы картографирования их состояний (факторально-динамические ряды В.Б. Сочавы, типы стексов Н.Л. Беручашвили, фаз и подфаз развития И.И. Мамай) , , .
В современных исследованиях сезонной динамики ландшафтов можно выделить несколько направлений. В первую очередь необходимо отметить изучение пространственно-временных закономерностей сезонной ритмики природных комплексов разного ранга от континентального до регионального и топологического уровней. Условно для данного направления исследований можно выделить крупные площадные объекты изучения: природные зоны, территории горных стран и равнин. В последнее время в исследовании сезонной динамики центр тяжести перемещается к анализу взаимоотношений и взаимосвязей между частными абиотическими и биотическими сезонными процессами как элементами структуры геосистем разных рангов.
Рядом авторов подробно исследована фенология равнинных территорий России , , , . В работах приводятся результаты изучения средних многолетних сроков наступления явлений, скорости их изменений, их тенденции и тренды. В публикациях растет доля исследований индикационной роли растительности в выделении сезонных состояний ландшафта и реакции на климатические изменения. Многие авторы применяют в качестве феноиндикаторов изменений климата широко распространенные виды: береза бородавчатая (повислая) (Betula verrucosa Ehrh. (B. pendula Roth.)), черемуха обыкновенная (Padus avium Mill.), рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.), липа мелколистная (Tilia cordata Mill.). В международном проекте «Летопись природы Северной Евразии» авторами исследованы тренды и закономерности изменений в весенней и осенней динамике ряда видов растений северных территорий России , , .
Фенология горных территорий изучается в аспекте временной структуры ландшафтов высотных поясов (границы сезонов, высотные фенологические градиенты, комплексные фенологические показатели развития растительности, набор и соотношение групп временных состояний, сдвиги в сроках наступления явлений под влиянием изменения климатических условий) в Предкавказье и на Кавказе , , , ; в Предуралье и на Урале , , ; в Южной Сибири ; в Забайкалье .
Важным вектором развития служат расчет и картографирование динамики сроков наступления явлений и трендов , , основание биоклиматических показателей для территории Сибири и Урала . Перспективным направлением развития исследований сезонной динамики природы в современном ландшафтоведении служат моделирование и прогнозирование на основе расчета трендов наступления явлений по многолетним рядам данных.
В современных условиях интенсивного изменения природной среды необходимость изучения географических особенностей сезонной динамики городской среды особенно актуальна. Среди работ этого направления можно отметить исследования , , .
3. Заключение
В последние десятилетия изучение сезонной динамики ландшафта как важного аспекта его пространственно-временной организации опирается и характеризует его устойчивость и изменчивость. Фундаментальная задача, имеющая важное прикладное значение, состоит в создании теории взаимодействия процессов, которые определяют нормальное существование геосистем как целостных организмов, пределы их жизнеспособности в изменяющихся условиях. Вектор изучения сезонной ритмики ландшафта носит разноуровневый и интегральный характер, поскольку выявляются многообразные механизмы взаимодействия геосистем разного ранга, управления ходом природных реакций и процессов, моделирования состояний геосистем и прогнозирования их динамических состояний.