Как определить устойчивость ландшафта

Устойчивость ландшафта

Под устойчивостью системы подразумевается ее способность сохранять структуру при воздействии возмущающих факторов или возвращаться в прежнее состояние после нарушения. Проблема устойчивости ландшафта приобретает важное практическое значе­ние в связи с нарастающим техногенным «давлением». Ландшафт, как и любая геосистема, несомненно обладает устойчивость в опре­деленных пределах. Однако пределы эти пока еще не установлены и механизм устойчивости не изучен.

Устойчивость не означает абсолютной стабильности, неподвиж­ности. Напротив, она предполагает колебания вокруг некоторого среднего состояния, т. е. подвижное равновесие. Надо полагать, что чем шире естественный диапазон состояний, тем мень­ше риск подвергнуться необратимой трансформации при аномальных внешних воздействиях. Например, ландшафты экваториальных лесов существующие длительное время в стабильных и узко ограни­ченных условиях теплообеспеченности и увлажнения, менее приспособлены к резким аномалиям этих условий, чем ландшафты умеренных широт. Однако противостоять подобным аномалиям позволяют внут­ренние механизмы саморегулирования, присущие различным ланд­шафтам. Благодаря отрицательным обратным связям эффект внеш­них воздействий «гасится» или, во всяком случае, ослабляется. Один из простых случаев: уменьшение стока в бессточное озеро вызывает сокращение площади зеркала, а тем самым — испарения, и таким образом восстанавливается водный баланс (устанавливается новое подвижное равновесие).

В саморегулировании геосистем особенно большую роль играет биота — важнейший стабилизирующий фактор благодаря ее мо­бильности, широкой приспособляемости к абиотическим факторам, способности восстанавливаться и создавать внутреннюю среду со специфическими режимами — световым, тепловым, водным, мине­ральным. Так, упомянутый экваториальный лес противостоит интен­сивному вымыванию элементов минерального питания из почвы путем накопления их в биомассе и интенсификации внутреннего оборота элементов. Отсюда следует, что высо­кая интенсивность биологического круговорота и соответственно биологическая продуктивность служат одним из существенных усло­вий и показателей устойчивости геосистемы.

Роль других компонентов в поддержании устойчивости неодноз­начна и подчас противоречива. Климат и влагооборот быстро реаги­руют на входные воздействия и сами по себе крайне неустойчивы, но быстро восстанавливаются. Твердый фундамент — один из наиболее устойчивых компонентов, но в случае нарушения не способен восста­навливаться, и поэтому его нарушение (в основном в результате денудации) ведет к необратимым изменениям в ландшафте. Ста­бильность твердого фундамента, таким образом, важная предпосыл­ка устойчивости ландшафта. Но основным стабилизирующим факто­ром, поддерживающим гравитационное равновесие в системе и пре­пятствующим денудации, служит растительный покров. Следова­тельно, и с этой точки зрения следует признать, что в механизме саморегулирования ландшафта биоте принадлежит ведущая роль.

Вопрос о мере устойчивости ландшафта, по существу, еще не обсуждался. Исходя из сказанного, можно в первом приближении считать косвенной мерой устойчивости запасы биомассы в ландшафте и ее продуктивность. Поскольку же эти показатели определяются в первую очередь соотношением теплообеспеченности и увлажнения, то оптимальное соотношение этих двух факторов должно, по-видимо­му, рассматриваться также как важный критерий устойчивости ландшафта.

Устойчивость всякого ландшафта относительна и имеет свои пределы. Рано или поздно ландшафт подвергнется трансформации в ходе своего развития, которое будет предметом нашего дальнейшего рассмотрения. Любая система устойчива при сохранении важнейших параметров внешней среды. При сохранении определенной стабильности зональных и азональных условий все современные ландшафты будут оставаться устойчивыми, и диапазон параметров внешней среды, от которых зависит их устойчивость, в общих чертах известен. Но в каждом отдельном случае порог устойчивости, т. е. критические значения каждого конкретного воз­мущающего фактора, предстоит выяснить. В этом состоит одна из нерешенных задач ландшафтоведения.

Степень устойчивости геосистем пропорциональна их рангу. Фации наименее устойчивы к внешним воздействиям и наименее долговечны. Ландшафт — система значительно более устойчивая, о чем наглядно свидетельствуют наблюдения над его реакцией на предна­меренное и непреднамеренное вторжение человека с его хозяйствен­ной деятельностью [15].

10. ПРИРОДНО-АНТРОПОГЕННЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ЛАНДШАФТЫ

Источник статьи: http://helpiks.org/8-98595.html

Как определить устойчивость ландшафта

Название: Ландшафтоведение — Н.П. Соболева

Рейтинг:

2.6. Устойчивость ландшафтов

Устойчивость – одно из важнейших свойств любых природных,

природно-хозяйственных и хозяйственных систем. Оно определяет саму возможность существования геосистемы, ее развитие, эффективность и

степень допустимой хозяйственной деятельности на данной территории.

В общем, устойчивость – это способность системы сохранять свои параметры при воздействии или возвращаться в прежнее состояние по-

сле цикла внешнего воздействия. Это не статическое состояние систе- мы, а колебания вокруг некоторого среднего состояния. Чем шире при- родный диапазон состояний ландшафта, тем меньше вероятность необ-

ратимой трансформации после возмущающих воздействий. Разрушаю- щим воздействиям противостоят внутренние механизмы саморегулиро- вания ландшафта, в результате эффект внешних воздействий ослабляет-

ся, поглощается или гасится.

Важнейшим стабилизирующим фактором в саморегулировании ландшафтов является биота. Она легко приспосабливается к различным

условиям, мобильна и легко восстанавливается. Интенсивные биологи- ческие круговороты и биологическая продуктивность – одно из главных условий устойчивости ландшафтов.

Наиболее устойчивым компонентом ландшафта служит твердый фундамент. Однако в случае нарушения он не способен восстанавли- ваться. Его стабильность – важная предпосылка устойчивости ландшаф- та.

Любой ландшафт в процессе своего развития подвергается воздей- ствиям, и его устойчивость имеет свои пределы. Порог устойчивости выясняют в каждом конкретном случае.

Общие критерии природной устойчивости геосистем: высокая ор-

ганизованность, интенсивное функционирование и сбалансированность функций геосистем, включая биологическую продуктивность и возоб- новимость растительного покрова. Кроме этого, выявляются связи свойств природных компонентов с устойчивостью геосистем к антропо- генным нагрузкам (Казаков, 2007).

1. Гравитационный, или денудационный, потенциал территории

(относительные превышения и расчлененность) – чем он больше, тем устойчивость геосистем к денудации, эрозии, механическим нагрузкам

и даже к токсикантам меньше.

2. Уклоны поверхности – чем больше, тем устойчивость ниже. Но при уклонах менее 1° она может падать из-за возможного переувлажне-

ния и низкого самоочищения ландшафтов от загрязнителей.

3. Длина склонов – чем она больше, тем устойчивость ниже.

4. Механический состав почвогрунтов – обычно более устойчивы к нагрузкам геосистемы, сложенные легкими суглинками и супесями, од- нако максимум может несколько смещаться в зависимости от вида воз- действия.

5. Мощность почвогрунтов – при мощности менее 1,2м устойчи-

вость геосистем падает при ее уменьшении.

6. Увлажненность территории – максимальная устойчивость к на-

грузкам у геоэкосистем свежих местообитаний, к сухим и мокрым она падает.

7. По климатическим характеристикам наибольшей устойчиво-

стью обладают геосистемы с оптимальным соотношением тепла и влаги (гидротермический коэффициент и коэффициент увлажнения близки к единице), минимальной устойчивостью обладают геосистемы с резко выраженными лимитирующими факторами по теплу и увлажнению и большими амплитудами их колебаний; умеренные ветры 2,5-4 м/с также способствуют повышению устойчивости геоэкосистем.

8. Почвы – чем больше мощность гумусового горизонта, содержа- ние гумуса, емкость и насыщенность основаниями почвенно- поглощающего комплекса, тем большей устойчивостью обладают гео- системы.

9. Биота – чем более ёмкий и интенсивный биологический круго- ворот вещества, чем плотнее проективное покрытие поверхности, тем выше устойчивость геосистемы. Так, хвойные породы и леса в среднем

менее устойчивы к антропогенным воздействиям, чем лиственные; лу-

гово-степные виды трав более устойчивы, чем лесные, а наибольшей устойчивостью обладают придорожные травы; виды с глубокой и плот- ной корневой системой более устойчивы, чем с поверхностной и рых- лой.

Перечисленные факторы определяют неодинаковую устойчивость ландшафтов к специфическим антропогенным воздействиям. Например, тундровые и северо-таежные геосистемы весьма неустойчивы к кислот- ному загрязнению, а лесостепные и сухостепные ландшафты реагируют на этот тип воздействия очень слабо. Кроме того сама реакция на ки- слотное загрязнение в разных ландшафтах может иметь разную направ- ленность. В таежных ландшафтах, особенно сложенных промытыми песками, с бедными элементами питания для растений подзолистыми почвами, под влиянием кислотных выбросов активно идут процессы отмирания зональных хвойных лесов и мохово-лишайниковых сооб- ществ. В степной зоне кислотные выбросы легко нейтрализуются каш- тановыми и черноземными почвами с насыщенным основаниями по- глощающим комплексом. При этом возможно даже олуговение геосис- тем с полынными растительными сообществами на солонцеватых поч- венных разностях.

Существенно различается устойчивость склоновых и равнинных геосистем к автотранспортным, рекреационным и пастбищным механи-

ческим нагрузкам. Так, для сухих боров-беломошников на бедных сильноподзолистых песчаных почвах допустимая рекреационная на- грузка, не приводящая к негативным последствиям в ландшафте, со-

ставляет 1-2 человека на 1 га, а для территорий со свежими травяными березняками на слабоподзолистых легкосуглинистых почвах она воз- растает до 15-20 человек на 1 га.

Отдельно взятые зональные типы ландшафтов также характеризу-

ются различной устойчивостью.

Так, тундровые ландшафты с недостатком тепла имеют слабораз-

витые почвы, неустойчивые к техногенным нагрузкам, сильно ранимы и очень медленно восстанавливаются (рис. 13). Дефицит тепла определяет низкую активность биохимических процессов, медленную самоочищае- мость от промышленных выбросов. При разрушении растительного и почвенного покровов нарушается тепловое равновесие многолетнемерз- лых пород, что вызывает просадки, разрушения фундаментов сооруже- ний и т.п.

Таежные ландшафты в целом более устойчивы из-за лучшей обес- печенности теплом, благодаря мощному растительному покрову, здесь формируются естественно не очень плодородные подзолистые почвы,

но отзывчивые на высокую культуру земледелия. Интенсивный влаго-

оборот способствует удалению подвижных форм загрязняющих ве- ществ, но биохимический круговорот еще медленный. Устойчивость геосистем в этой зоне снижается также из-за заболоченности и при све- дении лесного покрова (рис. 14).

Рис. 13. Антропогенные изменения (дорожные ландшафты) в тундре

Рис. 14. Зарастающая гарь в темнохвойной горной тайге

Высокой устойчивостью обладают ландшафты степной и в мень- шей степени лесостепной зон (рис. 15), где наблюдается наиболее бла- гоприятное (для условий России) соотношение тепла и влаги. Здесь под пологом мощной степной травянистой растительности в естественных условиях образовались одни из самых плодородных почв – черноземы. Высокая биохимическая активность степных ландшафтов способствует их довольно интенсивному самоочищению. Но широкомасштабная рас- пашка черноземных почв существенно понизила их устойчивость: про- исходит интенсивная сработка гумуса, а это фактор устойчивости, по- всеместно развилась водная и ветровая эрозия, ухудшаются свойства почв при многократной обработке, особенно с применением тяжелой техники, происходит уплотнение почв.

Рис. 15. Барабинская лесостепь

В пустынных ландшафтах интенсивная солнечная радиация уско- ряет биохимические процессы, но недостаток влаги уменьшает вынос продуктов разложения, в том числе и загрязняющих веществ. Расти- тельность здесь бедная, почвы маломощные, сильно ранимые, поэтому пустынные ландшафты малоустойчивы (рис. 16). Повысить их устойчи- вость может орошение. Водные мелиорации (орошение и осушение) по- вышают устойчивость геосистем, приводя к оптимуму соотношение те- пла и влаги, но являются сильным возмущающим фактором, при пре- вышении рекомендуемых норм можно получить противоположный ре- зультат.

Рис. 16. Пустынные ландшафты

Важным свойством, определяющим устойчивость геосистем в есте- ственных и антропогенных условиях, является их иерархическая орга- низация. Устойчивость геосистем растет с повышением ее ранга. Наи- менее устойчивыми являются фации, которые сильнее всего откликают- ся как на изменения внешних природных условий, так и на деятельность человека. Более крупные геосистемы регионального ранга, включающие в себя значительные массы вещества и энергии и обладающие больши- ми адаптивными возможностями, в меньшей степени подвержены изме- нениям.

При оценке устойчивости природных территориальных комплексов к внешнему (антропогенному) воздействию в качестве определяющей принимается их способность к преодолению этого воздействия, завися- щая от его энергетики и проявляющаяся в скорости его восстановления. При этом принимается, что наиболее устойчивыми являются естествен- ные природные геосистемы с большей энергетикой, что для антропо- генно преобразованных ландшафтов высокий уровень энергетики озна- чает неустойчивость антропогенных элементов в ландшафте (здания, плотины, пахотный горизонт почвы, сады и т.д.). Очень низкая устой- чивость природных систем также означает невысокий уровень устойчи- вости антропогенных элементов в ландшафте, поскольку они будут раз- рушаться вместе со структурой ландшафта под воздействием внешних факторов. Ниже приведен пример балльной оценки природной устойчи- вости территории г. Томска (рис. 17).

Рис. 17. Балльная оценка природной устойчивости территории г. Томска

Источник статьи: http://bookbk.net/book/126-landshaftovedenie-np-soboleva/14-26-ustojchivost-landshaftov.html

Как определить устойчивость ландшафта

Анализ современных подходов к оценке устойчивости геосистем [1–12, 14] позволяет отметить следующие важные особенности исследований. Первая особенность – отсутствие во многих работах авторского понимания устойчивости или абсолютизация только одного из возможных видов устойчивости и неприятие других возможных видов или оценочных средств. В результате иногда выясняется, что оценивается не устойчивость системы, а, например, чувствительность организмов, населяющих эко- или геосистему к определенному типу воздействия на них. При этом учитывается площадь, занятая данным видом. В других случаях оценивается не интегративное (эмерджентное, сложное) свойство системы в целом, а изменчивость компонентного состава системы. В третьем примере строится вектор состояния системы по совокупности максимально большого перечня характеристик системы, имеющихся в базах данных авторов, и этот вектор отожествляется с устойчивостью системы.

Вторая особенность – преобладание балльных и балльно-индексных подходов и методов оценивания на том основании, что устойчивость является интегративным свойством системы в целом, ее нельзя измерить, а можно только оценить косвенно, например, на основе балльного подхода. Здесь рекомендуется по отдельности определять устойчивость ландшафта к каждому конкретному возмущающему фактору. Этот подход распространяется также на оценку устойчивости почв, элементарных ландшафтов, растительного покрова, как компонентов ландшафта. Зачастую, не учитывается прямая и обратная связь устойчивости с параметрами оценивания. При этом балльная оценка (в ряде случаев баллы по отдельным факторам всё же суммируются) иногда именуется авторами «интегральной оценкой».

Третья особенность – присутствие в оценочных подходах одновременно нескольких видов устойчивости. С одной стороны, оценка устойчивости к изменению параметров естественного и антропогенного режимов – необходимое условие оценки устойчивости природных систем. Такая оценка позволяет делать выводы о соотношении природных и антропогенных составляющих в интегральной оценке или, изменяя одну из них, выявлять, способна ли система (и до какого предела) сохранять тот класс (продуктивности, качества, устойчивости, благополучия), который имела до воздействия.

С другой стороны, встречаются подходы, в которых одновременно сочетаются два основных вида устойчивости, характеризующих разные механизмы ее формирования. Это проявляется в процессе формирования оценочных шкал. При оценке устойчивости в первом случае (адаптационная устойчивость) важнейшим свойством природной системы является ее способность не менять свое состояние или плавно переходить в другой класс, сохраняя при этом свои свойства и связи (инертность, пластичность). В другом случае (регенерационная устойчивость) система способна многократно восстанавливать свои свойства, возвращаться в то состояние, которое она имела до внешнего воздействия и которое она утратила (восстанавливаемость). В итоге, в соответствии с методической платформой авторов, один и тот же параметр имеет противоположные шкалы в первом и втором случаях. Это объясняется тем, что природа регенерационной устойчивости и параметров, ее характеризующих, например, самоочищения, близки, а адаптационной устойчивости и того же параметра – противоположны. Рассмотренные нами в [7] примеры позволили выявить основные условия использования одних и тех же параметров в первом и втором типах устойчивости и целесообразность их совместного использования в одной модели-классификации.

В этом случае, по нашему мнению, важную роль играет системообразующий тип анализируемой геосистемы, например: 1 – циклический тип, 2 – транзитный, 3 – каскадный [9]. Тогда логично оценивать адаптационную устойчивость для эко- и геосистем 1 типа, регенерационную – для 2 или для 2 и 3 типов систем. Этого на практике не происходит. В оценке устойчивости, как правило, присутствуют одновременно первый и второй типы, см., например, [14].

Четвертая особенность, отмеченная нами в [7], состоит в медленном развитии индексологии устойчивости. Редко авторами предлагаются индексы устойчивости, для которых, разработаны оценочные шкалы. Но даже, если такие шкалы существуют, то они, при использовании в балльном оценивании заменяются балльными шкалами, что снижает их ценность как основы «экологической квалиметрии» или «экологической аксиометрии».

Материалы и методы исследования

Рассмотрим основные этапы построения моделей-классификаций устойчивости. В классификации математических моделей сложных систем Г.С. Розенберга (1984) [13] в группу эмпирико-статистических моделей автор включил «модели-классификации». Эти модели описывали правила, по которым исследуемый объект можно отнести к одному из классов состояния на основе разбиения информации об отдельных параметрах на классы. В соответствии с этим, классификации, включающие в себя набор параметров и классов для интегральной оценки устойчивости и правило построения шкалы интегрального показателя устойчивости, будем называть моделями-классификациями устойчивости.

На первом этапе выявляется тип устойчивости, механизмы ее формирования и отбираются необходимые и достаточные критерии оценивания. Не претендующая на полноту сводка критериев оценивания потенциальной устойчивости приведена в табл. 1. Вводятся классы устойчивости и формируются оценочные шкалы для всех критериев.

Внешний вид модели-классификации интегральной оценки устойчивости, построенной нами на основе критериев из табл. 1 при равенстве приоритетов оценивания приведен в табл. 2.

Для нормирования исходных параметров использовались функции «мини-макса», традиционно применяемые нами в построении интегральных показателей [15].

В расчетах использованы нормирующие функции, отражающие линейный характер изменения характеристик. В качестве mini и maxi использовались минимальное и максимальное значения оценочных шкал.

В последней строке табл. 2 приведены рассчитанные значения интегрального показателя устойчивости (ИПУЛ) по классам. Правила построения оценочных шкал интегральных показателей состояния и устойчивости геосистем опубликованы нами в работах по интегральной оценке состояния и устойчивости природных и антропогенно- трансформированных систем [5–8]. Использовались: метод сводных показателей (МСП); метод рандомизированных сводных показателей (МРСП); АСПИД-методология [15]. Реализация этапов проводилась либо для нескольких уровней свертки информации, либо все параметры оценки сводились в единую исходную модель-классификацию.

В качестве d-функции для построения интегрального показателя устойчивости использовалась линейная свертка нормированных значений вида

, (1)

представляющая собой сумму взвешенных значений показателей qi (результат нормирования i-й характеристики), определяемую весовыми коэффициентами отдельных критериев для интегральной оценки устойчивости. Введение условия позволяет оценивать как относительную значимость показателя qi.

Критерии оценки потенциальной устойчивости ландшафта

Признак, рекомендуемый для оценки устойчивости, его характеристика

1. Радиационный баланс, ккал/см2 год, определяет энергетику ландшафтообразующих процессов, бoльшим его значениям соответствует и максимальная устойчивость ландшафта

Черниговский, Маршунова, (цит. по Алисов, Полтараус, 1974) [цит. по 14]

2. Радиационный индекс сухости (К) – отношение между радиационным балансом территории и годовой суммой осадков, выраженное в калориях скрытой теплоты испарения. Отражает возможность накопления влаги при различных радиационных условиях. При К=1,00 возможность испарения примерно соответствует количеству выпавшей влаги. Это значение К соответствует условиям максимальной устойчивости ПТК

Будыко (цит. по: Хромов, 1968; Реймерс, 1990) [цит. по 14]

3. Ветровой режим: а) количество дней со штилями в году (баллы). Оценен на качественном уровне (чем больше дней со штилями, тем устойчивость выше)

Мельченко, 1992 [цит. по 14]

4. Ветровой режим: б) количество дней с сильными ветрами (баллы). Оценен на качественном уровне: чем больше дней с сильными ветрами, тем устойчивость ниже

Мельченко, 1992 [цит. по 14]

5. ИГП – интенсивность геоматических процессов (сумма баллов от показателей: неотектоническая активность, сейсмичность, тип рельефа, свойства пород). Оценена по [14]. По суммарной величине четырех составляющих максимальной устойчивостью будут обладать ландшафты с суммой баллов от 16 до 20 баллов, а минимальной – суммой баллов равной 4

Чуринов, 1983 [цит. по 14]

6. Устойчивость составных частей ландшафта – балльная качественная оценка. По роли в ландшафте урочища разделены на активные, пассивные и детерминанты. Максимальной устойчивостью по роли в ландшафте, будут отличаться пассивные урочища (останцы, в денудационных ландшафтах), минимальной – ПТК Н-Н детерминанты

Мельченко, 1992 [цит. по 14]

7. Контрастность урочищ в ландшафте, балльная оценка по принципу: чем выше контрастность, тем устойчивость выше

Мельченко, 1992 [цит. по 14]

8. Защищенность ГВ (грунтовых вод) – балльная качественная оценка. Определяется по глубине ГВ, поглотительной способности пород, трещиноватости, фильтрационным свойствам пород. ГВ в ландшафте считаются защищенными при наличии слабопроницаемого, мощного слоя пород и глубоком залегании ГВ. ГВ в ландшафте при наличии трещиноватых пород и карстовых ПТК не защищены, особенно, при достаточно близком залегании ГВ

Гольдберг, 1984 [цит. по 14]

9. Индекс биологической эффективности климата (ТК) [1] представляет собой интегральный критерий тепло- и влагообеспеченности, от которого зависит устойчивость ландшафта. В публикациях отмечено, что на региональном уровне высокие значения индекса характерны для наиболее устойчивых ландшафтов, а низкие – для неустойчивых

Абалаков, Лопаткин 2014 [1, 9, 10, 14]

Модель-классификация оценки устойчивости ландшафта

Источник статьи: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=11837