Функционирование ландшафтов

Идея о том, что природные комплексы находятся в постоянном развитии и изменении впервые была выдвинута в русской географии В.В. Докучаевым в конце XIX в. В первой половине XX в эта идея разрабатывалась различными учеными, усилия которых были направлены на поиск движущей силы развития. И.М. Крашенинников и А.И. Пономарев таковой считали рельеф, Б.Б. Полынов – климат и рельеф, А.А. Григорьев – климат, И.К. Пачоский, В.Р. Вильямс, А.Д. Гожев – растительность. Эти теоретические положения были конкретизированы и уточнены только во второй половине XX в, когда появились первыекомплексные физико-географические и ландшафтные стационары. Полученные на них материалы позволили признать наличие внешних и внутренних факторов развития ландшафта (В.Н. Сукачев, С.В. Калесник, Н.А. Солнцев), подтвердить идею саморазвития, а также мысль об обратимых и необратимых изменениях ландшафта (Л.С. Берг, И.М. Забелин). Особо важный вклад в становление идеи развития внесли работы А.А. Григорьева (1970) о едином физико-географическом процессе и Н.А. Солнцева (1961) о ритмичности и периодичности экзогенных процессов. К концу XX века стало очевидным, что ландшафт представляет собой упорядоченную пространственно-временную систему, находящуюся в постоянном развитии. Первооснову развития составляют взаимосвязи между компонентами ландшафта и его морфологическими частями в результате чего осуществляется обмен веществом, энергией и информацией.

Среди внутренних процессов главную роль играет вертикальное перемещение вещества и энергии, осуществляемое благодаря системе вертикальных связей между природными компонентами. Последние, однако, иногда имеют сложное строение, состоят из ряда элементов, каждый из которых способствует трансформации вещественно-энергетического потока внутри ландшафта. Поэтому вполне уместными выглядят предложения по расчленению вертикального строения ландшафта на геогоризонты и геомассы. По Н.Л. Беручашвили (1986) геомассы выступают функциональными частями ПТК. Таковы аэромассы, фитомассы, зоомассы, мортмассы (массы мёртвого органического вещества) литомассы, педомассы, гидромассы, которые отличаются от компонентов большей вещественной однородностью. Однородные слои в пределах вертикального профиля ПКТ, характеризующиеся специфическими наборами и соотношениями геомасс, называются геогоризонтами. Это аэрогоризонт, аэрофитогоризонт, мортаэрогоризонт, снежный горизонт, педогоризонт, литогоризонт. Следует подчеркнуть, что геомассы и геогоризонты целесообразно выделять при изучении процессов в пределах фации. В более крупных морфологических частях ландшафта универсальное значение для структурно-функционального анализа сохраняют природные компоненты.

Благодаря природным процессам каждый ландшафт как бы пронизан вещественно-энергетическими потоками разного происхождения и разной мощности. Среди них различают потоки внешние (входные и выходные) и внутренние, причем последние при своей интенсивности и значимости намного превосходят внешние.

Совокупность процессов перемещения, обмена и трансформации вещества и энергии в ландшафте называют его функционированием. Функционирование представляет собой сложный интегральный процесс, обусловленный множеством элементарных процессов – физико-механических, химических и биологических, и протекающий благодаря вертикальным связям в ландшафте. Раздельное изучение природных процессов, т.е. рассмотрение их на уровне физических, химических и биологических закономерностей способствовало формированию таких новых научных направлений как геофизика ландшафта, геохимия ландшафта, биогеоценология. Однако в природной среде все элементарные процессы взаимосвязаны, переплетаются, переходят друг в друга, поэтому их расчленение весьма условно. Например, физическая сущность стока заключается в движении воды под действием силы тяжести. С географической точки зрения – это сложный интегрированный, геоморфологический, гидрологический, геохимический процесс, который служит звеном ещё более сложного процесса – влагооборота. Благодаря последнему осуществляются взаимосвязи между компонентами и комплексами, что свидетельствует о чрезвычайной его важности. Круговорот воды – одно из важных функциональных звеньев ландшафта. Другим звеном является минеральный обмен или геохимический круговорот. Эти круговороты осуществляют перемещение вещества, которое сопровождается поглощением, трансформацией и высвобождением энергии. Энергетический круговорот выступает ещё одним функциональным звеном ландшафта.

В каждом из этих звеньев различают биотическую и абиотическую составляющие. Биотический обмен веществ (биологический круговорот) – особое функциональное звено, наиболее важное в механизме функционирования ландшафта, как бы перекрывающее три звена, выделенных выше. В сущности, перекрытия имеются между всеми звеньями. Например, транспирация – составной элемент влагооборота, биологического метаболизма и энергетики ландшафта. Поэтому расчленение единого процесса функционирования на звенья служит лишь методическим приёмом для целей исследования.

Функционирование ландшафта осуществляется в форме круговоротов с годичным циклом. Наиболее изученным среди них является влагооборот. Основой водного круговорота являются атмосферные осадки. Они распределяются следующим образом: перехватываются поверхностью растительного покрова и испаряются, фильтруются в почву и поступают во внутренний влагооборот, пополняют поверхностный и подземный сток. В большинстве ландшафтов почвенная влага всасывается корнями растений и вовлекается в продукционный процесс. Количественные показатели структуры влагооборота изменяются от одного ландшафта к другому, зависят от поступающего тепла и влаги и подчиняются зональным и азональным закономерностям.

В зоне смешанных лесов, где сумма среднегодовых осадков составляет 700 мм, на испарение приходится 450 мм, на поверхностный и подземный сток – 250 мм. Величина стока является показателем выноса влаги за пределы ландшафта, величина испарения характеризует внутриландшафтный влагооборот. Соотношение между внутренним и внешним влагооборотом выражается коэффициентом стока, который для территории Беларуси равен 0,35.

Во внутриландшафтном влагообороте важнейшую роль играет биота. Кроны деревьев перехватывают в среднем 10 % годового количества осадков, которые практически полностью испаряются с поверхности листьев (рис.30).

Влага, поступившая в почву, всасывается корнями растений, участвует в процессе фотосинтеза и затем транспирируется в атмосферу. В составе живого растения остается менее 0,75 % воды (в сухой массе ее удельный вес составляет 0,15 %). В ландшафтах влажных % влаги, испаряющейся с суши земного шара.

Чрезвычайно важная роль в процессе функционирования ландшафта принадлежит биогенному обороту веществ, результатом которого является образование органического вещества. Первичными продуцентами выступают земные растения, извлекающие двуокись углерода из атмосферы, зольные элементы и азот – из почвенных водных растворов. Создаваемая в процессе фотосинтеза чистая первичная продукция консервируется в живом растении и частично потребляется растительноядными животными (фитофагами). Важно подчеркнуть, что животные используют около 10 %, а зачастую и меньше произведенной фитомассы

Рис. 30. Схема влагооборота в широколиственном лесу (в мм).

(правило десяти процентов, сформулированное Р. Уиттекером). Например, в лесах животные потребляют 4 – 7 % первичной продукции, в пустыне и тундре – 2 – 3 %, в степях и саваннах – 10 – 15 %. Биогенный круговорот завершается после отмирания биомассы ее разрушением животными-сапрофагами, бактериями, грибами и минерализацией микроорганизмами. Конечные продукты минерализации возвращаются в атмосферу (СО₂) и в почву (зольные элементы и азот).

Биологический метаболизм характеризуется многочисленными показателями, среди которых наиболее важными являются запасы фитомассы и величина годичной первичной продукции. Продуктивность биоты зависит как от географических факторов, так и от биологических особенностей различных видов растений. Очевидно, что наибольшими запасами фитомассы характеризуется лесная растительность, которая накапливает органическое вещество в течение многих десятилетий и даже столетий. Вместе с тем запасы биомассы тем больше, чем выше теплообеспеченность и чем ближе к оптимуму соотношение тепла и влаги. В результате показатель биопродуктивности возрастает от высоких широт к низким, достигая максимума в лесостепных ландшафтах (умеренный климатический пояс), влажных субтропических лесах (субтропический пояс), влажных экваториальных лесах (экваториальный пояс).(табл. 4).

Т аблица 4