Функционирование ландшафтов.

Функционирование ландшафта – устойчивая последовательность постоянно действующих процессов обмена и преобразования вещества, энергии и информации, обеспечивающая сохранение состояния ландшафта в течение значительного промежутка времени.

В процессе функционирования геосистемы создается динамическое равновесие основных ее параметров.Функционирование носит цикличный, и поэтому обратимый характер.

Три главных процесса функционирования ландшафта:

1. Влагооборот.

Посредством потоков влаги происходит основной минеральный обмен между блоками ландшафта, а также осуществляются внешние вещественные связи геосистемы. Перемещение влаги сопровождается формированием растворов, коллоидов и взвесей, транспортировкой и аккумуляцией химических элементов; подавляющее большинство

геохимических реакций происходит в водной среде.

Ежегодный запас влаги составляют атмосферные осадки, вода, поступающая в

почву за счет конденсации водяного пара. Часть осадков перехватывается поверхностью растительного покрова и, испаряясь с нее, возвращается в атмосферу; в лесу некоторое количество стекает по стволам деревьев и попадает в почву. Влага, непосредственно выпадающая на поверхность почвы, частично уходит за пределы ландшафта с поверхностным стоком и затрачивается на физическое испарение, остальное количество фильтруется в почвогрунты. Небольшая доля воды расходуется на абиотические процессы в почве, участвует в гидратации и дегидратации, часть почвенно-грунтовой влаги выпадает из внутреннего оборота(подземный сток); при иссушении почвы влага поднимается по капиллярам и может пополнить поток испарения. В большинстве ландшафтов почвенные запасы влаги в основном всасываются корнями растений и вовлекаются в продукционный процесс.

 

2. Биогенный круговорот веществ.

В основе его лежит продукционный процесс(образование органического вещества первичными продуцентами. Около половины создаваемого при фотосинтезе органического вещества окисляется до С02 при дыхании и возвращается в атмосферу. Оставшаяся фитомасса –первичная продукция, частично поступает в трофическую цепочку - потребляется растительноядными животными и далее плотоядными животными, а частично отмирает.

Органическая масса после отмирания разрушается животными - сапрофагами, бактериями, грибами, актиномицетами.Мертвые органические остатки минерализуются микроорганизмами.

Конечные продукты минерализации возвращаются в атмосферу (С02 идругие летучие соединения) и в почву (зольные элементы и азот). Процессы созидания и разрушения биомассы не всегда сбалансированы -часть ее (в среднем менее 1%) может выпадать из круговорота на болееили менее длительное время и аккумулироваться в почве (в виде гумуса) и в осадочных породах.

Важнейшие показатели биогенного звена функционирования – запасы фитомассы и величина годовой первичной продукции, а также количество опада и аккумулируемого мертвого органического вещества.Продуктивность биоты определяется как географическими факторами,так и биологическими особенностями различных видов.

 

3.Абиотическая миграция веществ.

Абиотические потоки вещества в ландшафте в значительной мере подчинены воздействию силы тяжести и в основном осуществляют внешние связи ландшафта. В отличие от биологического метаболизма абиотическая миграция не имеет характера круговоротов, поскольку гравитационные потоки однонаправлены, т.е. необратимы. Ландшафтно-географическая сущность абиотической миграции вещества состоит в том, что с нею осуществляется латеральный перенос материала между ландшафтами и между их морфологическими частями и безвозвратный вынос вещества в Мировой океан.

Вещество литосферы мигрирует в ландшафте в двух основных формах: 1) в виде геохимически пассивных твердых продуктов денудации – обломочного материала, перемещаемого под действием силы тяжести вдоль склонов, механических примесей в воде (влекомые и взвешенные наносы) и воздухе (пыль); 2) в виде водорастворимых веществ, т.е. ионов, подверженных перемещению с водными потоками и участвующих в геохимических и биохимических реакциях.

Динамика ландшафтов.

Любая геосистема подвержена постоянным изменениям, которые протекают во времени. Изменения эти носят разнообразный характер. Есть изменения направленные, которые приводят к перестройке структуры геосистемы, есть изменения, которые повторяются с различной скоростью – изо дня в день, из года в год. Нужно иметь в виду, что изменения происходят в определенном временном интервале.

Таким образом, в ландшафте происходят функциональные, пространственные и структурные изменения, которые называются его динамикой.

Динамика ландшафта – функциональные, пространственные и структурные изменения, происходящие в природно-территориальном комплексе.

Хорологическая динамика. Это динамика ареала, пространственное изменение границ ландшафтных комплексов. Примером хорологической динамики служит смещение природных зон. Например, непрерывные пространственные изменения претерпевает береговая линия морей, озер и рек; продвигается вперед или отступает кромка ледников; движется вверх к водоразделу незакрепленный овраг; постепенно продвигается на пойму реки овражно-балочный конус выноса; в русле реки смещаются вверх тесно связанные между собой перекаты и плесы.

Структурная динамика это изменение морфологического строения ландшафтного комплекса и взаимосвязей между слагающими его структурными частями.

 

 

Например, только что образованное озеро в горах или пруд в балке на равнине. Через несколько лет в водоемах появятся отмели и тростниково-камышовые заросли - новые структурные единицы в ранге фаций и урочищ.

В сложном балочном урочище вследствие активизации эрозионных и карстовых процессов образовались короткие боковые овраги и небольшие карстовые воронки. В данном случае балка как тип урочища сохранилась, но изменилась ее морфологическая структура за счет появления новых фаций - боковых оврагов и провальных воронок.

Перестройка в структуре часто бывает настолько значительной, что изменения в ландшафте выходит за рамки внутритиповых и один тип ландшафтного комплекса переходит я другой. Подобные межтиповые изменения можно проследить на примере западинных урочищ Окско-Донской низменной равнины. В годы, совпадающие с влажным климатическим циклом, когда повышается уровень грунтовых вод, в степных западинах Окско-Донской равнины часты неглубокие озера с характерной водной растительностью и обилием гнездящейся водоплавающей птицы. В более сухие периоды уровень грунтовых вод понижается, озера превращаются в кочкарные низинные болота.

Временная динамика объединяет в себе изменения в ландшафте связанные со временем, длительностью и характером ритмичности динамических проявлений. Различают три ее разновидности.

1. Динамика функционирования - моментальный (время наблюдения) срез процессов обмена веществом и энергией в ландшафтном комплексе. Это своего рода элементарная точка отсчета временной динамики ландшафта. Из сопоставления таких срезов времени в различные часы и дни наблюдений складываются наши общие представления о динамике ландшафта. Динамика функционирования ландшафта служит непосредственным объектом изучения физико-географических и биогеоценологических стационаров, метеорологических станций, а также высших учебных заведений.

2. Циклическая динамика - изменения в ландшафтном комплексе по замкнутому кругу в более или менее строго очерченные отрезки времени. Широко известные проявления циклический динамики - суточные, лунно-суточные и сезонные изменения в ландшафте.

а) Суточная динамика. Смена дня и ночи влечет за собой изменения в температуре, влажности и движении воздуха на протяжении суток. В наших широтах внутрисуточная смена погоды наглядно прослеживается летом в антициклональных условиях: солнечное и тихое утро - кучевые облака в полдень - грозы с порывами ветра во второй половине дня. Аналогичная картина, только другого масштаба и интенсивности, и притом круглый год, наблюдается в некоторых влажных тропических странах.

б) Лунно-суточная динамика - приливо-отливные изменения в ландшафте, вызванные суммарным притяжением Луны и Солнца. Так как сила притяжения Луны в 2,17 раза превосходит силу солнечного притяжения, продолжительность приливо-отливного цикла соответствует лунным суткам (24 ч 60 мин). Приливы в морях бывают полусуточными, суточными и смешанными. Наибольшей величины (до 15 - 18 м) они достигают у изрезанных побережий окраинных морей и океанских заливов. Приливная волна наблюдается также в устьях некоторых крупных рек. На р. Амазонке поророко - приливная волна высотой до 5м - с большой скоростью несется на 300 км вверх по реке.

в) Сезонная (годичная) динамика. Степень выраженности и факторы, ее обусловливающие, неодинаковы на разных широтах. Контрастны и хорошо выражены все четыре сезона года в умеренном поясе, на севере субтропиков и на юге полярного пояса. Определяющим ее фактором здесь служит изменение термических условий. В зоне тропических саванн ведущим фактором сезонной динамики становится изменение условий увлажнения. Для годичной динамики ландшафтов саванн характерно наличие двух резко контрастных сезонов - сухого и влажного. В зоне влажных тропических лесов температура воздуха и количество осадков мало меняются на протяжении года и выделение сезонов здесь теряет свой смысл.

Одним из важнейших методов изучения сезонной динамики ландшафтов служат фенологические наблюдения я составляемые на их основе календари природы. Фенологические наблюдения по четко продуманной программе - один из наиболее доступных методов изучения динамики ландшафтов.

3. Периодическая динамика - изменения ландшафта с повторением его состояний, напоминающим исходное, в сроки различной продолжительности. Наглядный пример периодической динамики - повторение тяжелых засух в лесостепных и степных районах или суровых малоснежных зим, вызывающих настолько серьезные нарушения в растительности и животном мире, что они сказываются на протяжении целого ряда последующих лет.

Распространенным видом проявления периодической динамики служат землетрясения и вулканические извержения, трансгрессии и регрессии морей, смена ледниковых эпох межледниковыми в четвертичный период. Все эти примеры характеризуют периодичность длительной во времени направленной динамики ландшафтных комплексов.

а) Флуктуирующая динамика - незначительные; колебательного характера изменения ландшафтного комплекса; синонимом флуктуирующей динамики мог бы служить термин пульсирующая динамика.

Проявления флуктуирующей динамики очень разнообразны. Прекрасный пример ее изменения из года в год - травостой злаковых степей. Постоянными в нем остаются многолетние дерновинные злаки - компоненты степного травостоя: ковыль, типчак, тонконог. Они не образуют сплошного задернения и междерновииные участки, голые в сухое лето, во влажные годы захватываются однолетниками - ингредиентами степного травостоя, придающими южной степи не свойственный ей красочный вид. В более северных разнотравно-луговых степях флуктуация выражается в том, что к постоянным ежегодным аспектам присоединяются аспекты эпизодические, наблюдающийся или во влажные, или в сухие годы. Такие эпизодические аспекты в степях Центрально-Черноземного заповедника образуют валериана русская, первоцвет весенний, ракитник русский, шалфей поникший, василек шероховатый и др.

Не менее отчетливо прослеживается флуктуирующая динамика на пойменных лугах. Ежегодный состав и урожайность пойменных лугов зависят от интенсивности аллювиального процесса - высоты и длительности половодья.

Направленная динамика, или развития, предполагает устойчивые, односторонне направленные изменения ландшафта с неоднократной сменой его состояний и трансформацией структур.

Развитие это необратимое, направленное, закономерное изменение материальных и идеальных объектов.

Любое развитие протекает не прямолинейно. По своей направленности развитие принято делить на прогрессивное и регрессивное. Первое из них предполагает движение от низшего к высшему, от простого к более сложному, второе - от высшего к низшему, от сложного к более простому. Регресс не означает простого возврата к старому. Как и все остальные тенденции или стадии развития, регресс представляет собой процесс качественного обновления систем, но с той специфической особенностью, что уровень организации новообразований менее высок, чем у исходных форм.

Прогрессивное развитие ландшафтного комплекса характеризуется нарастанием его биологической продуктивности с одновременным усложнением структуры и ростом стабильности. Таков ход развития типов ландшафта в направлении: пустыня - полупустыня - степь - лесостепь (саванна тропиков). Лесостепь - заключительная стадия прогрессивного ряда развития.

Регрессивным является развитие ландшафтов в направлениях: лес - болото; лесостепь - степь - полупустыня - пустыня (рис. 10).

В региональном аспекте прогрессивным следует считать развитие комплексов в сторону оптимума ландшафта. Один и тот же процесс в разных региональных условиях может определять различную направленность в развитии ландшафтных комплексов.

 

Устойчивость ландшафтов.

Устойчивость ландшафта — это способность ландшафта сохранять свою структуру и функционирование в режиме нормальных природных ритмов в пределах своего структурно-функционального инварианта и в обстановке изменяющейся внешней среды или под воздействием антропогенных нагрузок.

Устойчивостью природно-антропогенных ландшафтов называют их способность продолжать выполнение производительных, социально-экономических и экологических функций в заданных пределах, при сохранении биосферных функций.

В.И. Кирюшин выделяет экологическую, производительную социально-экономическую устойчивости агроландшафтов.

Экологическая устойчивость включает:

•физическую (устойчивость литогенной основы, противоэрозионную устойчивость, структурного состояния почв);

•биологическую (восстановление и защитные свойства растительности, устойчивость против вредных организмов);

•геохимическую (способность к самоочищению от загрязнения токсикантами, буферность, противостояние засолению);

•гидрогеологическая и гидрологическая (противостояние остепнению, опустыниванию, заболачиванию).

Производительная — устойчивость урожайности сельскохозяйственных культур, продуктивности пастбищ, качества продукции.

Социально-экономическая — рекреационная устойчивость, устойчивость экономических параметров производства.

Устойчивость геосистем подчиняется принципу относительности:

•к одним нагрузкам геосистема может быть устойчива, к другим нет;

•разные геосистемы обладают разным потенциалом устойчивости к одним и тем же воздействиям (пример: верхние звенья степной катены лучше переносят загрязнение, чем нижние, а нижние лучше переносят эрозию, чем верхние).

Относительно малая устойчивость к возмущающим внешним воздействиям характерна для геосистем реликтового характера (пример: островные леса в степи), находящихся в дисгармонии с внешней средой. Также неустойчивые геосистемы, находящиеся на ранних стадиях формирования (пример: только начинающие зарастать пески). Гораздо более устойчивы климаксные геосистемы.

Устойчивость ландшафтов во многом зависит от того, какой вид динамики у них преобладает. Господство стабилизирующей динамики значительно повышает устойчивость. Очень сильно падает устойчивость, если динамический тренд усугубляется наложением однонаправленных антропогенных нагрузок. В таком случае происходит ландшафтный резонанс — внутренние колебания системы усиливаются внешними колебаниями (например, опустынивание степей из-за засухи может усиливаться нерегулируемым выпасом скота).

Различают три основных механизма ландшафтной устойчивости:

1. Инерционная устойчивость — устойчивость геосистемы, отсутствие реакции на нагрузки до каких-то пороговых значений. Такой устойчивостью обладают квазистационарные ландшафты, в первую очередь расположенные в срединных частях природных зон.

2. Резистентная (упругая) устойчивость — связана с вос­становительными сукцессиями. Свойственна системам с мощным растительным покровом, так как именно он главным образом обес­печивает восстановительную сукцессию.

3. Адаптивная устойчивость — устойчивость приспособления, толерантность (терпимость, пластичность). Геосистема способна чутко приспосабливаться в изменяющимся условиям внешней среды и антропогенным нагрузкам, но в определенных рамках терпимости. Наибольшей адаптивной устойчивостью обладают экотоны. Закон толерантности В. Шёлфорда: адаптивная (пластичная) устойчивость определяется широтой диапазона между максимальным и минимальным значениями факторов, в пределах которого геосистема способна сохранять характерные для нее структурные и функциональные особенности.

В.И. Кирюшин предлагает различать три вида устойчивости природных экосистем:

структурно-статистическую,

функционально-динамическую и

буферность.

Под структурно-динамической устойчивостью понимается свойство экосистемы при возмущающих воздействиях сохранять состав и соотношение между отдельными структурными компонентами системы.

Функционально-динамическая устойчивость — свойство экосистемы сохранять стабильное функционирование, которое определяется устойчивостью и сбалансированностью отдельных звеньев биогеохимических потоков и биохимических циклов в целом.

 Буферность —- способность экосистемы к самовосстановлению структурных свойств и функциональных параметров, нарушенных в результате возмущающих воздействий.

Л.К. Казаков (2004) приводит следующие свойства природных компонентов, обусловливающие устойчивость ландшафтов к антропогенным нагрузкам:

•денудационный потенциал территории (относительные превышения и расчленённость) — чем он больше, тем меньше устойчивость геосистем к денудации, эрозии и механическим нагрузкам;

•уклоны поверхности — чем они больше, тем устойчивость ниже; при уклонах менее 1° устойчивость может снижаться из-за возможного переувлажнения и низкого самоочищения ландшафтов от загрязнения;

•мощность почвогрунтов — при снижении до 1,2 м и меньше устойчивость снижается;

•гигропотопы (увлажнённость) — максимальная устойчивость ландшафтов при умеренном увлажнении, в сухих и влажных условиях она падает;

•климат — максимальная устойчивость геосистем при оптимальном соотношении тепла и влаги (коэффициент увлажнения в пределах 1); при избытке тепла и влаги или недостатке устойчивость снижается, снижают устойчивость сильные ветры, бури и ураганы;

•почвы — максимальная устойчивость у почв с большой мощностью гумусового горизонта, высоким содержанием гумуса, высокой ёмкостью катионного обмена, высокой насыщенностью ППК кальцием и магнием;

•биота — чем более ёмкий и интенсивный круговорот веществ, чем выше степень проективного покрытия, тем выше устойчивость ПТК; лиственные породы более устойчивы, чем хвойные; лугово­степные виды трав, чем лесные;

ландшафты в целом — более устойчивы: а) с повышенным разнообразием и повторяемостью; б) более типичные для зоны или региона; в) трансаккумулятивные устойчивее трансэлювиальных; г) более высокого ранга.

Для сохранения устойчивости природно-антропогенных ландшафтов необходима система регулярных мероприятий, направленных на поддержание свойств ландшафта обеспечивающих выполнение им природных и социально-экономических функций (санитарные рубки леса, воспроизводство почвенного плодородия, лесомелиоративные мелиоративные и гидротехнические мероприятия и др.).

 

42. Характеристика основных природных зон мира: зона арктических и антарктических пустынь; зона тундры и лесотундры.
Климат арктической зоны холодный и сухой. Осадков выпадает 50-200 мм, температура июля +5 градусов Цельсия, безморозный период отсутствует. Почвы оттаивают на глубину 30-40 см. Среднегодовые температуры отрицательные - от -14 градусов до -18.

Растительность представлена мхами, лишайниками, различными видами водорослей. Высшие растения на водоразделах занимают менее 25% территории. Количество опада - в пределах 0,5 т/га. Значительные площади занимает голый грунт.

Почвы. Основным типом почв являются арктические, которые разделяют на два подтипа: арктические, пустынные и арктические типичные гумусовые. Профиль состоит из двух горизонтов - А и С, иногда с переходным горизонтом АС. Для арктических почв характерны: небольшая мощность почвенного профиля, в пределах 30-40 см, скелетность, отсутствие оглеения, связанное с небольшим количеством осадков и просыханием почв под сильных ветров.

Климат тундровой зоны характеризуется холодной зимой, коротким летом. Осадков выпадает от 400 мм на Кольском полуострове, до 150-250 мм в Восточной Сибири. Относительная влажность воздуха достигает 80-90%. Средняя годовая температура колеблется от -2 градусов Цельсия, до -14-16 градусов в Азиатской части. Это зона вечной мерзлоты.

Растительность арктической тундры характеризуется злаково-осоково-моховыми ценозами, а в понижениях - гипново-осоковыми ассоциациями на полигональных болотах. В типичной тундре господствуют мхи и лишайники.

Почвы тундровой зоны. Зональным типом почв являются тундровые глеевые почвы. В формировании профиля тундровых глеевых почв принимают участия три группы процессов: гумусообразование, продуцирующий сухоторфянистый или грубугумусовый горизонт, оглеение и криогенез.

 

43.