Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Системный подход к анализу ландшафта (его состояния и динамики)



В соответствии со свойствами ландшафтов, представление о нем, как о реальном объекте можно реализовать используя системный подход. Который в свою очередь характеризуется:

- целесообразностью,

- целостностью,

- иерархичностью.

Первым этапом является определение объекта исследований и цель. Изучение свойств и функционирования ландшафтов больше свойственно ландшафтоведению, биологии, гидрологии и т.д. В рамках экологии ландшафтов важно выяснить какими будут изменения в нем при воздействии внешних факторов (в том числе антропогенных) или изменении внутренних. Цель также помогает ограничить объем фактического материала. Несмотря на то, что сам по себе объем данных в условиях компьютерной обработки, не играет роли, некоторые из них не дают понимания о происходящем или не влияют на процессы. А это увеличивает продолжительность анализа, обработки исходных данных. Тем не менее их должно быть достаточно для адекватной и объективной оценки.

«Целостность» предусматривает рассмотрение объекта как некоторой общности.

Однако, однородна она в территориальном отношении, а «по вертикали» раскладывается на разнородные части:

- растительность;

- грунт (почва, горные породы)

или их ярусы, которые связаны между собой определенными отношениями. Структуры подобного типа называются вертикальными. Под составными вертикальных структур имеют в виду некоторые его части, специфические по функционированию, физико- химическим или другим характеристикам. Это разделение в достаточной степени условно. При этом считается, что свойства компонентов однородны в пределах рассматриваемой территории. Вертикальные границы при этом определяются целью исследования. Существует три подхода структуризации:

- геокомпонентный (разделение вертикального разреза геосистемы по компонентам природы);

- вещественно-фазовый (структурные части выделяются как тела, однородные по фазовому состоянию, физико-химическими и другими свойствами вещества);

- пространственно-объемный (вертикальный профиль геосистемы разделяются на некоторые однородные слои, точнее объемы).

Анализ корреляционных и информационных связей геосистемы (выполняется методами математической статистики и теории информации) также приводят к выделению некоторых структур.

Геокомпонентный способ является традиционным для ландшафтоведения разделение геосистемы (ПТК) на составные части является выделением в ней компонентов природы, каждый из которых , по выражению А.Г. Исаченко (1991), является представителем отдельных геосфер, составляющих географическую оболочку. Это горные породы, поверхностные и грунтовые воды (гидросферы), воздушные массы (атмосферы), грунты (педосферы), растительности и животные микроорганизмы (биосферы). Можно компонентами ПТК считать и совокупность продуктов деятельности людей, тесно связанных с природными элементами (мелиоративные каналы, автомагистрали и т.д.).

Исходя из этого, к геокомпонентам не относится рельеф и климат (поскольку это не материальные тела, а их свойства, которые учитываются при анализе геосистем).

При этом необходимо понимать, что сами геокомпоненты – это сложные тела. Например, под воздушными массами атмосферы следует понимать также водяной пар, частички твердого вещества, микроорганизмы ( в том числе антропогенного происхождения).

Вещественно-фазовый способ предусматривает, что разные процессы в геосистеме (продукционные, засоление почвы и т.д.) происходят благодаря взаимодействию вещества, находящихся в разных фазовых состояниях. Метод широко используется в имитационном моделировании. При такой структуризации геосистемы в качестве отдельных компонентов рассматриваются компоненты вертикального строения, например, фитомасса представлена такими характерными частями как: листва, корни, транспортно-скелетные органы (стволы и ветки), микроорганизмы и т.п. Гидромассы состоит из составляющих, находящихся в разных средах:

- атмосфере;

- почве;

- грунтовых водах.

Поэтому при детальном анализе геосистем геомассы разделяются на элементы в зависимости от агрегатного состояния, функционального назначения, химического состава, положения в вертикальном профиле. Степень детального разделения геомасс на элементы определяются конкретной целью исследования.

Пространственно-объемный способ предусматривает анализ вертикальных потоков энергии и вещества, их динамических изменений на протяжении года связанные с пространственной неоднородностью и ярусного строения. Производится выделение так называемых геогоризонтов параметрами которых могут быть: текстура, плотность, объем, цвет и др.

 

Особенное значение имеют ландшафтно-геохимические барьеры, которые разделяют вертикальный профиль грунта на слои , кот отличаются по условиям миграции разных химических в-в и соединений. Геогоризонты изменяются на протяжении года. Изменчивы не только их мощность, но и количество (зимой не фитомассы).

 

Для того, чтобы выделить элементы вертикальной структуры, необходимо определиться с подходом структуризации (определяет цель исследования). В каждом конкретном исследовании специалисту приходится обосновывать используемые методы и подходы, нет универсальных методов и нет строгой предопределенности в выборе подходов.

Это в большей мере определяется опытом и знаниями исполнителя.

Очень важным является (оконтуривание) определение границ исследуемого объекта:

- территориальные (площадные, горизонтальные);

- объемные;

- временные.

Определяющим является цель исследования, в которой уже заложены ключевые проблемы, предполагающие рассмотрение определенных компонентов.

При объемном оконтуривании определяют верхние и нижние границы простирания.

Характерной особенностью верхней границы является ее изменчивость во времени в зависимости от поры года, погодных условий и состояния развития фитоценоза. Для геосистем региональной размерности изучая ландшафтно-экологические закономерности процессов переноса и выпадения атмосферных загрязнений необходимо включать и тот слой тропосферы, в пределах которого происходят местные процессы циркуляции воздуха. Высота этого слоя определяется не только рельефом а и состоянием атмосферы (тип циркуляции – циклональный или антициклональный).

При исследовании биотических процессов, в частности его продуктивности, за верхнюю границу можно принять границу верхнего растительного яруса, принимая слой турбулентной атмосферы непосредственно над растительным покровом. Таким же образом при исследовании грунтовых процессов, в частности миграции и аккумуляции разных веществ в толще грунта, водах, растительности. Роль атмосферных процессов при этом очень значительна, рассматривается как фактор внешней среды.

Нижняя граница – необходимо учитывать горные породы, которые обусловили формирование конкретной геосистемы (процесс выделения в большой мере зависит от ранга геосистемы: так геосистемы регионального ранга могут быть связаны с большими геоструктурами, которые находятся на глубине нескольких десятков километров).

В ландшафтоведении при генетико-эволюционном анализе в большинстве случаев и граница проводится по горным породам, которые являются субстратом формирования современного рельефа. В Украине, например, это породы, которые залегают под лессовой толщей (известняки средне-верхнеплиоценовые глины) или же сама эта толща при ее значительной мощности (более 50 м, как в Причерноморье) породы, прикрытые четвертичными отложениями водно-ледникового происхождения.

При анализе миграционных потоков нижняя граница определяется глубиной возможного проникновения мигрирующего вещества. Эта глубина зависит от химических свойств вещества мигранта, характера зоны аэрации (ее фильтрационных свойств, наличия ландшафтно-геохимических барьеров), глубины проникновения корней растений в почву и др. факторов.

Однако уровень современных знаний о поведении большинства веществ в ландшафтах недостаточный, чтобы быть полностью уверенными в определении границы. Поэтому исходя из того, что в вертикальном миграции большинства веществ чрезвычайно большую роль играют нисходящие и восходящие потоки влаги, целесообразно принимать в качестве нижней границы уровень залегания грунтовых вод.

При балансовых исследованиях определяется уровень ниже которого не происходит круговорот некоего вещества:

- для водного баланса – уровень грунтовых вод;

- для теплового баланса – слой , где tº не изменяется (исчезает амплитуда температур от 10 до 17-20 м);

- для круговорота веществ – граница между геогоризонтами, которые охватываются процессами гумификации и где они уже не происходят.

Временные границы определяются исходя из цели исследования. Можно анализировать как всю имеющуюся информацию, так и относящиеся к определенным периодам существования ландшафта, развития производства и т.д. Для выбора периода исследования требуется проводить обоснование на основе имеющейся информации.

 

 

Процессы в ландшафтах

 

Влияние человеческой деятельности на ландшафт приводит к нарушению эволюционно обусловленных отношений между его компонентами.

Общие закономерности:

- появление наземного твердого абиотического субстрата(абиотическая стадия развития);

- формирование горных пород во времени во взаимодействии с атмосферой и поверхностными и подземными водами (выветривание, водная эрозия, формирование форм рельефа);

- поступление микроорганизмов и поступление органических веществ появление пионерных видов растительности;

- с момента появления фитоценоза начинается биотическая стадия развития:

Интенсификация гумусообразования;

Заселение животными и формирование зооценоза;

Увеличение скорости существующих изменений почвы, растительности и микроорганизмов;

Трансформация приземного слоя атмосферы.

Если на абиотической стадии связи в общем детерминированные и однонаправленные, то на биотической отношения в значительной степени усложняются и приобретают все больше стахостичности (вероятности). Связи заменяются двухсторонними.

Наиболее характерна в этом плане замена эволюционных связей между почвой, растительностью в природных геосистемах на антропогенно регулируемые отношения между ними в агроэкосистемах.

Сведения лесов и их замена на травяные агроценозы приводит к формированию «противоприродных», «эволюционно-абсурдных» связей между почвой и растительностью, животными и микроценозами.

 

Потоки влаги

 

Потоки воды в вертикальном профиле геосистемы имеют большое значение как для ее отдельных элементов и для обеспечения связей между ними. Целостность геосистемы много в чем обусловлена потоками воды, которые пронизывают подобно кровеносной системе. Водные потоки обуславливают миграцию химических элементов, транспортировку питательных веществ к растениям, продукционные процессы и т.п. Вода – один из основных лимитирующих факторов и от ее количества в геосистеме, сбалансированности потоков зависят многочисленные свойства геосистемы, что определяет ее потенциал.

Эти потоки объединены в цикл, т.е. в геосистеме осуществляется круговорот воды. Первое представление о котором было дано вам в курсе экологии. Он может быть сбалансированным (когда масса воды на входе в систему равна ее массе на выходе) и, тогда водный и связанные с ним режимы остаются неизменными. При несбалансированных потоках в геосистеме происходит прогрессирующая гидроморфизация (при избытке влаги) или ксерофитизация (при недостатке влаги).

Влага в геосистему поступает с атмосферными осадками R , за счет кондесации водяного пара V, а также с подземными водами G(если они связаны сквозь гидравлические окна с подземными), поверхностным стоком S (если геосистема расположена на склоне), с речными водами F во время половодья и паводков (если геосистема расположена на заливной пойме).

Поступая в геосистему, дождевые воды частично задерживаются фитогеогоризонтами ( этот процесс называют интерцепцией). Перехваченная листьями влага RF только в мизерных количествах усваивается ним, некоторая часть воды RS (5-20%) стекает по стволам, а основная масса FE испаряется, а значит не принимает участия ни в транспирации, ни в смачивании почвы (так называемая интерцепционная потеря). Размер этих потерь зависит от интенсивности и продолжительности осадков, суммарной лиственной поверхности фитогоризонтов.

Кроме дождей и снега, в геосистеамах источником поступления влаги является роса и туманы (примером является западное побережье США, где туманы за год могут давать в 2-3 раза больше влаги, чем дожди, причем высокие деревья за счет высоты могут получать до 15-0 мм осадков в год).

Часть осадков М, которые поступают на земную поверхность, могут задерживаться морт-горизонтом (лесной подстилкой или степной повстю). Этот горизонт отмечается высокой гигроскопичностью и влагоемкостью, поэтому вбирает и удерживает большое количество влаги, которая может и совсем не достигать поверхности почвы. Эта влага затрачивается практически исключительно на физическое испарение МЕ. Дойдя до поверхности почвы, направление и интенсивность потоков воды зависит от состояния увлажнения поверхностных горизонтов в момент выпадения осадков. Если почва находится в состоянии полного водонасыщения, нисходящего потока в почве не будет, и она будет затрачиваться на физическое испарение с поверхности почвы если эта поверхность склоновая – и на площадной сток SS. Однако в большинстве случаев в в момент выпадения дождя влажность почвы меньшая величины полевой влагоемкости и поэтому формируется поток в глубину почвы. Интенсивность этого потока зависит от водопроницаемости почвы. При глубоком уровне залегания грунтовых вод наиболее проницаемы пески, наименее – солонцы, глинистые и каштановые почвы.

Из почвы влага поглощается корнями растений. Это поглощение тем интенсивнее, чем больше поглощающая поверхность корневой системы и чем легче входят в контакт корни и грунтовая влага. Активная поверхность корней у:

травянистых растений составляет приблизительно 1 см2/см3,

деревьев – 0,1 см2/см3.

Контакт корней с влагой почвы определяется ее механическим составом: наихудший он в глинистых почвах, наилучший в песчаных.

Поступление воды к растениям зависит также от температуры почвы, поскольку она влияет на поглощающую способность корней и их рост. Из теплых почв растения вытягивают воду легче, чем из холодных, а при снижении температуры до нескольких градусов выше нуля большинство растений поглощать воду не способна.

Поступая к растениям, вода из корней транспортируется к транспирирующим поверхностям. В зависимости от физиологических и анатомических особенностей растений скорость этого потока разная. Наибольшая она у лиан (159 м/час) и у травянистых растений (10-60), а у хвойных составляет в среднем 1,2 м/час.

У растений очень незначительная часть влаги затрачивается на фотосинтез Рh, а основная ее часть (97% и больше) испаряется (траспирирует) – Т. Для продуцирования 1 г сухого вещества растениям необходимо затратить на транспирацию в 400-600 раз большую массу воды: дуб затрачивает 340 г воды, бук – 170, сосна – 300, пшеница -540, люцерна, клевер 700-800 г. Это обуславливает достаточно тесную зависимость массы траспирированной воды от фитомассы геосистемы. Так, при одинаковом количестве осадков (850-870 мм) буковый лес затрачивает на транспирацию 522, суб альпийские луга 100-200 мм влаги. Величина и интенсивность транспирации Т зависят не только от надземной фитомассы, а и от эдафических факторов, особенно от освещенности, сухости воздуха, ветра. Однако, четкая зависимость транспирации от этих факторов существует только до того времени , пока открыты поры растений. При недостатке влаги растения, закрывая поры, регулируют потерю влаги. Так, при полностью закрытых порах хвойные деревья способны уменьшить транспирацию на 97%, лиственные – на 80-90, травы – на 70-85 %.

Антропогенные аспекты. Потоки влаги в геосистеме отмечаются высокой чувствительностью к антропогенным факторам. С этим связана возможность их регулирования человеком, что производится при водных и лесомелиорациях. Однако из-за недостаточного учета сложных закономерностей структуры водных потоков в геосистемах мелиорация часто приводит к нежелательным или катастрофическим экологическим последствиям.

Чрезмерное обводнение геосистем при ирригации приводит к усилению нисходящих потоков влаги в грунте, которые могут достигать засоленных горизонтов пород или минерализованных грунтовых вод, где насыщаются солями и, поднимаясь в межполивной период к поверхности, засоляют почвенную толщу. При орошении водопотребление растений улучшается, но если грунтово-ирригацонные воды насыщаются солями, потребленная влага из почвы уменьшается и может быть меньше, чем на богарных почвах. Так возникает антропогенная физиологическая сухость растений – невозможность потреблять воду при ее достаточном количестве. Кроме изменения водного режима, орошение приводит и к комплексу изменений других процессов в геосистеме – прежде всего почвенных (развиваются процессы оглеения, заболачивания, вторичного засоления почв), геоморфологических (ирригационная эрозия), энергетических (вследствие изменения альбедо и увеличения затрат тепла на испарение).

Не менее существенно изменяются водные потоки при осушении земель. Здесь основная опасность – пересушивание, то есть снижение уровня грунтовых вод ниже некоторой критической глубины, что может обусловить дефляцию , обмеление речек, отмирание их верховьев.

Влияние леса и лесонасаждений на водный режим исследовано достаточно основательно. Наиболее красноречиво отображено в высказывании «Лес сушит равнины и увлажняет горы»(когда рельеф очень расчленен).

Основной причиной большей увлажненности лесных склоновых геосистем является уменьшение лесом такой важной затратной статьи водного баланса, как поверхностный сток воды. Из многочисленных исследований экспериментальны водосборов в горных регионах следует, что сведение лесов приводит к увеличению поверхностного стока на 200-400 мм за год. Так в Карпатах это увеличение составляет 222-302 мм. В склоновых геосистемах равнинных ландшафтов лес способен до 80% уменьшить расход воды на поверхностный сток. А согласно с данными М.И. Кронкевича (1976), поверхностного стока практически нет в тех районах, которые находятся на юг от изолинии речного стока меньше 50 мм (в Украине эта граница проходит немного на север от границы между лесостепной и степной зонами).

«Высушивающее» влияние леса на равнинные геосистемы проявляется в первую очередь в увеличении транспирации – она может быть в 2-3 раза большей, чем с агроэкосистем. Важное значение также имеет перехват лиственной поверхностью осадков (до40%) и их расход на физическое испарение. Влияние леса на грунтовые воды зависит от глубины их залегания – лес снижает уровень близких корнедостигаемых вод и повышает уровень глубокозалегающих.

Г.М. Высоцкий и А.А. Роде разработали критерии выделения типов водного режима почвы, которые имеют ландшафтно-экологический смысл. Выделяют по типу водного режима:

- промывного режима (нисходящие потоки влаги преобладают над восходящими, и вода, которая просачивается сквозь почву, достигает уровня грунтовых вод);

- периодично промывного режима (атмосферная вода достигает уровня грунтовых вод в отдельные многоводные годы, в среднем один раз на 10-15 лет);

- непромывного режима (грунтовые геогоризонты промачиваются, но вода не достигает горизонта грунтовых вод);

- аридного режима (грунтовый профиль сухой на протяжении целого года;

- выпитного режима (преобладают восходящие потоки влаги из грунтовых вод, капиллярная кайма которых понимается к поверхности почвы, и грунтовые воды испаряются физически);

- десуктивно-выпитного режима (капиллярная кайма не достигает поверхности, испарение грунтовых вод происходит за счет транспирации);

- водозастойного режима (характерный для болот);

- паводочного режима (характерный для пойм рек);

по соотношению статей водного баланса (годовой суммой осадков и суммарным испарением):

- супергумидные (разница между составляющими баланса – 1600 мм и больше);

- пергумидные (800-1600);

- гумидные (400-800);

- субгумидные (0-400);

- субаридные (-400-0);

- мезоаридные (-400 - -800);

- аридные (-800 – 1600);

- екстрааридные (-1600мм и меньше).

Геосистемы Украины принадлежат к гумидному (лесная зона), субгумидному (лесостепь), субаридному (степь) типам.

По сбалансированности водного баланса:

- со сбалансированным балансом (в годичном цикле водный баланс равен нулю);

- избыточно -декомпенсированного баланса (приходные статьи водного баланса преобладают над расходными, вследствие чего уровень грунтовых вод поднимается);

- недостаточно-декомпенсированного баланса (приходные статьи водного баланса меньше расходных, вследствие чего уровень грунтовых вод снижается).

С экобиоцентрической точки зрения важно отличать геосистмы по уровню обеспеченности влагой растительных сообществ (ассоциаций) . Выделяют такие типы геосистем:

- гидроморфные (водоемы);

- субгидроморфные (прибрежно-водные местообрастания);

- гигроморфные (болота);

- субгигроморфные (лугово-болотные и влажные луга);

- мезоморфные (нормальные условия увлажнения, характерные для сухих лугов);

- субмезоморфные (лугово-степные местообрастания);

- семиксероморфные (среднестепные местообрастания);

- субксероморфные (сухостепные);

- ксероморфные (полупустыни);

- гиперксероморфные (пустыни).

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.