Функционирование и сезонные изменения в ландшафтах

Изучение взаимодействие различных компонентов (по верти­кали) и элементов (по горизонтали — в плане) ландшафта между собой привело специалистов к необходимости понимания хотя бы самых общих основ функционирования ландшафта.

Функционирование ландшафта слагается из множества элемен­тарных процессов, имеющих различную природу: физико-меха­ническую (падение капель дождя или размыв речных берегов), химическую (растворение газов в воде) или биологическую (фо­тосинтез). В совокупности все эти процессы приводят к перемеще­нию, обмену и трансформации вещества и энергии. При этом между компонентами ландшафта образуются различные связи, односто­ронние и двусторонние, прямые и обратные. Последние особенно важны в процессе саморегулирования ландшафта и обеспечении его устойчивости. Как известно, обратные связи бывают положи­тельными и отрицательными. В случае отрицательной обратной связи «следствия» способны влиять на причину, минимизируя ее дальнейшее воздействие.

Н.Л.Беручашвили [3] обратил внимание на то, что в процес­сах функционирования ландшафта участвуют не сами компонен­ты, а так называемые геомассы — качественно разнородные тела, характеризующиеся определенной массой, специфическим фун­кциональным назначением а также скоростью изменения во вре­мени и пространстве. К геомассам были отнесены:

• аэромассы (воздушно газовые);

• фитомассы (массы растительного вещества);

• зоомассы (массы живых организмов);

• мортомассы (массы отмершей органики);

• литомассы (массы горных пород);

• педомассы (массы почвенных тел).

Основные процессы, обеспечивающие функционирование лан­дшафта, — это влагооборот, минеральный обмен (или геохими­ческий круговорот), которые охватывают все вещественные пото-

ки в ландшафте как геосистеме. Но перемещение, обмен и преоб­разование вещества сопровождаются поглощением трансформа­цией и высвобождением энергии. Таким образом, массообмен ока­зывается тесно связанным с энергообменом, который также сле­дует рассматривать как особое функциональное звено ландшафта. Функционированию ландшафта как системы свойственна цик­личность, которая сопровождается определенными изменениями его вертикальной структуры. Движущим механизмом внутригодо-вой динамики ландшафтов служит изменение увлажнения и сред­них суточных температур. Однако сезонные флуктуации функцио­нирования ландшафта — далеко не единственное проявление его изменчивости во времени. Хорошо известен суточный ритм, в котором смена дня и ночи сопровождается колебаниями освещен­ности, температуры, влажности воздуха, что, в свою очередь, влечет пульсацию вертикальных и латеральных потоков влаги и воздуха, процессов замерзания и оттаивания. Характерно, что су­точные изменения наиболее заметны в переходные «демисезон­ные» фазы. Так, в середине марта в предутренние часы при безоб­лачном небе температура воздуха может опускаться до — 10 °С; с появлением солнца, начиная с 9—10 часов утра, происходит ра­зогрев приземного слоя; с поверхности «теплых склонов» начина­ется активная сублимация, а затем и испарение влаги, к полудню температура может подняться до 0°С и даже выше (до 1—2°С); происходит подтаивание и оседание навеянных сугробов; отполи­рованный ветром и еще ночью твердый наст начинает провали­ваться под лапами зверей, с ветвей елей с шорохом съезжают навеянные снежники, на голых ветвях лиственных пород вытяги­ваются сосульки, кое-где вскрываются проталины, по которым текут первые ручьи; однако ближе к заходу солнца температура вновь падает, застывают сосульки, опять твердеет наст.

Важнейшим для ландшафта является годовой цикл, в ходе кото­рого геосистема проходит через последовательность повторяющихся ежегодно состояний. Эти фазовые состояния ландшафтов можно схематически для рассматриваемой нами лесной зоны Евразии изобразить в следующем виде (табл. 5.1).

Кроме суточных и годовых изменений ландшафта можно гово­рить и о длительно периодических колебаниях. Более-менее изу­чены 11-летние циклы колебаний внутривекового климата, свя­занные, как полагают, с ритмичностью солнечной активности. Воздействие их на ландшафт зафиксировать очень сложно: для этого нужны тщательные многолетние наблюдение на стациона­рах, однако даже чередование трех-четырех холодных зим, так же как и трех-четырех аномально жарких летних периодов, способно привести к заметным изменениям; о некоторых из них мы уже упоминали: вторжение более южной энтомофауны в северные леса, появление и развитие грибковых заболеваний у деревьев, вымер-

 

 

 

зание подроста широколиственных видов, массовые морозобои и т.д. Аномально теплые сезоны ускоряют прохождение ландшаф­том описанных выше фенофаз на 10 — 20 дней, и это хорошо из­вестно, в частности, дачникам, которые дожидаются особых при­мет (цветение яблони, черемухи) для производства тех или иных сельскохозяйственных работ (посева картофеля, например). Ано­мально жаркое лето влечет за собой и ранние признаки осени — расцвечивание листьев. Многие причины реакции ландшафтов на аномальные гидротермические условия связаны с особенно­стями вертикального и планового строения. Так, в один и тот же засушливый год побеги сосны на суглинках моренной равнины не изменили прироста, а на дюнных песках были заметно угне­тены.

Особую проблему составляет эффект запаздывания: многие гео­массы ландшафта реагируют на воздействие аномальных условий через определенный промежуток времени: так, изменения в ко­личестве осадков могут сказаться на продуцировании деревьями биомассы через пять лет. Вспышки энтомофауны, оказывающей значительное воздействие на состояние лесных биомов, также отстоят от порождающих их пиков солнечной активности на один-два года. Широко известен классический пример отставания на полтора-два года пика численности белок от пика урожайности шишек хвойных деревьев в тайге. Такого рода биоциклы, запу­щенные асинхронно, к тому же с различной периодичностью, в совокупности могут затушевывать среднемноголетние изменения в ландшафте.

5.2. Естественная динамика ландшафтов лесной

зоны

5.2.1. Оконная и пирогенная динамика

Прежде чем обратиться к истории антропогенного изменения ландшафтов, мы должны хотя бы вкратце ознакомиться с есте­ственными процессами, изменяющими облик природных экоси­стем. Дело в том, что первые, самые ранние воздействия человека на ландшафт по сути имитировали или повторяли некоторые природные явления. Ведь рубку леса можно сравнить с ветровым вывалом деревьев, а освобождение участка под пахоту в подсе-чно-огневом земледелии — с лесным пожаром.

Естественная динамика лесных ландшафтов — это совокупность природных механизмов, обеспечивающих естественное самопод­держание лесов на протяжении длительного времени, многократ­но превышающего предельную продолжительность жизни конк­ретных деревьев. Лесной массив, развивающийся без ощутимых

воздействий со стороны человека в течение многих поколений деревьев, представляет собой сложную мозаику малых участков — парцелл, развивающихся асинхронно. Жизненный цикл древостоя (возобновление из семян, прохождение различных стадий при-спевания, зрелость и гибель дерева) доминант первого яруса в каждой парцелле может не совпадать по времени с циклом сосед­них парцелл. Основным событием, запускающим новый цикл, является гибель дерева, которая может наступать от различных факторов, имеющих случайный характер (пожары, вспышки чис­ленности насекомых-вредителей, ветровалы, болезни, экстремаль­ные погодные условия, естественная гибель старых деревьев). Раз­личные причины гибели деревьев первого (доминантного) яруса древостоя определяют и различную размерность участков возоб­новления, поэтому размерность парцелл может изменяться от нескольких десятков до нескольких сотен квадратных метров, но, так или иначе, любой более или менее крупный массив естествен­ного леса состоит из сотен и тысяч подобных участков, находя­щихся на различной стадии жизненного цикла и развивающихся по своей временной схеме. При этом ландшафт в целом находится в состоянии, близком к равновесному, и может существовать без сукцессионных смен в течение неопределенно длительного вре­мени. Такая парцеллярная динамика лесных ландшафтов получи­ла название динамики случайных нарушений [8].

Для лесов бореальной зоны Евразии основное значение имеют два вида динамики случайных нарушений:

• вывальная, или оконная, динамика естественного старения
деревьев внутри парцеллы и их вывала с образованием окон;

• пирогенная, или пожарная, динамика, связанная с воздей­
ствием пожаров.

Вывальная, или оконная, динамика связана с гибелью отдельных старых деревьев и образованием на их месте просветов в древесном ярусе — «окон», обеспечивающих доступ света под полог древостоя и дающих возможность молодым деревьям развиться и занять место в верхнем ярусе древостоя. Поваленная шквальным ветром взрос­лая ель поражает своими размерами: корневая розетка вместе с налипшей землей напоминает стену разрушенного дома (рис. 5.1).

Вследствие вывала отдельных старых деревьев в разное время и в разных местах лесного массива с годами формируется абсолют­но разновозрастный древостой, в котором присутствуют деревья всех возрастных групп, а возрастной спектр древесных пород со­ответствует возрастному спектру устойчивой популяции, с пре­обладанием по количеству особей более молодых возрастов и по­степенным снижением количества особей старших возрастов. В условиях Европейской России леса с нормальным характером оконной динамики характеризуются относительно низкой сомк­нутостью и обилием просветов в древесном ярусе.

18Q

Рис. 5.1. Оконно-вывальная динамика лесного биогеоценоза: прикорне­вая розетка поваленной ветром старой ели

Под пологом лесов с нормальной оконной динамикой возни­кают специфические экологические условия, объясняющиеся зна­чительным количеством мертвой древесины, накопленной на по­верхности почвы (и мертвого органического вещества в почве), а также специфическим почвенным микрорельефом, который об­разуется в результате постоянного вываливания старых деревьев вместе с корневыми системами. Это, в свою очередь, обусловли­вает более высокую влагоемкость почвенного покрова этих лесов, а также меньшие объемы поверхностного стока в периоды весен­него снеготаяния и сильных дождей и, как следствие, более сгла­женные колебания влажности и температуры под пологом леса в течение всего вегетационного периода. Отсюда высокое флори­стическое разнообразие этих экосистем, а также господство в жи­вом напочвенном покрове крупных трав, таких как щитовник ав­стрийский, борец северный, дельфиниум высокий и др. Сомкну­тый полог таежного крупнотравья, достигающий иногда высоты 1, 5 — 2 м, делает почти невозможным развитие молодых особей деревьев непосредственно на поверхности почвы или на мелком валеже. В этих условиях ключевое значение для возобновления дре­весных пород приобретает крупный древесный валеж, его исчез­новение в результате выборочных рубок наиболее крупных дере­вьев способно существенно нарушить естественную возобнови­тельную динамику таких лесов [29].

Замечено, что основным регулятором продолжительности жиз­ни деревьев в лесах с оконной динамикой являются дереворазру-

щаюшие грибы, снижающие механическую прочность древесины старых деревьев и часто приводящие к вываливанию или слому ветром еще вполне живых деревьев. Определяя продолжительность жизни деревьев, дереворазрушающие грибы оказывают существен­ное косвенное влияние на скорость оборота поколений деревьев, размер отдельных «окон», а также способствуют образованию круп­ных ветровальных или буреломных участков под воздействием ура­ганных ветров.

К сожалению, вследствие реалий лесопользования последнего столетия такие леса представляют скорее исключение из правил, поскольку куда большее распространение имеют массивы, возоб­новившиеся одновременно на больших площадях после сплош­ных рубок или пожаров. В таких лесах, выровненных по структуре, образующиеся окна («буреломы») часто имеют довольно боль­шие размеры за счет единовременного вываливания шквальным ветром больших групп сходных по возрасту деревьев, это обсто­ятельство позволяет лесохозяйственникам относить их к перестой­ным и назначать в рубку.

Пирогенная, или пожарная, динамика — основной механизм об­новления естественных таежных лесов в пределах рассматривае­мой территории. Несмотря на то, что периодически происходят отдельные случаи возникновения лесных пожаров от естествен­ных причин (молний), назвать этот механизм обновления лесов полностью естественным нельзя. Подавляющее большинство по­жаров в таежных лесах Европейской России связано с хозяйствен­ной деятельностью человека, поэтому мы рассмотрим ее в следу­ющей главе, посвященном истории антропогенизации ландшаф­та.

5.2.2. Заболачивание лесов

К естественной, т.е. природной, динамике ландшафтов отно­сят и так называемую гидроморфную динамику лесной зоны — изменение границы между заболоченными лесными биогеоцено­зами и биогеоценозами собственно болот.

Динамика естественного заболачивания лесов чрезвычайно важ­на для понимания рисунка ландшафтов и возможностей его осво­ения.

Историко-географический анализ обнаруживает повсеместную глубокую зависимость процессов освоения территории от средне-многолетних тенденций изменения характера увлажнения — даже в большей степени, чем от колебаний температуры. Длящиеся го­дами периоды повышенной увлажнения (перемещение «ложбины циклонов» на Русской равнину — выражение, впервые использо­ванное Л.Н.Гумилевым) приводило к серьезному ухудшению аг-рохозяйственного потенциала ландшафтов лесной зоны центра и

севера. На обширных и слабодренированных водно-ледниковых равнинах уже освоенные окультуренные земли за 100 лет непого­ды могли вернуться в состав лесов, главным образом из-за возоб­ладания гидроморфного тренда развития почв, бороться с кото­рым при существовавших в доиндустриальную эпоху средствах было невозможно.

Причины заболачивания связывают с двумя различными мо­делями гидроморфного развития почв в естественных ландшафтах. Об одной из них, объясняющей процесс заболачивания с разви­тием оподзоливания почв и формированием со временем в по­чвенном профиле слабоводопроницаемого иллювиального гори­зонта, над которым возникает поверхностное оглеение, а затем и торфонакопление, мы уже упоминали в главе, посвященной бо­лотным ландшафтам. Эту модель можно считать автохтонной, т.е. отражающей процессы внутреннего саморазвития почвенного по­крова в переувлажненных лесах таежной зоны.

Однако НА.Караваева, автор ставшего уже классическим тру­да по заболачиванию и эволюции почв [18], полагает, что гори­зонтальный рост болота возможен только при условии сбрасыва­ния им на прилегающие склоны какого-либо количества свобод­ной воды, как поверхностной (при кратковременном или дли­тельном затоплении), так и грунтовой (пополнение или подпор горизонта почвенно-грунтовых вод). Такой механизм называется аллохтонным, т.е. вызванным внешними условиями.

Аллохтонное заболачивание в зависимости от литолого-геомор-фологических условий может идти по любому из трех типов: по-чвенно-грунтовому (низинному), поверхностному (верховому) или смешанному (табл. 5.2).

Таким образом, основная черта механизмов поверхностного заболачивания — возникновение или усиление поверхностного оглеения в почвах, что приводит к ухудшению и без того неудов­летворительного внутреннего дренажа почвенной толщи. Избы­точная влага в верхних минеральных горизонтах вызывает ухудше­ние степени разложения подстилки, смену растительности на бо­лее гидрофильную и начало торфонакопления.

Почвенно-грунтовое заболачивание возникает в связи с под­пором горизонта почвенно-грунтовых вод прилегающего склона водораздела болотными водами или в связи со сбрасыванием пос­ледних в этот горизонт. И то и другое вызывает прогрессирующий подъем почвенно-грунтовых вод и активизирует процесс элюви­ально-иллювиальной дифференциации и оподзоливания. В усло­виях склона это приводит к образования ортзанда или достаточно уплотненного горизонта вмывания (иллювиально-железистого). Затем над уплотненной толщей возникает и усиливается поверх­ностное оглеение, что в конце концов приводит к началу торфо­накопления.

 

направление латеральных потоков болотно-грунтовых вод и вы­зывает плановые изменения структуры болотного ландшафта.

Внешние воздействия, например длиннопериодические веко­вые климатические флуктуации, могут вызывать постепенный сдвиг ландшафтов в сторону увлажнения или аридизации.

Таким образом, изменения ландшафта, приводящие к его раз­витию, могут быть вызваны как внешними причинами, так и внутренними. Сущность внутренних противоречий как движущей силы развития ландшафта состоит в том, что его компоненты в ходе взаимодействия стремятся прийти к равновесию, но это равновесие может оказаться только временным. В роли наруши­теля гомеостаза — стабильного состояния ландшафта — высту­пает, как правило, самый подвижный компонент — биота. Мы уже видели, как меняется речное русло после поселения в нем водных растений, но и в условиях «сухопутного» биогеоценоза растения и животные, приспосабливаясь к местообитанию в ходе своей жизнедеятельности, одновременно трансформируют его: например, в лесу происходит выщелачивание верхнего горизон­та почвы и образование водоупорного иллювия. Причем воздей­ствие биоты может быть очень масштабным, так существует мне­ние, что даже подзолообразование (во всяком случае на почвах легкого и среднего механического состава) является результа­том постоянного оборачивания верхнего горизонта почвы, свя­занного с вывалами вековых деревьев, образованием кротовин, роющей деятельностью мышей, и многочисленных насекомых (муравьев, червей и т.д.).

Саморазвитие ландшафта протекает относительно медленно, его естественный ход, с одной стороны, контролируется, с дру­гой — часто нарушается внешними факторами (флуктуации кли­мата) или катастрофическими событиями (пожары, наводнения и т.п.). В современной картине ландшафтной мозаики могут быть представлены гетерогенные элементы, в том числе сохранившие­ся от прошлых эпох; в этой связи в плановой структуре ландшаф­та различают:

•реликтовые элементы, связанные с предыдущими этапами раз­вития ландшафта (таковы, например, верховые болота, образо­вавшиеся на месте вытаявших линз льда на водоразделах морен­ных возвышенностей);

• консервативные элементы, которые наиболее полно соответ­
ствуют современным условиям (таковы плакорные фации морен­
ных равнин);

• прогрессивные элементы, наиболее молодые, указывающие тен­
денцию дальнейшего развития (например, фации ложбинно-ло-
щинной сети на моренной равнине).

Процесс развития ландшафта наиболее отчетливо проявляет­ся в формировании его новых морфологических частей, возни-

кающих из первоначально едва заметных парцелл или фаций: эрозионных промоин, очагов заболачивания, куртин древостоя и т.д. Но для того чтобы трансформировалась вся морфологиче­ская структура ландшафта, требуется значительно более длитель­ное время.

Сложным и дискуссионным является вопрос о возрасте ланд­шафта. С логических позиций, казалось бы, возраст ландшафта можно отсчитывать н от возраста одного из наиболее древних ком­понентов, в роли какового обычно выступает рельеф и литологи-ческая основа геосистемы. Однако, как мы уже могли убедиться, даже на равнинах, переживших покровное оледенение 10—15 тыс. лет назад, ландшафты не раз сменялись вследствие трансформа­ций климата, которые влекли за собой смещение зональных (и под-зональных) границ.

Согласно В.Б.Сочаве [44], возраст ландшафта измеряется вре­менем, прошедшим с момента возникновения его инварианта. Однако на практике установить такой момент достаточно слож­но, поскольку время качественного скачка ландшафта из одного инвариантного состояния в другое вполне соизмеримо с време­нем человеческой жизни. Кроме того, зачастую практически не­возможно отделить процессы саморазвития ландшафта от процес­сов его изменения, вызванных косвенным воздействием антропо­генной деятельности.

Так или иначе очевидно, что любой ландшафт в своем разви­тии переживает по крайней мере три отчетливо разделяющиеся стадии: стадию формирования, стадию достижения зрелости и стадию эволюционного развития. Первая протекает сравнительно быстро (заселение растительностью вновь образовавшихся субстра­хов _ отмелей, осушек морского дна, освободившихся от льда равнин, и т.д.). В начале этой стадии ландшафт характеризуется быстрой изменчивостью и носит черты молодости и несложив­шейся структуры: молодые биоценозы с упрощенной вертикаль­ной структурой, слабо развитые почвы, малорасчлененный рель­еф, неразработанная гидрографическая сеть.

На второй стадии компоненты ландшафта приходят в относи­тельное соответствие друг с другом, виды эдификаторы — «стро­ители биоценоза» создают условия для внедрения других видов, повышается разнообразие и устойчивость всей геосистемы, воз­никают зональные почвы; в некогда монотонном ландшафте диф­ференцируются элементы его плановой структуры (урочища и фации).

С этого момента ландшафт переходит в третью, эволюцион­ную, стадию развития, когда источником дальнейшей трансфор­мации служат противоречивые взаимодействия компонентов либо процессы, происходящие внутри биоты ландшафта. Это позволя­ет говорить о возрасте различных компонентов ландшафта. С этих

позиций обычный темнохвойный ельник Русской равнины со­держит три асинхронно сформировавшихся компонента:

• реликтовый — почвообразующую породу, т.е. собственно мо­
рену;

• консервативный — почву, возникавшую в течение многих ве­
ков и соответствующую зональными условиям почвообразования;

• современный — растительный покров, который в крайнем
случае не старше возраста самых старых представителей древостоя
верхнего яруса (возраст — до полутора веков).

В этой связи очевидно, что почвы, точнее зрелый почвенный профиль, являются не столько «зеркалом», сколько своего рода памятью ландшафта, поскольку отражают комплекс условий, су­ществовавших в данном местообитании длительное время до на­стоящего момента.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие процессы составляют сущность функционирования ландшаф­
та? Попытайтесь изобразить эти процессы во взаимосвязи графически с
помощью блок-схемы или простого (образного) рисунка.

2. Опишите специфику внутригодовой (сезонной) динамики ланд­
шафтов в любой другой природной зоне (например, зоне субтропиков),
воспользовавшись логикой, заложенной в табл. 5.1.

3. Приведите примеры обратимых и необратимых изменений в ланд­
шафте, вызванных внешними природными процессами: изменением
климата, неотектоническим погружением или поднятием и т.д.

4. Можно ли наравне с развитием говорить об эволюции ландшафта?
Если да, то какой смысл следовало бы вкладывать в это понятие? Какие
положения современной теории эволюции могут быть применены к кон­
цепции эволюции ландшафтов? Как можно подразделить и классифици­
ровать внешние и внутренние факторы эволюции ландшафта?

Гл а в а 6

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Абсолютные и относительные показатели изменения структуры
2. АНОМАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗЫ МАТЕРИИ
3. Биохимические и структурные изменения
4. В. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ РСТ
5. Влияние изменения силы резания на точность обработки.
6. Влияние изменения трудоемкости
7. Внушенные органические изменения
8. Возрастные изменения психических функций человека в трудоспособном периоде онтогенеза
9. Вопрос 36. Географическая оболочка, ее специфика и границы. Саморегулирование, функционирование и целостность географической оболочки.
10. ВОССТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА. ИЗМЕНЕНИЯ В СОЦИАЛЬНОЙ СФЕРЕ
11. Все компоненты макроокружения находятся в состоянии сильного взаимовлияния. Изменения в одной из компонент обязательно приводят к тому, что происходят изменения в других компонентах макроокружения.
12. Вшивость (син. педикулез) – паразитирование на человеке вшей, сопровождающееся изменениями кожи в результате укусов. Выделяют головной, платяной и лобковый педикулез.