A STUDY OF SEASONAL DYNAMICS AS A DIRECTION OF MODERN LANDSCAPE SCIENCE
A STUDY OF SEASONAL DYNAMICS AS A DIRECTION OF MODERN LANDSCAPE SCIENCE
Abstract
The article analyses theoretical issues of correlation between the concepts of landscape and seasonal dynamics. The main directions of studying the seasonal dynamics of landscapes in the paradigm of the functional and dynamic approach are highlighted. The work presents the relationship between landscape dynamics and its sustainability, the role of biota in the mechanism of self-regulation as a feature of the landscape. The role of negative feedbacks between natural components in maintaining sustainability is significant. The directions in modern studies of seasonal dynamics are defined. It is concluded that it is necessary to develop a theory of interaction of processes that determine the normal existence of geosystems as holistic organisms and the limits of their viability in changing conditions.
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.