Связи между компонентами ландшафта

Компонентные связи в ландшафтных геосистемах

Любая функционирующая и развивающаяся система содержит в качестве каркаса устойчивую совокупность элементов (компонентов) и связи между ними. Ландшафтная геосистема – это исторически сложившаяся, территориально устойчивая совокупность взаимосвязанных природных компонентов и элементов, характеризующаяся определенной организованностью и способностью функционировать как единое целое, продуцируя новое вещество, энергию и информацию. Понятие нового вещества включает в себя почвы, органическое вещество биоты, коры выветривания, измененные по химическому составу воды ландшафтов и др.

Связи между компонентами геосистем называются вертикальными. Они входят в понятие «вертикальная структура ПТК» как ее обязательные составные части (р и с . 2.3).

Связи в геосистемах, как правило, не очень жесткие и носят преимущественно вероятностный характер. Осуществляются они в виде разномасштабных круговоротов, связывающих между собой как отдельные компонентные звенья геосистем, так и сами геосистемы в единый планетарный ландшафтный комплекс (ландшафтную сферу). Причем круговороты в ландшафтах не совсем замкнуты, так как сами по себе они, являясь звеньями более масштабных круговоротов, подпитывают-ся из них энергией и веществом (большой и малый круговороты воды, биогеохимические круговороты).

Р и с . 2.3. Схема межкомпонентных связей

(А– атмосфера; Г– гидросфера;

Ж – животный мир; П– почва;

Р – растительность; Л– литосфера)

Связи в ландшафтах по их носителям делятся на следующие типы и виды:

1. Вещественные, энергетические и информационно-организационные (поступление веществ, химических элементов; передача и накопление солнечной и гравитационной энергии, атмосферного давления; трофические цепи; структуризация одного компонента под влиянием другого; запечатлевание этапов исторического развития в веществе и морфологической структуре геосистем). Вещественные связи, например, хорошо проявляются в приуроченности тех или иных растительных сообществ к определенным поверхностным отложениям (в средней полосе это пески – сосновые боры; в аридной зоне это песчаные – псамофитные или каменистые – петрофитные пустыни). Трофические связи можно себе представить в виде трофической цепи или приуроченности растительных сообществ и отдельных видов к богатым или бедным по содержанию элементов питания местообитаниям (трофотопам).

2. По направленности действия выделяют прямые и обратные связи. Прямые связи – это непосредственное первичное влияние одного компонента на другой, например, влияние количества атмосферных осадков на сток рек. Обратные связи – реакция одного компонента на воздействие на него другого (например, снижение температуры воздуха ниже 0 градусов ведет к выпадению осадков в виде снега, как следствие увеличивается альбедо земной поверхности, и вследствие этого еще больше понижаются температуры воздуха; повышение продуктивности растительности благоприятно сказывается на численности травоядных животных, а увеличение численности последних – на численности хищников).

3. В зависимости от ответных реакций среди обратных связей выделяются положительные и отрицательные связи. Положительные обрат-27

ные связи усиливают, стимулируют первичное прямое воздействие одного компонента на другой (температура воздуха – снег – альбедо – температура воздуха). Отрицательные обратные связи ответной реакцией компонента, наоборот, сдерживают, нейтрализуют прямые воздействия. Например, усиление потоотделения у животных и транспирации у растений при жаркой погоде стабилизирует температурный режим организма; снижение температуры воздуха над заснеженной территорией и разросшимися ледниковыми покровами уменьшает возможное вла-госодержание в нем и, соответственно, количество осадков. Это в свою очередь сдерживает рост мощности ледниковых и снежных покровов. Летом при ясной погоде в первой половине дня солнце сильно нагревает землю, в результате усиливается испарение, к полудню появляются конвективные кучевые облака, закрывающие часть неба, вследствие чего уменьшается поступление прямой солнечной радиации и нагревание земной поверхности (температурный режим стабилизируется).

Положительные обратные связи ведут к трансформации и даже разрушению геосистем. Однако на некотором уровне трансформации или перестройки геосистем положительные обратные связи обычно переходят в отрицательные; в результате – геосистема вначале стабилизируется, а затем вновь начинает прогрессивно развиваться. То есть отрицательные обратные связи стабилизируют геосистемы.

Представляя связи между компонентами геосистем, можно по известным свойствам и изменению одного компонента индицировать и прогнозировать другой компонент.

Территориально и исторически устойчивые совокупности взаимосвязанных круговоротами природных компонентов формируют природные комплексы, или геосистемы. Однако в геосистемах существуют не только межкомпонентные связи, но и связи между природными комплексами. Разнообразные связи между геосистемами организуют их в более сложные геосистемные совокупности или ландшафтные комплексы разных уровней организации. Выражаются эти связи в переносе вещества и энергии из одних геосистем в другие (мелкозема, воды и растворенных в ней химических элементов, биогенов, тепловой, а также других видов энергии). В конечном итоге последовательные совокупности этих связей формируют различные круговороты, связывающие природные геосистемы в целостную ландшафтную оболочку.

В отличие от вертикальных – межкомпонентных связей, связи между сопряженными природными геосистемами называются горизонтальными, или латеральными (боковыми) (р и с . 2.4).

Р и с . 2.4. Горизонтальные (латеральные, боковые) связи между смежными геосистемами

В зависимости от состава и свойств природных компонентов и комплексов, а также характера связей между ними, ландшафтные геосистемы имеют вполне определенную структуру (таежные, пустынные, аллювиальные, холмистых моренных равнин, гор и другие ландшафты).

Раздел 3. ИЕРАРХИЯ ПРИРОДНЫХ ГЕОСИСТЕМ. ФАКТОРЫ И ГЛАВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ ЛАНДШАФТОВ СУШИ

Источник статьи: http://lektsia.com/1x5b22.html

Вертикальные и горизонтальные связи.

В ландшафте различают вертикальные и го­ризонтальные связи. Связи вертикальные это связи между компонентами ландшафта – между климатом, горными породами, подзем­ными и поверхностными водами, почвами, растительным и животным миром. Изучение вертикальных связей привело к фор­мированию представлений о моносистемной модели геосистемы. Анализ верти­кальных связей – начальный шаг к познанию ландшафта и его морфологической струк­туры. Анализ вертикальных связей необходим в практических целях, во-первых, для предска­зания последствия изменений в плохо наблю­даемых компонентах на основе анализа изме­нений и последствий в легко наблюдаемых компонентах (например, по изменению харак­тера растительности дать заключение об изме­нении режима увлажнения); во-вторых, для управления воздействием на один компонент (или их группу) с целью получения положи­тельного эффекта от других (например, регу­лирование водно-теплового режима почв для повышения биопродуктивности).

Связи горизонтальные(латеральные) – между соседними геосистемами (более низкого и рав­ного рангов). Они проявляются в формирова­нии пространственной структуры ланд­шафтных образований, таких, как геохора, катена, парагенетические ландшафты, геохи­мические ландшафты и т. д. Эти связи про­являются также во влиянии одного ландшафта на другой, в формировании океанических и континентальных типов ландшафтов. Изучение горизонтальных связей привело к формированию полисистемной или хорической модели ландшафтов.

Различают связи прямые,направленные от более «активного» объекта или явления к дру­гому, более «пассивному», объекту или явле­нию (таковы, например, связи, возникающие при воздействии какого-либо сооружения на грунтовые воды), и связи обратные,возникаю­щие как ответная реакция «пассивного» объек­та и влияющие на состояние «активного» объекта.

Межкомпонентные связи в ландшафте не являются абсолют­но жесткими. Они носят вероятностный характер. Природные ком­поненты обладают некоторой степенью свободы в своем поведе­нии. Благодаря этому, ландшафт может более или менее пластично реагировать на возмущающие импульсы внешней среды.

Ландшафт способен существовать только при условии «дви­жения через него потока вещества, энергии и информации». Вещественные, энергетические и информационные свой­ства природных компонентов теснейшим образом взаимосвязаны и отдельно друг от друга в природе не существуют. Поэтому веще­ственно-энергетический и информационный обмен между компо­нентами и геосистемами в целом немыслим в их раздельности. Однако в ходе ландшафтного анализа удается различать его виды.

Можно привести немало примеров вещественно-энергетичес­ких связей в ландшафте. Начнем с самого простого: горный речной поток, порожденный атмосферными осадками и таянием высоко­горных нивально-гляциальных покровов, низвергается вниз по ущелью, благодаря потенциалу гравитационной энергии горного рельефа, который был создан тектоническим вздыманием страны. Размывая скальные породы и обломочный материал осыпей и об­валов, поток превращает их в валунно-галечный аллювий. Его вод­ная масса насыщается влекомым, взвешенным и растворенным материалом. Одновременно происходит жидкий, твердый и ион­ный сток. Ущелье со временем превращается в террасированную долину. В деятельности горного потока интегрируются многие фак­торы абиотической природы горного ландшафта: поверхностный сток, атмосферные осадки, снежно-ледовые покровы, горный ре­льеф, слагающие ландшафт горные породы.

Особенно ярко межкомпонентные вещественно-энергетичес­кие связи прослеживаются в биогеохимическом (малом биологи­ческом) круговороте, наиболее важном в превращении ландшафта в целостную геосистему. Растительность выступает в нем самым активным компонентом. Недаром В. Б. Сочава назвал ее критичес­ким компонентом ландшафта. Непременными и незаменимыми факторами жизни растений служат, как известно, свет, тепло, воздух, вода и элементы минерального питания. Даже из простого их перечня видно, что для существования растительного покрова не­обходимы все природные компоненты ландшафта. Под биологи­ческим круговоротом понимается сложный циклический, много­ступенчатый процесс. Он включает поступление химических эле­ментов (С, N, О, Са, К, Mg, Na, P, S, Si, Cl, Fe и др.) из почвы, воды и воздуха в живые организмы главным образом в зеленые растения и превращение их под воздействием лучистой энергии Солнца в ходе фотосинтеза в сложные органические соединения. Ежегодно на Земле образуется около 170 млрд т первичного органического вещества. При этом усваивается 300-320 млрд т СО, из воздуха и выделяется около 200 млрд т свободного кислорода.

Часть созданного растениями-продуцентами биогенного ве­щества-энергии используется в трофических цепях животными. В результате минерализации растительного опада и отмерших орга­низмов происходит возвращение химических элементов в среду: почвы, воздух и воду. Этот круговорот вещества и энергии почти замкнут. Малая доля отмершей органики захороняется или выно­сится за пределы геосистемы путем вещественно-энергетического обмена с ландшафтной средой. Примерно 0,004% годичной био­логической продукции резервируется. Живое вещество высту­пает как аккумулятор солнечной энергии. В итоге за многие мил­лионы лет в ландшафтной оболочке накопились большие запа­сы свободной биогенной энергии (каустобиолиты, почвенный гумус), исчисляемые в тг10 32 ккал. Однако в настоящее время человечество за одни только сутки расходует столько ископае­мого органического топлива, сколько его откладывалось когда-то в среднем за 300-350 лет.

Информационные связи в ландшафтах прослеживаются как в пространстве, так и во времени. Суть их состоит в передаче тер­риториального и временного упорядоченного разнообразия одним природным компонентом другому компоненту, и наоборот. Таким образом, компоненты как бы стремятся запечатлеть свою простран­ственно-временную организацию в других компонентах и геосис­теме в целом. В отношении пространственной организации очень сильное информационное давление на другие природные компо­ненты оказывает литогенная основа. Разнообразие горных пород, а главное, неровности рельефа дневной поверхности находят соответствующее отражение в пространственной смене почвенного и растительного покрова, водного режима и микроклимата. Как терри­ториально дифференцирована литогенная основа, так в главных чертах устроен в плане и ландшафт в целом.

Классическим примером информационного влияния релье­фа на ландшафт является известное правило предварения В. В. Але­хина (1882-1946), известного геоботаника, профессора МГУ. Со­гласно правилу предварения, на склонах северной экспозиции раз­вивается растительность более северных зон, подзон, а на скло­нах южной экспозиции – более южных. В лесостепной зоне, на­пример, склоны долин и балок, обращенные на север, как правило, заняты широколиственными лесами, а склоны южной экспозиции -степными ценозами.

В информационных ландшафтных связях можно видеть ана­логию с известным принципом симметрии П. Кюри (1859-1906), согласно которому симметрия причины сохраняется в симметрии следствия. Если в указанной формуле вместо слова «симметрия» поставить слово «организация», то она в полной мере будет харак­теризовать суть трансляционной информации в ландшафте.

Межкомпонентные связи в ландшафте не являются абсолют­но жесткими. Они носят вероятностный характер. Природные ком­поненты обладают некоторой степенью свободы в своем поведе­нии. Благодаря этому, ландшафт может более или менее пластично реагировать на возмущающие импульсы внешней среды. До опре­деленных пороговых нагрузок он способен оставаться относитель­но устойчивым. Н. Винер писал, что «. любое строение выдержи­вает нагрузку только потому, что оно не является стопроцентно жестким». Сравнивая ландшафт с другими природны­ми системами, А. И. Перельман говорил: «По степени совершен­ства связей ландшафт сильно уступает таким системам, как крис­таллы, атомы, организмы. Ландшафт – это система не только с дру­гой природой связей, но и с более «расшатанными» связями, более слабой интеграцией».

К тем определениям ландшафтоведения как науки, которые были уже даны, можно добавить еще одно: ландшафтоведение -наука о внутриландшафтных и межландшафтных системных свя­зях. Знание таких связей позволяет обоснованно решать многие проблемы природопользования.

4.3. Вертикальная и горизонтальная структура ландшафтов.

Структура ландшафта (от лат. stru – ctura – строение, расположение, порядок) – «от­носительно устойчивое единство элементов, их отношений и целостности объекта; инвариантный аспект системы».

Структура ландшафта – основное понятие теории ландшафта, тесно связанное с предста­влениями об устойчивости и изменениях ланд­шафтов, исходное при разработке мероприя­тий по охране природы.

Первоначально термин «структура ландшаф­та» употреблялся только в смысле «простран­ственное строение», «морфология ландшаф­та»: «порядок взаимного совершенно опреде­ленного расположения морфологических ча­стей ландшафта – фаций, урочищ, местностей». По мере развития научных представлений это понятие трансформировалось и приобрело такой вид: «строение ландшафта, выражаю­щееся в характере внутренних взаимосвязей между слагающими его компонентами, в про­странственном расположении и обособленно­сти более мелких ландшафтных комплексов» (Мильков, 1970, с. 131). Эти определения ха­рактеризовали лишь вертикальный и горизон­тальный пространственные аспекты структуры ландшафтов. Существенным дополнением ста­ло введение в определение «структуры ланд­шафтов» представления о временных ее аспек­тах. В. Б. Сочава (1963, с. 58) предложил рассматривать структуру ландшафтов как «. совокупность элементарных геосистем (с различными взаимосвязями между их компо­нентами), характеризующихся сезонным рит­мом и образующих серии и ряды трансформа­ции, а также различные мозаичные сочетания». В этом определении удачно сочетаются пред­ставления о компонентной, пространственной и временной сущности понятия «структура ландшафтов».

Вертикальное (ярусное) строениеландшафта может быть охарактеризовано как верти­кальный разрез ландшафта природного, как главный вертикальный ярус (Hauptstockwerk), представляющий собой сочетание взаимосвя­занных ярусов отдельных геосфер – атмосферы, литосферы, гидросферы, педосферы и т.д. В вертикальном строении ландшафта значе­ние имеют своеобразные производные со­вместного развития названных выше от­дельных геосфер – рельеф как производное ли­тосферы, с ее тектоническими движениями, гидросферы, атмосферы, а нередко и биоты, почва – продукт взаимодействия биоты и ли­тосферы в определенных климатических усло­виях, местный климат (микро- и мезоклимат) – режим состояний атмосферы, обусловленный взаимодействием общих атмосферных процес­сов, рельефа, биоты и т.д.

Изучение вертикального строения (верти­кальной морфологии) ландшафта является предпосылкой изучения связей между компо­нентами, а также обмена веществом и энер­гией между ними.

Горизонтальное (территориальное) строениеландшафта – сочетание входящих в его состав ландшафтов более низкого таксономического уровня и «ландшафтных элементов». Оно от­ражено на картах в виде мозаики или тек­стуры, являющейся важным свойством ланд­шафтов, особенно при ландшафтном деши­фрировании аэро- и космических снимков. Устойчиво повторяющееся, обусловленное ге­незисом или обменом веществом и энергией сочетание более мелких единиц называют (не очень точно) «морфологией ландшафта» или «морфологической структурой ландшафта»(см. также – ландшафт элементарный, катена). Го­ризонтальное строение служит основанием ие­рархических классификаций ландшафтов.

Каждая элементарная геосистема обладает своей вертикаль­ной структурой. Закономерно сменяясь в пространстве, они обра­зуют горизонтальную структуру ландшафта.

Лекция 5. ТИПЫ ЛАНДШАФТОВ.

Источник статьи: http://lektsia.com/1x5c38.html