/
Author: Коновалова Т.И. Бессолицына Е.П. Владимиров И.Н. Черкашин А.К.
Tags: общие вопросы география как наука географические исследования путешествия информационные технологии вычислительная техника обработка данных картография
ISBN: 5-02-032449-3
Year: 2005
Text
ЛАНДШАФТНО¬
ИНТЕРПРЕТАЦИОННОЕ
КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
LANDSCAPE
MAP
INTERPRETATIONS
Editor
Dr. Sci. (Geogr.) Л.К. Cherkashin
NOVOSIBIRSK
“NAUKA”
2005
ЛАНДШАФТНО¬
ИНТЕРПРЕТАЦИОННОЕ
КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
Ответственный редактор
доктор географических наук А. К. Черкашин
6
НОВОСИБИРСК
"НАУКА"
2005
УДК 910: 528.9:004
ББК Д821:174.4
Л 22
Авторы
Т.И. Коновалова, Е.П. Бессолицына, И.Н. Владимиров, Е.А. Истомина, Л.Л. Калеп,
Т В. Кейко, Е.И. Кузьменко, В.А. Кузьмин, А.В. Латышева, Д.Ф. Леонтьев, С И. Мясни-
кова, Г.В. Пономарев, С. В. Солодянкина, И.Е. Трофимова, А.К. Черкашин
Ландшафтно-интерпретационное картографирование /Т.И. Коновалова,
Е.П. Бессолицына, И.Н. Владимиров и др. — Новосибирск: Наука, 2005. —
с. 424.
ISBN 5-02-032449-3.
Книга посвящена методам геоинформационного картографирования ландшафтов и
использования ландшафтных карт для создания карт специального тематического со¬
держания. Обобщаются геосистемные принципы изучения фациальной дифференциа¬
ции территории. Сформулированы математические и геоинформационные основы кар¬
тографической интерпретации данных и знаний. Приведены многочисленные примеры
создания и использования ландшафтных карт для прогнозного моделирования, оценоч¬
ного картографирования и ландшафтного планирования.
Книга ориентирована на широкий круг исследователей, занимающихся вопросами
изучения и использования территориальных систем.
Табл. 15. Ил. 97. Библиогр.: 429 назв.
Рецензенты
доктор географических наук Ю.М. Семенов
доктор географических наук А.В. Белов
доктор технических наук И.В. Бычков
Утверждено к печати Ученым советом Института географии СО РАН
Издание осуществлено при финансовой поддержке
Российского фонда фундаментальных исследований
по проекту № 05—05—78044
ТП—05—II—№ 104
©Т.И. Коновалова, Е.П. Бессолицына,
И.Н. Владимиров и др., 2005
© Российская академия наук, 2005
© Оформление. “Наука”. Сибирская
издательская фирма РАН, 2005
ISBN 5-02-032449-3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ 8
ЧАСТЬ I
ГЕОСИСТЕМНЫЕ ОСНОВЫ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ 14
Глава 1. ПРИНЦИПЫ ГЕОСИСТЕМНОГО АНАЛИЗА 14
1.1. Полисистемный анализ 15
1.1.1. Полисистемная методология 15
1.1.2. Векторно-комбинаторная логика 19
1.1.3. Фациальное расслоение 22
1.1.4. Полисистемная интерпретация знаний 25
1.2. Геосистемный анализ 32
1.2.1. Геосистемная концепция 32
1.2.2. Инвариант-вариантная модель 36
1.2.3. Эписистемные структуры 40
1.2.4. Факторально-динамические ряды 44
1.3. Теория геосистем как раздел теории динамических систем 51
1.3.1. Геосистема как динамическая система 52
1.3.2. Основные понятия 56
1.3.3. Уравнения динамики 60
1.3.4. Геосистемное воздействие 62
Глава 2. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ ЛАНДШАФТНОГО КАРТОГРА¬
ФИРОВАНИЯ 74
2.1. Информационная география и картография 74
2.1.1. Комплексы информационного обмена 75
2.1.2. Познание, основанное на ГИС 80
2.1.3. Метод интерпретации 87
2.1.4. Интерпретационное картографирование 90
2.2. Математические технологии 95
2.2.1. Математика как информатика 95
2.2.2. Изменчивость характеристик геосистем 98
2.2.3. Выделение ландшафтных границ 103
2.2.4. Касательные преобразования 108
2.3. Факторные системы классификации 117
2.3.1. Функциональные связи 118
2.3.2. Факторные системы 120
2.3.3. Факторная классификация 122
ЧАСТЬ II
ЛАНДШАФТНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ 133
Глава 3. ТЕХНОЛОГИЯ ЛАНДШАФТНОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ 134
3.1. Методы составления ландшафтно-типологических карт 134
3.1.1. Ландшафтное картографирование 134
Оглавление
3.1.2. Эволюция технологий 137
3.1.3. Исследование геосистем по космическим снимкам 139
3.2. Методы автоматизированной обработки и анализа космических снимков 146
3.3. Нейросетевые методы 153
3.3.1. Свойства нейронных сетей 153
3.3.2. Выявление переменных состояний ландшафтов 157
3.3.3. Поэтапное описание технологического процесса 160
3.4. Автоматизированный анализ нарушенности геосистем 164
3.4.1. Переменные состояния геосистем на космических снимках .... 164
3.4.2. Оценка трансформации лесостепных ландшафтов 165
3.4.3. Переменные состояния горно-таежных геосистем 166
Г л а в а 4. ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛАНДШАФТОВ 168
4.1. Методы создания ландшафтных карт с применением космических снимков
и ГИС-технологий 169
4.2. Реализация геоинформационных процедур ландшафтного картографирова¬
ния 171
4.3. Картографирование ландшафтов на основе дистанционной информации 184
4.3.1. Горно-таежная растительность на космических снимках 184
4.3.2. Фациальная структура горно-таежной территории 189
Глава 5. ГЕОСИСТЕМНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛАНДШАФТОВ ... 193
5.1. Классификация геосистем 194
5.1.1. Задачи геосистемной классификации 194
5.1.2. Особенности классификации и картографирования геосистем . . . 196
5.2. Картографирование геосистем 200
5.2.1. Региональное геосистемное картографирование 200
5.2.2. Крупномасштабное картографирование геосистем 206
5.3. Картографирование на основе геосистемных принципов 218
5.3.1. Геосистемное и геоэкологическое знание 218
5.3.2. Принципы геоэкологического картографирования 221
5.3.3. Крупномасштабное геоэкологическое картографирование 223
ЧАСТЬ III
ИНТЕРПРЕТАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ 233
Глава 6. ТЕМАТИЧЕСКОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ НА ЛАНДШАФТНОЙ
ОСНОВЕ 234
6.1. Картографирование лесных экосистем 234
6.1.1. Динамический подход к изучению лесной растительности 235
6.1.2. Картографирование лесной растительности 238
6.2. Картографирование населения почвенных беспозвоночных 243
6.3. Эколого-географические основы охотничьего ресурсоведения 250
6.4. Оценка ресурсов промысловых животных таежной территории 258
Глава 7. ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЛАНДШАФТНЫХ
КАРТ 268
7.1. Фациальный анализ и сохранение биоразнообразия 269
7.2. Уникальность и оптимальность экосистем бассейна озера Байкал .... 275
Оглавление
Глава 8. СИСТЕМНО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ И ПРОГНОЗНОЕ КАРТОГРАФИ¬
РОВАНИЕ 283
8.1. Информационное обеспечение и моделирование 283
8.1.1. Система математических моделей 283
8.1.2. Информационное обеспечение моделей 288
8.2. Прогнозирование пространственно-временной динамики лесов .... 291
8.2.1. Описание объекта исследования 292
8.2.2. Описание математической модели 293
8.2.3. Прогнозные карты восстановительно-возрастных смен 296
8.3. Прогнозирование восстановительно-возрастной динамики лесов с учетом
ландшафтной структуры 302
8.3.1. Восстановительно-возрастные ряды таежного леса 302
8.3.2. Фациальная структура и прогнозное картографирование 303
8.4. Геоинформационные системы и математические технологии в реализации
процедур системного анализа 315
8.4.1. Системный анализ 315
8.4.2. Математические модели и методы 317
8.4.3. Картографирование устойчивости 319
ЧАСТЬ IV
КАРТЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 324
Глава 9. ПРИКЛАДНОЕ ЛАНДШАФТНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ .... 325
9.1. Ландшафтные карты и использование земель 325
9.1.1. Теоретические основы и задачи 326
9.1.2. Агроландшафтные классификации и карты 330
9.1.3. Прикладные ландшафтные карты 335
9.1.4. Количественные показатели состояния агроландшафтов 342
9.1.5. Внедрение ландшафтных разработок в практику 343
9.1.6. Новые географические подходы 344
9.2. Ландшафтное планирование и интерпретационное картографирование . 346
9.2.1. Геоинформационная технология ландшафтного планирования . . . 346
9.2.2. Отраслевые интерпретационные карты 350
9.2.3. Картографическая модель мезоклимата 356
9.3. Оценка в категориях значения и чувствительности 364
9.3.1. Оценка ландшафтных условий 364
9.3.2. Цели устойчивого территориального развития 367
Глава 10. ЛАНДШАФТНЫЙ БАЗИС СОЦИАЛЬНО-ПОЛИТИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 373
10.1. Синтез геополитического и политико-географического знания 374
10.2. Формирование границы центральной экологической зоны 378
10.3. Карты политики землепользования 381
10.4. Ландшафтные карты в региональной политике 386
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 389
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 392
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 412
ПРЕДИСЛОВИЕ
Ландшафтные знания и созданные на их основе картографические произ¬
ведения являются синтезом многочисленных данных и научных представлений
о строении и развитии территории. Это убеждение постулируется географиче¬
ской наукой на основе обобщения опыта конкретных исследований в разных
местах планеты и вытекает из самой сути географической науки как комплекс¬
ной дисциплины. Синтетическая свертка специальных знаний подразумевает
необходимость их обратной “развертки” по месту и времени, когда требуется
специальным, зачастую весьма абстрактным, представлениям придать содер¬
жательный смысл и конкретное выражение, иными словами, сделать вывод с
географической и исторической точностью.
Переход от ландшафтного видения к специальным расчетам и конкретным
заключениям становится особенно значимым в современном мире разнообраз¬
ных форм существования и деятельности. Это повышает роль ландшафтоведе-
ния в практической жизни, но вместе с тем растет и ответственность географов
за результаты своего труда, за практические рекомендации, что требует увели¬
чения научной достоверности и обоснованности географических выводов.
Географическая точность обеспечивается на всех этапах исследовательско¬
го процесса — от инвентаризации данных о состоянии территории и тенденци¬
ях ее развития через предварительную обработку и систематизацию данных до
обоснования практически значимых выводов. Это непрерывный информаци¬
онный процесс, когда достоверная информация преобразуется достоверными
методами. Такое обеспечивается за счет объективности и полноты источников
информации и средств ее обработки, снижения влияния субъективных факто¬
ров на конечный результат путем использования современных технологий ра¬
боты с информацией, к числу которых относятся географическая, космиче¬
ская, компьютерная, математическая, геоинформационная и социальная тех¬
нологии, составляющие технологический базис современной географической
науки.
Географические технологии реализуют принцип конкретности знаний,
обеспечивают географическую точность расчетов и рекомендаций. Геоинфор¬
мационные технологии организуют работу с географической информацией,
концентрируют и алгоритмизируют методы географического анализа ситуаций.
Компьютерные технологии реализуют техническое и программное обеспечение
научных исследований и прикладного картографирования. Космические тех¬
нологии снабжают объективной оперативной информацией о состоянии гео¬
графической среды. Математические технологии дают возможность использо¬
вать фундаментальные математические идеи для обработки географической
информации с целью выяснения скрытых закономерностей непосредственно,
Предисловие
не прибегая к моделированию. Социальные технологии позволяют обсуждать и
практически реализовывать результаты географических исследований.
Технологии — это динамическая последовательность операций, преобра¬
зующих исходный продукт (в нашем случае информацию) на входе в конечный
продукт на выходе. Достоверность конечного результата зависит от качества
входной информации и операций по ее преобразованию. Когда речь идет о
ландшафтных картах, достоверность обеспечивается использованием многозо¬
нальных аэрокосмических снимков высокого разрешения, массовых материа¬
лов наземных (подспутниковых) обследований территории, наличием развитой
концепции представления и анализа разнородных пространственно-распреде¬
ленных данных, основанных на этой концепции алгоритмов и программ обра¬
ботки информации, компьютерных геоинформационных систем реализации
программных продуктов обработки данных и картографического отображения
результатов.
Узловым моментом в этом перечислении является концепция описания
структуры и связей исследуемых территориальных образований. В качестве нее
выбрана теория геосистем, формирующаяся на основе учения о геосистемах
В.Б. Сочавы. Теория геосистем — это одна из возможных научно-теоретиче-
ских интерпретаций географических объектов, естественно, не охватывающая
всех закономерностей их существования. Она из множества всевозможных за¬
конов территориальной структуры и развития обращает внимание на законы
динамики как смену своих состояний элементами геосистемы (потоки элемен¬
тов из состояния в состояние). Многообразие этих потоков формирует единый
географический процесс. Иерархия этих элементов от атомов до пространст¬
венных выделов задает масштаб исследования геосистем. Преимуществом гео¬
системного подхода является то, что все эти процессы можно рассматривать
как выражение естественной технологии преобразования элементов при перехо¬
де из состояния в состояние под воздействием факторов окружающей среды.
Подобная наглядность намного упрощает интерпретацию географических яв¬
лений, способствует повышению объективности выделения по динамическим
критериям однородных образований и их классификации, использованию
классификационных построений для обоснования выводов.
Теория геосистем, с одной стороны, рассматривается как раздел гео¬
графии, интегрирующей отраслевое географическое знание — геофизику и гео¬
химию ландшафтов, геоморфологию, геоэкологию и др. С другой стороны,
теория геосистем — это часть обширной теории динамических систем, вклю¬
чающей статистическую физику, химическую кинетику, популяционную эко¬
логию, промышленную технологию, отраслевую экономику и т.д. Последнее
позволяет использовать распространенные модели и методы изучения динами¬
ческих систем в географии. На их основе формируется геосистемный анализ —
совокупность процедур исследования структуры и динамики географических
объектов как геосистем (динамических систем).
Геосистемный анализ включает в себя процедуры выделения геосистем на
местности, их типизацию и картографирование, использование полученных
карт для обоснования выводов по каждому местоположению с получением карт
нового тематического содержания. Ключевым этапом анализа является созда¬
9
Предисловие
ние геосистемной ландшафтной карты с точно проведенными границами ланд¬
шафтных выделов (географических фаций и их таксономических объединений)
и указанием точного содержания каждого выдела — его типологической и клас¬
сификационной принадлежности. По этой причине в аспекте картографирова¬
ния геосистемный анализ становится совокупностью процедур ландшафт-
но-интерпретационного картографирования, включающего как процесс состав¬
ления ландшафтных карт, так и перевод их в карты специальной тематики.
Ландшафтно-интерпретационное картографирование — удобный пример
для определения принципов обеспечения географической точности. Эта задача
решается в рамках общих проблем ландшафтно-географического обеспечения
принятия решений: научное изучение и подготовка информации о природных
географических объектах для решения разнообразных народно-хозяйственных
задач. Она состоит из собственно информационного обеспечения, обеспечения
средствами обоснования выводов и целереализующего обеспечения. В связи с
этим разрабатываются принципы географического доказательства и вывода,
формируется логико-алгоритмическое направление географических исследова¬
ний для избирательного извлечения знаний с учетом их местных особенностей.
Эти процедуры реализуются в методах упорядочения пространственной ин¬
формации в форме ландшафтной основы территории, представленной карто¬
графически и логически (в схеме легенды карты). На данной основе, по сути,
строится вся система доказательства в режиме интерпретации географических
знаний, заложенных в ландшафтную карту. В этом смысле географическая точ¬
ность определяется достоверностью и полнотой географической инвентариза¬
ции, картографирования и доказательства.
В технологическом аспекте географическая точность поддерживается ин¬
тегрированными геоинформационными системами, включающими базы данных,
знаний, моделей, теорий и карт, и средствами их системно-математической
переработки. Информационные базы создаются как результат концентрации
географических данных и знаний, их модельного представления. Выводы
формируются как статистические, логические и аналитические модификации
эталонных знаний, когда учитываются местные условия и ситуации. Ланд¬
шафтно-интерпретационное картографирование должно дать ответ на вопрос:
каким образом «преломляется» в ландшафте общая постановка задачи для по¬
лучения конкретного решения этой задачи.
Класс таких проблем достаточно широк. К их числу можно отнести, напри¬
мер, задачу дешифрирования космических снимков. В обработку поступают
снимки разных каналов и разных сезонов, и понятно, что одни и те же характе¬
ристики снимка в границах разнотипных географических выделов должны ин¬
терпретироваться по-разному. Другая проблема — размещение предприятий на
территории. Различные предприятия в разных ландшафтах оказывают разное
воздействие на окружающую среду, работают с разной степенью эффективно¬
сти. Локальный, дифференцированный подход к решению географических задач
коренным образом отличается от формального взгляда на территорию как од¬
нородное пространство. Каждый раз мы встречаемся со специфическими зада¬
чами: и объект размещения другой и среда объекта иная. Это означает, пере¬
фразируя философские образы, что два раза одну и ту же географическую зада-
10
Предисловие
чу одинаковым способом не разрешить. В этом особенность и преимущества
географического знания, но это требует совершенной методической проработ¬
ки решения соответствующих проблем.
Формируется научное направление создания моделей и методов локально¬
го анализа космических геоизображений и создания ландшафтных карт для
геоинформационного обеспечения задач территориального управления изме¬
нениями, в задачу которого входят: 1) разработка математических моделей и
методов обработки географической информации; 2) алгоритмизация и автома¬
тизация создания крупномасштабных ландшафтных карт; 3) автоматизирован¬
ное ландшафтно-интерпретационное картографирование; 4) проведение кос¬
мического мониторинга на ландшафтной основе; 5) дистанционная геоиндика¬
ция изменений структуры и функции ландшафтов; 6) геоинформационное
моделирование и картографирование структурных и функциональных измене¬
ний геосистем; 7) создание интегрированных геоинформационных систем тер¬
риториального управления.
Эта книга — коллективная попытка изложить свой опыт геосистемного
анализа при решении некоторых из перечисленных задач. Он накапливался
при исследованиях различного масштаба (от локального до регионального
уровня) в разных регионах Сибири. Рассматривались проблемы в различных
постановках, но при их решении обязательным было создание ландшафтной
карты территории или использование имеющихся карт. В этой работе выявля¬
ются преимущества и недостатки ландшафтного картографирования, намеча¬
ются новые приемы формирования картографических образов ландшафта и его
деловой интерпретации.
В первой главе кратко излагаются основные принципы полисистемного
анализа (процедуры расслоения, комплексирования, векторно-комбинаторная
логика, инвариант-вариантные фрактальные схемы). С этих позиций анализи¬
руется содержание учения о геосистемах В.Б. Сочавы, основные понятия и за¬
коны геосистемного анализа. Показано, что учение о геосистемах есть часть
теории динамических систем, изучающей смены состояний, что позволяет соз¬
давать математические модели отдельных компонентов геосистем. Обосновы¬
вается, что представление о трех категориях изменчивости (коренные, мнимо¬
коренные и серийные) можно распространить с локального уровня на любые
уровни организации геосистем и на этом принципе построить классификацию
геосистем.
В гл. 2 обсуждаются геоинформационные основы географического позна¬
ния. Система обработки информации рассматривается как технологическая мо¬
дель географического комплекса информационного обмена. Процедуры интер¬
претации устанавливают связи между разнокачественными информационными
слоями, в частности картографическими произведениями. Интерпретационное
картографирование лежит в основе комплексного картографирования и обеспе¬
чивается за счет переопределения классификационного содержания легенд карт.
В ландшафтно-интерпретационном картографировании ландшафтная карта вы¬
ступает как инвариант картографических преобразований.
Показаны примеры реализации нового направления технологических ис¬
следований — математических технологий, позволяющих получать данные и
П
Предисловие
знания, не прибегая к гипотезам о строении объектов. В частности, представле¬
ны методы выделения ландшафтных границ на космических снимках. Обобща¬
ется факторально-динамическая модель фациальной структуры ландшафта до
модели факторально-факторного пространства, которая положена в основу
классификации геосистем по принципам иерархического устройства, вариант¬
ной изменчивости и направленной эволюции. Предложено фрактально-век¬
торное уравнение факторного пространства, позволяющего параметризовать
классификационные позиции геосистем и рассчитывать оценочные показатели
для разных ландшафтных ситуаций, что составляет базис количественных ме¬
тодов интерпретационного картографирования.
В гл. 3 сравниваются классические и современные методы создания ланд¬
шафтных карт с использованием космической съемки и компьютерной обра¬
ботки геоизображений, в частности, с применением нейросетевых алгоритмов.
Создание точных ландшафтных карт требует объединения классических (экс¬
пертных) и современных (компьютерных) технологий. В ландшафтные карты
должен быть заложен максимум знаний, разворачивание которых позволяет от¬
вечать на многочисленные вопросы землепользования. Ландшафтная карта
рассматривается как матрица преобразования пространственно-распределен¬
ной информации.
В гл. 4 обсуждаются закономерности формирования ландшафтной карты
из разных информационных источников на основе ГИС-технологий. Геоин¬
формационная система выступает в качестве концентратора географически
значимой информации и аппаратного средства ее сравнения для выявления
инвариантных геосистемных свойств. Показаны примеры использования ГИС
при ландшафтном картографировании разных районов Прибайкалья. Приме¬
няются методы факторной ординации (параллелепипедной классификации)
геосистем.
Гл. 5 содержит примеры создания ландшафтных карт с использованием
факторной классификации геосистем. Эти карты рассматриваются как основа
решения теоретических и прикладных задач, в частности, оценки естественной
и антропогенной изменчивости геосистем.
Гл. 6 посвящена реализации процедур перевода ландшафтной карты в кар¬
ты производного содержания. Это рассматривается на примере изучения и кар¬
тографирования биоты (таежных лесов, позвоночных и беспозвоночных жи¬
вотных). Показано, как ландшафтные идеи проникают в область исследования
других наук и конструктивно используются, в частности, для оценки охотничь¬
их ресурсов.
В гл. 7 показана роль геосистемного анализа в решении проблем оценки
биологического разнообразия ландшафтов. Фации рассматриваются как среда
обитания животных. Разработана ГИС ландшафтов Байкальского региона, дана
оценка геосистем по степени их уникальности как среды обитания. Методом
ландшафтно-интерпретационного картографирования построены карты уни¬
кальности геосистем, экологического каркаса территории, оптимального разме¬
щения участков воспроизводства лесов.
В гл. 8 раскрывается новая, но важная, для географической науки тема ин¬
формационного обеспечения математических моделей пространственно-вре¬
12
Предисловие
менной динамики компонентов геосистем. Точные расчеты должны быть
“привязаны” к местоположению, и коэффициенты моделей должны зависеть
от классификационной позиции местной фации. Ландшафтная неоднород¬
ность территории порождает многовариантность информационного обеспече¬
ния. Обсуждаются принципы обеспечения расчетов, методы создания прогноз¬
ных карт динамики геосистем. Методика апробирована на примере таежных
лесов Средней Сибири.
В гл. 9 рассматриваются история и принципы применения ландшафтного
подхода в использовании земель. Прослеживаются изменения в изучении и
картографировании ландшафтов; новый этап исследований связывается с
ландшафтным планированием. Вместо обычного метода покомпонентного
оценивания при ландшафтном планировании предлагается новый способ
планирования на ландшафтной основе. Разрабатывается технология ланд¬
шафтного планирования, основанная на вычислительных возможностях гео-
информационных систем.
Заключительная гл. 10 посвящена проблемам учета ландшафтных особен¬
ностей территории при решении социальных и политических проблем, карто¬
графировании общественных явлений. Главная проблема — изучение кон¬
фликтных зон как пространственных образований с подвижными границами,
зависящими от природного и экономического потенциалов территории. Про¬
ектирование политики землепользования осуществляется как форма преломле¬
ния системы юридических законов через ландшафтную структуру (проявление
возможного действия законов на местности). Ландшафтная обусловленность
принимаемых решений — важный аспект жизни общества в новом столетии.
В итоге, в книге отображены предварительные результаты использования
принципов ландшафтно-интерпретационного картографирования. Это направ¬
ление развивается и еще долго будет совершенствоваться в направлении созда¬
ния фундаментальных основ формирования интегрированных геоинформаци-
онных систем с элементами искусственного интеллекта, отражающего естест¬
венные закономерности эволюции ландшафтов.
Авторский материал по разделам монографии распределен следующим об¬
разом: Е.П. Бессолицына (6.2), И.Н. Владимиров (8.3), Е.А. Истомина
(2.2.3-4.4.1,9.2.1), Л.Л. Калеп (9.1), Т.В. Кейко (3.1.3, 3.2-3.4), Т.И. Коновалова
(3.1.1, 5, 7.1, 9.3.1), Е.И. Кузьменко (6.1), В.А. Кузьмин (9.2.2), А.В. Латышева
(10.1-10.2, 10.4), Д.Ф. Леонтьев (6.3), С.И. Мясникова (8.4, 10.3), Г.В. Понома¬
рев (6.4), С.В. Солодянкина (4.2, 7.2), И.Е. Трофимова (9.2.3), А.К. Черкашин
(Предисловие, 1, 2, 3.1.2, 3.1.3, 7.1, 7.2, 8.1, 8.2, 8.4,9.2.1, 9.2.2, 9.3.2,10.1,10.2).
Работа выполнена по планам научных исследований Сибирского отделе¬
ния РАН (проект 24.1.3) “Разработка теории и методов системного анализа гео¬
изображений и геоинформационного картографирования для сбалансирован¬
ного территориального развития” при финансовой поддержке Российского
фонда фундаментальных исследований (проект 02-05-65054) “Теория геосис¬
тем: основные понятия и законы”.
ЧАСТЬ I
ГЕОСИСТЕМНЫЕ ОСНОВЫ
КАРТОГРАФИРОВАНИЯ
В географической науке накоплено достаточно знаний, конструктивное
использование которых требует их серьезного обобщения и систематизации.
Необходимо превратить фрагментарные знания в систему, в теорию. Здесь по¬
лезно использовать индуктивный подход полисистемной методологии, когда
пространство эмпирических обобщений структурируется по образу и подобию
развитых теоретических схем. Такими схемами могут служить полисистемное
расслоение и векторно-комбинаторная логика, в соответствии с которыми зна¬
ние сначала дифференцируется на непересекающиеся слои, а затем упорядочи¬
вается в многомерные и многоуровневые фрактальные схемы функционально¬
го тождества и опосредования противоположных по содержанию слоев.
Основное внимание в этом разделе книги будет уделено анализу геосистемно¬
го наследия В.Б. Сочавы и его учеников. Важно рассортировать геосистемное зна¬
ние по предметным областям исследования, проинтерпретировать его с общих
полисистемных позиций, а также представить основные объекты исследований
ландшафтной географии как полисистемные структуры. Требуется выбрать глав¬
ные теоретические слои географических исследований, которые позволяют объ¬
ективизировать и алгоритмизировать составление ландшафтных карт и их интер¬
претацию в карты производного тематического содержания. Скорее всего, здесь
не придется ограничиваться одним геосистемным взглядом на ландшафты.
Необходимо выделить, объяснить основные принципы переработки ин¬
формации в природе и перенести эти принципы в практику работы геоинфор-
мационных систем и геоинформационного картографирования. Смысл и
содержание общенаучного понятия “интерпретация” в географии должны по¬
лучить специальное комплексное выражение и картографическую форму ис¬
пользования. Интерпретационное преобразование геоизображений становится
одним из основополагающих методов географического познания, определяю¬
щих геоинформационное будущее географии. Потребуются эффективные про¬
цедуры преобразования геоинформации в больших объемах, основанные на
глубоких математических идеях прошлого.
Глава 1
ПРИНЦИПЫ ГЕОСИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
Географическая точность составления ландшафтных карт во многом зави¬
сит от совершенства теоретических позиций, лежащих в основе содержатель¬
ной системной интерпретации территории исследования. Подобных интерпре¬
таций в географии существует достаточно много, и каждая из них дает свое
14
Глава I. Принципы геосистемного анали ш
объяснение пространственному разнообразию территории, а следовательно,
по-своему членит ее на однородные совокупности объектов. Должны быть вы¬
явлены строгий порядок и критерии отнесения конкретного процесса или яв¬
ления к той или иной системной интерпретации и выделен главный (в данном
исследовании) системный язык описания, придерживаясь которого, можно ре¬
шать поставленные задачи. Принципиальное научное равенство разных подхо¬
дов должно приводить к одинаковым результатам картографирования.
Подобный методологический вопрос решается в рамках процедур полисис-
темного анализа и синтеза, в соответствии с которыми выделяется особая
сквозная область исследования объектов как динамических систем, где опреде¬
ляется подобласть изучения геосистем; на ее понятиях и законах строятся гео¬
системный анализ и геосистемное картографирование.
1.1. Полисистемный анализ
География — сложная наука о сложном, что проявляется не столько в
сквозном междисциплинарном характере исследований и разнокачественности
и многоаспектности изучения объектов, сколько в ориентации на всестороннее
и целостное их описание как территориальных комплексов. География — одна
из немногих наук, в которых предмет исследования совпадает с объектом, син¬
тез знаний о естественных законах превращается в знание о законах синтеза,
фундаментальное знание одновременно становится прикладным. Как всякая
наука прикладной ориентации, география — еще и искусство совершенствова¬
ния окружающего мира. Имея всеохватную позицию, география обладает спе¬
цифическим знанием об уникальных процессах и явлениях, об объектах, как
таковых. Однако, понимая так предмет географических исследований, трудно
отделить географическое от негеографического. Обычно главный критерий —
объект исследований — пространственно распределенные сложные территори¬
альные структуры, которые одновременно являются объектами исследования
множества других наук. Именно эта ситуация приводит к необходимости поли-
системного расслоения знаний об этих объектах с последующим их синтезом в
целостное знание об объекте.
1.1.1. Полисистемная методология
Полисистемное изучение территориальных объектов базируется на не¬
скольких постулатах [Черкашин, 1997, 2005], главные из которых следующие:
1) вся совокупность знаний о мире расслаивается на множество сквозных
непересекающихся областей (предметов исследования), для каждой из которых
существует своя полная системная теория представления знаний;
2) все системные теории различаются базовыми понятиями и аксиомами,
на уровне которых они тождественны через интерпретацию (замену понятий),
что позволяет индуцировать новые аксиоматические теории по аналогии с из¬
вестными теориями;
3) системные теории в совокупности образуют единую науку, теория кото¬
рой описывает все явления и свойства мира;
15
Часть I. Геосистемные основы картографирования
4) любой объект исследования расслаивается в пространстве 'знаний сис¬
темных теорий единой науки, что позволяет изучать его с разных сторон и на
основе полученных специальных знаний синтезировать целостное представле¬
ние об объекте.
Основная задача полигеосистемного анализа — многоаспектное описание
географических объектов, отображение их свойств с разных системных пози¬
ций. Такая постановка соответствует духу географической науки как дисципли¬
ны комплексной, территориальной и конкретной. Метод полисистемного ана¬
лиза основан на расслоении географических знаний по разным системным тео¬
риям. Предложен способ построения этих теорий и теоретических моделей для
объяснения накопленной в географической науке информации [Черкашин,
1984, 1997, 2005].
Многообразие решаемых современным обществом проблем, специализация
научных исследований и огромные массивы порождаемых знаний о неисчерпае¬
мом мире требуют рассмотрения одной важной задачи: логической упорядочен¬
ности расширяющихся потоков содержательной информации. Это задача мас¬
штаба XXI века, когда, в отличие от XX века — эпохи науки изобретения нового,
реализуется план изобретения науки конструктивной направленности. Основная
идея исследования: разнообразное знание — это все одно и то же. Отсюда возни¬
кают саморазвивающиеся теоретические системы знаний, которые упорядочива¬
ются в универсальных классификациях и конкретизируются в расчетных моде¬
лях процессов и явлений. Знание, перетекающее из одной формы в другую, ста¬
новится структурно прозрачным настолько, что каждому ясно, “откуда что
берется”.
Исследования в этом направлении проводятся с середины 1970-х годов с
целью соединения философского, математического и специального научного
знания, упорядочения всего массива знаний в единую науку. Первые публика¬
ции появились в начале 1980-х годов [Черкашин, 1984], с 1990-х годов исследо¬
вание было поддержано РФФИ [Черкашин, 1997, 2005].
В итоге удается синтезировать существующее знание и генерировать новые
модели и методы научных исследований. Разработанная методология успешно
применяется в географической науке, ее особенность — синтез разнообразных
знаний для объяснения территориальных явлений. География — наука, которая
прежде всего требует упорядочивания знаний для их успешного синтеза. Это
также наука, для которой важно знать закономерности перетекания одних яв¬
лений в другие при перемещении в пространственно-временном континууме. В
этом смысле ее потребности близки к потребностям истории, медицины, педа¬
гогики, техники, архитектуры и других прикладных наук, для которых конст¬
руктивный синтез знания весьма существен. В условиях новой науки эти на¬
правления получат дополнительный импульс развития в форме осознанного изо¬
бретательства.
Философия в единую науку привносит диалектическую логику тождества и
опосредования противоположностей, а также базовую модель системной теории
(онтологию как общую теорию систем). Математика дает теорию категорий и
топосов, построенную на отображениях (морфизмах) непересекающихся объек¬
тов расслоенных пространств. Физика предлагает разнообразные модели описа¬
16
Глава I. Принципы геосистемного анализа
ния реальности, которые могут рассматриваться в качестве заготовок для их рас¬
пространения на другие области знания. География формулирует постулат
сквозного характера расслоенных знаний и методов их получения, когда одни и
те же теоретические средства могут быть использованы для описания разнокаче¬
ственных объектов. Она также ставит и решает задачи комплексирования знаний
и их конкретизации. Биологические, экономические и социальные науки стано¬
вятся полем деятельности для извлечения, систематизации и развития знаний
как многоуровневой, многослойной системы, где каждое знание находится на
своем месте, занимает свою полку в библиотеке единой науки.
Такая библиотека представлена базами данных, инвариантов, знаний, мо¬
делей и теорий. Процедурами математических технологий они увязываются в
интегрированную систему, когда теории формируют основу для создания моде¬
лей, которые конкретизируются на базах знаний и данных. Эта схема постепен¬
но реализуется при создании интегрированных геоинформационных систем
[Черкашин, 2002).
Доказывается [Черкашин, 1997], что все знание расслаивается на множе¬
ство сквозных предметных областей исследования, для каждой (i) из которых
создается собственная теория Г, со свойственными только ей базовыми поня¬
тиями и аксиомами. Все теории обладают свойствами взаимной интерпрети¬
руемости: Г, <-> 7}, когда аксиомы новой теории могут быть получены путем
замены понятий в аксиомах другой теории на понятия новой теории. На этой
основе формируется алгоритм индукции (изобретения) теорий, когда на не¬
упорядоченное множество знаний накладывается матрица развитой систем¬
ной теории [Черкашин, 1997]. Таким образом, возникает система содержа¬
тельных теорий Е = {Г,}, названная единой наукой. Все теории (их создано
более десятка) с точностью до интерпретации эквивалентны, т.е. структурно
подобны, но содержательно различны.
Теории единой науки отличаются от существующих теоретических по¬
строений тем, что в них в качестве логического аппарата используется не фор¬
мальная логика, а специальная векторно-комбинаторная фрактальная логика,
сформированная как системная интерпретация диалектической логики. Это
позволяет объединить и конструктивно использовать совместно философское
и математическое знание.
В качестве базовой аксиоматики используются законы материалистиче¬
ской диалектики: 1) универсальная система (универсум, Мир) существует
(5 s С); 2) изменение универсальной системы существует (AS = С); 3) всякое из¬
менение тождественно порождающему его действию (борьбе противоположно¬
стей) ( Sj = Dj). Этих положений оказывается достаточно для объяснения в раз¬
ных системных интерпретациях любых наблюдаемых закономерностей, что
обеспечивается особым свойством теорий единой науки — их содержательной
полноты.
Существенным в конструктивном развитии единой науки является ис¬
пользование принципа Герловина [1990]: для полного описания любого объ¬
екта необходимо представить его расположенным одновременно в разных про¬
странствах — слоях некоторого всеобъемлющего расслоенного пространства.
2 Заказ № 560
17
Часть I. Геосистемные основы картографирования
Многослойная реальность представлена, как минимум, материальным и ин¬
формационным мирами.
Предполагается, что всякому однородному явлению действительности
(слою) 5, однозначно соответствует определенная точка Ь, информационного
мира В (S, «-► bj), следовательно, все явления типизированы, классифицирова¬
ны и закодированы. Каждой позиции bj (элементу базы расслоения действи¬
тельности, заряду знаний) соответствует конус сущностей Ьу — инвариант-ва-
риантное иерархическое дерево с фрактальными свойствами, вырастающими
из т. bj.
Аксиоматика структуры информационной среды как интерпретация обще¬
системных законов выглядит следующим образом [Черкашин, 2005]:
Vb, Vd, V b,: В = F, D=F, b^dj. (I)
Здесь F — фрактальная структура, D — совокупность преобразований d, (d, е D)
в информационной среде В, определяющих различия Дbj позиций. Поскольку
по смыслу в информационной среде нет никаких временных изменений, вся¬
кие преобразования необходимо рассматривать как разного рода отображения
сравнения, переводящие фрактальную структуру симметричным образом в
себя, что говорит о тождественности всех структур базы знаний (все знание —
одно и то же). Существуют разные модели информационной среды [Черкашин,
2005].
Каждый объект имеет множество системных представлений, описываемых
своей теорией, и поэтому являет собой полисистему предметных знаний, кото¬
рые необходимо синтезировать в целостное представление об объекте. Теория
синтеза — теория описания объекта как комплекса, сложной системы — осно¬
вывается на следующей аксиоматике [Черкашин, 1997, 2005]:
VX.VFyV Xi}: 1 )*<->/; 2)F<->/; 3)XV*+Fq. (2)
Последняя аксиома утверждает, что для любых двух композиций X, и Xj
слоев существует единственное отображение сравнения Fy: X, -»• Xj такое, что
различие Ху = Xj /X, однозначно соответствует Ftj (имеет место всеобщая
связь). Первая аксиома позволяет сделать выводы о том, что 1) все композиции
X/ е X линейно упорядочены; 2) все композиции метризуемы X, = X(It), /, е /,
где /,- — значение, индикатор-мера композиции X,. Величина 0 < /, < 1 одно¬
значно соответствует композиции, определяет ее индивидуальное значение, яв¬
ляется индикатором ситуации и порядка (гомотопическим параметром преоб¬
разования). Все композиции линейно упорядочены:
Х(10) -► Х(/,) ->•••-► *(/,) ->•••-► *(/„).
Это гомологический ряд — индуктивная система передачи информации.
Вторая аксиома постулирует, что все отображения гомотопны. В силу пере¬
численного всякая композиция — это линейно упорядоченная ограниченная,
метризуемая, индуктивная, гомологическая и гомотопическая система. Такая
композиция и называется комплексом. Важнейший результат этой теории — все
модельные представления структуры и функции объектов действительности го-
18
Глава I. Принципы геосистемного анализа
мологически и гомотопически эквивалентны по параметру т.е. с изменением
плавно перетекают друг в друга.
Аналогичным образом создаются сквозные теории динамических, функ¬
циональных, пространственных, потенциальных, логических, общеисториче¬
ских систем, систем механизмов взаимодействия и т.д. [Черкашин, 1997, 2005).
Для географии и других современных наук из концепции многослойного
сквозного теоретического знания следует принципиальный запрет возможно¬
сти создания теории единой географии: для описания географических знаний
необходимо множество сквозных теорий, в каждой из которых географическое
знание занимает определенную область, соседствуя со знаниями других наук.
С этим связана основная методическая идея полигеосистемного анализа — гео¬
графические объекты невозможно описать на одном системном языке, в рам¬
ках одной теории, вследствие чего существует множество (полисистема) гео¬
графий, каждая из которых является частью специальной сквозной системной
теории. Система единой науки будущего коренным образом отличается от со¬
временной классификации наук: это будет полисистема сквозных теорий, тож¬
дественных через интерпретацию понятий.
Концепция единой науки задает систему регулятивов построения теорий и
моделей процессов и явлений, их использования для решения прикладных за¬
дач, оценки объективности и значимости результатов научных исследований.
В последнем случае используются методы проективного анализа, когда любое
знание расслаивается в многомерном пространстве теоретических представле¬
ний для определения его места в системе знаний с точки зрения его выводимо¬
сти из аксиом той или иной сквозной теории. Это имеет большое значение для
экспертизы достоверности и новизны результатов научных исследований и их
упорядочения в полисистему знаний.
Разрабатываемая методология прежде всего нацелена на создание теорети¬
ческих основ содержательного научного знания, чтобы эффективно ориенти¬
роваться в массивах разнообразной информации и конструктивно использо¬
вать ее для объяснения, поиска и изобретения нового. Задача научных исследо¬
ваний на ближайшее десятилетие — упорядочить имеющиеся географические
знания по системным направлениям, создать модели каждой предметной об¬
ласти исследований и использовать их при решении практических проблем на
основе новейшей информации.
1.1.2. Векторно-комбинаторная логика
Последовательность решения поставленной задачи предполагает сначала
выделение различия, дифференциацию географических процессов и явлений, а
затем поиск сходства различного, тождества противоположностей. В этом вы¬
ражаются диалектика географического познания и в целом философия поиска
законов сложности земной жизни. Идея логики подобных исследований зада¬
ется принципами векторно-комбинаторной логики и отражается в коммутатив¬
ной диаграмме противопоставления, синтеза и отображения противоположно¬
стей (1) [Черкашин, 1997]. Стрелки диаграммы_здесь соответствуют как отно¬
шению противопоставления (А — не-А, т.е. А), так и отображению одной
19
Часть I. Геосистемные основы картографирования
противоположности в другую. Слияние стрелок в одном месте означает синтез
противоположностей (С есть А и А одновременно, в одном и том же отноше¬
нии, С = (А,А))\
А ► а
(I)
Противоположности в структуре целого в математике рассматриваются как
информационные слои, и выделение слоев формализуется в процедуре рас¬
слоения [Черкашин, 1997, 2002а]. Расслоением s = (X, л, В) называется [Пост¬
ников, 1988] непрерывное отображение л пространства X на пространство В:
п:Х -» В (рис. 1.1). Процедура расслоения представляется коммутативной диа-
Кв//
(2)
граммой (2). Пространство X из точек £ называется пространством (множест¬
вом, объектом) расслоения, а В — базой расслоения, состоящей из набора
элементов Ь, этой базы. Обратное отображение / = л такое, что /: В X пре¬
вращает пространство X в расслоенное пространство У = {У/}. Для любого эле¬
мента базы расслоения В = {b,} прообраз У) = /(ft/) называется слоем расслоения
л над элементом ft,- е В.
Точки bj базы являются своеобразными “информационными зарядами”,
характеристики которых необходимы для отнесения элементов пространства
X к тому или иному слою. С каждым элементом Ь-, связана координата х f, соот¬
ветствующая многообразию всех слоев типа i. Расслоение поэтому можно ин¬
терпретировать как проекцию в определенные координатные слои х(. Таким
образом, существуют две базы расслоения — элементная В = {ft,} и координат¬
ная {*,}. Координатная база является универсальной полисистемой и формирует
геоинформационное пространство полисистемного анализа в соответствии с
особенностями элементной базы В расслоения.
Пространство У — то же, что и пространство X, но дифференцированное на
части. Слои У/ называются классами эквивалентности пространства X, т.е. со¬
стоят из однотипных точек, выделенных по принципу сходства л. Дифферен¬
цированное пространство У = {У;} есть фактор-пространство Х| л, построенное
по отношению эквивалентности л на базе расслоения В.
* /
О
О—""
•
У
ЕО
•
.. —►О
Ь,
у,
У={УД
Рис. 1.1. Схема процедуры расслоения.
20
Глава I. Принципы геосистемного анализа
Схема (2) (рис. 1.1) представляет собой базовую процедуру расслоения про¬
странственно-распределенной информации \ для решения географических
проблем. Сравнивая (1) и (2), видим, что в ее основе лежит противопоставление
пространства расслоения X и базы расслоения В, синтез которых дает расслоен¬
ное пространство У. Например, X — цифровой растровый космический сни¬
мок, В — множество элементов легенды ландшафтной карты, тогда У — ланд¬
шафтная карта, построенная по данному снимку с помощью этой легенды.
Другой пример: X — геоинформационное изображение (база данных, сцеплен¬
ная с объектно-контурной основой), В — нормативно-правовые документы,
регламентирующие природопользование, У — карта правового зонирования.
Модели описания пространственно распределенных систем основываются на
функциях Ф = 0(t,x,y,z) параметров времени t и пространственных координат
(х, у, z). Каждый способ описания связан с определенным видом геометрии N
пространства {х,} представления данных (аналитическая, векторная, проективная
и др. геометрии) [Черкашин, 1997]. В этом геометрическом пространстве происхо¬
дит анализ закономерностей, результаты которого проецируются в физическое
(географическое, картографируемое) пространство Ф. Пространственный анализ
основывается на принципах локального отображения географического простран¬
ства Ф (пространства данных) в пространство знаний N напрямую или опосредо¬
ванно через базу расслоения В (типизацию, классификацию) (3):
Справедливо и обратное отображение, возникающее при полном оборачи¬
вании стрелок (пространственный синтез-генерация карты). В целом методо¬
логия полисистемного расслоения базируется на коммутативной диаграмме
(2), где X — все многообразие данных об объекте; В — множество сквозных сис¬
темных теорий и соответствующих им базовых понятий и законов; У — поли-
системный образ объекта (объект как полисистема).
Расслоение и отождествление через отображение разнотипных слоев (1)
постулируют, что все разное, и все разное — одно и то же с точностью до ин-
формационно-коммутативного отображения (мультикоммуникационные сис¬
темы, или комплексы). Отсюда выкристаллизовывается научная позиция: раз¬
нообразное знание — это все одно и то же. Так возникают саморазвивающиеся
теоретические системы знаний [Черкашин, 1997], которые упорядочиваются в
универсальных классификациях и конкретизируются в расчетных моделях про¬
цессов и явлений. Знание, перетекающее из одной формы в другую, становится
структурно прозрачным настолько, что каждому ясно, “откуда что берется”.
Реализация таких методов идет через преобразование геоинформационных баз
в форме переопределения информации [Владимиров и др., 2003].
Отсюда, в частности, следует, что любое картографирование, любое мно¬
жество карт и их содержание должны быть полисистемными, но главное —
должны быть предъявлены логические основания доказательства того, что
действительно существуют скрытые связи между картами и картографируе¬
мыми выделами разного содержания. Все эти связи реализуются в геоинфор-
Ф
■N
(3)
21
Часть I. Геосистемные основы картографирования
мационной среде, основываются на переопределении различных информаци¬
онных баз, и формирование этих связей единства в настоящее время является
одной из центральных задач обоснования достоверности результатов карто¬
графирования, а следовательно, прикладной полезности карт. Для потребите¬
ля эти скрытые основания остаются неизвестными, и он работает лишь с ко¬
нечными продуктами научно-географического творчества. Но для исследова¬
теля знание, понимание и обоснование первопричин являются необходимым
условием формирования полисистемы карт нового поколения и эффективно¬
го использования геоинформационных систем (ГИС).
1.1.3. Фациальное расслоение
При фациальном расслоении ландшафт рассматривается в качестве про¬
странства расслоения X (информационного пространственно-распределенного
объекта), а базой расслоения является типологическая легенда ландшафтной
карты В с элементами, содержащими набор критериев и признаков отнесения
каждого ландшафтного выдела к тому или иному слою (выделу). Картографи¬
ческий образ пространства расслоения дает расслоенное пространство в виде
ландшафтной карты (картографическое пространство знаний о территории).
Понятно, что результат картографирования во многом зависит от состава, со¬
держания и структуры базы расслоения, от информационного насыщения эле¬
ментов базы, в данном случае понимания фации.
Фация — элементарный географический объект исследования, наглядно
выделяемый и описываемый в натуре по месту и времени. Это — область не¬
посредственного контакта человека с географической средой, исторически
первое восприятие им окружающего мира лицом к лииу с природой. Это — пер¬
вичное поле его деятельности и начальный уровень конструктивного преобра¬
зования природы. Любая жизнь осуществляется в фациях и зависит от фаций,
и не учитывать этого в расчетах недопустимо. Преодоление сущности фаций
изменением строения фаций требует дополнительных вещественно-энергети-
ческих затрат.
А.Г. Исаченко [1961] замечает (с. 108): “каждый почвенный разрез, каж¬
дая пробная площадка описания растительности или точка микроклимати¬
ческих наблюдений характеризуют именно конкретную фацию, и, только со¬
поставляя и обобщая данные для характерных рядов фаций, мы можем полу¬
чить полное и глубокое представление о более сложных географических
комплексах”.
Первично будем рассматривать фацию именно как объект исследования,
географическое тело, отделенное от других тел границами. Этот объект облада¬
ет собственным устойчивым содержанием, допускает различные теоретические
интерпретации, что позволяет исследовать фацию с разных сторон.
Восприятие фации как целостного объекта наиболее близко к пониманию
фации московской школой географов в рамках научного направления, назы¬
ваемого морфологией ландшафта [Солнцев, 2001]. Ее истоки — в классическом
понимании географических объектов как комплексов, восходящем к работам
А. Гумбольдта. Объект как первичное восприятие (геоинформационный объ¬
22
Глава 1. Принципы геосистемного анализа
ект) и комплекс как синтетическое знание об объекте по смыслу противостоят
друг другу и одновременно дополняют содержание, но, самое главное, объект и
комплекс тождественны по объему понятий, полноте описания в комплексе
знаний о реальности объекта исследования. Безусловно, это идеализированная
схема, поскольку теория геокомплексов еще не совершенна. Поэтому морфо¬
логический, по сути описательный, стиль географических исследований, дале¬
кий от глубокого расслоения и синтеза знаний, лучше всего соответствует науч¬
ному представлению о фации, как она есть, в отличие от тех направлений (гео¬
физический, геохимический, геосистемный, функциональный и др.), где уже
осуществляются анализ объекта, его системное расслоение, абстрагированное
изучение частей объективного целого.
J1.C. Берг [1945] предложил выделять в ландшафте наиболее простую и да¬
лее неделимую его часть, которую он назвал фацией. Это понятие и термин он
заимствовал у геологов [Наливкин, 1933]: современная фация — часть земной
поверхности, на всем протяжении обладающая одинаковыми физико-геогра¬
фическими условиями и одинаковыми фауной и флорой, ископаемая фация —
часть пласта (пласт или свита пластов), обладающая одинаковым литологиче¬
ским составом и заключающая в себе одинаковые фауну и флору. Фацию
Д.В. Наливкин сравнивал с биологическим видом, считая ее основной система¬
тической единицей палеогеографии, хотя фация как объект исследования в
биологическом сравнении — это скорее особь, которую потенциально можно
отнести к определенному виду. Тогда обособленная фация действительно явля¬
ется частью ландшафта. Д. В. Наливкин считал, что на фации подразделяются
(расслаивается. — А. Ч.) все ландшафты, вся земная поверхность.
Фации не остаются постоянными — в процессе своего развития они непре¬
рывно изменяются, усложняются и переходят в более сложные природные тер¬
риториальные образования, изменяются под влиянием различных катастрофи¬
ческих воздействий. Исходная (ненарушенная) фация в морфологии ландшаф¬
та называется коренной, а появившаяся на ее месте, например в ходе рубки
леса, — производной фацией [Солнцев, 2001]. Необходимы постоянные усилия
со стороны человека, чтобы поддерживать фацию в производном состоянии.
Здесь прослеживается явная аналогия с понятиями коренной и производной
растительности. При ландшафтном картографировании производные фации
первично выделяются как самостоятельные контуры, а при классификации
морфологических единиц ландшафта учитываются как варианты соответствую¬
щего коренного природно-территориального комплекса.
В производной фации не меняются ведущие компоненты литогенной ос¬
новы; изменение последней приводит к появлению на месте коренной фации
уже не производной, а совершенно новой фации [Солнцев, 2001]. Из этих оп¬
ределений следует, что фации изменяются под влиянием различных воздейст¬
вий, но в разной степени. Поэтому в понятие фации вкладывается следующее
содержание: фация — “это такой природный территориальный комплекс, на
всем протяжении которого сохраняется одинаковая литология поверхностных
пород, одинаковый характер рельефа и увлажнения, один микроклимат, одна
почвенная разность и один биогеоценоз” [Солнцев, 2001, с. 48]. Это покомпо¬
нентное определение фации фактически отождествляет его с представлением
23
Часть I. Геосистемные основы картографирования
о биогеоценозе В.Н. Сукачева [Основы..., 19641. Обосновывая различие,
Н.А. Солнцев (1967 г.) обращает внимание на то, что границы фации опреде¬
ляются границами литогенной основы, а не границами фитоценозов, так что
на одной фации размещаются несколько фитоценозов, относящихся к одному
восстановительному ряду. Зная природные свойства фации, мы всегда можем
установить, какой коренной тип растительности (фитоценоз) наиболее отве¬
чает этим свойствам, а также предвидеть, какой последовательности фитоце¬
нозы должны сменять друг друга. Вследствие этого ландшафтная карта пока¬
зывает пространственное размещение различных “местообитаний” и характе¬
ризует их важнейшие особенности.
Такая позиция знаменует переход от чистой морфологии ландшафта к ин¬
терпретации географической фации в рамках научного направления, называе¬
мого структурно-динамическим, геосистемным ландшафтоведением [Сочава,
1962, 1978; Крауклис, 1979; Михеев, 1987].
В соответствии с принципами структурно-динамического ландшафтоведе-
ния [Михеев, Ряшин, 1970], разрабатываемыми на основе стационарных иссле¬
дований, фация понимается как элементарное подразделение географической
среды, характеризующееся практически однородными взаимоотношениями меж¬
ду природными компонентами внутри себя. Внешним признаком этого подраз¬
деления является отсутствие существенных природных рубежей, пересекающих
пространство фации. Фация — наименее долговечное образование по сравне¬
нию с физико-географическими комплексами более высокого ранга. Помимо
относительно устойчивых коренных и квазикоренных фаций существуют более
изменчивые в пространстве и времени фации. Фации, реагируя на антропоген¬
ные воздействия различной интенсивности и характера, образуют различные
модификации (производные и длительно-производные).
Термин “фация” используется для обозначения обобщенного представле¬
ния о совокупности однородных ячеек, каждая из которых в этом случае пред¬
ставляет индивидуальный выдел фации, т.е. здесь фация — понятие типологи¬
ческое. В этом смысле «фация представляет собой тип элементарного физи-
ко-географического (ландшафтного) комплекса, ... выражение “тип фации”
является излишним» [Сочава, 1962, с. 20]. Фации устанавливаются по всей со¬
вокупности присущих им признаков, из которых большее значение имеют фор¬
мы земной поверхности и их вещественное строение [Там же, с. 20]. При этом
под “признаками” не стоит понимать только количественные и качественные
показатели — должны учитываться и различные закономерности формирова¬
ния фации и проявления ее свойств на местности, в частности, классификаци¬
онные соответствия и работа законов разных наук.
Геосистемы классифицируются по различным признакам, в частности по
их отдельным свойствам, начиная от элементарных геосистем (фаций) до так¬
сономических обобщений планетарного масштаба. Эти классификации ис¬
пользуются при создании обзорных ландшафтных карт, являющихся демонст¬
рацией пространственной неоднородности (расслоения) всего комплекса при¬
родных особенностей территории.
Различные интерпретации понятия “фация” подразумевают полисистем-
ный, полимодельный подход к их описанию и выделению.
24
Глава /. Принципы геосистемного аналиш
1.1.4. Полисистемная интерпретация знаний
Согласно общим принципам полисистемного анализа (Черкашин, 1997), в
географических исследованиях выделяется несколько сквозных системных тео¬
ретических направлений, когда классические понятия “элемент”, “связь”,
“структура”, “система”, “подсистема”, “изменение” приобретают специаль¬
ный смысл, а следовательно, создаются специальные модели описания явле¬
ний, выраженные на языке разных теорий (см. п. 1.1.1).
1. Теория расслоения утверждает, что любой объект есть полисистема, со¬
стоящая из элементов — моносистем, например, ландшафт дифференцируется
на множество непересекающихся моносистем-фаций. Всякий слой рассматри¬
вается как набор видов (типов) системы, и за всяким видом стоит элемент
классификации-базы расслоения (классификационная позиция). Связи моно¬
систем определяются общностью их видового состава. Система моносистем об¬
разует полисистему — полисистемный образ объекта. Структура определяется
отношением пространственного и временного соседства моносистем в поли¬
системе, а изменение — формированием этих отношений.
2. Теория классификационных систем оперирует с элементами классифика¬
ции (видами, типами, таксонами). Родственные связи устанавливаются через
таксономические подразделения: виды связаны, если относятся к одной таксо¬
номической категории более высокого порядка. Все элементы связаны, но на
разных уровнях таксономического объединения. Систему образуют все родст¬
венно связанные виды на заданном уровне объединения. Структура классифи¬
кационной системы описывается графом таксономической иерархии. Измене¬
ния рассматриваются как разного рода отображения сравнения, симметрич¬
ным образом переводящие иерархические фрактальные структуры в себя.
3. Теория сложных систем призвана синтезировать моносистемные срезы
объекта в целостное представление об объекте — комплекс. Связи задаются че¬
рез информационные отображения моносистемных слоев друг в друга в ком¬
плексе. Структура определяется значимостью каждого вида слоя в полисистеме
и коммутативной диаграммой отображений, а изменение — варьированием со¬
ответствующих значений.
4. Теория ранговых распределений изучает закономерности упорядочения ви¬
довых слоев по мере убывания их значения проявления в полисистеме (массы,
площади, численности). Связи задаются порядком видов в ранжированном
ряду (кортеже) и уравнениями ранговых распределений (степень проявления
как функция рангового номера). Всякий кортеж с соответствующей функцией
распределения формирует ранговую систему, изменение которой выражается в
перестановке мест видов в кортеже в результате изменения их рангового значе¬
ния.
5. Теория дискретных пространственно-временных систем рассматривает
земную поверхность как фрактальную многоуровневую структуру опорных (уз¬
ловых) точек-элементов, связанных разными способами координатными ли¬
ниями. В результате образуются прямоугольные и триангуляционные системы
координации, определяющие линеаментную упорядоченность пространства и
времени. Предполагается, что опорные точки пространства и времени одно¬
25
Часть I. Геосистемные основы картографирования
значно определяют набор ситуаций и событий (структуру пространственных и
временных рядов признаков): код местоположения функционально переходит
в конкретное значение признака. Изменение пространственно-временных сис¬
тем выражается в смене многоуровневого кода, а следовательно, в формирова¬
нии новых рядов признаков.
6. Теория непрерывных пространственных систем элементами считает коор¬
динаты физического и эволюционного пространства планеты, геометрически
задающие координаты местоположения (точку на поверхности) и интенсивно¬
сти геологических процессов развития в этой точке. Системой является вектор¬
ное поле вращения в пространстве этих координат. Структура определяется ко¬
ординатами точки вращения (эпицентра) и скоростями эволюции в ней. Изме¬
нения структуры выражаются в варьировании этих параметров.
7. Теория динамических систем изучает множество однотипных элементов
(частиц, тел, выделов), переходящих из состояния в состояние. Подсистемы
объединяют элементы одного состояния и связаны между собой перетоками
элементов. Структура системы определяется распределением элементов по со¬
стояниям и схемой-графом потоков элементов между состояниями и интенсив¬
ностями потоков. Изменение структуры — динамические процессы смены со¬
стояний и размножения элементов.
8. Теория функциональных систем в качестве элементов рассматривает при¬
знаки-факторы, связь которых передается через функции их влияния друг на
друга (причинно-следственные связи). Системой является комплекс факторов
(интегральный фактор) — аналитическая функция отдельных факторов. Систе¬
мы комплексных факторов функционально объединяются в факторы более вы¬
сокого порядка — функциональные системы. Структура такой системы задает¬
ся “весом” влияния факторов и графом причинно-следственных функциональ¬
ных связей факторов.
9. Теория потенциальных систем рассматривает объекты как системы элемен-
тов-свойств, или потенциалов (геотропические образования). Связи объединяют
частные потенциалы в обобщенные потенциалы (системы потенциалов) с помо¬
щью индикативных (индикаторных) функций. Структура потенциальных систем
определяется набором потенциалов и чувствительностями изменения обобщен¬
ных потенциалов к изменению частных. Изменение систем определяется изме¬
нением обобщенных потенциалов при изменении их информационной емкости
(энтропии).
10. Теория систем механизмов взаимодействия описывает поведение объек¬
тов в фазовом пространстве их независимых характеристик. Элементами явля¬
ются отклонения значений характеристик объекта от равновесных значений.
Связи описываются уравнениями “в отклонениях”, когда, например, измене¬
ние любой характеристики есть функция отклонений значений всех остальных
характеристик от равновесных. Структура определяется графом направления
воздействия характеристик друг на друга и коэффициентами силы воздействия.
11. Теория общественных систем оперирует с социальными системами, есте¬
ственно, состоящими из людей и связанными с ними предметами деятельно¬
сти. Общественные связи проявляются как результат человеческих отношений,
реализующихся в деятельности. Общественные структуры формируются как
26
Глава /. Принципы геосистемного анализа
общественные и производственные организации, их изменение — это органи¬
зационное развитие.
Эти одиннадцать разноплановых теоретических позиций (в действительно¬
сти их намного больше) с разных точек зрения (в разных проекциях) изучают
объекты исследования. Фация как любой реальный объект многогранна. В ней
локально переплетаются законы всех наук. Исследуем, как в понимании фации
осуществляется такое переплетение. Последовательность теорий (1-11) сохра¬
ним прежней.
1. С позиций теории расслоения фация как сложное территориальное явле¬
ние — полисистема, состоящая из элементов — моносистем, изучение каждой
из которых требует своего системного аппарата теоретического анализа. С дру¬
гой стороны, сложное территориальное образование — ландшафт — расслаива¬
ется на моносистемы (по B.C. Преображенскому [1972]) — фации. В обоих слу¬
чаях мы имеем дело с моносистемами, но разного плана расслоения (осуществ¬
ленных на различных базах). Фация — это и моносистема, и полисистема, но в
разных отношениях. Географический ландшафт состоит из элементарных ареа¬
лов — фаций, т.е. элементарных разновидностей (видов) географической сре¬
ды. Знание о ландшафте концентрируется в его информационном образе (заря¬
де) — элементе типологической и классификационной базы расслоения. Связи
ландшафтов определяются общностью их фациального состава. Совокупность
ареалов фаций (слоев расслоения) формирует полисистемный образ ландшаф¬
та (повыделенную и контурную основу территории) и отображается на типоло¬
гических ландшафтных картах. Структура ландшафта определяется отношени¬
ем пространственного соседства (сопряженности) фаций и временной после¬
довательностью смены фаций в порядке эволюционного развития территории.
При этом происходит перестройка фациальной структуры — полисистемное
пространство ландшафта изменяется. Фация — элементарное (гомогенное в
широком смысле) географическое образование, элементарный геомер. Ком¬
пактное объединение фаций и участков фаций соответствует гетерогенной
полисистеме — геохоре. В широком смысле геохора — это любая территория,
наделенная фациальной структурой, фациальная полисистема. Пространствен¬
но смежные геохоры объединяются в геохоры (полисистемы) более высокого
порядка. Объединение фаций в геомеры более высокого ранга в данной теории
не рассматривается: это предмет исследования следующей системной конст¬
рукции.
2. Теория классификаций постулирует дискретный характер географиче¬
ского пространства расслоения, а именно существование типологической базы
расслоения, представленной набором точек-элементов базы. Картографически
база расслоения соответствует легенде карты. Фация рассматривается как эле¬
ментарная географическая типологическая единица (вид геосистемы). Любая
фация — это типологический элемент (единица), связанная совокупность ко¬
торых формирует геоинформационную среду территориальных образований (сре¬
ду-базу расслоения). Постулируется объективное существование геоинформа-
ционной среды. Здесь элементу-фации соответствует информационный заряд,
раскрывающий сущность и содержание фациальной структуры таксономиче¬
ского типа. Предполагается, что в каждой системно-теоретической интерпрета¬
27
Часть I. Геосистемные основы картографирования
ции информационный заряд несет специфическое предметное знание о фации,
поэтому типизация и классификация фаций осуществляется по каждому сис¬
темному слою отдельно, но существуют естественные корреляции знаний заря¬
дов разных системных слоев, относящиеся к одной фации. Классификация
возникает на множестве типологических (таксономических) единиц расслое¬
ния при определении на этом множестве структуры отношений между элемен¬
тами, например, при задании иерархии таксономических единиц. Структуры
связи элементов в геоинформационной среде, моделью которой являются
классификационные построения, многочисленны. Фация находится на ниж¬
нем уровне иерархической географической классификации и соответствует
виду геосистемы (элементарному геомеру). Геоинформационная среда имеет
фиксированную структуру, и изменения в ней можно понимать как познава¬
тельный процесс осознания структурных и функциональных аналогий между
различными таксономическими единицами, основанных на обобщенных
принципах симметрии геоинформационной среды. Например, природные зо-
ны-аналоги (по Д.Г. Виленскому [1945]) разных климатических поясов, или ко¬
ренные фации (по В.Б. Сочаве [1978]), раскрывающие на местном уровне осо¬
бенности зональных географических закономерностей. Подобные аналогии
служат для обоснования выводов о свойствах географического пространства
как в локальном, так и в планетарном масштабе. Заметим, что объединение фа¬
ций-моносистем в рамках теории расслоения дает геохоры разного порядка, а в
рамках теории классификаций — разноуровневые геомеры. В этом просматри¬
вается фундаментальная основа принципа двухрядной классификации, приня¬
того в географии и своеобразно сформулированного В.Б. Сочавой [1972]. Здесь
имеют место две разные системные интерпретации географических объектов.
3. Понимать фацию в рамках теории сложных систем удобно, находясь на
позициях московской ландшафтной школы, а именно, следуя интерпретации
фации как географического комплекса [Солнцев, 2001]. Допуская дробное рас¬
слоение фации на предметные моносистемы, компоненты, переменные со¬
стояния (биогеоценозы), парцеллы, геогоризонты и рассматривая их как спе¬
циальные моносистемные срезы, полученные на разных базах расслоения, ис¬
следователь вправе поставить задачу синтеза этих принципиально разных,
частных и автономных слоев в целостное представление о фации. В основе
синтеза лежит выявление разнообразных связей между структурами и функ¬
циями моносистем, устанавливающих сходство, подобие, корреляцию, сопря¬
жение, сбалансированность между слоями, когда на местности, например,
один компонент (биота) является натурной моделью почвенного покрова. На
этом строится ландшафтная индикация. Такое структурно-функциональное
подобие осуществляется в действительности в отличие от виртуального подо¬
бия-аналогии элементов классификаций, имеющих иную информационную
основу. Разные фациальные выделы ландшафта также подобны, что обеспечи¬
вает единство ландшафта как геокомплекса. Структурное и функциональное
подобие систем математически интерпретируется соответственно как их гомо¬
логическая и гомотопическая эквивалентность, когда структурно-функцио-
нальное сходство компонентов сопряжено с непрерывным преобразованием их
гомотопических коэффициентов, однозначно характеризующих каждый ком¬
28
Глава I. Принципы геосистемного анализа
понент геокомплекса. Свойство однозначности связывает гомотопический ко¬
эффициент с классификационной позицией компонента (слоя). Фации выде¬
ляются как комплексы на основе изучения их компонентного состава и харак¬
тера функциональной сопряженности компонентов (целостности).
4. Теория ранговых распределений изучает количественные закономерно¬
сти строения сложных систем. Ранговые распределения определяют порядок
(кортеж) следования слоев (видов, типов) по мере убывания их значимости и
встречаемости. Фация имеет ранговую структуру в целом и по компонентам,
множество фаций формируют фациальную ранговую структуру ландшафта, на¬
пример, в форме распределения фаций ландшафта по площади. Фациальная
структура ландшафта является основой для районирования территорий (метод
заполнения индивидуальных единиц типологическими единицами картирова¬
ния) и генерализации картографических изображений (по ведущему типу).
Биотическая структура фаций является основой для изучения биологического
разнообразия на видовом и экосистемном уровне, а фациальная структура тер¬
ритории — на ландшафтном уровне. Уравнения ранговых распределений гомо¬
топически эквивалентны, т.е. переходят друг в друга при изменении только
одного коэффициента. Ранговые распределения являются системной основой
ординалистского экономического оценивания земель и ресурсов. Фации выде¬
ляются по структуре и текстуре геоизображений (неоднородности состава) и
доминирующим ландшафтно-образующим компонентам.
5. В теории дискретных пространственно-временных систем пространство и
время фации регулярным образом заполнены (покрыты) многоуровневым мно¬
жеством опорных (узловых) точек, соединенных разным способом линиями.
В самом общем смысле здесь фация — замкнутая пространственно-временная
окрестность (выдел и стадия) одной или нескольких таких точек, однозначно со¬
ответствующих определенной классификационной позиции в геоинформацион¬
ной среде. Эти точки координируют положение фации в пространстве и по ие¬
рархическому уровню проявления. Такая модель согласует классификационные
и полисистемные подходы, привязывая ситуации и события разного типа к зем¬
ной поверхности. Иерархический числовой код местоположения и гомотопиче¬
ские коэффициенты признаков систем переходят в пространственные и времен¬
ные ряды географических характеристик. В итоге на поверхности Земли задается
многоуровневая координатная система (грид-структура) опорных точек (эпи¬
центров) с фрактальными свойствами самоподобия — естественной геоинфор¬
мационной системой, которая позволяет индивидуализировать фации при оце¬
ночных и прогнозных расчетах. На местности этим способом выделяются фации
каркасной структуры ландшафта, приуроченные к линеаментам, преимущест¬
венно линиям водоразделов и тальвегов, геологическим разломам.
6. В теории пространственных систем рассматривается формирование рель¬
ефа земной поверхности как фактора, определяющего пространственные свой¬
ства ландшафта. Здесь каждая опорная точка становится эпицентром много¬
слойного конуса вращения характеристик эволюционного пространства. В ре¬
зультате на поверхности Земли образуются круги с циклической структурой,
наложение которых дает пространственную сетку границ фаций (эпигенетиче¬
ские структуры). Пространственная модель кручения описывает процесс своеоб¬
29
Часть I. Геосистемные основы картографирования
разной геометрической нарезки границ фаций, которая меняется в ходе геологи¬
ческой и биологической эволюции Земли. Формируется инвариантная контур¬
ная основа границ выделов, общая для всех других системных интерпретаций
фации. Интенсивность эволюционных процессов коррелирует с числовым ко¬
дом эпицентра и его классификационной позицией. Фации выделяются грани¬
цами, которые проходят по особым линиям рельефа. Для выделения границ ис¬
пользуются крупномасштабные топографические карты и космоснимки, методы
пластики рельефа.
7. Теория динамических систем является основой теории геосистем, изу¬
чающей переходы однотипных элементов (частиц, тел, выделов) из состояния в
состояние. Фация рассматривается как элементарная пространственная ячейка
единого физико-географического динамического процесса (потока), регламен¬
тируемого свойственным фации интегральным природным режимом, что соот¬
ветствует классификационной позиции фации. Фация проявляется в форме
разнообразных пространственных и временных переменных состояний в ходе
суточных, сезонных, многолетних и вековых изменений. Все элементы фации
распределяются по переменным состояниям, по сути фация изучается как на¬
бор переменных состояний, упорядочивающихся в динамические последова¬
тельности и циклы. Наглядным примером являются восстановительно-возраст¬
ные серии (сукцессии) растительности, когда в качестве переменных состоя¬
ний выступают восстановительные стадии — биогеоценозы. Восстановленная
(потенциальная) структура фации однозначно определяется ее природными ре¬
жимами. Типизация географических фаций в рамках структурно-динамическо-
го (геосистемного) подхода осуществляется на основе идентификации динами¬
ческих серий для разных компонентов фации и соответствующих им природ¬
ных режимов.
8. В теории функциональных систем фация — это положение в пространст¬
ве факторов, функция многих факторов или интегральный (комплексный)
фактор. Изменение данной функции ведет к изменению положения в про¬
странстве ординации. Факторное пространство фаций (пространство ордина-
ции) называется факторальным пространством, в котором каждая фация и со¬
ответствующие ей природные режимы рассматриваются как модификация (де¬
формация, вариация) фаций зональной нормы (функционального ядра) по
одному или нескольким интегральным факторам. В зависимости от степени
факторной деформации различаются коренные, мнимокоренные и серийные
(трансформированные) фации. В серийных фациях имеет место гипертрофи¬
рованное влияние факторов. В итоге большинство фаций ландшафтов одной
природной зоны становятся факторными вариациями фаций зональной нор¬
мы. В совокупности они образуют множество фаций одного типа природной
среды. Часть фаций в ландшафтах могут иметь реликтовое происхождение или
быть результатом инвазии фаций соседних природных зон (экстразональные
фации). Фации при данном подходе выделяются по составу и интенсивности
влияния факторов, проявлению серийности, характеру связей отдельных фак¬
торов и их отображений на снимках.
9. Теория потенциальных систем в отличие от предыдущей рассматривает
фацию не с внешней (факторной) точки зрения, а с внутренней, как систему ее
30
Глава I. Принципы геосистемного анализа
свойств, индикационную систему. Разнообразные свойства фации интегриру¬
ются в обобщенные индексы (потенциалы), на основе которых фация оценива¬
ется с разных сторон. Производство подобных экономических оценок называ¬
ется кардиналистским оцениванием. В качестве единиц измерения выступают
потенциалы внешней географической среды, так что в разнопотенциальной
среде системы одного потенциала имеют разный итоговый индекс развития.
Фации отличаются по организационной структуре своих свойств, организаци¬
онной однородности (связности) ее пространственных характеристик. Степень
(индекс) организованности определяет полезность фации, т.е. ее способность
совершать работу за человека. Фация выделяется по совокупности свойств и
признаков (описательный подход), по организационной однородности (связ¬
ности) ее пространственных характеристик (аналитический подход) или по по¬
ложению в пространстве обобщенных потенциалов — интегральных свойств
(количественные методы, многомерный статистический анализ).
10. Фация в теории механизмов взаимодействия (регулирования) описыва¬
ется с позиций особенностей ее поведения, т.е. направленности, интенсивно¬
сти и периодичности изменения своих характеристик. Изменения происходят в
окрестностях равновесного состояния, соответствующего классификационной
позиции фации. Окрестность включает все множество переменных состояний
фации. Ее размер (мощность) определяется степенью изменчивости фации: ко¬
ренные фации имеют малую мощность изменчивости, серийные — большую.
Если характеристики фаций закономерно отклоняются от состояния равнове¬
сия и выходят за рамки множества допустимых переменных состояний, то по¬
ведение фации считается неустойчивым, если не выходят — то устойчивым, а
если стремятся к равновесному состоянию — то асимптотически устойчивым.
В данном случае поведение фаций и их компонентов описывается в терминах
моделей гомеостатического регулирования, восстановления (релаксация) своих
параметров. Фации выделяются по характеру их пространственной и времен¬
ной изменчивости, преимущественно по мозаике пространственного и видово¬
го состава биоты, силе и периодичности влияния катастрофических факторов.
11. В теории общественных систем фация рассматривается как объект зем¬
лепользования, по поводу которого выстраиваются отношения людей, регла¬
ментируемые естественными и юридическими законами. Фация — элементар¬
ная территориальная единица хозяйственной деятельности (ячейка политики
землепользования, контур правового зонирования). Границы деятельности и
природоохранные границы должны совпадать с границами фаций. Каждой
природной фации ставится в соответствие наиболее эффективный способ хо¬
зяйственной деятельности, что основывается на знании потенциалов и тенден¬
ций развития фаций. Такое сопоставление обеспечивает информацией ланд¬
шафтное планирование и оптимизацию природопользования.
Множественность географических теорий обусловливает многообразие оп¬
ределений фаций и критериев их выделения. Каждая системная теория базиру¬
ется на своих определениях и законах, а также имеет собственное пространство
представления данных — пространство состояний, факторное пространство,
пространства потенциалов, отклонения характеристик от равновесия и т.д.
31
Часть I. Геосистемные основы картографирования
Приступая к решению той или иной географической проблемы, необходи¬
мо каждый раз находить наиболее приемлемый подход, адекватное отображе¬
ние проблемы, соответствующую модель представления данных, с помощью
которых поставленная проблема решалась наиболее полно, точно и достовер¬
но. Проблема как бы проецируется в ту или иную предметную плоскость, где
решается с помощью законов специальной системной теории. Такой подход
можно назвать проективным моделированием — формулировка и решение за¬
дачи как проекция проблемы в данную предметную область. Тогда если про¬
блема неразрешима в одной области, она решается в другой, и результаты ре¬
шения используются на равных в различных областях.
Представленные системные интерпретации фаций как географических
объектов исследования (фациальные выделы) наглядно демонстрируют много¬
образие возможных подходов к определению и выделению фаций на местно¬
сти. Несмотря на принципиальное различие подходов и методов, результаты
выделения фаций должны быть тождественны, т.е. фации, выделенные разны¬
ми методами (разные интерпретации фаций), должны иметь одинаковые гра¬
ницы, хотя их типологический статус оказывается различным в силу отличия
подходов (интерпретаций). В конкретных ландшафтных работах доминирует
морфологический (фация как геокомплекс), динамический (фация как геосис¬
тема) и пространственный (фация как особое положение в рельефе местности)
подходы.
1.2. Геосистемный анализ
В сибирской географической школе особое внимание уделяется структур¬
но-динамическому анализу ландшафтов [Сочава, 1978], основанному на гео¬
системном подходе. Термин “геосистема” широко используется в научной ли¬
тературе [Снытко, Семенов, 2001]. По мнению А.Г. Исаченко [1990], выход гео¬
графии из состояния деградации видится в нахождении общей
методологической платформы физической и экономической географии, в ос¬
нову формирования которой может быть положено учение о геосистемах.
1.2.1. Геосистемная концепция
Концептуальные основы теории геосистем сформулированы В. Б. Сочавой
в книге “Введение в учение о геосистемах” [1978]. Его идеи получили развитие
в трудах А.А. Крауклиса (экспериментальное ландшафтоведение), B.C. Михее¬
ва (ландшафтно-географическое обеспечение) и других представителей иркут¬
ской ландшафтно-типологической школы, в определенном смысле допол¬
няющей московскую школу морфологии ландшафта [Солнцев, 2001]. Были
сделаны попытки на этой основе и собственных результатах создать теорию
геосистем. Причем интересно, что большинство из них предприняты несибир¬
скими учеными: Д.Л. Арманд, А.Д. Арманд, А.Г. Исаченко, В.А. Николаев.
А.Ю. Ретеюм, B.C. Преображенский, А.М. Трофимов, В.И. Беляев, Д.В. Нико¬
лаенко, Я. Демек и др. При этом использовались системные и формально-ма¬
тематические методы и модели, часто выходящие за рамки собственно геосис¬
32
Глава I. Принципы геосистемного анализа
темной проблематики. В зарубежной географической и геологической литера¬
туре геосистема трактуется в расширительном смысле (системы Земли). Этим
признается актуальность системного подхода к исследованию геосфер, но ни¬
велируются особенности геосистемного анализа.
В учении о геосистемах В.Б. Сочавы вся ландшафтная оболочка рассмат¬
ривается как иерархически организованная совокупность геосистем — “земных
пространств всех размерностей” [Сочава, 1978, с. 292], “это целое, состоящее из
взаимосвязанных компонентов природы, подчиняющихся закономерностям,
действующим в географической оболочке или ландшафтной сфере” [Сочава,
1974, с. 4].
К числу основных задач, решаемых на основе учения о геосистемах,
В.Б. Сочава [1978] относил анализ аксиом и других положений специальной
теории геосистем, моделирование геосистем с учетом их спонтанной и антро¬
погенной динамики и соответствующих им природных режимов, поиск рацио¬
нальных приемов количественной оценки геосистем и ландшафтообразующих
процессов, познание пространственно-временных закономерностей, анализ
состояний геосистем и др. Направления и пути решения этих задач на аксиома¬
тической основе специально обсуждались в контексте исследования и модели¬
рования геосистем [Черкашин, 1985а].
Понятие “геосистема” было введено в научный обиход в 60-х годах XX в.
В.Б. Сочавой [1978, с. 292]: “Геосистема — это особый класс управляющих сис¬
тем; земное пространство всех размерностей, где отдельные компоненты при¬
роды находятся в системной связи друг с другом и как определенная целост¬
ность взаимодействуют с космической сферой и человеческим обществом”.
В соответствии с этим определением геосистемы — это компонентные систе¬
мы, системы связей различных компонентов, к числу которых относятся вода,
воздух, материнские породы, почва и биота (растительность и животное насе¬
ление). Компоненты геосистемы взаимодействуют друг с другом и окружаю¬
щей средой, в качестве которой обычно рассматриваются геосистемы более вы¬
сокого иерархического ранга. Триада вложения “компоненты — геосистема —
среда” лежит в основе геосистемного анализа.
Геосистемный анализ — одно из направлений системного анализа, изучаю¬
щего географические объекты как системы особого рода, со структурно-дина-
мических позиций. Системный анализ — это дисциплина, занимающаяся про¬
блемами принятия решений в условиях, когда выбор альтернативы требует ана¬
лиза сложной информации [Моисеев, 1981]. Последовательно реализуются
этапы анализа систем [Квейд, 1969]: выбор объекта исследования, постановка
проблемы, задачи, цели, определение критериев, моделирование, оценка вари¬
антов и оптимальное управление. Все эти этапы в процедурном отношении
подразделяются на две части: экспертный неформализованный анализ и мате¬
матический эксперимент. Граница между ними подвижна и смещается в об¬
ласть экспертного анализа по мере формализации соответствующих содержа¬
тельных процедур. В таком виде она формирует технологию географической
экспертизы [Черкашин, 1992] как аппарата обоснования принятия решений.
В зависимости от масштаба изучаемых геосистем различается фациальный,
ландшафтный, региональный и планетарный геосистемный анализ. В частно-
' Зикт № 560
33
Часть I. Геосистемные основы картографирования
сти, фациальный анализ занимается изучением дробной структуры ландшафта,
его фациальным сложением, динамикой и эволюцией на уровне внутри- и
межфациальных смен. Обычно частные виды географического анализа логиче¬
ски не увязывают с геосистемным, а тем более с системным анализом. При
этом затушевывается различие между традиционными формами научных ис¬
следований и новыми, конструктивными направлениями решения теоретиче¬
ских и прикладных проблем. Несмотря на это в географических исследованиях
методология системного анализа подспудно всегда проявляется, особенно при
решении задач комплексной оценки земель на ландшафтной основе [Краук-
лис, Михеев, 1963]. Здесь, естественно, присутствует выбор альтернатив на ос¬
нове анализа сложной информации, направленного на изучение законов взаи¬
мосвязи и взаимодействия природных компонентов и закономерностей про¬
странственной дифференциации природных условий.
Учение о геосистемах как всякая научная теория строится на нескольких
основных положениях, имеющих значение аксиом [Сочава, 1974].
1. Природная среда организована в виде иерархии управляющих и управ¬
ляемых систем, т.е. представлена геосистемами разного уровня, между которы¬
ми устанавливаются соотношения подчиненности: геосистема верхнего уровня
является средой для зависимой геосистемы нижележащего уровня [Сочава,
1978].
2. Закономерности, присущие геосистемам, однозначны в определенных
территориальных границах и пространственных масштабах трех порядков раз¬
мерности: планетарного, регионального, топологического (топического, ло¬
кального).
3. Геосистемы представлены разного рода коренными структурами и пере¬
менными состояниями, подчиненными определенному инварианту, изменение
которого выражается в эволюции геосистемы. Изменения геосистемы с сохра¬
нением инварианта определяют динамику геосистемы.
4. Для природной среды характерно совмещение двух начал — гомогенно¬
сти и гетерогенности. В процессе развития природной сферы одновременно
действуют законы выравнивания и дифференциации. В результате возникают
геосистемы с гомогенной структурой (геомеры) и разнокачественной структу¬
рой (геохоры), существующие одновременно, что выражается в принципе двух¬
рядной классификации геосистем.
Эти фундаментальные положения развивались, дополнялись и конкрети¬
зировались при решении задач моделирования и картографирования [Михеев,
Черкашин, 1987; Михеев, 2001; Черкашин, 1997]. Отметим, что все перечислен¬
ные постулаты имеют прямое отношение к существованию разных видов рас¬
слоений: 1 — иерархического, 2 — типологического, 3 — динамического, 4 —
онтологического. В последнем варианте наличие геомеров и геохор можно рас¬
сматривать как частный случай существования двухслойной (двойной) реаль¬
ности [Черкашин, 2005], представленной информационным (типологическим)
и материальным (хорологическим) непересекающимися мирами.
Взаимодействие в геосистемах осуществляется за счет перетоков вещества,
энергии и информации между геосистемами, компонентами и их частями. Все¬
возможные потоки такого рода называются физико-географическими процес¬
34
Глава I. Принципы геосистемного анали ш
сами, выражаются в метаболизме геосистем. Пространственно-временные за¬
кономерности проявления процессов отражаются в организации геосистем, в
особенностях их структуры и функционирования. Организация геосистем —
внутренняя упорядоченность и взаимосвязанное функционирование отдель¬
ных морфологических частей и компонентов геосистем, где взаимосвязь выра¬
жается через разного рода потоки, динамические изменения. По отношению к
природным образованиям это понятие основывается на признании причинно¬
сти дифференциации, интеграции и развития геосистем и предполагает нахож¬
дение факторов, которые их обусловливают.
При разработке концепции структурно-динамического ландшафтоведения
В.Б. Сочава акцентировал внимание на интеграции природных режимов, “в ре¬
зультате которого возникает особое качество, своего рода ландшафтообразую¬
щий эффект. Этот эффект определяет самодвижение геосистемы и, видимо,
представляет собой действующее начало физико-географического процесса,
как его понимает А.А. Григорьев” [Сочава, 1967, с. 23]. Он поставил задачу
“экспериментально определить интенсивность этого процесса с учетом всех
главнейших влияющих на него факторов, ... познать закономерности интегра¬
ции природных режимов и формирования возникающего по ходу этой интегра¬
ции суммарного эффекта” [Сочава, 1970, с. 10]. На интеграционных принципах
В.Б. Сочава разрабатывал теоретические основы картографирования среды
обитания, опираясь на критерии взаимосвязей отдельных ландшафтных ком¬
понентов в локальных геосистемах и на анализ территориальной дифференциа¬
ции природных комплексов [Нечаева, 2002].
Ключевым в развитии учения о геосистемах В.Б. Сочавы является пред¬
ставление об инвариантах [Сочава, 1967, 1973, 1978] — “неизменная при дина¬
мических преобразованиях сущность, воплощенная в структурах геосистемы”
[Крауклис, 1975, с. 26]. Это такая сущность, которая является в самых разнооб¬
разных формах, допустимых в границах геосистемы, без ее (сущности) транс¬
формации. В этом контексте инвариант по объему понятия соответствует инте¬
гральному природному режиму геосистемы, т.е. обобщенным условиям (ком¬
плексным факторам), под влиянием-контролем которых в геосистеме все
происходит. Таким образом, инвариант определяет множество допустимых яв¬
лений, связанных с данным инвариантом, в частности, “все превращения ус¬
ловно неизменного инварианта геосистемы рассматриваются ... как ее динами¬
ка” [Сочава, 1978, с. 106]. Такое множество форм существования системы мож¬
но назвать эписистемой. В ней выделяется ядро — формы и явления, наиболее
соответствующие сущности (инварианту) системы, и связанное с ним окруже¬
ние-периферия. В окружении проявляются все свойства инварианта как след¬
ствие динамических изменений, пространственных вариаций, структурных
подразделений. Это позволяет с единых позиций исследовать различные вари-
анты-альтернативы проявления геосистем, т.е. широко использовать представ¬
ление об инвариантах в геосистемном анализе для систематизации и упорядо¬
чения географических данных и знаний.
В.Б. Сочава [1967, 1974, 1978] ввел понятие эпифации — теоретической
конструкции для отображения динамической общности множества фаций, об¬
ладающих одинаковыми инвариантными свойствами, а также сформировал
35
Часть I. Геосистемные основы картографирования
связанное с эпифацией представление об эпиассоциации [Сочава и др., 1974).
Рассматривался вопрос о существовании эпигеомеров более высокого иерархи¬
ческого уровня [Сочава, 1974]. Не только у последователей, но и у самого
В.Б. Сочавы существуют неоднозначность и размытость трактовок этих геосис¬
темных терминов, что заметно затрудняет использование структурно-динами-
ческого подхода в ландшафтоведении и требует упорядочить неординарные
мысли сибирских географов.
1.2.2. Инвариант-вариантная модель
Типизация и следующая за ней классификация геосистем нацелены на вы¬
явление общих свойств геосистем, раскрытие их инвариантов. Типизация как
один из видов процедуры расслоения подразумевает существование множества
элементов базы расслоения, и каждый из элементов мы можем связать с инва¬
риантом типа геосистем, т.е. сопоставить с типом и инвариантом элемент из
базы. Множество всех геосистем, “высвечиваемых” конкретным элементом
базы расслоения, относятся к одной эписистеме, следовательно, эписистема
есть системный слой, соответствующий данному элементу базы, сущности вы¬
деляемого множества систем.
В основе геосистемного анализа лежит классическое соотношение между
интегральными и дифференциальными подходами к изучению ландшафтов,
между выделением инвариантных и изменяющихся свойств геосистем. Так
формируется общая инвариант-вариантная модель познания геосистемной
структуры и организации, когда инвариант геосистемы нижнего иерархическо¬
го уровня становится вариантом геосистемы более высокого таксономического
ранга (рис. 1.2). Например, местные фации рассматриваются как варианты —
разной степени отклонения от зональных, фоновых условий, различного уров¬
ня деформации фаций зональной нормы, типичных для данной природной
зоны. Переменные состояния, например стадии восстановительно-возрастных
смен, рассматриваются как вариации инварианта фации, соответствующего ко¬
ренному состоянию — коренному биогеоценозу.
Подобные отношения определяют “многоликость” каждой фации, вызы¬
ваемую деятельностью человека, динамикой взаимоотношений между лесооб¬
разующими видами и возрастными поколениями древостоя, а также други¬
ми факторами [Динамика..., 1985]. Например, динамика плакорной фации
среднесибирского южно-таежного геома
представлена возрастными и сукцессион-
ными стадиями восстановления коренно-
Рис. 1.2. Инвариант-вариантная фрактальная
модель представления географических знаний.
Узлы разного размера соответствуют инвари¬
антам разного уровня. Линии — варианты (от¬
клонения) от базового узла данного уровня. На
линиях лежат узлы-инварианты нижележащих
уровней. Пояснения в тексте.
36
Глава 1. Принципы геосистемного анализа
го пихтового леса за период более 250 лет, начиная от его состояния после
сплошной рубки или верхового пожара и кончая сформировавшимся темно¬
хвойным лесом (осиновый мелкоствольный редкотравный, пихтово-осиновый
крупноствольный разнотравный, осиново-пихтовый крупноствольно-мелко-
ствольный зеленомошно-разнотравный, три возрастных варианта пихтового
леса: мелкоствольный мелкотравно-зеленомошный, крупноствольный осочко-
во-разнотравно-зеленомошный, крупноствольно-мелкоствольный мелкотрав¬
но-вейниково-зеленомошный).
Все это следствие того, что геосистема, по В.Б. Сочаве, является системой
не только пространственно-морфологической (геохорой), но прежде всего
функциональной и динамической. Она проходит множество состояний, каждо¬
му из которых соответствует определенное сочетание географических процес¬
сов и явлений, поэтому о геосистеме в целом можно судить только на основе
учета присущих ей временных вариаций [Крауклис, 1975].
Согласно инвариант-вариантной модели, существует многоуровневая сис¬
тема инвариантных вложений, когда инвариант одного уровня становится
вариантом на более высоком уровне организации системы (рис. 1.3). Каждый
инвариант формирует эписистему свойственных ему вариантов (рис. 1.4). Сюда
же могут быть отнесены и варианты всех нижележащих уровней (образование
типа эпифации зонального инварианта), что означает наличие в эписистеме
иерархической структуры. Поэтому предполагается, что, начиная с локальных
инвариантов, можно восстановить всю систему соподчинения геосистем и их
свойств. Эта модель хорошо работает при решении задач классификации (ло¬
кальные координаты факторных систем), анализе функциональных связей
2
IV
1
III
1
ГЗ
II
I
Рис. 1.3. Многоуровневая схема восстано¬
вительной динамики. Цифры I—IV —
уровни иерархии геосистем; переменные
состояния: 1 — младшие (серийные), 2 —
зрелые, 3 — старшие (коренные). Сплош¬
ные стрелки отображают восстановитель¬
ную динамику, пунктирные — подобие ко¬
ренных (эквифинальных) состояний ниж¬
него уровня геосистемам верхнего уровня.
Рис. 1.4. Схема эписистемы. Круг симво¬
лизирует область существования пере¬
менных состояний эписистемы: 1 — се¬
рийные варианты (на окружности), 2 —
варианты, 3 — инвариант (эквифиналь-
ное состояние), 4 — стрелки-направле¬
ния смены состояний.
37
Часть I. Геосистемные основы картографирования
(конгруэнции и комплексы зависимостей), пространственной организации и
др. [Черкашин, 2005J. Она намного шире и конструктивнее, чем просто пред¬
ставление об иерархическом соподчинении геосистем, привносит дополни¬
тельную ясность в систему связи вариантов и инвариантов, упорядочивает мно¬
гочисленные представления во фрактальную модель самоподобия структур
связности (рис. 1.2). Фрактальность проявляется в том, что структура организа¬
ции знаний на каждом уровне представлена сходными схемами инвариант-ва-
риантных отношений (ядро-периферия) (рис. 1.4), которые естественным об¬
разом входят в иерархическую структуру соподчинения от верхнего до нижнего
уровня, развернутость которой позволяет с разной точностью описывать струк¬
туру. функцию геосистемы и обеспечивать прогноз. В этом смысле фракталь¬
ная точность тесно коррелирует с представлением о географической точности,
которая зависит не только от детальности (крупномасштабности) проработки
территории, но и от понимания особенностей проявления пространственных и
классификационных связей на самых высоких уровнях обобщения: чем выше
уровень рассмотрения, тем яснее высвечивается положение каждой географи¬
ческой ситуации в ландшафте.
Ранее предпринимались попытки построить модели эписистем, например,
в виде своеобразных “химических” молекул, где каждый “атом” соответствует
геосистеме нижележащего уровня [Сочава и др., 1965]. Уровни объединения
выделяются по гомогенности признаков, определяющих существование того
или иного таксона. Гомогенность здесь выступает как форма проявления инва¬
риантности в признаковом пространстве. Путем выделения признаковых инва¬
риантов более высокого уровня происходит интеграция элементарных геосис¬
тем, позволяющая учесть и картографировать разнообразие местных условий.
Для понимания динамических связей геосистем предлагалось использовать
методы теории графов [Сочава, 1974, 1978]. Динамика проявляется в рамках
“кадра” в эволюционном ряду развития геосистем. Эволюция — это смена по¬
добных “кадров”, каждому из которых соответствуют свой инвариант и множе¬
ство связанных с ним переменных структур. В “кадре” структуры эпифации
[Сочава, 1978] выделяются материнское ядро (коренная фация), мнимокорен¬
ные и серийные фации, антропогенные модификации.
Инвариант-вариантная фрактальная модель (рис. 1.2) представляет собой
подобную многомерную покадровую развертку системы связей и эволюции. На¬
пример, 1 соответствует классу фаций, объединяющему группы коренных (1),
мнимокоренных (2а) и серийных (26) фаций. Среди серийных выделяются фа¬
ции разной степени изменчивости, например полусерийные (3) и собственно се¬
рийные (26). Полусерийная фация представлена рядом восстановительных ста¬
дий — биогеоценозов: первичная коренная (3) и вторичная производная (4) рас¬
тительность. Далее, в каждом биогеоценозе выделяются горизонты, синузии,
парцеллы, сезонные стадии развития. Каждый из них представляет уточненный
вариант жизни географической системы.
Из логики таких построений непосредственно следует, что инвариант (ядро)
каждой эписистемы соответствует такому варианту, который характеризуется
наименьшим отклонением от инварианта, т.е. имеет место совпадение содержа¬
ния геосистемы верхнего и нижнего уровня, например, позиция 1 как класс фа¬
38
Глава I. Принципы геосистемного анализа
ций и как группа коренных фаций. Каждая фация представлена эквифинальным
(3) и переменными состояниями (4). Таким образом, у каждой геосистемы есть
своя коренная подсистема, или инвариант всегда имеет представителя среди ва¬
риантов, который можно назвать старшим вариантом. Младшие варианты соот¬
ветствуют наибольшему отклонению от сущности инварианта и представлены
молодыми системами (серийными фациями, первичными стадиями восстанов¬
ления растительного покрова). Промежуточное место занимают зрелые систе¬
мы — нормализованные. Динамическая тенденция моделируется последователь¬
ностью смены вариантов на каждом уровне иерархии (рис. 1.3): младшие (моло¬
дые) — средние (зрелые) — старшие (старые). В этом порядке проявляются
инвариантные свойства данной эписистемы, когда формирование старших вари¬
антов означает максимальное соответствие геосистемы нижнего уровня ядру
эписистемы — геосистемы верхнего уровня (рис. 1.3).
Подобным образом в инвариант-вариантной структуре проявляются на
равных динамические и эволюционные тенденции, когда эволюция — это ди¬
намика системы более высокого уровня, всегда выраженная в переходах от
младших к старшим вариантам (инвариантам). В этой системе смены состоя¬
ний находят выражение разные по времени проявления изменений геосистем,
обусловленные метеоэнергетическими факторами, сукцессионно-возрастной
динамикой биоты, как естественной, так и связанной с деятельностью челове¬
ка, и процессом эволюции геосистем, приводящим к изменению инвариантов
[Крауклис, 1975].
Переходы от младших к старшим вариантам формируют последовательно¬
сти — серии, подобные по содержанию для разных уровней иерархии, будь то
сезонные изменения от начала вегетации к плодоношению, восстановительные
ряды от первичных стадий сукцессии к коренным, климаксовым лесам, или
эволюционные переходы от серийных молодых фаций к коренным фациям зо¬
нального типа. Во всех случаях мы имеем дело с динамическими сериями раз¬
ного порядка, что получило отражение в сходстве терминологии: серийные и
коренные сообщества, серийные и коренные фации. Здесь всегда серийность
понимается в смысле первичные, младшие, молодые, а коренные — как конеч¬
ные, восстановленные, старшие, старые.
Отношение “младшие-старшие” выражает также порядок соподчинения
геосистем. Эти понятия в смысле “старшие” и “младшие” компоненты заимст¬
вованы из работы Н.А. Солнцева [2001]: влияние старшего компонента на
младший в возрастном ряду эволюции всегда будет более мощным и опреде¬
ляющим, а обратное влияние — более слабым и поверхностным. Со структур-
но-динамических позиций старшей геосистемой является коренная геосисте¬
ма, в направлении которой реализуется динамический процесс, а младшей —
серийные вариации. По Н.А. Солнцеву [2001], старшими компонентами, опре¬
деляющими существование всех остальных компонентов, являются рельеф,
геологическая литогенная основа, состав коренных пород. Эта “коренная” ос¬
нова порождает все ландшафтные вариации данной местности. Причем общий
(коренной) фон этих вариаций определяется зональными условиями, образами
тех геосистем, которые в наибольшей степени соответствуют зональной норме.
39
Часть I. Геосистемные основы картографирования
Можно провести аналогию между динамическими стадиями и позициями
векторно-комбинаторной логики (см. формулу (1) в п. 1.1.2): существуют две
противоположности — молодые (/1) и зрелые (А) состояния, и опосредующее их
звено Cj— старшие (коренные) варианты. Проявляются три оппозиции: А — А,
А С, А — С. Логика развития событий направлена в сторону коренных форм
С. Такой взгляд полезен для осмысления общей трактовки эмпирических обоб¬
щений структурно-динамического ландшафтоведения в рамках аксиоматики для
структур геоинформационной среды.
1.2.3. Эписистемные структуры
Инвариант-вариантная фрактальная структура представляет собой много¬
уровневое множество элементов базы расслоения, за каждым из которых стоит
тип геосистемы — геомер. В этом смысле такая структура должна подчиняться
основным постулатам строения информационной среды (1) (п. 1.1.1), являться
моделью геоинформационной среды, проявлять закономерности, свойствен¬
ные этой среде.
В частности, ландшафтная сфера и вся составляющая ее иерархия геосис¬
тем формировались в процессе исторического развития. Процесс эволюции
ландшафтной оболочки представляется сменой одних инвариантов геосистем
другими; на протяжении геологических периодов он шел в определенном на¬
правлении в результате саморазвития геосистем и воздействия на них изменяю¬
щихся внешних условий. Это саморазвитие в определенном смысле повторяло
и проявляло те структурные отношения, которые заложены в инвариант-вари-
антной схеме геоинформационной среды, что означает тождество, эквивалент¬
ность структурных отношений и временных смен, подобие классификации
эволюционным изменениям. Сменяющие друг друга инварианты представляют
собой этапы эволюционного процесса. Сами они на всем протяжении эволю¬
ции были представлены множествами переменных состояний, каждое из кото¬
рых надо рассматривать как временное проявление инварианта. Этим демонст¬
рируется связь классификационной структуры и потенциальной динамики гео¬
систем, что является одной из важнейших закономерностей строения
геоинформационной среды.
Инвариант-вариантную схему можно назвать также эписистемной структу¬
рой, упорядочивающей все разноуровневые системы, связанные с разными ин¬
вариантами (рис. 1.5).
Каждый круг представляет собой эписистему с элементами — переменными
состояниями (вариациями), сопряженными структурными, функциональными
и динамическими связями друг с другом. По окружности расположены серий¬
ные элементы, в условном центре — инвариантные, остальное поле относится к
разным видам элементов-вариаций промежуточного типа (ср. с рис. 1.4). В сово¬
купности выделяется область существования эписистемы. На рис. 1.5 каждая
эписистема представлена тремя элементами, вокруг которых нарастают собст¬
венные эписистемы. Тройственность, или триадность, обусловлена как эмпири¬
ческими результатами (существованием коренных, мнимокоренных и серийных
40
Глава 1. Принципы геосистемного анализа
Рис. 1.5. Структура многократного вложе¬
ния разноуровневых эписистем. 1 — мно¬
жество переменных состояний, 2 — инва¬
рианты соответствующего уровня; I —IV —
уровни иерархии геосистем (см. также
рис. 1.3 и 1.4).
вариаций), так и особенностями вектор¬
но-комбинаторной логики, упомянуты¬
ми выше.
В данной модели в область суще¬
ствования эписистемы уровня IV
(рис. 1.3) попадают три элемента уров¬
ня III, 9 элементов уровня II и 27 эле¬
ментов уровня I. Следовательно, со¬
держание эписистемы напрямую зависит от детализации проработки знаний,
т.е. оттого, инвариант какого уровня связывается с данным множеством пере¬
менных состояний. Этот момент часто не учитывается в определениях эпи¬
систем (эпигеомеров).
Например, по В.Б. Сочаве [1978, с. 124], эпифация — это совокупность пере¬
менных состояний элементарных геомеров (фаций), каждое из которых подчи¬
нено одному материнскому ядру — инварианту, эквифинальной фации. Эпифа¬
ция — это также набор динамически связанных геомеров. С другой стороны, ин¬
вариант с относящимися к нему переменными состояниями образует особую
систему (эпифацию), материально выраженную в виде множества биогеоцено¬
зов [Сочава и др., 1974]. Эти и другие определения понятия “эпифации” не дают
ясного представления о ее свойствах и способах выделения: эпифация — это
множество биогеоценозов или фаций? Часто эпифация трактуется как множест¬
во фаций, каждая из которых подчинена эквифинальной (коренной) фации зо¬
нального типа, т.е. эпифация объединяет все фации, являющиеся формой видо¬
изменения фации зональной нормы по разным факторам [Крауклис, 1969], или
практически все фации конкретного типа природной среды, например таежного.
Эписистемная структура (рис. 1.5) допускает объединение в эпифацию и
фаций, и биогеоценозов на любом уровне обобщения, но всегда необходимо
фиксировать, о каком множестве идет речь. Возможна зональная эпифация та¬
ежных фаций Средней Сибири или эпифация биогеоценозов фации темно¬
хвойных лесов плакорных местоположений. Масштаб явлений и фиксируемое
разнообразие природных условий здесь разное, но определения укладываются
в традиционное представление об эпифации. Для того чтобы систематизиро¬
вать имеющиеся представления, необходимо сформулировать те задачи, кото¬
рые необходимо решать с использованием термина “эпигеомер”.
Эпигеом служит для обобщения множества геомов в систему, отражающую
классификацию и динамику геосистем, прежде всего локального (топологиче¬
ского) уровня [Сочава, 1978]. Эквифинальные (коренные) структуры, их пере¬
менные состояния и антропогенные модификации представляют динамическую
41
Часть I. Геосистемные основы картографирования
целостность. Это необходимо для изучения и картографирования геомеров с пе¬
ременной структурой: в классификации геомеров “для каждой коренной фации
должны быть указаны главнейшие ряды ее переменных состояний” [с. 121].
Группа и класс фаций включают в себя обобщение не только коренных фаций,
но и всех свойственных им производных состояний. Аналогично группа (класс)
эпифаций должна обобщать все входящие в соответствующую группу (класс)
эпифаций коренных структур и их переменных состояний. Эпифации самостоя¬
тельно формируются и вокруг квази- и условнокоренных фаций, возникающих
вследствие гипертрофированного воздействия факторов. Понять такие построе¬
ния можно легко, опираясь на фрактальную иерархию эпигеомов (рис. 1.5).
Представим эпигеомерную структуру (рис. 1.5) как многоуровневое дерево
членения геосистем верхнего уровня на элементарные геосистемы (рис. 1.6). Бу¬
дем считать эписистемой множество элементов (вариантов) одной ветви (кону¬
са) иерархического дерева, подчиненного конкретному элементу вышестоящего
уровня. Название эписистемы дается по названию объединяемых таксонов. На¬
пример, к эпифации коренных фаций субгидроморфного ряда относятся три фа¬
ции оптимального (/), промежуточного (2) и редуцированного (3) развития
(рис. 1.6). Иными словами, в эпифацию объединены фации одной группы ко¬
Геом
IV
III
II
I
1 2 3
Рис. 1.6. Иерархическая эпигеомерная структура геома равнинной темнохвойной южной
тайги Средней Сибири. Факторально-динамические ряды фаций: СГ — субгидроморф-
ный, CJ1 — сублитоморфный, СК — субкриоморфный; динамические состояния фаций:
К — коренные, М — мнимокоренные, С — серийные; типы местных трансформаций
фаций: 1 — оптимальные, 2 — промежуточные, 3 — редуцированные; уровни иерархии
геомеров: I — фации, II — группы фаций, III — классы фаций, IV — геом.
42
Глава 1. Принципы геосистемного анализа
ренных фаций. Таким образом, достаточно просто связываются классификаци¬
онные, эписистемные и динамические категории. Динамика просматривается по
направлению 1 -> 2 -> 3 по аналогии со схемой на рис. 1.3 и 1.4.
Класс эпифаций сублитоморфных фаций представлен группами фаций
разной степени изменчивости (серийности) — коренные, мнимокоренные и
серийные. Эпигеом темнохвойной южной тайги на водоразделах реализуется в
классах фаций разных факторально-динамических рядов: субгидроморфные,
сублитоморфные и субкриоморфные фации. Конкретная плакорная коренная
фация пихтовой разнотравно-мелкотравной тайги на приводораздельных уча¬
стках на подзолистых суглинистых почвах проявляется в трех восстановитель¬
но-возрастных стадиях (биогеоценозах): осиновый редкотравный (активиза¬
ция), хвойно-осиновый разнотравный (стагнация) и коренной пихтовый раз¬
нотравно-мелкотравный (нормализация) лес [Крауклис, 1979]. Эписистему,
объединяющую все варианты биогеоценозов — территориальных выделов,
представляющих данную фацию в пространстве и времени, назовем эпиассо¬
циацией.
Таким образом, эпифация — динамически связанные фации одной груп¬
пы, эпиассоциация — биогеоценозы одной фации, класс эпифаций — классы
фаций данного геома. Класс эпифаций непосредственно объединяет классы
фаций разных факторально-динамических рядов и опосредованно — все фации
ландшафта, связанные с зональной нормой, проявляющейся в данном геоме.
Эта точка зрения на эпифацию отличается от мнения В.Б. Сочавы [1978], хотя
его определение геома [Сочава, 1962] близко к высказанной позиции: “каждый
геом включает не только коренные фации, но и все их антропогенные модифи¬
кации, а также ряды серийных фаций, которые по мере своего развития при¬
ближаются к коренным фациям соответствующего геома” [с. 21]. В этом кон¬
тексте геом по объему понятия совпадает с представлением о группе урочищ
(местности) как обобщением “факторальных рядов фаций на взаимосвязанных
мезоформах поверхности” [Сочава, 1963].
Представителем геома, отображающего его инвариант на уровне класса фа¬
ций, является класс субгидроморфных фаций, на уровне групп — группа ко¬
ренных субгидроморфных фаций, на уровне фаций — плакорная коренная фа¬
ция темнохвойной тайги, на уровне биогеоценозов — коренной пихтовый раз-
нотравно-мелкотравный лес. Эта фация является коренной в рамках геома, но
также несет информацию о зональной норме до уровня группы и класса геомов
южной тайги, т.е. является “коренным” представителем этих таксономических
категорий, объединяющих таежные геомы равнинных, горных и заболоченных
лесов, собственно болотные, лугово-пойменные нелесные геомы. Спектр их
достаточно широк и хорошо представлен на карте «Ландшафты юга Восточной
Сибири» [1977].
А.А. Крауклис [1985] провел подробный анализ легенды этой карты и по его
результатам делает вывод о необходимости совершенствования классификации
фаций с учетом регионально-типологического и структурно-динамического раз¬
нообразия фаций. Но главная задача, считает он, состоит не в увеличении
детальности классификации, а в формировании системы покомпонентных диаг¬
ностических признаков выделения геомов и групп фаций, типологического и
43
Часть I. Геосистемные основы картографирования
генетического обоснования выделения таксонов, определении характеристик
структурного и динамического своеобразия каждого из них. Отмечается, что по
приведенным в легенде карты геосистем «Ландшафты юга Восточной Сибири*
[1977) названиям групп фаций трудно составить представление о свойствах этих
геосистем и опознать их в природе.
А.А. Крауклис [1985] предлагает, и с этой позицией, базируясь на модели
эписистемной структуры, можно согласиться, провести сравнительный анализ
элементарных геосистем для выделения типовых свойств каждой классифика¬
ционной характеристики — разработать обобщенный образ, или модели фа¬
ции. Эти типовые образцы с комплексом различимых признаков должны слу¬
жить своего рода эталонами, сравнением с которыми должна определяться
классификационная позиция фаций и их обобщений. Сходную задачу опреде¬
лял В.Б. Сочава [1962а], ставя вопрос о создании фациотеки, в которой будет не
просто представлена диагностика фаций, но и указана ее позиция в фактораль-
ном ряду, в урочище, в ландшафте. Все это указывает на ключевую роль факто-
рально-динамического анализа в решении задач типизации и классификации
геосистем.
1.2.4. Факторально-динамические ряды
Выявление факторально-динамических рядов основано на изучении взаи¬
модействия между ландшафтообразующими факторами, т.е. физико-географи^
ческими процессами со свойственными им колебаниями во времени [Краук¬
лис, 1969]. Факторально-динамические ряды включают в себя фации, видоиз¬
мененные под преимущественным воздействием определенного фактора или
сочетаний факторов (гидроморфные, литоморфные, сублитогидроморфные и
т.д.). По степени видоизменения фации делятся на коренные, мнимокоренные
и серийные, а также вариации этих категорий (полусерийные, полукоренные,
серийные-факторальные). Каждая фация в этом смысле считается временным
(переменным) состоянием инварианта — основной категории, соответствую¬
щей коренной фации.
При построении системы факторально-динамических рядов за “начало от¬
счета” берется топологический центр ландшафта — фация суглинистых, хоро¬
шо дренированных плакоров, которая рассматривается как фоновая норма,
обусловленная положением данного ландшафта в системе широтной зонально¬
сти, долготной секторности и высотной поясности географической среды, а
также генезисом и ландшафтной историей региона в целом [Крауклис, 1979].
Остальные фации рассматриваются как закономерные отклонения от этой мак-
рогеографической нормы. На основе их сравнения с плакорной выявляются
свойственные изучаемому ландшафту направления такого отклонения, факто¬
ры, его определяющие, и оценивается степень отличия каждой фации от нормы
(серийность).
Для ландшафтов Приангарской тайги нормой является фация пихтового
осочково-мелкотравного леса со средне- и сильноподзолистыми суглинистыми
почвами на присклоновых участках водораздельных равнин [Крауклис, 1979].
Узловые направления внутриландшафтного изменения природных условий
44
Глава I. Принципы геосистемного анализа
Рис. 1-7. Схема системы факторально-динамиче¬
ских рядов фаций [Крауклис, 1979J. Степень от¬
клонения от планетарно-региональной нормы:
О — коренная фация, 1 — полукоренные, 2 — мни¬
мокоренные, 3 — полусерийные, 4 — серийные.
Главнейшие направления отклонения от нормы —
факторально-динамические ряды: Л — сублито-
морфный, П — субпсаммоморфный, С — субстаг-
нозный, Г — субгидроморфный, К — субкрио-
морфный.
представлены следующими факторально-ди-
намическими рядами [Крауклис, 1979]
(рис. 1.7).
1. Сублитоморфный, обусловленный сокращением мощности почвы и со¬
путствующим этому явлению усиленным вовлечением в геосистему первичного
минерального субстрата (переход суглинистого плакора в каменистые останцы
и скалы).
2. Субгидроморфный (субфлювиальный) — превращение сухопутных фаций
в зачаточные звенья гидросети, своего рода земноводные геосистемы — коллек¬
торы влаги в системе естественного дренажа (переход плакора в водотоки).
3. Субкриоморфный — снижение количества тепла, появление горизонта
длительно действующей мерзлоты (переход плакоров в локальные “озера хо¬
лода”).
4. Субстагнозный — усугубление застаивания вещества из-за равнинности:
развитие горизонта верховодки, подтягивание к геосистеме грунтовых вод, за¬
мещение почвы отмершей органикой (переход плакоров в верховые болота).
5. Субпсаммоморфный — нарастание физико-химической пассивности,
механической рыхлости, биолого-экологической опустошенности почвы (пе¬
реход суглинистых плакоров в песчаные пустоши).
Помимо этих “однофакторных” рядов есть также “многофакторные”, т.е.
совокупность факторально-динамических рядов — это многомерная система.
В.Б. Сочава [1962] ввел три динамические категории для обозначения гра¬
дации фаций по изменчивости (серийности) — коренные, мнимокоренные и
серийные геосистемы: “Фации, где в силу условий среды не достигнута стаби¬
лизация строения и режимов биогеоценозов, называются серийными. Те фа¬
ции, в которых серии смен завершаются установлением относительной устой¬
чивости биогеоценозов, рассматриваются как коренные. Кроме того, имеется
группа фаций промежуточного типа (мнимокоренные), для которых характер¬
но гипертрофированное воздействие одного или нескольких факторов среды,
придающее биогеоценозам значительную потенциальную динамичность, но
наряду с этим при определенных условиях — долговечность” [Сочава и др.,
1974, с. 7]. Введены еще две промежуточные градации: полукоренные (между
коренной и мнимокоренной) и полусерийные (между мнимокоренными и се¬
рийными) фации для более полного охвата реального разнообразия.
45
Часть I. Геосистемные основы картографирования
Определение места фации в системе факторально-динамических рядов ин¬
формационно емко, поскольку отражает специфику положения и функцио¬
нальную роль данной элементарной геосистемы в ландшафте и особенности ее
внутреннего режима. Системы факторально-динамических рядов основаны на
выявлении крайних по своим динамическим свойствам фаций, выступающих
как своеобразные топические “полюсы” ландшафта: “полюс” серийных фаций
и “полюс” коренных фаций [Крауклис, I979J. Остальные фации упорядочива¬
ются по отношению к этим крайним элементам по степени проявления инте¬
гральных факторов и связывают оба полюса.
Серийные фации наиболее контрастны, а по мере приближения к коренной
различия между рядами уменьшаются. Считается, что не во всех ландшафтах ко¬
ренная фация (зональная норма) имеется в натуре, и система (рис. 1.7) не имеет
одного центра, т.е. общего инварианта. Это с позиций инвариант-вариантного
подхода вполне естественно: существует множество коренных фаций — для каж¬
дого факторально-динамического ряда — в разной степени представляющих зо¬
нальную норму. Поэтому центральная коренная фация (рис. 1.7) расслоена, и
объединение слоев (коренных фаций разных рядов) осуществляется на уровне
инвариантов геома (рис. 1.6) — модели, теоретически более общей, чем “звезда
Крауклиса” (рис. 1.7).
Существуют разные признаки определения степени серийности и факто-
ральности [Крауклис, 1979]: 1) по возрастанию неоднородности элементарного
ландшафтного ареала в последовательности динамических категорий — корен¬
ной, мнимокоренной и серийной; 2) по временным связям между осуществ¬
ляющимися в фациях природными явлениями и их горизонтальной сопряжен¬
ности по критериям направленности ландшафтных процессов и изменчивости
фаций под влиянием окружения; 3) по результатам изучения взаимосвязи меж¬
ду варьирующими на местности признаками фаций. Очевидно, здесь просле¬
живается аналогия с моделями представления фаций как 1) саморегулирую¬
щихся, 2) динамических, 3) функциональных систем (см. п. 1.1.4). С позиций
последнего подхода собственно и начато построение факторально-динамиче-
ских рядов, но в силу существования большого количества признаков геосис¬
тем для его реализации была необходима специальная формализация соответ¬
ствующих задач.
Закономерен вопрос — какого ранга геосистемы соответствуют фациям од¬
ного факторально-динамического ряда? По опыту работы и результатам анали¬
за литературных источников получается, что А.А. Крауклис [1975а, б, 1979] ста¬
вил в соответствие каждому ряду геом, проявлявшийся в масштабе урочища в
границах ландшафта. В.Б. Сочава [1978, с. 95] критиковал такое дробное пони¬
мание геома и считал правильным трактовать его как класс фаций. Поэтому
именно класс фаций следует связать с каждым факторально-динамическим ря¬
дом, подразумевая при этом, что уже в границах класса фаций представлены
все серийные формы трансформации ландшафта по ведущему фактору. В гра¬
ницах класса фации членятся по степени проявления гипертрофированного
влияния факторов и процессов, что определяет существование одной из осей
факторально-динамической системы фаций ландшафта [Крауклйс, 1969а|. Все
Глава 1. Принципы геосистемного анализа
группы фаций “нанизаны” на одну ось серийности в зависимости от степени
видоизменяющего влияния факторов.
Систему факторально-динамических рядов фаций ландшафта следует трак¬
товать как геом. Наиболее наглядно геом проявляется в структуре вертикальной
поясности, где он соответствует определенному высотному поясу. По В.Б. Соча-
ве [1978], геом является элементарным геомером региональной размерности и в
ряду геохор соответствует макрогеохоре, т.е. ландшафту (ландшафтному округу).
Ландшафт — это пространственный масштаб проявления геома в виде сопря¬
женных с инвариантом геома факторально-динамических рядов фаций. Такого
мнения придерживались, на наш взгляд, B.C. Михеев и В.А. Ряшин при созда¬
нии карты “Ландшафты юга Восточной Сибири” [1977], подготовленной под ре¬
дакцией В.Б. Сочавы. Геом — достаточно крупное подразделение природной
среды: на территории Приангарской провинции встречается 10 геомов, объеди¬
няющих 60 групп фаций [Крауклис, 1985].
Геомы выделяются по системе динамически сопряженных факторально-ди¬
намических рядов, отражающих историю формирования ландшафта. Например,
в границах Причунского ландшафта денудационных возвышенностей наиболь¬
шая близость к зональной норме свойственна субгидроморфному ряду фаций,
сформировавшихся на мощных покровных суглинках плакоров и склонов. По¬
верхность изрезана глубокими и узкими долинами малых таежных рек и ручьев с
пятнами мерзлоты, а также пронизана выходами трапповых пород, что в сово¬
купности придает ландшафту полуторный облик. Таким образом, на коренной
ландшафтный фон класса субгидроморфных фаций накладываются проявления
сублитоморфных (трапповых) и субкриоморфных (долинных мерзлотных) фа¬
ций. Оппозицию субгидроморфным фациям составляют сублитоморфные фа¬
ции, а их синтез воспринимается как долинные субкриоморфные фации. Эти
три класса фаций формируют один геом субгидролитокриоморфных фаций, на¬
звание которого дается по коренным аспектам фаций и их объединений в груп¬
пы и классы: геом пихтовых лесов на мощных подзолистых суглинистых почвах
денудационных возвышенностей южной тайги. Здесь также подчеркивается, ва¬
риантом какой природной зоны (подзоны) является данный геом.
Соседний Чуно-Бирюсинский ландшафт сформирован на массивах квар¬
цевых песчаников и представлен фациями субпсаммоморфного ряда. Ланд¬
шафт характеризуется глубокорасчлененным эрозионным рельефом, мало¬
мощным чехлом покровных суглинков, среди которых нередко выступают ко¬
ренные песчаники. Здесь отсутствуют явно выраженные фации зонального
типа темнохвойной тайги, и на границе ландшафтов, где после вырубок и га¬
рей сосна и лиственница имеют возможность поселяться в ареалах фаций тем¬
нохвойной тайги, эти светлохвойные породы естественным образом вытесня¬
ются пихтой и кедром из несвойственных светлохвойным видам ареалов. По
мнению большинства исследователей, в Чуно-Бирюсинском ландшафте пер¬
вичными являются темнохвойные леса, подобные лесам Причунского ланд¬
шафта [Крауклис, 1966]. Мнимокоренные фации субпсаммоморфного ряда
представлены сосняками разнотравно-брусничными на песчаных приречных
террасах (восстановление лесов идет без смены пород). К этому же классу фа¬
ций следует отнести серийные геосистемы приречных террас, представленные
47
Часть I. Геосистемные основы картографирования
лугово-пойменной травянистой и древесной растительностью. На этом фоне
проявляются субгидроморфные фации двух видов: проточного и застойного
увлажнения. Они пространственно сопряжены и образуют своеобразный суб-
псаммогидроморфный факторально-динамический ряд (класс болотных фа¬
ций), где помимо болотной растительности, низкобонитетных древостоев со¬
сны и лиственницы появляются еловые и кедровые сообщества. Своеобразие
ландшафту придают холмистые местности, сложенные метаморфическими
породами — кварцевыми песчаниками. Геосистемы этого субпсаммолито-
морфного класса занимают склоны холмов разной крутизны с пониженным и
повышенным увлажнением почвы за счет просачивания грунтовых вод. Фа¬
ции представлены восстановительно-возрастными сериями, где смена идет
через биогеоценозы с участием мелколиственных пород.
В совокупности эти классы фаций объединяются в таежно-боровой суб-
псаммолитогидроморфный геом сосновых лесов на слабоподзолистых песча¬
ных почвах холмов и речных террас (долин и равнин) южной тайги. Этот геом
напоминает географические условия расположенной южнее подтаежной
зоны.
Ландшафт Мурской впадины формируется вследствие опускания массива
горных пород, что ведет к накоплению влаги и заболачиванию. Выровненные
возвышенные местоположения, выделяющиеся на фоне болот, заняты луго¬
во-болотными таежными субгидроморфными фациями светлохвойно-темно-
хвойных плауново-черничных лесов междуречий с близким залеганием грунто¬
вых вод и бедным минеральным субстратом. Значительная роль кустарничков и
признаки заболачивания почв сближают эти фации с фациями средней тайги
[Крауклис, 1975]. Самостоятельное значение здесь имеют болотные фации гид-
роморфного ряда, для которых характерен негустой древостой с преобладанием
ели, широкое распространение кустарников и травянистой растительности,
мощные перегнойно-гумусовые почвы. Встречаются водоемы — небольшие за¬
растающие озера и скрытые в травяно-моховом покрове ручьи. Переходный
класс фаций представлен субкриоморфными фациями с многолетней мерзло¬
той нижних частей пологих склонов, переувлажненных, с наледями, интенсив¬
ным выпучиванием и оседанием поверхности при сезонном промерзании и от¬
таивании почвы.
Интегрирующий лугово-болотно-таежный гидроморфный геом объединя¬
ет три класса фаций: субгидроморфные, субкриоморфные и собственно гидро-
морфные. Здесь коренными являются фации, несущие зональные черты, — фа¬
ции субгидроморфного ряда, хотя тенденции развития ландшафта (опускание)
обратно направленны. Однако смена тенденций на противоположную будет
способствовать формированию здесь темнохвойной тайги дренированных во¬
доразделов. В этом смысле геомы Мурской впадины и Чунской возвышенности
можно рассматривать как переменные состояния геомера более высокого ран¬
га — группы геомов. Коренным ядром этой группы геомов становится средне-
сибирский геом пихтовых лесов (южно-таежный).
Таежно-боровой геом относится к другой группе геомов — среднесибирские
светлохвойно-таежные геомы, где основные черты южной тайги представлены
редуцированно. Это группа геомов светлохвойной среднесибирской тайги. Тре¬
48
Глава /. Принципы геосистемного анализа
тья группа геомов представляет низкогорную (литоморфную) темнохнойно-со-
сновую тайгу. Они объединяются в класс среднесибирских равнинных геомов в
составе южной тайги Средней Сибири.
Представленные последовательные типологические обобщения подтвер¬
ждают, что схема А.А. Крауклиса (рис. 1.7) неточно отражает иерархическую
структуру фаций: существует не один, а несколько ядер (коренных состояний),
каждый из которых соответствует инварианту геома. Выделяются ядра трех гео¬
мов. Кроме того, в рассматриваемой ситуации существуют ядра-инварианты
двух групп геомов, т.е. более правильной является фрактальная структура, при¬
нятая за основу анализа (рис. 1.2).
Фрактальность проявляется в выявленном подобии фациальных объедине¬
ний разного уровня, например, аналогия между фациями таежно-болотного
геома и фациями средней тайги и Западной Сибири или сходство геосистем та¬
ежно-борового геома с подтаежными геосистемами Юга Сибири. В этом выра¬
жается общий принцип выделения в эпигеомерах трех типов вариантов на каж¬
дом уровне организации геосистем: коренные, мнимокоренные, серийные. На
каждом геосистемном уровне однотипные варианты приобретают собственный
смысл, проявляются своеобразным способом, в силу чего прослеживается ука¬
занная аналогия в их строении (табл. 1.1). Причем это не означает, например,
что серийные субкриоморфные фации являются вариантами болот Западной
Сибири, хотя в определенном смысле так можно утверждать, учитывая фрак¬
тальную структуру типизации. Подобное явление на примере аналогии природ¬
ных зон в границах климатических поясов отмечено Д.Г. Виленским [1945].
Типы природной среды подразделяются на четыре системных уровня: ло¬
кальный, региональный, глобальный и межпланетный. В пределах каждого
уровня выделяется четыре подуровня, соответствующие таксонам типизации
геосистем (геомерам): разновидности (виды), группы, классы, типы. В соот¬
ветствии с логикой построения иерархии геосистем каждый геомер является
вариантом проявления геомера более высокого порядка. Например, фация со¬
ответствует эпиассоциации, в качестве элементов включающей биогеоценозы
разных стадий послепожарной сукцессии, геом состоит из классов фаций раз¬
ных факторально-динамических рядов ландшафта. На каждом иерархическом
уровне проявляется как минимум три динамических варианта, относящихся к
одному эпигеомеру: коренной, мнимокоренной, серийный.
Классы геомов сибирской тайги представлены провинциальными вариан¬
тами регионального проявления таежного типа природной среды, в частности
среднесибирскими равнинными и горными геомами. Тип геомов соответствует
региональным вариантам подзон тайги: южная, средняя и северная тайга Сред¬
ней Сибири. Природная зона и подзона, в отличие от мнения В.Б. Сочавы
[1978], относятся нами не к геохорам, а к геомерам, рассматриваются как типо¬
логические единицы, что позволяет естественно включать их в классификаци¬
онные построения.
Таежный тип природной среды представлен региональными вариантами
среднесибирской, западно-сибирской (равнинной) и байкало-джугджурской
(горной) тайги. Таежные, тундровые и полярные типы природной среды объе¬
диняются в бореальную группу типов природной среды, которая, в свою оче-
4 Заказ N? 560
49
Часть /. Геосистемные основы картографирования
Таблица 1.1
Примеры реализации динамических вариантов геосистем на разных уровнях их организации
Уровень
Геомер
Динамические варианты
Коренная
Мнимокоренная
Серийная
Локаль¬
ный
Коренная плакор¬
ная фация пихто¬
вых лесов на под¬
золистых сугли¬
нистых почвах
Коренной пихто¬
вый лес (таежный
биогеоценоз)
Пихтово-осиновый
лес — промежу¬
точная стадия
восстановления
Осиновый лес —
начальная стадия
восстановления
Группа коренных
субгидроморф¬
ных фаций
Фация оптималь¬
ного проявления
свойств группы
Фация промежуточ¬
ного уровня про¬
явления
Фация редуциро¬
ванного проявле¬
ния
Класс субгидро¬
морфных фаций
Коренные фации
Мнимокоренные
фации
Серийные фации
Южно-таежный
геом водоразделов
Субгидроморфные
фации
Сублитоморфные
фации
Субкриоморфные
фации
Регио¬
наль¬
ный
Подгруппа средне-
сибирских темно¬
хвойных геомов
Южно-таежный
геом водоразделов
Л итоморфно-южно¬
таежный геом
Таеж н о- бол отн ы й
геом
Группа среднеси¬
бирских равнин¬
ных геомов
Среднесибирские
темнохвойные
Среднесибирские
темнохвойно-сос-
новые
Среднесибирские
светлохвойные
Класс среднеси¬
бирских южно¬
таежных
Среднесибирские
равнинные
Среднесибирские
горные
Среднесибирские
низино-болотные
Тип среднесибир¬
ских геомов
Среднесибирские
южно-таежные
Среднесибирские
среднетаежные
Среднесибирские
северотаежные
Глобаль¬
ный
Таежный тип при¬
родной среды
Западно-сибирские
равнинные
Среднесибирские
равнин но-плос¬
когорные
Ба й кал о-джугджур-
ский горный
Арктобо реальная
фуппа типов при¬
родной среды
Таежный
Тундровый
Полярный
Североазиатский
континентальный
Неморальный
Аридный
Арктобореальный
Северный внетро-
пический конти¬
нентальный
Северо-американ-
ский континен¬
тальный
Североевропейский
умеренно конти¬
нентальный
Североазиатский
резко-континен¬
тальный
Земной тип природ¬
ной среды
Тропический
Северный внетро-
пический конти¬
нентальный
Южный внетропи-
ческий океаниче¬
ский
Планетар¬
Природная среда
Марсианская
Земная
Венерианская
ный
Планетарные груп¬
пы
Малые внешние
Гигантские
Малые внутренние
Звездные классы
Холодные
Теплые (солнечные)
Горячие
50
Глава 1. Принципы геосистемного анализа
редь, совместно с аридными и неморальными группами типов природной сре¬
ды входит в класс (свиту) типов природной среды — северный континенталь¬
ный внетропический пояс. Земной тип природной среды представлен тремя
поясными вариантами: тропический, северный внетропический континенталь¬
ный, южный внетропический океанический. Далее, по характеристикам усло¬
вий среды мы выходим за пределы Земли и работаем на планетарном уровне. В
солнечной системе выделяются планетарные группы малых внешних, внутрен¬
них и гигантских планет с различными условиями реализации физико-геогра¬
фических процессов. Звезды, звездные скопления, галактики и т.д. типизиру¬
ются до уровня Вселенной. Подобным же образом можно продвигаться в глубь
материи по иерархическим уровням организации вещества вплоть до элемен¬
тарных частиц.
Из этих примеров видно, что модели эпигеомеров и факторально-динами-
ческих рядов могут быть обобщены на системы любого уровня, если исходить
из положений векторно-комбинаторной логики и в качестве тезиса, антитезиса
и синтеза рассматривать коренные, серийные и мнимокоренные варианты раз¬
ноуровневых типологических единиц. А.А. Крауклис [1969] обращал внимание
на то, что модели рядов позволяют объединить в единое знание изучение гео¬
систем в функциональном, таксономическом и инвариантном аспектах. Функ¬
циональный аспект связан с познанием взаимодействия многочисленных гео¬
графических факторов, таксономический — исходит из понимания, что любая
геосистема является частью геосистемы более общего порядка и сама включает
набор подчиненных ей систем, инвариантный — основывается на гипотезе су¬
ществования геосистем зонально-региональной нормы, соответствующей оп¬
тимальному для данного ландшафта соотношению природных факторов; тогда
при группировке остальных геосистем в ряды показывается отклонение от этой
нормы, что придает географическую конкретность факторально-динамическим
рядам, и по положению геосистемы в их структуре можно определить, к какому
зонально-региональному подразделению относится данная геосистема, в каком
направлении пойдут ее изменения.
Распространение принципов построения факторально-динамических ря¬
дов на все уровни организации геосистем осуществляется с помощью фрак¬
тальной модели географических систем и позволяет с единых позиций изучать
геосистемные связи и динамику обширной территории Сибири с огромным
разнообразием вариантов природной среды.
1.3. Теория геосистем как раздел теории динамических систем
Общие принципы геосистемного анализа динамических процессов в гео¬
системах иллюстрируют только часть всех возможностей динамического подхо¬
да в науке, где это направление интенсивно развивается и дает хорошие резуль¬
таты. Знакомство с основами теории динамических систем позволяет понять
место учения о геосистемах в общей теории и использовать арсенал ее моделей
и методов для решения собственно географических задач. При этом необходи¬
мо помнить, что исследование динамики географических объектов — всего
лишь один аспект их полисистемного познания.
51
Часть I. Геосистемные основы картографирования
1.3.1. Геосистема как динамическая система
С самого начала формирования учения о геосистемах динамическая трак¬
товка геосистем была важным условием их иерархической классификации, ус¬
тановления возможных путей трансформации ландшафта и разработки геогра¬
фических прогнозов при освоении таежных районов [Сочава, 1967J. Геосистема
рассматривалась как открытая динамическая природная система, структура и
функционирование которой подлежали экспериментальному изучению [Соча¬
ва, 1974а]. А.А. Крауклис [1976] специально подчеркивал, что ядро учения о
геосистемах составляет трактовка объектов ландшафтоведения как особого
класса открытых динамических систем. Динамика геосистем определяется
взаимоотношениями между их компонентами, которые устанавливаются в про¬
цессе интеграции природных режимов [Сочава, 1967].
Постепенно формировалась система базовых геосистемных понятий, дока¬
зывающая связь учения о геосистемах с теорией динамических систем. Прежде
всего это касалось исследования фации как элементарной географической сис¬
темы, изучения ее структуры и положения в ландшафте, которые рассматрива¬
лись одновременно в двух аспектах — статическом и динамическом [Крауклис,
1966]. Строение фации, по представлениям геохимии ландшафтов А.И. Перель¬
мана [1975], характеризует преимущественно статическую сторону ее структу¬
ры. Оно обозначает совокупность слагающих фацию природных тел и взаимное
расположение их частей. В частности, о строении фации можно судить по вер¬
тикальному профилю, состоящему из ярусов (надземного, почвы, коры вывет¬
ривания, водоносного горизонта), которые делятся на подъярусы.
Строение геосистемы связано с ее структурой. Под структурой геосистемы
понимается взаимное расположение (порядок) компонентов, элементов (вер¬
тикальное строение) или территориальных частей (горизонтальное строение) и
способ (закон) связи (организации) ее элементов [Сочава, 1978].
Внутренний режим фации является преимущественно динамической харак¬
теристикой ее структуры и отражает преобразование и миграцию вещества и
энергии в ее вертикальном профиле, т.е. совокупность физических, химических
и биотических процессов со свойственными им балансами вещества и энергии
[Крауклис, 1966]. Таким образом, режим фации включает в себя ряд частных
природных режимов. Особенности всех этих режимов и их объединение в инте¬
гральный природный режим однозначно характеризуют фацию. Одна из основ¬
ных гипотез фациального анализа состоит в том, что можно поставить знак ра¬
венства между понятием “фация” и ее частными и интегральными природными
режимами. Иными словами, имея представление о фациальной принадлежности
участка местности, всегда можно сказать об особенностях их внутренней дина¬
мики и строении. Следовательно, выявление корреляционных и функциональ¬
ных связей между природными режимами и географическим содержанием фа¬
ции, ее строением и положением на местности является важной задачей ланд¬
шафтных исследований, имеющих в том числе практическую направленность, а
именно, эти связи широко используются в ландшафтной индикации и ланд¬
шафтно-интерпретационном картографировани и.
52
Глава I. Принципы геосистемного анализа
Местоположение фации определяется занимаемым ею участком земной по¬
верхности с определенным субстратом. Во-первых, это унаследованный при¬
знак, связывающий современную фацию с предыдущими стадиями ее развития
или развития всего ландшафта. Во-вторых, это характеристика, отражающая
размещение фации среди других фаций в рельефе. В итоге местоположение
влияет на структуру и динамику фации.
Система местоположений фаций в ландшафте формирует географическую
(статическую) ситуацию. Динамическая ситуация фации обусловлена процес¬
сами внутриландшафтного перераспределения вещества и энергии: стоком
воды и растворенных химических веществ, перемещением минеральных час¬
тиц и воздуха, распространением живых организмов и др. [Крауклис, 1966].
Она отражает характер и интенсивность влияния на фацию ее окружения. Для
познания динамики ландшафта необходимо изучать внутренний режим фа¬
ции в связи с ее динамической ситуацией. Лишь в этом случае возможно вы¬
явление закономерностей изменения природных режимов физико-географи¬
ческих фаций — процесса, в котором проявляется современное развитие
ландшафта [Крауклис, 1966].
Одна из особенностей фациальной структуры ландшафта — тесная связь
между характером и скоростью изменения структуры фации, ее положением в
ландшафте. Одни изменения носят обратимый (циклический) характер (после
определенного периода времени восстанавливается структура, близкая к исход¬
ной), в других случаях возвращение к исходной структуре не наблюдается —
это необратимые (серийные) изменения. Цикличность и серийность — две про¬
тивоположные динамические тенденции — неотделимы одна от другой, но в
различных фациях они находятся в разном соотношении. Соотношение этих
тенденций, определяющее скорость развития фации, ее долговечность и устой¬
чивость, зависит от динамической ситуации фации [Крауклис, 1966].
В системном подходе важно строго определить понятие “элемент” и способ
вхождения элементов в состав системы. В учении о геосистемах В.Б. Сочавы
[1978] элемент геосистемы определяется как “та или иная составная часть гео¬
системы, точнее составная часть какого-либо из ее компонентов, которая пред¬
ставляет собой сложное целое” [Сочава, 1978, с. 300]. В качестве примера эле¬
ментов геосистемы приводится механический состав почвы, отдельный ярус, на¬
пример древесный, растительный покров, снежный покров, карстовые формы
рельефа и т.д. Это определение неконструктивно, поскольку рассматривает
элемент как любую часть компонента геосистемы, не вводя дополнительные
критерии его выделения. На наш взгляд, наиболее полное географическое пред¬
ставление об элементах дает B.C. Михеев [2001], который считает, что элементы
ландшафта — это простейшие составные части компонентов, из комбинации
которых складывается все многообразие объектов реального мира, далее — неде¬
лимые по разным основаниям (относительно гомогенные по природным харак¬
теристикам) и поддающиеся наблюдению и измерению. Каких-то специальных
ограничений на понимание элементов геосистем не существует, кроме одного —
элементами геосистем могут быть лишь объекты географической оболочки (объ¬
екта исследования географии).
53
Часть /. Геосистемные основы картографирования
Компоненты геосистемы — это ее “слагаемые, представляющие естествен¬
но-исторические тела, качественно особые виды материи (вода, почва, расти¬
тельность, животное население и пр.). Каждый компонент характеризуется
своей формой движения материи (по отношению к географической форме дви¬
жения, менее сложной, нередко низшей и побочной). Компонент геосистемы в
той или иной мере автономен и может иметь свой возраст” [Сочава, 1978,
с. 294]. Компоненты ландшафта состоят из многих элементов. Здесь важно вы¬
делить качественное различие компонентов по “формам движения материи”,
их относительную автономность и элементный состав. Правда, например,
Н.А. Солнцев [2001] не относит почву к числу компонентов, поскольку рас¬
сматривает ее как производное образование земной коры (с. 172). Почва сама
включает другие компоненты (воду, воздух, корни растений и т.д.); это же каса¬
ется, например, живых организмов, поэтому выделение компонентов по “фор¬
мам движения” или “фазам вещества” достаточно условно, и следует принять в
качестве конструктивного критерия выделения компонентов указанную выше
их относительную автономность, самостоятельность в составе геосистем: ком¬
понент — это автономная часть геосистемы, представленная только ей свойст¬
венными состояниями элементов. Причем речь здесь идет не только о фазовых
состояниях вещества, но и обо всех формах его преобразования в живой и не¬
живой природе. В частности, Н.А. Солнцев [2001, с. 49] под элементами ланд¬
шафта понимает представителей флоры, фауны, горных пород, минералов, вод
и т.д., а под компонентами ландшафта — их закономерные совокупности, или
группировки.
В учении о геосистемах существенное значение имеет понятие “состоя¬
ние”, без которого невозможно понять специфику динамических моделей.
По В.Б. Сочаве [1978], состояние геосистемы — соотношение (совокупность)
параметров структуры и функционирования геосистемы в определенный
промежуток времени. Здесь прежде всего обратим внимание на параметриза¬
цию состояния геосистемы через ее характеристики структуры и функцио¬
нирования, что обязательно необходимо отразить в теоретических построе¬
ниях.
Поставлена задача изучения геосистемы как “множества взаимосвязанных
ее состояний и закономерно локализованных на земной поверхности функцио¬
нальных частей” [Крауклис, 1975, с. 27]. Инварианты проявляются в виде мно¬
гочисленных состояний геосистем. Проблемы, связанные с их изучением, сле¬
дует решать сопряженно для познания пространства и времени геосистем, при¬
нимая во внимание “функциональные и другие отношения между системами
разных иерархических уровней” (с. 27).
В учении о геосистемах широко используется термин “переменные состоя¬
ния”. Переменные состояния геосистем (ландшафтов) — «...различные модифи¬
кации коренной структуры ..., которые в процессе естественной динамики
ландшафта приходят к “эквифинальному” (климаксовому) состоянию» [Соча¬
ва, 1978, с. 296]. Поэтому различаются переменные и эквифинальные состоя¬
ния (вариалы и эквифиналы). В.Б. Сочава [1978] считал, что понятие о динами¬
ке геосистем “целесообразно ограничить представлением о движении ее пере¬
54
Глава I. Принципы геосистемного анализа
менных состояний, подчиненных одному инварианту в пределах эпифапии”
[с. 293].
Переменные состояния, возникающие под влиянием антропогенного фак¬
тора, относятся к производным геосистемам, при этом различаются кратковре¬
менно- и длительно-производные состояния геосистем в пределах обратимых
изменений ландшафта. Необратимое изменение ландшафта, приводящее к
полной смене его структуры и, тем самым, к переходу в качественно новое об¬
разование (другой ландшафт) под влиянием целенаправленной деятельности
или антропогенной деградации, получило отражение в понятии “устойчиво
длительно-производное состояние” [Михеев, 1981]. Концепция переменных
состояний позволяет выявить переменные и устойчивые состояния геосистем,
изучить цикличность и направленность изменений, тенденции развития, роль
внешних и внутренних факторов в изменении ландшафтов.
При исследовании природных режимов помимо выявления энергетических
и вещественных балансов особое значение придается изучению временной
упорядоченности протекающих в геосистемах процессов, когда под природны¬
ми режимами подразумевается распорядок функциональных состояний суточ¬
ного, декадного, сезонного диапазонов, а также по отдельным годам [Сочава и
др., 1974; Крауклис, 1975].
Этих примеров достаточно, чтобы убедиться в том, что геосистемы — это
динамические системы, состоящие из элементов и компонентов, находящихся
в различных состояниях, причем смена состояний и определяет динамику гео¬
систем. Компоненты геосистем с их качественной определенностью должны
рассматриваться как подсистемы геосистем, обменивающиеся между собой
элементами — материальными частицами разного состава (твердыми, жидки¬
ми, газообразными частицами, живыми организмами). Элементы, переходя из
одного компонента в другой, меняют свое состояние (принадлежность компо¬
ненту), поэтому компоненты — это также состояния элементов геосистем. Ана¬
логично можно рассуждать и по поводу динамической связи отдельных фаций,
рассматривая горизонтальное движение воды или миграцию химических эле¬
ментов в ландшафте. Следовательно, фация не только как элемент ландшафта
имеет различные состояния, но и сама может рассматриваться как состояние
(местоположение) элементов динамического процесса. В этом смысле две
трактовки природного режима как движение вещества и энергии и как смена
состояний геосистем могут обсуждаться в одном контексте.
Обмен элементами выражается в разнообразных процессах смены состоя¬
ний. Совокупность этих процессов формирует единый физико-географический
процесс [Григорьев, 1966], реализуемый в природных режимах геосистем разно¬
го ранга и в их потоковом взаимодействии.
Еще в 1974 г. В.Б. Сочава [1974] в послесловии к книге Д. Харвея “Научное
объяснение в географии” [1974] писал: “Географические науки, вместе взятые,
пока что не образуют целого, состоящего из органически сочетающихся частей,
или совокупности взаимосвязанных и расположенных в определенном порядке
элементов”. В п. 1.2.1 обращалось внимание на список основных задач, решае¬
мых на основе учения о геосистемах [Сочава, 1978], куда отнесены разработка,
анализ базовых положений специальной теории геосистем и моделирование
55
спонтанной и антропогенной динамики геосистем с учетом соответствующих
им природных режимов. До настоящего времени эти проблемы упорядочения
географического знания и создания теории геосистем не решены и остаются
актуальными. Частично поставленная задача реализована при создании учения
о геосистемах, которое было призвано объединить отраслевые (компонентные)
науки, преодолеть центробежные тенденции в географии. Наметились пути ре¬
шения поставленных задач [Черкашин, 1985, 1997], однако отсутствует непо¬
средственная связь между теоретическими построениями и эмпирическими
обобщениями учения о геосистемах.
Модели динамики систем широко распространены в науке. Динамический
подход открывает новые возможности и для исследования и моделирования
географических образований. Вследствие этого он получил широкое распро¬
странение в науке, особенно при исследовании структуры популяций [Murray,
1993; Hofbauer, Sigmund, 1996]. С их помощью обсуждаются проблемы устойчи¬
вости [Свирежев, Логофет, 1978; Gillman, Hails, 1997], оптимального управле¬
ния природными системами [Bulmer, 1994; Beltrami, 1998]. Распространению
динамических моделей способствовала аналогия между динамикой и случай¬
ными процессами. Последние имеют развитую математическую теорию слу¬
чайных процессов, особенно марковского типа, результаты которой широко
применяются в практике моделирования и анализа данных [Логофет и др.,
1997].
Использование динамических моделей стало традиционным в отраслевых
географических науках: геоморфологии [Девдариани, 1967], гидрологии [Куч-
мент, 1980; Кучмент и др., 1984], геохимии [Алексахин и др., 1976; DeAngelis,
1992; Завалишин, Логофет, 2001]. Это подчеркивает сквозной характер систем¬
но-динамического подхода. Еще В.Б. Сочава обращал внимание на то, что дина¬
мика геосистем имеет аналогию с химическими реакциями и механическими
движениями, именуемыми кинетикой [Топология..., 1970]. Поэтому есть смысл
подходить к краткому изложению основ теории динамических систем с некото¬
рых общих позиций, учитывая одновременно специфику геосистемного анализа.
Эти позиции формировались как результаты долговременных стационар¬
ных и дистанционных исследований динамики компонентов геосистем, много¬
уровневого моделирования пространственно-временных изменений, создания
ГИС-технологий прогнозного картографирования.
1.3.2. Основные понятия
В науке при моделировании динамика понимается очень широко как лю¬
бое изменение параметров систем во времени [Заде, 1966]. Существует множе¬
ство разнотипных моделей, принадлежащих разным теориям, в которых таким
образом описываются процессы. Исследование географических объектов как
динамических систем основано на особом представлении о системе как множе¬
стве элементов, переходящих из одного состояния в другое под непосредственным
воздействием (без последействия) внешних и внутренних факторов среды
[Черкашин, 1997]. Динамика в данном случае — это смена элементами своих
состояний. Принципиально невозможно дать однозначное определение эле¬
56
Глава I. Принципы геосистемного анализа
ментов и их состояний в системе: всякий раз в зависимости от постановки зада¬
чи и масштаба исследования необходимо конкретно выделять элементы и со¬
стояния.
Под элементом системы понимается индивидуальный объект, который во
всех преобразованиях рассматривается как неизменный и неделимый: изменя¬
ется только его состояние. Элементами могут быть химические элементы веще¬
ства, ионы в почвенном растворе, частицы влаги и грунта, отдельные особи жи¬
вотных и растений, биогеоценозы, фации ландшафтов, участки местности
и т.д. Все они должны быть однотипны и различаться лишь состояниями; эле¬
ментов должно быть также достаточно много, чтобы формировать из них
структуры и оценивать изменения.
В динамической системе различаются характеристики элементов и характе¬
ристики состояний. Элементы параметризуются численностью, массой,
занимаемой площадью, пространственным объемом. Обозначим N,(t) число эле¬
ментов, находящихся в /-м состоянии в момент времени t (/-я подсистема дина¬
мической системы из Nj(t) элементов). Набор (вектор) N(t) = {JV,(f)} — распреде¬
ление элементов по состояниям, например объемов воды по почвенным гори¬
зонтам (сумма N0(f) = N,(t)). Набор N определяет структуру системы, в
/
частности, фациальная структура — это распределение площади ландшафта по
фациям разного типа. В процессе динамических изменений (эволюции) эта
структура преобразуется (участки местности меняют свои состояния — фации).
Более наглядный пример структуры — распределение деревьев по классам толщи¬
ны. Это распределение также меняется в процессе роста и отмирания деревьев.
Структура системы и ее изменение изображаются с помощью ориентиро¬
ванных графов (рис. 1.8). Вершины графов (точки) соответствуют состояниям,
ориентированные ребра (стрелки) — направлениям смены состояний элемен¬
тами. Граф размеченный — каждой вершине ставится в соответствие количест¬
во элементов находящихся в i-м состоянии, стрелке — скорость потока эле¬
ментов Ijj из /-го состояния в j-t. Стрелки символизируют также границу между
состояниями (//-граница), через которую в данном (у-м) направлении идет по¬
ток элементов.
На рис. 1.8 представлен граф ветвящегося процесса, часто встречающе¬
гося в географических, экологических л демографических исследованиях.
||+У».
/
57
Часть I. Геосистемные основы картографирования
В систему на входе с интенсивностью /(/) поступают элементы, например
осадки (кг/сут), которые просачиваются в почву последовательно по горизон¬
там i. Часть влаги переходит в сток или извлекается корнями растений (/к,(0).
Элементы системы преодолевают в данном случае границы двух типов: А —
основного (главного, стержневого) процесса между состояниями / и j = /+1
(интенсивность /й+|); В — дополнительного ответвления (интенсивность /(0).
Аналогичный граф соответствует популяционной динамике, например дина¬
мике древостоя, где имеют место интенсивности: /(f) — возобновления, fiht —
роста, ljо — отмирания деревьев. Эту схему можно также интерпретировать
как технологическую модель переработки вещества и энергии — ресурсов на
входе /(f) в конечный продукт на выходе, когда ответвления интерпретируют¬
ся как потери (отходы).
Количество элементов, перешедших //'-границу, задается переменной /V* (f).
Скорости изменения V-, (f) числа элементов в каждом состоянии и интенсив¬
ность потоков элементов из состояния в состояние рассчитываются как соответ¬
ствующие производные по времени:
dNAt) dNUt)
w—ir- <■>
Должен действовать закон сохранения элементов — изменение количества
элементов в /-м состоянии равно разнице потоков элементов в это состояние и
из него:
m-I.ii,-l.hr <2)
j j
Необходимо связать скорости (1) с причинами, их определяющими.
Понятно, что переход элементов из состояния в состояние обусловливает¬
ся изменением собственных состояний элементов, например, чтобы деревья
оказались в следующем классе толщины, они должны расти. Пусть Дц(0 — это
характеристика fc,-ro элемента i-ro состояния (/с, е /V,). Ее изменение
Ш = ^г- <3>
В общем случае fki(t) является не только функцией времени /, но и функци¬
ей множества факторов, влияющих на изменение элементов, поэтому измене¬
ние состояния Д;(0 на уровне элементов называется функционированием.
Математические модели, в которых одновременно отображаются динамика
системы и функционирование элементов, называются функционально-дина¬
мическими.
Средние изменения состояний элементов рассчитываются по формуле
JW-Z/uW/AW (4)
к
Суммарная величина Fj(t) = Fj(1)N,(t) определяет “силу” динамического
процесса на каждом этапе, т.е. те совокупные изменения, что происходят в /-й
подсистеме (состоянии) и вызывают смену состояний элементов (потоки).
Именно эта “сила” определяет связи между подсистемами динамической сис¬
58
Глава /. Принципы геосистемного анализа
темы — сила функционирования. В частном случае при формировании поверх¬
ностного стока она определяется изменением во времени, скоростью переме¬
щения и объемом водных масс. Сила функционирования действует по разным
направлениям, влияя на распределение потоков элементов (рис. 1.8). Частная
сила (по у-му направлению) равна
Fij«) = PijFi(t) = PiJFi(t)Ni(t), (5)
где p,j — доля элементов, переходящих через //-границу; ^ ру = 1.
j
Характеристики состояния бывают двух видов: индивидуальные и гене¬
ральные (общие). Индивидуальная характеристика 0^,(0 /с,-го элемента оце¬
нивает его “личный успех” функционирования (3). Генеральная Q является
шкалой измерения такого успеха, так что равенство D*,-(0 = Q, означает кон¬
кретное положение элемента на этой шкале. Например, есть диаметр кон¬
кретного дерева, изменяющийся во времени, и есть диаметр вообще как неко¬
торая линейка, с помощью которой измеряют деревья разных диаметров и
сравнивают их по этому показателю. Иными словами, есть количественная
характеристика D(t) и есть качественная — Q, а на шкале качественной харак¬
теристики всегда найдется место для количественной (количество и качество
совпадают).
По этому принципу, например, параметризуется положение фаций по гра¬
дациям комплексных факторов, их деление на коренные, мнимокоренные и се¬
рийные состояния [Крауклис, 19696], когда по набору характеристик конкрет¬
ные участки фаций относят к разным градациям этого фактора (различным со¬
стояниям).
Качественная шкала задает пространство состояний, например, значение
Qi определяет минимальную величину индивидуальной характеристики эле¬
мента, чтобы считать его элементом /-го состояния: Dfc,-(f) = Q, — нижний
критический рубеж. Существует верхний критический рубеж Dfc,(f) = Q,+|.
Путь, пройденный по оси качественной оценки (градиент, качества), равен
AQ, = Qi+1 - Qj. Таким образом, /-е состояние характеризуется двумя величи¬
нами — состоянием Q, и градиентом состояния AQ,-. Эти величины от времени
не зависят. Аналогично переменное состояние подсистемы (элементов /-го
состояния) рассчитывается двумя способами:
Qsi (0 = A Q,- N? (г), Qsi (0 = Q, N, (г). (6)
Обратим внимание на качественно-количественную двойственность мно¬
гих понятий теории динамических систем: динамика и функционирование,
элемент и подсистема, подсистема и состояние, состояние и градиент состоя¬
ния и т.д.
Состояние в общем случае — понятие многомерное, т.е. состояние элемен¬
тов можно выделять по градиентам (градациям) в многомерном пространстве
показателей. Градиенты разбивают пространства состояний на непересекаю-
Щиеся области, образующие полисистему состояний. Будем рассматривать пре¬
имущественно одномерное пространство, где только одна составляющая, кото¬
рую обозначим Q.
59
Часть I. Геосистемные основы картографирования
1.3.3. Уравнения динамики
Теория динамических систем формируется как одна из системных интер¬
претаций общей теории систем, т.е. согласно полисисгемной методологии ба¬
зовые законы (аксиомы) теории динамики должны отражать на языке смены
состояний и качественно-количественных взаимодействий принципы сущест¬
вования (инвариантности) универсальных систем и их изменений и постулат
тождества всякого изменения порождающему его действию (см. п. 1.1.1).
Универсальные системы. По аналогии с системами аксиом структуры ин¬
формационной среды (1) и строения комплексов (2) (п. 1.1.1) можно записать
законы динамики как фундаментальные связи изменения качества универсаль¬
ной Qs и любой другой QSi(t) системы S с соответствующим функциональным
действием F, Fj(0 [Черкашин, 1997J:
VQ,VF,VQ;,: 1)Qs =CS; 2)Fs=Cs0i 3)Qsi = Fsi, (1)
где С, Со — константы, Q'si = — изменение состояния системы S.
Универсальными динамическими системами с характеристиками Qs явля¬
ются открыто-замкнутые равновесные системы типа коренных систем в геогра¬
фии. Первая аксиома утверждает, что такие системы существуют и имеют по¬
стоянные характеристики (постоянное состояние) Qs = Q0s. Вторая аксиома
постулирует, что существует некоторое постоянное функциональное действие
Fs = Cs0, определяющее отклонение от Qs и порождающее системы нового ка¬
чества (мнимокоренные, серийные).
Разъяснить смысл последних высказываний позволяет^третья аксиома,
записанная для универсальных типологических систем Q' = Fs, где Q' раскры¬
вается следующим образом:
Q's = y1-- (2)
Ат*
Здесь Дт* — возраст системы, максимальное время ее существования от по¬
явления до перехода в новое качество; AQS — градиент качества универсальной
системы, показывающей, какие совокупные изменения в ней должны происхо¬
дить, чтобы перейти в новое состояние. Согласно соотношению (2) и второй
аксиоме, из (1) имеем
AQs ~ Cos^tj ’ ^
т.е. качественные градиенты любой типологической системы пропорциональ¬
ны ее возрасту, возраст может быть индикатором совершенства, развитости, а
также устойчивости (длительности самостоятельного существования) систем.
Первая и вторая аксиомы с учетом (2) дают следующее уравнение:
д =asQ„ а,=^. (4)
Ат. Ч
При Axs —> 0, -> х и Qs (т = 0) = Qos решением (4) будет
60
Глава I. Принципы геосистемного аналта
Qs (х) = Qosexp(asx) (5)
— с возрастом т в целом идет качественное совершенствование системы. Во
времени t процесс изменения состояния может быть разнонаправленный (рав¬
новесие as (т) = 0, развитие <х5 (т) > 0 и деградация av (т) < 0):
Qs (0 = Qosexp(a,0- (6)
При равновесии Qs (t) = Q0i система находится в коренном состоянии. Если вели¬
чину Qs(0 считать показателем отклонения от коренного, то согласно (4),
AQs =otsQsAxs — чем выше степень отклонения, тем значительней градиент ка¬
чества AQS системы, тем она более изменчива, разнообразна, имеет большее чис¬
ло собственных переменных состояний. Прежде всего это касается систем более
высокого порядка, имеющих значительный запас прочности. Отклонение в сторо¬
ну уменьшения качества, например при переходе от коренных к серийным систе¬
мам, приводит к снижению качества и соответствующего градиента ДQs.
Таким образом, всякая типологическая динамическая единица занимает
определенное место на оси качества состояния и имеет собственный градиент
качества и предельный возраст; эти характеристики меняются с эволюционным
возрастом и в результате варьирования условий среды.
В.Б. Сочава [1962] неоднократно ставил задачу поиска обобщающих пока¬
зателей, характеризующих состояние геосистем: интегральный количествен¬
ный критерий для установления фаций и ограничения их на местности. Первая
и вторая аксиомы из (1) постулируют существования этого критерия для типо¬
логических единиц (геомеров), но его еще предстоит научиться вычислять.
Специальные системы. Третья аксиома из (1) справедлива для всех динами¬
ческих процессов. Она связывает качественные изменения систем с функцио¬
нальным действием, т.е. изменением ее элементов:
^ - ?„(')• (7)
Отсюда с учетом (5) и (6) получаем два варианта уравнений динамики:
dN*:
= P„F,U)N,W, (8а)
= (86)
Первое уравнение описывает потоки элементов из состояния в состояние, вто¬
рое — рост и размножение частиц. Чем выше скорость изменения состояния
элементов, больше их доля, перемещающаяся в данном направлении, и меньше
градиент состояния, тем выше поток. Интенсивность размножения частиц сни¬
жается по мере роста характеристики состояния, например с возрастом. В по¬
следнем случае, когда можно заменить Q, на т, и далее поменять возраст на вре¬
мя t, получим так называемое уравнение Шмальгаузена [1982]:
= (9)
Часть I. Геосистемные основы картографирования
приводящее к степенному (аллометрическому) уравнению роста (N, = N()jU/ /0) "
N,(0)=N0i).
Уравнение для потока, следующее из (8а),
PiiFAt)
IiJ(t) = aiJ(t)Ni(t), (Ю)
подставляем в балансовое соотношение (2) (п. 1.3.1):
dN^t) _
(II)
J j
Коэффициенты а(у имеют смысл относительной интенсивности потока элемен¬
тов из состояния в состояние. С их помощью легко конструируются по заданно¬
му графу системы дифференциальных уравнений динамических процессов. На¬
пример, для графа на рис. 1.8 имеем
d/V,(0
——-= / -a,N|(0 -ct|0N,(0,
dt (12)
dN,(t)
—= aMNM -djNiit) -ajONf(0,a, = аи+|.
Решение (12) находится при начальных условиях yV,(0) = N0l. Уравнения (12)
описывают изменение числа элементов Nf(f) в каждом состоянии.
а12 Л „ Рис. 1.9. Размеченный ориентированный граф
жг , ч .. , . , потоков элементов с воспроизводством.
N2(l) АГ,(г) v ^
Понятно, что уравнения типа (11)—(12) строятся для каждого состояния —
скорости Vj(t) изменения переменной Nt(t) как суммы (для входящих стрелок)
или разности (для выходящих) произведения N,(t) (веса вершины графа) на
aji(t) (вес стрелки). В этих уравнениях могут участвовать уравнения двух типов:
(8а) и (86); схема воспроизводства элементов показывается на графе замкну¬
тым циклом. Например, для размеченного графа на рис. 1.9 система уравнений
имеет вид
= (13)
Таким образом, при моделировании природных процессов на основе кон¬
цептуальных представлений строится графическая модель процесса, от которой
всегда есть возможность автоматически перейти к математической модели в
виде системы дифференциальных уравнений. Этот способ моделирования дос¬
таточно хорошо известен в науке [Тараканов и др., 1974], но применяется край¬
не редко в географических исследованиях.
1.3.4. Геосистемное воздействие
Одна из проблем, препятствующая развитию методов моделирования ди¬
намики систем описанными методами, связана с оценкой коэффициентов
a.ij(t). Здесь возможны разные подходы, например, основанные на решении об-
62
Глава I. Принципы геосистемного анализа
ратной задачи моделирования, когда с использованием методов статистики по
серии наблюдений за изменением числа элементов Nj(t) во времени I оценива¬
ются, как правило, постоянные значения ay(t). Более точные оценки можно
получить из уравнений (8а) п. 1.3.3, если удастся рассчитать потоки элементов
1ц({) из состояния в состояние.
Открытые системы. Статистические расчеты основываются на линейной
зависимости (11) п. 1.3.3 скорости V, от набора значений N = {N,(0}, которую в
данном случае перепишем так:
dNAl) ^
Vi ~ —JT ~ lLajiNj + <*/, = " Еау. 0)
j .
где Ii — независимые потоки элементов через подсистему /-го состояния. Если
рассматривать Vt как функцию от N (И, = Vt(N)), то для нее будет справедливо
касательное преобразование Лежандра (подробнее см. п. 2.2.4):
Vi(N) = 'ZaijNj - Rj(a), (2)
j
dVj
где a = {fly}, ay — чувствительность изменения V, к изменению Nj(t)\
Я,(а) — результат преобразования, обобщенная функция чувствительности.
Сравнивая (1) и (2), видим, что относительная интенсивность динамиче¬
ских процессов аналогична частным чувствительностям: aJf = ау. Обобщенная
чувствительность подобна независимым потокам через систему: /, = -Я,(а).
Следовательно, если система замкнута, т.е. нет потоков, то ее функция
чувствительности равна нулю или в более общем случае минимизируется
(/( = ~Rj(a) -> 0). В геосистемной трактовке именно системы с такими свойст¬
вами называются коренными, и процесс развития заключается в минимизации,
оптимизации геосистем, формировании их автономного статуса. Коренные
геосистемы оптимальны с позиций минимума обобщенной функции чувстви¬
тельности и соответствующих ей независимых потоков через систему.
Решение проблемы оптимизации в современной науке является одним из
наиболее важных направлений исследований, сложным по содержанию, тре¬
бующим детальности и полноты знаний в той предметной области, в рамках
которой эта проблема формулируется. Это своеобразный пик концентрации
научных знаний.
Постановка и решение задач оптимизации в современном их понимании
связаны с исследованиями математиков Х1Х-ХХ вв. Были созданы система по¬
нятий и методы решения оптимизационных задач (Лагранж, Эйлер, Понтря-
гин, Беллман, Канторович). Эти методы получили широкое распространение в
физике, технике, в теории автоматического управления, в биологии и других
науках. Их применение неразрывно связано с созданием математических моде¬
лей, с методологией системного анализа, который по правилам завершается ре¬
шением задачи оптимизации под заданные цели и критерии.
В географии данное направление исследований неразрывно связано с ра¬
ботами А.Г. Исаченко [1980], ему уделялось внимание в работах ученых Инсти¬
тута географии СО РАН [Оптимизация геосистем, 1991], других научных орга-
63
Часть I. Геосистемные основы картографирования
низаций, но это были в основном концептуальные работы, первые попытки
применения идей оптимизационного подхода к решению географических при¬
кладных задач.
Оптимизация — это прежде всего вариационная задача, поиск из множест¬
ва возможных решений решения, доставляющего максимум (минимум) функ¬
ции или функционала. В этом смысле она лежит в русле задач геосистемного
анализа, учитывающего, как варьируют свойства фаций от места к месту при
изменении набора ландшафтообразующих факторов, как изменяется их полез¬
ность (продуктивность) в зависимости от видов использования.
Формализм Лежандра с минимизацией функции чувствительности [Черка¬
шин, 2005] позволяет получить новый критерий оптимальности, основанный
на определении требования автономности геосистемы в смысле максимального
снижения влияния потоков и факторов, т.е. приближения к коренному (в гео¬
графическом смысле) состоянию.
Потоки в динамическом смысле являются независимыми, их интенсив¬
ность определяется частными чувствительностями, т.е. относительными ин¬
тенсивностями внутрисистемных обменов, а значит, факторами локальной
геосистемной среды. Иными словами, конкретизируется типом геомера — ме¬
стным вариантом природной среды. Можно предположить, что величина Я, (а)
есть характеристика этого геомера, в частности, отклонение КДа) от 0 должно
соответствовать росту серийности геосистемы, ее открытости для внешнего
воздействия.
Функция R,(a) обладает уникальным свойством — число элементов, нахо¬
дящихся в j-м состоянии, равно
dRt dR:
N: = —L = —Ч (3)
J dQij daij
Значение Nj так можно рассчитывать разными способами по различным функ¬
циям чувствительности:
дЯ, dRk
Ni=—L = т-Ч (4)
1 За у oakj
Это соотношение является фундаментальным соотношением связи обобщен¬
ных функций чувствительности разных состояний.
Суммарные изменения количества элементов по всем состояниям
1И,=1^ = ^ = 11аЛ+1/,=1/, <5>
j I ш ш i j i i
определяют изменение общего количества элементов в системе No(t) как
суммарный поток элементов из окружения:
dNs.= (6)
dt ,
Для стационарных систем, число элементов которых не меняется, будет
dN^ = 0, т.е. X /, = 0 — минимизируется сумма функций чувствительности
Глава I. Принципы геосистемного анализа
Это особое свойство коренных систем. В серийных системах показатели сум¬
марных потоков велики и весьма изменчивы.
Пусть функция чувствительности Я, (а) линейна относительно частных чув¬
ствительностей (относительной интенсивности смены состояний):
ВД = 1>0;а;( -Кш,
j
где N0j,V0i — константы. Подставим (7) в (1) с учетом I, = -R,(a):
yi~y0i=Iioiji(Nj - N0j)
(7)
(8)
— зависимость смещена относительно начала координат на величины NQJ,V0j.
Учет этого смещения при замене координат N, = N, - N0h V{ = Vi- V0i приво¬
дит к стандартному виду зависимости V{ =
j
Пояснить эти закономерности позволяет следующая схема (рис. 1.10). Рас¬
смотрим одномерный случай, когда
K,-K0i=cMN.-Nn).
Решение этого уравнения при N,(0) = N,:
N,(t) = N,ea' +
N
Na a
(l-ea-').
(9)
(Ю)
i /
В отсутствие внешних потоков процесс описывается обыкновенной экспо¬
нентой N j = N(ea'' (рис. 1.10, г), а при наличии потоков появляются сложные
поправки, обусловленные смещением начала координат N0hV0i. В простейшем
случае, если смещения нет, при разных значениях а, получается пучок линий,
проходящих через начало координат (рис. 1.11). Наличие смещения (N0l,K0i) пе¬
реводит центр пучка линий в другое место. Если координаты центра пучка кор-
Время, t
Рис. 1.10. Варианты зависимости (10) при
разных начальных условиях и значениях
видоизменяющих параметров. Экспонен¬
циальные рост (а, б) и снижение (г), про¬
межуточный вариант (б, в).
s liKai № 560
Рис. 1.11. Графическая схема уравнения
(8). А — директриса.
65
Часть I. Геосистемные основы картографирования
релированы: К0| — aN0j + b, то центры пучков лежат на директрисе, задаваемой
последним уравнением.
Несложно заметить сходство системы аналитических пучков (рис. 1.11) с
инвариант-вариантной схемой представления географических знаний (рис. 1.2).
Это позволяет рассматривать такую аналитическую систему, как модель гео¬
системного взаимодействия, когда влияние геосистемы более высокого уровня
интерпретируется как поправки на положение центров пучков (отклонение от
нормы — начала координат). Согласно уравнениям (8)-( 10), каждую динами¬
ческую систему можно исследовать “в норме”, применяя затем поправки на от¬
клонения для уточнения локальной ситуации. Это означает, что все динамиче¬
ские системы эквивалентны с точностью до поправочных значений Nm,V(u.
Рассмотрим несколько содержательных примеров.
Разложение органики. Пусть уравнения (9), (10) описывают разложение ор¬
ганических остатков на поверхности почвы. Здесь N,(0 — масса опала, ветоши
и др. в начале вегетационного сезона; а, < 0 — относительная интенсивность
разложения органики в местных условиях; N0i — неразложимая часть опада,
например стволов лиственницы; V0i — повышение скорости разложения в ло¬
кальных условиях. В нормализованных условиях дренированных плакоров, ко¬
гда N0i = 0, V0i = 0, разложение органики протекает по экспоненте (рис. 10, г) и
в итоге (/ -> оо) все вещество минерализуется (N,(oo) = 0). В переувлажненных
заболоченных долинах ситуация отклоняется от нормальной, и согласно (10).
Ni(co) = N0l-^L. (11)
“i
В итоге на почве накапливается неразложившаяся органика (рис. 10, в), напри¬
мер, в виде торфяных залежей объемом, регламентируемым уравнением (II).
Если часть материала изымается (K0i< 0), то конечный запас органики будет
снижаться, но поскольку он не может быть отрицательным, существует преде¬
льный объем изъятия V0i = af N0| < 0, a, < 0. Так решаются простые задачи нор¬
мирования нагрузки. Очевидно, при этом достигается минимизация линейной
функции чувствительности (7), т.е. поведение системы становится экстремаль¬
ным (почвенная органика не накапливается).
На этом примере хорошо видно, как введением средовых параметров N0l, V[)t
моделируется переход от процессов в условиях геосистем водоразделов к процес¬
сам в долинных условиях. Коэффициент разложения органики щ (определяет
наклон линий в пучке) в обоих случаях может быть разный, но это различие не
дает эффекта накопления органического вещества в болотных почвах. Этот ре¬
зультат возникает только как следствие смещения центра пучка линий относи¬
тельно начала координат, что физико-географически определяется переходом от
коренных (нормализованных) геосистем к серийным. Необходимо обратить
внимание на то, что антропогенное воздействие (изъятие материала) входит в
модель таким же способом, как и природные факторы — аддитивно.
Рост запаса древостоя. Простейшее уравнение производства биомассы лес¬
ных биогеоценозов предложено Г.Ф. Хильми [1966]. Оно возникает из (10) при
а/ < 0, Nj = 0 и Nj(оо) — предельный запас спелых и перестойных насаждений
Глава I. Принципы геосистемного анализа
(см. (И), рис. 1.10, б). Согласно (10), запас древостоя возрастает до максималь¬
ного значения. Г.Ф. Хильми убедительно показал, что коэффициент щ зависит
только от лесообразующей породы и не зависит от условий местообитания (бо¬
нитета). Бонитетом определяется максимальный запас, который уменьшается с
ухудшением условий.
Из уравнения (10) следует, что максимальный запас возрастает при увели¬
чении некоторой базовой средовой характеристики местообитания N0i и
дополнительной скорости прироста запаса V0i. В том случае, если центры пуч¬
ков зависимостей лежат на директрисе V0i = aN0i + b, можно использовать
только один показатель, например N0j. Директрисой является также уравне¬
ние N0l = const — инвариантная характеристика запаса. Тогда предельный за¬
пас будет зависеть только от K0i. Если К0|< 0, этот показатель приводит к сни¬
жению запаса при ухудшении бонитета, что мы наблюдаем в действительно¬
сти. Значение N0i здесь имеет смысл максимального из возможных запасов
насаждений в наилучших условиях среды. Экстремальные условия для роста
леса соответствуют уже известному равенству К0| =aI-N0l- < 0. Понятно, что эти
предельные значения зависят от свойств породы а,-, т.е. некоторые породы,
например сосна, в плохих условиях еще сохраняют способность к росту, тогда
как другие (темнохвойные) виды в этих условиях уже не существуют.
Данный пример демонстрирует предполагаемое относительное постоянст¬
во видовых коэффициентов а, в разной среде, и это действительно показывает,
что простыми перемещениями начала координат (N0i,K0i) можно одну зависи¬
мость свести к другой. В данном случае это просто делается при V0l — 0. Тогда
лесонасаждения разных условий приводятся к эталонным лесам, где макси¬
мальный запас N j (qo) = N0i. Во-вторых, здесь наглядно прослеживается, как
ухудшение условий среды (снижение бонитета) приводит к изменению поведе¬
ния системы. В-третьих, удается учесть видовые особенности реакции расте¬
ний на факторы географической среды.
Восстановление лесных площадей. Лесной фонд представлен лесными и не¬
лесными землями. Лесные земли подразделяются на покрытые и не покрытые
лесом угодья. Примем в уравнениях (9)— (10) следующие обозначения: N,(/) —
покрытая лесом площадь, а,- < 0 — относительная интенсивность лесовосста¬
новления, N0i — лесная площадь, К0|- — повышение (понижение) скорости ле¬
совосстановления, N,(оо) — максимально возможная в данных условиях пло¬
щадь, покрытая лесом. Согласно уравнению (9), скорость изменения покрытых
лесом площадей (рис. 1.10, а) пропорциональна не покрытой лесом площади
(N0i - N,) и увеличивается (уменьшается) при управляющих воздействиях: ле¬
сопосадках {VQi > 0), рубках и лесных пожарах (К0, < 0). Предельно достижимая
площадь лесов на данной территории в соответствии с уравнением (11) зависит
от размеров лесной площади, возрастает при регулярных лесопосадках и сни¬
жается в процессе рубок и пожаров. Есть предельные значения ежегодной по¬
тери лесных площадей: V0i =а)Аг0, ^ 0-
Модель такого процесса, в отличие от предыдущих, довольно просто по¬
строить, исходя из содержательного смысла явления. Вместе с тем она нагляд¬
но иллюстрирует содержание координат центра пучка: N0i — природный по¬
тенциал реализации процесса; Но,- — видоизменяющее воздействие местных ус-
67
Часть I. Геосистемные основы картографирования
ловий на процесс. Подобный смысл прослеживается и в модели запаса, и в
модели разложения органики.
Выравнивание рельефа. Эти закономерности можно хорошо проиллюстриро¬
вать на простой геоморфологической модели (рис. 1.10, в). Здесь в уравнениях
(9), (10) Nj(t) — объемы горных масс, измеряемых высотой гор, а, < 0 — коэффи¬
циент интенсивности разрушения горного массива, Nm — потенциальный вы¬
сотный уровень формирующегося пенеплена, V0j — тектоническое опускание
или подъем горного массива, поступление или вынос обломочного материала,
Nj(co) реальный высотный уровень формирующегося пенеплена. Кажется, что
по средней высоте горного массива всегда можно определить потенциальную
высоту возникающей на месте гор равнины. Однако этого не происходит, по¬
скольку пенепленизация протекает на фоне экзо- и эндогенных процессов, ко¬
торые видоизменяют потенциальный результат. Тектонический подъем горного
массива и накопление привнесенных осадочных пород повышают эту величину;
опускание гор и снос обломочного материала приводят к уменьшению высотных
отметок формирующейся равнины. Мощность осадочного чехла (при K0l > 0), со¬
гласно (11), рассчитывается по формуле AN0i = -V0i / а,.
Ландшафтной нормой можно считать такие геологические условия, в кото¬
рых все перечисленные процессы нивелированы (К0/ = 0), что обычно имеет
место в границах древних платформ на выположенных участках местности, с
которыми связывается существование коренных геомеров разного типа. Вместе
с тем это не обеспечивает минимизацию функции чувствительности (7), кото¬
рая в данном случае равна R,(a) =a,N0i. Оптимизационное значение К,(а) = О
возникает лишь при стандартном условии V0j = a,N0i < 0 — наличии сноса ма¬
териала или опускании коры. Условие V0j = 0 вообще требует минимизации
эрозионного потенциала N0/ = 0, т.е. сведения высоты равнины до уровня моря
(рис. 1.10, г); именно в таких условиях создается среда существования геосис¬
тем зональной нормы. Это и есть оптимальный вариант с точки зрения мини¬
мизации функции чувствительности и видоизменяющего воздействия факто¬
ров внешней среды.
Запасы влаги в почве. Вода — наиболее динамичный компонент в большинстве
геосистем. Содержание влаги в почве — важный показатель свойств геосистем, су¬
щественная характеристика природной среды, определяющая геосистемные про¬
цессы. Запасы почвенной влаги зависят от свойств почвы (положения на склоне,
механического состава, гумусированности), интенсивности и направленности
водных потоков (осадки, боковой приток, склоновый сток, просачивание, испа¬
рение, транспирация и др.), участвующих в формировании водного баланса.
Пусть в уравнениях (9), (10) N,(f) — запас влаги в единице объема корне¬
обитаемого слоя почвы, а, < 0 — коэффициент водоотдачи, N0i — водоудер¬
живающая способность глинистых почв, V0i — влияние внешних гидрологи¬
ческих процессов, N,(qo) — максимальное влагосодержание. Согласно (Ю)
(рис. 1.10, в), излишек влаги в почве стекает, снижается до уровня N;(oо), опре¬
деленного водоудерживающей способностью почвы N0i. Наилучшими показа¬
телями обладают глинистые и суглинистые субстраты; песчаные и камени¬
стые почвы имеют низкую водоудерживающую способность. Из уравнения
(11) видно, что максимальная влагоемкость снижается по мере отрицательно-
Глава I. Принципы геосистемного анализа
го влияния (К0| < 0) крупности механического состава (скелегности почвы).
Предельные значения этого влияния соответствуют условию V()i =и(Л/0, < 0, ко¬
гда влага в почве не удерживается (ксероморфный режим) (рис. 1.10, г). Нали¬
чие гидрологического подпора (К0| >0) приводит к переувлажнению почвы
(заболачиванию) (рис. 1.10, а). Такие явления, как верховодка, возникают при
а, 0 (водоупорный слой), что по (11) при V0i > Оозначает N*(оо) -► л (водный
бассейн — река, озеро, болото).
Ни ксероморфный, ни озерный режим не является ландшафтной нормой,
а фиксируют лишь экстремальные ситуации водного режима почвы. Засушли¬
вый режим возникает при условии Я,(а) = 0, т.е. потоки влаги отсутствуют (ми¬
нимизируются). Согласно (7),
КДа) = - V0i, (12)
т.е. потоковая оптимальность соответствует условию Vm = a(/V0i, обеспечи¬
вающему в данном случае критическое состояние геосистемы по водному ре¬
жиму почвы. Для оптимизации водного режима необходимо регулировать по¬
токи, т.е. чтобы функция Я,(а) оптимизировалась. Как видим, выражение (12)
также является преобразованием Лежандра, где результат преобразования
(видоизменяющее влияние) К0| = V0i(N0i) является функцией потенциала N0j.
Оптимальность потоков на этом уровне обеспечивается условием V0i 0, ко¬
гда Rj(a) = aiN0h а N,(да) = N0i (условие плакорных фаций на мощных покров¬
ных суглинках) (рис. 1.10, в).
Аналогичную ситуацию наблюдаем для динамики запаса биомассы, когда
минимизация потоков через древостой приводит к минимизации запаса, а ми¬
нимизация видоизменяющих воздействий — к ее максимизации в эталонных
лесах. Все это позволяет утверждать о существовании разнопорядковой опти¬
мизации, когда вводятся все более конкретные условия задачи. Таким уточ¬
нением для видоизменяющих воздействий является уравнение директрисы
^0/ = а А/0| + Ь. Оптимальный режим V0i = aN0i соответствует условию 6 = 0.
Для функции чувствительности (12) это означает Я,(а) = N0j(af - а) — смеще¬
ние значений коэффициентов интенсивности динамических процессов на не¬
которую величину. Это приводит к изменению величины потоков через систе¬
му в ту или иную сторону, и если а, = а, потоки иссекают. Предельный уровень
/ \
а
1
а,
(11) станет N,( оо) = N
о I
, т.е. влагоемкость сильно зависит от свойств гео¬
системы высокого уровня а (ориентации директрисы). Если линия пучка лежит
на директрисе (общие тенденции соответствуют частным), то а, = а и N, (°о) = 0
(засуха). Если а = 0, или Кш = b = const, то влагосодержание соответствует вла-
гоемкости (оптимальный водный режим).
Таким образом, многие эмпирические выводы геосистемной теории удает¬
ся получить чисто аналитически. Это важно для развития теории геосистем и
формирования адекватных моделей геосистемного анализа.
Фациальное воздействие. В приведенных примерах мы не касались содер¬
жания коэффициента щЦ) из (1). Обращено внимание на то, что он отражает
наклон линий пучка динамических взаимосвязей, т.е. индицирует локальную
69
Часть I. Геосистемные основы картографирования
среду изменения внутреннего состояния элементов. От поворота линий пучка
вокруг центра (калибровки) зависят и количественные, и качественные осо¬
бенности поведения динамической системы в данном состоянии. Эти коэффи¬
циенты должны быть достаточно устойчивы, но их значения смещаются под
влиянием среды геосистемы более высокого порядка.
При оценке величины a,j(f) можно исходить из их теоретического опреде¬
ления (10) (п. 1.3.3):
PijFi(0
AQj
ay=-^-> (13)
т.е. использовать для расчетов, когда это возможно, знания о средних измене¬
ниях Fj(t) элементов данного состояния, градиента качества AQ, (совокупных
изменениях) и доли ру (вероятности) перемещения элементов в данном на¬
правлении. Значение AQ, является характеристикой состояния самой динами¬
ческой системы, Fj(t) определяется свойствами элементов и влиянием факторов
среды, ру — неоднородностью пространства реализации процессов. Действи¬
тельно, в абсолютно однородной среде динамические процессы реализуются
однозначно и только при наличии неоднородностей, в том числе в ландшафт¬
ной структуре, появляются ветвления, когда элементы одного состояния в раз¬
ной среде ведут себя по-разному, переходят в различные новые состояния
(рис. 1.8). Следовательно, коэффициент a#(f) зависит от свойств элементов,
системных факторов и неоднородности среды системы — все эти показатели
изменяются во времени и пространстве.
Величинаа, = Fj(f)/AQ, является суммарной относительной интенсивно¬
стью перемещения элементов из данного во все прочие состояния. Перемен¬
ная Ax,(f) = AQ, / F,(f) = 1/a,-(f) имеет смысл среднего времени нахождения
элементов в i-м состоянии, т.е. показывает, как быстро элемент пробежит от¬
резок качества AQ, со скоростью F,(f). В.Б. Сочава (1978] считал, что состояние
геосистемы — соотношение (совокупность) параметров структуры и функцио¬
нирования геосистемы в определенный промежуток времени. Действительно,
каждый объект находится в /-м состоянии в течение периода Ах;, обладая
свойственными данному состоянию характеристиками качества (структуры) и
функционирования. Коэффициента, = 1/Ах,- легко рассчитывается по сред¬
ним характеристикам времени нахождения элементов в i-м состоянии, но оп¬
ределить величину ру — непростая проблема.
Величина Py(f) — своеобразная “стрелка” управления движением элемен¬
тов, направляющая их поток в нужное русло. Эта величина изменяется от 1, ко¬
гда все элементы перемещаются в одном j-м направлении, до 0, когда поток в
этом направлении перекрывается. Следовательно, переменная pg(t) — своеоб¬
разное мультипликативное логическое управление, результат которого зависит
от ситуации (“вентиль” закрыт, открывается частично или полностью).
Рассмотрим для определенности ветвящийся процесс (рис. 1.8) восстано¬
вительно-возрастной динамики лесов со сменой пород (рис. 1.12) [Черкашин,
1985]. Основное направление изменений соответствует возрастным сменам
классов возраста (i). Расчетная переменная Nj(f) — площадь лесов данной поро¬
ды i-ro класса возраста на территории (i =0, 1,и). Ответвления рассматри-
70
Глава 1. Принципы геосистемного анализа
Рис. 1.12. Схема развертывания ветвящегося динамического процесса в неоднородной
среде (пояснения в тексте).
ваются как смена пород: переход части площади N,(/) лесов данной породы в
леса с преобладанием других лесообразующих пород. Вероятность сохранения
лесов данной породы на i-м этапе равна р7, смены пород — ро, = 1 — Pj• Относи¬
тельная интенсивность восстановительной динамики и смены пород равна
а, = р-, / Ат, ао,• = ро/ / Дт, где Дх — шаг деления на классы толщины, обычно
10 лет для лиственных, 20 лет для хвойных пород.
Смена пород в i-й стадии происходит на площади Pj, а в последующих ста¬
диях — на площади Pj (на рис. 1.12 эта величина условно соответствует площа¬
ди овала, куда попадает i-я вершина графа). Очевидно,
Яы = Р, + Р,
(14)
и доля площади, где произойдет и не произойдет смена пород, рассчитывается
по соотношениям
POi ~
Pi
Р + Р
Л I л I
Pi =
Pj + Pj
(15)
Неоднородность среды в данном случае связывается с фациальным разнооб¬
разием, т.е. под Р-, напрямую можно понимать площадь или долю площади фа¬
ций, где происходит смена лесов данной породы. Фации оказываются упорядо¬
ченными относительно данного процесса, и фациальная структура ландшафта
влияет на структуру динамического процесса. В границах отдельной фации сук-
цессионная смена происходит в конкретном возрастном классе, после этого леса
с преобладанием исходной породы уже не встречаются. В разных фациях разно¬
породные леса сменяются в различном возрасте, что и обусловливает неоднород¬
ность фациальной структуры относительно восстановительно-возрастных смен.
Определив коэффициенты смены пород по динамике лесонасаждений, можно
восстановить фациальную структуру территории [Черкашин, 1985].
Таким образом, фациальная структура ландшафта через показатели р,
управляет динамическими процессами в его пределах в соответствии со своеоб¬
разной ландшафтной “логикой” своего существования. Каждая фация внут¬
ренне также неоднородна, поэтому внутрифациальные процессы ветвятся, хотя
и не так сильно, как на ландшафтном уровне. Но самое главное, они определя¬
ются и по качественным, и по количественным характеристикам спецификой
природного режима данной фации, в чем и заключается суть перевода геогра¬
фических знаний о фации в знание о свойственных ей процессах и явлениях.
71
Часть I. Геосистемные основы картографировании
* * *
Совершенствование теории геосистем, понимание роли и места се в системе
общенаучных знаний — важная задача современных географических исследова¬
ний, которая решается в рамках полисистемной методологии. Представление
территориальных объектов как полисистемных образований позволяет диффе¬
ренцировать многообразие специальных знаний по теоретическим направлени¬
ям. Фация как объект исследований многогранна, полисистсмна, и геосистем¬
ная структурно-динамическая трактовка ее — лишь один моносистемный срез
познания, представляющий обширную область знаний теории динамических
систем как систем элементов, переходящих из состояния в состояние.
Полисистемный анализ демонстрирует многообразие возможных подхо¬
дов к определению и выделению фаций на местности, дополняющих друг
друга и позволяющих повысить достоверность ландшафтно-типологическо¬
го картографирования. Геосистемный анализ формируется как раздел сис¬
темного и полисистемного анализа, из которых он берет общие принципы
поэтапного вариативного исследования (выделения и выбора вариантов) и
методологию полисистемного расслоения, сравнения и синтеза, основанную
на векторно-комбинаторной логике тождества и опосредования противопо¬
ложностей (триадной логике, принципах утроения). Эти идеи концептуаль¬
но выражены во фрактальной инвариант-вариантной модели представления
географических знаний. Такая модель естественным образом реализуется в
математических уравнениях для открытых динамических систем, что позво¬
ляет существенно обобщить и развить фундаментальные основы геосистем¬
ного анализа.
Модели эпигеомеров и факторально-динамических рядов геосистем могут
быть распространены на системы любого уровня, если в качестве триады логи¬
ческих категорий — тезиса, антитезиса и синтеза — рассматривать коренные,
серийные и мнимокоренные варианты разноуровневых типологических еди¬
ниц. Таким образом, формируется непрерывный ряд последовательных смен
геомеров на эволюционном пути к зональной норме, где каждая геосистема об¬
ладает количественной характеристикой качества своего состояния и обозна¬
ченными пределами его изменения.
Геосистемы образуют фрактальную иерархическую систему таксономиче¬
ского подчинения, в которой каждая таксономическая единица (геомер) верх¬
него уровня (управляющая) объединяет группу таксономических единиц ниж¬
него уровня (управляемых) в эписистему, в которой элементы динамически
связаны Между собой — переходят друг в друга в результате усиления или сня¬
тия влияния трансформирующих (видоизменяющих) факторов. Управляющая
геосистема определяет среду (формирует интегральный природный режим
функционирования) управляемых геосистем. Это позволяет объединить в еди¬
ную систему знания о пространственной, функциональной, иерархической, ти¬
пологической и динамической дифференциации геосистем.
Иерархия геосистем задает систему последовательных приближений к зо¬
нальной норме, где для каждой фации обозначен свой путь в инвариант-вари¬
антной системе приближения к этой норме. Распространение с помощью
фрактальной схемы принципов построения факторально-динамических рядов
72
Глава I. Принципы геосистемного анализа
на все уровни организации геосистем позволит с единых позиций изучать гео¬
системные связи территорий с огромным разнообразием вариантов природной
среды. В основе этих построений лежит представление о фации как элементар¬
ной типологической географической единице.
Фация трактуется как простейшая разновидность (“атом”, “вид”) географи¬
ческой (природной) среды, элементарная типологическая геосистема (геомер),
имеющая только ей свойственный интегральный природный режим, определяю¬
щий множество допустимых переменных состояний этой фации. На местности и
в развитии фация представлена выделами фации — биогеоценозами, в основном
являющимися объектами натурных ландшафтных исследований. Биогеоцено¬
зы — наибольшие географические вариации фации, ее основные переменные со¬
стояния, обычно представляющие разные стадии восстановительно-возрастного
ряда (сукцессии) или варианты неоднородности внутрифациального простран¬
ства. Биогеоценозы бывают эквифинальными (климаксовыми), начальными и
промежуточными стадиями восстановления (сукцессионная триада). Фации и
свойственные им природные режимы формируются в составе групп фаций, ва¬
риантами которых они выступают. Выделение фаций в составе группы обуслов¬
лено местной (локальной) ландшафтной неоднородностью в границах урочища
и выражено в разной степени проявлениями групповых свойств: оптимальное,
редуцированное и промежуточного типа (фациальная триада).
Группа фаций соответствует категориям изменчивости (серийности) в со¬
ставе факторально-динамического ряда, выделяемого по трансформирующему
влиянию (видоизменению) определенных факторов (процессов): коренные, се¬
рийные, мнимокоренные (серийная триада). Класс фаций объединяет фации
одного факторального ряда и проявляется в масштабе урочища (в пределах ме¬
стности). Это — набор (эпигеомер) групп фаций разной видовой изменчиво¬
сти, инвариант которой соответствует группе коренных фаций, наиболее при¬
ближенных к зональной норме. Геом объединяет фации разных факторальных
рядов (факторальная триада), пространственно сопряженных в ландшафте и
динамически связанных с общей коренной фацией. Множества фаций геома
описываются многомерной факторально-динамической моделью. Коренные
геомеры каждого уровня представляют геомер более высокого (старшего) по¬
рядка, в среде которого они развиваются, и являются инвариантом (отражают
сущность) одноранговых геомеров эпигеомера (множества вариантов) старше¬
го геомера.
При моделировании природных процессов на основе концептуальных
представлений строится графическая модель процесса (граф), от которой осу¬
ществляется переход к математической модели в виде системы дифференци¬
альных уравнений. Аналогия динамических моделей с уравнениями касатель¬
ных преобразований скорости изменения числа элементов (по состояниям) как
функции структуры геосистемы позволяет ставить и решать оптимизационные
задачи. Это дает возможность многие эмпирические выводы геосистемной тео¬
рии получать чисто аналитически, что важно для развития теории геосистем и
формирования адекватных моделей геосистемного анализа.
С использованием указанных формализмов удается сформулировать новый
критерий оптимальности — минимизацию функции чувствительности, основан¬
73
Часть I. Геосистемные основы картографирования
ную на определении требования автономности геосистемы в смысле максималь¬
ного снижения влияния потоков и факторов, т.е. приближения к коренному (в
географическом смысле) состоянию. Уравнения динамики описываются много¬
уровневыми (фрактальными) функциями, для которых ставится и решается за¬
дача разнопорядковой оптимизации. Отсюда чисто теоретически обосновывает¬
ся, что коренные геосистемы являются относительно замкнутыми, автономны¬
ми, сбалансированными, нормализованными и оптимальными геосистемами по
критерию минимальной чувствительности к влиянию окружения.
Фации и фациальная структура ландшафта через коэффициенты интенсив¬
ности динамических процессов управляют изменчивостью отдельных компо¬
нентов в соответствии с естественной “логикой” своего существования, зало¬
женной в природном режиме фаций, в чем заключается суть процедуры пере¬
вода ландшафтных знаний в знание о свойственных территории процессах и
явлениях.
Глава 2
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ
ЛАНДШАФТНОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ
Систематизация основополагающих принципов структурно-динамическо-
го ландшафтоведения позволяет перейти к формированию объективных мето¬
дов ландшафтного картографирования. Для создания средне- и крупномас¬
штабных ландшафтно-типологических карт необходимы способы выделения
границ геосистем на космических снимках, распознавания содержания каждо¬
го выдела и отнесения его к конкретной таксономической группе, создания баз
данных и знаний по каждому выделу и таксону, использования этой информа¬
ции для обоснования выводов, оценки ресурсов, многоаспектного картографи¬
рования. Соответствующие алгоритмы разрабатываются географической нау¬
кой и реализуются средствами геоинформационных технологий. Для этого не¬
обходимо не только глубокое понимание роли и места ландшафтной карты в
геоинформационных преобразованиях, но и создание специальных карт ланд¬
шафтов, соответствующих требованиям содержательной полноты и конструк¬
тивности их использования.
2.1. Информационная география и картография
Исследованию информационного взаимодействия в географии посвяще¬
но большое количество работ [Арманд, 1971, 1973, 1975, 2001). В основном это
классическое восприятие информации, следующее из методов математиче¬
ской теории информации и управления либо из социальной трактовки ин¬
формации как формы обмена данными и знаниями. Изучению закономерно¬
стей информационного обмена в самих географических комплексах (см., на¬
пример, [Арманд, 1966]) и в процессе географического анализа информации
уделено пока недостаточно внимания. Но именно здесь мы можем ожидать
интересные результаты.
74
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
2.1.1. Комплексы информационного обмена
Методология полисистемного анализа базируется на главном принципе
теории расслоения: все в мире — полисистема, т.е. может быть расслоено на
множество непересекающихся подмножеств (см. п. 1.1.4). Теория комплексов
одновременно утверждает, что между всеми слоями и композициями слоев су¬
ществует взаимно-однозначное отображение (сравнение, подобие), переводя¬
щее элементы одного слоя в элементы другого. Такие же сравнения выстраива¬
ются между отображениями композиций слоев. На этой основе формируются
гомологические ряды слоев и гомотопические ряды отображений, представ¬
ляющие собой индуктивные системы передачи информации. Это значит, что,
поскольку все моносистемные слои полисистемы изолированы относительно
материального и энергетического обмена, они могут обмениваться только ин¬
формацией по принципам подобия, т.е. подобное переходит в подобное с со¬
хранением полноты отображений (без потери информации). Наглядный при¬
мер — процесс познания, когда явления материального мира отображаются в
сознание, которое становится реальностью лишь при адекватном переходе
внешних свойств во внутренние системы знания. Понятно, что стороны этого
отображения расслоены (изолированы) на мир объектов и мир субъектов, и
само отображение моделирует объекты в субъективном поле знания. Такие сис¬
темы зеркального отображения, согласно аксиомам формирования комплексов
(см. п. 1.1.1), всюдны: все есть точная модель другого, будь то связь компонен¬
тов в геосистемах или карт разного тематического содержания. Это нужно по¬
нимать так, что если точной связи частей целого нет, то системы не реальны, а
виртуальные, временные, проходящие, неустойчивые, серийные и т.д. Все, что
объективно существует, должно быть гомологически (структурно) и гомотопи¬
чески (функционально) эквивалентно. Устойчивые сложные системы должны
обладать информационным соответствием частей целого, поэтому явление ус¬
тойчивого развития имеет геоинформационную сущность, выражающуюся в
существовании структуры подобия развивающихся систем: устойчиво разви¬
вающиеся системы есть геоинформационный комплекс — система адекватного
(сбалансированного) геоинформационного обмена.
Конечно, все это достаточно общая философская позиция, обоснован¬
ность которой необходимо подтвердить практически. Здесь же нужно подчерк¬
нуть информационный аспект связи слоев комплексов (сложных систем) и
коммутативный принцип передачи информации: по какому бы пути информа¬
ция не передавалась, она сохраняет тождественное содержание. Этот принцип
непосредственно следует из аксиом теории комплексов и свойств гомологиче¬
ского ряда композиций (см. п. 1.1.1):
Х0 -> Хх -+ Х2 -> Х3 ->•••-> X,, > Хп (1)
— для любых трех последовательных композиций Х\, Х2 и Х$ гомологического
ряда справедлива коммутативная диаграмма (2). Сравнив эту диаграмму со схе¬
мой (1) (п. 1.1.2), можно сделать вывод, что диаграмма отображает законы век¬
торно-комбинаторной логики, где любые три последовательные композиции
^i. Xj и Хъ соответствуют тезису, антитезису и синтезу знаний и несут соответ¬
75
Часть I. Геосистемные основы картографирования
ствующую смысловую нагрузку. Коммутативная диаграмма может иметь более
сложную структуру, но всегда разбивается на элементарные “треугольники”
(2), составляющие структурно-логический базис переработки информации,
суть которого заключается в качественном различии и функциональном тождест¬
ве информационных слоев.
х,
Ч„/ «)
Лз
В отображении /)2 :Х| —> Х2 различаются образ Х2 и прообраз Х\ отобра¬
жения, которые этим отображением сравниваются или индуцируются. Карто¬
графические, фотографические, компьютерные и другие образы земной по¬
верхности называются геоизображениями [Берлянт, 1996; Китов, 2000]. При¬
чем подчеркивается, что геоизображение — это информационный образ
географического объекта. Создание карт рассматривается как последователь¬
ное преобразование геоизображений, системная интерпретация данных и
знаний, в них содержащихся.
Геоизображением называется непрерывный пространственный образ Зем¬
ли или ее части — всякое отображение (модель) свойств земного пространства,
ставящее в соответствие с заданной дискретностью и точностью каждой точке
этого пространства в конкретные моменты времени набор данных об этих
свойствах. Геоизображения в основном возникают как результат мониторин¬
га — регулярно распределенной в пространстве и повторяющейся во времени
системы наблюдений. Эволюция геоизображений шла от простейших карто¬
графических схем до компьютерного представления данных дистанционного
зондирования, включая современные ГИС. Использование фотографической,
сканерной и радарной съемки позволило перейти к компьютерному анализу
геоизображений как в высокой степени непрерывных систем данных. Это по¬
требовало адекватных средств хранения, отображения, представления и преоб¬
разования изображений.
Существует множество интерпретаций геоизображений, связанных друг с
другом.
Геоизображение — объект геоинформационных исследований, геоинфор-
мационный объект, т.е. проявление геоизображения необходимо рассматри¬
вать как первый этап реализации системного анализа, за которым следуют по¬
становка проблемы, определение цели и критериев исследования, формули¬
ровка задачи, выбор моделей и методов ее решения, поиск оптимального
управления с планированием стратегии деятельности. Геоизображение как гео-
информационный объект территории — первичное геоизображение.
Геоизображение — информационный образ географического пространства,
отображение геоинформационного поля в разных аспектах его проявления. Ос¬
новная задача исследований геоизображений — восстановление структуры, диф¬
ференциации этого поля по частным наблюдениям. Эта задача сводится к выде¬
лению структурно и функционально однородных типологических единиц, что, в
частности, выражается в виде ландшафтно-типологической карты. Каждому вы¬
делу этой карты соответствует специальный геоинформационный заряд, сово¬
76
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
купность которых раскрывается в содержании легенды карты. В этом аспекте
геоизображение рассматривается и как пространство (территориальный объект)
расслоения, и как расслоенное (дифференцированное) пространство на базе
расслоения, представленное картографической легендой (см. гл. 1). Ландшафт¬
но-типологическая карта становится инвариантом всех геоизображений терри¬
тории, а ее легенда — базой знаний для обоснования выводов. Все показатели,
законы, методы и др. преломляются на выделах ландшафтной карты, приобретая
свою местную специфику и конкретизируясь в действии. Таким образом, гео¬
изображения территории — это варианты одного общего инварианта — геоин-
формационного поля, представленного ландшафтной картой.
Геоизображение — это база информации, поэтому наиболее адекватным
способом его представления являются интегрированные ГИС, включающие
базы данных, знаний, моделей и теорий. Математические модели являются по¬
тенциальными геоизображениями, генерирующими новую информацию, на¬
пример, в виде картографических анимаций. Теории продуцируют средства
создания моделей и объяснения объективных свойств геоизображений. В этом
случае геоизображения превращаются в “живой образ” географического про¬
странства, развивающийся по тем же законам, что и его реальный прообраз.
Важное место в этой работе занимает локальный анализ геоизображений, с по¬
мощью которого учитываются природные, технические, временные неодно¬
родности отображения (снимка), обеспечивается выравнивание изображения
по фундаментальным критериям и его содержательная интерпретация.
Геоизображение — это продукт геоинформационной деятельности, рождаю¬
щийся в специальных географических технологиях обработки данных и знаний
(геоинформационной логистики). В этом смысле он нацелен на потребителя и
обладает специфической полезностью, которая определяется информационной
емкостью, разнообразием, контрастностью, красочностью, структурированно¬
стью и наглядностью визуализации географических знаний. Полезность геоизо¬
бражения понимается как способность совершать определенную работу за по¬
требителя — в простейшем случае информировать его о ситуации, а в общем слу¬
чае — давать ответы на вновь поставленные вопросы, т.е. геоизображение
должно формироваться в процессе работы моделирующих и экспертных систем.
Многие аспекты геоинформационной логистики отражены в стандартах
современной геоинформатики, в частности в методах получения геоинформа¬
ции о природе, обществе и их взаимодействии, степени ее полноты и достовер¬
ности, методах современного анализа географической информации, моделиро¬
вания и управления информационными процессами на различных уровнях
(сетевом, организационном, технологическом, техническом, программном).
Вместе с тем геологистика включает в себя новые качества деятельности, глав¬
ные из которых реализуются в системе отношений “производитель — потреби¬
тель” геоизображений.
Многоаспектность, сложность геоизображений определяют постановку за¬
дачи формирования единого подхода к их изучению и создания общей теории
геоизображений [Берлянт, 20011, что отражает тенденции развития геоматики и
частично сформулировано в рамках геоиконики [Берлянт, 1996]. Главная про¬
блема — развитие теоретико-географической базы геоинформационных техно¬
77
Часть I. Геосистемные основы картографирования
логий, формирование концептуальных основ пространственного географиче¬
ского анализа. Необходимы разработка методов распознавания графических
образов, идущая от сути географического знания, и создание на их основе фор¬
мализованных процедур. Эта проблема, по А.М. Берлянту, должна занять цен¬
тральное место в единой теории геоизображений, призванной сформировать
действительно единый взгляд на свойства, возможности использования и уров¬
ни взаимодействия геоизображений разного типа при решении научно-практи¬
ческих задач.
Геоматика в одном из определений представляется некоторой суперсисте¬
мой знаний, охватывающей математику, физику, информатику, картографию,
дистанционное зондирование и др. Это подтверждает сложность исследо¬
вания геоизображений и их информационную комплексность, требующую
разнокачественных подходов к изучению геоинформационных объектов, что
позволяет утверждать: модель геоизображения территории должна быть поли-
системной моделью. Такой взгляд постулирует неединственность, множест¬
венность системных интерпретаций первичного геоизображения, а следова¬
тельно, возможность использования методов полисистемного анализа и син¬
теза при их исследовании [Черкашин, 1997, 2005]. Каждая интерпретация
задает особое видение объекта в предметном слое, для которого разра¬
батывается специальная сквозная системная теория. Совокупность таких
теорий формирует единую науку (см. п. 1.1.1). С этих позиций единая теория
геоизображений — часть единой науки, изучающей геоинформационные объ¬
екты. В процессе полисистемного анализа геоизображений создаются проек¬
ции геоинформационного объекта в разные системные области исследований:
первичное геоизображение расслаивается на вторичные геоизображения —
геосистемные слои. Расслоенное геоизображение — это полисистема вторич¬
ных геоизображений. В зависимости от решаемой задачи выбирается наибо¬
лее подходящее геоизображение.
Язык описания соотношения знаний единой науки — термины математи¬
ческой теории категорий и функторов. Категория состоит из объектов и мор¬
физмов (отображений) объектов друг в друга. Функтор — отображение катего¬
рии в категорию, когда объекты одной категории переходят в объекты другой, а
морфизмы одной — в соответствующие морфизмы другой категории. Работа с
геоизображениями представляется в виде категорно-функторной зависимости
(коммутативной диаграммы):
Хх » Х2 ф2 ». Хъ
м м м м
Здесь Xt — разные стадии (/) изменения территориального объекта во времени
или пространстве; Yj — соответствующая последовательность их геоизображе¬
ний; <р,(£,) — отношение структурного подобия (сравнения) объектов наблю¬
дения с пространственно-временной локализацией /;(£,•) — отношение
78
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
структурного подобия геоизображений; F, — отображение объектов в геоизоб¬
ражения (наблюдения). Категория {Х„ ф/} образует гомологический ряд геогра¬
фических объектов, а {V,,/,} — геоинформационных объектов (первичных гео¬
изображений). Сравнение категорий натурных объектов и геоизображений
обеспечивается морфизмами Ft и отношением сравнения функций отображе¬
ния Ф,(£|): Ф/(^) -> fi(W — функционального подобия. Класс функций Ф,(^,),
<pi(^i)> MW образует гомотопический ряд, т.е. ряд непрерывных изменений по
параметру % (в пространстве или времени). Ряд пространственного сопряжения
объектов {Л'/.ф,} (пространственной категории объектов) называется территори¬
альным комплексом, временного сопряжения — историческим комплексом.
Аналогичные сопряжения геоизображений следует назвать информационным
комплексом или технологическим комплексом, если речь идет о последовате¬
льной обработке изображений. Таким образом, исследование гомологий и го-
мотопий геоизображений становится основным теоретическим аппаратом изу¬
чения геоизображений, адекватным общегеографическим представлениям.
Примером геоизображений являются космические снимки, когда геоин-
формационный объект представляет собой набор снимков разных спектраль¬
ных каналов. Геоинформационный комплекс формируется как временная се¬
рия снимков территории в процессе космического мониторинга. Изменяется
территория (по сезонам, по годам), и эти изменения фиксируются на снимках.
Структурное подобие космических геоизображений исследуется по трем на¬
правлениям: 1) сравнение разноканальных снимков; 2) пространственное срав¬
нение разных фрагментов одного снимка; 3) сравнение разновременных сним¬
ков. Основанием для количественного анализа таких изображений являются
характеристики яркости их элементов (пикселов).
Цифровая космическая съемка Земли предоставляет неограниченный набор
пространственно распределенных и изменяющихся во времени данных об объ¬
ектах разного масштаба, удобных для количественной обработки. Это дает воз¬
можность использовать дистанционные растровые геоизображения для тонкого,
локального анализа снимков, а не только для тотальной статистической обработ¬
ки материалов. Тогда геоизображения становятся информационной основой
проверки научных гипотез, поиска нового знания о реальных процессах в при¬
роде, которое другими средствами получить сложно или вообще невозможно.
Для численного анализа космических геоизображений предлагается ис¬
пользовать разные типы моделей (полисистему моделей), базирующихся на
различных теоретических принципах (модели динамических, функциональ¬
ных, сложных и др. систем). Технические приемы проверки гипотез представ¬
лены несколькими методами: 1) поточечный анализ — расчет функций яркост-
ных значений разных каналов для элемента изображения, что позволяет про¬
водить оценку земель, оценивать коэффициенты функциональных моделей;
2) групповой анализ — сравнение характеристик соседних пикселов корреля¬
ционными и регрессионными методами для выяснения структуры пространст¬
ва и типов функциональных зависимостей (автокорреляция, конгруэнция,
билинейные зависимости); 3) дифференциальный анализ — применение чис¬
ленных аналогов производных, что дает возможность использовать дифферен¬
циальные формы обработки информации типа определителя Якоби и прове¬
79
Часть /. Геосистемные основы картографирования
рять применимость дифференциальных уравнений в частных производных;
4) повыделенный анализ — обработка информации однородных по заданному
критерию выделов методами построения и сравнения гистограмм частотных и
ранговых распределений и многое другое.
Выявление системных закономерностей заставляет по-новому ставить и
решать ряд задач картографирования. Интерпретационное, аналитическое и
прогнозное картографирование формируется как процедуры порождения вари¬
антов геоизображений на основе общего инварианта территории. В первом слу¬
чае дополнительно используют базы знаний, основанные на классификации
гомогенных ареалов, во втором — функции причинно-следственных связей,
преломленные через местные условия выделов, в третьем — математические
модели прогнозирования изменений, коэффициенты которых определяются с
учетом геомерной, в частности фациальной, структуры территории.
Существование инварианта позволяет решать ряд аналитических задач,
например, упорядочения переменных состояний фаций в пределах контура во
временную последовательность восстановительно-возрастной серии смены
растительного покрова. Инвариантная геоструктура содержит информацию о
классификационной структуре: смежные в пространстве геосистемы должны
быть смежными и в структуре классификации [Филиппская, Черкашин, 2001;
Солодянкина, Черкашин, 2002].
Таким образом, теория геоизображений формируется как наука о геоин¬
формационных объектах, их тематических расслоениях, инвариантах и интер¬
претационных вариантах. Объектом исследования становится первичное гео¬
изображение, в большинстве случаев соответствующее набору космических
снимков или базе данных ГИС. Главный метод исследования — анализ функ¬
ционального подобия геоизображений, их гомологических и гомотопических
связей. Существенное место занимает локальный анализ геоизображений, не¬
обходимый для выравнивания геоизображения под фундаментальную законо¬
мерность и выявления географического содержания однородных ареалов. Воз¬
можно, именно здесь намечается путь эффективного извлечения географиче¬
ских знаний из геоизображений.
2.1.2. Познание, основанное на ГИС
Географическая наука развивается от описания сложных природных и
природно-экономических образований в направлении изучения пространствен¬
но-временных закономерностей. В этой аналитической работе, как призна¬
ется всеми, большое значение имеет создание геоинформационных систем
(ГИС-проектов) с огромными массивами данных, которые легко визуализиру¬
ются, превращаются в карты разного тематического содержания. Вместе с тем
переход “база данных ГИС -> карта” — процедура достаточно тонкая и ответст¬
венная, поскольку, во-первых, требует эффективных программных средств визуа¬
лизации информации из разных источников и различных форм представления.
во-вторых, требует формализации экспертных знаний в процедурах обработки
данных, в-третьих, возникает потребность интегрирования всех разрабатывае¬
мых программных средств и технологий в едином комплексе программирования.
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
Решение всех этих задач создает необходимую информационно-техническую ос¬
нову для решения разнообразных задач территориального управления и органи¬
зации хозяйственной деятельности региона. Только в этом случае появляется ре¬
альная инструментальная база для концентрации данных и знаний о закономер¬
ностях развития географической среды.
Выявляемые в природе и в процессе географического познания законо¬
мерности должны быть алгоритмически реализованы в специализированных
компьютерных системах, каковыми для картографии являются геоинформа-
ционные системы. Еще на первых этапах этой работы [Кошкарев и др., 1991]
подчеркивалась необходимость поиска конструктивных географических кон¬
цепций и адекватных им математических структур моделирования, реали¬
зуемых вычислительными средствами. В частности, выделялись концепции
единого географического поля и анализа геоситуаций, принципы математи¬
ко-географического и математико-картографического моделирования, ис¬
пользования геоинформационных систем как средств наблюдения, анализа и
синтеза, прогнозирования и управления.
Существуют достаточно широкие трактовки понятия ГИС, включающие
сюда всю географическую информацию (данные, знания, модели, методы
и т.д.), а также технологические и организационные средства (см.: [Кошкарев и
др., 1991]). Такой подход к ГИС оправдан, поскольку позволяет в рамках одной
концепции увязать практически все проблемы геоинформационного содержа¬
ния [Геоинформационная..., 2002], что требует формирования многоуровневой
дифференциации представлений о ГИС, когда на каждом уровне геоинформа¬
ционная система воспроизводится по-своему, в новом качестве. Здесь ГИС
рассматривается как база данных пространственно-координированной инфор¬
мации, программных средств ее ведения, логико-статистического анализа и
картографической визуализации. ГИС с расширенными возможностями обыч¬
но называют интегрированной ГИС.
ГИС-база данных, таким образом, становится опорным элементом под¬
ключения других аппаратных средств, вовлечения в процессы информацион¬
ной технологии, организации системы информационного обеспечения терри¬
ториального управления. Только при наличии таких ГИС имеет смысл гово¬
рить об их научном и прикладном значении, накапливая позитивный опыт
решения практических задач. ГИС становится информационным объектом
[Иванов, 1988]. Это, с одной стороны, геоинформационная модель территории,
а с другой — самостоятельный объект познания.
С научной точки зрения, как считает А.М. Берлянт [1999], ГИС — это сред¬
ство моделирования и познания природных и социально-экономических сис¬
тем. ГИС широко применяется в географических и геологических исследова¬
ниях, в смежных областях науки, связанных с изучением пространственной
дифференциации земных процессов и явлений. При этом ГИС рассматривает¬
ся не только как инструмент познания, но и как специальная компьютерная
технология и продукт ГИС-индустрии.
Понять роль и место ГИС в познавательном процессе удобно с помощью
особого направления ландшафтных исследований: научного изучения и подго¬
товки информации о природных географических объектах для решения разно-
6 JaKaj N<? 560
81
Часть I. Геосистемные основы картографирования
образных хозяйственных задач [Михеев, 1987, 2001). Соответствующая этому
направлению “методология обеспечения” представлена системой методов пе¬
ревода решения научно-исследовательских проблем в конструктивную форму
реализации практических задач. Она состоит из собственно информационного
обеспечения, обеспечения средствами обоснования выводов и целереализуюше-
го обеспечения. Обычно эти процедуры осуществляются через упорядочение
пространственной информации в форме ландшафтной основы территории,
представленной картографически и логически (в схеме легенды карты). На
данной основе, по сути, строится вся система доказательства в режиме интер¬
претации географических знаний, заложенных в ландшафтную карту. Инвента¬
ризация информации, картографическое обобщение данных и целевая интер¬
претация знаний — три базисных процедуры ландшафтно-географического
обеспечения, строго последовательная реализация которого приводит к конст¬
руктивному использованию географических принципов.
Создание ГИС — это первый, инвентаризационный этап. Сейчас актуаль¬
ными становятся разработка теории географического доказательства и вывода,
создание логико-алгоритмического направления географических исследований
для избирательного извлечения информации с учетом ее местных особенностей
и применением методов отраслевых дисциплин с их интеграцией и формирова¬
нием комплексных направлений: рациональное природопользование, геогра¬
фический мониторинг и прогнозирование развития природной среды [Михеев,
1987]. При оптимизации процессов функционирования сложных систем взаи¬
модействия природы и общества география выступает в роли источника кон¬
цептуальных, теоретически обоснованных идей такого функционирования.
Информация ГИС поступает на вход концептуально-географической пере¬
работки (рис. 2.1), представленной системой географических знаний, инвари¬
антной географической и картографической основой и, преломляясь через них,
порождает новые знания и умения, а также на выходе — картографическую ин¬
формацию. Здесь познание рассматривается как индивидуальный или коллек¬
тивный научный процесс извлечения новых знаний из старых или из входных
данных ГИС. В широком смысле он интерпретируется как операции с геоизо-
Рис. 2.1. Познавательная схема, основанная на ГИС (стрелки показывают потоки преоб¬
разованной информации).
82
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
бражениями и рассматривается в рамках стандартных процедур системного ана¬
лиза, развертываемых как этапы географической экспертизы [Черкашин, 1992].
Активное использование ГИС требует соответствующей подготовки спе¬
циалистов в области геоинформатики. Задачи, связанные с этим, отражены на
сайте ГИС-ассоциации [Организация..., 2002] и среди прочих включают: фор¬
мирование современной методологии изучения географической среды, основан¬
ной на системном, многоаспектном анализе информации с помощью геоинфор¬
мационных систем и технологий; обучение современным методам научного по¬
знания — геоинформационному исследованию и моделированию; формирование
научного мировоззрения, основанного на интегрированном изучении окружающе¬
го мира, отображении и исследовании его методами геоинформатики.
Очевидно, что такая методология должна проистекать из методологии гео¬
графической науки, для которой комплексность, всесторонний охват, целост¬
ность и конкретность восприятия пространственно распределенных объектов
соответствуют сущности этой науки. Вместе с тем задачи геоинформационного
исследования и моделирования являются специфическими, возникшими в но¬
вых условиях и при современных возможностях, требуют от географии алгорит¬
мизации своих знаний и методов, компьютерной автоматизации моделирова¬
ния на основе ГИС и баз знаний.
Переработка геоизображений на различных носителях, включая ГИС и
космические снимки, должна осуществляться по принципам географической
науки. Однако необходимо признать, что исследовательская работа с геоин-
формационным объектом намного сложнее, чем с реальным, поскольку требу¬
ет формализации специальных знаний, т.е. концентрированного их выраже¬
ния, что не просто осуществляется. Поэтому всякая попытка извлечь новое
знание из ГИС заслуживает внимания.
В технологии ГИС задачи системного картографирования решаются есте¬
ственным образом через совмещение операционных средств анализа исходной
информации с процедурами преобразования карт и средств технического кар¬
тографирования. Если раньше эти составляющие работы с географической ин¬
формацией существовали изолированно, то появление ГИС обеспечило необ¬
ходимую интеграцию и получение качественного картографического продукта
с минимальными затратами. Такие операционные средства включают в себя
базы знаний, моделей и теорий и математические процедуры работы с ними.
Поэтому переход от карты к карте прежде всего связан с изменением знаний,
моделей и теорий, используемых при картографировании, т.е. с преобразова¬
нием идеи карты, связанным с переходом к новой географической концепции
картографирования. Следовательно, ответ на вопрос о том, что происходит вне
собственно процесса картографирования, является существенным в понима¬
нии содержания карты как образа географической идеи.
Отсюда мы можем лучше понять роль и место системного картографирова¬
ния в ряду типов географического картографирования. Только системное кар¬
тографирование дает возможность перевести карту в карту, т.е. осуществить по¬
следовательное отображение одного картографического произведения в другое.
Формально это задается выражением
Fy : Mj -» Mj, (1)
83
Часть I. Геосистемные основы картографирования
где Mh Mj — разные карты, Ftj — отображение i-й карты в j-ю карту. Система
карт М = {Mj} существует, если для каждой пары (М,, Mj) определено отноше¬
ние их подобия Fy в виде (1). Это позволяет представить систему карт М = {А/,}
как математическую категорию (A/,F) [Плоткин, 1991], объектами которой яв¬
ляются сами карты, а морфизмы задаются множеством отображений F = |Fy |
(см. п. 2.1.1). В таком контексте системное картографирование превращается в
полисистемное, где А/={М,} — множество картографических слоев разного
содержания, связанных отображениями F = {^|.
Наличие системы категорий карт как продукта полисистемного картографи¬
рования фиксирует лишь возможность формирования карт через последователь¬
ность отображений. Процедурно-операционные основы таких преобразований
лежат вне процесса картографирования и имеют отношение не только к картам,
но и к объектам и категориям деятельности (научным исследованиям, практиче¬
ской работе, государственной власти и др.). Операционные средства образуют
свои отдельные категории данных, знаний, моделей и теорий, где, например,
знания отображаются в знания, теории переходят в теории, демонстрируя тем
самым единство всего знания. Можно предположить, что все категории имеют
сходное строение и допускают попарное сравнение (функторное сравнение ка¬
тегорий), т.е. являются моделью друг друга. В этом случае категория карт
M = {Mt) оказывается эквивалентной (через отображение) категории либо зна¬
ний, либо моделей и т.д. Карты из М образуют единую систему, в которой все
карты — это по сути одна карта, вариантами которой являются все остальные.
Так формируется инвариант-вариантная модель картографирования, выражаю¬
щая общие принципы фрактальной организации географических знаний
(рис. 1.2) в структуре развертывания содержания карт. Такая структура представ¬
лена узлами-инвариантами; из них вырастают варианты, на ветвях которых по¬
являются новые точки роста-инварианты, дающие начало новому кусту вариан¬
тов, и т.д. Особое место в такой системе картографирования занимают узловые
карты. Это и карты из базы инвариантов — картографических основ, и специ¬
альные синтетические карты типа ландшафтных карт разного масштаба, а также
карты районирования, отражающие дифференциацию территории на разных ба¬
зах расслоения (классификациях).
Соотношение карт М ={М,} и операционных средств G = {Gj} в процессе
создания карт задается коммутативной диаграммой полисистемного анализа
(фрагмент цепи отображений):
G
к
> G
ф, 1
м.
) uj
1 Ф
> А/
h
г JW j
где отображение Ф = {ф, } соответствует процедуре использования теории, мо¬
дели или классификационных знаний для создания карт. В частности, показа-
84
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
но, что преобразование карты в карту может быть осуществлено путем транс¬
формации легенд этих карт (классификаций) [Черкашин, 2002а].
Преобразование классификации в классификацию Д : G, -> G, в практике
применения ГИС называется переклассификацией [ДеМерс, 1999]. В общем
случае его можно назвать переопределением операционных средств картографи¬
рования, заимствуя этот термин из объектно-ориентированного программиро¬
вания, смысл и задачи которого близки к обсуждаемой проблеме. В частности,
переопределение данных соответствует изменению начальных условий реше¬
ния поставленных задач, актуализации информации, проведению мониторин¬
га, подготовке прогноза. Так, например, возникают серии разновременных
карт динамики. Переопределение моделей выражается в переходе от модели с
одним набором коэффициентов к модели с другими коэффициентами, т.е. реа¬
лизуется в задаче идентификации. Переопределение теорий обеспечивается че¬
рез интерпретацию основных законов одной теории на языке другой, осущест¬
вляется через замену системных языков описания. Переопределение классифи¬
каций (переклассификация) ведется за счет изменения уровня агрегирования
и/или симметричного отображения системы знаний, показывающей, что все
классификации эквивалентны [Черкашин, 2000, 2005].
Задача преобразования карты в карту косвенно решается при создании
карт взаимосвязи явлений [Берлянт, 1972], когда оценивается и картографиру¬
ется собственно отображение Fу. Аналогичное происходит при создании оце¬
ночных карт, когда информация базы данных ГИС или соответствующей серии
отраслевых аналитических карт переводится в карты оценки.
При переклассификации реализуется важная закономерность — каждый
объект (биологический вид, компонент геосистемы, строящееся предприятие)
имеет свои требования к факторам среды, упорядоченным в локальную систе¬
му координат. Расхождение между существующей факторной системой усло¬
вий среды и требованиями к условиям данного объекта определяет естествен¬
ные силы, которые заставляют в классификации объектных потребностей из¬
менять положение условий среды. У каждого объекта своя система ценности
факторов. Переклассификация — это форма тождественного преобразования
элементов классификации в другие элементы, в силу чего все классификации
оказываются структурно эквивалентными [Черкашин, 2000].
Наконец, переопределение теорий связано с изменением системных средств
описания (интерпретацией терминов) [Черкашин, 1997]. Эту проблему можно
сформулировать как выбор средств моделирования, адекватных поставленной за¬
даче, с переводом системы знаний одной предметной области в другую, например,
при интерпретации физико-географических закономерностей, отображенных на
ландшафтной карте, в нормативы природоохранного законодательства при созда¬
нии карты правового зонирования [Геоинформационная..., 2002]. В этом случае
коренным образом изменяется семантика языка карты. Различаются теории и
карты динамического, функционального, структурного и др. содержания.
Методология полисистемного картографирования, реализуемая в техноло¬
гии интегрированных ГИС, основывается на принципе полисистемного рас¬
слоения как на множества тематических карт, так и в строении картографируе¬
мого пространства с инвариантной дифференциацией этого пространства в
85
Часть I. Геосистемные основы картогра<1>ирования
геометрическом, топологическом и структурном отношении. Отсюда следует,
что любое картографирование, любое множество карт и их содержание должны
быть полисистемными, но главное — должны быть предъявлены логические
доказательства того, что действительно существуют скрытые связи между кар¬
тами и картографируемыми выделами разного содержания. Все эти связи реа¬
лизуются в геоинформационной среде, основываются на переопределении раз¬
личных информационных баз, и формирование этих связей единства в настоя¬
щее время является одной из центральных задач обоснования достоверности
результатов картографирования, а следовательно, прикладной полезности карт.
Для потребителя эти скрытые основания остаются неизвестными, и он работа¬
ет лишь с конечными продуктами научно-географического творчества. Но для
исследователя знание, понимание и обоснование первопричин являются необ¬
ходимыми условиями формирования полисистемы карт нового поколения и
эффективного использования ГИС. Накопленный в этом отношении опыт реа¬
лизации ГИС-проектов, математического моделирования и геоинформацион-
ного картографирования позволяет наметить пути реализации полисистем¬
ного картографирования и моделирования в операционной сети выделенных
информационных баз. Все это оценивается как перспективное направление
создания гибких и оперативных систем ситуационного анализа и территори¬
ального управления.
Приведенные примеры демонстрируют различные сферы приложения ме¬
тодологии полисистемного анализа и моделирования в географических иссле¬
дованиях. Понятно, что отражены только частные области исследований и дея¬
тельности, где возможно использовать эти подходы. Методы математического
моделирования и классификации при решении прикладных задач (картогра¬
фирование, планирование, управление) формируют как бы верхний идейный
слой знаний, переопределение задач в котором позволяет найти их решение ло¬
гическими средствами.
Переопределение теорий через интерпретацию понятий, моделей через их
гомотопическую эквивалентность, классификаций через симметрические пре¬
образования, данных через расчеты по моделям превращает полисистему зна¬
ний в гибкую технологию обоснования выводов, так необходимую в теоретиче¬
ской и практической работе.
В настоящее время признаются необходимыми разработка теории геоин-
формационного познания, определяющей правило точного отображения ес¬
тественного геоинформационного содержания географических объектов в
системы баз данных, знаний, моделей и теорий, и разработка системы поня¬
тий геоинформационного анализа, отражающих геоинформационную сущ¬
ность географических объектов. При реализации этих знаний осуществляется
преломление географических идей на инвариантной картографической осно¬
ве, в результате чего появляются карты нового тематического содержания.
Формируется инвариант-вариантная модель процедуры комплексного карто¬
графирования, порождающего атласы как картографические категории, где
карты становятся геоинформационными моделями друг друга, образуют гео-
информационный комплекс. Это вариантные, интерпретационные карты,
возникающие при реализации процедур переопределения — симметричного
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
преобразования данных и знаний под задачу, под территорию, под информа¬
цию. В итоге понимаемое таким образом интерпретационное картографиро¬
вание кладется в основу комплексного картографирования.
2.1.3. Метод интерпретации
Интерпретация как форма отображения информации широко распростра¬
нена в научных и прикладных работах. Она связана с множеством других по¬
знавательных процедур: обоснованием, моделированием, генерализацией, ти¬
пизацией, классификацией и т.д., т.е. охватывает главные процедуры производ¬
ства нового знания.
В широком смысле интерпретация (от лат. interpretatio — разъяснение,
(ис)толкование) — фундаментальная операция мышления, лежащая в основе
понимания, придания смысла любым проявлениям интеллектуальной деятель¬
ности, выраженным в знаковой или чувственно-наглядной форме. Интерпре¬
тация лежит в основе любого процесса коммуникации и преобразования ин¬
формации, в ходе которого приходится истолковывать природные явления, су¬
ждения и действия людей, произведения искусства, юридические законы и т.д.
Использование человеком знаковых систем, в частности языка как универсаль¬
ного средства выражения мысли, предполагает осуществление интерпретации,
которая имеет межсистемный характер и неразрывно связана с переводом, по¬
ниманием и объяснением.
Интерпретация в научном смысле — совокупность значений (смыслов,
символов), придаваемых по определенным правилам элементам некоторой тео¬
рии (выражениям, формулам и отдельным символам). В естественно-научных
математических теориях всегда подразумеваются некоторые интерпретации:
такие теории используют лишь осмысленные выражения, т.е. смысл каждого
выражения предполагается с самого начала известным. В собственно математи¬
ческих теориях интерпретация подразумевает преобразование законов с одного
формального языка на другой язык с формулировкой новых законов, часто в
отрыве от содержания. Разъяснительная функция формальных интерпретаций
ограничена, что преодолевается средствами математического моделирования —
использования математических символов для выражения содержания с после¬
дующим переводом формул в новое конкретное знание. При этом подразумева¬
ются аналогия, адекватность, изоморфизм интерпретируемой теории и модели
относительно описываемых свойств объектов и отношений между ними.
В большинстве случаев отношения между реальными объектами и их науч¬
ными образами неполны, неоднозначны, гомоморфны. Идет потеря информа¬
ции, снижение точности интерпретации. Повышение степени адекватности
интерпретаций становится важной задачей научных исследований во всех об¬
ластях знаний. Прежде всего речь должна идти об адекватности моделирова¬
ния, правильном выборе системной теории и перевода содержательных знаний
на ее язык, что подробно рассматривается в контексте полисистемного, проек¬
тивного моделирования [Черкашин, 2005].
Интерпретация на уровне данных осуществляется исследователем в виде
предположений о характере данных, полученных в результате измерения и под¬
87
Часть I. Геосистемпые основы картографирования
лежащих анализу. При любом подходе к анализу подобные предположения
активно используются, даже если ученый не отдает себе в этом отчета. Часто
предположения, на которые опираются методы, весьма спорны, поэтому ис¬
следователь должен уделять интерпретации данных большое внимание. Интер¬
претация данных должна учитывать свойства эмпирической системы, отобра¬
жающейся в данные при измерении [Интерпретация..., 1987; Математиче¬
ские..., 1989|.
В схемах моделирования интерпретация часто означает перевод содержа¬
тельных представлений на формальный язык и обратный перевод результатов
применения математических моделей в содержательную форму. Интерпретация
знаний означает получение дополнительной информации из системы знаний,
представленных в виде типологических обобщений, классификаций, исследова¬
тельских и практических процедур. Интерпретация теорий — распространенный
термин в метаматематике, означающий перевод аксиом с языка одной теории на
язык другой теории, когда данные теории становятся моделью друг друга.
Из этих определений видно, что интерпретация — это форма познаватель¬
ного отображения разного рода информации, близкого по содержанию к пред¬
ставлению о переопределении информационных баз, обоснованию выводов.
В рамках полисистемной методологии понятие “интерпретация” приобретает
фундаментальное значение и рассматривается как общенаучный термин в сис¬
теме Единой науки. Интерпретация — это тождественность знаний, их взаимо-
выводимость. Интерпретация объединяет все формы логического вывода —
индукцию, дедукцию, вывод по аналогии. В последнем случае реализуется мо¬
дельный подход, обеспечивающий связь разнокачественных слоев знания, ко¬
торый в данном случае является определяющим.
Географическая интерпретация данных, знаний, моделей и теорий имеет
свою специфику, определяемую индивидуальным комплексным характером
объектов исследования и картографическим (в широком смысле — пространст¬
венно распределенным) способом представления результатов интерпретации.
Интерпретационное картографирование — это преобразование одного кар¬
тографического произведения в другое через сопоставление соответствующих
им легенд. Формально такая задача ставится следующим образом.
Расслоение £ = (S, к, В), выполняемое при картографировании территори¬
ального комплекса 5, результатом которого является карта М с легендой В, на¬
зовем картографическим расслоением. Полная картина такого расслоения за¬
дается коммутативной диаграммой вида
(3)
S у—► м
Процедура расслоения связывает континуальность исходных данных и ти¬
пологическую дискретность картографического геоизображения через типоло¬
гическую структуру базы расслоения. В итоге объединяются данные (5), знания
(В) и картографические произведения (М) — каждое из этих трех структур по¬
рождает самостоятельное направление геоинформатики (модели базы данных,
базы знаний, основанных на типологии и классификации, геоинформацнон-
88
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
ную картографию). Понятно, что на одной и той же информационной базе S с
использованием разных баз расслоения В могут создаваться разные карты М.
Веер картографических расслоений подразумевает существование типологии и
классификации самих баз расслоений.
Многообразие подходов к дифференциации общей геоинформационной
базы территории (геоинформационного территориального объекта) предпо¬
лагает наличие различных алгоритмов картосоставления. Это входит в саму
сущность геоинформационного картографирования — отрасли картографии,
занимающейся автоматизированным составлением и использованием карт на
основе геоинформационных технологий и баз географических знаний. Без ал¬
горитмов и глубоко структурированных знаний геоинформационные системы
кажутся безжизненными, способными выполнять только элементарные опе¬
рации картографической визуализации имеющихся данных. Необходим ста¬
тистический, аналитический и логический расчет по всей совокупности дан¬
ных ГИС и космической информации, чего в настоящее время явно недоста¬
точно в научно-географических исследованиях.
Подобно другим расслоениям [Постников, 1988], картографические рас¬
слоения могут отображаться друг на друга, порождая различного рода срав¬
нения:
х
где = (S', л', В') — другое картографическое расслоение с другим объектом S'
расслоения средствами отображения информации я' и легендой В'. Отображе¬
ние ф — это сравнение объектов картографирования, Ф — сравнение картогра¬
фических произведений, А. — сравнение баз расслоения (легенд карт).
Из диаграммы (4) следует, что процедура сравнения информационных объ¬
ектов картографирования ф: S —> S' является самостоятельной. Удаление из (4)
Ф и даже 5 и S' ничего не меняет в процедурах расслоения, но выделяет важный
блок собственно картографических задач:
В ^ ► В'
/| (/•
м ф
Сравнение баз расслоения проводится по формуле Х(Ь) = Ь'е В', т.е. обес¬
печивается взаимно однозначным соответствием легенд карт. Здесь выполняет¬
ся соотношение, замыкающее коммутативную диаграмму (5):
/оф=Ь/".
Часть I. Геосистемные основы картографирования
Отсюда следует, что процедура картографической интерпретации — перевода
карты М в карту М' — при известных средствах картографирования / и /' осу¬
ществляется через сравнение соответствующих им легенд. Таким образом, по¬
является возможность создания и преобразования одного картографического
произведения в другое даже тогда, когда речь идет о картографировании абсо¬
лютно различных объектов. В этом заключается основная идея интерпретаци¬
онного картографирования, в котором наибольшее значение имеет процедура
структурирования баз расслоения при разработке легенд.
Структура легенды исходной карты а(В) — это упорядоченное множество,
заданное бинарным отношением В х В, элементы которого — паросочетания
(fti, 62) — отражают связи элементов Ь|, bj е В базы расслоения. Это отношение
В х В часто задается матрицей-таблицей, элементы которой равны 0 (связь от¬
сутствует) или 1 (связь есть). Любая классификация а(В)е Вх В является в
этом смысле системой, элементы которой соответствуют элементам базы рас¬
слоения, а связи Vопределяются матрицей В х В. Поэтому структура ст (В) зада¬
ется множеством (В, V) и эквивалентна графу, вершины которого соответству¬
ют В, а ребра — V. Для графа структура а(В) е В * В называется матрицей инци¬
дентности (смежности или соседства).
Для шкал В и В| отношение типа В х В\ задает систему координат, расчле¬
ненную на ячейки, каждая из которых соответствует определенному виду кор¬
реляции между показателями: связи высоты над ур. м. и температуры и т.д. Так
строятся легенды корреляционных карт. Например, Д.В. Воробьевым [1961]
предложена классификационная модель такого рода в виде сетки климатиче¬
ских и эдафических факторов. По этому же принципу построена классифика¬
ция условий местопроизрастания лесов в координатах “влажность почвы -
плодородие почвы” П.С. Погребняка.
Широко распространенным примером интерпретационного картографи¬
рования является перевод ландшафтно-типологической карты в отраслевую те¬
матическую карту путем сопоставления каждого элемента ландшафтной типо¬
логии с определенным значением компонента геосистем, характерным для
ландшафтного выдела.
2.1.4. Интерпретационное картографирование
Разработка методов ГИС-картографирования геосистем — одна из актуаль¬
ных задач современной географии и картографии. Создание ландшафтных
карт, основываясь на геоинформационных технологиях, призвано объективи¬
зировать процесс картосоставления, повысить точность и достоверность карто¬
графической продукции, открыть новые возможности для составления на базе
выявленной ландшафтной структуры территории карт производного тематиче¬
ского содержания. Эта трудная задача решается специалистами с момента фор¬
мирования ландшафтной науки в разных научных центрах России, например, в
московской, санкт-петербургской, красноярской и иркутской ландшафтных
школах. Поэтому всякая попытка продвинуться в этом направлении должнл
приветствоваться, поддерживаться и критически анализироваться, поскольку
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
именно в этом пункте исследователи сталкиваются с решением фундаменталь¬
ных проблем физической географии, ориентированных на практику.
Важность ландшафтных карт для решения народно-хозяйственных проблем
неоднократно подчеркивалась. В работах Н.Л. Солнцева {20011 отмечалось, что
“хорошее знакомство с физико-географическими особенностями фаций имеет
важное практическое значение, особенно в сельском хозяйстве, лесоводстве и
т.д." (с. 59). Практики знакомы с этими закономерностями и постоянно исполь¬
зуют их в своей работе. Ссылаясь на Н.Ф. Комарова, Н.А. Солнцев приводит лю¬
бопытный пример различного хозяйственного освоения склонов долин: местное
население использует днища долин под ячмень, южные склоны — под пшеницу,
а северные склоны вообще не распахиваются. “В этом отношении ... ландшафт¬
ная карта крупного масштаба, изображающая все фации, представляет большой
интерес не только для практиков-специалистов, стремящихся наиболее рацио¬
нально использовать территорию в хозяйственном отношении, но и для каждого
натуралиста, который ведет на этой территории различного рода исследования, в
том числе, конечно, и биогеоценологические” [Солнцев, 2001, с. 186).
С самого начала становления ландшафтной школы сибирских географов
картографические работы были направлены на создание и использование оце¬
ночных ландшафтных карт [Сочава и др., 1965; Крауклис, Михеев, 1965; Белов
и др., 1966; Сочава и др., 1977; Крауклис, Михеев, 1963; Ряшин и др., 1963; Ми¬
хеев, 1987]. Полевые исследования проводились по всей Сибири, в частности в
горно-таежных районах Северного Забайкалья, где выполнялись ландшафтные
наблюдения для оценки таежных земель в целях их дальнейшего освоения. Раз¬
рабатывалась методика обзорного ландшафтного картографирования и физи¬
ко-географического районирования. Важнейшим результатом следует считать
создание ландшафтной карты Юга Восточной Сибири [Михеев, Ряшин, 1977].
Это уникальное в своем роде картографическое произведение сконцентрирова¬
ло в себе основные научные достижения сибирской школы географов по иден¬
тификации, классификации и представлению геосистем топологической и ре¬
гиональной размерности. Типологическая основа картографирования создала
предпосылки практического использования ландшафтных карт для выработки
практических рекомендаций на основе знания природных режимов фаций и их
таксономических объединений. Эта карта в методическом и практическом ас¬
пекте еще не получила должной оценки и в определенном смысле представляет
собой проект нового столетия.
Особенно следует отметить работы B.C. Михеева [1987, 2001] по тематике,
связанной с ландшафтно-географическим обеспечением решения комплекс¬
ных проблем Сибири. Он стал основателем нового и перспективного для наше¬
го времени направления науки — геоинформационное ландшафтно-географиче-
ское обеспечение решения комплексных проблем хозяйственного освоения террито¬
рий. Разработаны новые методы эколого-географической экспертизы и оценки
земель, базирующиеся на детальном учете особенностей природной основы
ландшафтов. В этом направлении он развивал и совершенствовал фундамен¬
тальные принципы геосистемной теории, сформулированные В.Б. Сочавой.
Свои выводы B.C. Михеев обосновывал на многочисленных данных маршрут¬
ных и стационарных исследований, материалах аэрокосмической съемки и во¬
91
Часть I. Геосистемные основы картографирования
площал в уникальных картографических произведениях и результатах много¬
численных экологических экспертиз проектов, включая проекты переброски
вод сибирских рек и освоения нефтегазоносных районов Западной и Восточ¬
ной Сибири.
Существует много других примеров использования ландшафтного метода в
практических работах, но они базируются в основном на субъективном воспри¬
ятии ландшафтов и интерпретации их свойств, поэтому необходимо упорядо¬
чить алгоритмы ландшафтного картографирования, повысив их достоверность
и точность.
Такие исследования должны быть направлены на инвентаризацию, систе¬
матизацию и популяризацию ландшафтно-типологического (структурно-дина-
мического, ландшафтно-генетического) направления сибирской географиче¬
ской школы. Это направление характеризуется конструктивной организацией
географических знаний, ориентированной на создание систем ландшафт¬
но-географического информационного обеспечения (геологистики) в виде ГИС и
экспертных систем извлечения знаний из картографических и классификаци¬
онных построений географической науки. Подобный ландшафтно-интерпре¬
тационный подход для получения специальных карт и отраслевой оценочной
информации находит все большее распространение в теоретических и при¬
кладных исследованиях, однако его использование часто неэффективно из-за
отсутствия целостных, системных представлений о потенциале ландшафт¬
но-генетического метода. Со времени публикации книги академика В.Б. Со-
чавы “Учение о геосистемах” [1978] других обобщающих фундаментальных
работ в этой области не было, хотя само направление интенсивно развивалось
и продолжает развиваться.
Создание теории геосистем как раздела общей теории динамических сис¬
тем и разработка методов ее применения для геоинформационного обеспече¬
ния принятия решений — важная задача, которая постепенно решается. Ито¬
гом такой работы должна стать подготовка аналитического справочника с из¬
ложением основ этой теории и словаря основных ее терминов. Другие
направления этих исследований — поиск объективных критериев и методов
создания крупномасштабных ландшафтных карт на основе принципов теории
геосистем и многозональной космической информации для развития методо¬
логии геосистемного анализа, а также разработка моделей и методов автома¬
тизированной дистанционной индикации различных свойств, принимающих
во внимание особенности местных (геосистемных) условий.
Необходима разработка специальных теорий географической науки, позво¬
ляющих с разных сторон синтезировать накопленное знание в системы поня¬
тий и законов пространственной организации жизни природы и общества. Требу¬
ется создание моделей и методов использования ландшафтно-географической
информации для извлечения специальных знаний о местных процессах и явле¬
ниях, многосторонней оценки территории и планирования хозяйственной дея¬
тельности.
В последние десятилетия ландшафтно-интерпретационный подход при ре¬
шении разнообразных научных и прикладных задач получает все большее рас¬
пространение. В его основу положены принципы генетического ландшафтове-
92
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
дения сибирской географической школы академика В.Б. Сочавы, когда диффе¬
ренциация территории проводится по типологическим критериям и каждый
ландшафтный выдел ставится в соответствие особой классификационной по¬
зиции, связанным с ней интегральному природному режиму, единому физи¬
ко-географическому процессу, набору свойств и компонентных характеристик.
По этой причине все, что происходит в границах выдела, определяется этими
особенностями. Следовательно, для восстановления конкретного свойства гео¬
системы, оценки последствий проводимых мероприятий достаточно знать
ландшафтно-типологическую принадлежность выдела и его текущего перемен¬
ного состояния. На этой основе развивается модель ландшафтно-типологиче¬
ской предопределенности наблюдаемых процессов и явлений, с помощью которой
необходимо построить систему извлечения специальных знаний и методоло¬
гию интерпретационного картографирования. Эта модель является следствием
обшей схемы двойной реальности, зафиксированной в аксиоме двухрядной
классификации геосистем (геохоры и геомеры). В основу геосистемного анали¬
за положена классификация геомеров, в разных сочетаниях проявляющихся в
структуре единиц районирования и характерных для них регуляторных и вос¬
становительных процессов.
Именно для реализации такого подхода разрабатывается концепция инва-
риант-вариантных типологических фрактальных эпиструктур, в рамках кото¬
рой решаются проблемы классификации, факторального анализа местной де¬
формации геосистем, исследования временной и пространственной изменчи¬
вости геосистем, формирования понятийной и аксиоматической базы теории
геосистем. Этот подход развивает и дополняет известные модели факторальных
рядов, восстановительно-возрастной динамики геосистем, иерархии геомеров.
Использование ландшафтно-интерпретационных методов в различных
областях географической науки выявляет три основных недостатка: I) отсут¬
ствие объективных критериев создания ландшафтно-типологической основы
дифференциации территории, что приводит к ошибкам выводов и рекоменда¬
ций; 2) незнание основ учения о геосистемах и повторение в своих исследова¬
ниях давно пройденного другими специалистами; 3) явная фальсификация
методов геосистемного анализа, что часто прослеживается в работах, особен¬
но молодых ученых. Это объясняется: 1) разбросанностью основных геосис¬
темных идей по разным публикациям; 2) сложностью изложения результатов
исследования классиками учения о геосистемах; 3) неоднозначностью интер¬
претации терминов разными специалистами; 4) отсутствием системности из¬
ложения материала.
Для преодоления этих трудностей необходимы инвентаризация и система¬
тизация геосистемных знаний и знаний смежных дисциплин для создания ра¬
бочего словаря-справочника. Здесь мы исходим из представления о том, что
учение о геосистемах в изложении В.Б. Сочавы было призвано синтезировать
разбегающееся” отраслевое географическое знание и дать возможность эф¬
фективно использовать в отраслевых науках (биогеография, геоморфология,
гидрология и т.д.) ландшафтные методы. Эта задача в общих чертах была реше¬
на. что позволило говорить о ландшафтно-географическом геоинформацион-
Ном обеспечении (в смысле B.C. Михеева) разного рода теоретических и при¬
93
Часть I. Геосистемные основы картографирования
кладных исследований. В дальнейшем это получает развитие в создании ГИС
территориального управления, интерпретационного картографирования и ме¬
тодологии геоинформационной логистики.
В специально-научном смысле геосистемный подход альтернативен по¬
компонентному анализу географических объектов и призван объединить отрас¬
левое знание, что достигается решением задач типологии географической сре¬
ды в рамках ландшафтно-генетического подхода. В этом смысле геосистемная
типология и классификация являются интегрирующими по отношению к от¬
раслевым типологиям (генетическая классификация почв, лесной растительно¬
сти и т.д.).
На современном этапе развития геоинформационных технологий осуще¬
ствляется переход к новому конструктивному периоду с созданием концепту¬
альных, технических и организационных условий для такого перехода, с осоз¬
нанием необходимости ГИС не только в профессиональной географии, но
и для совершенствования информационного обеспечения важных природ¬
но-хозяйственных задач, рационального использования информационных ре¬
сурсов [Кошкарев и др., 1991]. В концептуальном смысле речь здесь должна
идти о “ландшафтно-обусловленных” ГИС — ландшафтных ГИС.
Необходимо постулировать, что основой картографического обеспечения
хозяйственных мероприятий должны быть ландшафтные карты. Для реализа¬
ции этого факта требуется ответить на следующие вопросы. В чем суть объек¬
тивного картографирования геосистем, достоверного выделения границ при¬
родных комплексов? Как с использованием ГИС и космических снимков соз¬
давать карты геосистем? Какая информация необходима для этой работы? Как
эту информацию без потерь преобразовать в ландшафтную карту? Каково со¬
держание алгоритмов такого преобразования? Как осуществить проверку полу¬
ченной карты?
Многое препятствует использованию этой гипотезы при картографирова¬
нии — при создании карт производного тематического содержания. Нет отве¬
тов на вопросы: 1) как должна создаваться ландшафтная карта, удовлетворяю¬
щая этим условиям, поскольку каждая ландшафтная школа дает свой ответ;
2) какими свойствами должна обладать легенда ландшафтной карты, чтобы
иметь возможность переходить от карты к карте; 3) как реально осуществляется
переход от ландшафтной карты к карте специального тематического содержа¬
ния и как на различие этих переходов влияет различие содержания производ¬
ных тематических карт.
Ключевая роль ландшафтной карты в пространственном анализе и карто¬
графировании территории общеизвестна. Ее информационная емкость доста¬
точно большая и не используется в полной мере по причине неясности многих
вопросов, связанных с принципами, заложенными в определение границ кон¬
туров и легенду содержания ландшафтной карты. Существует неточность в
формулировке критериев отнесения географических объектов к тому или ино¬
му типу и в интерпретации сущности типа в разных отношениях. К тому же
принципы ландшафтного картографирования базируются на разных основах,
что в каждом случае приводит к различиям трактовок процессов и явлении.
Теоретические схемы ландшафтоведения, обладая разными дедуктивными воз¬
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
можностями, с разных сторон и по-разному трактуют земную действитель¬
ность, но в итоге должны давать сопоставимые результаты. Прежде всего это
касается выделения ландшафтных границ, когда контуры выделов в разных
системных интерпретациях должны быть соизмеримы. Необходимо доказать
существование инвариантной контурной основы.
Геоинформационная картография — интенсивно развивающееся научное
направление, основанное на использовании геоинформационных систем, ком¬
пьютерной, цифровой картографии. Исходя именно из такого понимания гео¬
информационного картографирования как системного информационно-карто-
графического моделирования геосистем, необходимо связать ГИС-технологии
с ландшафтным картографированием и ландшафтные карты с ГИС-техноло-
гиями создания карт нового тематического содержания. Только ответив на во¬
прос о технологии этого процесса, можно говорить об узловой роли ландшафт¬
ных карт в тематическом картографировании и решении прикладных задач ин¬
формационно-географического обеспечения.
2.2. Математические технологии
Математические технологии позволяют использовать фундаментальные
математические идеи для обработки географической информации с целью вы¬
яснения скрытых закономерностей непосредственно, не прибегая к моделиро¬
ванию. Иными словами, математические процедуры в алгоритмизированной
форме применяются для преобразования информации без дополнительных
концептуальных ограничений, т.е. данные переходят в данные без субъектив¬
ных искажений. Математические формулы позволяют проявить в информации
те свойства и связи, которые в ней имманентно присутствуют. Такая возмож¬
ность связана с общезначимостью математических преобразований и законов,
их строгой логической обоснованностью. Все это позволяет повысить точность
и доказательность результатов географических исследований, обогатить новы¬
ми процедурами геоинформационные технологии.
Геоинформатика работает с данными и знаниями о пространственно-рас¬
пределенных объектах, учитывая не только геометрию и топологию географи¬
ческого пространства, но и сведения о качественных и количественных харак¬
теристиках территориальных объектов. Масса данных требует своего осмысле¬
ния и практического использования при решении многих задач с помощью
ГИС — современного инструмента геосистемного анализа. Причем речь идет
не только о предварительной обработке и картографическом представлении
информации, но и о глубоком теоретическом и математическом анализе ин¬
формации с получением новых знаний и алгоритмов для ответов на самые
сложные вопросы практики.
2.2.1. Математика как информатика
Во взаимодействии с геоинформатикой лучше прослеживаются роль и ме¬
сто математики в разработке интегрированных ГИС. ИГИС рассматривается
как система, в центре которой находится ядро математических знаний, раскру¬
95
Часть I. Геосистемные основы картографирования
чивание которого (вариации на тему конкретной действительности) порождает
всю практически значимую информацию: данные, знания, модели, теории
[Черкашин, 2005]. Разноуровневая информация объединяется в единую науку
(см. п. 1.1.1), которая выступает в качестве метатеории, тогда математика рас¬
сматривается как метанаука.
Математика по своим основам и истокам коренным образом отличается от
конкретного знания. Это хорошо известно, но вместе с тем подчеркивается не¬
разрывное единство содержательных теорий и математических методов их раз¬
вития. Прекрасный пример — физика (математическая физика). Труды по ма¬
тематическим основам той или иной научной концепции — это уже не наука, а
математика. Очень часто эти основы мало что дают для развития содержатель¬
ного знания. Скорее, содержательное знание подталкивает развитие основ, но
здесь необходима определенная степень готовности конкретной науки трудить¬
ся на равных с математикой.
В географии большой интерес к использованию математических методов в
1960—70-е годы, когда проводились многочисленные конференции по этой тема¬
тике, сменился охлаждением исследователей к данной проблематике. Причиной
этого стал огромный разрыв между потребностями географической науки в ото¬
бражении закономерностей строения и развития географического пространства и
возможностями, которые предоставляют для этого матметоды. Современное по¬
вышение интереса к этой области знания связано со стремлением к объективиза¬
ции географического знания, расширению арсенала средств и методов геосистем¬
ного анализа. Все это говорит о зрелости географии как фундаментальной науки.
Философская оппозиция “содержательное знание — формальное знание
(математика)” не исчерпывает всей глубины различия собственно науки и ма- ;
тематики. Математика — это скорее трансцендентное знание, всеобъемлющее,
всепроникающее знание относительно специальных теорий конкретного со- j
держания (метанаука). В таком смысле эта практически бесполезная метанаука j
становится теоретически значимой. Математическое (М) проявляется через I
формальное (F) в содержательном (С).
М
\/ <»
С
Иными словами, мы должны отделять собственно математическое знание
от формализованного (модельного), рассматривая последнее как одно из опо¬
средующих звеньев использования математики в практике познания реально¬
сти посредством моделирования. Но математическое знание может использо¬
ваться напрямую в конкретных научных исследованиях, что составляет суш- ;
ность математических технологий. !
Такой подход близок к пониманию математической технологии Н.Н. Янен-
ко [1977, 1978], который писал: «Объекты современной математики, теоретиче¬
ское “ядро” которой составляют топология, геометрия, алгебра и функциональ¬
ный анализ, представляют собой идеальные логические конструкции, образую- j
щие некоторую операционную систему» (с. 12). Они идеальны, если, с одном
стороны, иметь в виду их практическую недостижимость и нереализуемость, ас
96
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
другой — принимать во внимание их прекрасные операционные качества, по¬
зволяющие совершать действия без потери информации.
Математика рассматривается как запредельная (трансцендентная) инфор¬
мация (высшие законы информационной природы), реализующаяся (овещест¬
вляющаяся, осуществляющаяся) в материальном мире: математика — высшая
информатика.
Основанные на чистой математике операционные системы логического и
численного анализа формируют математические технологии. Термин “матема¬
тическая технология” соотносится со многими другими установившимися по¬
нятиями: прикладная математика, вычислительная (компьютерная) математи¬
ка, математический анализ, математические основы науки, математическое
обеспечение, математические теории, вычислительные технологии, численные
методы и т.д. У каждого из этих терминов свой объем понятий, различающихся
по сути.
Таким образом, математическая технология — совокупность процедур, ос¬
нованных на собственно математических методах и результатах решения содер¬
жательных задач без предварительной формализации. “Hypothesis non fingo”
(“гипотез не строю”) — весьма удачное высказывание И. Ньютона, примени¬
мое абсолютизированно к данному случаю приложения математических идей
для анализа исходной информации.
Безмодельный подход, реализующийся в математической технологии, по¬
зволяет объективно подходить к анализу информации, содержащейся в ГИС.
Однако такой путь познания требует соответствующей подготовки геоинфор¬
мационных технологий к восприятию математических идей. Данные и знания
должны удовлетворять предварительным требованиям математического анали¬
за, их необходимо подготовить под условия задачи. Современные информаци¬
онные ресурсы, в частности использование космических растровых снимков,
дают возможность все чаще выходить на математические технологии. Это по¬
зволяет “на кончике пера” получать результаты, которые затем осмысливаются
специальным теоретическим образом.
С другой стороны, необходимо сквозное математическое знание, приемле¬
мое для получения новых знаний независимо от теоретической принадлежности
предмета исследования. Особенно это важно в географии, где объект является
предметом исследования множества научных теорий, а это означает, что выяв¬
ленные математическими технологиями свойства объекта должны быть инвари¬
антны предметной области и с одинаковым успехом объяснены разными теоре¬
тическими средствами, в чем и заключается смысл полисистемности знаний.
Простейшие примеры применения математических технологий — корре¬
ляционный анализ линейных связей, определение положения экстремума чи¬
словой функции. Прекрасно оправдало себя использование полного диффе¬
ренциала в термодинамике, функции Гамильтона — Якоби в классической и
квантовой механике. Многие аналитические возможности математики просто
неизвестны специалистам, но чаще они не воспринимаются как конструктив¬
ный инструмент познания. Многие используемые в специальных исследова¬
ниях методы обработки с математической точки зрения ошибочны. Особенно
это касается использования средних величин как показателей тенденций из¬
97
Часть I. Геосистемные основы картографирования
менения систем. Закономерны вопросы: 1) правильно ли рассчитаны средние
(арифметические, геометрические и др.); 2) отражают ли изменения средних
значений какой-либо реальный процесс?
Рассмотрим несколько примеров численного математического анализа с
использованием свойств огибающих функций, касательных преобразований
Лежандра и определителя Якоби.
2.2.2. Изменчивость характеристик геосистем
В однотипных условиях ландшафтных фаций динамика леса реализуется
по общему принципу свойственных фации природных режимов и выражается в
закономерном порядке смены состояний — восстановительно-возрастной сук-
цессионной динамике. Однако в зависимости от начального состояния леса,
катастрофического влияния естественных и антропогенных факторов в сукцес-
сионном развитии лесов наблюдаются различия. Имеет место разброс дан¬
ных — характеристик древостоев одного возраста в однотипной среде. Потен¬
циал местообитания реализуется не в полной мере. С математической точки
зрения это означает, что общие решения системы дифференциальных уравне¬
ний однозначно определяются начальными и граничными условиями.
Сверху и снизу множество возможных точек и траекторий ограничено оги¬
бающими, уравнения которых также относятся к данному классу [Эльсгольц,
1969]. Таким образом, проанализировав свойства траектории, ограничиваю¬
щей, например сверху, массив данных, можно восстановить уравнение поведе¬
ния системы с максимальными (эталонными) характеристиками и рассчитать
инварианты системы всего класса.
Для реализации математической технологии, основанной на свойствах
огибающих, используются данные ГИС лесов Слюдянского района Иркутской
области [Геоинформационная..., 2002] и модели теории механизмов взаимо¬
действия [Черкашин, 2005]. Дается описание экологических механизмов функ¬
ционального взаимодействия компонентов биогеоценозов для создания адек¬
ватных моделей прогнозирования природной и антропогенной динамики лес¬
ных экосистем в разнообразных лесорастительных условиях.
Теоретически это обеспечивается выявлением слоев-ядер устойчивости-не¬
устойчивости в пространственно-временной структуре лесных экосистем. Кон¬
цептуально такой подход основывается на идеях структурно-динамического
ландшафтоведения сибирской географической школы [Сочава, 1978], когда от¬
дельные биогеоценозы рассматриваются как переменные состояния фаций:
будучи упорядоченными в восстановительно-возрастной ряд, они соответствуют
генетическому типу леса. Ядро фации как слоя (самостоятельной элементарной
ячейки) географического пространства соответствует коренному состоянию
леса, а остальные — переменные состояния, включая антропогенные модифика¬
ции, — множеству отклонений от коренного состояния, т.е. его вариациям, ва¬
риантам существования, множеству допустимых состояний, области определе¬
ния фации. Такая вариативная логика переносится и на отдельные биогеоцено¬
зы (переменные состояния фаций), когда биогеоценоз характеризуется базовым
(исходным) состоянием и множеством отклонений от него. Так формируется
многоуровневая, разветвленная, фрактальная модель представления эколого-гео-
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
ЛС СХ
Рис. 2.2. Стадии восстановительно-возраст¬
ной сукцессии. Точки — равновесные состоя¬
ния. Круги — области притяжения (стадии).
0-1И — уровни сложности восстановитель¬
ных процессов (пояснения в тексте). Стадии:
ЛС — лиственная, СХ — светлохвойная,
ТХ — темнохвойная.
графических знаний, отражающих иерар¬
хию геосистем и разнонаправленность их
изменений (рис. 1.2).
Исследуется модель восстановления
не покрытых лесом площадей (вырубки,
гари) в последовательности лиственные
-> светлохвойные -> темнохвойные та¬
ежные биогеоценозы. В зависимости от полноты реализации этого ряда в раз¬
ных местоположениях выделяются восстановительные процессы разной слож¬
ности (рис. 2.2): 0) редуцированные устойчиво длительно-производные луго¬
вые сообщества; I) устойчиво длительно-производные мелколиственные леса;
И) восстановительно-возрастная серия светлохвойных лесов; 111) полный ряд
восстановления темнохвойных лесов. Эти ряды хорошо проявляются в горной
тайге Прибайкалья. Для их анализа использовались данные маршрутных и
трансектных исследований и лесной таксации лесов Слюдянского района, со¬
средоточенных в ГИС [Геоинформационная..., 2002].
Математические модели сукцессионных смен отражают механизмы линей¬
ного взаимодействия запасов fl,-(f) различных групп пород (/ = 1,2,3 — листвен¬
ные, светло- и темнохвойные):
dR{
dt
dR2
ИГ
dR3
dt
dX{
~dT
dX2
~dt~
dXj
~dT
^11^1 ^21^2 ^31^3 ^1 >
= <3|2^| + ^22^2 Я32^3 + C2,
= a13K, + a2yR2 + Q33JR3 ■+■ C3,
= Q||Xj + ^21^2 + a31*3 — Ml’
= Q\2X 1 + a22X2 + 032^3 ~ M2’
= a^X 1 + a23X2 + ^33X3 - u3,
(1)
(2)
где Xj(t) — отклонение запаса i-й группы пород Rj(t) от равновесного R,o (Xj(t) =
= Rt(t) — Я,о); dji — коэффициенты влияния запасов; м, — управляющее воздей¬
ствие; свободный член в уравнении (1):
С,- =-а|1Я10 - 02/^20 ~ a3i^30 ~ ui- (3)
99
Часть I. Геосистемные основы картографирования
Такие уравнения записываются для каждой стадии развития (рис. 2.2).
Они являются своеобразными обобщениями уравнений изменения запаса
(п. 1.3.3) на случай конкурентного взаимодействия нескольких пород, но опи¬
сывают процессы не в терминах динамики систем, а в понятиях теории регу¬
лирования.
С характеристиками биоты функционально тесно связаны все остальные
геосистемные свойства. Эта связь удовлетворяет линейной комбинации фак¬
торов:
Zj(t) = Y,bijX,{t), (4)
/
отражающей, например, формирования стока Zj(t) в ландшафте. Действенность
такой зависимости объясняется тем, что биота является наиболее динамичной
частью геосистем, обладающей способностью к самовоспроизведению, раз¬
множению, росту. Взаимодействуя с остальными компонентами, биота высту¬
пает как важнейший фактор саморегуляции, восстановления и стабилизации
[Крауклис, 1978].
По аналогии, биотические характеристики становятся линейными функ¬
циями свойств других компонентов:
Xj(t) = Y,kjiZj- (5)
j
Подстановка (5) в (2) приводит также к линейным дифференциальным
уравнениям со специальными коэффициентами, с изменением которых одна
система уравнений связей преобразуется в другую при сохранении некоторого
инварианта, который соответствует корням характеристических уравнений и
частным решениям исходной системы.
Для непосредственного изучения взаимодействия необходимы долговре¬
менные наблюдения на каждом выделе, что практически невозможно. В прак¬
тике лесной таксации, например, при построении таблиц хода роста природ¬
ные ситуации типизируют (по бонитету, типу леса, группам типа леса) и затем
подбирают древостой, соответствующие разным восстановительным стадиям
развития леса в сходных условиях. В базах ГИС повыделенной лесоустроитель¬
ной информации содержатся многочисленные данные таксации биогеоценозов
в разных природных ситуациях. Их можно упорядочить по “сукцессионному”
возрасту t, соответствующему стадиям восстановительной серии (рис. 2.3). Ка¬
ждое лесонасаждение в пределах одной группы типов леса (по объему понятия
примерно соответствует группе географических фаций) в лесотаксационных
данных ГИС представлено на рис. 2.3 одной точкой (запас лесов на единице
площади данной группы пород данного выдела). Это — срез значений /?,-(*) для
фиксированного /. Как видно, для разных выделов в одних и тех же условиях
существует огромный разброс значений, который обычно интерпретируют как
“ошибку наблюдений” и в качестве итоговой тенденции выбирают изменение
средних значений переменной, но что они описывают?
Правильнее предположить, что зафиксированные в базе данных ГИС пара¬
метры наблюдаемых экосистем объективно (с известной точностью таксации)
отражают состояния биогеоценозов. Даже в рамках одной группы типов леса в
100
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
ю
*
2
х
S
о
аа
о
а
е*
о
«я
Е
сз
ГО
Сукцессионный возраст, лет
Рис. 2.3. Изменение с возрастом запаса темнохвойных пород в горно-таежных разно¬
травных лесах III бонитета Слюдянского лесхоза (извлечено из базы данных ГИС Слю-
дянского района и обработано). Точки характеризуют состояние отдельных лесотакса¬
ционных выделов, линия — огибающая множества этих точек.
одном возрасте возможен значительный разброс показателей, связанный с осо¬
бенностью начальных условий восстановления леса, местной спецификой
взаимодействия пород и т.д. Поведение всех биогеоценозов описывается урав¬
нениями вида (1) со своими значениями переменной ЯДО и коэффициентами
взаимодействия aJ( . Но если они относятся к одному типу системы, т.е. облада¬
ют одними и теми же характеристическими свойствами (интенсивностью, ус¬
тойчивостью, управляемостью и др.), то все эти системы, как бы ни разнились
они по параметрам, оказываются эквивалентными. Огромное множество тра¬
екторий поведения однотипных экосистем Я,-(f) плотно покрывает пространст¬
во “характеристика запаса — время” (рис. 2.3), проявляя различные значения
запасов древостоев конкретной породы. Для любого t всегда найдется наиболь¬
ший запас Ят,(Г) из множества реализаций Я,(0 поведения однотипных экоси¬
стем в разных местоположениях. Кривая Ят,-(0 рассматривается как огибающая
множества всех возможных траекторий ЯДО» которая является решением ис¬
ходного уравнения (1) с соответствующими параметрами а;7.
Огибающая запасов ЯтД0 выделяется по каждой группе пород, каждой
группе типов леса, бонитету и стадии развития на территории. Коэффициенты
Oj, и С,- уравнения (1) оцениваются методом наименьших квадратов по данным
об изменении ЯтД0- На их основе с использованием (3) определяются равно¬
весные состояния Я,о-
Дальнейший анализ уравнений (1)-(2) осуществляется с использованием
известных математических методов: устойчивость (по Ляпунову) — по крите¬
рию Гурвица, оптимальное управление — по методу, основанному на принципе
максимума Понтрягина (подробнее см. п. 8.4.3 и [Мясникова, 2005]).
101
Часть I. Геосистемные основы картографирования
Оптимальность оценивается на интервале времени [Т\, Т2) по критерию
максимизации какого-либо геосистемного параметра Zj(t) (4), например сум¬
марного запаса лесонасаждений разных пород:
Ь
Jj=HLbijRiW1’ (6)
Т\ ‘
где Ь,- — весовые коэффициенты, показывающие роль (значение) данной груп¬
пы пород в древостое (целевая структура лесопользования). Устойчивость и оп¬
тимальность рассчитываются с использованием электронных таблиц Excel, что
позволяет быстро получать необходимые оценки и графики, варьируя коэффи¬
циенты модели и постановки задач, и разные стратегии управления.
Замечательным свойством уравнений (2) является существование собст¬
венных значений kj и соответствующих им функций Zj(t) = exp(kjt) (частных
решений) таких, что любые изменения экосистемы в области допустимых со¬
стояний являются их линейными комбинациями вида (5):
*,-(0 = £ k0Jizj, (7)
j
где kQji — коэффициенты преобразования переменных (калибровки). Иными
словами, в однотипных условиях в одном и том же возрасте будут наблюдаться
различные соотношения запасов по породам. Система уравнений (2) при ка¬
либровке (7) преобразуется к простейшей, канонической форме:
dZ 1 dZ 2 dZ 3
~dt~ = XlZl' ИГ = Х^ nr = x>z3- (8)
Отсюда как в пределах стадии, так и между стадиями, значения Zj(t) оказыва¬
ются связанными обобщенными степенными (аллометрическими) функциями
(Z,o — начальные состояния) Z, = Z10(Z2 /Z2q)x'/X2- Это задает правило одно¬
значного преобразования одного параметра в другой по принципам подобия.
Отсюда и из (7) получается, что вариации запасов разных пород определяются
изменением только одной из характеристических функций, например Z2(t).
Функция Z2(f) является особым базовым параметром геосистемы на опре¬
деленной стадии развития. Набор характеристических корней X, определяет
особенности взаимодействия базовых параметров Zj(t) и поведение всех компо¬
нентов геосистемы, т.е. ее потенциал, связанный с классификационной пози¬
цией геосистемы. Таким образом, в перспективе появляется возможность оце¬
нивать таксономическую принадлежность геосистемы по ее поведению и рас¬
считывать изменение компонентов по этой принадлежности.
Собственные функции Z,(r)> как известно, задают функциональные коор¬
динаты разных вариантов изменения характеристик геосистемы, в данном слу¬
чае породного состава лесов. Единая система взаимодействия как бы распада¬
ется на автономные блоки (8) — расслаивается, где все изменения в блоке зави¬
сят только от самих себя. Эти ядра саморазвития со свойственным только им
поведением формируют все многообразие лесов данных лесорастительных ус¬
ловий. Поиск подобных ядер и их классификация по поведению — одна из
центральных задач изучения закономерностей динамики лесонасаждений.
102
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
Таким образом, линейные схемы взаимодействия и уравнения расчетов, оп¬
ределенные на замкнутых пересекающихся множествах состояний, лучше и
проше описывают механизмы формирования восстановительно-возрастной
динамики таежных лесов; нелинейное (гистерезисное) поведение в такого рода
системах возникает как следствие сложной топологии связей стадий развития.
Эталонные леса, соответствующие лесам наибольшей продуктивности в данных
лесорастительных условиях, изменяются по тем же законам, что и остальные
лесонасаждения в этих условиях, что позволяет по огибающим кривым макси¬
мальной продуктивности определять коэффициенты взаимодействия пород,
характеристические корни и функции динамики лесов; этот подход более есте¬
ствен и точен для параметризации расчетов, чем составление таблиц хода роста
по средним таксационным показателям. Ядра динамики возникают как само-
развивающиеся блоки лесных экосистем, от особенностей поведения которых
зависят закономерности динамики лесов в данных лесорастительных условиях
и на каждой стадии развития. Ядра являются основанием для классификации
типов леса по их динамическим характеристикам.
2.2.3. Выделение ландшафтных границ
В математике наличие функциональной связи между переменными (их за¬
висимость) фиксируется с помощью определителя Якоби J. Существование
функциональных связей между характеристиками компонентов ландшафтов
является критерием комплексности [Солнцев, 2001], а также функциональной
однородности пространства: в границах фации следует ожидать однотипную
зависимость между компонентами, которая нарушается на границах фации,
при переходе от фации к фации, так что каждой фации должна быть свойствен¬
на своя функция связи [Дистанционные..., 2002; Черкашин, 2005]. Эти законо¬
мерности можно проверить с помощью определителя Якоби J.
При автоматизированном дешифрировании снимков недостаточно учиты¬
ваются географические принципы исследований: территориальность, комплекс¬
ность, многофакторность, неоднозначность, уникальность, локальность, кон¬
кретность, индивидуальность, учет местных условий и др. Изображение чаще
рассматривается в целом, а не как территориальная система разнородных объек¬
тов. Необходимо переходить к локальному анализу геоизображений, когда пре¬
имущественно используются не методы статистической обработки, а математи¬
ческий анализ, включая численные методы, отражающие индивидуальный ха¬
рактер географической реальности (рис. 2.1).
Пусть яркостные характеристики снимков задаются параметрически
Xj(x,y,t), где (x,y,t) — пространственные координаты элемента растрового гео¬
изображения (пиксела) и время наблюдения. Определитель Якоби для этих пе¬
ременных равен
0Х|
дХ\
дхх
дх
~ду
dt
дх2
дх2
дх2
дх
ду
dt
dxj
дх3
дх
ду
dt
103
Часть /. Геосистемные основы картографирования
Определитель J = О, если характеристики x,(x,y,t) взаимосвязаны. Причем
существенно то, что не имеет значения, каким образом (в рамках какого типа
моделей) эта связь осуществляется: для всех моделей описания объектов J ин¬
дицирует наличие или отсутствие связи. Появляется объективный критерий
выделения гомогенных (геомеры) J = 0 и гетерогенных (геохоры) J * О ареалов
геосистем. Близость J к 0 определяет степень гомогенности (пространственной
однородности) геосистем.
Эти представления можно проиллюстрировать следующими соображения¬
ми. Пусть для гомогенного ареала определена геоиндикационная функция
qj=Fj(x |,х2,х3), (2)
связывающая свойство геосистемы qj с набором яркостных характеристик
(х,,х2,х3). В том случае, если qj =Cj = const, одну из характеристик можно
рассчитать через другие:
*з = fj(xi,x2,Cj). (3)
Наличие этой связи фиксируется с помощью J. Причем связь существует,
если даже только одно свойство 4, постоянно. Таким образом, однородность по
типу функциональной связи (3) соответствует однородности по некоторому
выделенному свойству. Условие J я О становится критерием существования та¬
кого свойства. В.Б. Сочава [1962] полагал, что существует такой количествен¬
ный показатель для установления фаций и ограничения их на местности. Ареал
такого показателя соответствует ареалу геомера, однородного по функциональ¬
ному критерию — наличие связи (3).
На границах ареала меняется значение выделенного свойства и/или тип
функциональной связи (3). Иными словами, на границе связь характеристик
нарушается, связь отсутствует, что фиксируется как J * 0. Отсюда возникает
способ сегментации многозонального изображения путем выделения границ по
этому критерию. Поскольку этот критерий работает независимо от типа моде¬
лирующей связи, получается, что выделенная таким образом сетка границ ин¬
вариантна цели дешифрирования, способа интерпретации данных.
Если отсутствует временная серия снимков, анализ связи можно проводить
по упрощенному варианту (1) только для двух переменных:
дХ(
дХ\
дх
ду
дх2
дх2
дх
ду
Оценки, сделанные по отдельным парным связям, можно суммировать.
Для примера выбрана территория в окрестностях пади Марта — уникаль¬
ного участка Прибайкалья, расположенного в центральной части Приморского
хребта. Территория контрастна: на сравнительно небольшом участке представ¬
лены геокомплексы таежного и степного типов природной среды, трех геомов,
четырех классов фаций [Ландшафты..., 1977]. Использован трехканальный (ин¬
фракрасный, красный и зеленый) снимок Liss с разрешением 25 м.
Рассматривалось три различных сочетания снимков.
104
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
1. Снимки разных каналов спектра. Производилась обработка трех различ¬
ных сочетаний снимков (инфракрасный-красный, инфракрасный-зеленый и
красный-зеленый) (рис. 2.4, б, в), а также синтез их в обобщенный показатель,
который рассчитывался как разница определителей Якоби для парной связи
яркости снимков разных каналов спектра. Как видно из рисунка, синтезиро¬
ванный показатель позволяет выделить границы более четко. Результаты обра¬
ботки разными методами с использованием сочетания различных каналов дают
одну и ту же форму границ.
2. Снимки зеленого канала, различающиеся смещением на один пиксел по
вертикали и горизонтали (рис. 2.5). В этом случае также проявляются границы,
которые совпадают с границами, выделенными по разноканальным снимкам.
3. Снимки со значительным пространственным смещением (рис. 2.6, а-в).
Удается выделить границы, связывая разные участки горно-таежной и степной
территории — между характеристиками этой территории существует функцио¬
нальная связь, которая нарушается на границе, т.е. один снимок по отношению
к другому содержит информацию, необходимую для выделения однородных и
неоднородных структур. Рисунок границ более сложный, потому что наклады¬
ваются природные рубежи двух разных фрагментов снимка.
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что грани¬
цы, полученные разными способами, совпадают, т.е. инвариантны способам их
выделения. С другой стороны, для внутренних областей выделенных контуров
существует связь между яркостными характеристиками различных каналов
спектра, между яркостными значениями соседних пикселов и между соседни¬
ми территориями, а следовательно, есть закономерности (функции) перехода
(отображения) от снимка одного канала к снимку другого канала. В соответст¬
вии с принципами структурно-динамического ландшафтоведения, разраба¬
тываемыми на основе стационарных исследований, действительно, фация
понимается как элементарное подразделение географической среды, характе¬
ризующееся практически однородными взаимоотношениями между природными
компонентами внутри себя [Михеев, Ряшин, 1970]. Внешними признаками
этого является отсутствие существенных природных рубежей, пересекающих
пространство фации. Функциональные связи, которые мы не можем изучать
непосредственно, хорошо проявляются на космических снимках.
Факт наличия разнокачественных функций (отображений) позволяет по¬
ставить проблему существования связи самих этих функций, т.е. гомотопического
перехода от функции к функции. Эта проблема ставится как задача выяснения
функциональной организации современного ландшафта. Ее решение требует оп¬
ределения конкретного вида функций и правил их взаимного перехода.
Таким образом, по критерию J выделяются однородные ареалы функцио¬
нальной связи характеристик элементов геоизображений, разделенных точеч¬
ными границами, на которых тип функциональной связи меняется: осуществ¬
ляется переход от одной функции к другой. Причем границы однообразно
проявляются во всех вариантах сравнения геоизображений, что говорит о су¬
ществовании индикаторной функции связи характеристик, функции связи
через пространство (диамерная зависимость) и через время (диахронная зави¬
симость). Все это позволяет утверждать, что: 1) функционально гомогенные
105
Часть I. Геосистемные основы картографирования
Рис. 2.4. Выделение границ однородных областей с использованием различных снимков:
а — исходный снимок (зеленый канал), 6 — зеленый и красный каналы спектра, в — ин¬
фракрасный и зеленый, г — синтез всех сочетаний каналов.
106
/лава 2. Информационные основы ландшафтного картографировании
Рис. 2.5. Выделение границ однород¬
ных областей с применением сме¬
шенных на один пиксел снимков.
ареалы геоизображений действи¬
тельно существуют; 2) топология
сети границ не зависит от типа
сравнения данных. Последнее
утверждение усиливается, если
принять во внимание, что крите¬
рий Якоби фиксирует лишь на¬
личие связи, но не причину или
модель ее возникновения, т.е. в
разных системных интерпрета¬
циях геоизображений рисунок
гомогенных ареалов и их границ
будет одним и тем же. Отсюда
следует общая закономерность:
существует инвариантная струк¬
тура геоизображений, которая по
смыслу соответствует ландшафт-
но-типологической карте. Подтверждается гипотеза существования инвари¬
антного геоинформационного поля — гетерологического, разнотипного об¬
раза географического пространства.
Реализация метода выделения границ на растровом космическом снимке
существенно меняет алгоритм сегментации геоизображения. Обычно исследу¬
ются яркостные характеристики снимка на предмет их связи, которая диффе-
а 6 в
Рис. 2.6. Выделение границ однородных областей с применением различающихся фраг¬
ментов снимка: а — горно-таежно-степной участок западнее пади Марта, б — степной
участок восточнее пади Марта, в — выделенные границы.
107
Часть I. Геосистемные основы картографирования
ренцируется, типизируется и отображается на карту в форме выделов разно¬
го содержания. Этот подход дифференциации пространства обычно мало¬
эффективен из-за существенного пересечения значений количественных
характеристик выделов разных типов. Первоначальное выделение границ и
индивидуальный анализ каждого выдела позволяют более гонко распознавать
геосистемы, основываясь на анализе различного рода функциональных зави¬
симостей.
2.2.4. Касательные преобразования
Оригинальные методы математических технологий формируются на осно¬
ве касательных преобразований Лежандра [Воскобойников, 1992|, имеющих
общематематическое и общенаучное значение. В частности, сходная с этим
преобразованием функция Гамильтона — Якоби (гамильтониан) легла в основу
построения современного здания физической науки и разработки методов оп¬
тимального управления.
Преобразование Лежандра. Обычно связи между характеристиками гео¬
систем описываются функциями многих независимых переменных: у = у(х),
х = х,,х2, ...,х(, ...,х„. Из математики известно, что для аналитической функ¬
ции справедливо преобразование Лежандра
y(a) = Za,x, _у(х),а = (al,a2,...,ai,...,a„), (I)
i
которое переводит любую функцию у(х) в двойственную ей функцию чувстви¬
тельности у(а) от новых вспомогательных переменных — частных чувствитель¬
ностей а, = ду/ д>с,. В п. 1.3.3 это преобразование использовалось для анализа
уравнений динамики геосистем и решения оптимизационных задач.
Отметим, что преобразование Лежандра дает точное представление о свой¬
ствах функции у(х):
y(x) = '£aixi -у(а), (2)
I
т.е. не является аппроксимацией. Это обеспечивается тем, что частные чувст¬
вительности а, как и набор влияющих факторов х, являются переменными ве¬
личинами. Если в локальной точке х значения а зафиксировать, то уравнение
(2) становится линейной аппроксимацией функции у(х) в этой точке — уравне¬
нием касательной к функции у(х) в т. х. Это дает возможность по обрывочным
данным аппроксимировать неизвестную функцию х ее касательными.
Уравнения (1) в п. 2.2.2 можно рассматривать в качестве преобразований
Лежандра скоростей изменения запасов dRt / dt как функций от х, = /?, в ло¬
кальной области переменных состояний фации. Значение С, соответствует ре¬
зультату преобразования у(а). Чувствительности имеют смысл коэффициентов
взаимодействия а у,.
Если функция у(а) допускает преобразование Лежандра в новых перемен¬
ных b = (bl,b2,...,bh...,bn)
y(a) = 'Lbiai ~УоФ)> (3)
I
108
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
то от (2) переходим к пучку линейных зависимостей (см. п. 1.3.3)
У(х) = £М*« -Ь,)+у0(Ь). (4)
I
Для dRj/dt аналогом (3) является уравнение (3) из п. 2.2.2, где Ь, = Rl0 — равно¬
весное состояние системы регулирования. Переменная у0(Ь) имеет смысл
внешнего управления (среды).
Повторяя преобразования (3) уже со свободным членом у^ф) уравнения (4)
несколько раз, приходим к фрактальной функции, аппроксимирующей у(х) в
виде инвариант-вариантной схемы (см. рис. 1.2, 1.11):
у(х) = £а,Х; - + Xc.bj - + ...+/(•), (5)
i i i i
где f (•) — фрактальный остаток.
Уравнение (5) используется, когда географическая ситуация описывается
многими типами переменных, например х, а, Ь. Новый вектор b всегда смещает
характеристики геосистемы х на некоторую поправочную величину Ь. Напри¬
мер, кроме видовых особенностей растений х и специфики их местообитаний а
можно также учесть особенности района исследования Ь, которые накладывают
свои ограничения на проявление биологического потенциала вида х. Характе¬
ристиками b могут быть также тип хозяйственного использования земель на
данной территории и другие классифицируемые географические переменные.
При введении новых векторов соотношение (5) будет удлиняться неограничен¬
но, позволяя учитывать все новые и новые обстоятельства формирования ло¬
кальной ситуации.
Формула (5) обладает фрактальными свойствами: любая ее часть как били¬
нейная функция подобна другой части и целому (5). Удлиняя соотношение (5)
добавлением новых слагаемых (произведений векторов), получаем все более
точные описания наблюдаемых явлений. Поэтому функция (5) — фрактальная
функция для статистического анализа локальных закономерностей разного
масштаба.
Уравнение (4) описывает пучок линейных зависимостей с центром (у0(Ь),Ь).
Зависимости, объединяющиеся в пучок, относятся к одному классу функцио¬
нальных связей, реализующихся в среде с характеристиками (yQ(b),b). Здесь
№)= УоФ) — фрактальный остаток переменных типа Ь. Согласно (5), центр сле¬
дующего уровня соответствует среде (f (с), с). Таким образом, уравнение (5) опи¬
сывает самые разные функциональные зависимости в среде разного уровня.
Это уравнение имеет большое значение для количественных географиче¬
ских исследований, поскольку позволяет: 1) отобразить иерархию организации
географической среды; 2) учесть локальные особенности среды а влияния фак¬
торов х. Переход от одной среды к другой описывается как вращение плоскости
(4) вокруг центра пучка (калибровка).
Одно из возможных направлений использования данного уравнения ана¬
лиз связи между яркостными характеристиками космических снимков [Кейко,
Черкашин, 2000].
Рассматривается система данных о состоянии геосистемы S = (Л, X, Q), кото¬
рая включает три типа переменных: х = {х,} — независимые координаты ситуации
Часть I. Геосистемные основы картографирования
(характеристики снимка); Q = {qj} — реальные свойства наблюдаемых объектов;
° = {fli/} — связывающие их характеристики среды (i = 1,2= l,2,...,m). Всё
величины параметризуются местоположением и временем (х, у, t). В качестве
х j ,х2рассматриваются яркостные характеристики снимка в трех разных кана¬
лах. Системность данных предполагает, что для всякого ^ е Q справедлива инди¬
кационная функция qj = Vj(x{, х2, Xj, a^j, a2j, a3j) типа преобразования Ле¬
жандра:
Qj =aijxi+a2jX2+a3jXi+q0j. (6)
В системах данных (6) необходимо обеспечить полноту и точность пред¬
ставления переменных и их линейную независимость, в частности, характери¬
стики х, не должны быть коррелированы для всего геоизображения, но взаимо¬
связь их для отдельных фрагментов снимка допускается, поскольку несет ин¬
формацию о естественных закономерностях местности. Трудности
использования подобных уравнений для конкретных расчетов определяются
тем, что atj являются функциями места, времени, свойств объекта и его среды, а
также специфичны для связи конкретных величин X; и qj [Кейко, Черкашин,
2000]. Такая особенность соответствует принципам конкретности географиче¬
ских исследований [Черкашин, 2000], основанных на признании индивидуаль¬
ности каждого местоположения.
Обработка космических снимков показывает [Кейко, Черкашин, 2000], что
лучшие результаты применения (6) получаются при учете смещения значения
яркости фототона у,- = (х, - 6, ), что, согласно (4), указывает на закономерное
изменение местных условий, например при удалении объектов от береговой
линии водоемов.
Индивидуальная оценка. Сумма D = у(х) + у(а) называется действием, что
определяет потенциал развития системы [Черкашин, 1997, 2005]. Эта величина
равна скалярному произведению векторов х и а:
D(x,a) = ах = Ха,х,. (7)
I
Действие — величина относительная, рассматривается относительно центра
пучка; в центре пучка действие равно 0 (изменений нет, равновесное состоя¬
ние). В разных системах отчета (относительно центров конгруэнции) дейст¬
вие различается, т.е. объект в разной среде обладает различным потенциалом
развития. Согласно D = у(х) + у(а), отрицательная функция чувствительности
у(а) понижает действие и возможности изменений, положительная — повы¬
шает.
Расчетная величина
у(х) = а х - у(а) (8)
складывается из характеристик системы х и локальной среды а.
Соотношения описанного вида широко используются в моделях представ¬
ления алгебраических групп [Желобенко, 1970; Голод, Климык, 2001], в частно¬
сти групп Ли. Рассматриваются вопросы симметрии преобразования физиче¬
ских свойств, преемственности в распространении закономерностей [Черка¬
шин, 2005]. Это достаточно богатый формализм, широко использующийся в
110
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
научных исследованиях и способный занять достойное место в геофафической
науке.
Например, в уравнении (8), если х — видовая характеристика промысло¬
вого животного, а а — среда его обитания, то у — продуктивность популяции
на единице площади ареала. Другой пример: х — плотность популяции трех
видов, а — коэффициенты взаимодействия видов в сообществе, S = dx / dt —
скорость изменения плотности популяции х. В итоге получаются уравне¬
ния, подобные системе (1) (п. 2.2.2). Третий пример: х = (х,,х2,х3) — потен¬
циалы состояния системы, а = (аь а2, а3) — коэффициенты чувствительно¬
сти изменения организации системы y=W(x) с изменением потенциалов
(а, = dW/dxx, а2 = dW/дх2,а3 = dW/дх3), тогда уравнение (8) превращается
в уравнение для оценки организации W = VK(x) по потенциалам х = (х,,х2,х3).
Таких примеров можно привести много, и каждый из них отражает особый
системно-теоретический аспект геоинформационного анализа данных.
Главным свойством уравнения (8) является его способность сохраняться при
однотипных преобразованиях. Иными словами, если у зависит отх = (х,,х2,х3)
по схеме (8) и все (х,,х2,х3) зависят от других переменных Ф = (х,Л>И) по эт°й
же линейной схеме, например х = ах% + Рхг| + ухц, то у зависит от Ф = (х,Л,Ц)
тоже линейно. Непрерывные функции, обладающие такими свойствами, образу¬
ют группу Ли.
Соотношения (7) и (8) при у(а) = 0 являются билинейными уравнениями для
компонентов векторов х и а и сверткой их в интегральный показатель D или у.
Функция у обладает большой степенью свободы, поскольку изменения осуществ¬
ляются по всем компонентам как вектора х, так и а. Дополнительные ограничения
могут вводиться условием нормировки (х1+х2+х3 = const, а, +а2 + а3 = const).
Однако для конкретной ситуации всегда существует фиксированный набор харак¬
теристик состояния геосистемы х и ее среды а; ситуация меняется от места к мес¬
ту, от момента к моменту, поэтому в целом набор (х, а) всегда изменчив.
На рис. 2.7 представлена иллюстрация этой закономерности. Территория
дифференцирована по характеристикам среды (рис. 2.7, а), где каждый выдел
(например, биогеоценоз) идентифицируется вектором классификационной по¬
зиции а = (а^аг.Яз) с условием нормировки а, + а2 + а3 = 6. Показатели у; ха¬
рактеризуют j-й тип картографируемого свойства (обилие биологического
вида, эффективность разного типа хозяйственных мероприятий и т.д.) с коор¬
динатами х7 = (xij, x2j, х3j) (х+ x2j + х3; = 6) и рассчитываются по формуле (8)
при у(а) = 0:yj = а ■ х,= а,х2; + a2x2J + a3x3j. С учетом нормировки существуют
такие виды yj = (2,2,2), которые одинаково представлены во всех местоположе¬
ниях, и такие местоположения а = (2,2,2), в которых все виды представлены
одинаково: yj = 12. В общем случае мы имеем сложную дифференциацию оце¬
ниваемых характеристик у7 по видам и условиям среды, подчиняющуюся логи¬
ке алгебры фрактальных функций (5). В итоге карта с легендой а = (а,,а2,а3)
(рис. 2.7, а) переводится в карты у\ = а • Х| и У2 = а ■ х2 (рис. 2.3, б, в). Так возника¬
ют предпосылки формирования экспертных систем картографирования, осно¬
ванных на синтезе карт и классификаций свойств объектов и условий их суще¬
ствования.
in
Часть I. Геосистемные основы картографирования
М I
■ 2
О 3
■ 4
5
_ 6
03 7
Z1
Ш\\
112
2^14
ИЙЕ15
ggj16
□ 17
Ш 18
1Ш2 О
Ш21
ES3 22
EJ23
Ш2324
126
И 27
112
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
в
0 1 2 км
1 I I
Рис. 2.7. Модельная территория — ГИС-карта типов природной среды (типов таежных
биогеоценозов 1-28) с координатами а (а) и карты оценки (0-18) видовых свойств сис¬
тем с характеристикой xj = (1,2,3) (б) и х2 = (3,3,0) (в). Линиями показана квартальная
сеть.
Сравнение yi и у2 в общем случае передается неоднозначными функциями
(рис. 2.8, /); однозначность (рис. 2.8, 2) возникает только в особых случаях,
удовлетворяющих равенству J [у,(а),у2(°)] = 0определителя Якоби J, взятому
от yj и У2 по переменным а = (а,,а2,а3). Таким образом, картографируемые
связи пространственно распределенных характеристик представляются обыч¬
но облаком точек (рис. 2.8, /), расположение которых определяется типом
среды взаимодействия а. Следовательно, дешифрировать эти связи возможно
только при наличии классификации v
типов среды. В этом смысле повыша¬
ется роль ландшафтно-типологиче¬
ских карт и как дешифровочного
ключа, и как базы знаний интерпре¬
тационного картографирования (пре-
20 п
16
12-
Рис. 2.8. Связь оценок разных видовых ха¬
рактеристик (SI —у\, S2 — у2). 1 — зависи¬
мость у2 (х2 = (3,3,0)) от у\ (х| = (1,2,3));
2 — зависимость уз (х3 = (3,2,1)) от у\ (х| =
= (1,2,3)).
4-
♦ 1
□ 2
♦♦
10
15
20
' 3anaj № 560
113
Часть I. Геосистемные основы картографирования
образования ландшафтной карты в карту специального тематического содер¬
жания).
Географическая наука призвана раскрыть содержание обобщенной схемы
формирования различных характеристик у по частным основаниям (обстоя¬
тельствам) х, а. Это задача непростая, поскольку требует знания методов рас¬
чета параметров обстоятельств по каждому вектору влияния. С этой целью
проводится локальный множественный регрессионный анализ данных, со¬
держащихся в ГИС или космоснимке, проводится исследование полученных
коэффициентов регрессии, их взаимосвязи и т.д. на предмет выделения про¬
стой (2) или сложной (5) формы свертывания информации в конкретный по¬
казатель. Таким образом, осуществляется переход от концепции непредска¬
зуемости характеристик геосистем как неявных функций многих переменных
к концепции географических оценок и прогнозов на основе знания векторов
обстоятельств и билинейных соотношений с групповыми свойствами Ли.
Пока невозможно учесть и классифицировать все варианты обстоятельств,
формирующих местные ландшафтные ситуации. Исследования в этом направле¬
нии продолжаются в рамках разных предметных областей знаний, дополняющих
друг друга. Все это постепенно создает условия для обеспечения геоинформаци¬
онного анализа и синтеза как основы развития теоретической и прикладной гео¬
графии в будущем, в частности в аспекте ландшафтно-интерпретационного кар¬
тографирования.
Пространственная организация и рубежи. Одна из существенных про¬
блем — функциональная связь удаленных ландшафтных выделов, отмеченная
в п. 2.2.3. Каким образом коррелируют характеристики геоизображений на
расстоянии? Этот вопрос подробно изучается с использованием методов про¬
странственной автокорреляции — одного из самых общих свойств географи¬
ческих переменных (см.: [Трофимов, Игонин, 2001]). Этим методом оценива¬
ется сходство соседних территориальных единиц, степень влияния их друг на
друга. При увеличении расстояния пространственная автокорреляция убывает
экспоненциально.
Проводился количественный анализ фрагментов снимка (Landsat ТМ, август
2000 г.) территории между реками Лена и Ханда (рис. 2.9). Построчно (по верти¬
кали) снимаются протоколы яркостных характеристик у,;, (/ — номер строки,
/ = 0 — начальная строка, j — номер элемента строки, i = 0,100, j = 1,3000). Для
анализа используется линейная зависимость вида (2) между уо/ и у if
yoj = а,Уц + bi (9)
и статистически определяются коэффициенты а-, и Ь, этого уравнения, а также
коэффициенты корреляции г,.
Большинство данных находятся в линейной зависимости (рис. 2.10), но не¬
которые значения отклонены от нее, выделяя особые местоположения на сним¬
ке. Линейность связи (значение г,) с увеличением расстояния / (в пикселах) по¬
степенно снижается до минимального уровня (рис. 2.11), принимая на больших
расстояниях то положительную, то отрицательную направленность. Последний
факт говорит о наличии в ландшафте регулярных, периодических структур.
114
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
Ум
бон
40
204
0
10 20 30 40 50 60 у0.
Рис. 2.10. Связь яркостных характеристик
первых соседних строк растрового снимка.
—I—
30
~i—
50
Рис. 2.9. Космический снимок терри¬
тории междуречья р. Лена и р. Ханда:
исходный (а) и с выделенными грани¬
цами ландшафтных участков (б).
Рис. 2.11. Зависимость коэффициента авто¬
корреляции R; от расстояния i (в пикселах)
между строками растрового снимка.
Коэффициенты а, и Ь, оказываются
коррелированы: b, = - kat + k0. Срав¬
нивая это равенство с (3), находим, что
оно представляет касательное преобразование второго порядка. Подставляя это
равенство в (9), получаем линейную конгруэнцию (рис. 2.12):
Уо] ~ко = а/(Уу “*)• 0°)
Наличие конгруэнтных отношений в данном случае означает, что сущест¬
вует общая закономерность автокорреляционной
связи “через пространство”, которая непрерывным
образом изменяется при увеличении расстояния
между строками. Параметры (к, к0) центра конгру¬
энции определяются местными географическими
свойствами и условиями съемки и выделяют начало
локальной системы координат для каждого фраг-
Рис. 2.12. Конгруэнтная связь значений первой строки
пикселов снимка yoj со значениями у-у разноудаленных
строк (уравнение (10)).
115
Часть I. Геосистемные основы картографирования
мента снимка, что может быть основанием для его калибровки — выравнива¬
ния по яркостным характеристикам. Значения (к, к0) для разных фрагментов
снимка коррелированы: /с0 = 0,981/с + 0,786(г = 0,998) — уравнение директрисы
(см. рис. 1.11). Следовательно, из локальных конгруэнций формируется линей¬
ный комплекс (термин проективной геометрии), являющийся аналитической
моделью организации пространства данного снимка. Уравнение директрисы —
выражение для касательного преобразования третьего порядка.
Таким образом, географическое пространство оказывается комплексирова-
но автокорреляционной зависимостью. Дифференциация этого пространства
определяется мерой отклонения от выявленной закономерности, т.е. наруше¬
ния конгруэнтных принципов пространственной связи. В норме значение ко¬
эффициента чувствительности
= Ооу ~к0)/(уч -к) (11)
близко к 1; сильные отклонения от 1 фиксируются как нарушение закона —
точки аномалий, и представлены как границы выделов (рис. 2.9, б). Получен¬
ные результаты используются при сегментации космических изображений.
Модели автокорреляции разных строк или столбцов пикселов космиче¬
ского снимка описывают структуру пространственного подобия i-x линейных
фрагментов снимка, а соответственно трансектов на земной поверхности.
Связь элементов трансектов “через пространство” отражает пространствен¬
ную организацию территории (геотропную организацию). Связь через про¬
странство — это соответствие свойств элементов различных пространствен¬
ных структур. Общей закономерностью такой связи является ее ослабление с
расстоянием, но полная независимость, как правило, не наблюдается (коэф¬
фициент корреляции значительно отличается от 0). Однако в том случае, если
ландшафт имеет регулярную структуру, изменение коэффициента корреля¬
ции может быть периодическим. Коэффициенты а, и bt уравнения регрессии
(9) диамерных связей также зависят от расстояния, но существенно то, что
они линейно коррелированы, а следовательно, все линейные зависимости об¬
разуют конгруэнцию с центром в некоторой точке. На основе этой конгруэн¬
ции для всякой пары соседних точек мы можем посчитать тангенс угла накло¬
на линии (11), коэффициент а, линейной связи этой пары точек. Естественная
связь соответствует значению коэффициента пропорциональности а, * 1. От¬
клонение от этого значения соответствует: 1) нарушению линейной зависимо¬
сти; 2) нарушению континуума пространственных связей; 3) нарушению кон¬
груэнции (смещение ее центра, т.е. переход к другому классу функциональ¬
ных зависимостей).
Нарушение непрерывности легко можно заметить по резкому изменению
приращения яркости на один пиксел, что обычно используется для выделения
границ. Нарушение конгруэнции — более тонкий метод, основанный на том,
что должна сохраняться общая (конгруэнтная) организация ландшафтного
пространства, т.е. там, где эта организация (конгруэнция) нарушается, мы на¬
блюдаем отклонения от 1, что и фиксируем в виде естественного рубежа. Ины¬
ми словами, если дифференциальный подход (производная по пространству)
фиксирует нарушение континуума, то конгруэнтные закономерности фиксиру¬
1)6
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
ют нарушение пространственной организации, т.е. системы подобия линейно
упорядоченных элементов на территории (по снимку). Таким образом, каждое
нарушение (точка границы) есть не просто локальное свойство геоизображе¬
ния, а выражение нарушения некоторого общего принципа пространственной
организации. В связи с этим результаты выделения границ зависят от того, ка¬
кой размер (в пикселах) фрагмента снимка был выбран для анализа: небольшие
фрагменты не позволяют выявить закон пространственной организации и
вследствие этого — структуры с нарушением этого закона. Очень большие
фрагменты могут сочетать в себе несколько вариантов этого закона (несколько
конгруэнций), т.е. описывать организацию разных по географическим свойст¬
вам ландшафтов. В этом случае центр конгруэнции не будет определен, и как
следствие, все пространство снимка будет восприниматься как нарушенное
(одни границы). По этой причине фиксация последней ситуации может слу¬
жить индикатором неоднородности географического пространства по органи¬
зационным характеристикам. Тогда в систему входят ландшафты с разной про¬
странственной организацией, которые: I) могут образовывать комплекс, если
центр конгруэнции линейно упорядочен; 2) могут не образовывать комплекс,
если такой порядок не наблюдается. Последнее можно считать индикатором
нарушенности структуры географического пространства, или, по крайней
мере, его неоднородности, когда в выборку попадают ландшафты разных ли¬
нейных комплексов. Наиболее наглядно эти особенности должны проявляться
в экотонах — на границе наземных и водных ландшафтов, леса и степи.
Анализ структуры пространства при использовании методов автокорреля¬
ции основан на высокой чувствительности изменения значений яркости в ок¬
рестности узла конгруэнции, когда небольшие отклонения от узла определяют
значительные отклонения коэффициентов, по которым определяется наруше¬
ние. Нарушение фиксируется не просто в локальной окрестности точки про¬
странства (как при использовании критерия Якоби), а как локальное наруше¬
ние всей системы пространственной организации ландшафта.
Для того чтобы идентифицировать положение участка местности в пучке
организационных комплексов, необходимо: I) знать значение характеристики
этой точки уу; 2) определить линию (тангенс угла наклона а/), на которой эта
точка лежит в пучке; 3) найти координаты центра пучка (к, к0). Линия задает
вид взаимосвязи, центр пучка — тип взаимосвязи (конгруэнции), группы типов
соответствуют множеству конгруэнций, центры которых лежат на одной линии
(директрисе) и образуют линейный комплекс (см. рис. 1.11). Понятно, что пере¬
мещением центра конгруэнции вдоль директрисы один тип пространственной
взаимосвязи переводится в другой, что обосновывает еще одну форму ланд¬
шафтной эквивалентности (отображения конгруэнтных композиций друг в
друга).
2.3. Факторные системы классификации
Помимо объективизации выделения границ как формы повышения точно¬
сти ландшафтного картографирования, необходимо добиться достоверности
определения содержания каждого контура, т.е. решить задачу идентификации
117
Часть I. Геосистемные основы картографирования
объекта, определить его типологическую принадлежность и позицию в систе¬
мах классификации. Это важная задача выяснения пространственно-функцио¬
нальной локализации с целью познания закономерностей и связей [Михеев,
1987]. В гл. 1 исследовались предпосылки решения этой задачи, и полученные
выводы необходимо использовать для систематизации классификационных
географических знаний, для поиска ясных критериев принадлежности ланд¬
шафтного выдела к определенному типу и классу геомеров. Этому способствует
развитие представлений о факторных системах как обобщениях факторальных
рядов фаций на геосистемы разного порядка. Формируется своеобразная фак¬
торная, или функциональная география как частная отрасль сквозной систем¬
ной теории функциональных систем.
2.3.1. Функциональные связи
По мнению В.Б. Сочавы [1978], комплексная физическая география разви¬
вается в направлении от фиксации в описаниях структуры и функции сложных
природных и геотехнических образований к изучению пространственно-вре¬
менных функциональных связей их составляющих для понимания обратимо¬
сти, непрерывности и последовательности преобразований структур и функций
географических комплексов, не нарушающих их целостности и функциональ¬
ного предназначения. В географии при изучении функциональных отношений
речь идет о проблеме “взаимосвязи и взаимообусловленности, ландшафтных
взаимодействий на новых началах” [Крауклис, 1975, с. 27]. Способом исследо¬
вания функциональных связей стал метод комплексной ординации, который
предполагает синхронное наблюдение отраслевыми специалистами в разных
местоположениях на специально выбранном для эксперимента трансекте для
выявления “особенностей природных сочетаний как систем, изменяющихся в
пространстве в зависимости от определяющих их факторов” [Сочава и др.,
1974, с. 8]. Предполагалось, что после статистической обработки материала
появится возможность систематизировать и количественно оценить связи меж¬
ду компонентами геосистем, однако вследствие неоднозначности этих связей,
их изменения от места к месту этот опыт не совсем удался. Отсутствовали адек¬
ватные модели анализа сопряженных географических отношений. Вместе с тем
этот метод остается перспективным для исследования территориальных связей
и закономерностей, пространственного геосистемного анализа. Особенно это
осознается при использовании многоканальных цифровых космических сним¬
ков высокого разрешения на примере обработки данных, приведенном выше.
Учение о геосистемах позволяет “сблизить задачи пространственного и
функционального анализов не только применительно к отдельным ландшаф¬
там, но и в масштабе таксономических подразделений планетарного порядка.
Таксономическая шкала геосистем — это не одна только табель их рангов, но и
соотношение масштабов их материально-энергетической активности” [Сочава,
1978, с. 9]. Почти все разделы учения о геосистемах имеют функциональный ас¬
пект, и главные его положения основаны на представлениях о физико-геогра¬
фическом процессе, в то же время расширяется видение его функций как орга¬
низующего механизма геосистем разных размерностей — в этом механизме об-
i
118 I
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
ратных связей заключается смысл учения о геосистемах как современной
физической географии [Нечаева, 2002].
Исторически факторный подход восходит к работам А. Гумбольдта. В. В. До¬
кучаев в 1898 г. в работе “Русский чернозем” опубликовал систему биолого-гео-
графических законов землепользования — столь нужных для хозяйствования
системы законов действия факторов природной среды во взаимосвязи. И. Воей¬
ков в книге “Мировая охрана природы” (1915) обсуждал проблемы широты воз¬
действия факторов среды в природе, которая неодинакова в разных зонах. Поня¬
тие “физико-географическая зона” В.Б. Сочава [1963] определял как часть об¬
ласти, обусловленную совокупностью всех факторов, определяющих зональную
дифференциацию природных явлений.
Факторный, функциональный взгляд на географические явления широко
распространен в ландшафтной науке. Он существенно отличается от других
системных подходов и постановкой задачи, и видом математических моделей,
что позволяет говорить о существовании специальной функциональной геогра¬
фии — раздела сквозной теории функциональных систем. Наглядным приме¬
ром такого подхода является формула В.В. Докучаева, что почва есть функция
факторов почвообразования.
Теория функциональных систем помимо функциональной географии вклю¬
чает в себя факториальную экологию, важным аспектом исследования которой
является теория экологических ниш. Сюда же можно отнести исчисление рис¬
ков, факторную экономику, в частности, кардиналистские методы оценивания,
и др.
Функционирование в науке понимается в разных аспектах. В теории дина¬
мических систем — это изменения на уровне элементов систем, определяющих
интенсивность и направление смены элементами своих состояний (функцио¬
нирование как элементарная динамика). Под функционированием также по¬
нимается функциональная роль компонентов в определении свойств целого
(функционирование как полезность). Последний аспект исследований тесно
связан с функциональным зонированием, когда за каждым территориальным
выделом закрепляется основное направление его использования. К функцио¬
нированию часто относят круговорот вещества и энергии в геосистемах, т.е.
метаболизм геосистем [Сочава и др., 1974].
Все виды функционирования в совокупности определяют сложное свойство
географических объектов — функциональность. Функциональность лежит в ос¬
нове всех разнокачественных изменений комплексов и определяет способность
к этим изменениям. Например, собственно функциональный подход базируется
на представлении о системе факторов и порождаемых ими последствий в виде
системных изменений. Без факторного влияния нет изменений, но не может
быть изменений, если система не способна воспринимать эти влияния.
Функциональные системы обладают своей спецификой, суть которой за¬
ключается в установлении связей между различными факторами и резуль¬
татами их влияния (реакциями) [Черкашин, 1997]. Факторы и реакции как ха¬
рактеристики (параметры) объектов образуют факторные системы и фактор¬
ные пространства, в которых каждый объект занимает определенное место.
Распределение объектов в факторном пространстве называют их ординаций.
119
Часть I. Геосистемные основы картографирования
Функциональные модели причинно-следственных связей [Черкашин, 2005|
описывают сложные функциональные зависимости в форме годографов. Полу¬
ченные уравнения обобщают большое число функций, имеющих прикладное
значение в факториальной экологии и теории управления риском. Предложены
уравнения комплексирования обобщенных факторов на базе частных экологи¬
ческих градиентов. Это дает возможность любую сложную функциональную за¬
висимость описывать как функцию только одной переменной (комплексного
фактора), при необходимости распространяя стандартное уравнение на функции
многих переменных.
2.3.2. Факторные системы
Элементами функциональных систем являются факторы (причины), из ко¬
торых формируются системы (функции, следствия) — комплексные, инте¬
гральные факторы. Факторная система понимается в двух смыслах: 1) много¬
мерная система координат факторных свойств X = {х|,х2,...,х,,...,х„} геогра¬
фического объекта, положение которого в этой системе координат определяет
все характеристики объекта (система пространства ординации); 2) функция
факторных координат F = F(x) отх = (х|,х2,...,х(,...,х„) — точки в факторной
системе координат X. В частном случае в качестве F выступает комплексный
фактор у = F(x), когда множество факторов х = (х,,х2,...,х(,...,х„) сворачива¬
ют в один у. Комплексные факторы обычно передаются собирательными суще¬
ствительными с окончанием “-ость”, отражающими сложные свойства — ув¬
лажненность, остепненность, серийность, устойчивость и др.
Общая схема сворачивания (интегрирования) факторов задается билиней¬
ным уравнением [Черкашин, 2005]
у = Я|Х, + а2х 2 +...+ а,х, +...+ апхп + у0(а), (1)
где х, — влияющие факторы, часто заданные в логарифмическом масштабе
(/ = 1,2,...,л); dj — характеристики среды влияния факторов (чувствительности,
“веса”), т.е. влияние факторной системы а = {а,,а2,...,а,,...,а„} более высоко¬
го уровня. В терминах векторной алгебры комплексный фактор есть скалярное
произведение двух векторов х и а: у = ах. В экологии [Уиттекер, 1980; Миркин
и др., 2001] вектор а принято называть косвенными градиентами (экстенсивны¬
ми факторами) в противоположность градиентам прямого действия х (интен¬
сивным факторам).
Понятно, что уравнение (1) является еще одной формой интерпретации ка¬
сательного преобразования Лежандра и обладает фрактальными свойствами,
отражающими факторную иерархию.
Комплексные факторы обычно определяют типы факторально-динамиче¬
ских рядов, а следовательно, классов фаций. Выявление факторально-динамн-
ческих рядов, как это следует из смыслового значения термина, основано Н2
изучении взаимодействия между ландшафтообразующими факторами с учетом
их колебаний во времени и географической масштабности каждого учитывае¬
мого фактора, его значения — местное (внутриландшафтное), региональное
120
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
или планетарное [Крауклис, 1969|. Изучение зависимости фаций от разных
факторов привело к выделению четырех качественно различных групп приз¬
наков (комплексных факторов): плакорности (зонально-региональная норма
ландшафта), литоморфности (обусловленной скелетностью субстрата), гидро-
морфности (следствия дополнительного увлажнения), криоморфности (свя¬
занной с недостатком тепла). В разных фациях комплексные факторы встреча¬
ются в различных комбинациях и с различной степенью выраженности.
Литоморфность связана, как правило, со структурно-денудационными по¬
верхностями, отличающимися значительной энергией сноса. Характерные для
этих местоположений скелетность субстрата и меньшая по сравнению с плако-
рами степень его выветренности снижают оподзоленность почвы и запас поч¬
венной влаги, который в летнее время может опускаться до величин, близких к
влажности завядания. Улучшается аэрация почвы и увеличивается амплитуда
колебания ее температуры. Здесь также повышены дефицит влажности и тем¬
пература воздуха. Важным фактором является также состав коренных пород,
обнажающихся в результате денудации. Каждая порода добавляет свои специ¬
фические черты к описанным общим особенностям.
Криоморфность — следствие относительного недостатка тепла в некоторых
местоположениях, обычно в днищах глубоких узких долин местной гидросети и
в нижних частях водораздельных склонов. Здесь в течение всего теплого сезона
года или значительной его части наблюдаются сравнительно низкие ночные
температуры воздуха и эпизодические заморозки, увеличенные амплитуды су¬
точного хода температуры воздуха, сезонная мерзлота, а также островки вечной
мерзлоты. Указанные особенности сопряжены с длительным избытком почвен¬
ной влаги, уменьшенной интенсивностью накопления зеленой биомассы и гу¬
мификации органического опада, изменением конкурентных отношений в це¬
нозах в пользу более северных элементов и некоторыми другими процессами.
Гидроморфность связана с дополнительным увлажнением вследствие про¬
цессов поверхностного и внутри почвенного стока. Она наблюдается в началь¬
ных звеньях гидрографической сети — водосборных понижениях на водораз¬
делах и склонах, а также в ложбинах и долинах. Дополнительное увлажнение
обусловлено главным образом транзитом вешних вод через эти местоположе¬
ния. Этот процесс имеет разную продолжительность — от короткого периода
(1-3 нед) в начале фазы максимальной биотической активности (субгидро-
морфная фация) до всего вегетационного периода (сильнокриогидроморфная
фация) [Крауклис, 1969].
Каждый комплексный фактор — это синтез (1) различных факторов опре¬
деленного типа (связанных с данным комплексом), а также некоторая ориента¬
ция в факторной системе. На основе факторных систем предлагаются новые
методы локального анализа, учитывающие специфику местоположения и мо¬
мента времени. Факторные системы превращаются в многоуровневые, иерар¬
хические системы с закономерным переходом от локальных к глобальным фак¬
торам и обратно. Комплексные факторы не только интегрируют простые фак¬
торы влияния, но и синтезируют в себе все их пространственно-временные
изменения. Веса а факторов при комплексировании отражают как особенности
местных условий, так и видовую специфику объектов.
121
Часть I. Геосистемные основы картографирования
Факторы бывают различного рода. Выделяются естественные и антропо¬
генные, внешние и внутренние, ведущие и второстепенные факторы, факторы
прямого и косвенного воздействия, нерегулируемые и регулируемые, распро¬
страненные и уникальные. Среди свойств-факторов условно различаются про¬
стые (элементарные) и сложные, главные и второстепенные [Солнцев, 2001).
Часто обращается внимание на связи факторов с другими характеристи¬
ками геосистем. Например, свойства компонентов чрезвычайно многообраз¬
ны и изменчивы, и посредством таких свойств каждый компонент ландшафта
воздействует на другие, что дает право называть отдельное свойство или их
совокупность фактором [Солнцев, 2001]. Причем каждый компонент ланд¬
шафта всегда является сложным фактором, но не всякий фактор является
компонентом.
A.А. Крауклис [1969] связывает факторы влияния с физико-географически¬
ми процессами в геосистемах. Геосистемам свойственна диахронная целост¬
ность, т.е. “в каждый отдельный момент в геосистеме представлена не вся сово¬
купность присущих ей факторов, а лишь некоторая часть” [Крауклис, 1975,
с. 27]. Поэтому исследование сезонной ритмики и многолетней цикличности
позволило выявить инвариантные отношения между действующими в таежных
геосистемах факторами и оценить устойчивость геосистем.
B.C. Михеев [2001] считает, что ведущий фактор следует рассматривать как
совокупность ведущих элементов и процессов в комплексе. Учет таких ведущих
элементов облегчает выявление ландшафтных комплексов, позволяет обнаружить
специфические особенности менее существенных элементов и процессов. На \
этом базируется метод индикации: при наличии связи всех элементов определен- ;
ной системы взаимодействия достаточно выделить ведущий и по нему определить ]
остальные элементы. Связь факторов с другими явлениями позволяет сформиро¬
вать систему диагностических признаков, необходимых для геоиндикации.
Отношения “факторы-свойства”, “факторы-компоненты”, “факторы-про¬
цессы” и т.д. являются выражением факта существования различных интерпре- ;
таций функциональности. Подобные аналогии способствуют полноте описа- ;
ния явлений, но строгий теоретический анализ требует четкого понимания тер- ’
минов и их использования в одной системной плоскости, например факторной
интерпретации.
2.3.3. Факторная классификация !
В географических исследованиях для решения многих задач остается акту¬
альным изучение связей геосистем и факторов. Каждый из факторов среды, —
писал J1.C. Берг [1945], — оказывает влияние на фацию, которая, “подобно фо¬
тографической пластинке, отпечатывает на себе все особенности окружающей
обстановки”. В.Б. Сочава [1963, с. 58] писал: “Для выявления принципов орга¬
низации предметов и явлений в геосистемах очень важно представление об
элементах ландшафта. Речь может идти об элементах, характеризующихся общ¬
ностью происхождения, однообразным географическим распространением, а
также сходством по отношению к определенному фактору. Эти актуальные во¬
просы, касающиеся ландшафтов и геосистем других рангов, еще не разработа¬
ны”. Удобной моделью анализа такого сходства являются факторально-дина¬
мические ряды фаций.
122
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
При формировании факторально-динамических рядов устанавливается дос¬
товерная связь между факторами и свойствами элементарных геосистем. При
этом анализируются факторы внутриландшафтного значения, действующие на
определенном зонально-региональном фоне, который рассматривается как по¬
стоянная величина. На основе материалов стационарных исследований при по¬
мощи сравнительно-географического анализа все многообразие вариантов гео¬
систем таежного ландшафта сводится к нескольким десяткам фаций. При этом
из большого числа учитываемых факторов выделяются те, которые играют веду¬
щую, определяющую роль внутри ландшафта, от которых зависит наибольшее
число признаков фаций. Устанавливаются градации интенсивности воздействия
каждого из выделенных факторов и выявляются соответствующие каждой града¬
ции важнейшие признаки фаций. Показана свойственная фации ритмика разви¬
тия, обусловленная этими же факторами [Крауклис, 1969].
В модели факторально-динамических рядов геосистемы как бы нанизыва¬
ются на комплексную факторную ось соответствующего ряда, занимая пози¬
цию в зависимости от степени видоизменяющего влияния, формируя собст¬
венно факторальный ряд. В ординационном пространстве этих комплекс¬
ных факторов располагаются все варианты фаций ландшафта, поскольку в
разных фациях факторы проявляются в различных комбинациях и с различной
степенью выраженности. Такой взгляд позволил построить многомерную мо¬
дель ординации фаций ландшафта в виде трехмерной прямоугольной системы
координат, где началом координат (0) является плакор, а координатными ося¬
ми х, у, z — соответственно комплексные факторы: литоморфность, гидро-
морфность, криоморфность [Крауклис, 1969]. Отдельная фация в этой системе,
таким образом, определяется положением относительно каждой координаты
(рис. 2.13).
а б а б а б а б а б
О о ш о о IV О о V • • VI © о VII
Рис. 2.13. Схема фациального состава При¬
чунского ландшафта [Крауклис, 1969].
Группы факторов: 0 — плакорные усло¬
вия (зонально-региональная норма), х —
х литоморфность, у — гидроморфность,
Z — криоморфность; 1—4 — градации по
степени выраженности групп факторов.
Варианты фаций (а) и парцеллы (б), ха¬
рактеризующие ритмику развития: I —
пихтарник осочково-мелкотравный на
сильноподзолистой почве; II — влажно¬
травная луговина на лесной темноцвет¬
ной почве; III — кустарниковое редколе¬
сье на неразвитой скелетной почве; IV —
елово-п ихтово- Кедровы й плауново- раз¬
нотравный лес на среднеподзолистой ог-
леенной почве; V — пихтово-елово-кед¬
ровый зеленомошно-долгомошный лес
на среднеподзолистой оглеенной почве;
перегнойно-глеевой почве; VII —
редколесье на курумнике.
VI — кустарниковая вейниково-осоковая луговина на
лиственнично-еловое мохово-лишайниковое
123
Часть I. Геосистемные основы картографирования
Рис. 2.14. Факторная координация (пояснения
в тексте).
Подобная координатная модель явля¬
ется естественным ходом мысли — орди-
нация фаций в пространстве комплексных
факторов. Однако в силу признаваемой
многозначности трактовки понятия “ко¬
ренная система” и, следовательно, суще¬
ствования множества разных “начал коор¬
динат” она, как и модель на рис. 1.7, несо¬
вершенна, поскольку “плакорный”
вариант — разный для фаций различных факторальных рядов. Вместе с тем ко¬
ординатный подход следует считать перспективным, поскольку он позволяет
ввести в любую классификацию количественные характеристики (метрику).
Предлагается модель факторной координации в виде треугольной пирами¬
ды (рис. 2.14) [Филиппская, Черкашин, 2001; Черкашин, 2005]. Она развивает
модель векторно-комбинаторной логики (ср. диаграмму (1) из п. 1.1.2): А — те¬
зис (коренная категория), В — антитезис (серийная категория изменчивости),
С — синтез (мнимокоренная категория). Опорная точка О — начало координат,
соответствующая геомеру более высокого порядка, который разворачивается в
варианты (А, В, С) по индивидуальным факторам. Например, южно-таежный
геом темнохвойной тайги разворачивается в классы фаций, соответствующие
факторальным рядам и комплексным факторам: А — гидроморфности (группа
факторов дополнительного увлажнения), В — криоморфности (группа факто¬
ров недостаточной теплообеспеченности), С — литоморфности (группа факто¬
ров, связанных со скелетностью субстрата).
Каждая ось развертывания однозначно соответствует классу фаций А,
В, С. В этом смысле нет отличий от модели на рис. 2.13: каждая ось — факто-
ральный ряд, и чем больше отклоняется система от начала координат, тем она
более изменчива (рис. 2.15). Естественно, речь здесь идет о группе фаций раз¬
ных категорий серийности. Распределение групп фаций вдоль оси моделирует
процесс восстановления коренных
фаций данного ряда: серийные ->
мнимокоренные -> коренные. Отсюда
ясно, что коренные фации разных
факторальных рядов являются лишь
“аппроксимациями” сущности базо¬
вого геома.
Рис. 2.15. Схематическая модель геома. Ко¬
ординатные линии А, В, С — градации ком¬
плексных факторов факторально-динамиче-
ского ряда; стрелки — восстановительная
динамика от 1 (серийные) к 2 (мнимокорен¬
ным) и 3 (коренным фациям).
124
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
Рис. 2.16. Многоуровневая фрактальная
факторная система (пояснения в тексте).
Каждый элемент из множества (А,
В, С) (эпигеом) может быть выбран
опорной точкой для формирования
локальной системы факторных коор¬
динат, например А' — группа корен¬
ных фаций, В' — группа серийных фа¬
ций, С' — группа мнимокоренных фа¬
ций гидроморфного ряда.
Эта логическая процедура утроения
может быть продолжена с формирова¬
нием многоуровневой факторной сис¬
темы, где каждому геомеру соответству¬
ет свой комплексный фактор (рис. 2.16). Несложно показать, что схема на
рис. 2.16 изоморфна иерархической классификации на рис. 1.6. Следовательно,
между комплексным фактором и типологической единицей должно быть одно¬
значное соответствие, подобное отмеченному выше сходству факторов со свой¬
ствами, компонентами и процессами. Следуя логике этого подобия, всякую ти¬
пологическую единицу ландшафта следует рассматривать как аспект функцио¬
нальности, и в данном случае функционирование соответствует интегральному
природному режиму.
B.C. Михеев [2001], опираясь на опыт районирования и ландшафтного карто¬
графирования, также считал, что каждой таксономической категории, как прави¬
ло, присущ комплекс ведущих факторов. Например, для района — это геоморфо¬
логические особенности в сочетании с почвенно-растительными взаимосвязями,
для провинции — оротектонический фактор с долготно-климатическими разли¬
чиями, для природных зон — широтные взаимообусловленные изменения клима¬
та, почв и растительности. Иерархия комплексов учитывает в каждой градации
разные “ведущие” факторы. На практике этот взгляд обычно дополняется други¬
ми методами, что гарантирует комплексный подход при районировании.
Получается так (рис. 2.16), что элементарные подразделения природной
среды (фации) как бы “рассеяны” в пространстве комплексных факторов ранга
класса фаций и занимают в пространстве орди-
нации собственное место. Пусть в данном слу¬
чае х, у, z — векторы факторного пространства
уровня классов фаций (А, В, С) одного геома О
(рис. 2.17). Тогда каждая фация соответствует
точке а или радиус-вектору г вида
г = ах + Ру + yz + г0, (1)
где го — радиус-вектор геома; а, р, у — координа¬
ты фации в пространстве классов фаций (х, у, z).
Рис. 2.17. Векторное представление фации в пространст¬
ве классов фаций (х, у, г) и геома г<>.
125
Часть I. Геосистемные основы картографирования
В общем случае эти коэффициенты и векторы г0(0, НО — переменные величи¬
ны. Следовательно, такая векторная система — “живая” система, подвижная во
времени. Из векторной алгебры известно, что если Г|, г2, г3 — независимые ради¬
ус-векторы, то для любого другого вектора г трехмерного пространства (х, у, Z)
справедливо
г = Х,г, + Х2г2 + Х3г3, (2)
где Х|, Х2, Х3 — параметры. Таким образом, любая фация является также вектор¬
ной комбинацией других фаций.
Выражение (1) является векторным аналогом касательных преобразований (2)
из п. 2.2.3 для вектор-функции г = F(x, у, г) векторного поля взаимодействия гео¬
меров класса фаций в ландшафте — комплексная характеристика фации г есть век¬
тор-функция комплексных факторов х, у, г. Коэффициенты а, р, у имеют смысл
чувствительностей этого взаимодействия, а вектор геома -г0(а, р, у) — функции
чувствительности, т.е. комплексной сверткой факторных координат любой фации.
Если вектор геома го — инвариант фациального разнообразия (устойчив во време¬
ни), то получается, что его можно теоретически рассчитать по набору параметров
любой фации: го = Го(а, р, у). Например, в линейном случае (аналог (3) из п. 2.2.3)
г0 = -ахо - ру0 - yzo + г00, (3)
хо, Уо, zo — координаты геома в пространстве класса фаций; Гоо — радиус-вектор
характеристик групп геомов. Если взять координаты геома и значение отличия
смежных геосистемных уровней гоо - го за единицу измерения, то из (3) следует
а + р + у = 1 (4)
— условие нормировки всех фаций в треугольной плоскости (А, В, С) (рис. 2.14).
Иными словами, все фации из пространства (х, у, г) можно спроецировать в тре¬
угольник так, чтобы каждая фация в нем занимала место, соответствующее бари¬
центрическим координатам (а, р, у), т.е. удовлетворяла условию (4). Очевидным
условием такой возможности является инвариантность (постоянство) различия
гоо и го либо самого по себе, либо в силу постоянства гоо и Го одновременно. Пер¬
вое условие более слабое, допускающее ожидаемую изменчивость геомеров, и
постулирует существование межуровневого кванта Дго = гоо - Го факторной из¬
менчивости, о котором в другой интерпретации речь шла в п. 1.3.2 (градиенты
качества), поэтому требование Дго = const можно принимать аксиоматически.
Барицентрическое условие (4) необходимо для удобства систематизации геосис¬
тем и проведения численных расчетов (см. п. 2.2.3).
В каждом ландшафте существуют свои масштабы варьирования комплекс¬
ных факторов, которые проявляются в одном или нескольких факторальных
рядах, связанных с этим фактором. Например, литоморфность характерна для
горных ландшафтов и прослеживается от гольцового пояса скальных обнаже¬
ний с редкой лишайниково-моховой растительностью до каменных останиов
возвышенностей и их каменистых пологих склонов, покрытых лесом. Степень
литоморфности грубо можно оценить по мощности почвенного профиля, т.е.
глубине залегания коренных скальных пород. Выделяются сильно-, слабо- и
сублитоморфные факторы, индивидуально проявляющиеся в каждом геоме, в
126
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
частности высотном поясе гор. В южной тайге Приангарья фация, отвечающая
крайней степени литоморфности (сильнолитоморфная), — спирейно-шипов-
никовые редколесья с пятнистым травянисто-кустарниковым покровом на
практически лишенных почвенного покрова скальных выступах. Уменьшение
литоморфности приводит к развитию более сомкнутого леса, увеличению мощ¬
ности почв, последовательной смене дерново-лесной маломощной почвы (ли-
томорфная фация), дерново-среднеподзолистой скелетной (слаболитоморфная
фация) и дерново-сильноподзолистой малощебнистой (сублитоморфная фа¬
ция) [Крауклис, 1969]. Каждая степень литоморфности формирует в пределах
ландшафта свой класс фаций.
Литоморфность может быть осложнена влиянием других факторов, напри¬
мер, избыточным увлажнением, иссушением на солярных склонах, особенно¬
стью химического состава горных пород, механического состава почв (сугли¬
нок, песок, щебень, гравий), наличием снежного покрова и льда. Это влияние в
зависимости от масштаба приводит либо к появлению вариантов новых фаций
в пределах одного класса фаций, либо к формированию нового класса фаций,
соответствующего комплексному фактору типа нивальнолитоморфный, гля-
циолитоморфный, гидролитоморфный, псаммолитоморфный и т.д.
Аналогично гидроморфный фактор имеет разные масштабы проявления —
отаквального водоемов до ксероморфного засушливых местообитаний. Фактор
теплообеспеченности (термоморфности) изменяется от криоморфных ком¬
плексов полярных пустынь и тундр до условий жарких пустынь тропического
пояса.
Начиная с уровня геома хорошо прослеживается закономерность объеди¬
нения в структуре геома факторально-динамических рядов фаций, представ¬
ляющих группы комплексных факторов литоморфности, гидроморфности и
термоморфности, соответствующих особым классам фаций. В этом проявляет¬
ся фундаментальная аналогия утроения региональных и планетарных типоло¬
гических единиц. В частности, в классификации природных зон Григорьева —
Будыко [Григорьев, Будыко, 1956] последние дифференцируются по критериям
тепло- и влагообеспеченности. На зональном уровне обобщения выпадает ли-
томорфный (геологический) фактор, который заменяется фактором простран¬
ственного размещения, определяющего континентальность (с ориентацией
восток — запад, север — юг). Вместе с тем геологическая составляющая, пре¬
имущественно выражающаяся в форме рельефа и составе подстилающих по¬
род, играет существенную роль на внутризональном уровне, определяя все раз-
[ нообразие фаций типов природной среды. На это обращал внимание еще
| А. Гумбольдт [1936], говоря о гармонии климатических, геологических и орга-
: нических сил как высшей закономерности Вселенной. Эту мысль можно выра¬
зить коммутативной диаграммой (рис. 2.18).
Зональные фации равнин в результате геологической эволюции (тектони¬
ческих процессов) преобразуются в горные системы с проявленной геологиче¬
ской основой, естественное разрушение которой формирует все производные
(деформированные по различным факторам) фации. С другой стороны, можно
i считать, что фации зонального типа, преломившись через свойства геологиче¬
ской основы ландшафта, преобразуются в производные фации разных факто-
127
Часть I. Геосистемные основы картографирования
Рис. 2.18. Коммутативная схема возник¬
новения разнообразия фациальной струк¬
туры ландшафта. Типы отображений: / -
геологическая эволюция, 2 — ландшафт¬
ное развитие (морфогенез), 3 — факто-
ральная деформация (факторизация).
ральных рядов. Прямой переход от зональных к производным фациям связан
именно с этим процессом факторизации.
В разных природных зонах под воздействием региональных физико-гео¬
графических факторов формируются свои провинциальные системы фактор¬
ных координат, причем провинциальные факторы разных природных зон —
различающиеся комплексные факторы. Считалось, что вопрос о свойствах и
критериях выделения геомеров выше геомов не проработан [Сочава и др.,
1965]. Однако ситуация не изменилась до настоящего времени, поскольку оста¬
лись неясными общие принципы формирования системы геомеров. Реализа¬
ция инвариант-вариантной фрактальной модели классификации дает возмож¬
ность сделать новый шаг в этом направлении.
На рис. 2.16 хорошо видно, что комплексный фактор любого геомера мож¬
но представить как группу комплексных факторов (тип факторности), соответ¬
ствующих геосистемам более низкого порядка, — например, рассмотренная
выше группа факторов комплекса “гидроморфность”. На каждом уровне эта
группа, или тип факторов, имеет собственное содержание и представлена тре¬
мя субфакторами. Например, серийность представлена градациями факторов
коренного, мнимокоренного и серийного вариантов одного факторального
ряда. Комплекс факторов одного факторального ряда относится к явлению
факторальности, представляющему все факторальные ряды. Тогда фактораль-
ность соответствует типу серийности, т.е. группы фаций объединяются в класс
фаций по типу серийности, представителями которого являются три градации
изменчивости. Отсюда понятно значение многоуровневой типизации факторов
как основы естественной классификации геосистем.
Классы фаций объединяются в геом по типу факторальности, геомы —
в группы геомов по типу высотной поясности. Тип высотной поясности объе¬
диняет геосистемы, как правило, одной провинции, отличающейся от соседних
орографической структурой, тектоническими процессами и разнообразием вы¬
сотной дифференциации (высокогорья, плоскогорья, подгорные равнины, ни¬
зины и т.д.). Поэтому в определении группы геомов существенным должно
быть указание на тип поясности. Геомы разных провинций, относящиеся код-
ному типу поясности, должны быть типологически схожи.
Провинции рассматриваются в составе подзоны или зоны (в зависимости
от масштаба явления). Аналогично группа геомов объединяется в класс геомов.
представляющих одну подзону, например южную тайгу. Природная подзона в
этом смысле — это тип провинциальности, т.е. то главное, существенное, что
объединяет геосистемы регионального уровня, сохраняется на протяжении все
128
Г шва 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
го геомера. Для подзоны — это устойчивость климата как в широтном, так и
в долготном протяжении. Хотя климат всегда имеет провинциальные вариа¬
ции, но в главном (режимном) проявлении он сохраняет свои характеристики,
например, срединный вариант резко-континентального климата. Выделение
зонального климатического режима дает ответ на вопрос: что было бы, если
бы не было горных образований. Название класса геомов дается по названию
подзоны.
Классы геомов объединяются в типы геомов, относящиеся к одному типу
зональности, т.е. включающие разнообразные зоны (подзоны), взаимодействую¬
щие между собой в пределах физико-географической области (страны). Ком¬
плекс географических условий страны определяется типом (под)зональности —
например, южная, средняя и северная тайга, взаимодействующие в границах
Средней или Западной Сибири. Векторы комплексных факторов этих (под)зон,
с одной стороны, определяют пространство формирования геомов этих террито¬
рий, а с другой — сворачиваются в комплексные факторы планетарного порядка
(региональность). Региональность определяется долготными градиентами физи¬
ко-географических условий в пределах климатического пояса.
Первоначально считалось [Сочава, 1963], что физико-географическая об¬
ласть (геохора) — это крупное подразделение внутри пояса, представляющее
единство рельефа и геологического строения, влияющих на климатообразова¬
ние; области на равнинах и плоскогорьях свойствен свой тип широтной зо¬
нальности, а в горах — свой тип вертикальной поясности. Но следуя логике
факторной классификации, тип вертикальной поясности характеризует усло¬
вия уровня зоны или подзоны, и региональная факторная дифференциация
уже не зависит от геологического строения территории. Территориально фи¬
зико-географические области и климатические регионы не совпадают. На¬
пример, условия Западной Сибири формируются на основе координат трех
(бореальный, неморальный и аридный) зональных факторов (см.: [Михеев,
2001]).
Тип региональное™ определяется системным взаимодействием климатов
разных регионов и, например, в Сибири представлен Западно-Сибирским,
Средне-Сибирским и Байкало-Джугджурским региональными факторными
комплексами, объединяемыми в таежный тип природной среды (бореальный
комплексный фактор). Этот тип природной среды интегрирует все варианты
I таежных геомов и является частью климатического пояса (группа или свита ти¬
пов природной среды) в соответствии с континентальной принадлежностью
! (группы североамериканских, восточно-европейских и сибирских типов боре-
| альной среды). Группа типов бореальной среды выделяется по широтно-клима¬
тическим признакам и соответствует типу континентальности. Наконец, груп¬
пы типов (полярный, бореальный, аридный и др.) по типам широтности объе¬
диняются в классы типов природной среды, или физико-географические пояса
(в смысле В.Б. Сочавы): тропический, северный и южный внетропический. Ос¬
нованием для членения является факторная асимметрия Земли — деление ее на
континентальное северное и океаническое южное полушария.
Эти суждения в определенном смысле дополняют результаты гл. 1, подчер¬
кивая важность выделения комплексных факторов разного уровня, их система-
н Заказ № 560
129
Часть I. Геосистемные основы картографирования
1 (2,3)
III
II
Рис. 2.19. Фрактальная иерархия классификации геосистем по комплексным факторным
категориям изменчивости: I — серийная, 2 — мнимокоренная, 3 — коренная; I-III -
уровни иерархии; стрелки — направления эволюции геосистем.
тизацию по типам факторности, что становится объективными критериями
членения геомеров различного ранга как разновидностей природной среды, их
классификации во фрактальном факторном пространстве. Обобщая приведен¬
ные результаты, предлагаем графическую модель факторной классификации
геосистем (рис. 2.19).
Фации и геомы имеют общую тенденцию перехода к коренным геосистемам
на всех уровнях с целью формирования геомеров зональной нормы (в пределах
типов природной среды) или условий тропического пояса (на глобальном уров¬
не). При этом минимизируется функция чувствительности ro(f) (фрактальный
остаток), что, согласно результатам анализа моделей в п. 1.3.3, должно привести
к формированию безлесых низменностей с тропическим климатом, близких к
тому идеалу, который человек создает для собственной жизни и который в дав¬
ние геологические периоды почти повсеместно существовал на Земле.
Современное ландшафтное разнообразие намного выше представленного в
прежние геологические эпохи. Современный географический режим земной
жизни в определенном смысле оптимален для обеспечения этого разнообразия.
Наличие неавтономных (некоренных) геосистем, хотя и ограничивает возмож¬
ности деятельности, но приводит к удивительным ландшафтным феноменам.
Обратный путь от коренных зонально-поясных геосистем к сериям разной ,
факторальности означает эволюцию Земли как живой системы, сражающейся с j
выравниванием (негэнтропийный процесс). Это означает, что сама Земля в це- |
лом — автономная, саморазвивающаяся система, оптимальное существование
которой обеспечивается неоптимальным функционированием в разных ланд¬
шафтных ситуациях.
Таким образом, геоинформационный подход к исследованию ландшафт¬
ных комплексов и преобразованию географической информации основывается
на общих принципах подобия информационных слоев (компонентов) и комму¬
тативном законе передачи информации.
130
Глава 2. Информационные основы ландшафтного картографирования
Одной из познавательных форм подобия является интерпретация инфор¬
мации — совокупность логических процедур преобразования равного в равное.
Появляется возможность не только сравнения информационных слоев, напри¬
мер, картографических произведений, но и их индукции по образу и подобию
инвариантных структур, к числу которых в картографии относятся ландшафт¬
ные карты. Интерпретация — это высшая форма моделирования, выражающая
комплексность познания, в частности, в процедурах комплексного картогра¬
фирования.
Ландшафтная карта является интерпретационным инвариантом только в
том случае, если она представляет собой типологическое расслоение геогра¬
фического пространства на базе классификации геосистем ряда геомеров. По¬
этому вопрос о создании естественной классификации геосистем становится
узловым при формировании легенды ландшафтно-типологических карт и реа¬
лизации процедур картографирования. Интерпретационное преобразование
карты в карту осуществляется при преобразовании (переопределении, пере¬
классификации) легенд. Отсюда следует, что информационная эквивалент¬
ность карт соответствует тождественности (интерпретируемости) легенд и
связанных с ними классификаций.
Объективность расслоения географического пространства обеспечивается
применением методов математических технологий при обработке цифровых
космических снимков. Границы выделов воспроизводятся как линии разруше¬
ния типов функциональных связей, т.е. элементарные ячейки пространства
(информационные слои) функционально однородны. Между внутренними ха¬
рактеристиками разноудаленных выделов существуют функциональные связи,
что говорит о естественном формировании единого ландшафтного пространст¬
ва и пространственной организации территории. Наличие или отсутствие
связей не зависит от способа теоретического описания объектов, поэтому сет¬
ка выделяемых границ инвариантна системной интерпретации данных, т.е.
для всех моделей полисистемного описания явлений границы одни и те же.
Это обеспечивает доказательство существования инвариантной ландшафтной
структуры.
Главная гипотеза геоинформационного анализа географических данных
формулируется следующим образом: все функциональные связи характеристик
функционально однородных (внутри границ) геосистем обладают лиевыми
свойствами, а следовательно, формируют единую глобальную систему передачи
взаимодействия. Этим достигается всеобщая связь содержания разнообразных
выделов, изучение которой и становится предметом геоинформационной гео¬
графии — науки о передаче информации взаимодействия.
Возможность выделения границ на растровом космическом снимке ло¬
кальными средствами позволяет первоначально сегментировать снимок на
функционально однородные области, а затем исследовать области разными
средствами на предмет выяснения их содержательного различия.
Важная роль при анализе космической и другой геоинформации отводит¬
ся касательным преобразованиям функций. В основе уравнений преобразова¬
ний лежат билинейные соотношения, переводящие значения факторов и
характеристик среды их воздействия в конкретные реакции геосистем. Откло¬
131
Часть I. Геосистемные основы картографирования
нение от идеальной билинейной формы (потенциала саморазвития) оценива¬
ется функцией чувствительности, которую можно интерпретировать как ха¬
рактеристику геосистемы более высокого порядка. Следовательно, снижение
этой функции до нуля соответствует переходу к автономным геосистемам зо¬
нального типа.
В общем случае развернутые преобразования функциональных соотноше¬
ний описываются фрактальными функциями, учитывающими всю иерархию
факторного влияния. С их помощью возможны расчет индивидуальных харак¬
теристик компонентов геосистем, построение моделей положения геосистем в
факторном ординационном пространстве. Фрактальный остаток (неучтенное
влияние) соответствует параметрам старших геосистем.
Координатами факторного пространства служат комплексные факторы,
которые являются сверткой более частных факторов, в которые они и развер¬
тываются, образуя фрактальное пространство факторных координат. Фактор¬
ное пространство представляет собой обобщение модели факторально-динами¬
ческих рядов, и фрактальная модель пространства комплексных факторов и
геосистем целиком основывается на фундаментальных принципах учения о
геосистемах: глобальной иерархии геосистем, локальной изменчивости геосис¬
тем и региональной эволюции геосистем.
Имеет место однозначное соответствие векторов комплексных факторов
геомерам и стоящим за геомерами природным режимам. Каждый геомер может
быть представлен как точка в пространстве трех факторных координат геоме-
ров более высокого порядка. В связи с этим появляется возможность барицен¬
трической координации (в плоскости треугольника) характеристик геосистем
при инвариантности различия базовых геосистем смежных уровней, что необ¬
ходимо рассматривать как геосистемный постулат.
Геосистемные принципы и введение представления о типах факторности
позволяют провести структурно-эволюционную линию от классификаций фа¬
ций и геомов к классификации субпланетарных и глобальных геосистем. Моде¬
ли векторно-комбинаторного представления знаний (инвариант-вариантные
схемы связей) позволяют упорядочить методы геосистемного анализа и сфор¬
мировать концептуальные основы ландшафтного геоинформационного карто¬
графирования, обеспечить автоматизацию моделирования и использования
ландшафтных карт.
ЧАСТЬ II
ЛАНДШАФТНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
Задачи геоинформационного картографирования требуют алгоритмизации
опыта создания ландшафтных карт на новой теоретической основе. Необходи¬
мо максимально автоматизировать процесс сегментации (расслоения) геогра¬
фического пространства и идентификации (сопоставления с элементами базы
расслоения) типологического содержания каждого выдела. Сетка границ разде¬
ляет функционально однородные части территории, т.е. участки, где признаки
объектов связаны между собой по определенному принципу. Так, удается со¬
гласовать непрерывность (континуальность) признакового пространства тер¬
ритории и дискретность их функциональных отношений, что является новым
подходом в технологии картографирования, который невозможно было реали¬
зовать без цифровой многозональной космической информации высокого раз¬
решения.
Возможно использовать разные способы анализа связности, чтобы отде¬
лить одни геосистемы от других. Они могут базироваться на экспертных заклю¬
чениях о характере соотношения компонентов геосистем, данных комплексной
ординации — количественного исследования ландшафтных профилей, а также
статистической обработке данных. Причем средства статистической обработки
также многообразны, но их применение не всегда ведет к желаемому результату
из-за сложности структуры ординационного (факторного) пространства гео¬
систем: пространственный континуум признаков переходит в континуум при¬
знакового пространства, где геосистемы слабо различимы. Необходимо стянуть
многообразие значений параметров геосистемы в одну точку — элемент базы
расслоения, и в этом точечном пространстве пытаться отличить один террито¬
риальный объект от другого.
Необходимо создавать ландшафтную карту как инвариант преобразования
пространственно-распределенной информации, в котором сконцентрировано
все знание о том, что было, есть и будет в каждом выделе исследуемой террито¬
рии.
При этом всегда требуется отдавать отчет в том, что исключительно компь¬
ютерными преобразованиями эту задачу не решить — необходимы специаль¬
ные маршрутные исследования, экспертный анализ, индивидуальный подход.
Но геоинформационные технологии картографирования организуют и облег¬
чают эту творческую работу, после которой уже просто решать многие геогра¬
фические проблемы.
133
Часть II. Ландшафтное картографирование
Глава 3
ТЕХНОЛОГИЯ ЛАНДШАФТНОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ
Геосистемные принципы работы с географической информацией опреде¬
ляют общие законы преобразования данных и знаний, алгоритмы использова¬
ния информационных баз цифровых геоизображений для выделения границ
геосистем, методы расчета компонентных характеристик, способы создания ес¬
тественных геосистемных классификаций. Все это необходимые предпосылки
для автоматизированного дешифрирования космических снимков и геоинфор¬
мационного картографирования. Создание ландшафтной карты среднего и
крупного масштаба помимо камеральной обработки снимков требует детально¬
го наземного исследования территории на ключевых участках для экстраполя¬
ции полученных знаний на остальное пространство и создания функциональ¬
ных дешифровочных ключей распознавания объектов и отнесения их к тому
или иному типу. Здесь используются как старые, устоявшиеся технологии ра¬
боты с натурной информацией, так и новые алгоритмы, позволяющие объекти¬
визировать процесс картосоставления.
3.1. Методы составления ландшафтно-типологических карт
За полвека развития геосистемного движения технология ландшафтных
исследований и картографирования в значительной степени изменилась, что
позволяет на новой информационной основе реализовать известные географи¬
ческие знания, не утратившие своей фундаментальности.
3.1.1. Ландшафтное картографирование
Ландшафтная карта, как любая карта, — уменьшенное и обобщенное изо¬
бражение земной поверхности, построенное по математическому закону на
плоскости и показывающее посредством условных знаков размещение и свой¬
ства объектов, связанных с этими поверхностями [Картоведение, 2003]. Для
становления тематического картографирования ландшафтов требуются теоре¬
тические концепции, картографические идеи, которые реализуются в виде
классификаций и легенд. Известное разнообразие последних определяется
множественностью подходов к ландшафтному картографированию, отражаю¬
щих теоретические представления авторов и реализованных в методических
приемах распространения ограниченных по объему тематических данных на¬
турных наблюдений по картографируемой поверхности, в построении легенд, в
выборе тех или иных способов изображения ландшафтов на карте.
Унифицированного подхода к составлению ландшафтных карт в настоя¬
щее время не существует. В большинстве случаев типизации ландшафтных карт
основаны на морфологических и функциональных показателях. Значительная
часть ландшафтных карт относится к разряду синтетических и комплексных,
передающих в первом случае целостное изображение объекта в единых инте¬
гральных показателях (типы ландшафтов без частных характеристик), во вто-
134
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
ром — совмещение изображений нескольких элементов близкой тематики, ко¬
торые задаются своей системой показателей. Кроме того, ряд производных от
них карт, например устойчивости ландшафтов, отображающих одно явление
или свойство, относится к разряду аналитических карт.
В физической географии также отсутствует общепринятая таксономиче¬
ская система ландшафтных единиц. Наиболее распространена такая последо¬
вательность: географическая оболочка — суша — материк — страна — зона
(горная область) — провинция — район — ландшафт — урочище — фация. На¬
ряду с ней существуют двухрядные иерархии — системы зональных (географи¬
ческий пояс — зона — подзона) и азональных (суша — континент — субконти¬
нент — страна) единиц [Жучкова, Раковская, 2004].
Ландшафт практически в любых картографических моделях занимает осо¬
бое, узловое положение в ряду соподчиненных единиц. Это отмечали в своих
работах Н.А. Солнцев [1949, 1962], А.А. Григорьев [1965], А.Г. Исаченко [1975,
1991], В.А. Николаев [1983], В.Б. Сочава [1978]. Н.А. Солнцев [1949] считал, что
таксономическая система начинается с ландшафта, а более мелкие единицы
являются его морфологическими частями. А.А. Григорьев [1965] и А.Г. Исачен¬
ко [1991] полагали, что зональность и азональность как основные закономерно¬
сти дифференциации географической оболочки прослеживаются только до
уровня ландшафта, а подчиненные ему таксономические единицы обособляют¬
ся в соответствии с местными закономерностями.
В ландшафтном картографировании принято различать три иерархических
уровня — планетарный (глобальный), региональный и топологический (мест¬
ный, локальный), — обусловленные особенностями дифференциации геогра¬
фической оболочки в их пределах. Закономерности физико-географической
дифференциации на разных уровнях до сих пор не выявлены достаточно четко,
что приводит к разнообразию вводимых таксономических единиц. Отмечается
[Николаев, 1983; Исаченко, 1991; Жучкова, Раковская, 2004], что выбор уровня
ландшафтного картографирования влияет на технологию создания карт. Пред¬
ставление об иерархических уровнях позволяет связать содержательность, цель
и методы картосоставления, что гарантирует надежность выводов и препятст¬
вует использованию неподходящих приемов [Нееф, 1974].
Например, составление ландшафтных карт топологического уровня опира¬
ется на полевые исследования и осуществляется индуктивным способом (от ча¬
стного к общему). Планетарный уровень картографирования базируется на ис¬
пользовании дедукции (от общего к частному) и обобщении камеральной ин¬
формации. При региональном ландшафтном картографировании используется
как дедуктивный (от высших иерархических подразделений к подчиненным),
так и индуктивный (от нижестоящих элементов структуры) методы при анализе
информации об объектах. Доля полевых работ сокращается по мере возраста¬
ния ранга изучаемых объектов. Отмечается [Жучкова, Раковская, 2004], что ис¬
следование объектов регионального уровня “не может производиться на основе
только компонентного анализа без внимательного рассмотрения ландшафтной
структуры территории — устойчивой упорядоченности свойств, сохраняющей¬
ся при различных внутренних и внешних изменениях, которая раскрывает сте¬
пень разнообразия и внутреннее строение каждого региона” (с. 40). Естествен¬
135
Часть II. Ландшафтное картографирование
но, что при исследовании геосистем топологического уровня изучаются пря¬
мые и обратные взаимосвязи всех компонентов, а не только биоты в качестве
ведущего.
Региональные геосистемы — самостоятельный и качественно определен¬
ный объект физико-географических исследований. В отличие от традицион¬
ных объектов ландшафтоведения (морфологических единиц ландшафта по
Н.А. Солнцеву или геосистем топологического уровня иерархии по В.Б. Соча-
ве), они принадлежат к вышестоящему организационному уровню: им
свойственны значительные пространственные и временные масштабы, оп¬
ределяющие иерархическую “многоярусность”, полигенез и метахронность
структуры. Все эти особенности могут быть изучены путем не столько поком¬
понентного, сколько структурного анализа, в котором важная роль принадле¬
жит мелкомасштабной (менее М 1 : 1 ООО ООО) ландшафтной карте [Николаев
1983].
Ландшафтная карта регионального уровня выполняет как аналитические,
так и синтетические функции. Имея в качестве главного объекта картографи¬
рования геосистемы ранга “ландшафт”, она отражает их дифференциацию на
элементарные системы и в то же время интеграцию в региональные суперсис¬
темы. Такая карта является иерархической моделью ландшафтной структуры
регионов, отражая неоднородность и разновозрастность последней, парагене-
тическую сопряженность ее элементов и эволюционно-динамические аспекты,
выраженные в пространстве. При этом карта становится пространственно-вре¬
менной моделью природной среды региона.
Ландшафтная структура регионов может сразу отражаться на элементар¬
ном уровне, минуя необходимые промежуточные [Николаев, 1983], с большой
классификационной подробностью — до подвида ландшафта (морфологиче¬
ского варианта). Одновременно выполняется картографический анализ морфо¬
логии ландшафтов и их интеграции в вышестоящие региональные единства. В
этом случае региональные ландшафтные исследования становятся многоуров¬
невыми.
В картографировании проблема масштаба имеет важное значение в связи с
определением ранга отображаемых геосистем. Согласно данным В.К. Жучко¬
вой и Э.М. Раковской [2004], фациальное картирование возможно проводить в
масштабе 1 : 2000 и крупнее. Детальное отображение подразделений ранга под-
урочищ — урочищ — 1: 5000-1 : 25 000. При среднемасштабном ландшафтном
картографировании (1 : 200 000-1 : 1 000 000) отображаются ландшафтные еди¬
ницы ранга урочищ — местностей. Мелкий масштаб (1 : 1 000 000 и мельче) дает
возможность изображать типологические единицы уровня ландшафта и выше
(табл. 3.1).
Необходимым элементом содержания ландшафтной карты должна быть ин¬
формация об антропогенных преобразованиях ландшафтов. Совместное изобра¬
жение природной и антропогенной составляющих наполняет карту структур¬
но-динамическим содержанием, дает ценный материал для решения проблем
охраны природы и рационального природопользования.
Ландшафтные карты сопровождают как локальное, так и региональное
изучение природы и ресурсов. Наиболее крупные из них — “Ландшафтная кар-
136
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
Табл и ца 3.1
Возможные размеры контуров для различных масштабов ландшафтного картографирования
(по: [Жучкова, Раковская, 2004])
Масштаб
Наименьшие размеры контуров
«достижимые*
рациональные
на карте
на местности,
км2
па карте,
см2
на местности,
км2
1
10 000
Для всех масштабов
0,0002
0,5
0,0005
1
25 000
карт —
0,0125
0,5
0,03
1
50 000
удлиненная конфигурация
0,05
0,5
0,12
1
100 000
контура — 0,2 см2
0,20
0,5
0,5
1
200 000
(2 х 10 мм);
0,8
0,2
0,8
1
500 000
округлая — 5 мм
5,0
0,2
5,0
1
1 000 000
в поперечнике
20,0
0,2
20,0
та СССР” М 1 : 2 500 ООО (1985 г.), “Ландшафтная карта СССР” М 1 : 4 ООО ООО
(1968 г.), карта “Физико-географическое районирование СССР” М 1 : 8 ООО ООО
(1998 г.).
3.1.2. Эволюция технологий
В 50-70-е годы XX в. ландшафтное картографирование опиралось в основ¬
ном на маршрутные и стационарные исследования, аэрофотосъемку и первые
космические фотоснимки. Они обеспечивали как обзорное, так и детальное
крупномасштабное картографирование территории, проведение ландшафтных
исследований как на региональном, так и на топологическом уровнях. С позна¬
вательной точки зрения от ландшафтной карты ожидали основанное на этих
новейших данных синтетическое представление о природе региона. “Для пла¬
нирующих и проектирующих организаций, использующих сводную информа¬
цию о природе на проектных стадиях, важно получить с такой карты сведения о
пространственной изменчивости комплекса природных условий в интересую¬
щем районе и географических связях со смежными территориями” [Михеев,
Ряшин, 1970]. На карте должны найти отражение не только ландшафтные зако¬
номерности, но и детальная внутренняя структура географической среды ре¬
гиона. Подход к построению ландшафтных карт на основе типизации геогра¬
фических комплексов (урочищ, местностей, ландшафтов) не позволял отобра¬
зить ландшафтную структуру территории с наибольшей детальностью для этих
целей. Был предложен новый подход к картографированию, основанный на
обобщении элементарных геосистем — фаций в особом типологическом пони¬
мании этого термина.
Основной задачей региональной обзорной ландшафтной карты стала де¬
монстрация пространственной неоднородности всего комплекса природных
особенностей территории. Фации на каждом уровне типизировались по сово¬
купности факторов, поэтому система классификации учитывала региональные
особенности влияния. Их пределы должны быть достаточно широкими, чтобы
классификация фаций была универсальной для больших территорий ранга фи¬
зико-географических областей и предполагала проникновение фациальных
137
Часть //. Ландшафтное картографирование
ареалов в изолированные локальные положения вне границы области. Фации,
или виды элементарных геосистем, объединяются в группы. Группы фаций
наиболее полно отражают природные особенности ландшафта, поэтому выделе¬
ние их и картографирование считалось первейшей задачей фациального типо¬
логического анализа любой территории [Михеев, Ряшин, 1970].
На новом этапе развития ландшафтного картографирования в условиях со- !
хранения старых технологий одной из актуальных задач современной географии !
становится разработка методов ГИС-картографирования геосистем. Создание >
ландшафтных карт, основанное на геоинформационных технологиях, призвано
объективизировать процесс картосоставления, повысить точность и достовер¬
ность картографической продукции, открыть новые возможности для составле¬
ния на базе выявленной ландшафтной структуры территории карт производного
тематического содержания. Эта трудная задача решается специалистами с мо¬
мента формирования ландшафтной науки в разных научных центрах России, на¬
пример, в московской, красноярской и иркутской ландшафтных школах. Поэто¬
му всякая попытка продвинуться в этом направлении должна приветствоваться,
поддерживаться и критически анализироваться, поскольку именно в этом пунк¬
те исследователи сталкиваются с решением фундаментальных проблем физиче¬
ской географии.
Необходимо обобщить опыт традиционного и геоинформационного карто¬
графирования геосистем, показать возможности использования различных
программных средств для решения этой задачи, изучить ландшафтную структу¬
ру территории исследования, разработать и апробировать методику создания
тематических карт геосистем, продемонстрировать возможности применения
методов геоинформационного картографирования для решения прикладных
задач.
В качестве методической основы исследования заявлен геосистемный под¬
ход. Исследование должно проводиться поэтапно, начиная с инвентаризации
геосистем и их антропогенных модификаций, изучения их состояний и струк¬
туры, классификации и картографирования, выделения и расчета оценочных
показателей методами картографостатистического моделирования, оценки по¬
тенциала геосистем и их устойчивости к антропогенным воздействиям, состав¬
ления карты функционального зонирования.
Решение каждой из этих задач имеет особое научное значение, и сосредо¬
точение их в одной комплексной работе всегда вызывает закономерный инте¬
рес к исследованию, где необходимо решить имеющимися средствами до сих
пор не разрешенные фундаментальные проблемы географической науки, или,
по крайней мере, добавить новое знание в их решение.
Основная тенденция современного этапа развития ГИС-технологий — рас¬
ширение вычислительных возможностей геоинформационных систем, когда
ГИС помимо баз данных и средств их первичной обработки и визуализации до¬
полняются программами моделирования, логического и математического ана¬
лиза. В итоге ожидается появление интегрированных ГИС, концентрирующих
в себе помимо данных о территориальных объектах научные знания об их свя¬
зях и тенденциях развития. И главное здесь не столько в создании соответст¬
вующих оболочек и программных средств, сколько в разработке методологии
138
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
содержательно-концептуальной систематизации и переработки географиче¬
ской информации. Хотя и программное обеспечение, и конкретно-научные ис¬
следования необходимы одновременно для создания интегрированных ГИС
как средства проведения математических экспериментов с моделями и данны¬
ми для проверки адекватности работы системы, возникает необходимость меж¬
дисциплинарных исследований, в которых объединяются специалисты матема¬
тики и географы и где интегрированные ГИС становятся формой, целью и ко¬
нечным продуктом такого объединения.
Новый этап технологии географического картографирования отличается от
старого тем, что требует серьезной концентрации географических знаний с це¬
лью превращения их в алгоритмы и компьютерные программы для автоматизи¬
рованной, оперативной и объективной обработки информации, поступающей
в процессе космического мониторинга Земли.
3.1.3. Исследование геосистем по космическим снимкам
Способы обработки космической информации для ведения мониторинга
природных ресурсов за последнее время претерпели серьезные изменения.
Осуществлен резкий технологический переход от визуального дешифрирова¬
ния к автоматизированным методам анализа дистанционных данных, обуслов¬
ленный развитием компьютерной техники и совершенствованием материалов
космической съемки. Решая задачи индикации геосистем и их компонентов,
важно из всего многообразия методов выбрать такие, которые удовлетворяют
требованиям дифференцированного подхода к анализу геоизображений, учи¬
тывают ландшафтные особенности территориального объекта исследования и
приводят к созданию достоверных тематических карт разного содержания.
Известно, что топографическое и объектное дешифрирование, применяемое
в большинстве случаев, не дает возможности полноценного описания, класси¬
фикации, построения иерархической структуры объектов земной поверхности.
Напротив, приемы тематического дешифрирования позволяют достичь более
подробного уровня описания с учетом иерархической структуры и взаимосвя¬
зей компонентов природной среды.
Процедуры дешифрирования. Методы тематического дешифрирования узко
специализированы и предполагают вовлечение в обработку массы эмпириче¬
ских данных, позволяющих принять во внимание индивидуальные особенно¬
сти дешифровочных признаков для конкретного региона. Это, конечно, увели¬
чивает сроки от создания методики до ее применения на практике, часто ведет
к узкой специализации интерпретаторов, что тормозит распространение тема¬
тического дешифрирования и требует разработки новых способов автоматиче¬
ской обработки снимков, в которых учитывался и опыт специалистов.
Тематическое дешифрирование — отрасль научного знания и метод исследо¬
вания закономерностей строения геосферы, решающие задачи информацион¬
ного обеспечения исследований естественно-исторического и природно-ре-
сурсного блока путем анализа данных дистанционного зондирования [Горбу¬
нов и др., 1999). Это этап процесса (технологии) картографирования, в основе
которого лежит комплексный подход, выражающийся в совместном изучении
139
Часть II. Ландшафтное картографирование
структуры искомого объекта, отраженного в виде признаков дешифрирования
и системы факторов, оказывающих влияние на его строение, эволюцию и
функционирование. В этом контексте тематическое дешифрирование соответ¬
ствует функциям индикационных систем и геосистемного анализа территории
по изображению (см. гл. 1, 2). Его можно назвать пространственно распреде¬
ленной индикацией, что всегда подразумевается при обработке космических
снимков “под тематическую задачу”.
Элементами технологии тематического дешифрирования выступают три
составляющие: снимок (индикатор), эксперт и карта (индикат), которые увя¬
зываются в коммутативную диаграмму:
(1)
Эксперт выполняет функцию “среды” реализации связи “снимок — кар¬
та”. Он накапливает и воспроизводит информацию о геосистемах и определяет
индивидуальный характер процедуры дешифрирования для каждого географи¬
ческого объекта.
В схеме (1) процедура а соответствует визуальному экспертному дешифри¬
рованию, р — картосоставлению, у — автоматизированному картосоставлению
на основе космических материалов. Все эти процедуры в разной степени ис¬
пользуются при дешифрировании и картосоставлении, но задачей является
максимальная объективизация создания тематических карт по принципам ин¬
дикационного моделирования методами геосистемного анализа.
Процедура дешифрирования делится на последовательные логические
этапы, основными из которых являются распознавание, интерпретация, приня¬
тие решения. На этапе распознавания путем анализа признаков дешифрирова¬
ния решается задача установления изображенных предметов, явлений или их
свойств. Этот наиболее легко формализуемый этап сейчас получил широкое
распространение в программах обработки растровых изображений. Тематиче¬
ская интерпретация проводится по результатам распознавания путем построе¬
ния'модели факторов, оказывающих влияние на состояние и классификаци¬
онное положение (в легенде) объектов дешифрирования. Отнесение объекта к
какой-либо классификационной группе происходит по набору нежестких
правил, необязательно вытекающих из свойств и характеристик обрабатывае¬
мого дистанционного изображения. Интерпретация использует логические
категории, основанные на коррелятивных связях между компонентами ланд¬
шафта. Принятие решения в тематическом дешифрировании связывается с
процедурой выделения текущего объекта графически с последующей жесткой
увязкой его тематического содержания с одним из таксонов легенды. Кажу¬
щаяся простота этапа принятия решения на практике выливается в одну из са¬
мых трудоемких и нетехнологичных процедур — оценку степени достоверно¬
сти опорных признаков дешифрирования для текущего объекта.
140
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
Дешифровочные признаки геосистем. Признаки дешифрирования делятся
на три группы: 1) прямые — свойства объектов, непосредственно проявляющие¬
ся на поверхности Земли и отображающиеся в виде набора характеристик дис¬
танционного изображения; 2) косвенные — свойства объектов, непосредственно
не выраженные на поверхности, но тем или иным образом связанные с набо¬
ром прямых признаков; 3) контекстуальные (топологические) — свойства объ¬
ектов земной поверхности, выявляющиеся для текущего объекта при анализе
признаков его окружения. Косвенные и контекстуальные признаки имеют не¬
посредственное отношение к процедурам индикации.
В литературе [Аковецкий, 1983; Киенко, 1999; Космакова, Пластинин, 1979;
Космические..., 1998; Кравцова, 1995; Кронберг, 1988; Плюснин, 1997] представ¬
лены основные дешифровочные признаки, полезные для индикации геосистем.
Границы между группами признаков условны и в разных темах дешифрирования
конвергентны [Аковецкий, 1983; Боровиков, 1983]. Кроме того, признаки де¬
шифрирования обладают различной индикационной способностью или степе¬
нью достоверности. Далеко не всегда прямые признаки оказываются более дос¬
товерными по сравнению с косвенными и контекстуальными. Однако число
косвенных и контекстуальных признаков дешифрирования практически всегда
существенно превышает число прямых. Следовательно, оперируя ими, можно
более уверенно подтверждать гипотезу отнесения текущего объекта к тому или
иному классу легенды.
Существующие технологические решения процедур тематического дешиф¬
рирования по-разному используют признаки дешифрирования. Эксперт, про¬
водящий дешифрирование вручную (процедуры а-p схемы (1)), в равной степе¬
ни использует все три группы. Различные автоматизированные технологии
обработки изображения (процедуры у) без предварительного экспертного обу¬
чения отдают предпочтение прямым признакам, используя остальные в мень¬
шей степени.
Технологии с предварительным обучением уже не укладываются в схему (1)
и организуются в более сложную диаграмму отношений:
(2)
Блок “обучение” включает систему знаний экспертов и процедуры их реа¬
лизации. Обученные экспертами автоматизированные технологии способны
оперировать с большим набором косвенных и контекстуальных признаков
снимков с формированием электронных карт и ГИС. Однако это происходит в
рамках достаточно жестких правил, поэтому при иногда даже очень незначи-
141
Часть II. Ландшафтное картографирование
тельном изменении состояния среды они могут привести к неточным результа¬
там. Современные технологии обработки изображения на базе нейронных се¬
тей занимают промежуточную позицию между автоматизированным и эксперт¬
ным анализом изображения.
Схема (2) содержит еще одну интересную процедуру перехода “снимок —
обучение , предполагающую извлечение знаний из космической информации,
что является новым направлением использования дистанционных данных, важ¬
ным, в частности, для автоматизации составления картографической легенды.
Экспертный (визуальный) метод. Экспертные технологии (путь “эксперт —
карта ’ в (2)) субъективны, что неизбежно, хотя не обязательно влечет сниже¬
ние качества дешифрирования. Автоматизированные технологии предъявляют
менее жесткие требования к квалификации дешифровщика при условии пред¬
варительной настройки метода квалифицированным экспертом (путь “сни¬
мок — эксперт — обучение — карта”). Таким образом, экспертный анализ
ДДЗЗ (путь “снимок — эксперт”) можно считать предварительным этапом при
применении автоматизированных технологий обработки космической инфор¬
мации.
Распознавание основано на опыте специалиста (эксперта) использования
прямых и косвенных признаков при дешифрировании. Отождествление призна¬
ков и индикаторов с конкретными объектами является нетривиальной задачей.
Недостатки метода — описательный подход и определенная субъективность оце¬
нок. Для повышения достоверности и точности применяют следующие приемы
дешифрирования [Опыт..., 1964; Перцов, Кирсанов, 1998]: 1) прямое (контраст¬
но-аналоговое, контрастно-геометрическое) дешифрирование заключается в ис¬
пользовании прямых и косвенных признаков объектов без анализа индикат-ин-
дикаторных связей (при тематическом дешифрировании прямой метод иногда
разделяют на спектрометрический (по яркости) и сравнительно-морфологиче¬
ский (анализ связи формы объекта дешифрирования в целом и текстурных неод¬
нородностей изображения); 2) косвенное (индикационное) дешифрирование
использует не только яркостные и текстурные признаки, но и индикат-индика-
торные связи, когда анализируются компоненты геосистем и результаты прояв¬
ления природных и антропогенных процессов; 3) дешифрирование разных мате¬
риалов по отдельности или их комплектов одновременно; 4) дешифрирование
разными исполнителями; 5) соотнесение сданными независимых исследований;
6) прямая полевая заверка материалов дешифрирования.
Приемы 3 и 4 применяются для улучшения качества и достоверности де¬
шифрирования. Приемы 5 и 6 применяются на стадии интерпретации результа¬
тов дешифрирования. При предварительной обработке космической информа¬
ции по модельным территориям использовались разные подходы.
Индикаторы геосистем и их компонентов (ландшафтно-индикационный ме¬
тод). Геосистемы на космических снимках выделяются как специфическими
особенностями их строения в целом, так и физиономическими особенностями
компонентов природной среды — рельефа, растительности, почв и т.п. При де
шифрировании геосистем эксперт пользуется различными индикаторами. 1Ю
тематическому типу они подразделяются на гео-, лито-, почво-, био-, гидро- и
другие индикаторы.
142
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
Рельеф и его элементы являются основополагающими индикаторами внут¬
реннего строения ландшафта, основанием для его детальной сегментации. Эле¬
менты рельефа возникли в результате взаимодействия атмо-, гидро-, крио- и
биосферы с геологической средой и процессов внутри последней. Рельеф раз¬
рушения (деструктивный) формируется при воздействии различных экзоген¬
ных процессов на субстрат при изменении климатических условий или смене
групп агентов разрушения. Устойчивость информационного сигнала, отражен¬
ного в рельефе, предопределена характером, силой, постоянством места и на¬
правленности воздействия этих факторов [Антощенко-Оленев, 1989J. Результа¬
ты автоматизированного дешифрирования границ ландшафтных выделов (см.
п. 2.2.3) показывают, что функциональные границы часто приурочены к осо¬
бым линиям рельефа, изгибам земной поверхности. Поэтому современная
структура земной поверхности является источником существенной информа¬
ции, даже во многом избыточной. Ранжируя ее элементы, выделяя порядки,
наиболее благоприятные для выявления определенных сигналов, разные иссле¬
дователи могут построить идентичные модели по: 1) совокупности по-разному
ориентированных, различных по форме и размерам элементарных поверхно¬
стей, входящих в более сложные трехмерные комбинации; 2) линиям сопряже¬
ния этих поверхностей (килевых, включая тальвеги, гребневых (водоразделы),
выпуклым и вогнутым перегибам скатов, линиям токов и т.п.); 3) точкам вер¬
шин и западин.
Рельеф характеризует условия увлажнения, дренажа, влияет на интенсив¬
ность склоновых процессов и накопление минеральных, органических ве¬
ществ, их перенос, почвообразование, характер почв. Указанные взаимосвязи
позволяют использовать элементы рельефа в качестве геоиндикаторов [Крон-
берг, 1988; Методические..., 1997; Скублова, 1991].
Литогенный фактор в различных климатических и неотектонических усло¬
виях проявляет разные свойства субстрата. Демаскирующие свойства рельефа
зависят от степени различия эрозионной и денудационной устойчивости суб¬
страта, размеров транспортируемых обломков, значений пористости, способ¬
ности к размоканию и набуханию пород, типов агентов денудации. Близость
этих свойств и характера их распределения внутри смежных геологических тел
предопределяет их неразличимость в характеристиках поверхности. Площади,
занятые такими монотонными комплексами горных пород, наиболее неблаго¬
приятны для дешифрирования. Контрастность свойств смежных тел определя¬
ет их особое отражение в рельефе. Полная оценка степени дешифрируемости
делается после учета свойств геологических объектов [Анализ..., 1979; Анто-
щенко-Оленев, 1997; Временные..., 2000; Розанов, Еременко, 1986].
Например, литифицированная толща с мелкослоистым распределением
свойств дешифрируется плохо, реже удовлетворительно: могут быть выделены
системы трещин, разрывы, фрагментами складчатая структура, оценено общее
простирание. Толща, сложенная пачками с различным распределением свойств,
характеризуется анизотропией слоистого типа: могут быть установлены границы
между пачками, складчатая структура, системы разломов и трещин — дешифри-
руемость хорошая [Гаевский, 1961; Металлогенические..., 1988].
143
Часть II. Ландшафтное картографирование
Под воздействием тектонического фактора формируются: I) первично¬
тектонические поверхности, возникшие в результате разрыва сплошности по¬
род и выхода на поверхность крыла разрыва; 2) деформации поверхностей
аккумулятивного рельефа, образованного в процессе денудации (сноса, уда¬
ления и накопления продуктов физико-химического выветривания) и др.
[Дистанционные..., 1986; Комплекс..., 1978].
Элементы гидрографии являются индикаторами литокомплексов, зон тре¬
щиноватости, дробления, разломов, что выражается в густоте и рисунке речной
сети, аномальных изгибах или, наоборот, прямолинейности долин. Речная сеть
на космических снимках распознается до 5-6-го порядка. Древовидный тип
сети отражает наклонное или горизонтальное залегание слоев, радиальный —
антиклинальное или синклинальное строение, параллельный — параллель¬
но-согласное направление структур, решетчатый свойствен складчатым облас¬
тям с удлиненными складками [Аковецкий, 1983; Методические..., 1982].
Растительность и почвы демаскируют участки фронта выветривания на ли-
тифицированных, кристаллических породах, что отражается в структуре одно¬
родного растительного покрова или в характере размещения растений с разной
развитостью вегетативных органов. Экспозиция склонов и их крутизна также
выражены соответствующей растительностью, связанной с количеством сол¬
нечной энергии, мощностью почвенного покрова, его составом и т.д. [Сочава и
др., 1963; Аэрокосмический..., 1991; Седых, 1991].
В ряде работ рассматривается концепция дистанционного мониторинга
лесообразовательного процесса в трансформированных ландшафтах [Дистан¬
ционная..., 1981; Михеев и др., 1998; Перцов, Кирсанов, 1998; Барталев и др.,
1999; и др.]. Многообразные формы проявления динамики сообществ затруд¬
няют их диагностику дистанционными методами. Актуальной становится зада¬
ча типизации динамически неравноценных биогеоценозов. Для ее решения
широкое применение находит метод аналогий, позволяющий строить эколо-
го-динамические ряды, являющиеся статическими индикаторами динамики
растительности [Природа..., 1984; Жирин, Орлова, 1985; Исаев, Сухих, 1986].
Дешифрирование динамических категорий растительности в работе
Ф.И. Плешикова и В.Я. Каплунова [1990] осуществляется по традиционным
признакам изображений с учетом таких косвенных индикаторов, как характер
границ природных образований, наличие в пространственных структурах сооб¬
ществ дисгармоничных элементов, несоответствие типов насаждений экологи¬
ческому потенциалу места произрастания. На космических снимках по призна¬
кам геолого-геоморфологического строения территории, проявляющимся в
геометрических характеристиках изображений с учетом состава древесных по¬
род, выделяются типы лесорастительных условий. Последующее разделение
насаждений по их сукцессионному состоянию в рамках оконтуренных экологи¬
ческих единиц производится по крупномасштабным снимкам с привлечением
цветовых и текстурных признаков.
В условиях возрастающего антропогенного давления наряду с определением
традиционных биологических параметров необходимы разработки, направлен¬
ные на обнаружение и диагностику реакций растений, вызванных промышлен¬
ными загрязнениями. В работе В.И. Харук и др. [1990] оценена возможность ин
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
дикации загрязнений на основе измерений в тепловом ИК-диапазоне. Показа¬
но, что загрязнение в концентрации 0,5 т/га и выше приводит к значительному
увеличению яркостной температуры растений. В индикации стрессовых состоя¬
ний растительного покрова, вызванных дефицитом влаги, возможности видимо¬
го и ближнего ИК-диапазонов ограничены: фиксируются, как правило, необра¬
тимые изменения, обусловленные деградацией ассимиляционного аппарата.
Из изложенного следует, что подход к дешифрированию космической ин¬
формации и выбор его методов определяют (кроме технических свойств косми¬
ческих снимков) различия в характере интегральных яркостных картин местно¬
сти, соотношение прямых и косвенных признаков, созданных разными факто¬
рами. Связи индикаторов и демаскируемых ими объектов всегда вероятностны.
I Чем строже и определеннее они оценены, тем достовернее результат дешифри-
| рования, максимально отвечающий целям, задачам и тематической направлен¬
ности исследования [Аковецкий, 1983; Альтер, 1966].
При комплексном изучении различных геосистем особое внимание уделя-
j ется интеграции данных о природной среде [Биосфера..., 1990; Брюханов и др.,
1982; Васильев, Седых, 1986; Виноградов, 1996; Виноградов, 1964]. Дистанцион-
! ная индикация является одним из методов, при котором интеграция осуществ¬
ляется в процессе образования электромагнитного сигнала.
Вопросы оценки состояния геосистем затронуты в аэрокосмических иссле¬
дованиях пока мало, что в значительной мере объясняется их методической
сложностью [Киреев, 1986; Книжников, Кравцова, 1981]. Развитие методов ин¬
дикации геосистем является одним из приоритетных направлений дистанцион¬
ного зондирования.
При исследовании районов Сибири важно рассмотрение геокриогенных
процессов. Дистанционными методами изучается геокриологическая обстанов-
I ка — свойства и распространение сезонно- и многолетнемерзлых пород (СМП
и ММП). Один из основателей мерзлотной съемки — В.Ф. Тумель отметил ра-
I циональность метода “географического подобия”, предполагающего экстрапо-
' ляцию полученных материалов на однотипные территории. М.М. Шац [1995]
I назвал его ландшафтно-криоиндикационным. Суть этого метода состоит в ис¬
пользовании внешнего облика ландшафта для познания его геокриологической
обстановки, а основная идея заключается в представлении о взаимосвязи всех
компонентов генетически однородных участков местности.
Ландшафтно-криоиндикационный метод требует дифференциации природ¬
но-территориальных комплексов разного ранга с четким соответствием уровня
: комплексов — криоиндикаторов структуры территории изучения. Предполагает¬
ся, что каждому типу местности свойственны индивидуальные сочетания компо-
' нентов, определяющих равновеликий тепловой баланс поверхности, а значит, и
сравнительно близкие мерзлотные условия.
Чуткими криоиндикаторами выступают растительность, микро- и мезо¬
рельеф, характер увлажнения поверхности. Они позволяют достаточно уверен¬
но познавать деципиентные мерзлотные характеристики. В качестве частных
криоиндикаторов могут использоваться растительные ассоциации, а в некото¬
рых случаях — отдельные виды. Роль растительности в формировании геокрио¬
логической обстановки значительна даже в области сплошных ММП, а вблизи
145
Ю Заказ № 560
Часть 11. Ландшафтное картографирование
их южной границы она часто играет ведущую роль и хорошо отображается на
материалах дистанционных съемок. Также прослеживается взаимосвязь поч¬
венно-растительного покрова с ММП. Для территории с ММП при небольшой
мощности сезонного оттаивания грунтов характерны редкостойный древостой
низкого бонитета, отсутствие или сильное угнетение подроста, большое коли¬
чество болотных видов. Районам с глубоким сезонным протаиванием свойст¬
венны иные черты растительных ассоциаций — древостой высокого бонитета с
хорошо развитым подлеском, распространение зональных видов, отсутствие
либо слабое развитие мохового покрова. Криоиндикаторами могут быть и от¬
дельные формы рельефа, развивающиеся только в условиях многолетнего про¬
мерзания горных пород — многолетние гидролакколиты, бугры-могильники,
крупные отсортированные каменные многоугольники, термокарстовые про¬
садки и др.
Проведенный М.М. Шацем [1995] обзор существующих представлений по
оценке возможностей использования ландшафтных криоиндикаторов показы¬
вает, что, несмотря на определенное подобие растительных сообществ и крио¬
генных образований, привлекаемых в качестве криоиндикаторов, их использо¬
вание должно осуществляться только в пределах строго определенных террито¬
рий, с обязательными предварительными методическими исследованиями.
Цель последних — установление конкретных зависимостей внешнего облика
ландшафта от геокриологической обстановки. Высокую информативность при
решении геокриологических задач имеют многозональные аэрокосмические
снимки. Учитывая, что температура грунтов в определенной степени отражает
их влажность, в свою очередь, связанную с пространственными закономерно¬
стями промерзания, материалы тепловой ИК-съемки вполне рационально ис¬
пользовать при изучении этих параметров.
Надо отметить, что каждый вид дистанционной съемки дает специфиче¬
скую информацию о геосистемах: фотографический — хорошо выявляет де¬
тальную плановую структуру, но плохо — видовой состав и ритмику; много¬
спектральный — видовой состав и ритмику, но хуже — структуру и привязку;
тепловой и радиотепловой — некоторые физические и геометрические пара¬
метры. Лишь совокупное использование различных дистанционных методов
обеспечивает получение многосторонней информации о геосистемах — соста¬
ве, ритмике, динамике, плановой структуре и геофизических характеристиках.
3.2. Методы автоматизированной обработки и анализа
космических снимков
Автоматизированное дешифрирование снимков выполняется системой об¬
работки изображений, представляющей собой сложный динамический ком¬
плекс, в который входят группа специалистов, технические средства, математи¬
ческое и программное обеспечение. Методы обработки условно подразделяют¬
ся на средства глобального и локального анализа геоизображений. В первом
случае снимок обрабатывается в целом, во втором — по элементам и группам
элементов. В последнее время особый интерес вызывает локальная обработка
изображений, нацеленная на выявление индивидуальных свойств объектов, что
146
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
наиболее соответствует задачам географической науки. Контекстуальный по-
пиксельный анализ — распространенный способ локального анализа растро¬
вых изображений (см. п. 2.2), в частности, с использованием дискретных ана¬
логов дифференциальных уравнений, отношений смежности, с помощью мар¬
ковских моделей, статистической обработки данных в скользящем окне и т.д.
Однако и “глобальные” подходы не потеряли своей актуальности и использу¬
ются как вспомогательные при ландшафтном картографировании (см.: (Китов,
2000]).
Автоматизированная обработка изображений. При комплексном использова¬
нии методов, рассмотренных в предыдущем разделе, применение экспертного
дешифрирования данных ДЗЗ решает широкий круг задач оценки и мониторин¬
га состояния окружающей природной среды и использования природных ресур¬
сов [McClaugherty et al., 1985; Card et al., 1988; Curran, 1989; Aber et al., 1993; Firce,
Running, 1994]. Однако с появлением компьютеров и специализированного про¬
граммного обеспечения стало ясно, что использование традиционных геоинди-
кационных, ландшафтно-индикационных и других методов дешифрирования
может быть в значительной мере автоматизировано и объединено в единую тех¬
нологию, что значительно облегчит процесс дешифрирования и выведет досто¬
верность и детальность результатов на новый качественный уровень [Андреев,
Чабан, 1999].
Использование компьютерных технологий при обработке цифровых мате¬
риалов ДЗЗ позволяет: 1) быстро создавать множество моделей результатов де¬
шифрирования; 2) получать более точные, в отличие от субъективной оценки,
характеристики объектов и формализовать их; 3) быстро сопоставлять получен¬
ные модели результатов дешифрирования с помощью методов геоинформаци¬
онных систем (ГИС) с цифровыми моделями результатов специального анали¬
за деструктивного рельефа, геоморфологической, геологической, ландшафтной
карт и др.; 4) подключать к результатам дешифрирования базы данных, содер¬
жащие физические, оптические и другие необходимые тематические сведения.
Исходная информация, получаемая с помощью космических систем ДЗЗ,
представляет собой совокупность многомерных измерений, отражающих про¬
странственную, спектральную и временную изменчивость геосистем. Условно
можно выделить три основные группы алгоритмов тематической обработки
космических изображений [Rumelhart et al., 1986; Автоматизированная..., 1988;
Pickup et al., 1994]: 1) алгоритмы на основе только спектральных характеристик;
2) алгоритмы на основе пространственных характеристик; 3) алгоритмы на ос¬
нове временных характеристик.
Статистический анализ и распознавание объектов. Для анализа карт различ¬
ного тематического содержания, в основе которых лежат цифровые данные
(по регулярной или нерегулярной сети), существуют апробированные, доста¬
точно тривиальные методы статистической обработки. Это тренд-анализ,
меры сходства (например, нормированный коэффициент корреляции) двух и
более выборок геолого-геофизических и иных данных, карты сходства (при вы¬
числении взаимно корреляционной функции в скользящем окне) и др. Для по¬
лучения линейных комбинаций многомерных данных применяется метод глав¬
ных компонент (МГК). Факторный анализ, использующий МГК, позволяет
147
Часть II. Ландшафтное картографирование
в большинстве случаев снизить размерность исходных данных с целью упроще¬
ния процедуры дискриминации при сегментации космической информации.
Применение двух последних методов дает возможность получить новые
структурные карты, являющиеся линейными комбинациями исходных изо¬
бражений, например, нескольких каналов спектра и/или сезонных снимков
[Автоматизированная..., 1988; Strahler, 1994].
При распознавании объектов проводится классификация на основе теории
распознавания образов: отнесение объекта к какому-либо классу по вектору
формализованых признаков (яркостных, текстурных, смешанных) и классифи¬
кационных правил [Кудрявцев и др., 1998]. Осуществляется это в терминах со¬
стояний, адекватных понятиям геосистемного анализа (п. 1.3) и элементам
функционального подхода (п. 2.3). Объекты S характеризуются наборами со¬
стояний Qj в пространстве признаков X = {х,}, каждая точка которого задается
радиус-векторами признаков х = {хД, причем конкретные области значений
Xj = {Ху} из X описывают конкретное состояние Q,. Необходимо понять, какое
состояние Qj описывает данным набором признаков Xj. Такая задача называет¬
ся задачей распознавания (классификации). В силу того что области Xj на прак¬
тике пересекаются, она становится нетривиальной.
Классификация (распознавание) бывает контролируемая с географической
идентификацией каждого класса (распознавание с обучением) или неконтроли¬
руемая (распознавание без обучения, например, кластерный анализ). Распозна¬
вание с обучением основано на построении по некоторой обучающей инфор¬
мации тестов-объектов, которые должны обеспечивать разделение пространст¬
ва признаков X на области Xj. Каждая область содержит векторы х,- = {х^} только
одного (/-го) из рассматриваемых классов. Решающие функции строятся исхо¬
дя из критерия классификации (минимум вероятности ошибочного распозна¬
вания, метод параллелепипеда, Байеса и др.). Многочисленные эксперименты
по распознаванию многозональных космических снимков указывают на удов¬
летворительность группирования векторов признаков х по классам х, и уста¬
новления границ между областями различных классов.
Распознавание без обучения основано на такой группировке векторов х в
пространстве признаков X, чтобы векторы х,- одного типа / (кластера) удовле¬
творяли некоторому критерию однородности (были “похожи”), а векторы
разных кластеров были “непохожи”. Однородные группы устанавливаются
статистическим путем, когда случайным образом отбираются несколько сотен
Пикселов, а их спектральные показатели исследуются с целью группировки
пикселов.
В качестве спектральных признаков обычно используются линейные ком¬
бинации коэффициентов спектральной яркости (или других спектральных ха¬
рактеристик), отображенных на космическом снимке природных и антропо¬
генных геосистем, что позволяет провести разделение спектральных образов
геосистем в л-мерном признаковом пространстве X с последующей его класси¬
фикацией.
Особенностями спектральной информации являются ее низкая помехо¬
устойчивость и зависимость от множества полезных и мешающих факторов.
Сами же параметры состояния зондируемых объектов также обладают стохас¬
148
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
тическими свойствами как в пространстве, так и во времени. Это свидетельст¬
вует о том, что для решения обратных задач дистанционного зондирования,
возникающих при автоматизированном дешифрировании геосистем, необхо¬
димо уделять внимание определению инвариантных функций связи спектраль¬
ных и предметно-специфических характеристик геосистем.
Распределение коэффициента спектральной яркости. Информативными при¬
знаками здесь являются длины волн X и соответствующие кривые коэффици¬
ента спектральной яркости (КСЯ) 0 < р (А.) < 1 с локальными минимумами и
максимумами или кривые производной р(Х) по X.
Оптические и радиационные свойства геосистем в первую очередь опреде¬
ляются растительным покровом, а там, где покрытие растительности меньше
30-40 %, также почвами. Растительный покров представляет собой один из
наиболее чувствительных, динамичных и легко наблюдаемых индикаторов при¬
родных объектов. Классы биоморф растительности описываются разными кри¬
выми р(Х) и измеряются в основных участках спектра: синем (А. = 0,44 мкм),
зеленом (X = 0,54 мкм), красном (X = 0,68 мкм) и ближнем инфракрасном
(А. = 0,78 мкм). Например, мезофиты (растения средних условий увлажненности
и нейтральных почв) имеют наиболее типичные для растительности оптиче¬
ские свойства — хорошо выраженный максимум отражения света в зеленой
(р = 0,45-0,6) и ближней инфракрасной зонах спектра (р = 0,7-0,8). Гигрофиты
на избыточно увлажненных почвах имеют высокий коэффициент яркости в зе¬
леной (р = 0,15) и ближней инфракрасной зонах спектра (р = 0,7-0,9). Лишай¬
ники дают своеобразные кривые спектральной яркости, которые отличаются от¬
сутствием “зеленого” максимума. Для них характерны повышенные коэффици¬
енты яркости во всей фотоактивной зоне: 0,5-0,7 мкм до р = 0,2-0,3 [Горбунов
и др., 19991-
Торфянистые почвы, благодаря высокому содержанию органического ве¬
щества, обладают низким коэффициентом яркости. Низкая яркость в синей
части спектра, относительное повышение яркости в зеленой и красной частях
связаны с преобладанием в составе гумуса фульвокислот и достаточно высоким
содержанием оксида железа. Луговые почвы, богатые гумусом, дают самые низ¬
кие коэффициенты яркости (0,04-0,06), равномерно поднимающиеся от синей
части спектра к красной с р = 0,2.
На основе распределений спектральной яркости формируется многомер¬
ное пространство яркостных признаков X = {х^} элементов снимков, где Xj —
спектральная яркость j-го интервала 0 ** ^)-
Метод квантования изображения. Четкое отображение степени развития ес¬
тественных и антропогенных процессов (рубка и выгорание древостоев, засоле¬
ние почв, опустынивание земель и пр.) в яркости элементов изображения по¬
зволяет использовать простые приемы компьютерной обработки снимков при
изучении и картографировании компонентов геосистем. Интенсивность разви¬
тия этих процессов определяется по разной яркости участков изображения
яркостному квантованию снимков, делению значений яркости на градации ее
значений. Границы уровней квантования яркости находятся интерактивным
подбором на основе анализа гистограмм — распределения элементов (пиксе¬
лов) изображения по яркости.
149
Часть 11. Ландшафтное картографирование
Метод квантования используется на стадии предобработки снимков, напри¬
мер, для выявления неоднородности почвенного покрова бассейна р. Куды
(приток р. Ангары). Для снимка КФА-200 (ближний ИК-канал) составлялась
гистограмма, с помощью которой с учетом встречаемости значений яркости под¬
биралась цветовая палитра, которая реализована картографически (рис. 3.1):
каждый ареал яркости фототона интерпретируется как разности почвенного по¬
крова.
Квантование в двумерном или n-мерном пространстве яркостных характе¬
ристик разных каналов или снимков называется параллелепипедной классифи¬
кацией объектов и соответствует модели ординации этих объектов в пространст¬
ве X = Ц} комплексных признаков — значений яркости.
Недостатками квантования являются нечеткость проработки границ, неес¬
тественная вложенность контуров, трудности использования всего набора гео¬
изображений. Развитием этого глобального метода является локальный анализ
гистограмм для отдельных выделов предварительно сегментированных геоизо¬
бражений, когда особенности кривых распределения пикселов по яркости ис¬
пользуются для идентификации объектов.
Индексы вегетации. Эти признаки являются количественными характери¬
стиками спектрального контраста между спектральными зонами X(j) и позволя¬
ют определить воздействие факторов, влияющих на форму распределения коэф¬
фициента спектральной яркости р(Х), или xj. Используются в основном три ин¬
формативных канала — зеленый, красный и диапазон ближнего ИК-излучения.
Индексы — соотношения значений xj разных каналов j, например дроб-
X, - Xj
но-линейные комбинации вида более тесно связаны со свойствами объ-
X • + X ■
Л, -г A.J
ектов, чем исходные параметры яркости х, и х,. Это объясняется тем, что они
сами являются индикационными функциями или их комбинации дают инди¬
кационные функции, отражающие природные закономерности [Кейко, Черка¬
шин, 2000; Черкашин, 2005]. Предложен большой набор различного рода ин¬
дексов — зональных отношений [Choudhury, 1987; Spanner, Johnson, 1994; Low,
Waring, 1994; Чимитдоржиев, Ефременко, 1998].
Рис. 3.1. Выявление структуры почвенного
покрова методом квантования.
1 — преимущественно серые лесные, мес¬
тами оподзоленные среднемощные почвы;
2 — дерново-карбонатные выщелоченные
почвы под стравленными пастбищами; 3 —
лугово-болотные, аллювиально-луговые,
перегнойно-карбонатные среднегумусные
почвы, а также переувлажненные участки
дерново-карбонатных почв под пашней;
4 — лугово-черноземные выщелоченные
среднегумусные и луговые карбонатные
почвы.
J50
Гпава 3. Технология ландшафтного картографирования
Анализ распределения в пространстве разностей спектральных каналов по¬
зволяет: 1) выполнить распознавание почв в условиях открытой поверхности на
основе связей их спектральной яркости со свойствами верхнего слоя почв (гу-
мусностью, карбонатностью, влажностью, засолением); 2) сгруппировать кла¬
стеры, выделенные в связи с различиями по виду и состоянию сельскохозяйст¬
венных культур, но не различающиеся по почвенному покрову; 3) выполнить
распознавание автоморфного, гидроморфного и полугидроморфного почвенно¬
го покрова; 4) разделить наиболее влажные (луговые, лугово-болотные) почвы в
соответствии с изменениями условий произрастания растений (засоление и др.).
В работе [Pickup et al., 1994] впервые предложено решение, позволяющее с
помощью индексов сократить число признаков векторного пространства X
многозональной информации, что приводит к перегруппировке исходных дан¬
ных, при которой основная часть информации оказывается сосредоточенной
лишь в нескольких показателях. Были введены понятия “индекс яркости поч¬
вы” и “индекс зеленой растительности”, или просто зеленость. По определе¬
нию авторов, яркость представляет собой взвешенную сумму сигналов всех зон
и измеряется как векторное расстояние в направлении так называемой “линии
почв” (главной оси дисперсии спектрального отражения оголенной почвы).
Индекс зелености приблизительно ортогонален яркости и описывает контраст
между отражением в ближней И К и видимой областях спектра. Этот признак
тесно связан с количеством зеленой растительности и определяется как ортого¬
нальное расстояние от линии почвы до некоторой точки в пространстве, харак¬
теризующей растительность.
Таким образом, концепция вегетационных индексов позволяет синтезиро¬
вать спектральную информацию, содержащуюся в анализируемых зонах спек¬
тра, в несколько параметров, имеющих определенный содержательный смысл.
Путь совершенствования этого метода — определение оптимального количест¬
ва и состояния спектральных диапазонов космических съемок и разработка
комплексных мультипликативных спектральных признаков (индикационных
функций), строго идентифицирующих ландшафтные характеристики и устой¬
чивых к малым искажениям анализируемых изображений.
Кластерный анализ — это совокупность методов, позволяющих класси¬
фицировать многомерные наблюдения, каждое из которых описывается набо¬
ром исходных переменных X = }. Целью кластерного анализа является
образование групп сходных между собой объектов У, — кластеров /. С каж¬
дым к-м элементом изображения связывается набор признаковых значений
хк = {xfcj}, например спектральный отклик, пространственные координаты или
некоторые свойства, измеренные по соседним элементам, например локальное
среднее значение уровня яркости, модуль градиента и др. Считается, что кла¬
стеры в пространстве X состоят из различных однородных подмножеств У) эле¬
ментов и, следовательно, разбиение признакового пространства на кластеры
позволяет классифицировать fc-e элементы изображения (fc«->i)- Выявление кла¬
стеров является эмпирическим процессом, так как качество работы алгоритма
не только зависит от характера анализируемых данных, но и определяется вы¬
бранной мерой подобия объектов и методом, используемым для идентифика¬
151
Часть II. Ландшафтное картографирование
ции кластеров в системе данных. Как меры сходства (подобия) используются
различные статистические критерии, основанные па оценке плотности распре¬
деления: метрические, неметрические (минимизация или максимизация како¬
го-нибудь показателя) и др. Наиболее распространенные разновидности кла¬
стер-анализа в дешифрировании — K-means, ISODATA, Maximum Likelihood
[Автоматизированная..., 1988].
Выделение однородных кластеров Yj происходит: 1) параллельно с помощью
алгоритмов итерации (приближения), когда на каждом шаге анализа используют¬
ся данные обо всех дешифрируемых объектах; 2) иерархически, когда на каждом
шаге происходит объединение или разъединение объектов на классы; 3) последо¬
вательно, когда на каждом шаге используется лишь часть сведений об объекте.
Такой анализ можно повторить неоднократно до получения удовлетвори¬
тельного результата (в том числе отрицательного). Выделенные области клас¬
сифицируются по спектральным признакам с учетом порогового критерия бли¬
зости классов. Меняя значения порога, можно получить кластерные карты с
различной детальностью разбиения.
Метод К-средних принадлежит к группе итеративных методов эталонного
типа. Сущность их заключается в том, что процесс классификации начинается
с задания некоторых начальных условий (количества образуемых кластеров,
порога завершения процесса классификации и т.д.). Итеративные методы тре¬
буют от пользователя опыта при выборе типа классификационных процедур и
задания начальных условий разбиения. Например, выбранное случайным обра¬
зом число кластеров может не только сильно увеличить трудоемкость, но и
привести к образованию “размытых” или мало наполняемых кластеров. Поэто¬
му целесообразно сначала провести классификацию на основании экспертных
оценок, а затем уже подбирать начальное разбиение и статистический крите¬
рий итерационного алгоритма.
Оценка специфичности кластеров имеет значение при интерпретации поч¬
венного покрова. Один и тот же кластер может соответствовать почвенному по¬
крову, формирующемуся в разных геоморфологических позициях и разных ус¬
ловиях увлажнения. Это связано с тем, что дистанционные методы регистрируют
спектральную яркость системы “почва — растительность”. Влияние раститель¬
ности вносит в нее существенные коррективы, иногда стирая различия, обуслов¬
ленные почвой. Поэтому для повышения точности интерпретации почвенного
покрова необходимо предварительное совмещение снимка с картой геоморфо¬
логического районирования или с топокартой с выделенными на ней
котловинами, речными долинами, склонами разной крутизны и другими эле¬
ментами геоморфологии.
Цифровая модель рельефа. В ландшафтных исследованиях широко приме¬
няются цифровые модели рельефа и методы их количественного анализа [Ба-
ланчук, 1996]. Причиной внедрения этих методов в практику ландшафтных
исследований явилось то, что рельеф существенно влияет на ландшафтообра¬
зующие процессы, и то, что при дешифрировании изображений не всегда дос¬
таточно ДЦЗЗ. Геометрия земной поверхности определяет сложность распре¬
деления яркостных и спектральных характеристик ландшафта, что повышает
вероятность появления ошибок при дешифрировании. Учет известных связей
152
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
между характеристиками рельефа и другими компонентами ландшафта позво¬
ляет существенно повышать качество тематического дешифрирования.
При анализе ДЦЗЗ применяются цифровые модели высоты, крутизны, экс¬
позиции склонов, горизонтальной, вертикальной и средней кривизны земной
поверхности. Эти топографические характеристики локальны. Их значения оп¬
ределяются по высоте малой окрестности каждой точки поверхности. Исполь¬
зование цифровых моделей локальных топографических величин связано с
тем, что они определяют ряд процессов, влияющих на развитие ландшафта, и
фиксируют некоторые геологические структуры. Так, высота в горных районах
определяет вертикальную зональность почв и растительности, может служить
индикатором интенсивности новейших тектонических движений и устойчиво¬
сти горных пород к выветриванию. Крутизна и экспозиция склонов служат то¬
пографическими предпосылками скорости и направления потоков вещества,
перемещающихся по земной поверхности под действием гравитации, индици¬
руют инсоляцию, микроклимат, интенсивность испарения осадков и таяния
снега, некоторые свойства почвенного и растительного покрова. Горизонталь¬
ная и вертикальная кривизна земной поверхности определяет конвергенцию и
относительное замедление потоков вещества соответственно, в связи с чем
отображает влажность почв, их кислотность (pH), мощность горизонтов, со¬
держание органического вещества, другие свойства почвенного покрова. Со¬
вместное использование данных о вертикальной и горизонтальной кривизне
поверхности позволяет выделять зоны денудации, транзита и аккумуляции по¬
токов. Средняя кривизна поверхности дает представление о конвергенции и от¬
носительном замедлении потоков с равными весами и может иметь почти
функциональную связь с влажностью почвы.
При анализе данных ДДЗЗ целесообразно применять цифровые модели
аккумуляционной кривизны поверхности, нелокальных топографических ве¬
личин, в частности площади водосборного бассейна, и некоторых комбина¬
ций локальных и нелокальных характеристик рельефа, например индексов
влажности и мощности потоков. Совместное использование данных об акку¬
муляционной и средней кривизне поверхности позволяет количественно опи¬
сать интенсивность процессов денудации, транзита и аккумуляции потоков
вещества.
3.3. Нейросетевые методы
Нейросетевые методы основаны на использовании математических моде¬
лей физиологических процессов функционирования человеческого мозга. Это
искусственные нейронные сети, которые моделируют процесс обработки чело¬
веком информации. На этом пути появляется возможность объединить стати¬
стические и экспертные методы обработки космических снимков.
3.3.1. Свойства нейронных сетей
Нейросетевой анализ данных получает широкое распространение в различ¬
ных областях науки и практики. Главная особенность нейронной сети (НС) со¬
стоит в ее способности к обучению по эталонному объекту. На основе анализа
153
Часть П. Ландшафтное картографирование
всей входящей информации искусственная НС способна выработать некото¬
рый собирательный образ объекта, тем самым имитируя процесс географиче¬
ских исследований. Полученный математический образ является конечным ре¬
зультатом обучения и может использоваться при дальнейшем компьютерном
дешифрировании других изображений, экстраполяции географических знаний
[Минский, Пейперт, 1971; Kohonen, 1997; Bishop, 1995]. В настоящее время ме¬
тоды, использующие алгоритмы нейросетевой классификации, считаются пер¬
спективными при автоматизированном тематическом анализе и картографиро¬
вании [Назимова и др., 1999; Назаров, 2000].
Распространенная разновидность нейронных сетей — сеть Кохонена —
представляет собой набор адаптивных элементов (нейронов), организованных
в виде регулярной решетки. Каждый нейрон связан как с входными сигнала¬
ми сети, так и с соседними нейронами. В НС информация записана в виде
эталонных векторов — “весов” нейронов z-, ={zy}- В процессе обучения на
вход НС от /с-го объекта (пиксела) подается вектор сигналов хк = {х*,} про¬
странства характеристик X = {х,}, и каждый i-й нейрон определяет степень
соответствия этих сигналов хц хранящемуся в нем эталону ц. Степень соот¬
ветствия обратно пропорциональна расстоянию р(х*., ц) между входным век¬
тором и эталоном ц- чем меньше расстояние р, тем больше соответствие.
Нейрон, для которого соответствие максимально, объявляется “победителем”
и корректирует свой эталон в направлении входного вектора (г,- -> х&). Анало¬
гичным образом корректируются эталоны нейронов, расположенных рядом с
“победителем” в решетке: чем ближе в решетке расположены соседи, тем
сильнее будет такая коррекция. Таким образом, после обучения расположен¬
ные рядом в решетке нейроны имеют похожие эталонные векторы, что по¬
зволяет ординировать полученные классы в форме решетки на плоскости
[Kohonen, 1997]. Самоорганизующиеся отображения (SOM), предложенные
Кохоненом, являются однослойными НС со слоем конкуренции, в которых
входной вектор подается одновременно на входы всех нейронов, и они опи¬
санным способом реагируют на входной сигнал, в результате чего устанавли¬
вается соответствие между нейронами и классами наблюдаемых объектов
хк = {х/у} многослойных (по j) геоизображений (многозональных снимков).
В отличие от обычных методов классификации, когда изменение отдель¬
ных классов происходит независимо, в нейронной сети SOM все нейроны, а
следовательно и классы объектов, упорядочены в некоторую решетку, задаю¬
щую топологию НС. Эта топология не имеет отношения к положению векторов
весов нейронов г, — в исходном пространстве признаков X = |ху| и слу¬
жит лишь для управления процессом обучения НС с целью ее самоорганизации
[Kohonen, 1997]. В нейронной сети SOM кроме победившего нейрона обучают¬
ся все нейроны его локальной окрестности, что приводит к самоорганизации
НС и выявлению внутренней структуры связи многослойного геоизображения.
154
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
Нейронные сети Кохонена как один из методов классификации многомер¬
ных данных обладают дополнительными свойствами. Процесс обработки ин¬
формации рассматривается в двух пространствах: в пространстве характери¬
стик =|д:А;/||е X находится вся распределенная информация (прямая и
косвенная) об интересующем нас явлении (сами исходные изображения, ре¬
зультаты их предварительной обработки и т.д.); в тематическом пространстве
Z = {z,} задается само изучаемое явление. Задача распознавания ставится как
построение^ отображения из пространства характеристик в тематическое про¬
странство X -> Z, при этом на отображение могут налагаться те или иные огра¬
ничения. Все это можно рассматривать как реализацию процедур индикации и
тематического дешифрирования на новой алгоритмической основе, когда реа¬
лизуются схемы (1) и (2). Традиционным средством построения такого отобра¬
жения является использование того или иного вида классификации, например
легенды к карте, с целью установить однозначное соответствие между классами
I в пространстве характеристик Zc х и объектами к (задача расслоения).
Использование нейронных сетей Кохонена позволяет построить ордина-
цию в виде отображения классов на плоскость с сохранением топологических
отношений, когда два класса, близкие в пространстве характеристик, будут ря¬
дом и на этом отображении [NeRis, 2000].
Другим важным свойством нейронных сетей Кохонена является то, что про¬
цесс построения ординации можно сделать “тематически ориентированным”,
т.е. формировать классы НС таким образом, чтобы они наиболее полно отобра¬
жали интересующее нас явление в тематическом пространстве. В отличие от тра¬
диционных методов классификации, в которых каждый тематический объект
[ стараются представить единственным классом, результатом “тематической ори¬
ентации” НС является “сгущение” классов в кластеры У/ (/с К,) в топологиче¬
ской окрестности Xi пространства характеристик X, связанной с интересующим
нас типом объектов. Например, при исследовании таежных геосистем можно до¬
биться “сгущения” классов в соответствующей части характеристик яркости, что
позволяет детализировать понятие “геосистема” до необходимой точности и
описать “переходные” зоны между различными тематическими понятиями.
Другим следствием того, что нейронная сеть Кохонена строит ординацию,
является устойчивость ее структуры к изменениям исходных значений. Так,
I если НС используется для классификации многозонального изображения, то
! при одновременном линейном изменении яркостей всех каналов (умножением
1 на константу и прибавлением смещения) и повторном обучении НС получен¬
ная ординация будет полностью повторять исходную. Поскольку именно орди-
нация используется для тематической интерпретации данных, это уникальное
свойство НС делает ее надежным инструментом тематической интерпретации,
а результаты такой обработки — воспроизводимыми, несмотря на изменение
исходных данных, например, при использовании снимков, сделанных в усло-
| виях различной освещенности или в разные сезоны [NeRis, 2000].
1 Для визуализации результатов нейросетевой ординации разработан метод
построения тематических палитр, позволяющий наглядно отображать контину¬
альное изменение тематики [NeRis, 2000]. Метод основан на выделении среди
155
Часть II. Ландшафтное картографирование
элементов НС “ядер”, соответствующих тематическим классам в пространстве
характеристик, и присвоении им основных цветов классов по тематической ле¬
генде. Промежуточные элементы закрашиваются оттенками основных цветов.
Тематическая ориентация НС состоит в “сгущении” классов в тех областях
пространства ординации, которые представляют наибольший интерес, наибо¬
лее информативны. Для оценки качества ординации используются визуализа¬
ция классов-элементов НС в виде решетки нейронов минимального остовного
дерева эталонов классов и отображение Сэммона эталонов классов. Мини¬
мальное остовное дерево является традиционным инструментом построения
дендрограмм в статистике. Оно связывает классы, если они близко расположе¬
ны в пространстве характеристик. Ординация Сэммона располагает образы
классов на плоскости таким образом, чтобы расстояние между ними было про¬
порционально расстоянию между классами в пространстве характеристик. При
правильно построенной ординации решетка классов в отображении Сэммона
искажает свои пропорции, но в целом сохраняет топологию (рис. 3.2).
Нейронные сети применяются как для спектрального, так и для текстурно¬
го анализа изображений. Текстурный анализ предназначен для выделения и
описания типичных для данного объекта вариаций яркости. Космический сни¬
мок разбивается на фрагменты, каждому из которых соответствует набор тек¬
стурных признаков. Последние присоединяются в качестве дополнительных
компонент к векторам многозональных характеристик фрагмента. Использова¬
ние такого комплексного вектора спектрально-пространственных признаков
повышает точность распознавания на 10-15 %. Текстурные признаки описыва¬
ются функцией ориентации яркостей и параметрами двумерного спектра орто¬
гональных преобразований (Фурье, Адамара, МГК и др.).
Алгоритмы на базе НС перед стандартными алгоритмами обработки кос¬
мической информации имеют преимущества, обеспечивающие следующие воз¬
можности: 1) работа с некалиброванными и зашумленными данными без пред¬
варительной их стандартизации; 2) стандартизация разнородных данных путем
перевода абсолютных значений в зна¬
чения внутреннего пространства ко¬
ординат нейронной сети; 3) создание
градиентной палитры, позволяющей
Рис. 3.2. Структура нейронной сети (ото¬
бражение Сэммона) для выявления пере¬
менных состояний на лесостепном участке
1 — сосновые злаково-разнотравные леса
на выположенных участках местности; 2 —
лиственнично-елово-березовые леса реч¬
ных долин и вогнутых участков водоразде¬
лов; 3 — сосново-березовые злаково-разно¬
травные леса; 4 — гари, вырубки; 5 — рас¬
паханные участки пологих склонов; 6 —
долинные луговые и лугово-степные сооб¬
щества; 7 — граница между подтаежными и
степными комплексами.
156
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
визуализировать классы по степени близости свойств классов; 4) сопоставле¬
ние (измерение) степени близости любых анализируемых классов; 5) проведе¬
ние "тематической ориентации" алгоритмов на наиболее интересную группу
объектов дистанционного изображения или карты; 6) адаптация алгоритмов к
параллельному анализу разновременных данных дистанционного зондирова¬
ния — использования разносезонных и фенологических признаков; 7) отобра¬
жение мнения эксперта в структуре НС для его тиражирования в технологии
обработки массовых разнородных материалов, т.е. использование заранее обу¬
ченных самоорганизующихся сетей Кохонена на других участках, схожих по
природным условиям; 8) экстраполяция данных ключевых (тестовых) участков
на другие территории с более высокой точностью и меньшей зависимостью от
качества материалов по сравнению с существующими статистическими алго¬
ритмами.
I
| 3.3.2. Выявление переменных состояний ландшафтов
На космических снимках высокого и среднего разрешения хорошо просле-
; живаются процессы преобразования земель. Почвенный и растительный по¬
кров существенно изменяется под влиянием естественных и антропогенных
; факторов. Это выражается в катастрофических и восстановительных сменах
растительности, разрушении под влиянием хозяйственной деятельности эпиге-
I нетического ландшафта (нарушении растительного покрова, вымывании гуму-
! са верхних горизонтов, поверхностном смыве почв, линейной эрозии, развитии
форм водно-эрозионного рельефа). Разные изменения ландшафта трактуются
как переменные состояния его фаций (см. п. 1.2-3). Для представления о ланд¬
шафтном потенциале фации, таксономической принадлежности фации необ¬
ходимо изучить все ее переменные состояния.
Частной формой изменения ландшафта является его нарушенность — из¬
менение свойств и пространственного размещения элементов геосистем по
сравнению с коренным (первичным, ненарушенным) состоянием. Объектами
и свойствами оценки являются [Разов, 1989]: а) природные условия, влияющие
на формирование и развитие земельных ресурсов; б) социально-экономиче-
1 ские факторы, определяющие особенности использования земель; г) почвы
(основные свойства, состояние и качественные характеристики); д) система
! землепользования (типы и эффективность использования); е) мероприятия,
направленные на повышение плодородия почв, их восстановление и охрану.
I Дистанционные методы изучения состояния ландшафтов основаны на том,
что каждый территориальный объект имеет свой спектрально-яркостной образ,
отображенный на космических снимках [Карманов, 1970; Кольцов, 1970; Ком¬
плекс..., 1978; Кондратьев, Миронова, 1962; Константинов, Горожанкина, 1990].
Через характеристики растительности и почв индицируются разные антропоген¬
ные модификации геосистем, их переменные состояния. Их систематизация
| имеет большое значение на этапе экспертно-визуального анализа снимка при
подготовке экспертных знаний для обучения нейронных сетей.
Особенности отражения отдельных признаков почвенно-растительного
покрова в различных спектральных диапазонах приведены в [Кронберг, 1988;
157
Часть II. Ландшафтное картографирование
Рачкулик, Ситникова, 1981]. По форме спектральных кривых (перегиб в синей
зоне спектра) диагностируются засоленные грунты [Андронников и др., 1990;
Королкж и др., 1992]. Дешифрирование почв по снимкам производится кос¬
венно, путем анализа форм рельефа, микрорельефа, растительности, геологи¬
ческого строения местности и результатов хозяйственной деятельности чело¬
века на основе знаний о морфологии почв и особенностях их формирования,
а также установления взаимосвязей между почвами и почвообразующими
факторами [Андронников, 1979; Андронников и др., 1990; Методика..., 1962).
Отдельные прямые и косвенные признаки дешифрирования почв неодно¬
значны: один и тот же признак может индицировать разные объекты и, наобо¬
рот, один и тот же объект может индицироваться разными признаками [Кей¬
ко, 1999]. Поэтому необходимо учитывать все дешифровочные признаки и
взаимосвязи между почвами и элементами ландшафта.
Для картографирования переменных состояний геосистем с использовани¬
ем космических снимков и компьютерных технологий необходимы: а) цифро¬
вая карта топоосновы с обязательными слоями гидрографии и рельефа, мас¬
штаб которой должен соответствовать масштабу создаваемой карты [Требова¬
ния..., 1997а, б]; б) почвенная карта, ландшафтная карта, карта растительности,
землеустроительные планы [Цыганенко, 1967]; в) текстовая описательная ин¬
формация, информация в виде таблиц, графиков, характеризующая почвенный
и растительный покров анализируемой территории, а также гидрологические и
метеорологические условия.
Материалы ДДЗЗ должны максимально информационно соответствовать
поставленным задачам и отвечать следующим требованиям: а) снимки долж¬
ны быть высокого и среднего пространственного разрешения; б) размеры де¬
шифрируемых объектов в 2,5-3 раза должны превышать величину простран¬
ственного разрешения снимка; в) дешифрирование желательно проводить по
снимкам, масштаб которых в 2 раза крупнее масштаба будущей карты; г) ин¬
формативность спектральных диапазонов (радиометрическое разрешение) и
спектрального разрешения должна обеспечивать максимум информации об
объектах предметной области; д) необходима достаточная обзорность снимка;
е) съемка должна выполняться многократно или следует использовать не¬
сколько снимков разного масштаба и разрешения, различных спектральных
диапазонов, ракурсов и времени съемки.
Нарушенность ландшафтов проявляется в деградации земель. Этот процесс
ведет к сокращению биологической продуктивности экосистем, уменьшению
урожая сельскохозяйственных культур, снижению запаса кормов на пастбищах
[Виноградов, 1976]. Определяются критерии уровня деградации земель [Благо-
видов, 1960; Егоров, Мазиков, 1999], в частности оптические индикаторы [Ви¬
ноградов, 1993] стадий перехода от естественного (квазикоренного) состояния
до полного катастрофического разрушения. Деградация почв ведет к увеличе¬
нию коэффициента отражения поверхности.
Достоверно дешифрируется динамика состояния почвенного покрова, свя¬
занная с антропогенными нарушениями почв в результате ветровой и водной
эрозии, вторичным засолением и заболачиванием, изменением форм исполь¬
зования земель. Основной способ космического мониторинга динамики поч
158
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
венного покрова основан на вычислении по повторным снимкам тенденции
изменения площади как элементарных почвенных ареалов, так и почвенных
комбинаций. Другой способ космического мониторинга динамики почвенного
покрова основан на слежении за изменением отдельных почвенных показате¬
лей: влажности, содержания гумуса, засоления и т.п. Он базируется на “пото¬
чечном” (“попиксельном”) сравнении дистанционного сигнала, измеренного в
фотометрических или радиометрических единицах, одних и тех же участков в
разные годы и интерпретации соответствующих им изменений почвенных по¬
казателей [Виноградов, 1981].
На космических снимках крупного масштаба в генерализованном виде
отображаются контуры почв и структура почвенного покрова. Контуры дешиф¬
рируются по связям с элементами рельефа, ареалами растительности не только
потону, но и по рисунку изображения (долины, западины, поля разных разме¬
ров) [Кейко, 1999].
Проводилось сопоставление почвенных данных землеустройства части
бассейна р. Куды с многозональными космическими снимками среднего раз¬
решения (КФА-200, Ресурс-Ф1, м-б 1:800 000). В инфракрасном канале
(0,8-0,9 мкм ЧБВ) отчетливо разделяются дерново-карбонатные и луго¬
во-черноземные почвы, а также влажные аллювиально-луговые, лугово-бо-
лотные и болотные низинные почвы. На снимке зеленого диапазона спектра
(0,38-0,36 мкм ЧБА) контуры этих почв не прослеживаются, но хорошо выде¬
ляются серые лесные и дерново-карбонатные почвы, находящиеся под лесны¬
ми массивами, а также луговые [Кейко, 1999].
На снимке красного диапазона спектра (0,64-0,72 мкм ЧББ) были выявле¬
ны контуры типов дерново-подзолистых, серых лесных и дерново-карбонатных
почв, находящихся под лесными массивами, и подтипов собственно серых и
темно-серых лесных почв на пашне. На снимке диапазона 0,51-0,57 мкм
(МК-4) четко выражены контуры пашен, выделяется подтип дерново-карбо-
натных типичных и подтип луговых — аллювиально-луговых почв. Остальные
почвенные разновидности попали в зону неопределенности. В диапазоне
0,62-0,71 мкм (МК-4) наблюдается такая же тенденция, как и на снимке ЧББ
(0,64-0,72). В диапазоне 0,7-0,86 мкм (МК-4) различаются следующие типы
почв: серые лесные, дерново-карбонатные и дерново-подзолистые под лесом;
комплекс лугово-черноземных и луговых почв. При этом луговые почвы пред¬
ставлены подтипом аллювиально-луговых почв.
На карте М 1: 50 000 ключевого участка почвенный покров представлен 9
типами и 16 подтипами. В результате обработки цветного спектрозонального
снимка М 1: 240 000 (КФА-1000, Ресурс-Ф2, разрешение 8-5 м) было выявлено
5 типов и 5 подтипов почв, причем серые лесные выделяются до подтипов (се¬
рые, темно-серые), местами до родов (остаточно-карбонатные), дерново-подзо¬
листые различаются до вида (маломощные, среднемощные), дерново-карбонат¬
ные распознаются до подтипов (типичные и выщелоченные). Хорошо выражены
лугово-болотные почвы, местами до уровня подтипов (болотно-перегнойные).
Плохо прослеживаются лугово-черноземные и черноземные почвы. На спектро¬
зональном снимке диапазона 0,58-0,8 (СА-М в 4 каналах) выделено 6 типов и 5
подтипов почв. Серые лесные распознаются до уровня подтипа (темно-серые),
159
Часть II. Ландшафтное картографирование
дерново-карбонатные — до подтипов (дерново-карбонатные типичные и выще¬
лоченные), луговые — до подтипов (аллювиально-луговые и карбонатные).
Анализ опубликованных результатов дистанционного изучения почвен¬
ного покрова, а также полученный опыт индикации почв показывают, что
наибольшей информативностью при выявлении структур почвенного покрова
обладают спектрозональные снимки. Они позволили получить контуры, мак¬
симально близкие к выделенным при наземных исследованиях. Среди много¬
зональных снимков лучшей читаемостью типов почв характеризуются снимки
в ИК-области спектра.
Выбор эталонов дешифрирования и решение задачи индикации раститель¬
ного и почвенного покровов и их модификаций экспертными методами на мо¬
дельных участках формируют информационную основу для выделения геосис¬
тем и их переменных состояний автоматизированным способом.
3.3.3. Поэтапное описание технологического процесса
Разрабатывается технология автоматизированного анализа нарушенности
геосистем с использованием нейронных сетей Кохонена, которая реализуется
на основе программы тематической интерпретации данных ДЗЗ ScanEx NeRIS
2.5 (разработчик ИТЦ “СканЭкс”). Технология состоит из нескольких после¬
довательных этапов.
Этап 1. Создается банк данных X ={.** ={xty }jcA' (набор исходной ин¬
формации) — информационные слои j объектов к, подлежащие анализу. Он
включает снимки различных каналов спектра, разного времени, сезона и мас¬
штабного ряда на модельный участок бассейна р. Куды, на котором представле¬
ны все виды и уровни нарушенности растительно-почвенного покрова. Почти
вся территория ключевого участка занята сельскохозяйственными угодьями, но
имеются фрагменты геосистем подтаежного типа (светлохвойные и мелколист¬
венные леса разного возраста и состава). Была проведена предварительная
дифференциация территории по природным и антропогенным состояниям
(см. п. 3.2.2). На основе первичной попиксельной обработки (классификации)
изображений нейросетевыми методами созданы маски Zj = {г,,} — эталонные
векторы переменных состояний /. Затем проведено повторное обучение НС в
границах известных ареалов переменных состояний, в результате чего каждому
ареалу i был присвоен вес zt = у} в системе классификации (i-й тематической
ориентации).
Этап 2. Информационные слои (каналы) j определяют размерность и со¬
став пространства характеристик X = {*, }• Обучение НС основано на вычис¬
лении расстояний между точками многомерного пространства — радиус-век¬
торами х = {х;|, компоненты (координаты) которых соответствуют различ¬
ным информационным слоям Xj, поэтому решающее значение при обучении и
обработке имеет фактическая изменчивость характеристик слоя Xj. Степень
такой изменчивости (вариации) не всегда совпадает с важностью данного
160
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
слоя для тематического анализа, поэтому влиянием слоев на результат класси¬
фикации нужно управлять, изменяя веса Kj, приписанные слоям: чем меньше
вес, тем меньшее влияние он оказывает на результат обучения НС. Выбор
весов определяется представлениями эксперта о важности слоев для после¬
дующей тематической интерпретации. При исследовании нарушенности гео¬
систем наибольший весовой коэффициент был поставлен в соответствие
ближнему ИК-каналу, наименьший — зеленому. Для анализа геосистем реко¬
мендуется подключать пустой слой с нулевым весом (ноль для сети отражает
представление о континуальности свойств объектов). В качестве дополни¬
тельного слоя может быть использована цифровая модель рельефа; ей при¬
сваивается небольшой вес, например 0,1. Веса всех информационных слоев
нормируются к единице К, = 1 .
V i >
Задаются свойства НС (размер и форма регулярной прямоугольной решет¬
ки нейронов). Число классов ограничено числом градаций яркости (255). Вы¬
бор размера сети зависит от сложности решаемой задачи, определяется числом
тематических классов в ординации. Число нейронов должно быть существенно
больше, чем предполагаемое число классов, что повышает степень свободы ин¬
терпретации результатов с последующей генерализацией выделов. Рекомендуе¬
мый размер нейронной сети — 15 х 15.
Важно правильно выбрать способ вычисления расстояния между вектора¬
ми (точками) входных характеристик хк и эталонов г,- элементов нейронной
сети. Евклидово расстояние р = ^Х(х/у ~ Zy)2, как всякая квадратичная мера,
чувствительно к “выбросам” значений компонентов векторов, поэтому при¬
меняется “покоординатное” расстояние р=Х |х<у -*«/|- Расстояние типа
j
“спектральный угол” (косинус угла между векторами в пространстве характе¬
ристик) используется тогда, когда все компоненты вектора “равноправны”,
имеют одинаковую природу, например, при анализе разновременных снимков,
сделанных в одном диапазоне спектра.
Структура и характеристики НС задаются один раз, а параметры ее обуче¬
ния и стратегия самого обучения могут меняться. Это позволяет создавать на¬
бор типовых тематических НС, которые можно дообучать по мере поступления
новых данных, уточняя их тематическую интерпретацию.
Параметры обучения включают в себя параметры управления созданием
обучающей выборки и параметры, используемые в процессе обучения. К пер¬
вым относятся критерии задания “области интересов”, шаг “прореживания”
выборки, максимальный объем выборки и способ нормировки векторов вход¬
ных данных. Задание области интересов осуществляется с помощью векторных
карт, содержащих площадные объекты. В этом случае программа использует
Для обучения только те данные, которые соответствуют внутренней области
этих объектов на изображении. Шаг прореживания означает, что для обучения
используются не все точки области, а только каждая п-я точка (п — шаг по про¬
странству изображения). Такое прореживание применяется, чтобы быстро оце¬
161
11 iaKaj Nv 560
Часть II. Ландшафтное картографирование
нить структуру пространства характеристик для большой территории и выбрать
оптимальные для нее параметры обучения НС.
Существует два способа нормировки входных данных: по сумме компо¬
нентов и по дисперсии. В первом случае все компоненты входного вектора
засчитывается сумма квадратов отклонений от их среднего значениях^
диционным в статистике и при классификации позволяет выравнивать диапа¬
зон изменения значений, например, при обработке снимков, сделанных в ус¬
ловиях различной освещенности.
К условиям, управляющим процессом обучения, относятся способ выбора
соседних нейронов в решетке НС, скорость обучения и стратегия ее изменения.
Способ выбора соседей определяется двумя параметрами — радиусом и спосо¬
бом вычисления степени модификации эталонов соседних с победителем ней¬
ронов. Радиус соседства сильно влияет на качество самоорганизации НС (ор-
динированность полученных классов): чем больше радиус, тем более качест¬
венная получается ординация, но тем более “смазанными” будут эталоны
полученных классов. Опыт показывает, что значение радиуса должно состав¬
лять примерно 0,3 от размера стороны решетки НС, например, если сеть имеет
размер 15 х 15, радиус должен быть равен 4-5.
Этап 3. Формируется наглядный образ структуры попиксельно обученной
НС в виде отображения Сэммона (рис. 3.2). Сеть не должна иметь пересечений.
При плохо организованной в этом смысле сети необходимо изменять парамет¬
ры обучения или параметры сети.
При удовлетворительном результате классификации приступают к даль¬
нейшей обработке изображения для определения тематических классов, соот¬
ветствующих номерам нейронов /. Созданная НС может быть использована для
решения аналогичных задач на территории со сходными природными условия¬
ми. Применение НС для других участков требует ее дообучения.
Этап 4. Для проведения постобработки проводится тематическая калиб¬
ровка НС. Она включает в себя содержательную интерпретацию: сопоставле¬
ние тематических классов с классами НС. Для калибровки используются карты
модельных участков с площадными объектами-эталонами, характеризуемыми
векторными слоями ц, например эталонами классов нарушенности. Для созда¬
ния векторного слоя ц необходимо выделить максимально однородные объек¬
ты (участки), соответствующие определенному тематическому классу /. Одна и
та же сеть может быть откалибрована по-разному, в зависимости от задачи.
Следовательно, для разных процедур постобработки могут быть использованы
различные варианты калибровки одной и той же сети.
При калибровке обученная НС используется для классификации пикселов
в пределах каждого тематического выдела, и после обработки всех выделов ка¬
ждый нейрон сети относится к определенному тематическому классу. Данные о
тематическом распределении нейронов хранятся в самой НС и используются
Делятся на сумму у} переменных xkj (x0kj = xkji/yj,), когда вы¬
полняется условие нормировки Y,xokj = 1- При нормировке по дисперсии
Dj ~ ~xkj)2/(nk - 0 и xokj =xkj / jDj ■ Такой способ является тра-
162
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
Рис. 3.3. Калиброванная нейронная сеть,
схема распределения классов: 1 — селитеб¬
ные земли, сильно сбитые пастбища и
сильно эродированные участки; 2 — пре¬
имущественно пашни, сильно подвержен¬
ные водной и ветровой эрозии; 3 — буфер¬
ные зоны — зоны контакта сильно и слабо
нарушенных земель; 4 — мелколиственные
леса и участки с возобновлением сосны на
месте сведенных лесов; 5 — слабонарушен-
ные и ненарушенные сосновые разнотрав-
но-вейниковые леса; 6 — переувлажненные
участки на почвах преимущественно тяже¬
лого механического состава; 7 — озера,
подтопленные лесные участки и участки
пашен с водой на поверхности.
при дальнейшей их тематической обработке. На рис. 3.3 приведен пример ка¬
либровки НС для решения задачи выделения участков разной степени нару¬
шенности почвенно-растительного покрова. Параметры обучения НС: общее
количество пикселов, участвующих в обучении, — 1 млн, размер НС —6x6,
шаг обучения — 1, радиус — 7, скорость обучения — 0,4, вес по слоям обуче¬
ния — зеленый (0,5), красный (1) и ближний ИК (2) каналы. По структуре сети
несложно определить границу между классами. Ядра классов находятся в мес¬
тах ветвления остовного дерева.
Этап 5. Для дифференциации территории используются подготовленные и
обученные НС. Результатом дифференциации является растровый слой геоизо¬
бражения, содержащий номинальные значения (коды классов /к) для каждого
пиксела к. Результаты классификации могут быть визуализированы с использо¬
ванием тематической палитры или переданы для дальнейшей обработки с по¬
строением карт.
Кроме “попиксельной” классификации применяются более сложные вари¬
анты, учитывающие пространственные особенности тематических выделов и
основанные на контекстуальных НС. Существует несколько вариантов таких
классификаций.
1. Постобработка результатов попиксельной классификации с исполь¬
зованием скользящего локального окна. Этот вид классификации применяется
для районированных объектов — подразделение территории на районы по оп¬
ределенному показателю. Каждому району присваивается один из классов.
2. Постобработка результатов попиксельной классификации с использова¬
нием марковских случайных полей. Она применяется с целью определения те¬
матических классов для всего классифицируемого изображения. На основе ин¬
формации, которая содержится в откалиброванной сети Кохонена, вычисляет¬
ся вероятность появления разных тематических классов, которая применяется
Для построения окончательной классификации. Если результаты классифика¬
ции получаются удовлетворительными, то найденные классы сопоставляются с
ранее разработанной легендой.
163
Часть II. Ландшафтное картографирование
Этап 6. Проводится векторизация результатов дешифрирования с точной
топографической привязкой векторизуемых материалов, что позволяет исполь¬
зовать полученные тематические векторные слои совместно с другими цифро¬
выми картами. Векторизация выполняется как вручную (в ГИС), так и в авто¬
матическом режиме.
Этап 7. Результаты компьютерного дешифрирования и векторизации вклю¬
чаются в ГИС, где реализуются различные процедуры работы с электронными
картами.
Таким образом, особенностью попиксельной обработки космических мно¬
гозональных изображений с использованием разработанной технологии, осно¬
ванной на нейронных сетях, является учет свойств имеющейся информации и
выбор эталонов дешифрирования для обучения работы сети. В этом заключает¬
ся работа эксперта-географа, организующего на основе НС систему знаний о
территории в виде топологической сети (ординации) тематических классов де¬
шифрирования. Такая система знаний создавалась в ходе экспедиционных ис¬
следований на ключевых участках Предбайкалья и компьютерного анализа их
результатов для оценки нарушенности ландшафтов.
3.4. Автоматизированный анализ нарушенности геосистем
Технология, использующая нейросетевые методы и методы анализа слу¬
чайных марковских полей, позволяет на основе снимков высокого разрешения
выделять участки с разной степенью деградации растительного и почвенного
покрова, рассматривая их как типы переменных состояний естественных и ан¬
тропогенных геосистем.
3.4.1. Переменные состояния геосистем на космических снимках
Модификации геосистем соответствуют трем видам нарушенности: 1) вос¬
становительные стадии (переменные состояния) в границах допустимых со¬
стояний одного типа природных геосистем (эпиассоциация); 2) антропогенно
видоизмененные геосистемы различных типов, относящиеся к одному геому;
3) антропогенно трансформированные геосистемы (геотехнические системы).
К первой группе относятся, например, сукцессии на вырубках и гарях, пред¬
ставленные серией смены биогеоценозов (переменных состояний) разного
вида. Вторая группа представлена в основном сельскохозяйственными угодья¬
ми, облик которых поддерживается постоянным или периодическим воздейст¬
вием (особый режим использования). После снятия воздействия геосистемы
восстанавливаются к исходному состоянию. Переменные состояния геосистем
этой группы представлены разными видами использования земель и степенью
нарушенности, например почвенной эрозией, различными стадиями восста¬
новления после снятия нагрузки. Третья группа нарушенности возникает в ре¬
зультате существенных изменений структуры и функционирования природных
геосистем. Такие геотехнические системы могут существовать достаточно долго
без поддерживающих усилий, например дороги с твердым покрытием. Пере¬
менные состояния таких систем связаны с характером их функционирования.
164
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
Все перечисленные природные и антропогенно измененные геосистемы
представлены на освоенных территориях. На космическом снимке фиксируют¬
ся переменные состояния данного временного среза. Для того чтобы отнести
геосистему к тому или иному ландшафтному типу, необходимо зафиксировать
и изучить все его переменные состояния и временную структуру их последова¬
тельных смен.
Все переменные состояния подразделяются также на четыре типа: 1) корен¬
ные (равновесные); 2) промежуточные восстановительной серии; 3) начальные
состояния восстановления; 3) антропогенно измененные. Последняя группа
подразделяется по характеру видоизменяющего воздействия хозяйственной
деятельности (пашни, пастбища и т.д.). Для каждого типа возможны частные,
например сезонные, вариации. Геосистема фиксируется на местности непо¬
средственно, если она представлена коренным состоянием, отражающим соот¬
ветствие структуры и функционирования системы внешней среде, включая и
постоянно действующие антропогенные факторы. При этом следует, как обыч¬
но, отличать коренное состояние, свойственное каждой геосистеме, от корен¬
ной геосистемы (в рамках геома, типа природной среды).
Нарушенность геосистем определяется степенью их отклонения от равно¬
весного (коренного) состояния. В этом смысле ненарушенными могут быть и
антропогенные геосистемы, если соблюдаются все правила управления их
функционированием — правила поддержания равновесия (гомеостаза). Далее
антропогенно измененные состояния рассматриваются относительно равно¬
весного состояния природной геосистемы.
3.4.2. Оценка трансформации лесостепных ландшафтов
Геосистемы ключевого участка бассейна р. Куды в значительной степени
видоизменены, трансформированы хозяйственной деятельностью. Для фикса¬
ции переменных состояний этой территории в ходе попиксельного анализа в ка¬
честве входной информации для обучения НС использовался снимок МСУ-СК с
пространственным разрешением 150 м. Привлекались также фондовые материа¬
лы и результаты экспедиционных исследований района. На рис. 3.2 представле¬
на структура НС со следующими параметрами обучения: общее количество пик¬
селов, участвующих в обучении, 1 млн, размер НС — 15 х 15; шаг обучения — 1;
радиус — 5; скорость обучения — 0,3; веса слоев для обучения — каналы 0,6 мкм
(0,5), 0,7 мкм (0,6), 0,8 мкм (0,7), 1,1 мкм (0,8).
По структуре сети хорошо прослеживается граница между подтаежными и
степными геосистемами: здесь нейроны не соединены между собой, что озна¬
чает резкие различия в природном режиме геосистем, находящихся по разные
стороны этой границы. В правой части сети представлены подтаежные геосис¬
темы и их модификации. Ярко выражены ядра лиственнично-елово-березовых
лесов речных долин и вогнутых участков водоразделов и сосново-березовых
злаково-разнотравных лесов (групп фаций). Сосновые злаково-разнотравные
леса представлены серией нейронов, отражающих различия в возрасте насаж¬
дений и сомкнутости крон древесного яруса.
165
Часть //. Ландшафтное картографирование
Для соотнесения номеров нейронов с выделенными классами использо¬
вался алгоритм случайных марковских полей. По результатам автоматизиро¬
ванной классификации по снимку на исследуемом участке было выделено 6
типов переменных состояний геосистем (рис. 3.4, см. вклейку). Среди них —
два коренных состояния: 1 и 2. К начальным стадиям восстановления лесов
отнесены разнотравно-вейниковые гари и вырубки разных местоположений
(4). Промежуточное состояние соответствует стадии восстановления гарей и
вырубок (3). Антропогенно-измененные состояния представлены распахан¬
ными участками пологих склонов долины р. Куды и ее притоков (5-6). Гео¬
технические системы в данном масштабе съемки не различаются.
3.4.3. Переменные состояния горно-тажных геосистем
Геосистемы территории Прибайкальского национального парка в границах
Олхинского плоскогорья до введения здесь режима особой охраны подверга¬
лись воздействию разного рода. Это прежде всего рубки главного пользования
и пожары разных лет. До сих пор распространены побочное пользование лесом
и туризм, особенно в береговой зоне оз. Байкал. До настоящего времени здесь
нередки локальные низовые пожары в засушливый весенне-летний период.
Хотя в ландшафтно-типологическом смысле территория Олхинского плос¬
когорья достаточно однородна, неоднозначность восстановительных процессов
на разных возрастных стадиях, связанная с конкурентным взаимодействием
лиственных, светлохвойных и темнохвойных пород на фоне разнотипных воз¬
действий, приводит к формированию сложной мозаики переменных состоя¬
ний, проявляющих геосистемы разного вида.
При решении задачи автоматизированного дешифрирования геосистем
ключевого участка бассейнов рек Каторжанка и Мал. Шумиха в качестве вход¬
ной информации для попиксельного обучения нейронной сети были использо¬
ваны следующие данные: три канала (зеленый, красный, ближний И К) снимка
МК-4, цифровая модель рельефа, лесотаксационные данные (тип леса, пород¬
ный состав).
Обучение НС проходило в два этапа. На первом этапе была получена НС со
следующими параметрами: общее количество пикселов, участвующих в обуче¬
нии, 3 млн; размер НС — 15 х 15; шаг обучения — 1, радиус обучения — 4, ско¬
рость обучения — 0,3; веса слоев для обучения: каналы 0,46-0,51 мкм (1,0),
0,64-0,69 мкм (1,0), 0,81-0,86 мкм (1,0), цифровая модель рельефа (0,03), карто¬
схема типов леса (0,01), картосхема породного состава (0,01), схема дифферен¬
циации территории по функциональным ареалам (0,03). На втором этапе на
основе этой попиксельно обученной сети проведено обучение НС по контексту¬
альным признакам. Ее параметры обучения: общее количество пикселов, участ¬
вующих в обучении, 1 млн; размер НС — Их 11; шаг обучения — 3, радиус обуче¬
ния — 7, скорость обучения — 0,5. Для соотнесения номеров нейронов с выде¬
ленными классами использовался алгоритм случайных марковских полей.
Процедура дешифрирования отрабатывалась на эталонном участке, где
были проведены детальные натурные исследования. Для проверки работоспо¬
собности обученной сети она применена для анализа изображений и выделе-
166
»■■■ , - »ii .1 ''шщпщ
^.„м \ шш;
‘>т-—-
!-<■■■ Ill -|
:~"ш **—
Рис. 9.12. Природная среда, ландшафты, значение и чувствительность.
а — значение: 1 — ограниченное, 2 — низкое, 3 — среднее, 4 — высокое; б — чувствительность.
1 — низкая, 2 — средняя, 3 — высокая. О — без оценки.
Рис. 9.13. Интегрированные цели территориального развития. Экологически
ориентированное землепользование.
Типы целей: 1 — запрещение использования; 2 — сохранение современного состояния с отказом от
отдельных видов использования; 3 — сохранение существующего экстенсивного использования;
4 — региональный экологический каркас территории (зона сбалансированного устойчивого
развития); 5 — экстенсивное развитие с локальным сохранением и оздоровлением нарушенных
ландшафтов; 6 — регламентированное экстенсивное развитие; 7 — регламентированное
интенсивное развитие; 8 — улучшение с последующим переводом в категорию экстенсивного
развития; 9 — улучшение с переводом в категорию регламентированного экстенсивного
использования. О — населенные пункты.
Глава 3. Технология ландшафтного картографирования
ния переменных состояний геосистем на соседнюю территорию. Такая экстра¬
поляция позволила получить достоверные результаты по дифференциации тер¬
ритории, что подтверждается их сравнением с имеющимися ландшафтными
картами и материалами лесоустройства [Геоинформационная..., 2002). В ре¬
зультате проведенной классификации элементов геоизображения на исследуе¬
мом участке выделено 8 переменных состояний геосистем топологического
уровня (рис. 3.5, см. вклейку); из них 5 коренных и 3 восстановительных со¬
стояния. В типологическом отношении они принадлежат фациям (группам фа¬
ций) факторальных гидроморфных, субгидроморфных и сублитоморфных ря¬
дов горно-таежных геомов (рис. 3.6). Наибольший интерес представляют груп¬
пы коренных кедрово-пихтовых травяно-зеленомошных фаций плоских
поверхностей водоразделов. Они в наибольшей степени отражают ландшафт¬
ные особенности Олхинского плоскогорья.
Выделенные переменные состояния разных фаций могут рассматриваться
в качестве разновидностей экологических ситуаций при организации дистан¬
ционного мониторинга состояния территории Прибайкальского национально¬
го парка, применяться для оценки пожароопасности и горимости лесов, плани¬
рования природоохранных мероприятий и хозяйственной деятельности.
Таким образом, современные технологии тематического дешифрирования
по-разному оперируют информацией о территории. Автоматизированные ком¬
пьютерные технологии позволяют сократить время обработки снимков, но полу¬
ченные изображения нуждаются в последующей экспертной интерпретации и
корректировке. Технологии с предварительным обучением способны по жест¬
ким правилам оперировать с большим набором косвенных и контекстуальных
признаков, но при незначительном изменении ландшафтной ситуации это при-
Кедрово-пихтовые травяно-зеленомошные на при¬
водораздельных поверхностях и верхних частях
склонов (сублитоморфные коренные)
Пихтовые и елово-пихтовые мелкотравно-кустар-
ничково-зеленомошные нижней части пологих
склонов разных экспозиций (сублитоморфные
мнимокоренные)
Рис. 3.6. Схема восстановительной динамики в границах основных групп фаций темно¬
хвойного горно-таежного геома.
0 — гари и вырубки разнотравно-вейниковые на различных формах рельефа; 1 — вто¬
ричные сосново-осиново-березовые леса на выположенных поверхностях водоразделов
разных стадий восстановления; 2 — перестойные лиственнично-сосновые леса со вто¬
рым ярусом из кедра и пихты мелкотравно-кустарничково-зеленомошные на склонах
разных экспозиций; 3 — коренные спелые и перестойные кедрово-пихтовые травя¬
но-зеленомошные леса на поверхностях водоразделов и верхних частях склонов; 4 — со¬
сново-лиственничные разнотравно-вейниковые леса с подростом из кедра, ели и пихты
в нижних частях склонов разной экспозиции; 5 — спелые и перестойные пихтовые и
елово-пихтовые мелкотравно-кустарничково-зеленомошные леса нижней части поло¬
гих склонов разных экспозиций.
167
Часть П. Ландшафтное картографирование
водит к неточным результатам обработки. При любых технологических схемах
дешифрирования геосистем невозможно избежать этапа интерактивной экс¬
пертной интерпретации, смысл которой сводится к учету местных особенностей
объектов исследования. Гораздо удобнее, когда технология дает возможность
специалисту-географу настраивать и корректировать работу автоматического ал¬
горитма на любом этапе, основываясь на накопленных географических знаниях
об изучаемых ландшафтах. Такие технологии обработки изображения на базе
нейронных сетей занимают промежуточную позицию между автоматизирован¬
ным и экспертным анализом изображения.
Были апробированы алгоритмы на базе нейронных сетей Кохонена, реа¬
лизованные в ГИС NeRis 2.5 (разработчик ИТЦ “СканЭкс”). Они позволяют
корректировать обработку космических геоизображений на любом этапе,
включая процесс первичной интерпретации свойств обрабатываемого сним¬
ка. Эти алгоритмы не требуют обязательного для большинства типов нейрон¬
ных сетей этапа первоначального экспертного обучения, а наоборот, способ¬
ны подсказать разумное количество классов, достаточных для решения кон¬
кретной задачи.
Выбранная нейросетевая технология автоматизированной обработки кос¬
мических снимков позволяет решать задачи оценки нарушенности природных
и антропогенных геосистем через идентификацию их переменных состояний
с построением тематических карт-схем территориальной дифференциации
модельных территорий, отражающих тенденции их видоизменения под влия¬
нием хозяйственной деятельности и естественного восстановления. Подроб¬
ный анализ нарушения растительного и почвенного покрова и стадий восста¬
новительной динамики проведен на примере лесостепных и горно-таежных
ландшафтов Предбайкалья. Анализ последовательности переменных состоя¬
ний геосистем дает представление о ландшафтно-типологической дифферен¬
циации территории.
По результатам автоматизированного дешифрирования с обучением созда¬
ется структура нейронной сети, предназначенная для определения степени и
характера нарушенности земель, которая дает возможность решать подобные
задачи для территорий со сходными природными условиями, экстраполировать
географические знания и результаты обработки данных с ключевых участков на
окружающие ландшафты.
Глава 4
ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
ЛАНДШАФТОВ
Теоретическое и эмпирическое обоснование достоверности факторной
классификации позволяет перейти к поиску алгоритмов создания ландшафт¬
ных карт с помощью цифровых космических снимков и геоинформационных
технологий. В этом процессе объединяются разные информационные подходы.
168
Глава 4. Геоинформационное картографирование ландшафтов
Методы выделения границ (сегментации геоизображения) дополняются оцен¬
кой географического содержания каждого выдела с использованием функцио¬
нального анализа распределения яркости пикселов в пространстве ординации.
На этой основе путем векторизации обработанного изображения необходимо
создать макет ландшафтной карты, которая заверяется на местности, и резуль¬
таты с использованием ГИС-технологий распространяются с ключевых участ¬
ков на всю территорию. В итоге формируются предпосылки всестороннего гео¬
информационного исследования ландшафтных ситуаций контакта геосистем
разного уровня обобщения.
4.1. Методы создания ландшафтных карт
с применением космических снимков и ГИС-технологий
Большинство исследователей приходят к мнению, что ландшафтная карта
становится базовой основой формирования геоинформационных систем раз¬
личного назначения [Трофимов, Панасюк, 1984; Линник, 1990; Винокуров и
др., 2000]. В основном используются готовые авторские варианты ландшафт¬
ных карт для решения различных задач ландшафтно-интерпретационного
картографирования, промышленного проектирования и др. При этом возни¬
кают особые задачи формализации баз данных ландшафтных карт [Шибких,
2002], их сопоставления с картами переменных состояний, определение чув¬
ствительности, значения, устойчивости и др. характеристик ландшафтов
[Экологически ориентированное..., 2002], интеграции баз данных покомпо¬
нентных карт на основе сети ландшафтных выделов, пространственного ана¬
лиза информации на основе ландшафтных карт, что позволяет находить все¬
возможные экономические, экологические и другие показатели в разрезе раз¬
личных ландшафтных типов. Существующий опыт создания ландшафтных
карт с использованием ГИС-технологий включает разнообразные автомати¬
зированные процедуры: 1) построение цифровых моделей рельефа [Хромых,
2002; Пузаченко и др., 2004; Хамарин и др., 2004] и выделение на их основе
склонов различной крутизны и экспозиции, элементарных поверхностей
рельефа, построение карт форм рельефа, поступающей солнечной радиации и
других показателей, что позволяет оконтуривать геосистемы различного иерар¬
хического уровня; 2) выделение и картографическое отображение числовых
показателей, позволяющих индицировать ландшафтную структуру террито¬
рии, например характеристик эффективной влагоемкости почв и грунтов, ко¬
эффициентов миграции веществ и др. [Щербаков, 2002]; 3) применение опе¬
раций пространственного анализа, например наложение покомпонентных
карт, построение буферных зон; 4) использование растровой космической ин¬
формации, методов ее автоматической классификации и векторизации для
построения карт типов растительности [Пузаченко и др., 2004а]; 5) привлече¬
ние данных лесоустройства высокого качества с обширной, часто уже векто¬
ризованной числовой базой данных [Геоинформационная..., 2002].
Создание электронной ландшафтной карты подразделяется на несколько
этапов, на каждом из которых в геоинформационной технологии реализуются
определенные функции.
169
Часть II. Ландшафтное картографирование
На первом этапе создается ГИС территории исследования, основой кото¬
рой становятся электронные топокарты, цифровые модели рельефа, космиче¬
ские снимки различного разрешения. Существует много программных средств
для совмещения растровых геоизображений с электронной топоосновой. Наи¬
более удобной, по нашему мнению, является ENVI 3.4, которая, в отличие от
модуля Image Analysis для Arc View, позволяет использовать различные методы
деформации снимка, равнозначно учитывать при привязке все указанные точ¬
ки, а также в случае необходимости обработки исходного недеформированного
снимка использовать уже готовую таблицу GSP, что фиксирует координаты
снимка и географические координаты точек, для привязки производных сним¬
ков. ГИС может содержать различные тематические и покомпонентные карты
на данную территорию, а также ландшафтные карты более мелкого масштаба,
что увеличивает объективность анализа территории.
На втором этапе производится подготовка необходимых материалов для
проведения экспедиционных работ. Третий этап включает в себя первичную
обработку данных полевых исследований в лабораторных условиях: их занесе¬
ние в числовом виде в базу данных. На основе анализа в ГИС данных полевых
исследований, различных местоположений, выделяемых при анализе цифро¬
вой модели рельефа и космических снимков, создается легенда карты, соответ¬
ствующая ландшафтной ситуации или поставленным научно-прикладным за¬
дачам.
Выделение границ геосистем производится на основе космоснимков раз¬
личными методами: визуального дешифрирования, автокорреляционного ана¬
лиза, локального анализа, основанного на расчете определителя Якоби (см.
разд. 2.2.3). Локальный анализ, в отличие от методов “глобального” многомер¬
ного анализа, позволяет выделять функциональные границы, основанные на
анализе связности (функционального подобия) характеристик яркости, а не по
значениям изменчивости отдельных характеристик. Такой подход требует не-
деформированных снимков высокого разрешения, поскольку границы имеют
толщину размера пиксела. Обычно при автоматизированной обработке специ¬
ально не выделяют границы геосистем, а проводят эту процедуру после много¬
мерной классификации пикселов геоизображений, когда статистически одно¬
родные ареалы оконтуриваются векторизаторами, изолинейными методами
или визуально [Китов, 2000].
На последнем этапе реализуются алгоритмы совместной обработки различ¬
ных данных (топографических, дистанционного зондирования Земли, экспе¬
диционных) для типизации выделов при создании ландшафтных карт различ¬
ного уровня (геомы, группы фаций, фации). Выделы по различным характери¬
стикам разделяются на предварительные типы, и затем по ключевым точкам
каждому типу ставится в соответствие номер в легенде карты. Технология ти¬
пизации однородных выделов по космическим геоизображениям выигрывает
по сравнению с типизацией отдельных пикселов, так как в данном случае мож¬
но использовать как методы параллелепипедной классификации (присваивать
выделу тип по большинству видов пикселов, попадающих в него), так и различ¬
ные характеристики распределений пикселов внутри выдела (ранговые распре¬
деления пикселов того или иного яркостного значения по встречаемости, час¬
170
Глава 4. Геоинформационное картографирование ландшафтов
тотные распределения и др.) [Истомина, 2002]. Это повышает размерность про¬
странства ординации выделов.
Использование ГИС-технологий при ландшафтно-типологическом карто¬
графировании позволяет оптимально организовать полевые исследования и де¬
шифрирование космических снимков на местности, создать комплексную ин¬
формационную систему представления территории, ускорить и формализовать
процесс создания ландшафтной карты.
4.2. Реализация геоинформационных процедур
ландшафтного картографирования
Территория исследования прилегает к северному побережью оз. Байкал,
расположена в окрестностях пади Марта между реками Таловка и Анга и зани¬
мает площадь 93 км2. Перепад высот составляет от 455 до 894 м. В ландшафт¬
ном отношении территория контрастна — западная ее часть относится к геому
горно-таежных южно-сибирских геосистем [Ландшафты..., 1977] и характери¬
зуется высокой расчлененностью рельефа, восточная часть представлена цен¬
трально-азиатскими степными геосистемами, которые в основном приурочены
к приводораздельным выположенным поверхностям, межгорным понижениям
и пологим склонам.
Для создания ландшафтной карты исследуемого участка формировалась
ГИС модельного района, содержащая различную информацию: топооснову,
цифровую модель рельефа, ландшафтную и почвенную карты мелкого масшта¬
ба [Байкал..., 1993], космические снимки — многозональный снимок Landsat
ТМ (13.08.2001 г., разрешение 30 м) и трехканальный снимок Liss (24.03.2002 г.,
разрешение 25 м), которые позволяют работать в масштабе 1 : 50 000. Печатные
копии космоснимков М 1 : 50 000 с наложенной на них топоосновой, которая
создает более четкое представление о территории (крутизне склонов, располо¬
жении речной сети) позволили ориентироваться и дешифрировать снимки на
местности. При предварительном пространственном анализе различных слоев
информации в ГИС определялись маршруты исследований, удовлетворяющие
следующим требованиям: привязка к точкам-ориентирам (каменные россыпи,
горные вершины, сенокосы и степные участки, которые хорошо видны на
снимках); пересечение как можно большего количества разнообразных ланд¬
шафтных выделов; охват всех представительных участков территории. Точки
описаний определялись на местности и наносились на печатную копию сним¬
ка. Ландшафтные описания проводились по формам, включающим основные
характеристики ландшафтов [Видина, 1962]. Проведено описание 90 точек, сде¬
лано 36 видовых снимков.
При обработке данных полевых исследований в лабораторных условиях
точки наблюдений и соответствующие им видовые снимки заносились в ГИС
района. Отдельно создавалась единая таблица базы данных, куда вносились
данные описаний. При этом качественные характеристики кодировались: фак-
торальный ряд (1 — литоморфная, 2 — сублитоморфная, 3 — субгидроморфная,
4 — гидроморфная, 5 — аквальная); серийность (1 — коренная, 2 — условно ко¬
ренная, 3 — полукоренная, 4 — мнимокоренная, 5 — полусерийная, 6 — услов¬
171
Часть II. Ландшафтное картографирование
но серийная, 7 — серийная); экспозиция склона (1-8 — по румбам); густота
подлеска (1-5); тип почв (1 — дерновые лесные, 2 — подбуры типичные и опод-
золенные, 3 — дерновые бескарбонатные степные, 4 — черноземы, 5 — кашта¬
новые безгипсовые). Приведенная система, безусловно, не включает все воз¬
можные варианты, и необходима разработка единой унифицированной систе¬
мы ландшафтных характеристик и их кодировки подобно системе, принятой в
лесном хозяйстве. Эта задача решается в рамках общей проблемы повышения
объективности ландшафтного картографирования.
Для каждой точки натурных наблюдений по набору характеристик форми¬
ровалось общее описание биогеоценоза — переменного состояния фации. По¬
сле создания легенды карты каждому биогеоценозу ставилась в соответствие
фация по свойственным ей восстановительно-возрастным рядам (смены со¬
стояний). Так, биогеоценозы, в границах которых происходит восстановление
соснового леса через степные сообщества с возобновлением сосны с незначи¬
тельным участием лиственницы, а также биогеоценозы с коренными сосновы¬
ми лесами относились к классу фаций сосновых лесов. Через луговые сообще¬
ства с возобновлением осины и березы происходит восстановление листвен¬
ничных лесов, относящихся к классу фаций лиственничных лесов. Описанные
биогеоценозы сопоставлены с 28 фациями, относящимися к 12 группам фаций
4 классов фаций 2 геомов.
Таким образом, в ГИС формируется единый комплекс описания террито¬
рии, который позволяет получить как информацию о различных характеристи¬
ках объектов, так и общее представление о них по видовым снимкам.
Для дифференциации территории и выделения сходных местоположений
на основе цифровой модели рельефа строились карты крутизны [Спиридонов,
1974] и экспозиции склонов. Выделено 7 градаций крутизны склонов: 1) выров¬
ненные поверхности (0-5°); 2) пологие склоны (5-7°); 3) покатые склоны
(7-10°); 4) склоны средней крутизны (10-15°); 5) крутые склоны (15-20°);
6) очень крутые склоны (20-25°); 7) обрывистые склоны (более 25°) и 8 типов
экспозиции склонов.
С использованием методов вычисления определителя Якоби, автокорреля¬
ционного анализа (см. п. 2.2.3) и визуального дешифрирования для обработки
разносезонных снимков Liss и Landsat ТМ, а также с применением карт крутиз¬
ны и экспозиции склонов территория дифференцировалась на однородные
ландшафтные выделы.
По плотности (густоте) граничных точек автокорреляционный метод по¬
зволяет выделить на территории области нарушения организации ландшафтно¬
го пространства. По определителю Якоби фиксируются криволинейные грани¬
цы, причем разрешение используемого снимка не позволяет проследить грани¬
цы на уровне фаций — выделяются функциональные рубежи только уровня
класса фаций. Основное внимание при визуальном дешифрировании уделя¬
лось фототону изображения, а также его структуре и текстуре.
На территории исследования с использованием разнообразной информа¬
ции, сосредоточенной в ГИС, выделено 812 контуров средней площадью
0,11 км2 (от 0,004 до 1,7 км2), границы которых проходят через 100-900 м. Такие
размеры выделов и густота границ соответствуют уровню фаций [Крауклис,
172
Глава 4. Геоинформационное картографирование ландшафтов
1979, с. 74). По результатам полевых исследований и анализа информационных
слоев ГИС 80 изученных биогеоценозов отнесены к 31 фации.
Классификация фаций осуществляется по факторально-динамическим
принципам, связанным с анализом инвариант-вариантных структур (см. п. 1.2).
Геомеры в легенде расположены в порядке увеличения степени серийности
(молодости, редуцированности) и уменьшения степени соответствия геомерам
более высокого уровня (проявления зональных свойств). Классы фаций объеди¬
няют фации одного факторального ряда и расположены по степени убывания
соответствия информационному содержанию геомов. Группы фаций включают
фации одной категории изменчивости (коренные, мнимокоренные, серийные).
Фации различаются по степени проявления свойств групп фаций (оптимальное,
промежуточное, редуцированное). Иерархическая структура геомеров от уровня
свиты типов природной среды до уровня геомов заимствована из легенды карты
ландшафтов юга Восточной Сибири )Ландшафты..., 1977; Сочава, 1978] и упоря¬
дочена по структуре инвариант-вариантной фрактальной модели.
При натурных исследованиях формируется общее представление о террито¬
рии, на основе которого выделяются основные видоизменяющие факторы и
соответствующие им факторально-динамические ряды [Крауклис, 1969а]. Фации
исследуемой территории по принадлежности к различным факторально-дина-
мическим рядам сгруппированы в 4 класса фаций: 1) субксеролитоморфные
(степные); 2) сублитогидроморфные (лугово-степные); 3) сублитоморфные экс¬
позиционные (сосново-лиственничных лесов); 4) сублитоксероморфные (сосно¬
вых лесов). В пределах класса выделяются 3 группы фаций по категориям измен¬
чивости, в группе — 3 фации по критерию редуцированности. Так задается схема
иерархического порядка геосистем и факторных критериев их выделения, кото¬
рая практически реализуется заполнением классификационных позиций сни¬
зу — от биогеоценозов к фациям, группам фаций и т.д.
Классы фаций и местности. В ходе полевых исследований, заверки космиче¬
ских снимков на местности и анализа полученной информации определен ряд
первичных дешифровочных признаков. Луговые сообщества, различные виды
степей, а также лиственничники и сосняки удается различить по разновремен¬
ным снимкам. С их помощью также прослеживаются некоторые закономерно¬
сти формирования различных типов геосистем. Например, по ранневесеннему
снимку (март) устанавливается время снеготаяния не покрытых лесом участ¬
ков. Вначале снег сходит на крутых склонах южной экспозиции — здесь фор¬
мируются сухие ковыльные степи. Позднее — на выположенных участках во¬
гнутых форм рельефа, и здесь находятся луговые сообщества. Причем, чем
светлее тон на данном снимке и соответственно больше мощность снежного
покрова, тем ярче цвет на августовском снимке, т.е. выше продуктивность лу¬
говых сообществ. Так, луговые сообщества выделяются в класс сублитогидро-
морфных, а степные — субксеролитоморфных фаций.
Сосновые и лиственничные леса трудноразличимы на летнем снимке, одна¬
ко хорошо распознаются на весеннем снимке за счет сезонности хвои листвен¬
ницы. Отмеченная близость сомкнутых и редкостойных лиственничников по
тону летнего снимка к луговым сообществам связана с тем, что восстановление
лиственничных лесов идет через луговые сообщества и мелколиственные леса.
173
Часть II. Ландшафтное картографирование
Такие лиственничники по сравнению с сосняками занимают склоны северной
экспозиции, отличаются дополнительной увлажненностью почвы, меньшей теп-
лообеспеченностью и выделяются в сублитоморфный экспозиционный класс.
Близость по фототону редкостойных сосняков к степям говорит о дополнитель¬
ном влиянии ксероморфного фактора и позволяет относить сосновые леса к
классу субксеролитоморфных фаций.
Перечисленные признаки по методу ординации в пространстве яркостных
характеристик дали возможность рассортировать ландшафтные выделы по
классам фаций [Истомина и др., 2003|. Выделам, в которые попадают точки
описаний, присваивались соответствующие классы фаций (1-4). Для участков
каждого класса фаций средствами модуля Spatial Analyst (Arc View) строились
ранговые распределения пикселов по яркости в границах выделов по одному из
каналов снимков Liss и Landsat. Создавалась структура ординации классов фа¬
ций в пространстве яркостных характеристик первого ранга (наиболее часто
встречающихся в соответствующих выделах) разных каналов. В соответствии с
ординацией методом параллелепипедной классификации снимок разделялся
на области, соответствующие различным классам фаций, и каждому выделу по
преобладанию пикселов того или иного типа присваивался номер класса фа¬
ций. Таким образом, создана ландшафтно-типологическая карта на уровне
классов фаций (рис. 4.1).
На территории исследуемого участка выделено 4 местности (мезогеохоры)
(рис. 4.1) по критерию преобладания фаций определенного класса (по порядку
номеров): 1) “Крестовский мыс”; 2) “Правобережье нижнего течения р. Талов-
ка”; 3) “Левобережье нижнего течения р. Таловка”; 4) местность “Марта”. По
картам крутизны и экспозиции склонов для каждой местности с использовани¬
ем возможностей ГИС рассчитана доля площади (табл. 4.1), занимаемая каж¬
дой градацией крутизны и экспозиции. По этим критериям проведен сравни¬
тельный анализ местностей.
1. “Крестовский мыс” — территория, расположенная в восточной части
участка. Здесь примерно в равных долях проявляются выположенные поверх¬
ности, покатые склоны и склоны средней крутизны. В равных долях встреча¬
ются восточные, южные, юго-западные и юго-восточные склоны. Южные и
юго-восточные склоны, самые сухие в силу солярной и ветровой экспозиции,
преобладают по площади, что приводит к формированию здесь степных и сухо¬
степных геосистем.
2. “Правобережье нижнего течения р. Таловка” — территория расположена
в юго-западной части.района исследования. При преобладании выположенных
поверхностей экспозиция здесь не имеет значения. Определяющим является
подгорное расположение территории, что приводит к накоплению и позднему
схождению снежных масс, а также накоплению мелкозема и формированию
луговых геосистем.
3. “Левобережье нижнего течения р. Таловка” — территория северо-за¬
падного мезосклона, характеризующаяся преобладанием склонов средней
крутизны, которые вместе с покатыми и крутыми занимают большую часть
площади. Более 50 % территории — склоны северо-западной, северной и за¬
падной экспозиции, получающие наименьшее количество тепла и увлажнен-
174
Глава 4. Геоинформационное картографирование ландшафтов
Рис. 4.1. Геосистемы исследуемой территории. Классы фаций и местности: а — границы и
номера местностей (1-4), 6 — реки, 1-4 — номера классов фаций (пояснения в тексте).
Таблица 4.1
Доля площадей, приходящихся на склоны различной экспозиции и крутизны в границах
местностей
№ мест¬
ности
Экспозиция склонов
с
с-в
в
ю-в
ю
ю-з
3
с-з
1
2
3
4
5
6
7
8
1
0,02
0,08
0,22
0,18
0,17
0,18
0,11
0,03
2
0,06
0,05
0,22
0,37
0,12
0,06
0,07
0,05
3
0,14
0,12
0,11
0,09
0,09
0,08
0,18
0,19
4
0,01
0,09
0,22
0,19
0,17
0,21
0,09
0,02
Крутизна склонов
0-5°
5-7°
о
О
1
О
1
о
15-20°
20-25°
>25°
1
2
3
4
5
6
7
1
0,23
0,16
0,24
0,25
0,09
0,02
0,01
2
0,54
0,17
0,15
0,08
0,04
0,02
0,00
3
0,10
0,12
0,24
0,33
0,17
0,04
0,01
4
0,09
0,10
0,19
0,28
0,18
0,11
0,04
175
Часть II. Ландшафтное картографирование
ные. Здесь формируются фации лиственничных лесов, хотя встречаются луго¬
вые (в придолинных местоположениях) и сосновые (на южных склонах) сооб¬
щества.
4. Местность “Марта” — узкая долина и прилегающие к ней с северо-вос¬
тока и юго-запада участки мезосклона юго-восточной экспозиции (с выходом к
оз. Байкал), характеризующаяся высокой расчлененностью рельефа, перепадом
высот 600 м, наличием речных долин, падей и микроводоразделов. На террито¬
рии за счет преобладания склонов средней крутизны южных экспозиций и
большого количества приходящей солнечной радиации распространены фации
сосновых лесов. Здесь на микросклонах северной и северо-восточной экспози¬
ции встречаются лиственничники, а на выположенных приводораздельных и
придолинных поверхностях, а также на крутых, обращенных к Байкалу скло¬
нах — степные геосистемы.
Проведенный сравнительный анализ подтверждает главенствующую роль
климато-орографического фактора при дифференциации изучаемой террито¬
рии на геосистемы уровня класса фаций.
Фациальный анализ. Для построения карты фаций применен метод паралле-
лепипедной классификации выделов (ординации объектов). Поэтапная класси¬
фикация объектов, т.е. сначала по классам фаций, а затем в разрезе каждого
класса по фациям, дает лучший результат. В качестве ключей использовались
описания биогеоценозов, отнесенных к разным фациям.
При автоматизированном построении карты фаций в среде ГИС для каждо¬
го однородного выдела рассчитывалось ранговое распределение пикселов раз¬
личной яркости по встречаемости и определялось яркостное значение первого
(преобладающего) элемента рангового распределения. Для анализа использова¬
лись два наиболее информативных и наименее коррелированных канала разных
снимков (Landsat 3-й канал и Liss 2-й канал). Таким образом, каждый выдел (пе¬
ременное состояние фации) становится точкой в ординационном пространстве
преобладающих яркостных значений снимков (рис. 4.2). Ординация фаций про¬
водится для каждого класса отдельно, что облегчает задачу распознавания фа¬
ций. Область значений точек для известных выделов в пространстве ординации
оконтуривается сторонами треугольника (рис. 4.2), что свойственно связи харак¬
теристик геосистем [Черкашин, 2004] (см. п. 2.2.2).
По расположению выделов-ключей в треугольнике определена фациальная
принадлежность каждой области ординации и, следовательно, тип фации про¬
извольного выдела по его яркостным значениям.
Например, для класса субксеролитоморфных степных фаций по описани¬
ям ключевых точек первоначально выделено 6 типов фаций (рис. 4.2).
Увеличение номера в табл. 4.2 в разрезе каждого класса фаций соответству¬
ет общей тенденции повышения степени серийности фаций. Группа коренных
фаций (т. 1) тяготеет к центру треугольной области, серийные фации — к пра¬
вому нижнему углу, мнимокоренные — к двум другим углам. Такая же законо¬
мерность прослеживается и для других классов фаций. Такое положение можно
объяснить тем, что серийным фациям обычно соответствуют экстремальные
значения признаков (области 5, 7), а коренным — близкие к средним значения.
На изучаемой территории степень серийности геосистем в основном определя-
176
Глава 4. Геоинформационное картографирование ландшафтов
225 -,
200-
175 -
.а
X
4)
5
го
Щ 150 ч
cd
*
S
S
X
о
X
о>
Т
cd
X
п
0>
3
Я
н
о
о
X
СХ
с*
125 -
100 -
75-
50-
25 ^
20
i Л
f>l
■Л ■■ И|1 J
■ * . -I ■
/ ♦ ■
м . •
/ ■ Ч 1
■ ■■
I
■••■и
:: -
■■■
\2
*
Сг
I ■ Iм |
1 6 _
II ■ ■■■■ "MGR'* ■
X
30 40 50 60 70
Яркостные значения снимка Landsat (красный канал)
I
80
1
3
4
6
7
а
б
Рис. 4.2. Ординация выделов класса субксеролитоморфных фаций в пространстве ярко¬
стных значений отдельных каналов снимков Landsat и Liss: 1, 3, 4, 6, 7 — изученные вы-
делы, номера — номера соответствующих фаций в табл. 4.2; а — область изменчивости
яркостных значений; б — характеристики конкретных выделов.
ется влиянием литоморфного фактора, что приводит к разрежению раститель¬
ного покрова и увеличению значений яркости участков на снимке, поэтому се¬
рийные фации располагаются в пространстве яркостных значений справа и
вверху (рис. 4.2). Для класса сублитогидроморфных фаций, где степень серий¬
ности определяется влиянием гидроморфного фактора, такая закономерность
нарушается.
Области на графике, куда попадает большое количество точек, разделялись
на подобласти с выделением дополнительных фаций, что приводит к более ка¬
чественной дифференциации территории. Так, выделены области характери¬
стик фаций 2 и 5, занимающие в системе ординации промежуточное положе¬
ние между фациями 1 и 3, 4 и 6 соответственно. Фация 8 выделена как лито-
морфный вариант фации 3.
Аналогично проводился анализ для класса луговых фаций, а также классов
фаций сосново-лиственничных и сосновых лесов, в результате чего с каждым
выделом сопоставлен тип фации и построена ландшафтная карта М 1; 25 000 ис¬
следуемого участка на уровне фаций (рис. 4.3). Выделы распределены по 31 фа¬
ции, относящейся к 4 классам фаций 2 типов природной среды (рис. 4.3,
табл. 4.2).
12 inKaj N9 560
177
Часть II. Ландшафтное картографирование
sOr^OOCvO — ГЧ гп ОС O' О —1
— — — — ГЧ ГЧ Г J ГI ГЧ Г» | Г' I г | г**, г*-#
I I i I I I I I I I I I I
•— г-1 ^ —f '/П ч0 Г- ОС 0s о — ^4 ~1* '/'i
1111
Рис. 4J. Геосисгсмы исследуемо»! герриюрии: фации
(экспликация, см. табл. 4.2).
Глава 4. Геоинформационное картографирование ландшафтов
Таблица 4.2
Фации исследуемого участка
№
фации
Группа фаций
Фацин
1
2
3
Свита северных внетропических континентальных типов природной среды
Класс североазиатских континентальных типов природной среды
Аридная группа типов природной среды
Центрально-азиатский степной тип природной среды
Класс горных запад но-забайкальских даурского типа геомов
Группа горно-степных прибайкальских геомов
Горный степной геом
Класс субксеролитоморфных (степных) фаций
1
Межсклоновых пониже¬
ний и пологих склонов
Степные разнотравно-злаковые с редкостоящими соснами с
горными каштановыми выщелоченными слабоэродирован-
ными почвами межсклоновых понижений в местах скопле¬
ния мелкозема (П)
2
сосновые редкостой¬
ные (К)
Степные разнотравно-ковыльные с фрагментарными горными
темно-каштановыми карбонатными слабоэродированными
почвами пологих склонов с редким участием сосны (Р)
3
Ксерофитные разнотравно-ковыльные с горными каштановыми
выщелоченными короткопрофильными слабоэродированными
почвами выровненных поверхностей и пологих склонов (П)
4
Пологих склонов и
шлейфов крупнодер-
новинно-злаковые (М)
Степные овсяницево-ковыльные с редкостоящими соснами с
горными темно-каштановыми выщелоченными слабоэроди¬
рованными почвами с выходами горных пород нижних час¬
тей склонов и падей (Р)
5
Степные злаково-ковыльные с горными каштановыми выще¬
лоченными короткопрофильными маломощными слабоэро¬
дированными с выходами горных пород (10-25 %) почвами
на пологих склонах южной экспозиции (О)
6
Каменистые овсяницевые с горными каштановыми выщело¬
ченными короткопрофильными слабозадернованными поч¬
вами с выходами коренных пород (10-25 %) острых водораз¬
дельных поверхностей и верхних частей склонов с островны¬
ми скальными обнажениями (О)
7
Острых водораздельных
поверхностей и крутых
склонов каменистые
преимущественно ов-
сяницевые (С)
Каменистые лишайниково-овсяницевые с горными каштано¬
выми выщелоченными короткопрофильными слабосмытыми
слабоэродированными почвами с обширными выходами ко¬
ренных пород (15-20 %) на крутых северных и северо-вос-
точных, а также обращенных к Байкалу склонах (П)
8
Каменистые лишайниковые с островными горными каштано¬
выми выщелоченными короткопрофильными слабосмытыми
слабоэродированными почвами с выходами коренных пород
на выпуклых крутых склонах (Р)
179
Часть II. Ландшафтное картографирование
Продолжение табл. 4.2
1
2
3
Класс сублитогидроморфных (лугово-степных) фаций
9
Днищ падей (подгорные)
крупнозлаковые ко-
выльно-житняковые
лугово-степные (К)
Степные ковыльно-житняковые с горными темно-серыми лес¬
ными мощными намытыми навеянными почвами днищ су¬
хих падей (О)
10
Луговые разнотравно-злаковые луговые с горными луговыми
выщелоченными мощными намытыми почвами микропони¬
жений и широких падей (П)
11
Склонов травянистые
луговые (М)
Луговые разнотравно-вострецовые остепненные с горными
каштановыми карбонатными среднемощными малоэродиро-
ванными почвами с кустарниковыми зарослями нижних час¬
тей склонов (О)
12
Луговые разнотравно-осоковые с горными луговыми выщело¬
ченными маломощными почвами верховий и выпуклых час¬
тей падей (П)
13
Межсклоновых пониже¬
ний лугово-болотные
(С)
Лугово-озерные с луговыми карбонатными мощными почвами
межсклоновых понижений (О)
14
Ячменные луговые с горными болотными мощными перегной¬
но-торфянистыми суглинистыми засоленными почвами
межсклоновых понижений (Р — влияние галофитного фак¬
тора)
Группа арктобореальных типов природной среды
Таежный тип природной среды
Тип южно-сибирских таежных геомов
Класс южно-сибирских южно-таежных геомов
Группа южно-сибирских горно-таежных геомов
Горно-таежный геом сосновых лесов (подгорных шлейфов и возвышенностей)
Класс сублитоморфных экспозиционных фаций (сосново-лиственничных лесов)
15
Широких водораздельных
поверхностей и пологих
склонов с сосной со
смешанным подлеском
сосново-лиственнич¬
ные (восстановление
через луговые сообще--
ства с возобновлением
лиственницы, а также
через лесные сообщест¬
ва с участием осины и
березы) (К)
Сосновые и лиственнично-сосновые с участием осины родо¬
дендроновые с горными темно-серыми лесными мощными
почвами широких водораздельных поверхностей и террас (О)
16
Сосново-лиственничные с участием осины разнотравные с
горными темно-серыми лесными мощными почвами поло¬
гих склонов северной и северо-восточной экспозиции (П)
17
Сосново-лиственничные с участием березы разнотравно-вей-
никовые с темно-серыми лесными почвами на пологих скло¬
нах северной экспозиции (Р)
18
Покатых и крутых скло¬
нов северной и севе¬
ро-восточной экспози¬
ции лиственничные
(восстановление через
осину) (М)
Лиственничные с участием осины злаковые с горными дерно¬
выми лесными среднемощными почвами на крутых склонах
северной и северо-восточной экспозиции (О)
180
Глава 4. Геоинформационное картографирование ландшафтов
Продолжение табл.4.2
1
2
3
19
Покатых и крутых скло¬
нов северной и севе¬
ро-восточной экспози¬
ции лиственничные
(восстановление через
осину) (М)
Лиственничные с сосной кустарниково-мертвопокровные с
горными серыми лесными среднемощными почвами на по¬
катых склонах северной и северо-восточной экспозиции (П)
20
Крутых и обрывистых
склонов и острых во¬
доразделов редколес¬
ные с выходами гор¬
Редкостойно-лиственничные разнотравно-злаковые с горными
каменистыми серыми лесными слабомощными почвами с
выходами горных пород на крутых склонах, преимуществен¬
но восточной экспозиции (О)
21
ных пород горно-степ¬
ные (С)
Ленско-типчаковые горно-степные на обрывистых, обращен¬
ных к Байкалу склонах и острых водоразделах со слаборазви¬
тыми сильнокаменистыми серыми лесными почвами с об¬
ширными выходами горных пород (П)
Класс субл*
шжсероморфных фаций (сосновых лесов)
22
Пологих склонов сосно¬
вые с кустарниковым
подлеском (восстанов¬
Сосновые с кустарниковым подлеском разнотравно-злако¬
вые с горными темно-серыми лесными мощными почвами
на широких межсклоновых понижениях и пологих скло¬
нах (О)
23
ление через степные
сообщества с возоб¬
новлением сосны) (К)
Сосновые с кустарниковым подлеском с участием акации осо-
ково-злаковые с горными дерновыми лесными мощными
почвами на пологих склонах южной экспозиции (Р — влия¬
ние ксероморфного фактора)
24
Сосновые мертвопокровные с горными серыми лесными сред¬
немощными почвами на покатых склонах преимущественно
южной экспозиции (П)
25
Сосновые разнотравно-вейниковые с горными слабодерновы¬
ми лесными среднемощными почвами на покатых склонах
вогнутых форм рельефа (Р — влияние гидроморфного факто¬
ра)
27
Покатых и крутых скло¬
нов южной экспози¬
ции сосновые травяни¬
Сосновые разнотравно-злаковые с горными серыми лесны¬
ми среднемощными почвами верхних частей покатых
склонов (О)
28
стые (восстановление
через сосну) (М)
Сосновые зеленомошные с подлеском из спиреи с горными
серыми лесными среднемощными почвами на покатых
склонах северо-восточной экспозиции (влияние экспози¬
ционного фактора)
29
Сосновые злаково-разнотравные с горными серыми лесными
маломощными почвами на крутых склонах южной экспози¬
ции (Р)
181
Часть //. Ландшафтное картографирование
Окончание та6л. 4.2
1
2
3
30
Крутых и обрывистых
склонов и острых во¬
доразделов редколес¬
ные горно-степные с
выходами горных по¬
род горно-степные (С)
Сосновые редкостойные горно-степные злаковые с горными
дерновыми лесными почвами на крутых и обрывистых скло¬
нах (О)
31
Горно-степные овсяницево-каменистые с горно-каменистыми
маломощными почвами с выходами горных пород, накипны¬
ми лишайниками на обрывистых склонах и острых водораз¬
делах (О)
Обозначения. Группы фаций: К — коренная, М — мнимокоренная, С — серийная; фации развития:
О — оптимального, П — промежуточного и Р — редуцированною.
Особенности распространения и структуры фаций различных типов указа¬
ны в легенде карты (табл. 4.2). В описании групп фаций в легенде делается ак¬
цент на рельефе и характерных особенностях растительности [Михеев, Ряшин,
1977], а описание фаций осуществляется по схеме: растительное сообщество,
тип почвы, элемент рельефа [Крауклис, 1979].
В легенде карты динамический аспект нашел отражение в описании восста¬
новительных серий (смены состояний) на уровне групп фаций (см. табл. 4.2,
примечание в скобках). Специальные долговременные исследования тенденций
изменения ландшафтной структуры территории не проводились. Однако отме¬
ченные при полевых работах закономерности формирования подроста сосны и
лиственницы на границе леса и степи, а также результаты других исследователей
[Сизых, 2003] фиксируют начало наступления леса на степь, связанного с изме¬
нением климатического режима и уменьшением антропогенного воздействия в
Приольхонье. По нашему мнению, такие изменения коснутся территорий, пред¬
ставленных классами степных и лугово-степных фаций, но не горно-степных
фаций, формируемых под воздействием литоморфного фактора.
Полученные с помощью ГИС ранговые распределения Р,(х) встречаемости
пикселов различной яркости х снимка Landsat в границах каждой /-й фации в
полулогарифмическом масштабе описывались линейной функцией (для пер- .
вых 30 ранговых позиций х): I
1пР,(х) = - kjX + С,, х = 1,31, (1) ;
где индексы / соответствуют порядковым номерам в табл. 4.2. Коэффициенты к,
и С, линейной регрессии (1) представлены в табл. 4.3; они для разных фаций
линейно зависимы:
Я, = 13,5*, - 3,6, R = - 0,975. (2)
Последнее означает, что линии (1) пересекаются в одной точке (-3,6; 13,5), т.е.
образуют конгруэнцию. Полученные результаты позволяют утверждать следую¬
щее: 1) по свойствам ранговых распределений разные выделы одной фации при¬
надлежат к единому фациальному комплексу (критерий эквивалентности вы¬
делов фаций); 2) все фации территории принадлежат к комплексу (конгруэн¬
ции) более высокого порядка, формируя единый ландшафтный комплекс.
182
Глава 4. Геоинформационное картографирование ландшафтов
Коэффициенты корреляции и линейной регрессии зависимости (I) по фациям (1-31, см. табл. 4.2)
Фа¬
ция
Коэффи¬
циент к,
Коэффи¬
циент С,
Коэффи¬
циент
корреля¬
ции
Фа¬
ция
Коэффи¬
циент к,
Коэффи¬
циент С,
Коэффи¬
циент
корреля¬
ции
Фа¬
ция
!
Коэффи¬
циент к,
Коэффи¬
циент С/
Коэффи¬
циент
корреля¬
ции
1
0,02
-3,44
-0,98
11
0,05
-3,03
-0,99
21
0,02
-3,57
-0,98
2
0,05
-2,83
-0,95
12
0,02
-3,51
-0,99
22
0,13
-2,03
-0,99
3
0,06
-2,64
-0,94
13
0,10
-2,18
-0,99
23
0,14
-1,88
-0,99
4
0,02
-3,66
-0,99
14
0,05
-2,83
-0,83
24
0,09
-2,34
-0,99
5
0,06
-2,76
-0,97
15
0,14
-1,79
-0,98
25
0,10
-2,25
-0,99
6
0,06
-2,77
-0,99
16
0,06
-2,66
-0,99
27
0,09
-2,32
-0,99
7
0,04
-3,00
-0,99
17
0,14
-1,88
-0,98
28
0,08
-2,47
-0,99
8
0,06
-2,80
-0,99
18
0,11
-2,18
-0,99
29
0,09
-2,29
-0,99
9
0,07
-2,62
-0,98
19
0,13
-1,92
-0,99
30
0,04
-3,03
-0,99
10
0,02
-3,36
-0,92
20
0,06
-2,71
-0,94
31
0,03
-3,40
-0,99
Правомочность использования ранговых распределений в качестве крите¬
рия типизации подтверждается зависимостью коэффициента к, от номера фа¬
ции в легенде i (рис. 4.4). Для наглядности фации класса сосновых лесов (номе¬
ра 22-31) переставлены в начало ряда. Тогда зависимость к, от i представляет
собой множество точек, образующих своеобразную экологическую “нишу” в
пространстве структурной ординации (в порядке расположения фаций в леген¬
де). Свойства природных комплексов закономерно изменяются, например, в
границах класса фации упорядочены по степени серийности (от коренных —
первые номера, к серийным — последние).
При переходе от коренных фаций сосновых лесов к серийным (/: 22-31) и
далее от коренных степных фаций к серийным (i: 1-8) коэффициент /с,- имеет
тенденцию к снижению. Коэффициенты степных фаций близки к значениям
коэффициентов горно-степных (серийных) фаций класса сосновых лесов. За¬
тем тенденция изменяется и для луговых фаций и фаций класса сосново-лист-
венничных лесов, коэффициент при переходе от коренных фаций к серийным
(/: 9-19) возрастает. Для группы горно-степных фаций из класса фаций сосно-
во-лиственничных лесов (/: 20-21) тенденция снижения коэффициента сохра¬
няется.
Таким образом, удается реализовать процесс геоинформационного кар¬
тографирования при составлении
ландшафтно-типологической кар¬
ты с использованием космической
информации. Создание карты осу¬
ществляется в автоматизированном
режиме, однако таксономическая
принадлежность некоторых участ¬
ков уточняется отдельно.
Рис. 4.4. Зависимость коэффициента fc,
от номера / фации в легенде (см.
табл. 4.2).
к,
183
Часть II. Ландшафтное картографирование
Поэтапное дешифрирование геосистем различного иерархического уровня
дает возможность разделять их в пространстве ординации. Классификация од¬
нородных выделов выигрывает по сравнению с классификацией отдельных
пикселов, увеличением размерности пространства ординации через использо¬
вание показателей распределений пикселов внутри выделов, в том числе ранго¬
вых распределений. Космические снимки разных сезонов дают возможность
различать луговые и степные сообщества, а также сосновые и лиственничные
леса разной густоты, что позволяет дифференцировать однородные выделы по
принадлежности к различным классам фаций.
4.3. Картографирование ландшафтов
на основе дистанционной информации
Принцип единства структуры и динамики геосистем, привнесенный в гео¬
графию системным подходом В.Б. Сочавы [1978], придает геосистемной класси¬
фикации фундаментальное значение. Исходя из этого принципа, геосистемы
группируются в классы по типам пространственно-временного порядка смены
состояния инварианта [Крауклис, 1997], для выделения которого можно приме¬
нять различные методы. Весьма эффективен метод ландшафтно-геохимического
анализа геосистем [Перельман, 1975; Семенов, 1991] с учетом абсолютных коли¬
честв вещества в их компонентах. Но данный метод основан на стационарном
изучении режимов поведения вещества в геосистемах с выявлением трендов
трансформации геосистем, что требует применения длительных и дорогостоя¬
щих исследований. В этом случае построение геосистемной классификации на
различных иерархических уровнях ограничивается локальными данными, а так¬
же продолжительностью временного ряда наблюдений за переменными состоя¬
ниями геосистем [Крауклис, 1997]. Сквозное исследование структуры и дина¬
мики геосистем на значительных площадях обеспечивают дистанционные изо¬
бражения земной поверхности. Информация со снимков разного качества
позволяет развивать методы ординации и математического моделирования гео¬
систем локального, регионального и глобального масштабов. Благодаря геоин-
формационным технологиям появляется возможность автоматической экстра¬
поляции данных о геосистемах, полученных геофизическими, геохимическими,
геоботаническими и др. наземными методами. Количественные показатели яр¬
кости элемента многоканальных снимков могут рассматриваться как комплекс¬
ные показатели, отражающие синтез свойств разных компонентов геосистемы,
что позволяет получить дополнительные данные для интерпретационного ана¬
лиза при дешифрировании.
4.3.1. Горно-таежная растительность на космических снимках
Проводилась обработка космических снимков, полученных со спутников
LANDSAT, LISS, PAN, территории Ковыктинского газоконденсатного место¬
рождения (КГКМ). КГКМ расположено в Жигаловском и Казачинско-Лен-
ском районах Иркутской области в 400 км от г. Иркутска на северо-восток.
Территория КГКМ находится в пределах Лено-Ангарского плато — южной час¬
184
Глава 4. Геоинформационное картографирование ландшафтов
ти Среднесибирского плоскогорья. Абсолютные отметки высот достигают
1000-1200 м. Площадь территории исследования составляет 755 тыс. га. Терри¬
тория обследовалась во время полевых работ и в процессе вертолетных облетов
ключевых участков с фото- и видеосъемкой местности.
Основная часть исследуемой территории (94,2 %) относится к лесным зем¬
лям (леса, гари, вырубки). Покрытые лесом земли — 89,5 %, из них хвойные леса
занимают 84,9 % (65,7 % темнохвойные, 34,3 % светлохвойные). Необлесенные
(10-50-летние) травяно-кустарниковые (5 %) и облесенные (40-80-летние) мел¬
колиственными породами (5 %) гари сравнительно обширны. Нелесные площа¬
ди составляют 5,8 % общей площади и соответствуют приречным лугам и кустар¬
никам, горным редколесьям, каменистым мохово-лишайниковым и кустарнич-
ково-травяным пустошам. На дороги, буровые площадки и другие объекты
производственно-бытового назначения приходится порядка 0,5 % площади.
Главными лесообразующими породами являются кедр сибирский (Pinus sibirica
(Rupr.) Мауг), сибирская пихта (Abies sibirica Ledeb.), сибирская ель (Picea obovata
Ledeb.), лиственница сибирская и Гмелина (Larix sibirica Ledeb. etgmelinii (Fisch.)
Fritsch.), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). В долинах рек встречается ду¬
шистый тополь. Мелколиственные породы — береза и осина в коренных сооб¬
ществах встречаются в виде примеси, но в местах, неоднократно подвергавшихся
внешним воздействиям, образуют мелколиственные вторичные леса [Медведев,
Диковская, 2004].
При предварительной обработке на основе автокорреляционного анализа
геоизображений (см. п. 2.2.3) выделялись границы функционально однородных
участков на снимке, соответствующие разным типам геосистем. Границы век¬
торизовались, и проводилось наземное обследование выделенных объектов
территории для определения эталонных участков дешифрирования, представ¬
ленных как коренными лесами с преобладанием светлохвойных и темнохвой¬
ных пород, так и гарями и лесами разных стадий восстановления растительного
покрова. На каждом участке наблюдения проведено общегеографическое опи¬
сание с фиксацией структуры почвенного профиля и видового состава сооб¬
ществ, нарушений почвы и растительности. Средствами программы ArcView
GIS 3.2а данные описаний и фотографии местности, полученные в результате
натурных исследований, привязывались к полигонам снимка. На каждом из 28
эталонных участков определен тип растительности, и эти знания использова¬
лись при ординации.
Цифровая многозональная космическая информация отражает разнооб¬
разные факторы ландшафтной среды и может интерпретироваться как коорди¬
натное пространство комплексных факторов такой среды (см. п. 2.3.2-3). Это
позволяет исследовать закономерности размещения пикселов в границах выде¬
лов в данном факторном пространстве ординации. Каждый выдел имеет свое
частотное распределение пикселов по яркости (гистограмму), и в пространстве
ординации выдел представлен облаком точек, для “сужения” которого выделя¬
ется модальное значение (точка оптимума). Остальные значения яркости рас¬
сматриваются как множество допустимых (свойственных) отклонений от нее,
за пределами которого находятся несвойственные (“рискованные”) состояния
185
Часть П. Ландшафтное картографирование
данного местоположения. Для идентификации растительности наиболее под¬
ходят осенние снимки, наименее — полученные в середине лета.
Структура пространства ординации (яркость двух наименее коррелирован¬
ных каналов — синий и средний инфракрасный — снимка Landsat ТМ) восста¬
навливается по диапазонам характеристик яркости, встречающимся в границах
однородных выделов (рис. 4.5). Близость выделов в ординационном простран¬
стве не всегда обусловлена их типологическим сходством по составу древостоя
или типу местоположения. Например, трудно различить кедрово-пихтовые
леса и гари, ерники и сосновые леса. В спорных областях выделу присваивается
тот тип, который в границах контура на снимке проявляется максимально (по
числу пикселов).
Ординационная схема (рис. 4.5) использовалась для построения карты рас¬
тительности территории (рис. 4.6) методом параллелепипедной классификации
(см. п. 3.2). Результаты автоматизированной обработки проверялись и уточня¬
лись по лесотаксационным материалам и синтезированным снимкам.
По результатам обработки космоснимка делаются следующие выводы об
основных закономерностях распространения растительности на изучаемой тер¬
ритории. В условиях хорошо дренированных долин произрастают ельники с
кустарничково-лишайниково-моховым наземным покровом. На высотах около
1200 м, где возрастает влияние литоморфного фактора, на приводораздельных ,
участках и на склонах растут пихтарники с кедром мелкотравно-зеленомошные j
с черникой либо пихтово-кедровые, елово-пихтово-кедровые и пихтово-ело- j
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
41
60
60
60
60
60
60
20
20
20
20
20
20
12
12
12
21
21
11
13
13
42
60
60
60
60
60
60
20
20
20
20
20
20
12
12
12
21
21
11
13
13
43
12
12
60
60
60
60
20
20
20
20
20
20
12
12
12
21
21
21
13
13
44
60
60
60
60
60
60
60
60
60
20
20
20
12
12
12
21
21
21
13
13
45
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
46
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
20
20
60
60
60
60
60
60
60
47
50
50
50
60
60
50
•50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
48
50
50
50
60
60
50
50
50
50
50
50
50
20
12
50
21
50
50
13
50
49
42
42
42
60
60
42
42
42
42
42
42
20
12
12
12
21
21
13
13
13
50
42
42
42
60
60
42
42
42
42
42
20
20
12
12
21
21
21
13
13
13
51
13
13
13
60
60
13
13
13
13
20
20
20
12
21
21
21
21
13
13
13
52
13
13
13
60
60
13
13
13
13
13
13
20
12
12
21
21
21
13
13
13
53
13
13
13
60
60
13
13
20
13
20
20
20
12
12
21
21
21
13
13
13
х
Рис. 4.5. Фрагмент структуры ординации растительности в пространстве значений ярко¬
сти двух спектральных каналов (х — синий, у — средний инфракрасный). Номера см. в
легенде карты растительности.
186
Начало рис. 4.6.
Масштаб 1: 500 ООО
Часть II. Ландшафтное картографирование
Рис. 4.6. Растительность территории КГКМ1.
10. Кедровые с примесью пихты, лиственницы и сосны кустарничково(БЧБг2)-зсленомошные и ба-
дановые леса. 11. Пихтово-кедровые кустарничково(БЧ)-зеленомошные леса. 12. Елово-пихто¬
во-кедровые, пихтово-елово-кедровые кустарничково(ББг)-зелсномошные и хвощово-мслкотрав-
но-зеленомошные, местами долгомошные, сфагновые и бадановые леса. 13. Елово-пихтово-кедро¬
вые, пихтово-елово-кедровые редкостойные кустарничково(ББг)-зеленомошные и бадановые леса.
20. Елово-кедрово-пихтовые кустарничково(ББг)-хвошово-мелкотравно-зеленомошные, местами
долгомошные и сфагновые леса. 21. Кедрово-пихтовые с примесью ели кустарничково(ЧБ)-мелко-
травно(кислица, мителла)-зеленомошные, ольховниковые и крупнотравные леса. 30. Еловые с ли¬
ственницей, кедром, пихтой кустарничково(ББг)-зеленомошные и мелкотравно-зеленомошные,
местами крупнотравные леса. 31. Еловые с лиственницей, кедром, пихтой кустарничково(ББг)-зе-
леномошные и мелкотравно-зеленомошные, местами крупнотравные леса. 32. Лиственнично-кед¬
рово-еловые с пихтой кустарничково(ББгГ)-хвощово-мелкотранно-зеленомошные леса. 33. Лист¬
веннично-еловые с кедром кустарничково(БгБГ)-моховые леса. 40. Лиственничные с елью, кедром
и березой редкостойные кустарничково(ББг)-зеленомошные и кустарничково(БгБГ)-долгомош-
ные леса. 41. Пихтово-кедрово-лиственничные с елью кустарничково(БЧБг)-зеленомошные, оль¬
ховниковые и бадановые леса. 42. Сосново-лиственничные с темнохвойным подростом разнотрав-
но-кустарничковые (БЧ) и осочково-разнотравные леса. 43. Елово-лиственничные и березово-ли¬
ственничные редкостойные кустарничково(БГ)-моховые, шаровидноосоково- и хвощово-моховые
и осоково-вейниковые леса. 44. Лиственничные с примесью ели редкостойные кустарничко-
во(БгБГ)-моховые, местами сфагново-долгомошные и закустаренные леса. 50. Сосновые с лист¬
венницей разнотравно-брусничные, разнотравно-осочковые и ирисово-разнотравные леса места¬
ми с кедром в подросте, с фрагментами горных степей. 51. Лиственнично-сосновые с кедром в
подросте разнотравно-брусничные и бруснично-зеленомошные леса. 61. Лугово-кустарниково-бо¬
лотная серия сообществ местами с солонцовыми осоково-злаковыми лугами. 62. Лиственничные с
примесью ели редкостойные кустарничково(БгБГ)-моховые, местами сфагново-долгомошные и
закустаренные леса. 64, 54, 34. Лугово-кустарниково-лесная серия сообществ с участием тополя в
сочетании с болотно-кустарниково-лесной серией сообществ с участием лиственницы Гмелина. 70.
Ольховниково-березовые мохово-кустарничковые(ББгЧ) и вейниково-разнотравные (иван-чай)
заросли с единичными лиственницами и кедрами с низким подростом из темнохвойных пород и
лиственницы на гарях. 71. Ольховниково-березовые вейниково-разнотравные (иван-чай) и мохо-
во-кустарничковые(ББгЧ) заросли с низким подростом мелколиственных и хвойных пород (сосна,
лиственница, кедр) на старых гарях. 73. Березовые и осиново-березовые редкостойные кустарнич-
ково(ЧБ)-разнотравные и разнотравно-вейниковые местами закустаренные ольхой леса на гарях.
74. Березовые и осиново-березовые редкостойные ольховниковые, кустарничково(ЧБ)-разнотрав-
ные местами с темнохвойным подростом леса на гарях. 75. Лиственничные с кедром, березой и
темнохвойным подростом кустарничково(ББгЧ)-разнотравные и разнотравно-вейниковые места¬
ми закустаренные (ольха, ива, шиповник) леса со следами низовых пожаров. 76. Березовые и оси¬
новые кустарничково-разнотравные и кустарничково(ББг)-зеленомошные леса в сочетании с кус¬
тарниковыми зарослями и разнотравно-вейниковыми лугами на гарях. 77. Лиственнично-березо¬
вые с кедром и елью редкостойные с темнохвойным подростом кустарничково(БгБГ)-моховые,
местами долгомошные и закустаренные леса. 80. Редколесья (лиственница Гмелина, кедр, ель, пих¬
та) кустарничково-мохово-лишайниковые с рододендроном золотистым и можжевельником си¬
бирским в подлеске в сочетании с мохово-лишайниковыми, бадановыми и кустарничковыми пус¬
тошами. 90. Безлесные участки.
1 Составлена с учетом легенды геоботанической карты КГКМ [Медведев, Диковская, 2004).
2 Б — брусника, Ч — черника, Бг — багульник болотный, Г — голубика.
Гпава 4. Геоинформационное картографирование ландшафтов
во-кедровые леса. По долине р. Ханда болота, луга и разреженные лиственнич¬
ники сменяются на склонах кедрово-еловыми с лиственницей хвощово-мелко-
травно-моховыми лесами в зависимости от баланса влияния гидроморфного и
стагнозного факторов.
По результатам сравнительного анализа растительного покрова в преде¬
лах исследуемой территории выделяются следующие геоботанические мест¬
ности, отличающиеся составом растительных сообществ [Медведев, Диков-
ская, 2004].
Горные редколесья (L. sibirica, P. sibirica, P. obovata, A. sibirica) в сочетании с
мохово-лишайниковыми, бадановыми и кустарничковыми пустошами. Горные
редколесья (“подгольцовые” сообщества) занимают платообразные вершины
орографического яруса с отметками высот порядка 1300-1500 м.
Южно-сибирские горные хвойные (P. sibirica, A. sibirica, P. obovata,
L. sibirica) леса в сочетании с приречными лугово-кустарниково-лесными се¬
риями сообществ. Подобная тайга располагается во внутренней части Ковык¬
тинского плато — в бассейнах р. Орленга и р. Чичапта, остающихся труднодос¬
тупными, вследствие чего местные коренные леса в возрасте 160-320 лет оста¬
ются преимущественно ненарушенными.
Среднесибирские горно-котловинные хвойные (L. gmelinii, P. sibirica,
P. obovata, P. sylvestris) леса в сочетании с подгорно-приречными болотно-кус-
тарниково-лесными и лугово-кустарниково-болотными сериями сообществ
приурочены к склонам, отрогам и приречным равнинам, обращенным к доли¬
не р. Ханда и верховьям р. Чикан. Климат этой природной местности отличает¬
ся повышенной континентальностью и, как следствие, лиственницу сибирскую
замещает лиственница Гмелина. Древостой большей частью разреженный,
имеет низкий бонитет (IV, V).
Среднесибирские горно-равнинные хвойные (P. sylvestris, L. sibirica, P. si¬
birica, A. sibirica, P. obovata) леса в сочетании с приречными лугово-кустарни¬
ково-лесными сериями сообществ. Распространены по склонам долин р. Лена
и р. Чикан. Возраст большей части лесов 40-160 лет.
4.3.2. Фациальная структура горно-таежной территории
Для создания крупномасштабной ландшафтной карты необходимо решить
несколько задач. Во-первых, обосновать масштаб и иерархический уровень
картографирования: разрешения снимков Landsat ТМ в данном случае недоста¬
точно, поэтому дополнительно использовался монохроматический снимок
PAN (аппарат IRS). Границы выделов определялись методом авто¬
корреляционного анализа (см. п. 2.2.3). Средний размер выдела 200 га, что
соответствует уровню урочища или классу фаций, т.е. совокупности фаций
одного факторально-динамического ряда. Геомер — класс фаций выделяется
на местности по особенностям микрорельефа и составу геологических пород,
но главное — по ведущему фактору, видоизменяющему облик ландшафта
в данной местности. По степени видоизменения фации упорядочиваются
в факторально-динамический ряд и представляют группы фаций: серийные,
мнимокоренные и коренные. Коренные фации индивидуальны для каждого
189
Часть II. Ландшафтное картографирование
Глава 4. Геоинформационное картографирование ландшафтов
Рис. 4.7. Ландшафтно-типологическая карта Геосистемы Лено-Ангарского плато и Хан-
динской депрессии.
Таежный тип природной среды.
1. Тип восточно-сибирских горно-равнинных геомов.
1.1. Класс байкало-джугджурских южно-таежных горных геомов.
1.1.1. Группа подгорных таежных геомов.
1.1.1.1. Геом лиственничных лесов ограниченного развития межгорных понижений и долин.
1.1.1.1.1. Класс субгидроморфных фаций на склонах и низких террасах лиственнич¬
ных лесов (с елью и кедром) на дерновых и лугово-болотных почвах.
1.1.1.1.2. Класс субстагнозных фаций пологих склонов и заболоченных долин с ост¬
ровными приручейными ельниками и березовыми редколесьями на болот¬
ных, лугово-болотных, луговых и аллювиальных часто мерзлотных почвах.
1.1.1.1.3. Класс субкриогидроморфных фаций долинных ерников на мерзлотных поч¬
вах.
2. Тип среднесибирских горно-равнинных геомов.
2.1. Класс среднесибирских южно-таежных горных геомов.
2.1.1. Группа таежно-плоскогорных геомов.
2.1.1.1. Геом горно-таежных темнохвойных фаций ограниченного развития.
2.1.1.1.1. Класс сублитоморфных фаций водоразделов и склонов разной крутизны
кедрово-пихтовых мелкотравно-зеленомошных лесов на дерново- и пере-
гнойно-карбонатных почвах на известняках и доломитах.
2.1.1.1.1.1. Группа сублитоморфных коренных фаций водоразделов и склонов
пихтово-кедровых с примесью ели кустарничково-мелкотрав-
но-зеленомошных лесов на перегнойно-карбонатных и мерзлот¬
но-таежных почвах.
2.1.1.1.1.2. Группа сублитоморфных мнимокоренных фаций на склонах раз¬
ной крутизны кедрово-пихтовых мелкотравно-чернично-моховых
лесов на дерново- и перегнойно-карбонатных оподзоленных и вы¬
щелоченных почвах.
2.1.1.1.1.3. Группа сублитоморфных серийных фаций на низких террасах кед¬
рово-еловых бруснично-зеленомошных (с лишайником, черни¬
кой, голубикой) лесов на дерново- и перегнойно-карбонатных
почвах.
2.1.1.1.2. Класс сублитоморфных фаций выровненных поверхностей и склонов кедро-
во-лиственничных редколесий на маломощных подзолистых почвах.
2.1.1.1.3. Класс субгидроморфных фаций долин и нижних частей склонов северной
экспозиции еловых (с лиственницей, кедром и пихтой) кустарничково-зеле-
номошных лесов на аллювиальных и мерзлотно-таежных почвах.
2.1.1.2. Геом горно-таежных лиственничных фаций оптимального развития.
2.1.1.2.1. Класс субксеролитоморфных фаций на склонах преимущественно южной
экспозиции сосновых лесов (с лиственницей) разнотравных на дерново- и
перегнойно-карбонатных подзолистых почвах.
2.1.1.2.2. Класс субкриогидроморфных фаций нижней части пологих склонов север¬
ной экспозиции сосново-лиственничных лесов на мерзлотно-таежных, тор¬
фянисто-перегнойных мерзлотных почвах.
класса, формируются на выположенных приводораздельных участках рельефа,
наиболее соответствуют содержанию группы фаций и представлению о зональ¬
ной норме (рис. 4.7).
Класс субгидроморфных фаций на склонах и низких террасах кедрово-ли-
ственничных (с пихтой и елью в подросте) разнотравно-кустарничково-зелено-
мошных лесов на дерново- и перегнойно-карбонатных почвах, а также на дер¬
новых лесных почвах.
191
Часть II. Ландшафтное картографирование
Выделено несколько факторально-динамических рядов и соответствую¬
щих классов фаций, положенных в основу легенды ландшафтно-типологиче¬
ской карты. Сублитоморфный ряд — класс фаций плакоров и склонов, мест
выходов скальных пород. Субгидроморфный ряд — класс фаций ложбин и до¬
лин на мощных аллювиальных отложениях. Субстагнозный ряд — класс субак-
вальных и аквальных фаций широких заболоченных долин ручьев и рек. Суб-
криоморфный ряд — класс фаций впадин на мощных толщах песчано-глини-
стых пород с признаками многолетней мерзлоты. Субксеролитоморфный ряд —
класс фаций солярных склонов холмов с низким уровнем увлажнения на поч¬
вах легкого механического состава. Для фаций сублитоморфного ряда выделе¬
ны группы фаций по критериям изменчивости: коренные, мнимокоренные и
серийные.
Данный уровень геомеров позволяет достаточно полно отразить разнооб¬
разие геосистем изучаемой территории. Построение ландшафтной карты на
уровне классов фаций базируется на космических снимках, картах рельефа,
почвенного покрова и растительности (рис. 4.6).
Ландшафтно-типологическая карта исследуемой территории (рис. 4.7) соз¬
давалась как ГИС, которая содержит электронный вариант контурной основы с
3796 выделами и базу данных по каждому выделу: тип растительности, тип поч¬
вы, положение в рельефе, площадь выдела, нарушенность, номер класса фа¬
ций, номер группы фаций (если есть). Выдел относился к конкретному классу
фаций на основе информации о типе растительности и почвы, абсолютной вы¬
соте над уровнем моря, степени расчлененности рельефа, экспозиции и кру¬
тизне склона.
Векторизованная ландшафтная карта заверялась в ходе полевых наблю¬
дений. Выделы различаются по составу растительности, рельефа, почвы и по
степени нарушенности природных комплексов, т.е. представляют различные
переменные состояния геосистем, поэтому их необходимо объединять в ареа¬
лы соответствующих классов фаций. Для выделов нарушенных геосистем,
которые сложно по их характеристикам отнести к определенному классу фа¬
ций, учитывались типы соседних выделов. Нарушенным участкам присваива¬
лись известные типы тех выделов, с которыми его граница наиболее протя¬
женна в пределах однородного по рельефу и почвенному покрову участка
местности.
Ландшафтная карта фиксирует ситуацию контакта геосистем уровня груп¬
пы геомов южно-таежной подзоны в границах двух физико-географических об¬
ластей (Среднесибирской и Байкало-Джугджурской). Явные проявления зо¬
нальных закономерностей осложнены здесь провинциальными особенностями
горных стран, характерными для Лено-Ангарского плато и Хандинской депрес¬
сии. Зональная принадлежность обусловливает существование здесь геосистем
темнохвойной (пихтово-кедровой) тайги и ее светлохвойной (лиственничной)
факторной вариации. Различия по типу провинциальности и региональной
принадлежности отмечаются на уровне группы геомов, отдельных геомов и
классов фаций. Ареалы последних в разных сочетаниях формируют местные
ландшафтные ситуации.
192
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
Совместное использование информационных ресурсов космических изо¬
бражений и геоинформационных технологий позволяет уже на этапе предоб¬
работки снимков выделить маршруты обследования территории, обеспечи¬
вающие пересечение наибольшего количества разнообразных ландшафтных
выделов, охват всех представительных участков территории, повысить точ¬
ность привязки объектов на местности, сделать процесс дешифрирования бо¬
лее наглядным и логически строгим, учитывающим максимум местных осо¬
бенностей географических объектов и их цифровых изображений. В итоге
создается комплексная информационная система представления территории
(ландшафтная ГИС), удобная для решения задач интерпретационного карто¬
графирования.
Геоинформационное картографирование ландшафтов состоит из этапов
предварительной обработки исходной информации, визуализации пространст¬
венных данных для натурных исследований, маршрутного обследования терри¬
тории на ключевых участках и заверки результатов предобработки на местно¬
сти, постобработки геоизображений с обучением для достижения необходимой
точности автоматизированного дешифрирования, экстраполяции знаний и
геоинформационного картографирования.
Выделение и классификация геосистем основываются на функциональном
подходе — особенности связи комплексных факторов, фиксируемых по сним¬
ку, в границах функционально-однородных ареалов. Последние характеризу¬
ются кривыми ранговых и частотных распределений, специфичных для геосис¬
тем разной таксономической принадлежности. Первоначальное выделение
функционально-однородных контуров с последующим анализом их содержа¬
ния имеет преимущество по сравнению с типизацией участков местности толь¬
ко по совокупности признаков. Предлагаемый подход основывается на мини¬
муме гипотез и позволяет в связи с этим выявлять скрытые закономерности
функционирования геосистем.
Классификация фаций проводится по факторально-динамическим прин¬
ципам, связанным с анализом инвариант-вариантных структур. При натурных
исследованиях формируется общее представление о территории, на основе ко¬
торого выделяются основные видоизменяющие факторы и соответствующие
им факторально-динамические ряды и классы фаций. Классификация геосис¬
тем осуществляется как “снизу вверх” от свойств локальных выделов, так и
“сверху вниз”, опираясь на принципы триадной иерархии и факторной измен¬
чивости. Уровень класса фаций (тип изменчивости — факторальности) стано¬
вится узловым в проведении крупномасштабного картографирования.
Глава 5
ГЕОСИСТЕМНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛАНДШАФТОВ
Принципы функциональной классификации геосистем в сложно устроен¬
ном факторном пространстве используются для создания легенды ландшафтных
карт и в ландшафтном картографировании. Особое значение имеет построение
крупномасштабных ландшафтных карт ограниченных территорий и ключевых
И 3акт Nv 560
193
Часть II. Ландшафтное картографирование
участков, где факторное влияние прослеживается наиболее наглядно и количе¬
ственно оценивается. Аналогичный подход может быть реализован при построе¬
нии ландшафтных карт среднего и мелкого масштаба, что требует обобщенного
понимания факторных систем, признания существования их иерархии. Это при¬
водит к задачам многоуровневой классификации геосистем, выделению призна¬
ков географических объектов, значимых при решении таких задач.
Необходимо обобщить прежний и новый опыт ландшафтного картографи¬
рования на базе геосистемных принципов и наметить пути использования гео¬
системного знания и карт в других исследованиях, например в геоэкологиче¬
ских, которые с полным правом можно рассматривать как прикладное направ¬
ление теории геосистем. Важно также обратить внимание на существующие
недостатки ландшафтного картографирования и наметить пути его совершен¬
ствования для последующей реализации карт геосистем в процедурах ланд¬
шафтно-интерпретационного картографирования.
5.1. Классификация геосистем
Глобальная сфера геосистем с наземной жизнью очень сложна и включает
множество разнообразных и изменчивых территориальных объектов. Каждый
ландшафт, по мнению Л.С. Берга (1931), неповторим как в пространстве, так и
во времени. Все геосистемы осложнены бесчисленными хаотическими прояв¬
лениями, связанными с изменением внутренних взаимосвязей составляющих
их элементов и внешнего воздействия, в том числе антропогенного. Вместе с
тем существующее сходство объектов, единство их происхождения и эволюци¬
онного развития обусловливают возможность их сравнения и классификации.
Классификация является основной процедурой, посредством которой проис¬
ходит упорядочение многообразия объектов и динамических проявлений в геогра¬
фической среде. Это универсальная общенаучная процедура, которая строится на
теоретическом осмыслении закономерностей развития, строения, функциониро¬
вания, размещения многочисленных разнородных геосистем. Она облегчает ана¬
лиз и выявление главнейших закономерностей их дифференциации и относится к
категории базисных или общенаучных классификаций, отображающих иерархию
соответствующих их множеств [Харвей, 1974; Сочава, 1974].
5.1.1. Задачи геосистемной классификации
Основное назначение классификации геосистем — систематизация функ¬
циональных связей и структурных особенностей географических объектов с це¬
лью выявления главнейших закономерностей в природной среде [Сочава.
1972]. В этом отношении она соответствует общим методологическим пред¬
ставлениям, согласно которым любая классификация предназначена для рас¬
крытия внутренних связей и характера преобразования, присущих классифи¬
цируемым объектам.
Классификация геосистем является основой (базисом) теоретических на¬
учных исследований и планирования изысканий. Одновременно базисная
классификация может использоваться на практике, заменяя специальные клас¬
194
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
сификации либо помогая интегрировать и дифференцировать их на единой
геосистемной основе. При этом последние строятся с учетом разделения объек¬
тов в базисной классификации и основных представлений той области знаний,
в интересах которой они создаются. При такой постановке специальные клас¬
сификации сопоставимы друг с другом и могут более эффективно использо¬
ваться наряду с базисными.
Алгоритмы такого подхода основаны на подобии классификаций (см.
п. 2.2.4), позволяющем переводить базовую классификацию в специальную с
учетом специфики постановки задач (классификации задач) либо, напротив, ис¬
пользовать специальные (эмпирические) классификации в форме ординации
объектов для восстановления базовой геосистемной классификации (см. п. 4.2).
При таком подходе просто решается проблема границ: используется сетка
границ геосистем. По отдельным компонентам или свойствам соседние геосис¬
темные выделы могут совпадать и сливаться, формируя иную мозаику ареалов,
специфичную для данного свойства, что характерно для реальных ситуаций. Так
что всякая специальная классификация порождает свою сетку границ, отличную
от геосистемных, поэтому обратный ход от специальных карт к геосистемным
базовым бывает неоднозначным, осложненным отсутствием простых корреля¬
ций между свойствами, что требует анализа сложных функциональных связей,
разные типы которых и указывают на различные геосистемы (см. п. 2.2-3).
Вследствие этого в практических разработках, по мнению А.Г. Исаченко
(1991), бывает слишком сложно или нецелесообразно анализировать или оце¬
нивать каждый ландшафтный и тем более компонентный вьщел в отдельности.
Возникает необходимость создавать унифицированные подходы к типичным
природным условиям и связям. Здесь на помощь приходит классификация, в
которой разнообразие геосистем сведено к ограниченному числу таксономиче¬
ских единиц, характеризующихся особым комплексом природных условий и
ресурсов, способностью однотипно реагировать на воздействие внешней среды
и антропогенные нагрузки.
Разработка принципов классификации изменчивых геосистем и их раз¬
номасштабного картографирования является ведущей при их исследовании
и систематизации, прогнозировании их преобразований. Классификация гео¬
систем традиционно базируется на трех основных принципах: иерархичности,
гомогенности и динамичности. Эти сложные свойства традиционно раскры¬
вались в представлениях о причинно-следственных связях, устойчивости, пред¬
сказуемости развития систем. В конце XX в. произошло смешение внимания на
исследование открытости, неравновесности, нелинейности, когерентности сис¬
тем [Пригожин, Стенгерс, 1986]. Изучаются способности систем к усилению
воздействия, накоплению энергии, возможности изменять степень устойчивости
при трансформации параметров, потенциалы саморазвития.
Открытость внешней среде означает обмен веществом, энергией и инфор¬
мацией между геосистемами, который имеет место в пространстве, времени и
масштабе. Нелинейность систем выражается в таких феноменах самоорганиза¬
ции, как неоднозначность, неустойчивость, необратимость. Им свойственны
ветвление путей развития, состояния, при которых их поведение становятся
непредсказуемым, хаотическим. Когерентность — взаимосвязь систем и их со¬
195
Часть II. Ландшафтное картографирование
ставляющих, согласованность протекания колебательных процессов, в резуль¬
тате которых сложение большого числа малых величин дает мощный эффект,
способный перевести систему на новый путь развития. Такой эффект принято
называть неустойчивостью или чувствительностью [Баранцев, 2003].
Общенаучное смещение исследовательских акцентов определило потреб¬
ность изучения неравновесных и нелинейных систем в географии и разработки
на этой основе новых подходов к классификации геосистем. Отмечается необ¬
ходимость экспликации диагностических признаков геомов и групп фаций по
всем важнейшим компонентам геосистем, а также характеристикам структур¬
ного, динамического, генетического своеобразия. Отсутствие такого рода дан¬
ных в легендах ландшафтно-типологических карт ограничивает возможности
использования ценной картографической информации для решения разнооб¬
разных задач, поскольку по приведенным названиям групп фаций трудно со¬
ставить ясное представление о наиболее характерных свойствах этих геосистем,
а в ряде случаев даже опознавать их в природе [Динамика геосистем..., 1985].
5.1.2. Особенности классификации и картографирования геосистем
Классификация геосистем в настоящее время основывается на отображении
их генезиса и инварианта, т.е. совокупности присущих системам свойств, кото¬
рые остаются постоянными при преобразовании геосистем той или иной катего¬
рии, а также динамики геосистем — движения ее переменных состояний в рам¬
ках одного инварианта, которые в большинстве случаев обратимы (см. п. 1.2.2).
При создании классификации важно то, что степень сходства геосистем по
любым параметрам изменяется с увеличением таксономической категории. В
результате, по мере перехода от высших таксономических ступеней к низшим,
в классификацию вводятся все новые факторы оценки, благодаря чему по мере
сужения множества геосистем возрастает степень их общности [Исаченко,
1991]. В связи с этим есть смысл говорить об иерархии факторов классифика¬
ции геосистем, отображающих основные причины их интеграции (см. п. 2.3).
Они заключаются в следующем.
Обмен веществом и энергией между геосистемой и средой, с одной сторо¬
ны, является важным фактором эволюции Земли и ближнего космоса, с дру¬
гой — определяет свойства географической оболочки как самостоятельного
структурно-функционального и естественно-исторического образования [Гри¬
горьев, 1966]. Он обусловливает постоянную изменчивость географической
среды, направленность ее трансформации и взаимосвязь составляющих, поэто¬
му служит исходным фактором классификации. В результате общие критерии
теплообеспеченности (зональные признаки) и увлажнения (секторные) поло¬
жены в основу выделения наиболее крупных таксономических подразделений
геосистем — типов природной среды (типов ландшафтов).
Существует также традиционная “зональная ландшафтная номенклатура”,
основанная на использовании геоботанических признаков, но она менее удач¬
на и не всегда пригодна для глобальных схем, так как не отражает условий рас¬
пространения и особенности функционирования геосистем, например, тайга
развита только в северном полушарии, а вечнозеленые леса могут произрастать
Гпава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
в гидротермических условиях, близких широколиственным. Кроме того, зо¬
нальные геоботанические названия в той или иной мере характеризуют лишь
равнинные геосистемы и неприменимы к горным, где формируются пояса, не
имеющие ничего общего с “зональной” растительностью равнин. В связи с
этим номенклатура, основанная на гидротермических признаках, более уни¬
версальна [Исаченко, 1975].
Бесспорно, что реакция геосистемы на модификацию характера внутрен¬
них и внешних взаимодействий во многом определяется ее генезисом, положе¬
нием в пределах большей системы, характером окружения, которые определя¬
ют схожесть признаков изменчивости объектов. За этими пределами могут про¬
являться различные вариации изменений системы, которые проходят не по
характерным (изотропным) траекториям, а приобретают случайный характер.
Подобного рода явления нашли выражение в законе гомологических рядов,
сформулированном Н.И. Вавиловым, который обобщал явления параллельной
изменчивости, наблюдающейся у родственных видов и в характере взаимодей¬
ствия клеток. “Судьба клетки, т.е. чем она станет в зрелом организме, сущест¬
венным образом зависит от ее положения и ближайшего окружения в зароды¬
ше” [Эдельман, 1989, с. 24].
Эти идеи созвучны представлениям ведущих географов. Так, Э. Нееф [1974,
с. 29] подчеркивал, что “все географические явления привязаны к неким гео¬
графическим местностям, которые обособляются через посредство своего по¬
ложения и в особенности через посредство связей этого местоположения с со¬
седними местностями и областями”. А.А. Григорьев [1965, с. 89] отмечал, что
особенности каждого ландшафта являются “функцией географического поло¬
жения, то есть, с одной стороны, широты, долготы и высоты места, а с дру¬
гой — основных свойств географической среды соседних, а нередко также и
весьма удаленных (от исследуемой) частей поверхности земного шара”. Это оп¬
ределяет важную географическую особенность — существование корреспонди¬
рующих систем, которые имеют функциональные и физиономические анало¬
гии, но принадлежат к различным классификационным подразделениям. На¬
пример, степи Центральной Азии и корреспондирующие им пампы. В связи с
этим в описания ранга классов геомов добавляются пояснительные (относи¬
тельно географического местоположения) названия — арктобореальный севе¬
роазиатский, аридный азиатский.
На следующей таксономической ступени — подклассы геомов — в клас¬
сификацию вводится гипсометрический фактор через обозначение главных
высотных ландшафтных уровней — равнинного и горного, который вносит
коррективы в соотношения широтного распределения тепла и влаги, например
Байкало-Джугджурский горный субарктический гольцовый горно-таежный
подкласс геомов. Кроме того, через эти уровни отображаются основные разли¬
чия: высотная поясность, литоморфность, доминирующая роль мобильной со¬
ставляющей и резкие, как локальные, так и региональные контрасты, выра¬
женные в горах.
По мере удаления от фоновых признаков геосистем, характерных для ядра
ареала, происходит постепенная трансформация зонально-секторных особен¬
ностей каждой геосистемы, появляются черты, присущие соседним таксономи-
197
Часть II. Ландшафтное картографирование
ческим категориям (например, переход среднетаежных геосистем к северным
или южным типам; нарастание высоты над уровнем моря и модификация рав¬
нинного типа геосистем). В связи с этим на следующих уровнях иерархии —
групп геомов — выделяют в классе равнинных геосистем северные, средние и
южные подзоны (тундры, тайги, степи и пр.), а также низменные и возвышен¬
ные типы геосистем и барьерно-подгорные варианты, в классе горных — под¬
классы низко-, средне- и высокогорный либо горные аналоги северо-, средне-
и южно-таежных геосистем — леса редуцированного, ограниченного и опти¬
мального развития соответственно. Например, таежная светлохвойная опти¬
мального развития, подгорная подтаежная сосновая возвышенно-равнинная
геосистемы.
На более низких ступенях классификации (геом) в качестве определяюще¬
го критерия выступает фундамент геосистемы — его петрографический состав,
формы рельефа, особенности почвенно-растительного покрова.
Геосистемы топологического уровня иерархии характеризуются наиболь¬
шим числом общих признаков и максимальным сходством в генезисе, наборе
компонентов, структуре и морфологии. Морфологическое строение служит од¬
ним из ведущих признаков при объединении конкретных геосистем в виды,
поскольку классификация фаций и их групп остается слабо разработанной об¬
ластью ландшафтоведения. До сих пор она мало осмыслена в теоретическом
плане и весьма нечетко определены практические критерии выделения подраз¬
делений этого ранга.
Для совершенствования классификации нужны достаточно полные описа¬
ния фаций. Однако нельзя ограничиваться только внешними, визуальными
признаками и данными о каком-либо одном моменте из “жизни” фации. Необ¬
ходимы сведения о важнейших природных режимах (тепловом, водном, проду¬
цирования и преобразования органической массы и др.), а также охват разных
естественных вариантов и антропогенных модификаций в их динамике. Важна
также и точная фиксация географического местоположения каждого выдела,
причем в смысле указания не столько топографических координат, сколько ха¬
рактеристики ситуации в системе действующих в ландшафте субрегиональных
и фоновых факторов [Динамика геосистем..., 1985] с целью взаимной упорядо¬
ченности ландшафтных единиц.
Разработка классификации требует сочетания дедуктивного и индуктивно¬
го подходов. В первом случае основой для анализа служат классификационные
категории высшего порядка, в рамках которых последовательно вычленяются
таксономические подразделения все более низких рангов. Во втором — объек¬
том первичной классификации являются элементарные геосистемы, которые в
результате выявления общих признаков объединяются в категории топологиче¬
ского порядка. Индуктивный подход обеспечивает полноту учета ландшафтно¬
го разнообразия и индивидуальных особенностей геосистем конкретных терри¬
торий, но имеет чисто эмпирический характер. Если не руководствоваться
определенными общими идеями и не “привязывать” детальные местные клас¬
сификации к единой системе высших таксономических единиц, то, как прави¬
ло, создается множество частных классификаций, которые весьма затрудни¬
тельно состыковать друг с другом. Поэтому необходимо, не дожидаясь, пока
198
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
будут выявлены, описаны и сведены в первичные типологические объединения
все геосистемы Земли (такая перспектива нереальна, по крайней мере на бли¬
жайшие десятилетия), создать “сверху”, т.е. дедуктивным путем, опираясь на
уже известные ландшафтно-географические закономерности, принципиаль¬
ную систему ландшафтной структуры Земли. Она будет служить основой для
упорядочения многочисленных детальных классификаций, которые разрабаты¬
ваются в рамках различных административных или природных единств (Иса¬
ченко, 1991].
Значение классификации для построения ландшафтных карт общеизвест¬
но. В большинстве случаев она трансформируется в легенду карты посредством
операций, относящихся к картографической генерализации [Исаченко, 1961]. В
основу карты кладется классификация по ряду геомеров, но классификация
геохор при этом принимается во внимание на всех этапах картосоставления.
Подразделения легенды, которые фигурируют на обзорной ландшафтной карте
в качестве отдельных контуров, — это эпигеомы. В тексте легенды они обобща¬
ются в подгруппы, группы и классы эпигеомов. Наименование им дается по
коренным геомам (их группам, подгруппам и классам), в зависимости от струк¬
турных особенностей которых подбираются красочные обозначения.
Классификация геосистем В.Б. Сочавы [1978] устанавливает существую¬
щую иерархию подразделений ландшафтной сферы с учетом их экологического
содержания, которая является необходимым условием для познания инвари¬
антных и переменных структур геосистем. Она вскрывает динамические тен¬
денции природной среды с целью прогнозирования и выявления возможностей
оптимизации природного окружения человеческого общества. Множество ко¬
ренных структур, их переменных состояний и модификаций, вызванных внеш¬
ними агентами, упорядочиваются путем классификации всех переменных со¬
стояний (включая трансформации под влиянием человека) во взаимной связи с
материнским ядром (коренной фацией).
На основе принципов классификации геосистем развиваются методы гео¬
системного картографирования — одного из важнейших направлений работ по
изучению природной среды регионов Сибири, результатом которых стали осо¬
бые картографические модели. Разработка принципов геосистемного картогра¬
фирования обеспечивает смещение исследовательских аспектов с пространст¬
венных характеристик объектов на системообразующие отношения между ними.
Отображение коренных структур и тем самым закономерностей дифферен¬
циации природной среды на карте имеет не только теоретическое, но и практи¬
ческое значение, поскольку отражает экологический и ресурсный потенциалы
местности. Показ коренных структур на карте обеспечивает их сравнимость
друг с другом, при которой главнейшие закономерности природной среды вы¬
ступают наиболее отчетливо. Генетический подход и различные палеогеогра¬
фические трактовки и реконструкции способствуют построению классифика¬
ции геосистем с учетом их развития. Вместе с тем при решении классифика¬
ционных задач необходимо отражать “дальнейшую перспективу движения
геосистем” [Сочава, 1972, с. 8]. В легенде карты находят отражение различные
динамические состояния групп фаций, входящих в один эпигеомер. Их сочета¬
ние указывает не только направление связи, но и меру динамичности геосисте¬
199
Часть II. Ландшафтное картографирование
мы. При этом показателем особенностей природной среды является коренная
система.
Эти картографические модели относятся к структурно-динамическому
типу. Они предназначены, главным образом, для выявления и анализа различ¬
ных динамических категорий и переменных состояний геосистем, связанных с
одним коренным геомером, обычно фацией или группой фаций. На них пока¬
зывают предположительный порядок смены одного переменного состояния
другим при разрушении или восстановлении коренной структуры, отмечая се¬
рийные и производные модификации и условное время, необходимое для пере¬
хода одного динамического состояния в другое. При этом учитывается тот
факт, что масса геосистем, их продуктивность и другие параметры при разном
динамическом состоянии могут существенно различаться.
5.2. Картографирование геосистем
Основой разномасштабного картографирования является система знаний
об инвариантном и изменяющемся началах геосистем, которые позволяют по¬
лучать информацию об их устойчивости, естественных и антропогенных моди¬
фикациях. Изменчивость связана с преобразующим влиянием различных фак¬
торов, объединяющихся в факторные системы описания типологических еди¬
ниц (геомеров) в легендах ландшафтных карт. Такой подход является сквозным
для систематизации геомеров при создании карт разного масштаба.
5.2.1. Региональное геосистемное картографирование
Для “Экологического атласа Иркутской области” была составлена карта
“Геосистемы Верхнего Приангарья” М 1: 500 ООО, которая отражает результаты
детального анализа ландшафтной структуры одного из наиболее сложных в
природном плане регионов юга Средней Сибири (рис. 5.1). Содержание карты
разработано на основе классификации геосистем В.Б. Сочавы [1978] с учетом
принципов и методов обзорного ландшафтного картографирования В.Б. Соча¬
вы, B.C. Михеева и В.А. Ряшина [1965] на основе интеграции элементарных
геосистем, методов геоэкологического картографирования B.C. Михеева [1990],
а также представлений о специфике изменчивости географических объектов
региона.
Классификация геосистем осуществлена на основе разработанной в Ин¬
ституте географии СО РАН таксономической системы иерархических подраз¬
делений природной среды [Сочава, 1973]. Для составления карты были привле¬
чены литературные данные, материалы оперативных космических съемок вы¬
сокого и среднего разрешения последних лет, а также результаты собственных
исследований в различных районах Сибири. На первом этапе картосоставления
была проведена полная инвентаризация морфологических типов ландшафтной
структуры района исследований, определившая исходный эмпирический уро¬
вень картографической проработки.
Первично выделено более 100 групп фаций, на основе которых в соответст¬
вии с масштабом карты проводились дополнительная конкретизация и обоб-
200
Глава 5. Гсосистемное картографирование ландшафтов
Рис. 5.1. Геосистемы Верхнего Приангарья (фрагмент карты).
1-Х - геомы (I - А, - I,, II — А, — I2, III - А, - I3, IV - А, - I4, V - А, - l5, VI - А2 - ll(, VII -
А2 — П2) VIII — Б2 — II), IX — Bi — II|); X-XIV — границы (X — классов геомов, XI — подклассов
геомов, XII — подгрупп геомов, XIII — геомов, XIV — групп фаций).
1-68 — номера групп фаций на карте соответствуют легенде.
201
Часть //. Ландшафтное картографирование
Продолжение рис. 5.1.
А. АРКТОБОРЕАЛЬНЫЕ СЕВЕРОАЗИАТСКИЕ
А|. УРАЛО-СИБИРСКИЕ СУББОРЕАЛЬНЫЕ ТЕМНОХВОЙНО-ТАЕЖНЫЕ
I. ЮЖНО-СИБИРСКИЕ ГОРНО-ТАЕЖНЫЕ (АЛТАЕ-САЯНСКИЕ)
А| — 1|. Кедровая моховая тайга ограниченного развития
А| — 1|а. Вершин водоразделов кустарничковые разнотравно-зеленомошные. 1 — гребней водораз¬
делов с сосной и лиственницей травяно-зеленомошные (МЭ); 2 — плоских и куполообразных по¬
верхностей кедровые мелкотравно-зеленомошные (К).
А| — 1|6. Склоновые пихтово-кедровые чернично-травяно-зеленомошные, местами с баданом. 3 —
пологосклоновые и средней крутизны пихтово-кедровые разнотравно-зеленомошные (МК); 4 —
крутосклоновые с редким подлеском разнотравные и зеленомошно-разнотравные с лиственницей
(СФ).
А| — 1|в. Горно-долинные еловые с кедром и лиственницей кустарничково-мелкотравно-зелено-
мошные. 5 — пойменные еловые с лиственницей и кедром смешанно-кустарниковые травяно-зеле¬
номошные заболоченные (СФ); 6 — террасовые и пойменные лиственнично-елово-кедровые тра¬
вяно-зеленомошные (С).
Антропогенно-нарушенные
7 — выположенных поверхностей кедровые травяные (УД).
Антропогенно-измененные
8 — гребней водоразделов березовые редкостойные травяные; 9 — выположенных поверхно¬
стей березовые с участием сосны, лиственницы разнотравные; 10 — крутосклоновые березовые раз¬
нотравные.
А] — I2. Таежные светлохвойные оптимального развития
А| — 12а. Вершин предгорных возвышенностей сосновые с кустарниковым подлеском. 11 — плоских
и куполообразных поверхностей разнотравные с подлеском из душекии кустарниковой (К); 12 —
плоских и куполообразных поверхностей с лиственницей душекиево-разнотравные (К); 13 — пло¬
ских поверхностей осиновые травяные с душекией кустарниковой (МЭ); 14 — плоских поверхно¬
стей с елью багульниково-разнотравные (СФ).
А| — I26. Склоновые горно-таежные травяные. 15 — Пологосклоновые и средней крутизны сме¬
шанно-кустарниковые травяные (МК); 16 — крутосклоновые травяные с редким подлеском (С).
А| — 12в. Долинные светлохвойные пушистоберезовые и кустарниковые осоково-разнотравные.
17 — пойменные лиственнично-елово-пушистоберезовые тальниковые осо ко во-разнотравные (С);
18 — террас и пойм пушистоберезовые тальниковые осоково-разнотравные (С).
Антропогенно-измененные
19 — выположенных поверхностей березовые с участием сосны смешанно-кустарниковые тра¬
вяные; 20 — гребней водоразделов березовые с сосной и лиственницей травяные; 21 — средней кру¬
тизны склонов березовые травяные; 22 — крутосклоновые березовые с сосной и лиственницей раз¬
нотравные.
А] — I3. Подгорные подтаежные сосновые возвышенно-равнинные
Aj — 1за. Вершин водоразделов с подлеском из рододендрона даурского травяные. 23 — плоских и
куполообразных поверхностей рододендроновые бруснично-разнотравные (К).
Ai — I36. Склоновые травяные. 24 — пологосклоновые и средней крутизны с редким подлеском
из рододендрона даурского травяные (МК).
А| — 13в. Долинные тополево-сосновые и луговые тальниковые травяные. 25 — перрас и пойм сосно¬
вые с тополем тальниково-душекиевые травяные (С); 26 — террас и пойм луговые разнотравные и зла¬
ково-разнотравные (С); 27 — пойменные осоково-разнотравные заболоченные тальниковые (С).
Антропогенно-измененные
28 — выположенных поверхностей березовые разнотравные; 29 — выположенных поверхно¬
стей осиново-березовые разнотравные.
Ai — I4. Подгорные подтаежные сосновые низкоравнинные остепненные
А| — 14а. Вершин водоразделов кустарниково-травяные остепненные. 30 — плоских поверхно¬
стей спирейные злаково-разнотравные (МЭ).
Aj — I46. Склоновые кустарниково-травяные остепненные. 31 — пологосклоновые спирейные
низкотравно-злаковые (МЭ).
202
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
Продолжение рис. 5.1.
А| — 14в. Долинные березово-осиновые и луговые остепненные; 32 — террас и пойм березово-оси¬
новые кустарниковые осоково-разнотравные (С); 33 — террас и пойм луговые злаково-разнотрав¬
ные (С); 34 — пойменные луговые осоково-разнотравные галофитные (СФ).
Антропогенно-измененные
35 — выположенных поверхностей березовые разнотравно-злаковые остепненные; 36 — вы¬
положенных поверхностей осиново-березовые злаково-разнотравные спирейные остепненные;
37 — выположенных поверхностей березовые с участием сосны мелкотравные; 38 — склонов сред¬
ней крутизны березовые разнотравно-злаковые остепненные.
Aj — I5. Подгорно-долинные лугово-болотные гидроаккумулятивные
А| — Is3. Внутренних дельт болотные кустарничково-осоково-моховые с елью, кедром и листвен¬
ницей; 39 — подгорно-долинные елово-кедрово-лиственничные кустарничково-осоково-моховые
(МЭ).
А|— 15б. Долинные кустарничково-осоково-моховые в сочетании с осоковыми болотами и сосновы¬
ми лесами; 40 — пойменные кустарничково-осоково-моховые (СФ); 41 — пойменные осоко-
во-сфагновые болотные (СФ); 42 — террасовые сосновые тальниково-душекиевые травяные (СФ);
43 — террасовые тальниковые заболоченные луговые (С); 44 — пойменные луговые тальниковые
осоково-гипново-сфагновые заболоченные (С).
а2. байкало-джугджурские горные субарктические гольцово-горно-таежные
А2 - II. СЕВЕРОЗАБАЙКАЛЬСКИЕ ГОРНО-ТАЕЖНЫЕ
А2 — Hi. Лиственнично-таежные ограниченного развития
А 2 — П|а. Водораздельные с участием темнохвойных пород кустарничково-травяные со сме¬
шанно-кустарниковым подлеском. 45 — плоских поверхностей с елью, кедром, обычно с ернико-
вым подлеском (К); 46 — плоских поверхностей лиственничные с кедром кустарничково-
моховые (МЭ); 47 — гребней водоразделов лиственничные с участием сосны и кедра кустарнич-
ковые (МК).
А2 — II,6. Склоновые травяно-зеленомошные. 48 — пологосклоновые и средней крутизны брус-
нично-зеленомошные, зеленомошные и травяно-зеленомошные (МК); 49 — крутосклоновые с
редким подлеском разнотравно-брусничные (С).
А2 — П|в. Долинные лиственнично-таежные ерниковые. 50 — террасовые лиственничные с при¬
месью ели ерниковые (СФ); 51 — террас и пойм ерниковые разнотравные (СФ); 52 — пойменные
ерниковые травяно-моховые (СФ).
А2 — Иг* Листвеиничио-таежные оптимального развития
Аг — Пг3- Вершин водоразделов лиственничные травяные. 53 — плоских и куполообразных по¬
верхностей лиственничные с примесью сосны зеленомошно-травяные (К); 54 — гребней водораз¬
делов травяные и кустарничково-травяные (МК); 55 — плоских поверхностей травяно-бруснич-
ные (К).
д2 _ ц2б Склоновые бруснично-разнотравные сосново-лиственничные. 56 — крутосклоновые
травяные с редким подлеском (МК); 57 — пологосклоновые и средней крутизны травяно-бруснич-
ные (МК); 58 — крутосклоновые сосново-лиственничные травяные остепненные (С).
Б. АРИДНЫЕ АЗИАТСКИЕ
Б|. СЕВЕРОАЗИАТСКИЕ СТЕПНЫЕ
Б| - I. ЮЖНО-СИБИРСКИЕ ПОДГОРНЫЕ ЛУГОВО-СТЕПНЫЕ И ОСТЕПНЕННЫХ ЛУГОВ
Б1 — If. Подгорные низкоравнинные лугово-степные
Iia. Водораздельные лугово -степные разнотравно-злаковые. 59 — плоских поверхностей разно¬
травно-крупнозлаковые кустарниковые (МК); 60 — плоских поверхностей вострецовые мелкодер-
новинные слабозакустаренные (МК).
Б| — I26. Склоновые лугово-степные и остепненных лугов. 61 — пологосклоновые и средней кру¬
тизны разнотравно-злаковые слабозакустаренные (МК); 62 — крутосклоновые мелкодерновин-
но-злаковые (С).
Б, — 12®. Долинные луговые и лугово-степные разнотравно-злаковые. 63 террас и пойм
мелкодерновинно-злаковые (СФ); 64 — пойменные разнотравно-крупнозлаковые кустарнико¬
вые (С).
203
Часть II. Ландшафтное картографирование
Окончание р и с. 5.1
б2. ЦЕНТРАЛЬНО-АЗИАТСКИЕ СТЕПНЫЕ
Б2 - II,. ПРВДБАЙКАЛЬСКИЕ СУХОСТЕПНЫЕ
Б2 — II |. Плоских равнин и плато сухостепные и лугово-степные
Б2 — П|а. Склоновые сухостепные. 65 — пологосклоновые и средней крутизны кобрезиево-гип-
чаковые (МК); 66 — крутосклоновые разнотравные осоково-лапчатковые с полынью (С).
Б2 — П|б. Долинные луговые и лугово-болотные осоково-разнотравно-злаковые. 67 — пойменные
лугово-болотные осоково-разнотравные слабозакустаренные галофитные (СФ); 68 — террас и
пойм низкотравные остепненно-луговые мерзлотные (СФ).
Динамические категории групп фаций (индексы в легенде)
К — коренные, наиболее устойчивые; М — мнимокоренные, устойчивые; С — серийные, ме¬
нее устойчивые; МЭ — мнимокоренные экстраобластные, малоустойчивые; СФ — серийные фак-
торальные, наименее устойчивые; УД — устойчиво длительно-производные преобразованные (на¬
рушенные) разной степени изменчивости.
щение при создании окончательной легенды. В ходе картосоставления исполь¬
зовались опубликованные обзорные ландшафтные карты [Ландшафты..., 1977;
Ландшафтная..., 1985, 1988], в результате чего в систему и смысловое содержа¬
ние категорий классификации были введены коррективы.
На карте “Геосистемы Верхнего Приангарья” показаны как региональные
особенности геосистем с учетом разнокачественной природной структуры север¬
ной части азиатского материка, так и дробные выделы в ранге групп фаций, а
также их антропогенные модификации. Это — иерархически соподчиненные
геомеры североазиатской внетропической свиты с учетом принадлежности к
двум субконтинентам (Северной и Центральной Азии), двум типам ландшафтов
(таежному, степному). Основу ландшафтно-типологического спектра природ¬
ной среды составляют геомеры двух классов геомов (А, Б): арктобореального се¬
вероазиатского и аридного азиатского и составляющих их 4 подклассов геомов
(А|, Аг, Б|, Б2): Урало-Сибирские суббореальные темнохвойно-таежные, Байка-
ло-Джугджурские горные гольцовые горно-таежные, Североазиатские степные,
Центрально-Азиатские степные, отражающие внутрирегиональную принадлеж¬
ность различным типам природных условий Северной и Центральной Азии. Они
представлены группами Южно-Сибирских горно-таежных (в составе А|), Севе-
ро-Забайкальских горно-таежных (в .А2), Южно-Сибирских подгорных луго¬
во-степных и остепненных лугов (в Б|) и Предбайкальских сухостепных (в Б2)
геомов (обозначения в легенде I, II...), а также 9 подгруппами геомов (Ij; Ь;
IIi; II2) и 24 геомами (I|a; I26; П|б).
Зональные закономерности дифференциации природной среды осложня¬
ются региональными особенностями. В связи с этим на уровне подгрупп гео¬
мов были выделены североазиатские семиаридные подгорно-подтаежные сис¬
темы, включающие светлохвойные, преимущественно сосновые травяные гео¬
мы. Ангарская сосновая подтайга и ее горные аналоги, представленные в
наиболее континентальных условиях классом фаций лиственничных травяных
лесов, отражают специфику региональных условий перехода от зональных та¬
ежных ландшафтов к геосистемам Саяно-Байкальской горной области (в ряде
классификаций их рассматривают как субгумидные сухие). Здесь в подгорных
204
Гпава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
местоположениях проявляются тенденции остепнения, определившие разви¬
тие Североазиатского лугово-степного комплекса.
Горно-равнинные степи центрально-азиатского типа распространены
фрагментарно. Они отражают своеобразие остепнения межгорных котловин и
воздействие “аридно-теневого” эффекта на остепненных склонах плато и реч¬
ных долин. Им свойственны криоморфность и опустыненность, характерные
для степей Забайкалья, чему способствуют особые метеоэнергетические усло¬
вия, создающиеся в замкнутых понижениях. Локальные контрасты и специфи¬
ка местных природных условий определяют мозаичность геосистем Верхнего
Приангарья.
Отражение внутренней целостности геосистем позволяет учесть законо¬
мерности организации природной среды, выделить “ядерную группу” геомов,
условия и спектр их переменных состояний. Каждая коренная структура отра¬
жает внешнее функциональное свойство геома, характеризующего географиче¬
ские особенности территории: геологическое строение, орографию, высоту,
особенности циркуляции атмосферы и пр. У каждого геома есть свои структур¬
ные и функциональные пропорции нарушения, выражающиеся через корен¬
ные, серийные и производные варианты. Мнимокоренные экстраобластные,
серийные факторальные и устойчиво-длительно-производные категории — ин¬
дикаторы глубокого преобразования ландшафтной структуры территории.
В легенде представлена четырехступенчатая динамическая структура групп
фаций: коренные, мнимокоренные, серийные, устойчиво-длительно-произ-
водные категории и по характеру антропогенных трансформаций — антропо¬
генно нарушенные и антропогенно измененные системы. Первые после пре¬
кращения антропогенного воздействия могут возвращаться в состояние, близ¬
кое к исходному, для вторых изменения носят длительный или необратимый
характер. Здесь же отражена трехступенчатая функциональная структура гор¬
но-таежных геосистем (оптимальное, ограниченное и редуцированное разви¬
тие) — по аналогии с южно-, средне- и северотаежными подзональными гео¬
системами равнинных территорий. Эти категории имеют различные масштабы
и темпы круговорота вещества и энергии и разный природный и хозяйствен¬
ный потенциал.
На карте показаны геоструктурные особенности Сибирской платформы и
ее горно-складчатого обрамления, включая детальные местные структуры зем¬
ной коры (прогибы, поднятия, склоны и т.п.). Характеристики биоты выраже¬
ны через соотношение зональных и высотно-поясных особенностей с учетом
видового состава ядер и ареалов растительных сообществ, в том числе коррес¬
пондирующих друг другу по внутрирегиональным различиям. С учетом факто-
ральной изменчивости (теневые, тепловые и циркуляционные проявления гид¬
ротермического режима, включая ороклиматические воздействия) отображено
влияние на дифференциацию геосистем гидрологических и атмосферных про¬
цессов.
Карта “Геосистемы Верхнего Приангарья” послужила основой для карт
геоэкологического содержания более крупного масштаба, например “Геоэко¬
логической карты Черемховского района” (М 1 : 200 ООО) (см. п. 5.3.3). Карта
геосистем векторизована и переведена в электронный формат. Аналогично пе¬
205
Часть II. Ландшафтное картографирование
реработана карта “Ландшафты юга Восточной Сибири”, на базе которой созда¬
на ГИС для решения специальных задач ландшафтно-интерпретационного
картографирования (см. п. 6.3 и 7.2).
5.2.2. Крупномасштабное картографирование геосистем
На детальных картах геосистем основное внимание уделяется анализу ус¬
ловий функционирования систем, их целостности, которая выражается во
взаимосвязи объектов, их генетическом единстве, подчиненности узловым сис¬
темам. Укрупнение масштабов карт подразумевает сочетание регионального и
топологического уровней систематизации типологических единиц, причем на
топологическом (локальном, ландшафтном) уровне формируются свои меха¬
низмы изменчивости, обусловленные разными причинами.
Влияние факторов изменчивости. В процессе крупномасштабного картогра¬
фирования возникает необходимость принимать во внимание следующие усло¬
вия и факторы.
1. Выявление закономерностей смены состояний геосистемы, т.е. анализ
последовательности изменений, связывающей предшествующие состояния с
последующими.
2. Учет времени существования геосистемы.
3. Оценка изменчивости (размах и частота колебания параметров) и ста¬
бильности геосистем.
4. Изучение функциональной связи между разнообразием переменных со¬
стояний и пространственной дифференциацией геосистемы [Крауклис, 1979].
5. Выделение критических, наиболее изменчивых, компонентов в структу¬
ре геосистемы, которые легко трансформируются под влиянием внешних воз¬
действий. Для регионов, расположенных во внутри континентальных секторах
внетропического пояса, основные динамические проявления обусловлены не¬
равномерным распределением тепла и влаги, а также морфоструктурными
свойствами рельефа. Здесь региональные особенности природы преломляют
законы широтной зональности, поэтому более очевидные закономерности ин¬
теграции прослеживаются с уровня подкласса геомов (Байкало-Джугджурско¬
го, Северо-Азиатского и т.д.). Вместе с тем отдельные группы фаций развива¬
ются вне пределов присущих им подразделений. В результате критическими
могут стать любые составляющие геосистем, которые определяют интенсив¬
ность процессов и как следствие — мобильность и степень их изменчивости.
6. Выявление в географическом поле относительных различий фаций, вы-
делы которых обладают более сильной изменчивостью под воздействием окру¬
жения, чем подразделения остальных рангов.
7. Учет взаимосвязи между внутренним строением геосистемы и ее внеш¬
ним окружением, поскольку горизонтальные связи в геосистемах топологиче¬
ской размерности определяют интенсивность и направление изменений не в
меньшей мере, чем взаимодействие компонентов и широкомасштабные влия¬
ния зонально-фоновых процессов.
В дополнение к 6-й позиции необходимо обратить внимание, что разные
элементы и подсистемы однородных выделов подвержены различному “давле-
206
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
нию окружения”. Этим в конечном итоге объясняется различное отклонение
фаций от фоновой нормы. Наиболее наглядны проявления изменчивости в се¬
рийных факторальных геосистемах. Воздействие на критические элементы
этих систем приводит к резкому изменению их формы и содержания. Вслед за
А.А. Крауклисом [1979] считаем, что при картографировании интегрального
типологического показателя воздействия разнородных характеристик среды на
топогеосистемы необходимо отображать факторально-динамические ряды, с
которыми связаны особенности горизонтального строения и изменчивость
систем этого ранга.
Построение системы факторально-динамических рядов основано на выяв¬
лении крайних по своим свойствам фаций, выступающих как своеобразные то¬
пические “полюсы” геосистемы, один из которых образует серийные фации,
второй — коренные. Наиболее контрастны серийные фации; по мере прибли¬
жения к коренной различия между рядами уменьшаются. Однако коренная
фация (зональная норма) имеется не во всех типах геосистем. Тогда в факто-
ральном ряду выделяется квазикоренная геосистема, в наибольшей степени от¬
ражающая, с одной стороны, зональные условия, а с другой — свойства таксо¬
номической единицы более высокого ранга, например геома.
Узловые направления факторально-динамического изменения изучаемых
природных условий представлены несколькими рядами (подробнее см. 1.2.4):
литоморфным, гидроморфным (флювиальным), криоморфным, стагнозным,
псаммофитным и др. На основе факторально-динамической классификации
групп фаций строится ландшафтная карта геосистем района дельты р. Селен¬
ги.
Факторы изменчивости геосистем дельты р. Селенги. Селенгинский дельто¬
вый район уникален в пределах Байкальского региона, поскольку для него ха¬
рактерны своеобразные природные процессы и явления, сочетание которых
приводит к формированию неповторимых ландшафтных условий и интразо-
нальных геосистем.
Дифференциацию геосистем дельты Селенги определяют следующие фак¬
торы.
1. Расположение на стыке двух крупных геоструктур и основных тектониче¬
ских элементов — Байкальской рифтовой и Саяно-Байкальской орогенной
зон. Это обусловливает значительную динамичность территории — ведущего
фактора в формировании ландшафтной структуры. Территория района пред¬
ставляет собой отрицательную мезоформу рельефа.
2. Выходы соленых вод вдоль разломов на стыках геоструктур. Это наряду
со значительной сухостью воздуха определяет развитие процессов засоления
почвенного покрова и формирование своеобразных галофитных геосистем в
юго-западной и северо-восточной частях территории [Богоявленский, 1972].
3. Высокая тектоническая активность: Усть-Селенгинская депрессия отно¬
сится к средней впадине оз. Байкал — одной из самых мобильных молодых
континентальных зон с высокодифференцированными движениями земной
коры. Здесь под водами Байкала скрыта мощная сейсмически активная система
разломов Черского, что отражается на изменении гравитационных и магнит¬
ных полей [Сейсмотектоника..., 1968]. Под влиянием тектонических движений
207
Часть II. Ландшафтное картографирование
максимальные опускания земной коры приурочены к окраинным районам
Усть-Селенгинской депрессии, примыкающим к побережью Байкала, а также к
горной системе Хамар-Дабана, что является одной из важнейших морфострук¬
турных особенностей Селенгинского дельтового района. В результате здесь об¬
разовались типичные внутренние дельты реке уникальными интразональными
аквальными и субаквальными геосистемами у побережья озера и подгорно-
долинными лугово-болотными гидроаккумулятивными геосистемами подгор¬
ной части хр. Хамар-Дабан.
4. Резкая континентальность и засушливость климата, которая значительно
усугубляется внутригорным положением и контактом с устойчивым засушли¬
вым климатом Центральной Азии на юге Бурятии. В конце сентября — начале
октября здесь устанавливается мощный северо-восточный отрог Сибирского
антициклона, поэтому зима отличается значительной инсоляцией и низкими
температурами воздуха. В апреле — мае, по мере разрушения антициклона, воз¬
растают скорости ветров, но сохраняется (до июля — августа) значительная су¬
хость воздуха. Средняя годовая сумма осадков в районе Селенгинского дельто¬
вого района не превышает 250 мм, но в предгорьях Хамар-Дабана их сумма уве¬
личивается до 500 мм и более [Преображенский и др., 1959; Бурятия..., 2000).
В сочетании с очень низкими зимними (до -50 °С) и очень высокими летними
(до +38 °С) температурами здесь создаются крайне неблагоприятные условия
для нормального функционирования геосистем.
5. Близкое расположение к поверхности грунтовых вод в долинных и при¬
озерных понижениях, обусловливающее переувлажненность почв. Создается
уникальное сочетание резко различных по увлажнению ландшафтных усло¬
вий — сухость воздуха с высокими летними температурами воздуха и заболо¬
ченность почв, результатом которого является совмещение болотных и сухо¬
степных геосистем.
6. Влияние предгорных эффектов — воздействие хребтов Хамар-Дабана и
частично Улан-Бургасы. Они обусловливают развитие существенных гидротер¬
мических контрастов на близко расположенных территориях, например, в гео¬
системах левобережья Селенги, где развиты, с одной стороны, центрально-ази¬
атские степные, сосновые и березовые низкотравные остепненные, с другой —
сосновые с лиственницей рододендроновые разнотравно-злаковые и луго-
во-болотные геосистемы.
7. Распространение озерно-речных четвертичных отложений, отличающихся
рыхлостью и слабой цементацией. Они легко размываются водой и при отсут¬
ствии бронирующего почвенно-растительного покрова развеваются и легко
превращаются в движущиеся пески [Макеев, Иванов, 1961]. На этих отложени¬
ях сформировались как степные, так и уникальные слабоустойчивые боровые
лишайниковые, а на боровых песках с эоловыми формами рельефа — мертво¬
покровные сосняки. Под действием ветровой эрозии и движущихся песков ряд
мелких притоков Селенги начинают пересыхать. В результате песчаных зано¬
сов уменьшаются площади лесов: сосна и береза погибают даже при высоте за¬
носа до 1 м, поэтому здесь имеются участки сухостойных лесов [Иванов, 1961].
В связи с этим подтаежные остепненные низкотравные сосняки имеют огром¬
ное средорегулирующее значение. Сплошные рубки в пределах этих геосистем
208
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
или интенсивная рекреационная деятельность способствуют развитию процес¬
сов эрозии почв, уменьшению естественной регуляции стока малых рек и их
пересыханию.
8. Распространение лессовидных отложений с комплексом каштановых почв
на высоких террасах Селенги, к которым приурочены уникальные и наименее
устойчивые сухостепные геосистемы центрально-азиатского типа. История их
развития унаследована с плиоцена. Они древнее тайги, поэтому эти степи явля¬
ются реликтами региона и слабоустойчивы.
Любое антропогенное воздействие на центрально-азиатские и подтаеж¬
ные геосистемы может привести к развитию процессов опустынивания зе¬
мель — широко распространенного явления, вызывающего опустошение эко¬
систем, уменьшение и разрушение биологического потенциала в пределах как
аридных, так и гумидных экосистем, включая леса южной тайги [Виногра¬
дов, 1997].
Ландшафтные особенности территории во многом определяются как ши¬
ротно-зональной дифференциацией, так и тектоникой и орографией террито¬
рии. Это обусловило развитие азональных типов геосистем, связанных с про¬
явлением предгорно-подгорных и котловинных эффектов дифференциации
ландшафтной структуры — центрально-азиатских, северо-азиатских степных
и подтаежных сосновых травяных, а также уникальных систем в пределах
тектонически активных блоков земной коры — аквальных и субаквальных бо¬
лот и заболоченных лугов, солончаковых торфяных болот (калтусов), байка-
ло-джугджурских лиственнично-сосновых типов геосистем (рис. 5.2).
Район дельты Селенги сейсмически наиболее активный в Прибайкалье.
Фундамент Дельтового прогиба образован ветвями мощной глубинной струк¬
туры — сброса Черского, одна из ветвей которого ограничивает прогиб с юга и
юго-востока. На карте геосистем эта зона четко разделяется прямолинейными
субмеридиональными участками проток Селенги и аквальными и субаквальны-
ми дельтовыми болотными геосистемами на современных четвертичных отло¬
жениях. Амплитуда опускания по разрыву, ограничивающему зал. Провал с
востока только за четвертичный период превысила 300 м. Само образование
Провала связано с обновлением этого разрыва катастрофическим десятибалль¬
ным землетрясением 1862 г. В юго-западной части дельты находятся морфоло¬
гические аналоги Провала — заливы Истокский и Посольский Соры [Агафо¬
нов, 1996]. Вследствие этого вероятно развитие катастрофических событий и на
их побережьях. Эти места весьма привлекательны в рекреационном плане, и их
ценность возрастает по мере увеличения популярности Байкала как объекта
международного и рекреационного значения. Однако использование этих зе¬
мель следует максимально ограничить из-за повышенной сейсмической актив¬
ности земной коры, особо опасной на Байкале, где наиболее ярко проявились
разрушительные действия землетрясений, сила которых может достигать здесь
9 баллов с местным повышением до 11.
Общий размах дифференцированных вертикальных движений в Усть-Се-
ленгинской депрессии составляет 6000-6500 м с учетом абсолютной высоты ее
горного обрамления 1200-1450 м. Скорость погружения кристаллического фун¬
дамента в четвертичном периоде по сравнению с неогеновым возросла в 3 раза
Ч Заказ Ns? 560
209
Часть II. Ландшафтное картографирование
Рис. 5.2. Геомы района дельты Селенги: 1 — дельтовый болотный и лугово-болотный;
2 — долинный лугово-болотный и проточного увлажнения; 3 — подгорно-долинный су¬
хостепной; 4 — подгорно-долинный лугово-степной; 5 — подтаежный светлохвойный
высоких песчаных увалов озерно-речной аккумуляции; 6 — подтаежный светлохвойный
высоких террас и подгорных шлейфов; 7 — подгорно-долинный лугово-болотный гид¬
роаккумулятивный и солончаковый болотный озерно-тектонического происхождения
(калтусы); 8 — горный лиственнично-таежный травяной оптимального развития; 9 —
предгорных возвышенностей таежный светлохвойный оптимального развития.
[Сейсмотектоника..., 1968]. Это свидетельствует о наращивании темпов неотек-
тонической активности, а следовательно, о возможном усилении сейсмической
активности Усть-Селенгинской депрессии. Дифференциация геосистем района
исследований (табл. 5.1) отражает особенности тектонического строения терри¬
тории, выявленные B.C. Хромовских [1965]. Высокая сейсмичность террито¬
рии, опасность катастрофических наводнений на р. Селенге, развитие уникаль¬
ных геосистем сочетаются с интенсивным рекреационным, сельскохозяйствен¬
ным, лесохозяйственным, гидромелиоративным использованием территории,
работой Селенгинского ЦКК, регулированием уровня оз. Байкал на Иркутской
ГЭС. Кроме того, в последнее время возникли дополнительные осложнения в
связи с проведением геолого-разведочных работ на нефть, газ и возможной
эксплуатацией вновь открытых месторождений.
На этой карте отображаются особенности дифференциации и изменчивости
геосистем с учетом их внутренних и внешних взаимосвязей и характера антропо¬
генного воздействия на них. Содержание карты разработано на основе классифи¬
кации геосистем В.Б. Сочавы и принципов геосистемного картографирования.
210
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
Таблица 5.1
Современная дифференциация геосистем и тектоническое строение
Тектоническая структура
Название структуры
Геомы
Интенсивно опус¬
кающаяся, сейсмиче¬
ски наиболее активная
часть
Дельтовый прогиб
Дельтовый болотный и лугово-болотный на
современных четвертичных отложениях; долин¬
ный лугово-болотный и проточного увлажнения
на современных четвертичных отложениях; под¬
горно-долинный сухостепной на озерно-речных
и речных верхнечетвертичных отложениях
Современный, “жи¬
вой” тектонический
блок Усть-Селенгин-
ской депрессии
У сть-Сел е н ги н с кая
депрессия
Лиственнично-таежные оптимального разви¬
тия передовых байкальских хребтов на палео¬
зойских интрузивных отложениях
Зоны замедленного
поднятия
Фофоновская меж-
дувпадинная кристал¬
лическая перемычка
Склон Усть-Селен-
гинской депрессии
Т ворогово- Исток-
ское поднятие
Предгорных возвышенностей светлохвойный
оптимального развития на палеозойских интру¬
зивных отложениях
Подтаежный светлохвойный высоких террас
и подгорных шлейфов на четвертичных озер-
но-речных и эоловых отложениях
Подтаежный светлохвойный высоких песча¬
ных увалов озерно-речной аккумуляции на
средне- и верхнечетвертичных отложениях
Зоны современного
прогибания, унаследо¬
вавшие юрский струк¬
турный план
Южный прогиб
Усть-Селенгинской
депрессии
Северная часть Се-
ленгинско-Итанцин-
ской впадины
Подгорно-долинные лугово-болотные гидро¬
аккумулятивные и солончаковые болота озер¬
но-тектонического происхождения (калтусы)
на четвертичных отложениях разного возраста
Подгорно-долинные лугово-степные на сред¬
не- и верхнечетвертичных отложениях
Карта геосистем территории. Основой для решения сложной проблемы ра¬
ционального природопользования и охраны природы служит ландшафтная
карта, отражающая пространственную и временную изменчивость геосистем.
Она является концептуальной моделью для решения конкретных задач терри¬
ториального управления устойчивым развитием, причем субъектом управления
выступает человек с конкретными особенностями деятельности, а объектом —
геосистемы всех уровней с определенным географическим содержанием (по¬
тенциалом).
На карте (рис. 5.3) отображаются особенности изменчивости геосистем с
учетом их внутренних и внешних взаимосвязей и характера антропогенного
воздействия на них. Содержание карты разработано на основе классификации
геосистем В.Б. Сочавы и принципов геосистемного картографирования. Гео¬
системы классифицированы как геомеры, образующие иерархическое сочета¬
ние двух и более геосистем, когда одна система включает другую и является
средой ее обитания.
В ландшафтной оболочке возникают разного рода процессы, ограничиваю¬
щие проявление общих закономерностей. К ним относятся, например, прояв¬
ление сейсмодинамики и связанная с ней дифференциация геосистем. Многие
211
Часть II. Ландшафтное картографирование
Л”7. 44
ш
•ш%
ШЩЩ#
4 ^ А л А А •>- -» .
Рис. 5.3. Геосистемы дельты Селенги.
А. АРИДНЫЕ АЗИАТСКИЕ
А|. ЦЕНТРАЛЬНО-АЗИАТСКИЕ ВНУТРИКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ СУХОСТЕПНЫЕ (I/3)1
Ai — I. Горно-котловинные даурского типа
А| — Ii. Дельтовые и долинные болотные, лугово-болотные и проточного увлажнения на со¬
временных четвертичных отложениях
аквальный и субаквальный ряд:
1 — осоково-хвощовые травяные болота (топи) с постоянно избыточным увлажнением, часто
с водой на поверхности на илистых, сильно оглеенных фунтах (СФ); 1/6; 2 — тростниковые мелко-
1 Римскими цифрами (I-IV) дана оценка значения, арабскими (1-6) — оценка чувствительно¬
сти геосистем (см. п. 2.7.2) [Экологически ориентированное..., 2002).
212
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
Продолжение рис. 5.3
водные на илисто-супесчаных сильно оглеенных грунтах (СФ); 1/6; 3 — аирово-вахтовые сосенко-
во-водяные заиленные мелководья на песчано-илистых грунтах и болотных почвах (СФ); 1/6; 4 —
вейниковые с участием осок луговые прибрежий проток и озер с крупными (до 30 см) кочками и
водой между ними на торфяных переувлажненных почвах (СФ); 1/6; 5 — эвтрофные осоково-гип-
новые приозерные топяные болота на болотных почвах (СФ); 1/6; 6 — осоковые кочковатые торфя¬
ные болота на торфяных почвах, часто с водой на поверхности (СФ); 1/6;
гидроморфный ряд:
7 — камышовые в сочетании с рогозовыми заболоченные луга и болота на лугово-болотных и
болотных почвах по берегам озер и проток (СФ); 1/6; 8 — осоково-камышовые заболоченные луга и
болота сырых микропонижений на лугово-болотных и болотных почвах (СФ); 1/6; 9 — влажнотрав¬
ные луга (манниковые, тростянковые, бекманниевые, горецово-ситниковые) речных и озерных от¬
мелей на пойменно-слоистых почвах (СФ); 1/6; 10 — ивняки тростниковые и колосково-маннико-
вые сырых местообитаний с кочкарным микрорельефом на пойменно-дерновых почвах (СФ); 1/6;
11 — хвощовые заболоченные луга сырых, периодически обводняемых участков речных долин и
озер поймы на илистых супесчаных сильно оглеенных и пойменно-дерновых почвах (СФ); 1/6;
12 — ивняки осоково-хвощовые мелкобугристых прибрежных участков периодического подтопле¬
ния на пойменных слоистых хорошо дренируемых почвах (СФ); 1/6; 13 — тростниковые влажно¬
травные (хвощ топяной, полевица, манник) лугово-болотные возвышенных участков пойм на пой¬
менно-дерновых почвах (СФ); 1/6; 14 — вахтовые торфяные болота на месте сухих русел проток на
торфянисто- и торфяно-глеевых почвах (СФ); 1/6;
субгидроморфный ряд:
15 — разнотравно-злаковые луга с осокой и хвощом высоких пойм и террас на пойменно-лу¬
говых песчаных и супесчаных почвах (С); 1/5; 16 — ивняки злаково-разнотравные и сообщества и
яблони Палласа высоких пойм и надпойменных террас на пойменно-луговых песчаных и супесча¬
ных почвах (С); 1/5;
гидроморфно-галофитный ряд:
17 — осоково-хвощовые травяные болота (топи) с постоянно избыточным увлажнением, часто
с водой на поверхности на илистых, сильно оглеенных засоленных грунтах (СФ); 1/6; 18 — осоко¬
вые кочковатые торфяные болота на торфяно-глеевых засоленных почвах, часто с водой на поверх¬
ности (СФ); 1/6; 19 — вейниково-осоковые лугово-болотные прибрежий проток и озер на торфя¬
но-глеевых засоленных почвах (СФ); 1/6;
субгидроморфно-галофитный ряд:
20 — кустарниковые (ольха черная, ива) пушистоберезовые осоково-хвощовые болота на пой¬
менно-луговых засоленных почвах (СФ); 1/6; 21 — кустарниковые высоких пойм и надпойменных
террас на пойменно-луговых засоленных почвах (СФ); 1/6; 22 — галофитные луга высоких пойм и
террас на луговых засоленных почвах (СФ); 1/6;
Ai — I2. Подгорно-долинные сухостепные на озерно-речных
и речных верхнечетвертичных отложениях
сублитоморфно-псаммоморфный ряд:
23 — холоднополынные степи на щебнистых лугово-каштановых почвах выположенных скло¬
нов речных долин (СФ); 1/6; 24 — осоково-лапчатковые с полынью степи на лугово-степных, фраг¬
ментами щебнистых лугово-каштановых почвах выположенных склонов речных долин (СФ); 1/6;
сублитоморфный ряд:
25 — полынные с лапчаткой бесстебельной на пойменно-луговых остепненных песчаных и су¬
песчаных почвах выпуклых участков пологих склонов (СФ); 1/6; 26 — пологосклоновые полын-
но-житняковые степи на лугово-каштановых почвах (СФ); 1/6; 27 — разнотравные осоково-лапчат¬
ковые с полынью на пойменно-луговых остепненных почвах склонов средней крутизны (СФ); 1/6;
субгидроморфный ряд:
28 — пойменные луговые осоково-разнотравные слабозакустаренные на пойменно-луговых
(С); (1/5); 29 — пойменные галофитные заболоченные луга на пойменно-луговых засоленных поч¬
вах (СФ); 1/6; 30 — террас и пойм низкотравные остепненно-луговые на пойменно-луговых остеп¬
ненных почвах (СФ); 1/6.
213
Часть 11. Ландшафтное картографирование
Продолжение рис. 5.3
Б. СЕМИАРИДНЫЕ СЕВЕРОАЗИАТСКИЕ
Б,. СЕВЕРОАЗИАТСКИЕ РАВНИННЫЕ ВНУТРИКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ СТЕПНЫЕ СУХИХ
И ОЧЕНЬ ТЕПЛЫХ УСЛОВИЙ (1V/2)
Bj — I. Подгорно-долинные подтаежные остепненные (южно-сибирские)
и лугово-степные
Bi — Ij. Подгорно-долинные лугово-степные (североазиатские)
на средне- и верхнечетвертичных отложениях
плакорный ряд:
31 — выположенных поверхностей разнотравно-крупнозлаковые кустарниковые на дерновых
серых лесных среднемощных суглинистых почвах (МК); 1V/3;
сублитоморфный ряд:
32 — пологосклоновые разнотравно-злаковые слабозакустаренные на пойменно-луговых ос¬
тепненных суглинистых почвах (МК); IV/3; 33 — террас и шлейфов мелкодерновинно-злаковые на
пойменно-луговых остепненных суглинистых почвах (МК); IV/3;
субгидроморфный ряд:
34 — пойменные разнотравно-крупнозлаковые кустарниковые на пойменно-слоистых почвах
(С); IV/4; 35 — долинные луговые степи на пойменно-луговых остепненных тяжелосуглинистых
слоистых почвах (С); IV/4.
Б] — I]. Подтаежные светлохвойные высоких песчаных увалов озерно-речной аккумуляции
на средне- и верхнечетвертичных отложениях
плакорный ряд:
36 — плоских слаборасчлененных поверхностей сосновые спирейные разнотравно-злаковые
остепненные на супесчаных дерновых серых лесных почвах на границе со степными участками (К);
IV/2; 37 — плоских слаборасчлененных поверхностей сосновые низкотравные остепненные с ред¬
ким подлеском из спиреи и шиповника на легкосуглинистых дерновых серых лесных слабогумус-
ных почвах (СФ); IV/5; 38 — плоских слаборасчлененных поверхностей березовые с сосной разно¬
травно-злаковые остепненные на дерновых серых лесных мощных суглинистых и легкосуглини¬
стых почвах на границе со степными участками (МК); IV/3; 39 — плоских слаборасчлененных
поверхностей боровые лишайниковые и мертвопокровные на боровых песках (СФ); IV/5;
плакорно-субгидроморфный ряд:
40 — плоских слаборасчлененных поверхностей на границе с лугово-болотными участками и
влажных микропонижений сосново-лиственничные рододендроновые на дерново-таежных почвах
(МК); IV/3;
субгидроморфный ряд:
41 — водосборных понижений и мелких речных долин пушистоберезовые тальниковые разно¬
травные на дерново-глеевых почвах (С); IV/4.
В. АРКТОБОРЕАЛЬНЫЕ СЕВЕРОАЗИАТСКИЕ
В,. СУББОРЕАЛЬНЫЕ СЕМИГУМИДНЫЕ ПОДТАЕЖНЫЕ
И ЛУГОВО-СТЕПНЫЕ СУХИХ И ТЕПЛЫХ УСЛОВИЙ
БАРЬЕРНО-ТЕНЕВОГО И ПОДГОРНОГО ПРОЯВЛЕНИЙ
Bj — I. Подгорные подтаежные сосновые южно-сибирского типа
В] — I]. Подтаежные светлохвойные высоких террас и подгорных шлейфов
на четвертичных озерно-речных и эоловых отложениях
плакорный ряд:
42 — выположенных слаборасчлененных поверхностей сосновые спирейные разнотравно-xia-
ковые на супесчаных дерновых серых лесных почвах (К); IV/2; 43 — плоских слаборасчлененных
поверхностей сосновые низкотравные остепненные с редким подлеском из спиреи и шиповника на
легкосуглинистых дерновых серых лесных слабогумусных почвах с очагами развевания (МК); IV/3;
44 — выположенных поверхностей с эоловыми формами рельефа боровые сосновые лишайнико¬
вые и мертвопокровные на боровых песках (СФ); IV/5; 45 — плоских слаборасчлененных поверх¬
ностей березовые разнотравно-злаковые остепненные на дерновых серых лесных мощных суглини¬
стых и легкосуглинистых почвах на границе со степными участками (МК); IV/3;
сублитоморфный ряд:
46 — пологосклоновых слаборасчлененных поверхностей сосновые низкотравные остепнен¬
ные с редким подлеском из спиреи и шиповника на границе со степными участками на легкосугли¬
нистых дерновых серых лесных слабогумусных почвах (МК); IV/3; 47 — склонов средней крутизны
214
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
Продолжение рис. 5.3
сосновые с лиственницей рододендроновые разнотравно-злаковые на дерновых серых лесных поч¬
вах (С); IV/4;
субгидроморфный ряд:
48 — террас и пойм луговые тальниковые осоково-разнотравные и злаково-разнотравные на
пойменно-луговых почвах (С); IV/4; 49 — террас и пойм луговые разнотравные и злаково-разно¬
травные на пойменно-луговых почвах (С); IV/4.
В2. СУББОРЕАЛЬНЫЕ ГОРНЫЕ И ГОРНО-ДОЛИННЫЕ ТАЕЖНЫЕ
ОЧЕНЬ ВЛАЖНЫХ И КОНТРАСТНЫХ ТЕПЛОВЫХ УСЛОВИЙ
ВНУТРИМАТЕРИКОВЫХ СРЕДНЕГОРИЙ И ВЫСОКИХ ПЛАТО (111/1)
В2 — I. Горно-таежные светлохвойные южно-сибирского типа
В2 — I]. Предгорных возвышенностей светлохвойные оптимального развития
на палеозойских интрузивных отложениях
плакорный ряд:
50 — выположенных участков водоразделов сосновые бруснично-разнотравные со смешан¬
ным подлеском на дерново-таежных почвах (К); VI1/1; 51 — куполообразных участков водоразделов
сосновые с лиственницей разнотравно-кустарничковые рододендроновые на дерново-таежных
почвах (К); 111/1;
сублитоморфный ряд:
52 — пологосклоновые сосновые с лиственницей травяно-кустарничковые со смешанным
подлеском на дерново-таежных почвах (МК); II1/2; 53 — склонов средней крутизны сосновые
бруснично-разнотравные на дерново-таежных почвах (С); II1/3; 54 — гребней расчлененных гриви¬
стых низкогорий сосново-лиственничные травяно-злаковые со смешанным подлеском на дерно-
во-таежных почвах (МК); II1/2;
плакорно-субгидроморфный ряд:
55 — понижений водоразделов и пологих приводораздельных склонов сосново-лиственнич¬
ные с елью и кедром травяно-кустарничковые с пятнами зеленых мхов на дерново-таежных почвах
(МК); 111/2;
субкриоморфно-литоморфный ряд:
56 — пологих придолинных склонов светлохвойные с елью и кедром травяно-зеленомошные
на тяжелосуглинистых дерново-лесных почвах (С); II1/3;
гидроморфный ряд:
57 — пушистоберезовые травяные с пятнами зеленых мхов на пойменно-слоистых маломощ¬
ных почвах (С); III/3;
субкриоморфно-гидроморфный ряд:
58 — пойменные и террасовые светлохвойно-еловые травяно-зеленомошные на пойменных
дерново-суглинистых почвах (С); II1/3;
литоморфный ряд:
59 — лиственнично-сосновые злаково-разнотравные остепненные на дерново-таежных кис¬
лых почвах (С); II1/3.
В2 — 1г« Подгорно-долинные лугово-болотные гидроаккумулятивные и солончаковые болота
озерно-тектонического происхождения (калтусы)
на четвертичных отложениях разного возраста
субгидроморфный ряд:
60 — разнотравно-крупнозлаковые слабозакустаренные луга высоких пойм и террас на пой¬
менно-луговых почвах (С); I1I/3; 61 — ивняки осоково-хвощовые мелкобугристых прибрежных
участков периодического подтопления на пойменных слоистых хорошо дренируемых почвах (СФ);
II1/4;
субгидроморфно-галофитный ряд:
62 — хвощовые заболоченные луга пойм и низких террас на торфяно-глеевых засоленных поч¬
вах (СФ); 111/4; 63 — ивняки влажнотравные сырых местообитаний с кочкарным микрорельефом
на пойменно-луговых глеевых засоленных почвах (СФ); III/4; 64 — влажнотравные слабозакуста¬
ренные закочкаренные пойменные и микропонижений в рельефе луга на торфяно-глеевых засо¬
ленных почвах (СФ); III/4;
215
Часть II. Ландшафтное картографирование
Окончание р и с. 5.3
гидроморфно-галофитный ряд:
65 — пойменные кустарничково-осоково-моховые болота на торфянисто-перегнойно-глее -
вых засоленных почвах (СФ); 111/4; 66 — осоковые кочковатые торфяные болота на торфяно-глее¬
вых засоленных почвах (СФ); 111/4; 67 — осоково-хвощовые травяные болота (топи) с постоянно
избыточным увлажнением, часто с водой на поверхности на илистых, сильно оглеенных засолен¬
ных фунтах (СФ); II1/4.
Г. БАЙКАЛО-ДЖУГДЖУРСКИЕ ГОРНЫЕ СУБАРКТИЧЕСКИЕ ГОЛЬЦОВО-ГОРНО-ТАЕЖНЫЕ
Г,. СЕВЕРОЗАБАЙКАЛЬСКИЕ ГОРНО-ТАЕЖНЫЕ (11/1)
Г] — I. Лиственнично-таежные оптимального развития передовых байкальских хребтов на палеозой¬
ских интрузивных отложениях
сублитоморфный ряд:
68 — гребней водоразделов лиственничные с примесью сосны травяные на дерновых таежных
почвах (С); 11/3; 69 — пологосклоновые светлохвойные рододендроновые разнотравно-бруснич¬
ные на дерновых таежных почвах (МК); 11/2; 70 — лиственничные с березой и сосной разнотрав¬
но-вейниковые на дерновых таежных почвах (С);
литоморфный ряд:
71 — крутосклоновые лиственничные с сосной травяные с редким подлеском на дерновых та¬
ежных почвах (МК); 11/2; 72 — крутоскломовые сосново-лиственничные травяные остепненные на
дерновых лесных почвах (С); 11/3;
гидроморфный ряд:
73 — лиственничные с примесью ели ерниковые разнофавные с пятнами зеленых мхов на
торфяно-глеевых засоленных почвах (СФ); И/4; 74 — обрывы; 75 — песчаные отмели; 76 — эоло¬
вые формы рельефа.
связи зависят не только от природы явления, но и от строения и организации
системы, в которой они реализуются. Проявления этих законов обусловлены
местоположением системы в ландшафтной оболочке — соседством с другими
геосистемами или расположением в геосистеме более высокого ранга.
Каждому положению в земном пространстве соответствует географическая
особенность, характеризуемая как тип структуры геосистемы, разрывающийся
через множество переменных состояний. К одной структуре относятся корен¬
ная фация, ее серийные варианты и антропогенные модификации. Выявление
переменных свойств ландшафтной структуры необходимо для установления
возможных путей ее преобразования при воздействиях на природу. Принад¬
лежность тех или иных географических объектов к одному типу структуры ука¬
зывает на единство тенденций их развития, амплитуду возможных изменений и
вероятность перехода в соседний таксономический тип.
Каждое из состояний геосистемы — результат действия внешних и внут¬
ренних факторов — представляет собой временной вариант ее базовой структу¬
ры и функционирования, поэтому через динамику геосистемы реализуется раз¬
нообразие структурно-функциональных вариантов геосистемы. В изменчиво¬
сти и стабильности геосистемы отражаются горизонтальные связи с внешним
окружением, функциональная роль геосистемы в геохоре. Особенно это суще¬
ственно для единиц топологической размерности, где наиболее высоки контра¬
сты между смежными участками и интенсивность их воздействия друг на друга.
Действенность саморегуляции, т.е. сохранение во времени видовых и родо¬
вых признаков фаций и геомов, несмотря на внешние воздействия, в значн-
216
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
тельной мере определяется структурными особенностями геосистем. Коренные
геомеры, которым присуща структурная стабильность, наиболее полно отража¬
ют региональные черты территории. Все остальные геомеры, сопряженные с
коренными, выступают как естественные или антропогенные формы деформа¬
ции структуры геосистемы, которые могут приобретать черты друг друга, опре¬
деляя формы пространственной интеграции фаций через динамические со¬
стояния, поэтому после прекращения воздействия на систему сохраняется тен¬
денция перехода производных геосистем в коренные или другие естественные
состояния. Саморегуляция геомера возможна при определенных значениях по¬
казателей корреляции компонентов — главнейших связей, характеризующих
коренные системы. Высокие коэффициенты корреляции не служат показате¬
лем постоянной и значительной взаимообусловленности процессов и явле¬
ний — наличие жесткой связи проявляется при определенных, непродолжи¬
тельных условиях.
Основное значение при инвентаризации групп фаций придается эколо-
го-морфогенетическим разновидностям каждого геомера, которые, в свою оче¬
редь, видоизменяются при удалении от области равновесия — центральной
части ареала и коренного состояния. Структурные и функциональные наруше¬
ния геосистем отображаются через динамические состояния — коренные, мни¬
мокоренные и серийные.
Становление или изменение уже сформировавшихся систем проходит че¬
рез последовательные стадии — ряды трансформации. Они представлены фак-
торальными, динамическими и прочими рядами серийных геосистем, которые
отражают реакцию системы на изменение условий существования и внутрен¬
ние противоречия, которые проявляются в процессе развития различных ком¬
понентов геосистем. В связи с этим на ландшафтной карте (рис. 5.3) показаны
основные динамические категории групп фаций и устойчиво-длительнопроиз¬
водные категории, отражающие проявления преобразующей динамики и исто¬
рические взаимодействия различных геосистем, а также факторально-динами¬
ческие ряды геомеров, отображающие “давление” соседних геосистем.
При этом картографирование геосистем отображает, с одной стороны, ие¬
рархию и характер взаимосвязей, с другой — направление преобразования тер¬
ритории в зависимости от их особенностей и характера антропогенного воздей¬
ствия. Это дает возможность систематизировать данные о взаимодействии при¬
родных и хозяйственных систем и их сочетаний, оценить экологические
функции геосистемы и ее изменчивость.
Для крупномасштабной картографической проработки района дельты
р. Селенги выбрана 5-уровневая система соподчинения геосистем: класс —
подкласс — группа — подгруппа геомов — геом — класс (группа) фаций [Со¬
чава, 1973]. Всего выделено 73 группы фаций с учетом их факторально-дина¬
мических характеристик, характера изменчивости, принадлежности к едини¬
цам более крупной размерности (рис. 5.3, см. легенду).
В карте геосистем сконцентрированы все основные географические дан¬
ные и знания об исследуемой территории. На основе этой карты создана ГИС,
представленная сеткой выделов групп фаций и базой данных по ним, отражаю¬
щей основные и переменные характеристики соответствующих участков мест¬
217
Часть II. Ландшафтное картографирование
ности. С использованием повыделенной информации ГИС-карты геосистем по
совокупности признаков и выбранных критериев участки относятся к опреде¬
ленной категории значения и чувствительности, решаются другие задачи ин¬
терпретационного картографирования (см. п. 9.2).
5.3. Картографирование на основе геосистемных принципов
С начала 1970-х годов стало развиваться геоэкологическое направление
географических исследований, которое В.Б. Сочава [1970] считал синонимом
геосистемному. Подобная аналогия позволяет интерпретировать геоэкологиче¬
ские знания на основе геосистемных принципов и рассматривать геоэкологи¬
ческое картографирование как наглядный пример прикладной реализации
ландшафтного картографирования.
5.3.1. Геосистемное и геоэкологическое знание
Понятие “экология ландшафта” впервые было употреблено К. Троллем в
1930-х годах. В последующем этот термин К. Тролль перевел на английский
язык как “геоэкология” [Troll, 1939, 1968]. Основной задачей экологии ланд¬
шафта, по мнению К. Тролля, являлись функциональный анализ содержания
ландшафта и выяснение многосторонних, изменяющихся во времени зависи¬
мостей между его компонентами. Он придавал большое значение применению
в исследованиях аэрофотоснимков, утверждая, что предметом их анализа все¬
гда являются географический ландшафт и экологические причинно-следствен¬
ные связи в нем [Troll, 1939, 1950]. В последующем он модифицировал дефини¬
цию экологии ландшафта, используя концепцию экосистемы Тенсли, и опре¬
делил ее как науку, изучающую взаимосвязи между биогеоценозами и их
зависимость от среды в отдельных участках ландшафта [Troll, 1966, 1970].
Это дало повод включить экологию ландшафта в рамки биологических
наук. Так, американский эколог Е. Одум [1968] отмечал, что “новая эколо¬
гия” — это наука о строении и функциях природы. Ее основная задача — изуче¬
ние круговоротов энергии и вещества потоков субстанции, которые представ¬
ляют собой основные каналы связи между компонентами геосистемы. Тем са¬
мым, экология непосредственно соприкасается с учением о геосистемах, так
как в ее компетенции находится важнейший для функционирования геосистем
процесс — усвоение лучистой энергии организмами (продуцентами). Энерге¬
тика геосистемы определяется в значительной мере процессами экологическо¬
го содержания [Сочава, 1978].
Экологический критерий важен при установлении динамического состоя¬
ния геосистем, так как в фиксирующей и мобилизующей деятельности био¬
ты — одного из основных индикаторов состояния геосистем — особое значение
имеют биологические качества этой формы проявления материи: высокая из¬
бирательность по отношению к внешним условиям, способность к самовос¬
произведению, размножению, росту [Крауклис, 1979]. Взаимодействуя с ос¬
тальными компонентами, биота выступает как важный внутренний фактор са¬
морегуляции, восстановления, стабилизации.
218
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
В настоящее время в странах Европы и Америки сложились свои представ¬
ления на предмет и задачи экологии ландшафта. Предметная сторона экологии
ландшафта — анализ компонентов ландшафта и взаимосвязей между ними, вы¬
деление пространственных единиц, их иерархическая классификация, оценка
природной среды для разных факторов деятельности человека, а также изуче¬
ние организации природного ландшафта [Рихлинг, 1999]. По мнению Зонне-
вельда [Zonneveld, 1990], экология ландшафта занимается всеми явлениями,
происходящими на поверхности Земли.
В странах Западной Европы проводят аналогию между понятиями “геоэко¬
логия” и “управление природными ресурсами”. Основные задачи экологии
ландшафта, с точки зрения Г. и П. Делькурт [Delcourt Н., Delcourt Р., 1988], —
оценка структуры ландшафта и хода его временных и пространственных процес¬
сов, а также определение экологических последствий антропогенизации ланд¬
шафта. Р. Форман и М. Годрон [Forman, Godron, 1986] считают, что основными
направлениями исследований в экологии ландшафта являются изучение струк¬
туры (пространственных связей между ландшафтными единицами), функциони¬
рования (взаимодействия между пространственными единицами ландшафта че¬
рез потоки вещества и энергии), изменчивости (преобразования структуры и
функции мозаичности экологических систем во времени).
В последние десятилетия в Германии работают несколько исследователь¬
ских центров, занимающихся проблемами экологии ландшафта: динамикой
природных процессов и методикой территориального картографирования — в
Дрездене, Лейпциге, Халле, Штутгарте, Саарбрюккене (Э. Нееф, X. Рихтер,
Г. Хаазе, X. Лезер, И. Шмитхюзен) и др. При этом в Европе основной акцент де¬
лается на изучении гомогенных экотопов и практической направленности работ
с целью решения ландшафтно-социально-экономических задач. В США и Кана¬
де, напротив, исследования Р. Формана, М. Годрона, К. Зауера, М. Грея, X. Ел-
ленберга, Ж. Вудвелла и др. имеют пространственный охват, основное внимание
уделяется гетерогенности ландшафтов. При этом повсеместно применяются
дистанционные методы. Концепцию ландшафтной экологии развивают также в
Швейцарии (X. Кароль), Нидерландах (И. Зонневельд) и Чехословакии (М. Ру-
жичка).
В нашей стране основателем концепции ландшафтной экологии считается
В.Б. Сочава [1970, 1978], который отмечал, что сближению географических и
экологических точек зрения способствовала трактовка географической среды с
позиций теории систем. Концепция геосистем включает в себя вопросы из об¬
ласти ландшафтоведения и экологии. При этом наибольшее развитие получили
два экологических аспекта в геосистемных исследованиях — экология ланд¬
шафта и экология человека. Оба они взаимосвязаны и могут рассматриваться
как аналитические ступени единого географического исследования Земли.
А.Ю. Ретеюм [1972, с. 91], анализируя этапы внедрения системного подхода
в физико-географические исследования как в нашей стране, так и за рубежом,
отмечает, что обращение к системному подходу в физической географии “вы¬
зывается ясным ощущением несовершенства теории и методологии науки и
предполагает знание ее проблем”. В этой ситуации основными задачами явля¬
ются реконструкция понятия “ландшафт” с системной точки зрения и измене¬
219
Часть II. Ландшафтное картографирование
ние направления исследования “морфология -> динамика” на противополож¬
ное принятому.
В настоящее время относительно предмета исследований экологии ланд¬
шафта в нашей стране сложился ряд представлений. По мнению Б. В. Виногра¬
дова [1993, 1994], особенностью русской концепции ландшафтной экологии, в
отличие от зарубежной, является ее биоцентричность, с одной стороны, и ис¬
пользование достижений русской школы ландшафтоведения — с другой. В от¬
личие от синэкологии (взаимодействие сообщества или популяции со средой)
и аутэкологии (взаимоотношения отдельных организмов со средой), объектом
исследования ландшафтной экологии являются экосистемы всех размерностей,
характеризованные по структуре, рисунку, функции и динамике пространст¬
венных единиц крупных надбиогеоценотических порядков. Значение имеют
лишь те факторы внешней среды, которые определяют условия местообитания
растений и животных. Примером элементарной единицы геоэкологии служит
биогеоценоз в определении В.Н. Сукачева.
К.М. Петров [1994] считает, что геоэкология — это наука о взаимодействии
географических, биологических и социально-производственных систем. Гео¬
экология — экологизированная география, наука о приспособлении хозяйства
к ландшафту, учитывающая законы классической экологии, например “мини¬
мума” и “толерантности”, которые утверждают, что нормальное развитие орга¬
низмов ограничено зонами максимальных и минимальных факторов, а каждый
вид характеризуется способностью переносить неблагоприятные факторы сре¬
ды и т.д. Обеим наукам свойственны конкретные оценки экологической ситуа¬
ции по состоянию живых организмов. Вместе с тем произошло изменение при¬
оритетов в исследованиях. В экологии преобладает интерес к воздействию
окружающей среды (ОС) на живые организмы, в геоэкологии — наоборот. Это
прежде всего объясняется резким усилением техногенного воздействия челове¬
ка на ОС, что привело к соответствующему восприятию геоэкологических
задач. Так, Ю.А. Израэль [1979] считает, что взаимодействие человека с ОС
складывается лишь из различных видов антропогенного воздействия на нее.
Влияние же самой среды на жизнедеятельность людей выносится за рамки ис¬
следований. Однако вполне очевидна тесная взаимосвязь ОС и человека: уве¬
личение воздействия одной из сторон определяет изменение другой.
По мнению С.П. Горшкова [1997], геоэкологию нельзя замыкать только на
проблемах природопользования. Исходя из приоритетов географии и геологии
в становлении геоэкологии, автор назвал ее наукой о современных ландшаф¬
тах, а также о геологической среде, о способах и возможностях использования
природных ресурсов и экологических ограничениях при социально-экономи¬
ческом развитии.
По мнению B.C. Михеева и др. [1996], термину “геоэкология” созвучно по¬
нятие “ландшафтная экология”. Целью геоэкологии являются познание и
обобщение структурно-функциональных состояний и процессов в ландшафте
как основной экосистемной субстанции. Для ландшафтной экологии характер¬
но изучение особенностей формирования сложных взаимодействий общества и
природы с целью познания структурно-динамических изменений природных
систем и их воздействия на жизнедеятельность человека. Таким образом, ланд-
220
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
шафтно-экологический подход, который опирается на антропоэкологическую
модель геосистемы, может служить одним из основ развития геоэкологическо¬
го картографирования.
5.3.2. Принципы геоэкологического картографирования
Специфика геосистемных исследований нашла отражение в принципах
геоэкологического картографирования регионов Сибири, в процессе которого
изучаются и картографируются разнообразные аспекты жизнедеятельности че¬
ловека в различных типах природной среды, сложность геосистемной структу¬
ры каждого региона, оцениваются характер антропогенного воздействия и весь
возможный диапазон антропогенных трансформаций природных систем. При
этом природная дифференциация территории отражается на качественно но¬
вой комплексной основе картографирования, на которую нанесена антропо¬
генная нарушенность. Это дает возможность оценить степень воздействия фак¬
торов деятельности человека и общее экологическое состояние территории. Та¬
кая информация позволяет рассмотреть региональную специфику геосистем и
их реакцию на внутренние и внешние воздействия [Михеев, 1988].
Геоэкологическое картографирование развивает потенциал картографиро¬
вания географических объектов в двух основных направлениях: а) построение и
отражение на картах изучаемой системы путем разделения на подсистемы по
разным типам связей; б) перевод ряда характеристик в корреляционные зави¬
симости, позволяющие судить об экологических ситуациях в сравнении с гео¬
графической информацией об объекте [Михеев, 1990]. Это дает возможность
систематизировать знания об организации геосистем, оценить экологические
особенности и устойчивость их связей.
При геоэкологическом анализе и картографировании происходит разделе¬
ние ландшафтно-географической сферы на две основные составляющие: при¬
родную и антропогенную, причем первая является доминирующей (экологиче¬
ской средой), определяя во многом характер функционирования и динамику
второй. Вместе с тем не всякое разделение территории по классификационным
категориям геосистем позволяет представить их геоэкологический потенциал.
Современные подходы к экологическому картографированию опираются в ос¬
новном на получение фактических данных в виде различных карт, ретроспек¬
тивного анализа динамики состояния геосистем на основе материалов съемок
прежних лет и т.п., но при этом упускается из вида необходимость перевода
информации в удобную для экологических интерпретаций форму. Геосистем¬
ный анализ позволяет установить особенности преобразования природных
объектов при внешнем воздействии на них с учетом взаимосвязей управляю¬
щих и управляемых геосистем и их подсистем.
В целом указанные черты определили принципиально иную основу для
карт геоэкологического содержания, которая должна отображать генетическое,
структурное и динамическое состояние каждого выдела. Обобщение фаций в
таксоны более высокого ранга образует более сложную иерархическую систему,
которая вместе с тем строится с учетом особенностей коренной структуры и ее
переменных состояний. Таким образом, геоэкологические карты позволяют
221
Часть II. Ландшафтное картографирование
упорядочить представление о внутренней организации разноуровневых при¬
родных и хозяйственных систем и их сочетаний с позиций функций, ценност¬
ных характеристик и понятия об устойчивости связей. В геоэкологическом кар¬
тографировании геосистемы понимаются как системы взаимодействующих
сред, организованные таким образом, что принятый план расчленения системы
характеризует ее содержание через антропо- и экологические структуры слож¬
ных состояний, отражающих результат их взаимодействия [Михеев, 1990).
Методика составления геоэкологических карт заключается в следующем:
1) исходной предпосылкой картографирования являются классификационные
системно-иерархические модели, основанные на изучении различных свойств
сложных природных систем и дальнейшей их картографической интерпрета¬
ции; 2) анализ природной среды в виде ландшафтно-экологического картогра¬
фирования с позиций геосистемной концепции структуризации природных
систем; 3) создание элементов нагрузки карты, обеспечивающей ясное воспри¬
ятие экологической сущности изображаемого явления.
В качестве тематической основы для большинства геоэкологических карт
используются карты районирования. Такая основа позволяет локализовать те
или иные экологические ситуации в пределах изучаемой территории, экстрапо¬
лировать разрозненные данные. Сложность карт экологического содержания
состоит в том, что на них необходимо отразить генетическое, пространствен¬
но-размерное и динамическое состояние каждого инвентаризационного мор-
фотипа, которые отображают экологические уровни в рамках единой таксоно¬
мической классификационной системы. Эта система служит основанием раз¬
вертки структуры антропоэкологической стабилизации геосистем и выполняет
функцию каркаса будущей карты, образуя основу ее собственного геосистем¬
ного содержания [Михеев и др., 1996]. Таким образом, региональные исследо¬
вания экологического состояния среды основаны на комплексном подходе к
изучению сложных природно-хозяйственных систем.
Разработка комплексной основы в региональном экологическом картогра¬
фировании включает несколько этапов: 1) создание тематической основы гео¬
экологической карты, устанавливающей различия в природной среде по ком¬
плексу признаков и факторов формирования систем; 2) выбор или создание
классификационной основы, необходимой для решения конкретных задач ох¬
раны природы. С ее помощью вводится экологическое содержание в тематиче¬
скую основу, причем необходимо четко обозначить структуру применяемой
геоэкологической нагрузки; 3) выявление антропогенной нарушенности при¬
родной среды, которая определяет многообразие форм преобразований приро¬
ды под влиянием человека. Объектом картирования является территория с оп¬
ределенным экологическим состоянием, сложившимся в результате взаимо¬
действия природных условий региона и деятельности человека.
В целом формирование базовой комплексной ландшафтной основы для
различных геоэкологических интерпретаций (зонирования, оценок и т.д.) все¬
гда связано с той или иной классификационной интерпретацией самой инвен¬
таризационной основы. В этом смысле новой системе комплексного использо¬
вания физико-географических данных в экологическом картографировании
более всего отвечает геосистемная концепция строения природной среды, опи¬
222
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
рающаяся на расслоение сложных географических систем по типам связей и
взаимодействий. Для этого используются системно-иерархические модели, ко¬
торые основаны на изучении различных системных свойств сложных географи¬
ческих объектов и дальнейшей их картографической интерпретации [Михеев,
1990; Михеев и др., 1996]. Естественно, что при исследовании геосистем топо¬
логического уровня изучаются прямые и обратные взаимосвязи всех элементов,
а не только биоты в качестве ведущего элемента так, как это имеет место в
большинстве исследований геосистем.
5.3.3. Крупномасштабное геоэкологическое картографирование
В связи с созданием земельного кадастра Иркутской области проведена
опытно-методическая разработка серии природно-ресурсных карт крупного
масштаба для учета земель в разрезе угодий [Баженова и др., 1996]. С этой це¬
лью было выполнено картографирование ряда районов области, в том числе и
Черемховского, обладающего широким спектром природных условий, специ¬
фикой природопользования и высокой степенью хозяйственного освоения от¬
дельных его частей.
Черемховский район включает в себя ландшафты Иркутско-Черемховской
равнины, предгорий и горного мегасклона Восточного Саяна. Равнинная часть
сложена в основном юрскими образованиями, представленными в генетиче¬
ском отношении озерно-болотными, песчано-глинистыми отложениями. На
юге территории развиты нижнекембрийские породы — известняки, доломиты,
гипсы и ангидриты, которые отличаются трещиноватостью и закарстованно-
стью. Легко разрушаемые юрские отложения в пределах Иркутско-Черемхов-
ской наклонной равнины обусловили развитие равнинного мягкохолмистого
рельефа с абсолютными высотами 400-600 м и общим наклоном поверхности
на северо-запад. Северные склоны Восточного Саяна поднимаются над рав¬
нинной частью территории двумя уступами высотой 600-800 и 1000-1500 м,
достигая своей максимальной отметки на юго-западе территории в пределах
хр. Ермосхын (2409 м). Предгорные и горные районы сложены породами ар¬
хейского и протерозойского возраста, пронизанные интрузиями гранитов и
гранодиоритов. Как правило, архейские толщи состоят из гнейсов, амфиболи¬
тов, кварцитов и кристаллических сланцев, протерозойские отложения — из
доломитов, известняков, кварцитов, конгломератов и песчаников. Здесь разви¬
ты поверхности выравнивания, местами с карами и нагорными террасами, пло¬
ские и холмистые водоразделы со скалистыми останцами и каменистыми рос¬
сыпями, глубоко расчлененными долинами рек.
Климатические условия района весьма разнообразны и определяются осо¬
бенностями рельефа и орографии. В равнинной части сумма активных темпе¬
ратур превышает 1600°, продолжительность безморозного периода 105 дней, го¬
довая сумма осадков более 400 мм, причем максимум приходится на
июль — август. Начало вегетационного периода характеризуется засушливо¬
стью. Средние летние коэффициенты увлажнения равны 0,65. По мере увели¬
чения высоты увлажнение возрастает до 600-900 мм, термический режим изме-
223
Часть //. Ландшафтное картографирование
няется в сторону похолодания. Многолетняя мерзлота мощностью до 40 м
встречается лишь в горной части района.
Разнообразие природных факторов обусловливает развитие широкого спек¬
тра равнинных и горных почв на элювии и делювии основных и кислых кристал¬
лических пород, известняков, доломитов, песчаников. Горно-тундровые почвы
представлены небольшими фрагментами в гольцовом поясе хребтов Ермосхын и
Онотский, гольцово-дерновые почвы широко распространены в подгольцовом
поясе. Под горно-таежными сообществами формируются горно-лесные мерз-
лотно-болотные и горно-лесные перегнойные, а на Онотском хребте — гор¬
но-лесные перегнойно-карбонатные почвы. В нижней части склонов и на
подгорной равнине представлены дерново-карбонатные оподзоленные и дерно¬
во-подзолистые почвы, а к востоку от р. Онот — дерново-карбонатные выщело¬
ченные. В пределах Иркутско-Черемховской равнины широко распространены
комплексы серых лесных почв. Низкая водопроницаемость серых лесных почв
способствует быстрому формированию на них поверхностного стока, а малая во-
допрочность — причина их легкой смываемости даже при незначительных укло¬
нах. В микропонижениях рельефа распространены сезонно-мерзлотные луго¬
во-черноземные почвы. Несмотря на большие запасы элементов минераль-
но-органического комплекса, их плодородие снижается из-за неблагоприятных
физических свойств. В долинах рек и заболоченных ложбинах развиты мерзлот-
но-болотные и мерзлотно-луговые почвы [Беркин и др., 1993].
Природно-территориальную структуру района образуют геосистемы пяти
основных геоэкологических категорий: гольцовая, горно-таежная темнохвой¬
ная, предгорно-таежная темнохвойная и подтаежная светлохвойная, а также
равнинно-подгорная с семиаридными сосняками и участками степей. Их со¬
провождают болотные, долинно-луговые и лугово-степные системы. Степи и
подтаежные сосновые геосистемы района почти полностью изменены интен¬
сивным антропогенным воздействием: сельскохозяйственным, селитебным и
открытой разработкой каменного угля Черемховского месторождения. Разведа¬
но крупное Савинское месторождение магнезитов.
“Геоэкологическая карта Черемховского района” М 1: 200 ООО (рис. 5.4) от¬
ражает разделение ландшафтной структуры на классификационные категории
геомеров, отображающих полный спектр наиболее представительных комплек¬
сов природных условий, с которыми имеет дело человек при хозяйственном ис¬
пользовании. Применение этих данных позволяет провести регламентацию хо¬
зяйственной деятельности с учетом устойчивости природных систем. Карта
предназначена для пространственного отображения закономерностей распре¬
деления земель в природных системах разного качества. На ней обобщаются и '
констатируются геомы разного ранга и размерности. На карте воспроизведен !
характер воздействий на окружающую среду как среду обитания и хозяйствен- j
ной деятельности человека — выделены объекты хозяйственной инфраструкту¬
ры и типы нарушения растительного покрова. Карта составлена на основе де¬
шифрирования современных аэрофотосъемочных материалов. По сравнению с
имеющейся топографической информацией, здесь произошли значительные
изменения, что вызвало определенные трудности при составлении карты.
224
Гпава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
В основу классификации положен системно-иерархический принцип орга¬
низации природной среды, когда каждый основной таксономический тип рас¬
сматривается через взаимосвязь составляющих его таксономических единиц.
Для крупномасштабной проработки выбрана 4-уровневая система соподчине¬
ния природных систем: класс геомов (система ландшафтов) — подкласс геомов
(тип условий природной среды) — группа геомов (региональные классы зо¬
нально-высотно-поясной структуры, выделенные с учетом географических
связей большого радиуса действия) — геом (основное региональное подразде¬
ление зонально-высотно-поясной структуры и вертикальной дифференциации
природных ландшафтов). Геомная структура соответствует наиболее дробным
подразделениям карты (рис. 5.4).
В районе отмечается ландшафтообразующее влияние рельефа, проявляю¬
щееся как в высотно-поясных различиях, так и в подгорных и долинных “эф¬
фектах”. Горная тайга дифференцируется на три подгруппы: оптимального,
ограниченного и редуцированного развития, располагающиеся в общем поряд¬
ке высотной поясности. Котловинные, долинные и подгорные эффекты при
значительном колебании высот приводят к разнообразию и контрастности
природных условий и определяют различные отклонения. Например, в Предса-
янском прогибе формируются геосистемы криогидроморфного облика. В под¬
горной части района, совпадающей с долиной р. Ангары и замкнутыми котло¬
винами, отмечаются семиаридные тенденции, обусловившие формирование
ареалов сосновых подтаежных (более теплых) лесных геосистем, и аридные эф¬
фекты, которые определяют степные тенденции.
Воздушные массы западного переноса формируют крупные ареалы темно¬
хвойной тайги и ландшафтные особенности высокогорий Восточного Саяна.
Здесь широко представлены элементы таежно-высокогорного (субальпинотип-
ного), переходного к центрально-азиатскому, континентального типа природ¬
ной среды.
Региональная трактовка ландшафтов (восточно-, южно-сибирские, ал-
тае-саянские) отражает гидроклиматические, орографические, фитотипологи¬
ческие особенности регионального порядка, указывает на их принадлежность
различным региональным типам природных условий, взаимопроникновение и
возможную уникальность.
По геолого-геоморфологическим условиям и сопровождающим их процес¬
сам литодинамики определяются различия в высотно-поясно-региональной
структуре природного фона каждого геома, что особенно важно для зонирова¬
ния по условиям выбора участков возможного землепользования. Эти соотно¬
шения отчетливо выражены в различиях экологических условий водораздель¬
но-склоновых комплексов горной тайги.
Так, в Восточном Саяне процессы преобразовательной литодинамики
(смыв мелкозема, гравитационное перемещение крупнообломочного мате¬
риала и т.д.) приводят к литоморфизации объектов, основным показателем
чего служит замещение темнохвойной тайги на ее светлохвойные варианты
(лиственничные, сосновые), если не происходит полного разрушения
склонов. Мерзлотные процессы тесно переплетаются с гравитационными и
флювиальными и, в конечном итоге, увеличивают общую динамичность
225
15 Заказ № 560
Часть II. Ландшафтное картографирование
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
iiaiiiiiaiiiui
naiaiaiaiaiiii
Hlililililllii
22
10
23
25
200 м
* L
е
к
1
\М
Рис. 5.4. Геоэкологическая карта Черемховского района (фрагмент).
А. АРКТО-БОРЕАЛЬНЫЕ СЕВЕРОАЗИАТСКИЕ
А,. СУБАРКТИЧЕСКИЕ ГОРНО-ТУНДРОВЫЕ И РЕДКОЛЕСНЫЕ ВЛАЖНЫХ
И ОЧЕНЬ ХОЛОДНЫХ УСЛОВИЙ (СИБИРСКО-ПАНПРИТИХООКЕАНСКИЕ)
А| — I. Гольцовые и подгольцовые таежных высокогорий восточно-сибирского типа
А| — 1|. Гольцовые альпинотипные на эффузивных и метаморфических породах. 1 — литогенные
серии нивально-денудационных и скально-осыпных склонов, с явлениями гляциального рельефа и
интенсивного гравитационного сноса, с альпийскими лужайками и пустошами (СФ).
Aj — I2. Гольцовые тундровые на вулканических породах. 2 — выположенных водоразделов и
склонов, преимущественно лишайниковые, с солифлюкционными явлениями натечных форм
гольцовых террас, каменистых россыпей и наплывов, местами олуговелые, с разреженными зарос¬
лями высокогорных кустарников (К); 3 — платообразных поверхностей каменистые мохово-ли¬
шайниковые, местами травяно-моховые, с выраженными мерзлотными формами (М); 4 — круто¬
склоновые осыпные лишайниково-щебнистые местами кустарничковые и пустошные (С).
а2. БОРЕАЛЬНЫЕ ГОРНЫЕ И ГОРНО-ДОЛИННЫЕ ЛУГОВО-КУСТАРНИКОВЫЕ
И ТЕМНОХВОЙНО-РЕДКОЛЕСНЫЕ ВЛАЖНЫХ И ХОЛОДНЫХ УСЛОВИЙ
Aj — I. Субальпинотипные таежных высокогорий южно-сибирского типа
А2 — \\. Гольцовые высокогорно-кустарниковые и лугово-тундровые на эффузивных и метаморфи¬
ческих породах. 5 — выровненных поверхностей вершин водоразделов холм и сто-увал истые и поло¬
госклоновые луговые и кустарниковые (рододендроновые, ивовые, ерниковые) с участками аль¬
пийских лугов, на горно-тундровых дерновых и горно-луговых почвах (МЭ); 6 — склоновые, в
основном крутосклоновые, с многочисленными осыпями и каменистыми глетчерами горно-тунд-
ровые и высокогорно-кустарниковые травяные, с участками высокогорных кобрезиевых лугов, на
горно-тундровых слаборазвитых почвах (СФ); 7 — днищ трогов и долин пойменные лугово-тундро¬
вые серии с наледными полянами и зарослями высокогорных кустарников, в сочетании с редко¬
лесьями из кедра и лиственницы (СФ).
А2 — Ь- Высокогорные на эффузивных и метаморфических породах подгольцовые темнохвой¬
но-редколесные. 8 — крутосклоновые со скальными выходами пород и осыпями с редколесьями из
кедра и лиственницы в сочетании с зарослями высокогорных кустарников щебнистые (СФ); 9 —
склоновые приводораздельные холм и сто-увал истые с останцовыми уплощенными вершинами с за¬
болоченными ложбинами и верховьями речных долин, с мерзлотными формами, кедрово¬
редколесные мохово-лишайниковые, в сочетании с зарослями высокогорных кустарников (М);
10 — склонов троговых долин и долинные подгольцово-субальпинотипные пихтово-редколесные с
субальпийскими лужайками, в сочетании с высокотравными лугами и луговыми тундрами,
участками заболоченных мохово-осоковых и каменистых тундр и долинных кедровых и березовых
редколесий (МЭ, частично СФ); 11 — плоских поверхностей денудационных структурных высоких
плато, останцовых вершин и водоразделов на породах молассовой формации кедрово-редколесные
мохово-лишайниковые, с участками высокогорных кустарников ("каш кар ники”, ерники) (МЭ).
А3. СУББОРЕАЛЬНЫЕ ГОРНЫЕ И ГОРН О-ДОЛИННЫЕ ТАЕЖНЫЕ ОЧЕНЬ ВЛАЖНЫХ
И КОНТРАСТНЫХ ТЕПЛОВЫХ УСЛОВИЙ ВНУТРИМАТЕРИКОВЫХ СРЕДНЕГОРИЙ
И ВЫСОКИХ ПЛАТО
A3 — I. Горно-таежные темнохвойные южно-сибирского типа (алтае-саянские)
A3 — I). Высокогорные на эффузивных и метаморфических породах темнохвойно-таежные усло¬
вий редуцированного развития. 12 — водораздельно-склоновые плоско-холмистые с широким разви¬
тием скальных останцов и каменистых россыпей, местами с карами и нагорными террасами кедро-
227
Часть II. Ландшафтное картографирование
Продолжение рис. 5.4
вые высокогорно-рододендроновые кустарничково-зеленомошные, местами с баданом, с неболь¬
шими участками тундр и лугов (К); 13 — крутосклоновые и узкогребневые сильно расчлененные
долинами и распадками со скальными выходами пород и осыпями редкостойно-кедровые, часто с
елью мохово-кустарничковые (с баданом, баданово-зеленомошные, баданово-кашкарниковые, ли-
шайниково-кустарничковые), местами с редким подлеском (М); 14 — останцовых вершин и водо¬
разделов денудационно-эрозионных структурных плато (на породах молассовой формации) ело¬
во-кедровые, местами кедрово-еловые, с лиственницей мохово-лишайниково-кашкарниковые, ба¬
даново-кашкарниковые на горных мерзлотно-таежных почвах (МЭ).
Аз — 12. Среднегорные на осадочных, эффузивных, метаморфических и интрузивных породах
темнохвойно-таежные условий ограниченного развития (кедровая моховая тайга). 15 — водораздель¬
но-склоновые среднегорные, пологохолмистые с поверхностями выравнивания кедрово-таежные
чернично-мелкотравно-зеленомошные на горных дерново-подзолистых и бурых лесных почвах (К);
16 — узкогребневые и крутосклоновые глубоко расчлененные со скальными выходами и камени¬
стыми россыпями на метаморфических и интрузивных породах, пихтово-кедровые с елью и лист¬
венницей кустарничково-зеленомошные, местами с баданом, на горных подзолистых почвах (К);
17 — горно-долинные U-образного типа и прирусловые елово-кедровые и еловые с пихтой влажно-
травно-зеленомошные со смешанным подлеском на горных аллювиально-дерновых каменистых
почвах (С).
A3 — I3. Таежные предгорных возвышенностей и подгорно-долинные преимущественно на терри-
генных породах разного возраста условий ограниченного развития. 18 — водораздельно-склоновые ува¬
листые, с широкими плоскими водоразделами, местами холмисто-грядовые низкогорно-таежные
темнохвойные, преимущественно кедровые с елью и лиственницей кустарничково-мелкотрав¬
но-зеленомошные, бруснично-зеленомошные на горно-таежных подзолистых почвах (К); 19 — по¬
логосклоновые низкоравнинные кедрово-еловые, лиственнично-еловые, иногда с примесью сосны
кустарничково-травяно-зеленомошные со смешанным подлеском в низинах — заболоченные (М);
20 — долинные пойменные и прирусловые еловые с кедром, реже лиственницей и пихтой, смешан¬
но-кустарниковые травяно-зеленомошные и травяные, местами заболоченные на аллювиальных,
мерзлотно-глеевых, дерново-таежных оподзоленных почвах (С).
A3 — I4. Низкогорно-таежные на метаморфических, интрузивных и терригенно-карбонатных по¬
родах условий оптимального развития (темнохвойная травяная тайга). 21 — пологосклоновые низ¬
когорные увалистые и холмисто-увалистые кедрово-пихтовые чернично-травяно-моховые и мохо-
во-травяные (с крупнотравьем) на горных дерново-подзолистых почвах (К), в значительной степе¬
ни измененные (УД); 22 — склоновые пологохолмистых и холмисто-грядовых часто куэстовых
низких плато пихтово-таежные с елью и кедром кустарничково-зеленомошно-мелкотравные и
бруснично-разнотравные на горно-таежных подзолистых, дерново-подзолистых, местами дерно¬
во-карбонатных почвах (МЭ); 23 — предгорно-долинных пойм крупных рек сегментно-островные,
с гривами, расчлененные протоками, на песчано-галечниковых отложениях с ивово-тополевыми и
темнохвойными с пихтой и елью влажнотравными лесами на аллювиально-слоистых грубоскелет¬
ных, местами дерновых почвах (С).
А* СУББОРЕАЛЬНЫЕ СЕМИГУМИДНЫЕ ПОДТАЕЖНЫЕ И ЛУГОВО-СТЕПНЫЕ СУХИХ
И ТЕПЛЫХ УСЛОВИЙ БАРЬЕРНО-ТЕНЕВОГО И ПОДГОРНОГО ПРОЯВЛЕНИЙ
А4 — I. Подгорные подтаежные светлохвойные южно-сибирского типа
А4 — 1|. Низких плато и денудационных равнин подтаежные на терригенных породах. 24 — рав¬
нинные слаборасчлененные сосновые и лиственнично-сосновые травяные злаково-разнотравные и
бруснично-травяные на дерново-подзолистых, дерново-лесных и серых лесных почвах (К); 25 —
возвышенных плато увалисто-холмистые, холмисто-грядовые и грядовые, иногда с мерзлотными
формами сосновые травяно-кустарниковые с преобладанием в подлеске рододендрона даурского,
иногда остепненные на дерново-подзолистых, дерново-лесных, серых лесных, местами на дерно¬
во-карбонатных почвах (М); 26 — подгорно-долинные болотные аккумулятивно-денудационных
равнин кустарничково-осоково-моховые (гипновые) со злаково-осоковыми заболоченными луга¬
ми и сосновыми травяными лесами на перегнойно-торфяно-глеевых и дерново-луговых мерзлот¬
но-глеевых почвах (СФ).
228
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
Окончание рис. 5.4
А4 — II. Горно-таежные светлохвойные
А4 — П|. Денудационно-эрозионных плато и возвышенностей светлохвойные на терригенных и
терригенно-карбонатных породах. 27 — предгорно-подгорные грядовых и волнистых плато, местами
с мерзлотными формами, сосновые и лиственничные травяно-кустарничковые со смешанным под¬
леском на дерново-глеевых и дерново-подзолистых почвах (М); 28 — склоновые расчлененных
гривистых низкогорьев, местами с карстовыми формами травяные преимущественно сосновые,
местами остепненные в сочетании с горно-степными группировками на дерново-лесных почвах и
черноземах (МЭ); 29 — придолинные склоновые сильно расчлененных плато, грядовые и холми-
сто-грядовые светлохвойные травяные и мелколиственно-хвойные мохово-травяные (с крупно-
травьем) на дерново-подзолистых, серых лесных и дерново-карбонатных почвах (М).
Б. СЕМИАРИДНЫЕ СЕВЕРОАЗИАТСКИЕ СУХИХ И ОЧЕНЬ ТЕПЛЫХ УСЛОВИЙ
Б,. СЕВЕРОАЗИАТСКИЕ РАВНИННЫЕ ВНУТРИ КОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ СТЕПНЫЕ
Б2 — I. Подгорные и долинные лугово-степные (южно-сибирские)
Б2 — 1|. Денудационных равнин преимущественно на породах молассовой формации. 30 — подгор¬
ных плоских слаборасчлененных равнин с широкими плоскими междуречьями разнотравно-круп¬
нозлаковые в сочетании с мелкодерновинно-злаковыми и низинными галофитно-луговыми степя¬
ми, березняками, зарослями кустарников и осоковыми лугами на выщелоченных черноземах, се¬
рых лесных, дерново-луговых почвах и солонцах (преимущественно распаханные) (УД).
Б2 — 1|. Аллювиальных аккумулятивно-денудационных равнин на терригенных и терригенно-кар¬
бонатных породах. 31 — долинные (плоских пойм и низких надпойменных террас), расчлененные
меандрирующими руслами, старицами, протоками на песках, глинах суглинках лугово-березо¬
во-сосновые с сосновыми травяными остепненными лесами, местами с бруснично-травяными ред¬
колесьями в сочетании с остепненными и заболоченными злаково-осоковыми лугами и участками
низинных болот, на дерново-лесных, дерново-подзолистых, аллювиально-луговых и дерново-глее¬
вых почвах (С).
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Основные формы антропогенной нарушенности
а — сплошные концентрированные вырубки; б — старые вырубки, заросшие лесом; в — лесо-
сечно-полосные вырубки; г — гари свежие; д — гаревые площади, заросшие лесом; е — гари по вы¬
рубкам с древостоем; ж — сенокосы, выгоны, пастбища; з — пашни, карьеры; и — основные ли¬
нейные сооружения, нарушающие природную среду; к — городские и поселковые земли.
Производная растительность
л — мелколиственные (березовые и осиновые) кратковременно-производные восстановитель¬
ные стадии; м — их длительно-производные варианты, иногда устойчивые; н — сосновые и лист¬
венничные длительно-производные варианты.
Различные природные явления
о — структурные уступы; п — выходы коренных пород и осыпи; р — мерзлотные формы; с —
карст.
Динамические категории групп фаций (индексы в легенде)
К — коренные, наиболее устойчивые; М — мнимокоренные, менее устойчивые; МЭ — мни¬
мокоренные экстраобластные, малоустойчивые; С — серийные слабоустойчивые; СФ — серийные
факторальные наименее устойчивые; УД — устойчиво длительно-производные преобразованные
(нарушенные).
рыхлого покрова. С литодинамикой здесь также связаны редкие, но показа¬
тельные с точки зрения развития нежелательных для человека процессов
разрушения коренных пород и перемещения их продуктов. Например, про¬
явления таежных комплексов редуцированного развития, несмотря на не¬
большие абсолютные высоты местности, “ложноподгольцовые” или даже
подгольцовые фрагменты (кедрачи бадановые или кедрачи кашкарнико-
229
Часть II. Ландшафтное картографирование
вые — редкостойная тайга редуцированного развития), встречающиеся на
крутых склонах, структурных уступах и выходах коренных пород. С этой
целью на карте отражается качественная оценка динамического состояния
каждого геома.
Модификации структуры геосистем и варианты ее изменения в пределах
основного таксономического типа показаны через переменные состояния и ха¬
рактер стабильности основных структур. Каждая основная таксономическая
структура наиболее устойчивого типа выступает как коренная. Она отражает
“ядерную” группу геосистем территории, в которой воспроизводятся географи¬
ческие закономерности, определяемые высотной поясностью, геологической и
климатической дифференциацией. Структурные и функциональные наруше¬
ния отражаются через мнимокоренные, серийные и различные производные
модификации: кратковременные (в основном мелколиственные) и длитель-
но-производные (хвойные), преимущественно на месте нарушенной тайги.
Мнимокоренные экстраобластные, серийные факторальные и устойчиво дли-
тельно-производные категории отражают морфогенетические разновидности
коренных систем, возникшие в результате преобразующей динамики. Это по¬
зволяет анализировать особенности каждой системы по степени потенциаль¬
ной изменчивости и, тем самым, определять характер возможных изменений
геосистемы в результате стихийного воздействия. В тех случаях, когда те или
иные коренные геосистемы переходят в разряд факторальных, должны разраба¬
тываться особые режимы их использования.
Второй слой информации составляют преобразованные территории — се¬
литебные площади, сельскохозяйственные земли (пашни, сенокосы, выгоны),
вырубки, участки гарей и нарушенных пожарами лесов.
Геоэкологические карты можно отнести к категории универсальных, по¬
скольку они отражают закономерности формирования объектов на основе кар¬
тографического моделирования инвариантных и преобразующих особенностей
регионов. Карты могут служить для решения природоохранных и других задач,
возникающих при хозяйственном использовании или освоении территории, а
также использоваться при анализе возможных изменений природы под воздей¬
ствием антропогенной деятельности.
Развиваются подходы к классификации и картографированию ландшафтов
на базе разработанных ранее геосистемных принципов в контексте инвари¬
ант-вариантной факторной модели, когда помимо основных (инвариантных,
коренных) геосистем рассматриваются их различные естественные и антропо¬
генные модификации как самостоятельные типы геосистем со свойственными
им режимами и механизмами изменчивости. Эти модели и принципы реализу¬
ются в легендах разномасштабных карт и используются для развития принци¬
пов геоэкологического картографирования, отображающих взаимодействие
природных и антропогенных систем для решения различных целевых задач.
Разработка универсальных приемов картографирования, отражающих це¬
лостность и внутренние взаимосвязи систем, с одной стороны, особенности
внешнего воздействия на них и характер преобразования под воздействием
случайных факторов — с другой, наиболее актуальна для современной геогра¬
230
Глава 5. Геосистемное картографирование ландшафтов
фин. Картографическое моделирование изменчивости геосистем относится к
разряду геоэкологических и основывается на принципах и методах геосистем¬
ного картографирования.
Геоэкологическая карта изменчивости геосистем служит основой для ре¬
шения сложной проблемы рационального природопользования и охраны
природы. Она является, по существу, оценочной, отображающей отношения
“субъект — объект” и служит концептуальной моделью для решения конкрет¬
ных задач территориального управления устойчивым развитием. Причем
субъектом выступает человек с конкретными особенностями деятельности,
объектом — геосистемы всех уровней с определенным экологическим содер¬
жанием.
Укрупнение масштабов геоэкологических карт подразумевает сочетание
регионального и топологического уровней проработки, для которых характер¬
ны собственные механизмы изменчивости. Для реализации многоуровневого
картографирования необходимо как отображение региональных черт диффе¬
ренциации геосистем и их иерархических связей, так и показ горизонтальных
связей, доминирующих на топологическом и частично низших подразделениях
регионального уровня дифференциации геосистем. При картографировании
интегрального показателя “давления” разнородных характеристик среды на
геосистемы и особенности их изменчивости необходимо отображать факто-
рально-динамические ряды, с которыми связаны специфика горизонтального
строения и изменчивость систем этого ранга.
Переменные состояния геосистемы обладают определенной формой упо¬
рядоченности, которая отображает целостность системы и характер ее взаимо¬
действия со средой. В связи с этим на региональном уровне картографирования
изменчивости геосистем отражается их структура как инвариантный аспект,
который предполагает наличие множества переменных состояний геосистем.
Принадлежность тех или иных классификационных категорий к одной струк¬
туре указывает на единство тенденций их развития, амплитуду возможного из¬
менения и вероятность перехода в соседний таксономический тип.
Характер изменчивости геосистем оценивается через вариантность и слож¬
ность составляющих их подсистем. Увеличение числа подсистем в таксономи¬
ческом типе геосистемы отражает ее устойчивость к внешним воздействиям в
силу многообразия вариантов изменений. Вместе с тем системы с крайними
проявлениями внутреннего разнообразия обладают слабым компенсационным
механизмом по отношению к внешним воздействиям.
Основное значение при инвентаризации групп фаций придается эколо-
го-морфогенетическим разновидностям каждого геомера, которые, в свою оче¬
редь, видоизменяются при удалении от области равновесия — “ядра” геосисте¬
мы. Определенные структурные и функциональные нарушения отображаются на
карте через мнимокоренные, серийные и различные производные состояния.
Становление или изменение геосистем проходит через ряд последователь¬
ных стадий — рядов трансформации, отображающих внутренние противоре¬
чия, которые проявляются в процессе развития различных составляющих гео¬
системы. Мнимокоренные экстраобластные, серийные факторальные и устой¬
чиво-длительно-производные категории отражают проявления преобразующей
231
Часть II. Ландшафтное картографирование
динамики и исторические взаимодействия различных геосистем, закрепляемых
в природе влиянием резко контрастирующих в экотонных зонах факторов
трансформации природной среды.
При картографировании изменчивости геосистем предполагается, что ан¬
тропогенные и природные системы являются частью целого, развивающегося
по общим законам. Характер антропогенных трансформаций зависит от внут¬
ренней целостности системы. Так называемые “антропогенные ландшафты”
представляют собой переменные состояния геомеров, на которые распростра¬
няются все основные свойства их изменчивости. Этот подход позволяет решить
вопросы картографического отображения взаимодействия человека и природы.
Применение такого рода картографических данных позволяет провести
регламентацию антропогенной деятельности с учетом организации и особен¬
ностей преобразования геосистем. При этом системный подход обеспечивает
более эффективное использование географической информации в социаль¬
но-экономических исследованиях, поскольку основными объектами здесь яв¬
ляются целостные природные системы.
ЧАСТЬ III
ИНТЕРПРЕТАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
Интерпретационное картографирование понимается, главным образом,
как перевод инвариантной ландшафтной карты в карту специального темати¬
ческого содержания. Эффективность этой процедуры однозначно определяет¬
ся алгоритмом преобразования карты в карту, что непосредственно связано
с отображением одной классификации (легенды) в другую (переклассифи¬
кацией).
Многообразие и соответствие разнокачественных легенд, многозначные
функциональные связи свойств геосистем — вот те проблемы, которые пред¬
стоит решить на пути к эффективной и естественной интерпретации данных и
знаний.
Ландшафтные карты в основном создаются на основе карт растительности
путем географического осмысления всего множества фактов и факторов, опре¬
деляющих ее облик как индикатора проявления ландшафтных свойств. В связи
с этим первый опыт применения процедуры интерпретации должен быть свя¬
зан с созданием карты растительного покрова. Далее он распространяется на
картографирование продуктивности позвоночных и беспозвоночных живот¬
ных, когда удается по данным локальных замеров восстановить всю картину
распределения организмов по свойственным для их жизни угодьям.
Ландшафтные идеи закономерно проникают в область исследования дру¬
гих наук и конструктивно используются для решения различных задач. Если
существует ландшафтная карта с описанием свойств каждого выдела, то необ¬
ходимо и достаточно построить некоторую качественную или количествен¬
ную функцию этих свойств, чтобы перевести ландшафтные знания в специ¬
альные оценки участков территории. Качественная функция — это некоторое
правило комбинации известных свойств геосистем, которое может быть сфор¬
мулировано как запрос в геоинформационной системе, например простое
перечисление фаций, отнесенное к данной категории значений. Количествен¬
ная функция — это уравнение, связывающее известные свойства в их ко¬
личественном выражении. Конечно, объективность интерпретационного
картографирования требует количественного подхода, но качественный ана¬
лиз на основе системных географических знаний при этом не теряет своей
ценности.
Особая и новая форма количественной интерпретации — использование
математических моделей как средства преобразования ландшафтной информа¬
ции. Здесь существенно то, что именно учет ландшафтной неоднородности
территории позволяет получить адекватный прогноз пространственно-времен¬
ной динамики различных компонентов геосистем.
233
Часть III. Интерпретационное картографирование
Глава 6
ТЕМАТИЧЕСКОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
НА ЛАНДШАФТНОЙ ОСНОВЕ
Практическое применение ландшафтных карт многообразны и многогран¬
ны. Исследователи стремятся через структуру ландшафта отобразить неодно¬
родность, разнотипность частных компонентов геосистем, дать оценку ресурс¬
ному потенциалу участков территории, сравнить эффективность мероприятий
в разных средах. Перенос знания ландшафтной карты в знания новой карты
специального содержания осуществляется разными способами, на основе ко¬
торых следует выделить общие закономерности интерпретации картографиче¬
ской информации. Лучше всего это сделать на различных примерах, иллюстри¬
рующих процедуры перевода карты в карту.
6.1. Картографирование лесных экосистем
Одним из приоритетов российской лесной науки всегда было разрешение
проблем, связанных с сохранением, воспроизводством и использованием лесов
Сибири. Ключевой проблемой является содействие естественному восстанов¬
лению лесов на фоне сохранения их биоразнообразия, покрытой лесом площа¬
ди и наиболее ценных хвойных пород после различных антропогеннных воз¬
действий: вырубок, пожаров, повреждения энтомовредителями. В этом плане
приоритеты российской науки совпадают с приоритетами европейских лесово¬
дов, где сохранение лесопокрытой площади и хвойных лесов — также главная
задача.
Запас древесины основных лесообразующих пород Сибири равен
35,3 млрд м3, в том числе запас спелых и перестойных лесов — 21,5 млрд м3.
Это составляет 52 % от аналогичных показателей по России [Соколов, Семеч-
кин, 2001].
В последние годы в России после кризиса государственного лесопромыш¬
ленного комплекса 1990-2000 гг. все шире практикуется аренда лесных земель
акционерными обществами и компаниями для проведения лесозаготовок.
Нередко следствием эксплуатации лесов лесопромышленными ОАО является
нарушение технологии лесозаготовок, отсутствие работ по лесовосстановлению
на вырубках. В результате в ряде отдаленных регионов Сибири, где могут
произрастать высокопродуктивные насаждения, лесные ресурсы осваиваются
слабо, а расчетная лесосека используется на 1/2 или 1/3 от необходимой, что
приводит к преобладанию в структуре лесов разрушающихся перестойных на¬
саждений, захламлению территории и повышению пожароопасности. В приго¬
родных лесах и лесах, произрастающих в районах с развитой инфраструктурой
(дороги, населенные пункты), происходит превышение объемов рубки древе¬
сины относительно ежегодной расчетной лесосеки. При этом нередко выруба¬
ются лесные массивы, не достигшие спелого и перестойного возраста, недоста¬
точно возможностей для проведения мероприятий по лесовосстановлению, ту¬
шению пожаров и соблюдению нормального законодательного управления
234
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
лесным комплексом. Отсутствие сбалансированного лесопользования приво¬
дит к необходимости решения этого вопроса путем определения лесораститель¬
ных районов с наибольшей экономической эффективностью использования
лесных ресурсов на основе картографической документации.
6.1.1. Динамический подход к изучению лесной растительности
К приоритетам правильного ведения лесного хозяйства относятся обеспе¬
чение ресурсооборота при сбалансированном лесопользовании и лесовосста¬
новлении, когда поддерживается оптимальная структура лесов за счет их актив¬
ного роста и своевременной строго нормированной эксплуатации [Соколов,
Семечкин, 2001]. Проблема оптимального нормирования лесопользования в
свою очередь тесно связана с проблемой успешной лесоинвентаризации и уче¬
та лесных земель на картографической основе.
Применение динамического подхода к изучению лесной растительности
позволит сформировать управленческую систему восстановления лесов и опти¬
мальной реконструкцией лесных насаждений на базе прогнозных моделей, ха¬
рактеризующих особенности возрастного изменения лесных сообществ. Со¬
ставление карт лесной растительности на ландшафтной основе с отражением ее
современного и прогнозируемого состояния позволит определять региональ¬
ные системы ведения лесного хозяйства на зонально-типологической основе и
выделять районы экономической целесообразности различных видов исполь¬
зования лесных ресурсов. В конечном итоге сформируется мониторинговая по¬
литика управления лесным хозяйством и лесопользованием на всех уровнях.
При сопоставлении лесов различных регионов России и европейских стран
возникнет также проблема унификации классификаций для отражения состоя¬
ния лесного покрова и изучения восстановительно-возрастной динамики, в ча¬
стности изменений в составе древостоя и его продуктивности с целью обеспе¬
чения сбалансированного лесопользования.
Концепция динамического подхода к изучению лесной растительности,
основанная на теории структурно-динамического ландшафтоведения и геогра-
фо-генетического направления, позволяет использовать различные методы для
констатации возможных изменений в структуре лесного покрова после нару¬
шения лесов в результате рубок, пожаров и других форм воздействия на них
[Колесников, 1958; Крауклис, 1975а, 1979; Сочава, 1978, 1979; Михеев, 1987; Бе¬
лов 1983, 1985, Смолоногов, 1990; Кузьменко, Смолоногов, 2000а, б; Белов и
др., 2002; Кузьменко, Улыбина, 2003].
Так, на таежных территориях Красноярского края и Иркутской области
преобладает два типа временных изменений лесного покрова: 1) восстановле¬
ние лесных сообществ после сплошных пожаров на территориях, где древостой
разрушены полностью; 2) формирование сообществ на участках после сплош¬
ных рубок, где оставлялись обсеменители, недорубы, участки неспелого леса.
Процесс восстановления на таких участках начинается заново, но с участием
ценотических компонентов прежних сообществ. Как показали исследования, в
южной тайге правобережной части Ангаро-Енисейского региона такой тип
восстановления лесов нередко характеризуется наличием сукцессионных смен
235
Часть III. Интерпретационное картографирование
в результате изменений климата и микроклимата, когда на местоположениях
коренных пихтовых лесов возникают устойчиво-производные мелколиствен¬
ные и темнохвойно-, светлохвойно-мелколиственные сообщества [Кузьменко,
Смолоногов, 2002].
В лесах Центральной Европы возрастная динамика преимущественно от¬
ражает процесс естественного функционирования и искусственного лесовос¬
становления лесных сообществ во времени, включая смены поколений без
воздействия сильных разрушительных факторов. Изучение структуры древо¬
стоя и биоразнообразия еловых лесов в Австрийских Альпах на разных высот¬
ных уровнях (от 350 до 1540 м) показало, что изменения в древостое происхо¬
дят преимущественно в результате изменений экологических факторов (сум¬
мы годовых осадков и средних температур воздуха) по высотным поясам
[Neumann, Starlinger, 2001]. При этом они отсутствуют в фитоценотической
структуре древостоев сообществ под воздействием каких-либо антропогенных
нарушений.
Австрийские и норвежские исследователи при описании и классифика¬
ции лесов используют методику Ж. Браун-Бланке геоботанической школы
Цюрих — Монпелье [Braun-Blanguet, 1964]. Наши исследования базируются
на концепциях инварианта геосистемы и генетического типа леса. Сопостав¬
ляя эти направления исследований, можно констатировать, что есть много
общего в оценках параметров лесного покрова и его динамики, но достаточно
особенностей, характерных для различных научных школ. Несмотря на мно¬
гогранную оценку лесов за рубежом по методу Ж. Браун-Бланке, он ограни¬
чивает представление о лесотипологическом разнообразии лесного покрова.
Статистические сводки по типам леса Норвегии представлены преимущест¬
венно тремя группами лесов: еловыми, сосновыми и березовыми насажде¬
ниями. Это не отражает многообразие горных лесов Норвегии [Study on
European..., 1997; Tomter, 2000]. Подробно дана оценка лесных площадей по
вегетационным типам, учитывающим характер травяно-кустарничкового яру¬
са, но при этом породный состав древостоя не отражен в числовых показате¬
лях. В составе древостоя указывается только участие доминантов и субдоми-
нантов без количественной оценки. Оригинален учет расстояний между лес¬
ными ареалами, что в российской лесоинвентаризации не практикуется даже
в малолесных районах.
При построении временных трендов, отражающих динамику лесных пло¬
щадей, объемов древесины, возраста древостоев и других показателей по раз¬
личным регионам Норвегии, используются данные лесоинвентаризации по 3-6
временным срезам с 1919 по 1998 г. Это хорошо иллюстрируют происходящие
изменения в структуре лесов за столетие и их ресурсное значение, однако не
показаны изменения в структуре древостоя по классам возраста хотя бы одного
доминирующего типа леса или ассоциации и не отражен механизм формирова¬
ния сообщества для его “управления” в процессе роста. Так, в регионе
“Takseringsar” за 1919-1998 гг. увеличились площади насаждений ели и сосны с
большим возрастом и объемом древесины [Tomter, 2000]. Очевидно, стало
больше спеловозрастных лесов, пригодных для рубок и использования в других
целях. Однако на вопрос, как будут со временем меняться состав, возраст, объ¬
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
емы древесины и другие показатели лесной инвентаризации в конкретной ело¬
вой ассоциации, например Piceetum myrtillosum (ельнике черничном), используя
такой подход, ответить невозможно.
При инвентаризации и разработке классификационных схем типов леса
для российских лесов биогеоценотическая концепция В.Н. Сукачева
[Основы..., 1964] позволяет представлять каждую группу типов леса по пород¬
ному составу и дифференцировать по травяно-кустарничковому ярусу и экото-
пу. Концепция географо-генетического направления Б.П. Колесникова [1958]
отражает динамический подход в изучении и классификации лесных сооб¬
ществ, когда разновозрастные производные и коренные сообщества, относя¬
щиеся к одному типу лесорастительных условий, объединяются в один генети¬
ческий тип леса и классифицируются по их зонально-провинциальному стату¬
су. При этом коренные и производные сообщества объединяются в один
“хозяйственный” тип леса и к ним применяются однозначные мероприятия
при рубках ухода и реконструкции насаждений. Мелколиственные леса, в кото¬
рых процесс восстановления на хвойные сообщества не произойдет, выделяют¬
ся в самостоятельную классификационную категорию устойчиво-производных
типов леса.
По мнению С.А. Дыренкова [1985], по существу и форме концепция гене¬
тического типа леса близка к учению “о типах развития растительности” Э. Ай-
хингера [Achinger, 1967]. В то же время некоторые геоботаники проводят парал¬
лели между методологией в учениях Э. Айхингера и Браун-Бланке [Александ¬
рова, 1964; Трасс, 1976]. Согласно учению Э. Айхингера, к одному типу
развития растительности относятся физиономически и флористико-сингене-
тически сходные фитоценозы, обусловленные относительно однородным эко¬
логическим режимом, которые рассматриваются как члены определенного
ряда развития растительности — от вырубок и гарей до лесных сообществ. Та¬
кое определение приближается к трактовке генетического типа леса. Однако в
учении “о типах развития растительности” Э. Айхингера в отличие от иссле¬
дований с использованием теории географо-генетического направления
Б.П. Колесникова и Е.П. Смолоногова рассматривается только сукцессион-
ная смена ассоциаций и приводятся примеры восстановления еловых лесов
через сосновые и лиственничные фитоценозы, но при этом никак не отража¬
ются возрастные изменения в фитоценозах и параметрах их древостоев между
сменами сукцессий, а тем более не предпринимаются попытки определять их
зонально-провинциальный статус. По мнению С.А. Дыренкова [1985], такая
классификация не может претендовать на решение вопросов рационального
использования лесов лучше классификаций, базирующихся на экосистемном,
а тем более геосистемном подходах. Однако проблему унификации лесной ти¬
пологии для различных регионов России и стран Европы лучше решать путем
сопоставления классификаций генетических типов леса, приближенных к
географическим классификациям ландшафтных фаций, и геоботанических
классификаций по системе Э. Айхингера, требующих детального описания
флористического состава и характеристики динамических смен лесной
растительности.
237
Часть III. Интерпретационное картографирование
6.1.2. Картографирование лесной растительности
На первом этапе динамический подход к изучению лесной растительности
предполагал выделение сообществ климаксовой (коренной) растительности и
выявление ее связей с подчиненными производными сообществами. Он ус¬
пешно применялся при составлении геоботанических и ландшафтных карт,
включая карты, дающие оценку потенциальной растительности для прогноза ее
изменений согласно концепции инварианта геосистем [Ландшафты..., 1977;
Сочава, 1978, 1979; Нешатаев, 1987; Белов и др., 2003]. Сформулированный в
рамках учения о лесной фитоценологии и биогеоценологии, он редко исполь¬
зовался при составлении лесных карт и планов лесонасаждений в процессе ле¬
соустройства, что уменьшало ценность этих картографических документов для
планирования оптимального сбалансированного лесопользования.
Классификация лесных сообществ в процессе их изучения и картографи¬
рования на ландшафтной основе с использованием геосистемного подхода, до¬
полняющего генетическую классификацию, позволяет сделать ее более упоря¬
доченной [Кузьменко, Смолоногов, 2000а].
При изучении лесного покрова в горной местности Восточного Танну-Ола
с использованием геоэкологического анализа генетические типы леса диффе¬
ренцировались по высотным поясам, высотным классам, характеру рельефа,
увлажнения почв и их структуре [Махонин, Смолоногов, 1976]. Такой подход
применялся нами при составлении инвентаризационной электронной карты
“Лесная растительность юго-восточной части Ангаро-Енисейского региона
(правобережье Енисея)”. Однако процесс составления этой карты, когда наря¬
ду с объединением разновозрастных производных и коренных сообществ в эн-
додинамические пространственно-временные ряды необходимо было отразить
смены лесной растительности под воздействием быстро меняющихся экологи¬
ческих факторов, нуждался в дополнении географическими подходами по¬
строения факторально-динамических рядов. Необходимо также применение
геомерных региональных классификаций, четко упорядоченных по иерархии,
которые позволят перейти к этапу лесорастительного районирования [Кузь¬
менко, Смолоногов, 2000а; Кузьменко, Улыбина, 2003], для чего используется
двухрядный принцип классификации геосистем по геомерному и хорологиче¬
скому рядам [Ландшафты..., 1977].
Классификация лесной растительности юго-западной части Ангаро-Ени-
сейского региона (левобережье Енисея) выполнена на ландшафтной основе с
применением геомерного подхода по В.Б. Сочаве [1978] и B.C. Михееву [1987].
Ландшафтные геомерные классификационные категории сопоставлены с сис¬
темой лесорастительных таксонов, принятых в лесоведении и использовавшей¬
ся при районировании лесов Тюменской области и Северного Урала [Смоло¬
ногов, Вегерин, 1980; Смолоногов, 1990]. Система лесорастительных таксонов в
данном случае представляет хорологические пространственные единицы на ре¬
гиональном уровне в ранге лесорастительных подрайонов, районов и провин¬
ций. В процессе составления карты на топологическом уровне выделялись гео¬
мерные классификационные единицы: группы ландшафтных фаций (группы
типов леса) и геомы (ландшафтные округа), или в лесной терминологии —
238
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
лесорастительные округа. На региональном уровне отражены ландшафтные
геомерные классификационные единицы, которые сопоставлены с хорологи¬
ческими единицами лесорастительного районирования: подгруппами геомов
(лесорастительными районами) и двумя группами геомов (провинциями):
Приенисейской (Обь-Иртышской) лесоболотной и Приенисейской темно-
хвойно-таежной, включающей лесорастительные комплексы, переходные к
восточно-сибирской тайге [Кузьменко, Смолоногов, 2000а].
Таким образом, базовой основой для оценки современного состояния лес¬
ной растительности, выявления сукцессионных смен и прогнозируемой расти¬
тельности являются картографические модели. Фрагмент карты лесной расти¬
тельности на юго-восточную часть Ангаро-Енисейского региона отражает со¬
временное состояние лесной растительности, ее динамические тенденции и
антропогенную нарушенность (рис. 6.1).
Для составления карты использовались различные фондовые материалы:
топографические, геоморфологические, лесные, почвенные карты с привлече¬
нием материалов лесной таксации, ландшафтно-экологических и стационар¬
ных исследований [Крауклис, 1975а—г, 1979; Суворов, 1980; Калашников, 1987;
Михеев, 1987], а также космические снимки (летние цветные синтезирован¬
ные, камера МК-4 аппарата “Ресурс Ф”). Для автоматизированной обработки
снимки оцифрованы с разрешением 9-11 м. Совмещались разные слои инфор¬
мации, снятые с карт (рельеф, почвенный и лесной покров), для выявления
интегральных границ лесных сообществ. По космическим снимкам уточнялись
границы ареалов групп типов леса, гарей, восстанавливающихся и невосстано-
вившихся вырубок, сельхозугодий, лугов и других объектов [Кузьменко, 2002а;
Kuzmenko, 2001, 2003; Kuzmenko, Smolonogov, 2002]. Для вырубок указывается
их связь с коренными типами леса (см. рис. 6.1).
На ключевых участках проведено описание флористического состава био¬
геоценозов (древесный и травяно-кустарничковый ярусы) и лесораститель¬
ных условий (рельеф, увлажнение почвы). При типизации местоположений
учитывались структурные элементы рельефа (водораздел, склон, терраса) и
экспозиция склонов. Характер увлажнения и почвенный покров связаны с
типом местоположения и совместно характеризуют тип лесорастительных ус¬
ловий.
В процессе классификации сходные биогеоценозы (элементарные выделы
ландшафтных фаций) объединялись в типы биогеоценозов (ландшафтные фа¬
ции), а те соответственно — в группы биогеоценозов (группы ландшафтных
фаций, группы типов леса) по составу доминантных и эдификаторных видов,
характеру рельефа (местоположения), увлажнению и почвенному покрову.
Группы типов леса являлись основной единицей крупномасштабного картогра¬
фирования. В генетический тип леса, или ландшафтную фацию, объединялись
группы биогеоценозов коренной растительности и подчиненные ей группы
производной растительности одного сукцессионного ряда развития с относи¬
тельно однородным флористическим составом и типом лесорастительных ус¬
ловий. В легенде группам типов леса, характеризующим коренную раститель¬
ность, подчинены производные сообщества (те же номерами с буквенными
обозначениями) (см. рис. 6.1). На небольшом фрагменте сложно показать пол¬
239
Часть III. Интерпретационное картографирование
ный цикл сукцессионных смен, поэтому для ряда типов леса в легенде пред¬
ставлены только коренные или производные состояния.
В процессе перевода карты лесной растительности юго-восточной части
Ангаро-Енисейского региона в электронно-цифровой вид использовалась оте¬
чественная многофункциональная адаптируемая геоинформационная система
“МАГИС-32” центра “Сибгеоинформ” [Многофункциональная..., 2000; Кузь¬
менко, Улыбина, 2003]. На первом этапе проведена оцифровка карты в форма¬
те АЗ. Далее осуществлены контроль оцифрованной карты на соответствие в
модели, принятой в МАГИС, конвертация цифровой карты в формат HTML
системы МАГИС и собственно формирование проекта МАГИС. Затем разраба¬
тывались библиотеки условных знаков карты М 1 : 200 000 лесной растительно¬
сти и структура классификатора цифровой информации карты. ГИС раститель¬
ности региона содержит базы пространственных и семантических данных, биб¬
лиотеки графических атрибутов и программного обеспечения.
Изучение современного состояния лесов в различных ландшафтных рай¬
онах юго-восточной части Ангаро-Енисейского региона показало, что в южной
16 17
L ll
18
240
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
части региона сохраняются разнообразные экосистемы с фрагментами корен¬
ных лиственничных, сосновых, кедровых и пихтовых лесов с генетически под¬
чиненными производными вариантами пихтово-березовых, сосново-березо-
вых, березовых и осиновых лесов. Производные сообщества сформировались
на местоположениях коренных лесов после пожаров, вырубок и других антро¬
погенных воздействий.
Анализ карты показывает, что структура современного лесного покрова
сформирована под влиянием вертикальной поясности и меняется с высотой от
еловых лесов на низких плакорных равнинах (150-200 м над ур. м.) до горных
лиственничных лесов. По высотному положению группы типов леса диффе¬
ренцировались по пяти высотным классам: среднегорный с лиственничными
лесами (500-600 м над ур. м.), низкогорно-предгорный с бореальными пих¬
тово-кедровыми и кедрово-пихтовыми лесами (400-500 м над ур. м.), класс
возвышенных водораздельных равнин с кедрово-елово-пихтовыми лесами
(250-400 м над ур. м.), лесной комплекс террас и склоново-долинных участков
с различными сосновыми, сосново-березовыми лесами на высоких террасах и
ч —
Рис. 6.1. Фрагмент карты современной лесной растительности юго-восточной части
Ангаро-Енисейского региона. М 1 : 200 000.
I. Среднегорный пояс лиственничных лесов (500-600 м): 1 — сосново-кедрово-лиственнич-
ные, лиственничные бруснично-травянистые, бруснично-лишайниковые леса на дерново-слабо¬
подзолистых суглинистых и супесчаных почвах высоких вершин холмов (климаксовые).
II. Низкогорно-предгорные леса (400-500 м): 2 — кедровые, пихтово-кедровые бруснич¬
но-лишайниковые, лишайниковые на скелетных суглинистых почвах высоких узких грив и крутых
склонов (климаксовые); 3 — кедрово-сосновые, кедрово-лиственничные разнотравно-осочковые
на месте нарушенных кедровых, пихтово-кедровых, лиственнично-кедровых бруснично-зеленомош-
ных лесов водораздельных хребтов и высоких грив (производные); 4 — кедрово-пихтовые с сосной,
лиственницей мелкотравно-зеленомошные на денудированных отложениях траппов Приангарско-
го пояса низкогорий и плато (климаксовые); 4а — пихтово-кедрово-березовые, березово-пихто¬
во-кедровые травяно-зеленомошные леса на месте лесов типа 4 (производные); 5 — лиственнич-
но-сосновые, кедрово-сосновые, сосновые бруснично-лишайниковые, бруснично-толокнянковые
леса грядовых низкогорий и приподнятых плато (климаксовые); 6 — березово-сосновые, смешан¬
ные пихтово-березово-сосновые бруснично-осочковые леса крутых водораздельных склонов (кли¬
максовые); 7 — пихтово-кедрово-еловые, кедрово-еловые осочково-кисличниковые пологих скло¬
нов (преимущественно северной экспозиции) хребтов и водоразделов (климаксовые); 7а — кедро¬
во-елово-березовые, елово-кедровые осочково-кисличниковые леса на месте нарушенных лесов
типа 7 (производные и длительно-производные).
III. Леса плакорных водораздельных равнин (250-400 м): 8а — пихтово-березовые, елово-пих-
тово-березовые, березовые с елью, пихтой травяно-зеленомошные леса на месте нарушенных кед¬
рово-елово-пихтовых мелкотравно-зеленомошных лесов плакорных равнин (устойчиво-производ¬
ные); 86 — елово-пихтово-осиновый, кедрово-пихтово-осиновый бруснично-разнотравный, pav
нотравно-осочковый на месте нарушенных кедрово-елово-пихтовых мелкотравно-зеленомошных
лесов плакорных равнин (производные).
IV. Лесной округ приречных равнин, террас и склоново-долинных комплексов: 9 — березо¬
во-сосновые, сосновые крупнотравно-папоротниковые, разнотравные леса нижних частей скло¬
нов, логов; 10 — березово-сосновые, сосновые с елью осочково-травянистые леса низких геррас;
11 — кедрово-еловые, еловые хвощово-долгомошные, багульниково-сфагновые леса припоймен¬
ных частей рек; 12 — елово-кедровые багульниково-сфагновые леса низких террас и пойм рек; 13
сосновые, сосновые с березой багульниково-сфагновые леса низких террас и пойм рек; 14 — сосно¬
вые с березой кассандрово-сфагновые леса низких террас и сырых пойм рек.
Антропогенно измененные: 15 — восстанавливающиеся вырубки; 16 — лесные посадки на вы¬
рубках; 17 — луга; 18 — невосстановившиеся вырубки; 19 — реки.
Jakaj № 560
241
Часть III. Интерпретационное картографирование
кедрово-еловыми, березово-еловыми, елово-кедровыми хвощово-долгомош-
ными и багульниково-сфагновыми сообществами на низких приречных тер¬
расах и в приболотных местоположениях. Низкие плакорные суглинистые рав¬
нины (150-250 м над ур. м.) с елово-пихтовыми и пихтово-еловыми, а иногда
елово-кедровыми осочково-зеленомошными и кустарничково-зеленомошны-
ми лесами на дерново-подзолисто-глееватых почвах, представляют не типич¬
ный для этой территории лесной комплекс, но характерный для Приенисей¬
ской (Обь-Иртышской) лесоболотной провинции Енисейского левобережья,
являющегося частью Западно-Сибирской равнины. Почти во всех лесорасти¬
тельных высотных классах присутствуют пихтовые леса, которые частично
сходны по флористическому составу древесного яруса, но различны по функ¬
циональным свойствам и характеру сукцессионных смен, поэтому должны
иметь статус самостоятельных генетических типов леса, что не всегда отражает¬
ся в лесотипологических классификациях для данного региона.
Карта лесной растительности юго-восточной части Ангаро-Енисейского
региона, составленная с использованием динамической классификации типов
леса на ландшафтной основе, упорядочивает и унифицирует лесные классифи¬
кации по высотным поясам и классам, характеру рельефа и увлажнения почв,
синтезирует производные и коренные сообщества в один инвариант или
генетический тип леса. Она отражает также факторально-динамические, на
этой части территории преимущественно гидроморфные, ряды факторных из¬
менений сообществ от болотных до лесоболотных и лесных на террасах и
приречных равнинах. Изменение условий увлажнения в сторону уменьшения
приводит к быстрой трансформации сообществ, когда мезотрофно-евтрофные
открытые болота переходят в мезотрофные плоскобугристые сфагново-кустар¬
никовые болота низких террас и приречных пойм и далее в облесенные сосно¬
вые кустарничково-сфагновые рямы окраин болот. Карта фиксирует также су¬
щественные изменения в структуре лесного покрова, характере сукцессионных
смен, которые произошли за последние 35—50 лет, а следовательно, может
стать основой для изменения характера лесопользования в этой части региона
[Кузьменко, Улыбина, 2003]. Однако при ее составлении на этапе инвентариза¬
ции недостаточно используются преимущества географического подхода с вы¬
делением геомов, групп геомов и перевода их в классификационные единицы
лесорастительного районирования, как при создании карты лесной раститель¬
ности левобережной части Ангаро-Енисейского региона [Кузьменко, Смоло¬
ногов, 2000а].
В ГИС выделялись следующие картографические слои: группа типов леса,
антропогенные нарушения (вырубки, гари), экологические характеристики.
Слой “группы типов леса” представлен коренными, коротко-производными,
длительно-производными и устойчиво-производными группами типов леса.
Введение этих временных категорий позволяет ставить задачу создания про¬
гнозной карты лесной растительности (см. п. 8.3).
Как отмечал В.Б. Сочава [1978], опыт выделения геомов пока невелик, и
выделение геомера рангом выше класса ландшафтных фаций (в лесной типоло¬
гии — типа лесных массивов) имеет узловое значение для понимания связи ме¬
жду системами топологической и региональной размерности, когда можно су¬
242
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
дить о степени гетерогенности природной среды в региональном масштабе.
Лесные классификации имеют аналоги геомерного ряда на топологическом
уровне (тип леса, совокупность (группа) типов леса, тип лесного массива и ле¬
сорастительный округ), но не имеют классификационного аналога геомерного
ряда на региональном уровне [Махонин, Смолоногов, 1976; Смолоногов, 1990].
Применение геомерной ландшафтной классификации на региональном уровне
позволит перейти к лесорастительному районированию и решать региональные
задачи по оценке структуры и пространственно-временной динамике лесов.
6.2. Картографирование населения почвенных беспозвоночных
Для анализа изменений структуры животного населения территории и
взаимосвязей компонентов с факторами среды на локальном, сублокальном и
региональном уровнях были использованы методы крупномасштабного эколо¬
гического картографирования. Они способствуют выявлению тонких различий
в структуре ландшафта, позволяя глубже понять динамические процессы и по¬
тенциальные возможности географической среды (Сочава, 19626J. Тематиче¬
ские карты, отражая распространение животных, являются основой для выяс¬
нения связей между организмами и абитической средой и понимания роли тех
или иных видов в биоценозах, оценки ресурсов, организации отдыха, проведе¬
ния борьбы с вредными видами и других мероприятий [Туликова, 1969; Равкин,
Лукьянова, 1976; Туликова, Комарова, 1979; Белов и др., 2002]. Крупномасштаб¬
ные схемы и карты распространения сообществ почвенных беспозвоночных мо¬
гут использоваться также для познания пространственной организации зооцено¬
зов, закономерностей динамики и оптимизации экологического контроля за со¬
стоянием популяций отдельных видов и ландшафта в целом.
Структура биотических сообществ почв с учетом ценотических отношений
отдельных групп беспозвоночных животных, отражающая активность и специ¬
фику биологического круговорота, является своего рода индикатором состояния
геосистемы в целом. Для этого необходимы детальное понимание внутриланд-
шафтных взаимосвязей и определение географических пределов их проявления.
В настоящее время недостаточно разработаны единые научные принципы
и картографические приемы составления карт почвенной биоты. Изучение зоо¬
ценозов почв с целью картографирования связано с рядом трудностей, которые
делают необходимым определение взаимных связей отдельных компонентов и
пространственной сопряженности географических явлений, а также выяснение
доминирующих и индикационных элементов зоокомплексов и отражение по¬
следних на карте. Структура зооценозов настолько сложна и многообразна, что
ее изучение на видовом уровне возможно только коллективом, включающим
специалистов по разным группам беспозвоночных. Вместе с тем составление
картосхем распределения педобионтов имеет и некоторые методические пре¬
имущества, вытекающие из возможности более точного определения величины
зоомассы на единицу площади (в связи с более низкой по сравнению с обитате¬
лями наземных ярусов биогеоценозов миграционной способностью почвенных
беспозвоночных) и последующего анализа связей педобионтов с факторами
среды.
243
Часть III. Интерпретационное картографирование
При разработке методов экологического картографирования наибольшего
внимания заслуживает изучение сопряжения территориального распределения
отдельных групп почвенных беспозвоночных и географических особенностей
природных процессов и явлений как комплекса факторов, определяющих гра¬
ницы их ареалов. Поскольку территориальные группировки почвенных живот¬
ных не имеют видимых границ пространственной локализации, для построе¬
ния карт на основе полученных знаний используются возможности ландшафт¬
ной индикации и интерпретационного картографирования.
Основой дифференциации природных условий, представляющих среду
обитания животных, является сочетание ландшафтно-экологических ситуаций,
включающих орографические, фитоценотические и почвенно-климатические
характеристики, которые учитываются при выделении территориальных ланд¬
шафтных единиц. Совпадение спектра эдафических условий, определяющих
нормальную жизнедеятельность геобионтных организмов, позволяет использо¬
вать структуру животного населения в качестве диагностических объектов раз¬
личных типов почв [Мордкович, 1977]. Поскольку ландшафтная карта является
комплексной и синтетической, объединяющей большой объем информации о
состоянии всех основных компонентов географической среды, она представля¬
ет наиболее проработанную и предпочтительную основу дня картографирова¬
ния населения почвенных беспозвоночных. Соответствие структуры животного
населения определенным ландшафтным выделам интерпретировалось нами с
позиций ландшафтно-типологического подхода — сопоставление и последую¬
щая идентификация сообществ почвенных беспозвоночных конкретным усло¬
виям среды их обитания.
Источником фактического материала послужили разномасштабные много¬
летние исследования населения беспозвоночных животных на полигоне-тран-
секте в спонтанной тайге и на вырубках, инструментальные комплексные
съемки на пробных площадях локальных и региональных профилей, где в каче¬
стве основных территориальных единиц рассматривались элементарные гео¬
системы и их состояния [Крауклис, 1969а, 19756, в].
Детальное изучение пространственной дифференциации населения поч¬
венных беспозвоночных с использованием хорологического и структурно¬
динамического подходов проводилось на эталонном участке, охватывающем
четыре основные формы местного рельефа (урочища): 1 — равнинные водораз¬
дельные поверхности плакорного типа; 2 — осложненные трапповыми интру¬
зиями выпуклые водоразделы и склоны; 3 — примыкающие к истокам ручьев
вогнутые пологонаклонные водоразделы и склоны (водосборные понижения);
4 — днища долин ручьев. Для сбора фактических данных использована ланд¬
шафтная карта [Крауклис, 1969а, 1979], на которой в качестве основных струк¬
турных элементов южно-таежного ландшафта выступают около 30 типов эле¬
ментарных геосистем — фаций.
По характеру факторальной изменчивости исследованы фации различных
категорий: коренная (рассматриваемая как фоновая норма, предопределяемая
положением ландшафта в системе зонально-секторно-высотного подразделе¬
ния географической среды), полукоренные, мнимокоренные, полусерийные и
серийные, представляющие различные отклонения природных условий в але-
244
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
ментарных выделах ландшафта от его фоновых свойств. Фации, сгруппирован¬
ные в ряды по общности местоположения в порядке увеличения динамично¬
сти, отражают связи между коренной фацией и сериями наиболее изменчивых
образований [Крауклис, 1974] (см. п. 1.2).
Выбранные на ключевом участке Приангарского таежного стационара эта¬
лонные площади для параллельных комплексных съемок, включающие пла-
корную, субгидроморфную и сублитоморфную фации и их аналоги, широко
распространены в Приангарье и в значительной степени своими характеристи¬
ками определяют региональную ландшафтную структуру.
Для оценки степени совпадения пространственной изменчивости террито¬
риальных единиц с дискретностью в распределении и локализации обитающих
в почве и на ее поверхности беспозвоночных были проведены детальные иссле¬
дования на площадях экологического профиля от истоков ручья до водораз¬
дельной поверхности плакорного типа, включающего пять выделов фаций.
Здесь была предпринята попытка определения рубежей по зоомассе, а также
сопоставления проб по сходству структуры сообществ графическим способом.
Результаты этих исследований дали возможность выявить основные тен¬
денции качественных и количественных изменений зооценозов преимущест¬
венно в пределах темнохвойно-таежного участка [Изучение..., 1980; и др.]. Вы¬
полненная на основе площадной съемки эталонного участка южно-таежного
ландшафта картосхема распределения биомассы почвенных беспозвоночных
(рис. 6.2) иллюстрирует пространственную вариабельность количественных ха¬
рактеристик геобия, связанную с неоднородностью абиотических условий: раз¬
нообразием геоморфологического строения, дифференциацией почвообразую¬
щих пород, локальными особенностями гидротермического режима [Бессоли¬
цына, 1985]. Частично она отражает различия показателей биомассы в пределах
однотипной элементарной геосистемы, обусловленные динамикой животного
населения в ходе естественного восстановления темнохвойной тайги после эк¬
зогенных нарушений и в связи со сменой лесообразующих пород.
Анализ пространственных изменений биомассы животного населения почв
южно-таежного ландшафта показал, что ее количество уменьшается от приво¬
дораздельных поверхностей к днищам долин мелких водотоков. Из числа эко¬
логических факторов критическое значение здесь имеет теплообеспеченность
почвы, лимитирующая численность и активность животных, а также в значи¬
тельной степени определяющая структуру геобия.
Для выяснения закономерностей пространственного распределения сооб¬
ществ беспозвоночных и их динамики под воздействием естественных и антро¬
погенных факторов осуществлен сравнительный анализ качественных и количе¬
ственных характеристик зооценозов на расширенной информационной основе
[Бессолицына, 1985; Бессолицына и др., 1991]. Исследования проводились на
пробных площадях ландшафтно-экологического профиля, включающего основ¬
ные элементы южно-таежного (нижне-чунского) и подтаежно-южно-таежного
(чуно-бирюсинского) ландшафтов, характеризующихся, многокомпонентно-
стью фитоценозов, мозаичностью и большим разнообразием производных сооб¬
ществ, возникающих в результате деятельности человека. Пробные площади ох¬
ватывают различные местоположения и структурно-динамические составляю-
245
Часть III. Интерпретационное картографирование
Рис. 6.2. Распределение биомассы почвенных беспозвоночных в темнохвойной тайге.
Масса (г/м2): I - 0,5-10; 2 - 10-15; 3 - 15-20; 4 - 20-25; 5 - 25-30; 6 - 30-35; 7 - 35-45.
щие: выровненные участки междуречий — плакоры с суглинистыми почвами,
сублитоморфные, субгидроморфные, гидроморфные и субкриоморфные фации.
Высокие количественные показатели биомассы характерны для наиболее
обеспеченных теплом флювиально-субгидроморфных участков склонов и
водоразделов, а также для фаций сублитоморфного ряда с дерновыми лесными
почвами на вершинах трапповых холмов, не нарушенных антропогенным воз¬
действием. Здесь существенное значение имеют локальные особенности строе¬
ния фитоценозов: максимальных значений масса беспозвоночных достигает в
выделах фаций с высоким обилием или даже преобладанием мелколиственных
пород. Концентрация на поверхности почвы органического вещества в виде
листового опада, служащего источником пищи фитосапрофагам, способствует
значительному увеличению численности и биомассы крупных олигохет.
В качестве фоновой нормы (наиболее типичных зональных условий) нами
рассматриваются пихтовые осочково-мелкотравные леса со средне- и сильно¬
подзолистыми суглинистыми почвами, расположенные на плакорных поверх¬
ностях. Животное население этого ценоза имеет средние показатели биомассы
и численности, а также относительной стабильности как в таксономическом
составе, так и в количественном соотношении основных групп.
По мере перехода от коренной фации к фациям гидроморфной серии уве¬
личиваются влажность почвы и запас фитомассы травянистого покрова. Тепло-
обеспеченность корнеобитаемого слоя в период наибольшей активности бес¬
246
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
позвоночных повсюду приблизительно одинакова, кроме крайней — крио-
гидроморфной — фации, где температура почвы заметно понижена. Общей
тенденцией изменения количественных характеристик геобия на склоне водо¬
сборного понижения, покрытого зрелым пихтовым лесом, является постепен¬
ное снижение к его подножию суммарной биомассы почвенных беспозвоноч¬
ных и повышение их численности.
Структура зооценозов полукоренных и мнимокоренных фаций субгидро-
морфного ряда относительно стабильна. Она включает гигрофильные и мезо-
термофильные элементы. По суммарной биомассе на единицу площади зоо¬
комплексы полукоренной и мнимокоренной фаций имеют близкие значения,
однако структура неодинакова. С увеличением гидроморфности в составе гео¬
бия постепенно снижается удельное значение люмбрицид, одновременно по¬
вышается количество немикроскопических энхитреид.
Биогеоценозы, отражая состояние элементарной геосистемы, включают не
только набор биологических объектов с определенной генетической структу¬
рой, а и ценотическое разнообразие, выраженное различиями экологического
статуса отдельных видов, а следовательно, и числом особей в популяциях и их
соотношением в сообществах.
Исходя из подобия состава сообществ почвенных беспозвоночных, опреде¬
ляется тип животного населения, который объединяет зооценозы одного струк¬
турно-таксономического уровня. При выделении типов животного населения
учитывались количественные характеристики, совокупность доминирующих
видов, спектры жизненных форм и соотношение экологических групп. Качест¬
венная оценка базировалась на определениях родов и семейств, а в ряде случа¬
ев — отрядов (в зависимости от степени изученности и возможности иденти¬
фикации), количественная — зоомассы и численности почвенных беспозво¬
ночных. Для близких по ландшафтным признакам местоположению, структуре
фитоценоза, эдафическим и микроклиматическим условиям фаций характерны
сходные по своей структуре сообщества педобионтов.
Проведенный сравнительный анализ особенностей зооценозов и стадий
сукцессионной динамики таежного ландшафта показал, что выделение зоо¬
комплексов целесообразно на уровне групп фаций разных факторально-дина¬
мических рядов, представляющих единый геом — исходную типологическую
единицу регионального масштаба [Сочава, 1978].
При создании картосхемы территории (рис. 6.3, табл. 6.1) учитывались
ландшафтные рубежи, в значительной степени влияющие на особенности гео¬
графического распространения отдельных компонентов населения почвенных
беспозвоночных. Картосхема построена на ландшафтной основе [Крауклис,
1969а, 1979] путем экстраполяции результатов комплексного исследования поч¬
венной биоты ключевых участков и ландшафтно-экологических профилей
[Бессолицына, 1985, 2001; Бессолицына и др., 1991]. Для корректировки совпа¬
дения или несовпадения границ разных рангов основы с имманентной дис¬
кретностью населения беспозвоночных были использованы картографические
материалы о структуре почвенного покрова [Хисматуллин, 1970] и состоянии
геосистем причунских ландшафтов [Суворов, 1980]. По своему содержанию по¬
строенная картосхема является пространственной моделью современного це-
247
Часть III. Интерпретационное картографирование
Рис. 6.3. Сообщества поч¬
венных беспозвоночных
в геосистемах Нижнего
Приангарья (фрагмент
картосхемы).
Вилы люмбрицид: 1 — Eisenia
ailavinitae; 2 — Е. nordenskioldi
f. typica; 3 — E. nordenskioldi f.
pallida; 4 — Dendrobaena ocla-
edra.
нотического разнообразия биотических комплексов, отражающей влияние раз¬
личных экологических факторов, включая и воздействие человека.
На картосхеме (см. рис. 6.3, табл. 6.1) отражено распределение 4 типов и 2
подтипов сообществ почвенных беспозвоночных: мезофильных — бореального
типично таежного и бореального лесного (литофильного), гигрофильного —
лесоболотного, мезоксерофильных — лесного (борового псаммофильного), ос-
тепненно-лугового и агроценотического.
При переходе от собственно таежных биогеоценозов к остепненным и
антропогенно преобразованным меняется порядок доминирования, который
четко прослеживается в соотношении основных структурно-функциональных
248
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
Таблица 6.1
Легенда картосхемы “Сообщества почвенных беспозвоночных в геосистемах Нижнего Приангарья”
Геом
Фация
Группа фаций
Тип сообществ почвенных
беспозвоночных
<и
а
я -
£ Н
О О
X х
Is
U
Темнохвойные леса с господством пихты
(включая фации с преобладанием в древостое
березы, осины, в разных комбинациях с тем¬
нохвойными породами) с дерново-подзолис¬
тыми почвами на суглинистых водоразделах
плакорного типа
Бореальный типично таежный
мезофильный с выраженным
доминированием крупных сап-
рофагов-люмбрицид, с высоки¬
ми показателями биомассы
о
X
•е
а
о
5
о
S
С?
Темнохвойно-полидоминантные леса с учас¬
тием лиственницы и сосны со скелетными
дерново-лесными, маломощными подзолис¬
тыми или примитивными почвами на щеб¬
нистых породах разного состава эродирован¬
ных возвышенностей и склонов
Бореальный лесной мезофиль¬
ный и мезоксерофильный с вы¬
раженным доминированием
крупных сапрофагов-люмбри-
цид, присутствием литофиль-
ных видов, с высокими показа¬
телями биомассы
§
о
а
о
ю
и
Л
Н
Сосновые леса (иногда с примесью листвен¬
ницы, березы, осины и кедра) со слабоподзо¬
листыми и подзолисто-глееватыми песчаны¬
ми и супесчаными почвами, приуроченными
к аллювиальным отложениям речных террас
и крутых склонов
Лесной (боровой), ксеромезо-
фильный полидоминантный с
преобладанием псаммофильных
мезоартропод, с относительно
низкими показателями биомас¬
сы
2
х
о
§
ю
о
и
и
е?
Разреженные древостой с преобладанием ели
(в меньшей степени березы, лиственницы,
кедра), иногда кустарниковой и травянистой
растительности с перегнойно-глеевыми, тор¬
фяными и торфянисто-глеевыми длительно
сезонномерзлотными почвами, приуроченные
к днищам долин
Лесоболотный гигрофильный
полидоминантный с преоблада¬
нием мелких сапрофагов-энхи-
треид, со средними и относи¬
тельно низкими показателями
биомассы
я
о
п
о
о
X
о
§
Травянистые луговые частично остепненные
(пойменные транзитной долины) с серыми
лесными и луговыми почвами (антропогенно
нарушенные)
Луговой мезофильный и мезо¬
ксерофильный полидоминант¬
ный, с низкими показателями
биомассы
Агроценозы (радикально антропогенно
преобразованные)
Бесструктурный мезоксерофиль
ный с участием эвритопных
артропод, с очень низкими по¬
казателями биомассы
компонентов мезонаселения — олигохет и членистоногих, а также в составе
люмбрикофауны. В почвах обследованных биогеоценозов обнаружено 3 вида
дождевых червей, среди которых в численном отношении преобладает Eisenia
nordenskioldi (Eisen). Этот вид представлен двумя формами: пигментированный
(f. typica) и непигментированный (f. pallida), относящимся к различным морфо¬
экологическим группам и различающимся по пищевой специализации. В
пределах таежного ключевого участка доминирующее положение занимают
дождевые черви почвенно-подстилочного комплекса: Eisenia atlaviniteae Perel
et Grapf. и E. nordenskioldi (f. typica) (Eisen), на долю которых приходится
249
Часть III. Интерпретационное картографирование
77,8-96,1 % геобия. Это облигатные сапрофаги, питающиеся разлагающимися
растительными остатками преимущественно на поверхности почвы и накапли¬
вающие наиболее высокую численность в биогеоценозах, где в составе древо¬
стоя преобладают мелколиственные породы.
По видовому составу и соотношению морфоэкологических групп структу¬
ра зооценоза дерново-лесной скелетной почвы сосново-лиственнично-кедро¬
вого леса на вершине траппового останца существенно отличается от темно-
хвойно-таежных сообществ. Здесь значительно возрастает численность собст¬
венно почвенного вида Eisenia nordenskioldi f. pallida Malevic, способного
заселять сравнительно сухие и относительно бедные органическим веществом
почвы. Высокая плотность популяций Е. nordenskioldi (f. pallida) в дерново-лес¬
ной скелетной почве, по-видимому, связана с более высокой резистентностью
этого вида к неблагоприятным экологическим условиям. Это подтверждается и
тем фактом, что среди дождевых червей этот вид имеет самое широкое распро¬
странение и наиболее северную границу ареала, включая полярные области и
горы Южной Сибири [Соколов, 1956; Всеволодова-Перель, 1988J.
В почвах лугов с нестабильным режимом увлажнения в долине р. Чуна так¬
же увеличивается доля собственно почвенной формы Eisenia nordenskioldi f.
pallida Malevic, а в аллювиально-луговых почвах в составе люмбриконаселения,
как правило, присутствует характерный для интразональных группировок под¬
стилочный вид — Dendrobaena octaedra (Sav.), у которого при неблагоприятной
влажности верхних слоев наблюдается летняя диапауза. Быстро реагирующий
на уменьшение влаги и способный использовать диспергированные в различ¬
ных горизонтах органические вещества, этот вид также более адаптирован к из¬
менению экологических условий и более широко распространен. Сходные за¬
кономерности прослеживаются и в составе энтомокомплексов.
Предлагаемая картосхема позволяет определить зональную принадлеж¬
ность выделенных комплексов почвенных беспозвоночных и их географиче¬
скую приуроченность: лесоболотные, луговые и лесные (псаммофильно-боро-
вые) сообщества принадлежат к интразональным, а бореальные — типично та¬
ежный и лесной (литофильный) — к зональным типам.
При построении картосхем и анализе их содержания на ландшафтной
основе возможна экстраполяция данных на неисследованные территории,
имеющие сходные ландшафтно-экологические условия. Подобные картогра¬
фические схемы представляют модели, обобщающие разрозненные сведения о
наименее изученных компонентах природной среды и позволяющие более де¬
тально проследить закономерности изменения биоты в зональном аспекте и
под воздействием антропогенных факторов.
6.3. Эколого-географические основы
охотничьего ресурсоведения
Учет численности охотничьих животных — важный аспект их рациональ¬
ного использования. Исследования проводились в Предбайкалье с 1970-х годов
во время полевых работ по охотустройству и специальных экспедиций для сбо¬
ра данных. На основе собранных материалов с использованием ландшафтных
карт и современных технологий при учетах численности животных усовершен-
250
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
ствованы выделение разнозаселенных зон, классификация и оценка охотничь¬
их угодий.
Заселенность территории хозяйств и регионов животными неравномерна,
что является их реакцией на качество среды обитания и антропогенное воздей¬
ствие. Исследование этой особенности — главная теоретическая проблема ин¬
вентаризации охотничьих угодий, решение которой обеспечило бы адекватное
отображение территориального распределения населения животных.
Учетами численности животных в охотоведении занимается охотничья так¬
сация [Книзе, Леонтьев, 1934]. При таких учетах выделяются четыре аспекта:
биологический, эколого-географический, математический и организационный
[Кузякин, 1991], из них эколого-географический — самый важный. Основыва¬
ясь на биологии соответствующего вида животных, он позволяет обеспечить
математическую корректность выборочных учетов и последующую точную экс¬
траполяцию полученных выборочных данных на всю изучаемую площадь для
определения численности населения данного вида.
При изучении и практическом использовании охотничьих угодий выделя¬
ются два аспекта [Леонтьев, 1990а, 2001 в]. Во-первых, учет связей признаков
жизнедеятельности вида с местообитанием, например с использованием фор¬
мулы биотопической приуроченности В.А. Песенко [1982]. Для этого необходи¬
мо изучить и применять на практике закономерности сезонного размещения
населения отдельных видов охотничьих животных. Здесь требуется учитывать
детальную дифференциацию среды обитания животных, отмечая ключевые
стации, в которых локализуются парцеллярные группировки, что является не¬
пременным условием проведения любых оценочных работ [Пономарев, 2000]
(см. п. 6.4). Во-вторых, требуется использовать результаты зонирования терри¬
тории по заселенности соответствующим видом животных на основе учетов
численности. Площадь выборочных учетов в пределах разнозаселенных зон
должна быть пропорциональна площадям этих зон [Коли, 1979], составляющим
общую площадь хозяйства или района. Достаточная доля выборочных по зонам
учетов, обеспечивающая нужную точность, — 5 % от общей площади.
Специфика заселенности территории животными зависит не только от
проявления отдельных компонентов геосистем, например состава и размеще¬
ния растительности. Особое значение приобретает здесь комплексный подход,
основанный на использовании ландшафтной карты, где отражены типы взаи¬
модействия компонентов живой и косной природы, включая животное населе¬
ние. Территориальное распределение животного населения зависит и от мно¬
жества других факторов [Леонтьев, 1979а, б, 1990], прежде всего от густоты реч¬
ной сети, отражающей степень расчлененности рельефа и проявляющей
свойства других компонентов природной среды. Этот показатель достаточно
просто измеряется по картам и космическим снимкам. Другие компоненты,
прежде всего растительность, не отвечают этому требованию.
В силу сезонной и суточной подвижности животных, постоянной смены
ими стаций не существует явной зависимости заселенности от типа раститель¬
ного покрова. Эта связь имеет вероятностный характер: нет ни одного вида
охотничьих животных, которые обитают только в кедровниках, исключительно
8 лиственничниках или сосняках. Например, почти все население изюбря при
251
Часть III. Интерпретационное картографирование
авиаучетах в горной тайге может быть учтено на открытых пространствах — ос¬
тепненных склонах (“марянах”). Доля таких участков незначительна, а на ос¬
новании данных учета на них поголовья территория в целом получает макси¬
мально высокую оценку промысловых ресурсов. Это неправильно, поскольку
звери обитают не только на “марянах”, и оценивать нужно весь комплекс их
местообитаний. Для корректного решения такой задачи экстраполяции в каче¬
стве единой, комплексной и универсальной в применении, основы служит
ландшафтная карта, построенная по геосистемным принципам [Сочава, 1963,
1967, 1978].
Типы местообитаний промысловых животных в географическом аспекте
[Сорокина, 1969] — это своего рода категории классификации охотничьих
угодий с использованием ландшафтных принципов и подхода “от вила”.
Хозяйственно-видовая классификация охотничьих угодий В.Н. Скалона и
Н.М. Красного [1970] представляет подход “от хозяйства” [Кузякин, 1979], в
котором видовой аспект хорошо проявляется и заслуживает внимания. Ланд¬
шафтно-видовой подход является синтезом подходов и “от территории” с ис¬
пользованием ландшафтных идей, и “от вида”, и “от хозяйства”.
Ландшафтно-видовой подход [Сорокина, 1969; Леонтьев, 1997, 2003] нахо¬
дится в русле традиционного для иркутской школы охотоведения нестандарт¬
ного изучения охотничьих угодий. В.А. Кузякин [1979] выделяет охотничьи уго¬
дья на ландшафтной основе по принципам московской школы морфологии
ландшафта для всего комплекса обитающих в них охотничьих животных. Наш
подход основывается на структурно-динамических ландшафтных постулатах
[Сочава, 1967] иркутской школы ландшафтоведения и видовой концепции
охотничьих угодий. Для работы используется карта “Ландшафты Юга Восточ¬
ной Сибири” [1977], контуры которой отображаются в кружеве ареалов, и со¬
стояние численности населении каждого вида, геосистемы проецируется на
биоту [Крауклис, 1979] и элементы биоты (особи вида). Региональные геосис¬
темы, например группу геомов, можно рассматривать как “тип условий место¬
обитания группировок животных” [Леонтьев, 1998] — тип УМГЖ. Население
животных любого вида в сущности состоит из группировок. В пределах разно¬
заселенных зон представлены свои комплексы местообитаний. Тип УМГЖ в
такой трактовке является отражением видовых требований населения живот¬
ных к среде обитания. Проявление кружева ареалов животных (экологической
ниши) осуществляется на основе соответствующего типа УМГЖ.
Разграничение территории на экологические ниши — жизненные про¬
странства группировок зверей — осуществляется с использованием “принципа
неделимости” [Юргенсон, 1973]. Разнозаселенные зоны выделяются предвари¬
тельно в пределах этих жизненных пространств по условиям обитания и окон¬
чательно — по учетным данным. В совокупности такие зоны отражают кружево
ареала соответствующего вида животных. Реальность существования подобных
разнозаселенных зон обоснована [Леонтьев, 1984, 1990а, б].
Работа выполняется с использованием схемы сопряженности (рис. 6.4)
таксономических единиц физико-географической дифференциации террито¬
рии топологического и регионального уровней и таксономических единиц
дифференциации ареалов зверей [Леонтьев, 2002в]. При этом тип УМГЖсоот-
252
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
Рис. 6.4. Схема сопряжен¬
ности таксономических
единиц физико-географи¬
ческой дифференциации
территории топологиче¬
ского и регионального
уровней и таксономиче¬
ских единиц дифферен¬
циации ареалов зверей.
Таксономические
единицы физико-
географической
дифференциации
территории
Таксономические
единицы
дифференциации
ареалов охотничьих
животных
носится с региональными единицами физико-географической дифференциа¬
ции земной поверхности — от геома и выше (группы и классы геомов). Разно¬
заселенные зоны охватывают систему таксономических единиц топологическо¬
го уровня — от геома и ниже. Промежуточное положение геома выражается в
том, что в одних случаях контуры геомов целиком входят в разнозаселенные
зоны, но в большинстве — пересекаются границами зон.
Опыт применения ландшафтно-видового подхода обобщен в ландшафт-
но-видовой концепции охотничьей таксации [Леонтьев, 1997-1999а, б, 2000,
2001а—в, 2002а, б, 2003], которая может существенно улучшить качество прове¬
дения учетов численности охотничьих животных и охотустройства территории
созданием видовых кадастров территории как арен экстраполяции данных уче¬
та. В концепции реализуются геосистемные принципы, которые учитываются
при изучении и использовании охотничьих угодий, выделяются наиболее важ¬
ные для заселения животными геосистемы и их компоненты. Введено понятие
“тип условий местообитаний группировок животных”, выражающее комплекс
местообитаний, обеспечивающих население группировки животных жизнен¬
ными условиями на протяжении всего годового цикла жизни в пределах соот¬
ветствующего региона. Исследована связь распространения животных и гео¬
систем ряда геомеров, что позволяет предварительно дифференцировать терри¬
торию для планируемых учетов, рассчитать репрезентативность выборки и
экстраполировать полученные выборочные данные. Ландшафтно-видовая кон¬
цепция принимает во внимание видоспецифичность требований населения
животных к среде обитания. Она удовлетворяет важному требованию учетных
работ — необходимости предварительного выделения разнозаселенных зон.
Тип УМГЖ в пределах выделенных разнозаселенных зон представлен ком¬
плексами местообитаний. Например, зона оптимальных местообитаний соболя
на территории Верхоленья охватывает фации приводораздельных кедровников
преимущественно старших возрастов (спелые и перестойные древостой, корен¬
ные стадии восстановления лесов, климаксовые сообщества) со значительной
завалеженностью и доминированием в напочвенном покрове ягодных кустар¬
253
Часть III. Интерпретационное картографирование
ничков (брусника, черника, голубика) [Леонтьев, 1978|. Допускаются частич¬
ные включения таких фаций в комплексы оптимальных местообитаний соболя.
Кроме того, в зоне оптимальных местообитаний соболь встречается в биогео¬
ценозах — переменных состояниях фаций кедровых лесов: по старым гарям, ь
лесах промежуточных стадий восстановления кедровников.
Природные комплексы Предбайкалья, связанные с особенностями релье¬
фа и характерные для локализации населения млекопитающих, выделены для
белки, кабарги и кабана. Зона оптимальных местообитаний белки — это, как и
для соболя, водораздельные территории преимущественно с кедровыми леса¬
ми, кабарги — комплексы вокруг отстоев (скальных останцев и прибрежных
скал), кабана — пойменный комплекс стаций [Леонтьев, I980J.
Введение при учетах для зонирования территории понятия “комплекс ме¬
стообитаний” позволяет обратить внимание на особое значение отдельных рас¬
тительных выделов в их взаимосвязи с окружающими участками. Например, для
белки в зоне светлохвойных угодий чрезвычайно важны пойменные ельники как
гнездовые и кормовые стации, а в зоне кедровых лесов их роль существенно сни¬
жается. Для белки и соболя особое значение имеют участки кедровников в мас¬
сивах светлохвойных лесов. Для всех видов зверей границы зон в силу проявле¬
ния опушечного эффекта не совпадают с границами растительных выделов.
Важное значение при формировании кружева ареала животных имеет
ландшафтное разнообразие территории, в частности связанное с расчлененно¬
стью рельефа. Численность особей зависит от густоты речной сети, степени
расчлененности рельефа, которой определяется экологическая емкость угодий
[Леонтьев, 1980], мозаичность и многообразие местообитаний, появление до¬
полнительной площади за счет уклонов местности.
Связь численности населения млекопитающих и расчленности рельефа
(густоты речной сети) исследовалась в 1970-2000 гг. для разных видов живот¬
ных в верховьях Лены и в бассейне р. Голоустная. Материалами служат данные
площадных учетов (437 площадок), маршрутных учетов следов и фекальных ку¬
чек копытных зверей. Протяженность маршрутов составляет более 4 тыс. км.
Для обработки данных использовались методы корреляционного анализа и не¬
параметрической статистики [Закс, 1976], а также “метод эталонирования”
[Михайлов, 1960].
Густота речной сети на территории исследования в первом случае опре¬
делялась по числу рек и ручьев определенной длины: для соболя и белки —
больше 3 км, для лося и изюбря — более 5 км. Для всех видов зверей связь засе¬
ленности с этим показателем — достоверна (табл. 6.2). Другой показатель рас¬
члененности местности — средняя протяженность речной сети на 1 км2. Ис¬
пользование критериев непараметрической статистики (Вилкоксона — Ман¬
на — Уитни U и Розенбаума R) с высокой доверительной вероятностью (р)
указывают на различия заселенности ландшафтов с разной расчлененностью
рельефа (табл. 6.3-6.6). С использованием ландшафтной карты и карты густо¬
ты речной сети выполнено зонирование заселенности соболем территории
Братского района Иркутской области (рис. 6.5).
На основе ГИС “Ландшафты юга Восточной Сибири” построена карта ти¬
пов местообитаний группировок кабарги (рис. 6.6) для участка Южно-Сибир-
254
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
Табл и ца 6.2
Зависимость численности охотничьих животных на начало сезона от густоты речной сети
(Верхоленье, 1970-е годы)
Вид
животных
Административный
район
Охотничий
сезон
Число
площа¬
док
Площадь учетных
работ, % к пло¬
щади района
Ранговый
коэффициент
корреляции
Доверительная
вероятность
Изюбрь
Жигаловский
1976/77
38
6,6
0,41
0,99
Белка
Качугский
1977/78
30
5,5
0,50
0,99
Соболь
Усть-К>тский
1978/79
53
5,2
0,78
0,99
Лось
Усть-К>тский
1978/79
26
6,4
0,65
0,99
Таблица 6.3
Зависимость осенней плотности населения лося (шт./1000 га) от степени
расчлененности рельефа Усть-Кутского района (сезон 1978-1979 гг.)
Зоны разной
расчлененно¬
сти рельефа
Число площа¬
дей картиро¬
вания
Средее арифметическое и
пределы колебания
плотности
Вероятность
различий засе¬
ленности (р)
Значение
критерия U
Северная
12
4,77 (2,5-10,0)
0,99
27,5
Южная
14
1,77 (0,5-4,0)
Таблица 6.4
Зависимость осенней плотности населения соболя (шт./1000 га) от густо¬
ты речной сети (Приангарье, 1981 г.)
Густота реч¬
ной сети,
км/км2
Число пло¬
щадей карти¬
рования
Среднее арифметиче¬
ское и пределы коле¬
бания плотности
Вероятность
различий засе¬
ленности (р)
Значение
критерия U
0,5-0,8
3
0
0,95
0
0,8-1,0
6
0,7 (0-2,0)
0,95
28
> 1,0
23
1,3 (0,2-6,2)
Таблица 6.5
Зависимость осенней плотности населения соболя (шт./1000 га) от густо¬
ты речной сети (Верхоленье, 1976 г.)
Густота реч¬
ной сети,
км/км2
Число пло¬
щадей карти¬
рования
Средние арифметиче¬
ские и пределы колеба¬
ния плотности
Вероятность
различий за¬
селенности (р)
Значение
критерия R
0,8-1,0
40
3,9 (0-15,0)
0,95
8
>1,0
17
4,7 (1,5-12,2)
Таблица 6.6
Зависимость осенней плотности популяции белки (шт./1000 га) от густоты
речной сети (Верхоленье, 1976 г.)
Густота реч¬
ной сети,
км/км2
Число площа¬
дей картиро¬
вания
Среднее арифметиче¬
ское и пределы коле¬
бания плотности
Доверительная
вероятность
(Р)
Значение
критерия U
0,8-1,0
6
11,8 (0-35,0)
0,99
4
>1 км
9
48,1 (10,6-86,7)
255
Часть III. Интерпретационное картографирование
Рис. 6.5. Зависимость плотности популяции соболя от густоты речной сети
(Братский район).
1-3 — зоны с густотой речной сети (км/км2): 1 — 0,5-0,8; 2 — 0,8-1,0; 3 — более 1; 4 — плотность
популяции соболя (шт./ЮОО га); 5 — граница зон с различной густотой речной сети. Стрелкой
(внизу слева) отмечен приводораздельный участок со вторичными сосновыми лесами на месте тем¬
нохвойной тайги — пример несоответствия растительности природным условиям.
ской горной физико-географической области (Верхнее Приангарье). По дан¬
ным обследования территории в базе данных ГИС интерпретировали геомы и
группы фаций как местообитания кабарги по категориям: оптимальные, субоп-
тимальные и несвойственные угодья. Соответствующие зоны с учетом границ
геомеров автоматически картографировались, отражая кружево ареала этого
вида. Возможна более дробная дифференциация местообитаний по степени за¬
селенности на основе крупномасштабной ландшафтной карты, если будут по¬
лучены реальные оценки плотности населения для каждой группы фаций. Тем
самым группы фаций могут быть наполнены количественной информацией.
Зона оптимальных местообитаний кабарги расположена на абсолютной
высоте от 1000 до 2000 м и представлена геомами и группами фаций подгольцо-
256
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
Рис. 6.6. Зоны заселенности кабарги в соответствии с фациальной структурой участка
Восточно-Саянской горно-таежной области.
Цифрами на карте обозначены группы фаций в соответствии с легендой карты “Ландшафты юга
Восточной Сибири” [1977]: 3-30 — гольцовые (горно-тундровые и подгольцовые байкало-джуг-
журские и восточно-саянские); 78-94 — горно-таежные байкало-джугджурские, 98-131 — гор¬
но-таежные южно-сибирские.
Зона заселенности: 1 — оптимальных местообитаний, 2 — субоптимальных местообитаний, 3 — не¬
свойственных угодий, 4 — населенные пункты, 5 — железные дороги, 6 — реки, 7 — оз. Байкал.
вых темнохвойно-редколесных, горно-таежных темнохвойных редуцированно¬
го развития и горно-таежных темнохвойных оптимального развития геосистем.
По густоте речной сети зона имеет максимальные показатели — более 1 км/км2,
местами 0,5-1,0 км/км2.
Зона субоптимальных местообитаний (ниже 1000 м над ур. м.) в основном
включает геомы и группы таежных фаций подгорных и межгорных понижений,
представленных кедрово-лиственничными лесами ограниченного развития и
темнохвойными лесами ограниченного и оптимального развития. Густота реч¬
ной сети в пределах зоны преимущественно варьирует в пределах
1,0-0,5 км/км2, но реже имеет меньшее значение.
Зона несвойственных угодий (600 м над ур. м.), главным образом, пред¬
ставлена геомами и группами фаций горно-таежных сосновых и подгорных
подтаежных сосновых лесов, а также степными геосистемами. Это территория
предсаянской предгорной впадины с равнинами и низкими плато.
257
'' Заказ № 560
Часть III. Интерпретационное картографирование
Карта зонирования (см. рис. 6.6) построена по выборочным данным иссле¬
дования плотности населения в ареалах отдельных групп фаций, которые экст¬
раполированы на окружающую территорию. Эта процедура является результа¬
том научного анализа и синтеза специальных географических и экологических
знаний. Так, при изучении и использовании охотничьих угодий создаются ана-
литико-синтетические картосхемы угодий [Леонтьев, 19906]. В итоге реализа¬
ция ландшафтно-видовой концепции позволяет дифференцировать террито¬
рию по условиям обитания соответствующего вида животных, а после проведе¬
ния натурных учетов — зонировать по производительности.
6.4. Оценка ресурсов промысловых животных
таежной территории
Картографирование оценочных показателей — ресурсного потенциала про¬
мысловых животных — осуществляется на ландшафтной основе. Обычно такая
работа проводится по статистическим данным о заготовках, по результатам анали¬
за охотничьего промысла и др. Картируемые так показатели продуктивности охо-
тугодий — функции множества местных организационно-экономических возмож¬
ностей, которые затеняют роль естественной производительности (ресурсного
потенциала) угодий. Необходимы точные карты биоресурсных параметров при¬
родных разностей, предоставляющих важный материал для разработки кадастров
территорий, объективизации анализа пространственной структуры запасов.
Ландшафтная методика картографического отображения ресурсов промы¬
словых животных основывается на учете: 1) связей видов со средой обитания в
условиях конкретного ландшафтного выдела, пригодного для нормального
жизнеобеспечения животного в определенный промежуток времени (стации);
2) характера пространственного сопряжения выделов (стаций), степени уда¬
ленности их границ по экологическим критериям.
Такой подход позволяет выделять и исследовать природные разности раз¬
личного ранга (местности, урочища, фации) в зависимости от экологии изучае¬
мого вида: условия обитания животных в этих ландшафтных подразделениях мо¬
гут быть сходными или значительно различаться. Это имеет большое значение
для решения вопросов: 1) типизации и классификации участков ландшафтов как
мест обитания животных; 2) интерпретации ландшафтных выделов в показате¬
лях продуктивности местообитаний, полученных в ходе натурных учетов; 3) экс¬
траполяции натурных выборочных данных на сопредельные территории с уче¬
том известных границ этих природных выделов (местообитаний). Интерпрета¬
ция природных разностей как местообитаний является результатом выявления
закономерностей размещения животных в территориальных системах топологи¬
ческого и регионального масштабов. Размещение животных обусловлено двумя
группами причин: 1) факторами, повторяющимися в сходных ландшафтных вы-
делах (типологические закономерности); 2) конкретными условиями местных
ландшафтных комплексов (ландшафтно-региональная специфика).
Ландшафтно-типологическое подразделение угодий основывается на гео¬
системном подходе и географических методах исследования. Это обеспечивает
правильное решение вопросов интерпретации оценочных параметров, имею¬
258
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
щихся в распоряжении исследователя, и их экстраполяции на обширные тер¬
ритории с использованием в качестве рабочей основы карт различной темати¬
ческой направленности и материалов аэро- и космической съемки, работа с ко¬
торыми требует соответствующих географических знаний.
Конкретные исследования по данной тематике проводились при изучении
и ресурсно-оценочном картографировании на ландшафтной основе популяций
соболя в условиях равнинной тайги Западной Сибири (Сосьвинское Приобье)
[Пономарев, 1990]. Это типичные для данной территории ландшафты, пред¬
ставленные елово-кедровыми и кедрово-еловыми мелкотравно-бруснично-зе-
леномошными и сосновыми кустарничково-зеленомошными лесами на возвы¬
шенных увалистых равнинах в сочетании с сосновыми и елово-кедровыми за¬
болоченными (багульниково- и осоково-сфагновыми) лесами на останцах
болотной денудации и с массивами верховых болот.
По результатам исследования составлено три варианта карт. Первый вари¬
ант картографирования (рис. 6.7) реализован по методике, в основе которой
лежит представление о регионально-типологических закономерностях разме¬
щения животных в угодьях [Кузякин, 1979]. Использован типологический под¬
ход с выделением сходных по характеристикам природной среды местообита¬
ний, которым ставятся в соответствие оценочные показатели плотности попу¬
ляции соболя.
Оценки плотности популяции соболя проводились по результатам много¬
летних полевых исследований на четырех ключевых участках и на маршрутах,
по опросам охотников, ведомственным отчетам и научным публикациям. Гео-
ботаническая и ландшафтная карта перерабатывались в карту местообитаний и
плотности населения соболя. Ландшафтное содержание каждого выдела интер¬
претировалось как сочетание растительных сообществ, которые оценивались с
позиций экологических потребностей соболя (наличие и доступность кормов
по сезонам года, убежищ и т.д.). Благоприятный набор таких сочетаний обеспе¬
чивает высокую численность соболя, а выпадение даже одного существенного
элемента из необходимого набора или замена его менее ценным резко снижает
численность вида. Следовательно, численность населения соболя рассматрива¬
ется как функция необходимого набора растительных сообществ, отклонение
от которого обедняет угодья, приводит к снижению их экологической ценно¬
сти. В результате участки местности представляют собой различные варианты
сочетаний растительных сообществ, соответствующих разному качеству место¬
обитаний и различной численности соболя; эти различия оконтуриваются гра¬
ницами ландшафтных выделов (переменных состояний фаций), фиксируемых
в основном по характеру растительного покрова.
Качественные и количественные показатели местообитаний определялись
Для ключевых участков и экстраполировались на идентичные по качеству выде-
лы ландшафтов. При оценке выделов и отнесении их к определенному типу ме¬
стообитаний соболя принимались во внимание их региональные особенности,
определенные рубежами физикогеографических округов. Например, кедровни¬
ки зеленомошные верховьев рек Конда и Пелыма показаны как разнотипные
местообитания соболя с различными характеристиками, поскольку таежно-ря-
мовый комплекс зоны распространения кондинских кедровников представлен
254
Часть III. Интерпретационное картографирование
260
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
в основном сосной по болоту , малопривлекательной для соболя в зимний пе¬
риод, а в верховьях р. Пелым — сосновой суболотью со значительной примесью
в древесном ярусе и подросте темнохвойных пород (ели и кедра). Это улучшает
кормовые и защитные свойства заболоченных лесов данной местности, обеспе¬
чивая более высокую численность соболя в пелымских кедровниках, чем в кон-
динских. Для учета этих различий потребовались дополнительные материалы и
данные специальных полевых исследований. Аналогично осуществлена “пере¬
оценка” лишайниковых боров в бассейнах рек Конда и Северная Сосьва. Та¬
ким образом, ландшафтный подход к оценке однотипных по растительности
выделов позволяет интерпретировать их как разнотипные местообитания собо¬
ля с различной плотностью его популяции. Так, выделено 8 типов местообита¬
ний соболя в темнохвойной тайге и 5 — в светлохвойной. Большее число типов
местообитаний в темнохвойной тайге обусловлено здесь высоким разнообрази¬
ем вариантов соотношений растительных группировок.
Разные типы местообитаний по производительности могут быть сходны,
поэтому в легенде карты (см. рис. 6.7) они объединены в группы типов по сред¬
ней плотности населения соболя. Полученная карта дает наглядное представле¬
ние о природных особенностях местообитаний соболя и размещении охотничь¬
их ресурсов. Ее содержание определяется масштабом проработки и результата¬
ми генерализации — включения мелких выделов в обобщенные контуры. При
этом часть информации теряется, и точность карты понижается. Для устране¬
ния этого недостатка создана изолинейная ресурсно-оценочная карта
(рис. 6.8). Изолинии соответствуют разной плотности населения соболя и про¬
ведены с помощью скользящего шестиугольного окна [Червяков, 1978] на ос-
<
Рис. 6.7. Местообитания и плотность населения соболя Сосьвинского Приобья.
I—VII — группы типов местообитаний; 1-15 — типы местообитаний; границы ареала соболя:
16 — северная, 17 — южная.
I (больше 8 особей на 1000 га): 1 — материковые кедровники, ельники с фрагментами мши¬
стых боров и сосново-кедровой суболоти, 2 — материковые кедровники в сочетании с мшистыми
борами и перемежающимися ельниками.
II (4,0-8,0 особей на 1000 га): 3 — материковые кедровники, ельники в сочетании с: а) кедровой
суболотью, местами рямами и открытыми болотами, б) рямами, участками кедровой субологи, фраг¬
ментами мшистых боров и островных кедровников, в) рямами, участками островных кедровников и
фрагментами открытых болот; 4 — материковые кедровники в сочетании с: а) мшистыми и участка¬
ми лишайниковых боров, перемежающихся ельников, местами кедрово-сосновой суболоти и рямов,
б) мшистыми и лишайниковыми борами, перемежающимися ельниками и участками рямов.
III (2,0-4,0 особи на 1000 га): 5 — мшистые боры в сочетании с перемежающимися ельника¬
ми, 6 — заболоченные кедровники в сочетании с сосновой суболотью и рямами.
IV (1,0-2,0 особи на 1000 га): 7 — разреженные материковые кедровники с участками разре¬
женных мшистых, лишайниковых боров и открытых болот; 8 — лишайниковые и мшистые боры в
сочетании с перемежающимися ельниками.
V (0,5-1,0 особи на 1000 га): 9 — редкостойные материковые кедровники с фрагментами ред¬
костойных мшистых боров и лиственничников, 10 — сосновая суболоть с темнохвойным подростом
в сочетании с рямами и островными кедровниками.
VI (менее 0,5 особи на 1000 га): 11 - редкостойные материковые и заболоченные ельники в со¬
четании с открытыми болотами, 12 - редкостойные сосновые боры и лиственничники в сочетании
с редкостойными перемежающимися ельниками и фрагментами открытых болот, 13 — лишайнико¬
вые боры паркового типа и сосновая суболоть в сочетании с рямами и открытыми болотами.
VII (соболь встречается спорадически): 14 — рямы и открытые болота, 15 — пойма р. Обь.
261
Часть III. Интерпретационное картографирование
262
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
1979 г.
Рис. 6.8. Изолинейная карта плотности населения соболя Сосьвинского Приобья.
I — шкала плотности (особей на 1000 га); II — граница ареала соболя северная и южная.
263
Часть III. Интерпретационное картографирование
нове показателей с карты на рис. 6.7 (пространственный шаг треугольной сет¬
ки — 1 см, число узлов сетки — 2108).
Карта (см. рис. 6.8) конкретизирует вероятное пространственное распределе¬
ние населения соболя, выделяет места повышенной платности — “ядра”, что по¬
зволяет использовать ее в качестве рабочей основы при оценке соболиных угодий.
Методика создания такой карты использована при составлении картограммы
плотности населения соболя на фоне антропогенных влияний: рубок леса, экс¬
плуатации нефтегазовых месторождений и усиления охотничьего промысла (см.
рис. 6.8). С этой целью понадобилось оценить результаты воздействия хозяйствен¬
ных мероприятий на естественные геосистемы тайги с интерпретацией получен¬
ных оценок в показатели плотности популяции соболя. На карте (рис. 6.8) полу¬
чили отражение взаимосвязи природных и хозяйственных факторов и их влияние
на численность вида в исследуемом районе по состоянию на 1979 г.
Методы ресурсно-оценочного картографирования на ландшафтной основе
использованы также при качественной оценке зимних пастбищ диких север¬
ных оленей. Карта зимних пастбищ этих животных создается на базе научных
представлений о необходимой сбалансированности в их рационе лишайнико¬
вых и травянистых (ветошных) кормов. В условиях заболоченной тайги Запад¬
ной Сибири такое соотношение выдерживается только на конкретных ограни¬
ченных участках территории, где сочетаются ягельники “лишайниковых” бо¬
ров и мохово-травяные болота — оптимальный комплекс зимних стаций
оленей (рис. 6.9). Такие сочетания и их варианты выделялись на основе круп¬
номасштабной ландшафтно-типологической карты; соответствующие контуры
объединялись в разнокачественные ареалы территории, где находилось высо¬
копродуктивное стадо северных оленей (рис. 6.10).
На карте из всего разнообразия болот (28 видов) выделены как потенциаль¬
но пригодные для питания оленей только мохово-травяные болота с зарослями
осоки, пушицы, вахты трехлистной, хвощей и другого разнотравья. На карте они
показаны сплошной горизонтальной штриховкой, сгущающейся на участках бо¬
лот, прилегающих к борам лишайниковым. Боры (8 видов) на карте отображены
с помощью вертикальной штриховки, сгущающейся в зоне контакта боров с мо¬
хово-травяными болотами. Таким образом, участки природных комплексов с
частой штриховкой соответствуют местам зимних пастбищ оленей. Для нагляд¬
ности границы их распространения обведены сплошной жирной линией. Пока¬
зано два типа зимних пастбищ: долинно-пойменный с вытянутыми вдоль рек
сплошными полосами контакта ягельников (лишайниковых боров) с мохо¬
во-травяными болотами речных пойм и приводораздельный с различной по кон¬
фигурации прерывистой формой полос. Особым знаком выделены ягельники
придолинной зоны контакта болотных и дренированных комплексов.
Ландшафтная основа разработки ресурсно-оценочных карт способствует
объективизации выделения пастбищных структур, которые играют ключевую
роль в зимний период годового цикла жизни оленей. Кормовой емкостью этих
структур определяется благополучие зимовки и численность животных. При
разработке ресурсно-оценочных карт также необходимо использовать методы
интерпретации данных учета численности животных на ключевых участках и
экстраполяции этих данных на сопредельные территории. При этом экстрапо¬
ляция допускается лишь в рамках тех природно-территориальных единиц, гра-
264
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
Рис. 6.9. Комплекс зимних стаций диких северных оленей Сосьвинского Приобья.
Кормовые участки: 1 — мохово-травяное болото в зоне контакта (краевой полосы) с ягельником;
2 — ягельник в зоне контакта с мохово-травяным болотом. Некормовые участки: 3 — открытое мо¬
ховое болото; 4 — ягельник вне зоны контакта с мохово-травяным болотом; 5 — участки краевой
(контактной) полосы, не используемые оленями в качестве кормовых; 6 — границы зоны контакт¬
ной (краевой) полосы; 7 — тропы и одиночные следы оленей; 8 — участки леса.
ницы которых оконтуривают ареалы той или иной популяционной группиров¬
ки оленей. В таежной зоне Западной Сибири ареалы таких группировок, как
правило, укладываются в границы бассейнов рек второго порядка. При более
детальной проработке необходимо акцентировать внимание на бассейны рек
третьего порядка с заложением в каждом из них своих ключевых участков.
Предлагаемые методы инвентаризационно-оценочного картографирова¬
ния зимних пастбищ диких северных оленей и ресурсного потенциала этих жи¬
вотных могут быть использованы при решении аналогичных задач в других
ландшафтах всей таежной зоны Сибири.
Следующий этап исследований ресурсного потенциала животных нацелен
на детальное изучение экосистемных связей видов со средой обитания в ее
ландшафтно-географическом, геосистемном понимании. Прежде всего вни¬
мание обращено на жизненно важные участки территории, играющие ключе¬
вые роли в годовом цикле жизни животных — места массового воспроизводства
видов, их сезонной концентрации, особенно в экстремальные периоды, мигра-
265
Характеристика пастбищ
Особенности размещения |Режим использования
Рекомендации по охране пастбищ
Боры-
беломош¬
ники
Мохово¬
травяные
болота
Открытые
моховые
болота
Рямы
Повсеместно
Вне зоны контакта с
мохово-травяными
Вне зоны контакта с
борами-
беломошниками^
Повсеместно
В предзимье
Резервные и
укрытии от
5' Резервные
| и солонцевания
На переходах
Участки с
соляриями
Общий режим охраны участков
регулярного пребывания
\ зоне
»нтакта
с мо-
хово-
травя-
ными
боло¬
тами
водораз¬
делов
пойм
рек
малого
порядка
Е| ,
3l
в,
о1 и, умеренного
gl я,.
2г[ §' интенсивного
* ]Рубки главного поль-;
Ч зования и нерегла- | зимнии
а; 1 ментированное дви-1 период
к 1 жение гусеничного
^ • транспорта «запрещены
а о -
t- Е о
Й2&
115*
и
О
• S
с борами-
беломошниками
П1 умеренно-
интенсивного
о' 1
>1 режим охраны
х ^
Р
£•«
Общий режим охраны участков
регулярного пребывания
266
Глава 6. Тематическое картографирование на ландшафтной основе
ций в межсезонные периоды и др. Как правило, такие места расположены в
зоне контакта ландшафтов и обладают характерным набором контрастных и
тесно сопряженных геосистем (стаций). Чем больше разнообразие ландшафт¬
ного окружения, тем выше вероятность концентрации в таких местах несколь¬
ких видов животных, например лося и северного оленя на зимних пастбищах
по долинам или котловинам. Напротив, концентрация видов является индика¬
тором разнообразия ландшафтных структур.
В местах концентрации видов происходит обмен информацией между жи¬
вотными, что необходимо для успешного воспроизводства видов, регуляции их
численности и других важных экологических (поведенческих) качеств форми¬
рования у животных оптимальных пространственно-этологических структур,
наилучшим образом адаптированных к среде. Потеря такой информации при¬
водит к неадекватному восприятию среды.
Исследования условий формирования ресурсов промысловых животных
должны проводиться с оценкой ключевых стаций и их сочетаний как элементов
ландшафта. Они должны объединяться в границах природных комплексов с
оптимальными экологическими условиями для животных. Достижение постав¬
ленной цели предполагает:
— разработку методики выделения мест концентрации животных с учетом
их функциональной значимости и экологии популяций;
— обобщение результатов исследований в виде классификации и райони¬
рования мест концентраций животных на основе геосистемных принципов;
— анализ региональных различий в структуре ресурсного потенциала жи¬
вотных, их численности и особенностях ее динамики;
— выявление закономерностей формирования миграционного стереотипа
поведения животных с учетом размещения зверовых троп (коммуникаций) в
условиях конкретной ландшафтной обстановки;
— исследование связей численности животных по районам в целом и в
конкретных местах их концентрации;
— разработка системы экологического мониторинга на основе современ¬
ных компьютерных технологий, а также практических рекомендаций по охране
среды обитания в местах концентрации животных при различных формах и
способах промышленного освоения территории.
Предлагаемый картографический метод исследования ресурсного потен¬
циала промысловых животных на ландшафтной основе акцентирует внимание
на изучении центров наибольшей активности популяций: местах массового
воспроизводства животных, их концентрации в экстремальные периоды годо¬
вого жизненного цикла, интенсивного перемещения (миграции) и др. Такие
места рассматриваются как экологические ядра популяций видов и выделяются
также в качестве “несущих узлов” ресурсного потенциала животных, изучение
которых должно стать основой для выработки стратегии оптимизации их охра¬
ны, воспроизводства и использования.
Рис. 6.10. Зимние пастбища диких северных оленей Сосьвинского Приобья
(левобережье р. Конды).
Границы: 1 — высокопродуктивных ареалов северных оленей; 2 — ландшафтно-типологических
выделов.
267
Часть III. Интерпретационное картографирование
Таким образом, исследователи-экологи в своей работе основываются на из¬
вестных положениях учения о геосистемах В.Б. Сочавы 11978J, придавая им спе¬
циальное и прикладное значение. Фации и геомы имеют соответствующие анало¬
ги в типологии лесов и таксации охотугодий. Это позволяет оценивать охотничьи
ресурсы средствами и методами географической науки, основываясь на понима¬
нии ландшафтных основ дифференциации территории по условиям обитания ви¬
довых популяций животных, формирования их ареалов и запасов. Проведен де¬
тальный количественный анализ соответствующих закономерностей на примере
ландшафтов Восточной и Западной Сибири с использованием обширного натур¬
ного материала, космических снимков и геоинформационных технологий.
Картирование лесной растительности юго-восточной части Ангаро-Енисей¬
ского региона базируется на концепции генетического типа леса и ее связи с ланд¬
шафтной классификацией, что позволяет упорядочить и унифицировать лесные
классификации по высотным поясам и классам, характеру рельефа и увлажнения
почв, синтезируя производные и коренные сообщества в один инвариант, или ге¬
нетический тип леса. Лесная классификация отражает факторально-динамиче-
ские, преимущественно гидроморфные, ряды изменений сообществ от болотных
до лесоболотных и лесных на террасах и приречных равнинах.
При построении картосхем и анализе их содержания на ландшафтной ос¬
нове возможна экстраполяция биологических данных на неисследованные тер¬
ритории, имеющие сходные ландшафтно-экологические условия. Подобные
картографические схемы представляют модели, обобщающие разрозненные
сведения о наименее изученных компонентах природной среды и позволяю¬
щие более детально проследить закономерности изменения биоты в зональном
аспекте и под воздействием антропогенных факторов.
При оценке ресурсного потенциала растений и животных важна не только
типологическая принадлежность геосистем (геомеров), но и их особая сопря¬
женность на местности, в структуре геохоры. Также необходимо учитывать не
только влияние локальных факторов, но и региональные условия, определяю¬
щие экологические параметры, когда однотипные местообитания в разных
ландшафтных районах определяют различные биотические потенциалы.
Разрабатывается ландшафтно-видовая концепция охотничьей таксации,
базирующаяся на ландшафтной классификации геосистем, на отражении в
биоте свойств отдельных компонентов геосистем. Проведены классификация,
инвентаризация, районирование, зонирование, картографирование и оценка
ресурсов промысла на локальном и региональном уровнях.
Глава 7
ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ
ЛАНДШАФТНЫХ КАРТ
Объективное стремление ученых разных специальностей к конструктивно¬
му использованию ландшафтных карт обусловлено многими причинами, к
числу которых относится возможность учесть природное разнообразие терри-
268
Глава 7. Геоинформационная интерпретация ландшафтных карт
тории и уникальность каждого местоположения. Эти особенности ландшафтов
определяют их внутреннее разнообразие, в частности разнообразие биоты, био¬
логическое разнообразие. Ландшафтная индикация мест наибольшего скопле¬
ния видов — важная задача, которая имеет как чисто научный, так и практиче¬
ский интерес. С научной точки зрения это важно для разработки методов
извлечения знаний из структуры легенды ландшафтной карты и их интерпрета¬
ции в карты нового тематического содержания. Сами карты имеют практиче¬
ское значение для оценки природно-ресурсного потенциала территории.
7.1. Фациальный анализ и сохранение биоразнообразия
Заготовки древесины на большой части территории Сибири привели к
серьезному нарушению естественного лесного покрова, что потребовало при¬
нятия соответствующих нормативных документов для обеспечения особого ре¬
жима лесопользования и проведения специальных мероприятий по их восста¬
новлению. В последнее время из-за недостатка лесных ресурсов, особенно в
южных районах, и слабого контроля за их использованием в новых социаль¬
но-экономических условиях в рубку стали поступать лесонасаждения, выпол¬
няющие важные средоформируюшие и средорегулирующие функции, включая
и функции сохранения биоразнообразия. Одновременно на территории нахо¬
дятся леса, которые не выполняют особых экологических функций и могут экс¬
плуатироваться при выполнении специальных ограничений, которые опреде¬
ляются геоэкологическими условиями их местообитания.
Ориентируясь на приоритеты сохранения высокого биоразнообразия, не¬
обходимо иметь в виду, что хозяйственная деятельность на территории Сибири
не будет прекращена, а напротив, будет устойчиво развиваться. Проблема, вы¬
текающая из этого противоречия, должна решаться не столько путем заповеда-
ния, сколько через поиск сбалансированных отношений в территориальных
системах “природа — общество” через оптимизацию отношений между хозяй¬
ственной деятельностью и состоянием компонентов экосистем, путем подбора
приемлемых технологий лесопользования, связанных с конкретными местны¬
ми условиями. Отсюда следует, что всякие выводы и рекомендации по оценке и
управлению территорией немыслимы без глубокого знания природной основы,
которая фиксируется в ландшафтно-типологических картах разного масштаба на
уровнях от дробных ландшафтных единиц — фаций — до природных зон Земли.
Школой сибирских географов фация трактуется как структурно-динамиче¬
ская целостность, составляющая генетическую основу любых процессов и яв¬
лений, осуществляемых в ее границах. Все это относится и к типологическим
единицам более высокого ранга: группы и классы фаций, геомы и т.д. Общая
схема фациального анализа (рис. 7.1) воспроизводит двухрядную классифика¬
цию геосистем [Сочава, 19726] — ряды геохор (уровни природной иерархии
территориальных единиц) и геомеров (таксономические уровни типизации).
Фации формируются на основе информации о биогеоценозах, а затем пред¬
ставление о фациальной структуре используется для построения производных
тематических карт реализации специальных функций методом интерпретации
знаний о свойствах отдельных фаций.
269
Часть III. Интерпретационное картографирование
Иерархия
Иерархия
геосистем
А
классификаций
Структура
ландшафта
Т
Ландшафтное
положение
Законы
и модели
"7“
Базовые
характерис¬
тики
Иденти¬
фикация
тг
Индикация
Система
классификации
i
у
Классифика¬
ционная
позиция
Конкретная
Временная
серия
биогеоценозов
... ... А...
3
Про
1
гноз
Тип
фация
дина]
А
МИКИ
i
фации
Рис. 7.1. Общая схема интерпретационного фациального анализа.
Свойства фации используются в первую очередь для качественного и коли¬
чественного анализа структуры и динамики геосистем. Связь восстановитель¬
но-возрастных рядов растительности со свойствами фаций обеспечивает про¬
гнозирование динамики лесов (см. п. 6.1). Прослеживается достоверная зави¬
симость объемов стока с водосборной поверхности от фациальной и
геоботанической структуры ландшафта [Федоров, 1992]. Знание геомной струк¬
туры территории дает возможность устанавливать причинно-следственные свя¬
зи динамики таежных лесов с этой структурой [Владимиров, 2004]. Особого
внимания заслуживает ландшафтно-гидрологический подход к исследованию
гидрологических процессов как элементов единой природной системы [Глуш-
ков, 1961], в том числе на ландшафтном уровне [Субботин, 1966]. Изучение
биологического разнообразия базируется на фундаментальных принципах био¬
географии, связывающей биологические и экологические процессы и явления
с комплексом условий местообитания [География..., 2002].
Основные научные принципы фациального анализа в отношении решения
задач сохранения биоразнообразия и других функций таежных территорий сле¬
дующие.
1. Природной основой разнообразия структуры и функций экосистем явля¬
ется фациальная структура ландшафтов.
2. Каждой фации свойствен свой интегральный природный режим, прояв¬
ляющийся в ее особой пространственной и временной структуре. Элементами
270
Глава 7. Геоинформационная интерпретация ландшафтных карт
пространственной и временной структуры фации являются биогеоценозы, сме¬
няющие друг друга в пространстве и в ходе восстановительно-возрастных и пе¬
риодических смен.
3. Каждому биогеоценозу соответствует свой видовой состав живых орга¬
низмов, последовательность сезонной смены состава, набор и интенсивность
проявления средорегулирующих функций.
4. Изменение функций определяется естественной и антропогенной сме¬
ной биогеоценозов и частными изменениями их структуры под влиянием кон¬
тролируемой и неконтролируемой хозяйственной деятельности.
5. Наибольшее проявление функциональных свойств соответствует серий¬
ным фациям, где имеется наивысшая пространственная и временная неодно¬
родность (контрастность).
6. Первые стадии восстановления геосистем характеризуются низкими сре¬
доформирующими возможностями, которые по мере формирования раститель¬
ного покрова возрастают до максимального уровня, постепенно снижаясь при
формировании коренных (климаксовых) сообществ.
7. Биогеоценозы промежуточных восстановительных стадий обладают не
только наибольшим биоразнообразием, но и максимальной продуктивностью,
водорегулирующими и средозащитными свойствами.
8. В естественных серийных фациях хозяйственные мероприятия строго
регламентированы. В искусственных “серийных” фациях хозяйственные меро¬
приятия достигают наивысшей интенсивности.
9. Задача сохранения биоразнообразия должна ставиться не как проблема
максимизации функционального значения каждой фации и биогеоценоза, а
как задача сохранения суммарного средорегулирующего и средообразующего
значения всей территории — в ландшафте допускаются всякие изменения, ко¬
торые не нарушают его целостности, не изменяют суммарную оценку функ¬
циональной полезности.
Таким образом, в фациальном анализе поддержание наибольшего биораз¬
нообразия связывается с серийными фациями и серийными состояниями эко¬
систем, а не с коренными фациями и состояниями.
Разнообразие фациальной структуры ландшафта возникает как следствие
воздействия на фации зонального и регионального фона различных факторов
среды. Пространство видоизменяющих факторов (гидроморфных, литоморф-
ных, криоморфных и т.д.) называется факторным пространством, начало коор¬
динат которого соответствует оптимальному для данной природной зоны соче¬
танию факторов (зональной норме). Фации, приближенные к зональной нор¬
ме, называются коренными (не деформированными по факторам). Фации,
возникшие под сильным влиянием каких-либо факторов, относятся к серий¬
ным. В зависимости от степени этого воздействия выделяются мнимокоренные,
полукоренные, полусерийные и серийные фации. Если видоизменяющими
факторами являются антропогенные воздействия, то имеет место антропоген¬
ная трансформация фаций, которые в зависимости от степени модификации
относятся к антропогенным нарушенным фациям либо геотехническим систе¬
мам. В условиях постоянного антропогенного воздействия появляются устой¬
271
Часть III. Интерпретационное картографирование
чиво-длительно-производные фации, часто изменяющие облик ландшафта с
различными последствиями.
Серийные фации характеризуются высокой изменчивостью, что выражает¬
ся в периодических изменениях их функционирования. Структура серийных
фаций весьма многообразна, что обусловливает их мозаичное строение и нали¬
чие большого числа экологических ниш, а значит потенциальное биологиче¬
ское разнообразие. Серийные фации очень восприимчивы к различного рода
воздействиям, включая влияние хозяйственной деятельности.
В пределах Байкальского региона появляются серийные факторальные
системы, которые максимально отражают сложный комплекс исторических
взаимодействий ландшафтов разных областей. Обычно это первые очаги про¬
никновения инородных ландшафтных структур, которые появляются в резуль¬
тате воздействия резко контрастирующих с окружающей средой факторов
(влияние горячих источников, локальное засоление почв, особые гидротерми¬
ческие условия речных долин). Именно с ними чаще всего связана биогеогра-
фическая специфика ландшафтов, в частности проникновение флоры соседних
областей, формирование специфических для окружения ландшафтов, не имею¬
щих аналогов на данной территории, существование реликтовых или прогрес¬
сирующих видов растений. Из-за ограниченного экологического потенциала
своего проявления эти геосистемы наиболее подвержены разрушению, а в от¬
ношении отдельных элементов ландшафта — полному уничтожению.
В каждом компоненте геосистемы отражаются ее свойства, что является
основанием интерпретационного анализа ее состояния. Биота имеет свои ко¬
ренные и серийные состояния, которые проявляются в сукцессионных рядах.
Каждой фации соответствует свой восстановительно-возрастной сукцессион-
ный ряд. В лесной типологии генетическая классификация лесов (по Колесни¬
кову) связывает каждый ряд с конкретным типом леса. Таким образом, тип
леса (по Колесникову) эквивалентен по объему понятию фации (см. п. 6.1). Та¬
кое сопоставление намного упрощает решение задач выделения уникальных по
разнообразию лесов. Исходя из определения, производные от коренных фации
можно рассматривать как синтез фаций зональной и региональной нормы и
физико-географических особенностей региона. Это соотношение задается
коммутативной схемой (см. рис. 2.18).
Эта схема имеет несколько интерпретаций. Система зональных фаций рав¬
нин в результате геологической эволюции (тектонических процессов) преобра¬
зуется в горные системы с проявленной геологической основой, естественное
разрушение которой формирует все производные (деформированные по различ¬
ным факторам) фации. С другой стороны, можно считать, что коренные фации,
преломившись через свойства геологической основы ландшафта, преобразуются
в производные фации разных факторальных рядов. Прямой переход от зональ¬
ных к производным фациям связан именно с этим процессом факторизации.
Исходя из принципа соответствия свойств фаций их классификационной
позиции, будем считать, что уникальные леса формируются в уникальных ме¬
стоположениях. Степень уникальности определяется как некоторая мера от¬
клонения от фонового состояния, поэтому представление об уникальности ук¬
ладывается в схему факторальной модели и рассматривается в качестве уровня
272
Iлава 7. Геоинформационная интерпретация ландшафтных карт
деформации фаций зональной нормы — наиболее типичных для данной
природной зоны. Следовательно, наблюдаются разные уровни уникальности
(см. рис. 1.2), которые в конкретных ландшафтах могут считаться типичными,
например крутосклоновые горно-таежные фации. Эта модель реализуется в
схеме выделения уникальных лесов по степени редкости местоположений —
фаций (рис. 7.2). Схема в свою очередь апробируется на примере условий При¬
байкалья, куда условно отнесен весь водосборный бассейн оз. Байка;! и части
прилегающих территорий.
Исследование биологического разнообразия может основываться на оцен¬
ке уникальности лесов Прибайкалья, на изучении природных особенностей
территории. Уникальность может рассматриваться как особая функция ланд¬
шафтов наряду с такими функциями как средорегулирующая, стокоформирую¬
щая, ресурсовоспроизводящая и т.д.
Уникальными обычно называются объекты и явления, единственные в
своем роде, исключительные и неповторимые. Уникальное рассматривается
как противоположность типичному и обыденному, всеобщему и универсально¬
му. Уникальность появляется как результат особого стечения обстоятельств,
связанных с природными условиями развития местности. С географической
точки зрения все объекты вообще возникают как пересечение в одном месте
разнообразных связей и отношений, вследствие чего все они являются уни¬
кальными. По этой причине они должны характеризоваться разной степенью
уникальности, которая может отображаться в виде специальных контуров и
Водосборный бассейн
оз. Байкал
Азональная
растительность
Геологическая
основа
Уникальные
леса
Уровень
обобщения
1
Зональная
растительность
Ландшафтная
основа
Типичные
леса
Природоохранные
ядра
Экологические
коридоры
Светлохвойные |
| Долинные |
|
1
Темнохвойные |
| Водораздел ьн ые |
1Г
Серийные фации
разных факторальных рядов
Эталонные
Типовые
Семенные ~| 1 Средорегулирующие|
Целевые
Хозяйственные
Коренные и мнимокоренные фации
разных факторальных рядов
Рис. 7.2. Схема выделения уникальных лесов.
Уровни обобщения; 1 — региональный, 2 — зональный, 3 — провинциальный, 4 ландшафтный,
5 — местный, 6 — фациальный.
'И Ns> 560
273
Часть III. Интерпретационное картографирование
ареалов на карте. Важно выделить критерии степени (ранга) уникальности объ¬
ектов.
В контексте современной задачи сохранения биологического разнообразия
такая позиция приводит к выводу о необходимости сохранения уникальных
геосистем как среды сохранения редких видов. Этим отличаются ландшафтный
и экологический подходы к решению проблемы сохранения биоразнообразия
[Franklin, 1993], и в этом направлении сохранение уникальных местоположе¬
ний, геосистем становится весьма актуальным. Напрямую связывается биоло¬
гическое разнообразие с разнообразием ландшафтов — еще раз постулируется
тезис: уникальные сообщества формируются в уникальных местообитаниях.
В процессе ранжирования лесов по степени уникальности основная задача
сводилась к тому, чтобы четко разграничить факторы уникальности лесов и
особенности их охраны. При этом важно выявить схему взаимодействия выяв¬
ленных категорий со всей экосистемой региона. В процессе реализации этого
подхода четко разграничиваются уникальные леса Прибайкалья от фоновых,
довольно устойчивых лесов территории. Этой цели служит также специализи¬
рованное разделение лесов региона на категории различного экологического
значения в рамках системы горных и равнинных лесов. Последнее подразделе¬
ние обусловлено тем, что большинство горных лесов отличаются значительной
динамичностью, ограниченностью экологического пространства и, тем са¬
мым, — слабой устойчивостью по сравнению с большинством равнинных ле¬
сов. Таким образом, подавляющая часть горных лесов включена нами в различ¬
ные категории уникальности. Большая часть равнинных лесов, которая подчи¬
нена закономерностям развития и функционирования, обусловленных
широтной зональностью без нарушения ее проявлением местных географиче¬
ских особенностей, относится к разряду фоновых (типичных) лесов. В пределах
каждой категории уникальности введены свои подразделения, связанные с ди¬
намическими проявлениями, которые обусловливают устойчивость лесов к
внешним и внутренним воздействиям (коренные, мнимокоренные и серийные
типы). Леса, относящиеся к серийным факторальным геосистемам, отнесены к
отдельной категории уникальности. Таким образом, выделено шесть категорий
уникальности лесов, наиболее высокая — 1-я, наименее — 6-я.
Категория 1 — леса, несущие главную экологическую нагрузку по сохране¬
нию биологического разнообразия территории и уникальности оз. Байкал. Ос¬
новное звено охраны — области развития таежно-гольцовой сферы, формирую¬
щей поверхностный сток рек и, очевидно, имеющей характер определяющего
экологического начала в водном балансе территории. Региональный класс этих
геосистем, приуроченный к высокогорной зоне, участвует в формировании и пе¬
рераспределении осадков свободной атмосферы. Если произойдут коренные из¬
менения в ландшафтной структуре таежно-гольцовой сферы, могут измениться
экологическая чистота природных вод региона и бассейна оз. Байкал, а также
вся структура таежных ландшафтов гор, котловин и равнин [Михеев, 1988]. К
этой категории отнесены подгольцовые редколесья и примыкающие к ним верх¬
ние пояса горно-таежных лесов (редуцированного, ограниченного развития).
Категория 2 — леса, несущие нагрузку по ограничению развития степей и
массивов развеваемых песков. К этой категории отнесены леса на юге террито¬
274
Глава 7. Геоинформационная интерпретация ландшафтных карт
рии в районах стыка со степными комплексами, а также подтаежные леса днищ
и нижних частей склонов межгорных котловин, где проявляется “аридный”
эффект и представлены участки песчаных массивов с фрагментами развевае¬
мых песков и боровые сосняки.
Категория 3 — леса, способствующие ограничению проявления мерзлотных
условий и сохранению лесных типов ландшафтов в межгорных котловинах в
северных провинциях Байкало-Джугджурской горно-таежной области, в кото¬
рых наблюдается внутрикотловинный эффект с мощными зимними инверсия¬
ми температур и развитием массивной толщи глубокопромерзающих грунтов.
К этой категории отнесены лиственнично-таежные ерниковые леса и фрагмен¬
ты подтаежных геосистем на глубокопромерзающих грунтах террас, шлейфов и
пониженных частей котловин.
Категория 4 — леса, уникальные для территории Прибайкалья. Как прави¬
ло, их существование определяется условиями, вызванными местными геогра¬
фическими особенностями: характером геологического строения территории,
засолением почв, выходом термальных вод, влиянием крупных речных долин и
оз. Байкал и т.д. Эти леса нуждаются в особых природоохранных мероприяти¬
ях, поскольку их существование связано с функционированием местного про¬
цесса, нарушающего широтную зональность и высотную поясность. Леса этой
категории относятся к разряду факторально-динамических, т.е. слабоустойчи¬
вых к внешнему воздействию.
Категория 5 — слабоустойчивые леса, представляющие фрагменты дальне¬
восточной природы, развитие которых обусловлено воздействием тихоокеанско¬
го муссона. К этой категории отнесены леса маревого типа, чозениево-тополе-
вые, елово-лиственничные, и другие горно-долинные темнохвойные леса, рас¬
пространенные в Восточном Забайкалье. Сюда же отнесены леса экотонных зон
(как природных, так и природно-техногенных, т.е. развитых на границе природ¬
ных и техногенных систем), которые слабоустойчивы и при любых видах внеш¬
него воздействия легко переходят в соседние структурные типы, условия произ¬
растания которых соответствуют сложившимся ландшафтным условиям.
Категория 6 — леса с особо охраняемыми видами растений и животных, а
также с ядрами лесовосстановления, с водорегулирующими и средозащитными
свойствами. Это леса заповедников, заказников, лесозащитные полосы и т.д.
7.2. Уникальность и оптимальность экосистем
бассейна озера Байкал
Использование базы данных ГИС дает возможность решить многочислен¬
ные прикладные задачи, в частности по технологии интерпретационного кар¬
тографирования, когда каждой таксономической единице или выделу дается
оценка значимости с той или иной точки зрения, основываясь на количествен¬
ных и качественных характеристиках выдела. Оценки заносятся в базу данных
ГИС, и на их основе создается интерпретационная карта соответствующего те¬
матического содержания.
На принципах интерпретационного картографирования создана карта уни¬
кальности лесов Забайкалья.
275
Уникальность лесой территории определялась по следующим критериям
оценивания: 1) вероятности проявления на территории (объект, уникальный в
границах одного региона, становится типичным в силу его распространенности
в других местах); 2) высокому рангу ценности существования объекта (свойства
необратимости и неопределенности изменений ландшафта при их хозяйствен¬
ном использовании); 3) обеспечению сохранения устойчивости территориаль¬
ной системы в целом; 4) высокому уровню биологического разнообразия [Ко¬
новалова и др., 20001.
В качестве эмпирической основы картографирования уникальных лесов
использовалась ландшафтная карта [Ландшафты..., I977J. На ее основе создана
ландшафтная ГИС: работа выполнена совместно с центром геоэкологических
исследований Восточно-Сибирского государственного технологического уни¬
верситета (г. Улан-Удэ). Ландшафтная ГИС содержит сведения о характеристи¬
ках ландшафтных выделов (уровня групп фаций, геомов и классов геомов).
База данных ГИС включает информацию по каждой группе фаций: исходную
картографическую, а также экспертно-оценочную, полученную в интерпрета¬
ционном режиме.
Категории уникальности перечислены в п. 7.1. Экспертным путем выделе¬
ны геомы, соответствующие разной степени уникальности растительности. Эта
информация занесена в базу данных ГИС. На ее основе построена карта уни¬
кальности растительного покрова бассейна оз. Байкал (рис. 7.3.).
Участки, не покрытые лесом, составляют 13,0 % площади рассматриваемо¬
го региона, первой категории уникальности — 49,0 %. Наиболее уникальные
растительные сообщества расположены в горных районах бассейнов рек Баргу¬
зин и Верхняя Ангара, в горах Восточного Саяна и Хамар-Дабана.
Результаты экспертной оценки уникальности сопоставлялись с факторами
влияния, прежде всего, с площадью проявления разных геомов на территории.
Учитывались функциональные факторы влияния — характеристики геомов из
числа тех, которые можно выделить по легенде ландшафтной карты. Все значе¬
ния характеристик ранжировались по значимости влияния на лесную расти¬
тельность. Во внимание принимались три функциональных фактора (в скоб¬
ках — значения в баллах): оптимальность продукционного процесса Opt (1 —
альпинотипный, 2 — горно-тундровый, 3 — подгольцовый, 4 — горный редуци¬
рованного развития, 5 — горный ограниченного развития, 6 — горный опти¬
мального развития, 7 — подтаежный светлохвойный); тип растительного по¬
крова Les (0 — гольцовая, 1 — тундровая, 2 — кустарниковая, 3 — березовые,
4 — темнохвойные таежные, 5 — лиственничные, 6 — сосновые леса ); характер
рельефа Rel (0 — высокогорный, 1 — среднегорный, 2 — равнинный).
Использовалась линейная регрессионная зависимость уникальности гео¬
мов U от определяющих факторов:
U = 2,029 - 0,518Р20 + 1,24Р11 + 2,435Les - 2,295Rel + (1)
+ 0,3651st - 0,378S - 2,0620pt, г = 0,82.
Согласно уравнению (1), на уникальность отрицательно влияют выровненность
рельефа (близость к подгорным областям и равнинам), степень оптимальности
продукционного процесса (уровень метаболизма), представленность геомов в
276
Глава 7. /еоинформационнан интерпретация ландшафтных карт
Рис. 7.3. Уникальность лесорастительного покрова (в пространственной структуре
геомов).
Оценки уникальности 1-6 с.м. в тексте; 0 — нелесные участки.
регионе S (нередкость) и степень их соседства с геосистемами горно-таежных
сосновых лесов Р20, формирующих экологический каркас территории [Филипп-
ская, Черкашин, 2001]. Соседство с горно-таежными лиственничными лесами
оптимального развития (РП), напротив, положительно сказывается на
уникальности местоположения. Другие формы контакта незначительно влияют
на уникальность. К положительным факторам воздействия также относятся по¬
рядковый номер в ранжированном ряду типизации геомов (1st) и характер рас¬
тительного покрова (Les). Знак чувствительности (+ или -) устойчив при ис¬
пользовании разных наборов входных данных (факторов).
Аналогичным образом можно подойти к решению задачи выделения и кар¬
тографирования оптимальных по некоторому критерию лесов. В условиях бас¬
сейна оз. Байкал, леса которого выполняют важные экологические функции и
преимущественно относятся к категории I охраняемых лесов, существующие
формы и методы экстенсивного лесопользования обостряют проблему эколо¬
277
Часть 111. Интерпретационное картографирование
гического и экономического воспроизводства всех составляющих лесного
комплекса. Необходим переход к непрерывному неистощительному использо¬
ванию лесных ресурсов в соответствии с концепцией устойчивого развития ре¬
гиона [Бурятия..., 2000]. Это означает, что лесохозяйственная деятельность на
территории должна быть дифференцирована таким образом, чтобы максималь¬
но использовать природные условия для воспроизводства запасов древесины,
продуктов побочного пользования и других полезных свойств леса.
Такая постановка предполагает выделение участков местности, оптималь¬
ных с точки зрения ведения лесного хозяйства, подразделение их по категори¬
ям оптимальности продукционного процесса. С этой целью проведена типиза¬
ция групп фаций по критериям оптимальности лесорастительных условий, ор¬
ганизации и ведения лесного хозяйства.
В современной науке представление об оптимальности условий для реали¬
зации разнообразных природных функций и ведения хозяйства основано на
анализе факторной системы (системы факторов географической среды), опре¬
деляющих эти условия. В географии этот подход связан с факторальным анали¬
зом, в экологии — с факториальным. Факторальный анализ подразделяет эле¬
ментарные геосистемы на группы в зависимости от видоизменяющего влияния
разных факторов среды, соответствующих компонентам геосистемы (гидро-
морфные, литомофные, криоморфные и др. ряды фаций). В этом случае опти¬
мальными условиями считаются условия со сбалансированным влиянием этих
факторов, которые формируются на хорошо дренированных, выположенных
местоположениях с мощным слоем покровных суглинков, так называемые ко¬
ренные фации, или фации зональной нормы. Отклонение от этого состояния,
часто связанное с положением на местности (плакор, склон, долина), снижает
оптимальность условий хозяйствования.
В экологии факториальный анализ в основном базируется на законе толе¬
рантности Шелфорда, представленном колоколообразной кривой, максимум
которой соответствует наибольшей интенсивности биологических процессов
при влиянии отдельных факторов или их сочетаний. Отклонения значений
факторов от точки максимума приводит к снижению интенсивности процессов
и их полному затуханию.
Оптимальность географических условий продукционного процесса расти¬
тельных сообществ описывалась по модели Шелфорда и представлена следую¬
щими категориями: а) нелесная растительность: 1 — альпинотипный, 2 — гор¬
но-тундровый, 3 — подгольцовый; б) лесная растительность: 4 — горный реду¬
цированного развития, 5 — горный и подтаежный ограниченного развития, 6 —
горный оптимального развития.
На рис. 7.4 приведена картосхема оптимальности продукционного процес¬
са по участкам территории, представляющим: 1) самую низкую категорию
оптимальности — занимает 5,3 % общей площади и соответствует гольцовым
альпинотипным геосистемам; 2) гольцовые тундровые геосистемы (8,8 % тер¬
ритории); 3) подгольцовые кустарниковые, подгольцовые лиственнично-ред¬
колесные и каменноберезовые геосистемы (9,0 %); 4) геосистемы (редуциро¬
ванного развития) горно-таежные и межгорных понижений и долин таежных
лиственничных и темнохвойных лесов (8,1 %); 5) геосистемы ограниченного
278
Глава 7. Геоинформацирнная интерпретация ландшафтных карт
Рис. 7.4. Степень оптимальности продукционного процесса.
Пояснения в тексте.
развития горно-таежных лиственничных лесов, подгорных подтаежных сосно¬
вых и лиственничных лесов, а также таежных лесов подгорных и межгорных
понижений (светло- и темнохвойные, 19,5 %); 6) горно-таежные геосистемы
оптимального и ограниченного развития сосновых, лиственничных и темно¬
хвойных лесов и геосистемы оптимального развития подгорных и межгорных
понижений лиственничной и темнохвойной тайги (49,3 %).
На схему потенциальной оптимальности продукционного процесса долж¬
ны быть наложены территориальные ограничения, определенные природо¬
охранным статусом отдельных местоположений (заповедники, заказники, во¬
доохранные зоны и т.д.). Так же необходимо учесть транспортную доступность
территории. Это уточняет режим хозяйственного использования земель, допол¬
няет рекомендации по оптимальному использованию, основанные только на
Учете природных режимов и потенциалов воспроизводства лесов.
Другой пример ландшафтно-интерпретационного картографирования с
использованием ГИС — выделение природного экологического каркаса. На ос-
279
Часть III. Интерпретационное картографирование
нове ландшафтной ГИС создастся картосхема экологического каркаса террито¬
рии (ЭКТ) на бассейн оз. Байкал (рис. 7.5.).
Каркас состоит из ядер и коридоров. Последние очень чувствительны к
внешним воздействиям, поэтому коридоры экологического каркаса формиру¬
ются серийными фациями с максимальной внутренней неоднородностью под
гипертрофированным влиянием какого-либо фактора и обладающие наивыс¬
шим уровнем биоразнообразия. К экологическим ядрам — участкам пересече¬
ния экологических коридоров — относятся истоки рек, выположенные поверх¬
ности водосборов, террасы, цирки, а также места с индивидуальными проявле¬
ниями, выделяющиеся на общем ландшафтном фоне, например с наличием
термального источника, островной мерзлоты, заболачивания, со спецификой
литологических условий и т.д. Такие ядра обладают высоким биоразнообрази¬
ем, здесь встречаются виды редких растений и животных (Михеев, 20011.
Принципы и критерии выделения экологического каркаса должны обеспе¬
чивать поддержание экологической стабильности территории как структуры со
сбалансированным ведением природопользования и охраны природы. Эколо-
Рис. 7.5. Экологический каркас Байкальского региона (ландшафтная основа)
I — межкаркасное пространство; 2 — ядра; 3 коридоры.
280
Глава 7. Геоинформационная интерпретация ландшафтных карт
гический каркас как общая концепция оптимизации природопользования тер¬
ритории должен увязываться с отраслевыми процессами совершенствования
природопользования в сельском, лесном и водном хозяйстве. В основу гене¬
ральной схемы разработки системы ЭКТ может быть положена пространствен¬
ная структура природных ситуаций территории, отражающая сочетание участ¬
ков особого природоохранного значения (локальные ситуации) и сети критиче¬
ских экологических зон (экотонов и серийных фаций) с регламентируемым
природопользованием.
Для выделения ЭКТ регионального масштаба бассейна оз. Байкал с помощью
ГИС-технологий на ландшафтной карте выбираются те группы фаций, которые
выполняют инфраструктурную функцию и могут рассматриваться как ядра и ко¬
ридоры ЭКТ. В первом приближении к ядрам можно отнести коренные фации, а
коридоры связать с серийными фациями. Коридорам в основном соответствуют
долины рек и горные хребты. Долины в бассейне Селенги проходят преимущест¬
венно в долготном направлении, формируя упорядоченную структуру ЭКТ.
В гольцовых и подгольцовых ландшафтах (см. рис. 7.5) ядра представлены
гольцовыми альпинотипными геосистемами пологих и плоских вершинных по¬
верхностей с альпинотипными лугами, гольцовыми тундровыми геосистемами
поверхностей выравнивания с лишайниковым покровом, зарослями кедрового
стланика и ерниково-лишайниковой растительностью. Сюда же относятся под¬
гольцовые лиственничные редколесья, склоновые криволесья и парковые рощи
каменной березы по днищам трогов, а также ерниково-кедровостланиковые лист¬
венничные и темнохвойные редколесья водоразделов, днищ котловин и трогов.
В классе горно-таежных байкало-джугджурских геомов к ядрам отнесены:
лиственничные леса редуцированного развития на выровненных поверхностях,
плоских поверхностях и пологих склонах; темнохвойные таежные леса редуци¬
рованного развития в межгорных понижениях и долинах, днищ котловин
пихтово-кедровые и елово-редколестные ерниково-кедровостланиковые; гор¬
но-таежные лиственничные леса ограниченного развития на выровненных и
плоских поверхностях, в межгорных понижениях и долинах и по днищам кот¬
ловин; горно-таежные лиственничные леса оптимального развития на плоских
поверхностях в подгорных и межгорных понижениях, по днищам котловин.
Среди геосистем класса горно-таежных южно-сибирских геомов ядра
представлены темнохвойными геосистемами редуцированного и ограниченно¬
го развития пихтово-кедровых лесов на выровненных поверхностях и пологих
склонах, лесами на плоских поверхностях с кедром и пихтой, геосистемами
пихтово-кедровых лесов предгорных возвышенностей и морен; геосистемами
ограниченного развития таежных кедрово-лиственничных лесов с примесью
ели на днищах котловин.
К ядрам также отнесены геосистемы оптимального развития пихтовых ле¬
сов плоских поверхностей, елово- и кедрово-пихтовые леса подгорных и меж¬
горных понижений, горно-таежные сосновые леса плоских поверхностей и
склонов возвышенностей, подгорные подтаежные сосновые леса на равнинах и
Другие геосистемы, которые в пределах геома можно рассматривать как корен¬
ные варианты геомеров уровня группы фаций.
281
Часть III. Интерпретационное картографирование
Коридоры представлены серийными фациями, подверженными гипертро¬
фированному воздействию литоморфного, гидроморфного и других ландшаф¬
тообразующих факторов. В гольцовых и подгольцовых ландшафтах это скаль¬
ные и обвально-осыпные склоновые геосистемы с разреженным растительным
покровом, нивально-денудационные скальные склоновые фации, склоновые
гравитационно-солифлюкационные лишайниковые сообщества с разреженны¬
ми зарослями кедрового стланика, склоновые осыпные с лишайниковым по¬
кровом участки. Коридоры здесь проходят по долинам рек (поймы и террасы) с
зарослями кедрового стланика и высокогорных кустарников в сочетании с суб-
альпинотипными лугами, лиственничными и темнохвойными редколесьями.
Природные коридоры горно-таежной Байкало-Джугджурской области
представлены межгорными понижениями и долинами с лиственничной тайгой
редуцированного развития с подлеском из кедрового стланика, с темнохвойной
тайгой из пихты, кедра и ели; с лиственничной тайгой ограниченного развития
с елью, тополем и чозенией; долинными заболоченными лугами в сочетании с
болотами и ерниками.
Среди горно-таежных южно-сибирских геомов к коридорам относятся до¬
линные геосистемы пихтово-кедровых, еловых и лиственнично-еловых, ело¬
во-пихтовые лесов, лесов с елью, пихтой, реже тополем пойменного режима,
заболоченных и кустарниковых лугов и долинных лугов со злаковым, иногда
остепененным покровом, подгорные фации болотно-лугово-лесной серии с бе¬
резой и сосной и другие серийные фации.
Выделенный эколого-географический каркас представляет собой опорную
схему для понимания природной территориальной организации региона, кото¬
рая должна сохраняться как инвариантная основа существования местных
ландшафтов. Иными словами, должен поддерживаться внутренний географи¬
ческий “скелет” региона, являющийся источником восстановления ландшаф¬
тов, и разрушение которого приведет к утрате регионального своеобразия, по¬
ступательного развития.
* * *
Таким образом, принципы фациального, а в обшем случае геосистемного
анализа легли в основание ландшафтно-интерпретационного картографирова¬
ния с использованием ландшафтных ГИС региона. В основе методов анализа
положена возможность перевода геосистемного содержания типологических
единиц разного уровня в тематическое содержание соответствующих картогра¬
фических контуров. Тема интерпретации формируется под решаемую практи¬
ческую задачу, и здесь важно правильно, опираясь на географическое описание
геосистем, указать те индикаторы положительного и отрицательного влияния,
которые приводят к появлению на карте оценочной категории адекватного зна¬
чения. Это можно делать экспертным путем, опираясь на знания специалистов,
но есть возможность использовать простейшие формулы. Точность вычисле¬
ний зависит от значений коэффициентов, отражающих вес индикатора в оце¬
ночных формулах. В любом случае для интерпретационного действия необхо¬
димы модели, основанные на знаниях, или настоящие математические модели
перевода информации из одного тематического слоя в другой.
282
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
Глава 8
СИСТЕМ НО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ
И ПРОГНОЗНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
Существует необходимость повышения оперативности, достоверности и
организованности, временной и пространственной согласованности предо¬
ставления данных о природных ресурсах, в частности о состоянии лесного
фонда территории. В связи с этим возникает потребность в создании информа¬
ционной системы лесного хозяйства, интегрирующей информационные пото¬
ки в лесоустройстве и лесохозяйственной деятельности на ландшафтной осно¬
ве. На решение таких проблем ориентированы географические информацион¬
ные системы (ГИС), способствующие эффективному решению научных и
прикладных задач, связанных с оценкой изменения ресурсно-экологического
потенциала лесов, с контролем за состоянием лесного фонда с учетом местных
условий.
8.1. Информационное обеспечение и моделирование
В плане работ по созданию новых информационных технологий планиро¬
вания и управления лесными ресурсами Иркутской области выделен круг про¬
блем, которые необходимо решать в первую очередь. К их числу относится ор¬
ганизация эффективного контроля за использованием лесных ресурсов. С этой
целью разработаны система информационного ГИС-обеспечения лесопользо¬
вания и охраны лесов и комплекс математических моделей, в задачу которого
входит оценка эффективности проведения лесохозяйственных мероприятий
через прогноз последствий их реализации в конкретных экологических услови¬
ях и географических положениях.
8.1.1. Система математических моделей
Информация о состоянии лесов при всем многообразии ее свойств, источ¬
ников получения и уровней агрегирования еще не находит массового примене¬
ния в практике организации хозяйственной деятельности. Ее использование
требует не только профессиональных знаний, но и наличия свободного (в тех¬
ническом смысле) доступа к ее источникам и эффективным средствам обработ¬
ки и представления данных, в частности в наглядном картографическом виде.
Для этого требуются специальные алгоритмы работы с лесной информацией,
основанные на знании ее особенностей и законах преобразования.
Качественно изменилась работа с лесоустроительными материалами и дан¬
ными учета лесного фонда при появлении систем управления базами данных и
геоинформационных систем (ГИС). Разнообразные алгоритмы преобразова¬
ния информации, реализуемые в ГИС по запросам пользователя, намного по¬
высили эффективность применения данных и карт для решения различных
справочно-аналитических задач. Следующий этап создание динамических
рядов данных и прогнозных карт изменения состояния лесных ресурсов, оцен-
283
Часть III. Интерпретационное картографирование
ка эффективности хозяйственной деятельности на перспективу, оптимизация
лесопользования с учетом индивидуальных особенностей местоположения ле¬
сонасаждений. Решение этих задач возможно лишь при наличии математиче¬
ских моделей, основанных на знании природных закономерностей, материалах
лесной таксации и аэрокосмической съемки.
В моделировании динамики леса имеется ряд особенностей, связанных со
спецификой его развития — длительностью протекания процессов в древосто-
ях, измеряемой несколькими десятками и сотнями лет, а также большим разно¬
образием видовой и возрастной структуры лесонасаждений. Это осложняет
оценку коэффициентов модели: традиционные методы идентификации по экс¬
периментальным данным оказываются неприемлемыми. Требуется разработка
простых, но вместе с тем адекватных действительности методик моделирова¬
ния, допускающих несложную опытную проверку базисных положений.
При моделировании естественной и протекающей на фоне лесохозяйст¬
венного освоения динамики лесных ресурсов необходимы не одна-две, а целая
система разноуровневых математических моделей, отражающая естественную
иерархию лесов как компонентов геосистем различных рангов. Именно в виде
такой системы модели леса включаются в комплекс эколого-экономических
моделей региона.
Математическое моделирование динамики лесов имеет длительную исто¬
рию. Первыми моделями по праву считаются таблицы хода роста лесонасажде¬
ний, которые и в настоящее время широко используются в лесоводственной
практике. При построении этих таблиц применяются математико-статистиче¬
ские методы обработки данных. Материалы таблиц легли в основу многих ма¬
тематических моделей, среди которых наиболее известны модели Г.Ф. Хильми
[1966] (см. п. 1.3.3).
Повышение интереса к формальному описанию развития лесов в послед¬
ние десятилетия связано с общей активизацией исследований в области моде¬
лирования экосистем. За этот период опубликовано большое число работ,
посвященных данной проблеме. Лесная растительность описывается математи¬
ческим языком на различных уровнях ее организации с разной степенью де¬
тальности: строятся модели фотосинтеза древесных пород, лес включается как
компонент в модели биосферы. Разнообразен также математический аппарат
моделирования. Помимо математико-статистических методов анализа измене¬
ния структуры лесонасаждений большое распространение при моделировании
леса получили элементы теории случайных марковских процессов, использу¬
ются системы простых дифференциальных уравнений и дифференциальных
уравнений в частных производных.
К сожалению, каждая из моделей, как бы совершенна она ни была, может
применяться лишь для решения узкого класса задач прогнозирования и плани¬
рования. Практические проблемы управления лесными ресурсами требуют
разработки целостной системы моделей. Причем за исходный пункт моделиро¬
вания целесообразно принять отдельное лесонасаждение — участок леса с про¬
странственно-однородной видовой и возрастной структурой древостоя. В вы-
сокоагрегированных моделях лес представлен только двумя показателями -
площадью, покрытой лесом, и средним запасом древостоев.
284
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
В единой системе математических моделей леса единство обеспечивается
общностью формального языка описания процессов, наличием одной инфор¬
мационной базы моделей, упорядоченностью моделей и их взаимосвязью в
комплексе, возможностью работы с каждой из них и со всеми вместе в диалого¬
вом режиме.
По современным представлениям, идеальная математическая модель слож¬
ной экосистемы, в частности лесного сообщества, должна:
быть адекватной моделируемой системой;
допускать идентификацию (оценку коэффициентов) своих параметров на
основе имеющихся данных;
верифицироваться (проверяться) с использованием независимых данных;
содержать возможности для постоянного улучшения ее работы при появле¬
нии новых экспериментальных данных без существенной переделки структуры
модели;
быть устойчивой относительно входных параметров, т.е. при использова¬
нии ее для расчета в других условиях среды не нужно было бы изменять значе¬
ния коэффициентов и общее построение модели;
строиться в виде блоков с учетом обмена результатами между блоками так,
чтобы выход одной модели был входом для другой;
свободно агрегироваться в упрощенную модель, описывавшую динамику
агрегированных показателей, что обеспечивало бы сопряженность моделей, по¬
строенных для различных уровней организации экосистем;
иметь алгоритм моделирования, понятный специалистам нематематикам.
Большинству из этих требований удовлетворяют функционально-динамиче¬
ские модели, которые описывают динамику природных систем с учетом влияния
экологических факторов на изменение их компонентов (см. п. 1.3.1-2). Причем
под динамикой понимается процесс перехода элементов из состояния в состоя¬
ние (“движение” по классам диаметра или возраста деревьев, восстановитель¬
но-возрастным стадиям леса), а функционирование рассматривается как реали¬
зация функций элементов леса (их изменение под действием среды).
Такие модели можно наглядно представить в виде графов, отражающих
структурные, динамические и функциональные характеристики описываемой
системы [Черкашин, 19846]. Каждому графу соответствует математический
язык описания. Благодаря этому строится модель, по которой проводятся рас¬
четы на компьютере, ставятся и решаются специальные математические зада¬
чи, в частности задачи оптимального управления.
При создании комплекса эколого-экономических моделей региона был
принят принцип многоуровневого моделирования [Модели..., 1981; Моде¬
лирование..., 1982; Эколого-экономические..., 1987], отражающий двухрядный
принцип иерархии геосистем [Сочава, 19726].
Интерпретация геосистемной иерархии в упорядочении компонентов гео¬
графических объектов и их математических моделей — распространенный спо¬
соб систематизации специальных данных и знаний. Он используется, например,
в ландшафтной гидрологии [Антипов, Федоров, 2000; Антипов, 2003], в типоло¬
гии лесов (см. п. 6.1), в таксономии ареалов животных (см. п. 6.3). Здесь удается
обозначить изучаемый компонент в системе других одноранговых компонентов
285
Часть III. Интерпретационное картографирование
а также в интегральной географической среде — геосистеме динамически свя¬
занных разнокачественных компонентов. Исследуемые объекты в иерархии рас¬
сматриваются как геохоры (гетерогенные образования) — преимущественно ин¬
дивидуальные единицы районирования (урочища, ландшафты, провинции и
др.), но это также любая “вырезка” территории, т.е. выдел с произвольными, на¬
пример хозяйственными границами (лесотаксационный квартал, администра¬
тивный район и др.). Геохоры обладают соответствующей по рангу типологиче¬
ской, геомерной структурой, фиксируемой на ландшафтных картах. Поскольку
каждый геомер представляет некоторый вариант природных условий, то таким
образом определяется и тип условий протекания исследуемых компонентных
процессов, и пространственная мозаика этих процессов, знание которой, в част¬
ности, необходимо для расчета коэффициентов уравнений (см. п. 1.3.4). В основу
классификации математических моделей [Черкашин, 19846] положена класси¬
фикация геосистем, в соответствии с которой все модели подразделяются на мо¬
дели локального, внутрирегионального и регионального уровней (рис. 8.1). В мо¬
делях на верхнем уровне решаются задачи в рамках всего региона, а на ниж¬
нем — локальные задачи, связанные с процессами, протекающими внутри
региона в пределах геосистем разной размерности. В системе моделей учитыва¬
ется естественная иерархия геосистем (геохор), подсистемами которых являются
моделируемые объекты, иерархия изучаемых процессов и показателей состояния
(количество деревьев, характеристики площади, запасы) и сложность используе¬
мого математического аппарата. Особо выделены модели, в которых описывает¬
ся динамика компонентов отдельных выделов фаций — биогеоценозов (локаль¬
ный, ценотический уровень). Модели более дробных уровней организации не
имеют практического значения для решения задач оптимизации ведения лесно¬
го хозяйства и в рассматриваемый комплекс не включены.
Более сложными считаются модели, в которых учтена пространственная и
возрастная структура леса. В приведенной на рис. 8.1 схеме модели одного
уровня агрегирования разделены на сосредоточенные — объектные (М1/+ 1) —
и пространственно-распределенные (М2/ — 1) модели. В качестве характери¬
стики агрегирования используется показатель размерности / = lg(5/50). В этих
соотношениях учтено, что характерная площадь 5 (в гектарах) распределенных
систем примерно на два порядка больше площади соответствующих сосредото¬
ченных систем. Так, модель МП описывает динамику древостоя на площади,
не превышающей 50 = Lra. На большей площади лес уже нельзя рассматривать
как пространственно-однородную систему. Динамика неоднородных лесонаса¬
ждений на участках до 100 га описывается моделью М21. Для моделирования
динамики леса в масштабах географической фации, урочища, местности и
ландшафта необходимы более агрегированные модели, отражающие процесс
изменения площади, занятой тем или иным типом леса или лесонасаждениями
с преобладанием определенной породы. Эти модели субрегионального уровня
позволяют, например, прогнозировать динамику лесов таежного ландшафта
[Черкашин, 19846]. Региональные модели отражают в своей структуре динами¬
ку лесных ресурсов по запасам древесины [Черкашин, 1986].
Естественно предположить, что аналогичную иерархию должны иметь моде*
ли других компонентов геосистем, включая модели экономики и населения. Ие-
286
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
экономики точенные ленные прочих
и населения Модели лесных ресурсов ресурсов
Рис. 8.1. Система эколого-экономических моделей лесопользования.
рархическая согласованность экономических процессов хорошо прослеживается
на примере лесохозяйственных мероприятий. К их числу относятся рубки ухода,
направленные на изменение структуры отдельных древостоев, рубки главного
пользования, влияющие на облик ландшафта, и крупномасштабные лесозаго¬
товки, когда приходится учитывать запасы и динамику лесов крупного региона.
Для планирования конкретного лесохозяйственного мероприятия и про¬
гнозирования последствий его проведения необходимы модели леса опреде¬
ленного уровня агрегирования. Так, с помощью региональной модели М17 с
учетом различных экологических и экономических критериев выбирается ра¬
циональный объем лесозаготовок в данном регионе. Менее агрегированные
модели М26 и М16 применяются для планирования использования лесных ре¬
сурсов по отдельным лесхозам и лесосырьевым базам. На уровне моделей М15
и М25 определяются и уточняются сроки заготовок по кварталам. Модели М14
и М24 используются для прогноза динамики лесонасаждений по породам и
классам возраста, для определения мест рубок главного и дополнительного
пользования на планах лесонасаждений. С помощью моделей М13, М23, М12 и
М22 уточняются типы леса и типы лесонасаждений и их динамика, что дает
возможность планировать интенсивность и периоды побочного лесопользова¬
ния (сбора грибов, ягод, орехов). Наконец, модели МП и М21 применяются в
основном для прогноза восстановления леса после концентрированных рубок и
Для оценки эффективности проведения рубок ухода и санитарных рубок. На
этом, самом нижнем, уровне моделирования определяется интенсивность ле¬
сопользования для каждого отдельного лесонасаждения.
Практическая ценность системы математических моделей возрастает, если
пользователь, например специалист лесного хозяйства, сможет работать с моде¬
287
Часть III. Интерпретационное картографирование
лями в режиме диалога с компьютером, формулируя задачу на понятном ему
языке. При разработке основ диалоговой системы прогнозирования динамики
лесных ресурсов необходимо последовательно решить ряд проблем: создать схе¬
му классификации моделей и схему выбора рациональной стратегии управления,
подготовить схему диалога и алгоритм обработки ответов пользователя, отладить
программу в режиме ввода информации с экрана компьютера и отработать схему
прогнозирования динамики лесных ресурсов в диалоге с компьютером.
В основу алгоритма выбора модели положена схема на рис. 8.1. Главным
критерием выбора является показатель размерности /, дополнительными — не¬
обходимость учета пространственной и возрастной структуры леса.
Для информационного обеспечения расчетных схем и решения других
важных практических задач лесопользования создается ГИС состояния лесного
фонда (ГИС СЛФ) на различных уровнях агрегирования лесоустроительной
информации [Владимиров, 20016, 2003а; Абушенко и др., 2002; Геоинфор¬
мационная..., 2002; Владимиров и др., 2003; Vladimirov, Cherkashin, 2002|.
Система моделей естественно вписывается в процедуры ГИС [Владимиров,
2001а, 2005; Владимиров, Черкашин, 2002; Владимиров, Чудненко, 2004; Чер¬
кашин и др., 2004], позволяя наглядно представлять последствия хозяйствен¬
ных мероприятий. Комплекс программ моделирования рассматривается как
составная часть программного обеспечения геоинформационных систем для
органов государственной власти (ГИС ОГВ). Он позволит хранить лесоустрои¬
тельную информацию, преобразовывать ее для решения задач прогнозирова¬
ния и проводить прогнозные расчеты для лесных массивов разного масштаба с
учетом особенностей лесорастительных условий, лесозаготовок, пожаров и
других факторов воздействия на лес.
Результаты расчетов отображаются на экран компьютера в виде графиков и
прогнозных карт. На основе имеющейся информации учета лесного фонда и
поквартальных итогов разработана серия справочно-аналитических карт, ото¬
бражающих разные характеристики состояния лесных ресурсов Иркутской об¬
ласти в разрезе районов, лесхозов и кварталов. Показаны возможности вари¬
антных расчетов для оценки воздействия планируемых хозяйственных меро¬
приятий на природную среду.
8.1.2. Информационное обеспечение моделей
Этот ответственный этап разработки системы моделей динамики лесных
ресурсов заключается в сборе данных о начальных и граничных условиях реше¬
ния дифференциальных уравнений, условиях среды, а также в определении ко¬
эффициентов модели, в получении данных, необходимых для построения кон¬
цептуальных схем динамики, и информации для проверки моделей на адекват¬
ность (рис. 8.2).
Как отмечалось, идентификация моделей леса по данным долговременных
наблюдений за изменением структуры древостоев за редким исключением не¬
возможна. Приходится разрабатывать специальные методы оценки коэффици¬
ентов, следующие непосредственно из принципов моделирования. Вместе с
тем сведения о строении лесонасаждений, о возобновительных процессах в
лесу и состоянии среды весьма обширны. Нужно только уметь включать их в
288
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
Постановка
задачи
Обработка
запросов
Выбор типа
модели
Определение
иерархического
уровня
База данных
состояния
лесов
J
Построение
Построение
Опред<
мление
\
У)
равнений
графа
типа у<
:ловий
Ландшафтная
карта типов
местности
ГИС
Определение
начальных
условий
I
Карта
состояния
объектов
I
Определение
типа элементов
Определение
объекта
исследования
База данных
результатов
расчета
Определение
граничных
условий
I
Карта
Прогнозная
планирования
карта
Прогнозные
Оптимиза¬
ционные
расчеты
расчеты
/
1
Оптимиза¬
Задачи
ционная
М—
нормирования
карта
и др.
Рис. 8.2. Общая схема создания моделей и разработки прогнозных карт.
структуру расчетов. Из литературных источников также можно извлечь много
информации о качественных закономерностях развития леса, необходимой для
построения концептуальных схем в виде графов.
Большой объем информации, отражающей пространственное разнообра¬
зие леса, содержится в материалах лесоустройства, сконцентрированных в
ГИС. Их можно использовать для определения начальных и граничных усло¬
вий решения дифференциальных уравнений модели, оценки комплексных ха¬
рактеристик состояния условий природной среды (бонитета, строения местно¬
сти по лесорастительным условиям, потенциального запаса древесины) и вы¬
числения ряда коэффициентов.
Математические модели, сопряженные с ГИС, позволяют оперативно вы¬
ходить на создание прогнозных карт (визуализацию результатов расчета),
дают возможность ставить задачи оптимизации управления и нормирования
нагрузок на лесные экосистемы, проектировать хозяйственную деятельность
(см. рис. 8.2).
В процедурах информационного обеспечения важное место занимает раз¬
личение разнообразных типов: типов моделей, типов условий, типов элементов
289
Заказ N1.' 5Ы)
Часть III. Интерпретационное картографирование
(стадий), типов связей (в графах). Разные типы моделей возникают под задачу
исследований и соответствуют моделям специальной системной интерпрета¬
ции (см. гл. 1). Типизация — необходимое условие автоматизации построения
моделей через распознавание и формализацию содержания проблемы. При ти¬
пизации используются расслоение географического объекта по разным основа¬
ниям (базам). Особенно важна идентификация типов условий (местоположе¬
ний) как геомеров или территориальной мозаики геомеров развития ситуации.
В целом геоинформационную базу моделей составляют результаты ла¬
бораторных, стационарных, маршрутных исследований и аэрокосмических
съемок — база данных, упорядоченная по принципам иерархии геосистем
(рис. 8.3).
Для моделирования существует два основных источника информации —
государственные службы (специально уполномоченные организации монито¬
ринга и контроля за состоянием окружающей природной среды) и научные ис¬
следования. Информация специальных служб агрегируется с нижних уровней
управления на более высокие. Научная информация детализируется с более
высоких уровней на нижние, например при заверке космических снимков на
местности в ходе маршрутных и стационарных исследований. Научные методы
получения информации применяются в организации проведения фонового, те¬
кущего и оперативного мониторинга, в частности в системах лесоустройства,
лесной инспекции и охраны лесов.
Лабораторные и стационарные исследования дают возможность в деталях
изучить взаимосвязи между компонентами и процессами, проверить достовер-
Государственные Моделирование Научные
Рис. 8.3. Иерархическая структура информационного обеспечения системы моделей
Стрелками обозначены потоки информации.
290
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
ность исходных теоретических построений, сформулировать концептуальные
модели и сформировать базу знаний в виде эмпирических обобщений исследо¬
вательского опыта. Маршрутные исследования территории предлагают обшир¬
ный материал для экстраполяции результатов стационарных исследований на
окружающее пространство, помогают уточнить содержание моделей внутрире¬
гионального уровня.
Преимущество аэрокосмических методов — высокая частота их повторяе¬
мости, возможность в обобщенных характеристиках и на большой территории
фиксировать изменения природной среды. В блоке с моделями они играют
важную роль оперативной оценки отклонений (аномалий), фиксируемых пара¬
метров состояния природной среды от их значений, рассчитанных по моделям
или имеющихся в базе данных. При совершенствовании информационного
обеспечения возможность оперативного получения и обработки спутниковой и
подспутниковой информации и в целом с внедрением новейших информаци¬
онных технологий можно говорить о создании постоянно действующих моде¬
лей компонентов природной среды в рамках геосистемного мониторинга.
В схеме (см. рис. 8.3) есть блок дезагрегирования информации, который
содержит аналитические модели, позволяющие переводить средние данные
таксационных описаний в функции плотности распределения деревьев и запа¬
сов по возрасту, диаметру и высоте. Эти функции необходимы для определения
начальных условий при интегрировании уравнений динамики древостоя.
Вся система информационного обеспечения и моделирования “прониза¬
на” геоинформационным полем — инвариантной структурой расслоение гео¬
графического пространства на непересекающиеся контуры типологических
единиц соответствующего иерархического ранга. Моделью этого поля является
электронная ландшафтно-типологическая карта территории, необходимая для
индикации типов среды существования и тенденций изменения объектов (базы
знаний ситуационного анализа и моделирования).
Таким образом, компьютерная система прогнозирования и управления ди¬
намикой лесных ресурсов создается на основе оригинальных вычислительных
схем, основанных на закономерностях естественной динамики лесонасажде¬
ний и их хозяйственного использования. В основном для расчетов используют¬
ся модели локального и субрегионального (ландшафтного) уровней [Черка¬
шин, 19846; Владимиров, 2000, 2002, 20036, в; Владимиров и др., 2001]. Класс
площадных пространственно-распределенных моделей ландшафтного уровня
представляет особый практический интерес. Задача современного этапа соз¬
дать систему информационного обеспечения использования таких моделей и со¬
ответствующих им методов для решения задач управления лесными ресурсами.
8.2. Прогнозирование пространственно-временной
динамики лесов
При моделировании развития лесонасаждений необходимо учитывать, что
отдельные участки леса — это открытые системы, динамика которых определя¬
ется как состоянием физико-географических условий среды, так и влиянием
соседних массивов леса. Поэтому для математического описания подобных
291
Часть III. Интерпретационное картографирование
процессов и связей необходима модель с распределенными параметрами, в ко¬
торой главные характеристики леса являются функциями пространственных
координат и зависят от влияния окружающих элементов исследуемой системы.
8.2.1. Описание объекта исследования
Модель типа М21 (см. рис. 8.1), условно названная “Вырубка”, была разра¬
ботана и применялась для ориентировочных расчетов динамики лесных площа¬
дей [Модели..., 1981]. Для практического использования этой модели требуется
дальнейшее совершенствование ее структуры в соответствии с особенностями
пространственно-временной динамики лесов, уточнение значений коэффици¬
ентов и оценка начальных и граничных условий в конкретной ситуации.
В окрестностях экспериментальной базы Приангарского таежного стацио¬
нара Института географии СО АН СССР [Крауклис, 19756, в] в 1980 г. была об¬
следована четырехлетняя вырубка площадью 1/3 км2 (рис. 8.4). Объект исследо¬
вания выбирался таким образом, чтобы выполнялось необходимое для работы
модели условие — минимизировалось влияние окружающей территории на
рассматриваемый участок ландшафта, прежде всего через процессы переноса
семян и внутрипочвенной влаги.
У
с
ю
б в
*
Рис. 8.4. Схема вырубки.
I _ древостой с участием темнохвойных (а), светлохвойных (б) и лиственных (в) пород; 2 — отдель¬
но стоящие деревья-семенники соответствующих пород; 3 — ручьи; 4 — переувлажненные участки
водосбора; 5 — местоположение верхнего склада; х, у — пространственные координаты участ¬
ка (1-11), описания с интервалом 50 м.
292
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
Фациальная структура участка местности представлена на рис. 8.5.
Вырубка находится в пределах водосбора с ровным рельефом с уклоном
около 10° на юго-запад (см. рис. 8.4, 8.5). На западной границе вырубки распо¬
ложена полоса не тронутого рубкой темнохвойного леса на склоне, который
круто спускается к ручью. В древостое преобладают кедр и пихта с примесью
лиственницы и сосны, в подросте — осина, береза, деревья темнохвойных по¬
род высотой 1-3 м (5-10 тыс. шт./га). В наземном покрове доминируют мхи и
осочка.
Южная граница вырубки представлена сосновыми лесонасаждениями,
расположенными также на крутом склоне. Древостой с видовой структурой
9С1К с подростом из березы, сосны, кедра, ели и пихты. В травянистом покро¬
ве преобладают вейник тупоколосковый и брусника. Частично изрежен рубкой
древостой восточной границы участка. Расположенный здесь пихтарник травя-
но-зеленомошный имеет густой подрост преимущественно из темнохвойных
пород. За этой полосой леса находится обширная лесосека 1975 г., а в глубокой
ложбине протекает ручей. Вырубка продолжается на север еще около 0,5 км и
примыкает к лесовозной дороге.
В центральной части вырубки сохранено до 10 шт./га деревьев-семенников
различных пород. Почва здесь покрыта вейником тупоколосковым, кипреем и
осочкой. Местами почвенный покров нарушен при трелевке стволов. В поя¬
вившихся углублениях скапливается вода и растет влаголюбивая раститель¬
ность: вейник Лангсдорфа, хвощи, а местами даже рогоз. Это свидетельствует о
частичном заболачивании участков водосборов после сведения леса. Избыток
влаги поступает в многочисленные на обследованной местности ручьи.
Восстановление лесонасаждений на участке идет за счет вегетативных по¬
бегов осины и самосева березы и сосны. Темнохвойные породы в этих условиях
не возобновляются.
При обследовании вырубки через каждый 50 м в квадратах 50 х 50 м прово¬
дились геоботанические описания с глазомерной оценкой распределения де¬
ревьев разных пород по классам диаметра (5 см) на высоте 1,3 м. Для учета мел¬
кого подроста закладывались площадки размером 2 х 2 м в местах, наиболее ха¬
рактерных для описываемого участка 50 х 50 м.
8.2.2. Описание математической модели
В основу математической модели положена система дифференциальных
уравнений первого порядка в частных производных [Модели..., 1981], описы¬
вающих изменение во времени распределения деревьев i-й породы по харак¬
терному размеру р (в данном случае диаметру) в единичной окрестности точки
с координатами (х, у)
р. Ь; Ф' <-й (1)
где / — число лесообразующих пород в пределах рассматриваемого участка;
n*(t9 р, £0) — число деревьев i-й породы, приходящихся на единичную окрест¬
ность точки с координатами и Р в момент времени /; коэффициенты Gq( ) и
293
Часть III. Интерпретационное картографирование
= 1111 = INI = III! = llll = INI = llll = llll = llll = III! = Ull = Mil = III! = Mil =
Факторальные ряды (виды фаций)
Фации
Пк
Мк
Пс
Сублитоморфный (оптимальный)
Субгидроморфный (оптимальный)
Субпсаммоморфный (оптимальный)
Субгидроморфный (промежуточный литоморфный)
Сублитоморфный (промежуточный псаммоморфный)
ill
е им = hi
Рис. 8.5. Фациальная структура участка исследования: представлены фации трех классов
фаций (факторальных рядов) трех групп фаций (коренные, мнимокоренные, серийные)
с местными вариациями условий (оптимального и промежуточного типа).
Фации: Пк — полукоренные, Мк — мнимокоренные, Пс — полусерийные.
294
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
Состояния фаций до рубки
Сублитоморфный ряд
Оптимального проявления. Полусерийные — пихтовые мелкотравно-зеленомошные леса IV
класса бонитета на бурых дерново-лесных скелетных почвах на вершинах трапповых холмов.
Мнимокоренные — темнохвойно-светлохвойные бруснично-разнотравные леса IV класса бо¬
нитета с дерново-лесными суглинисто-щебснчатными почвами на выпуклых склонах трапповых
холмов.
Промежуточного проявления. Мнимокоренные — темнохвойно-светлохвойные леса III класса бо¬
нитета со слабодерновыми среднеподзолистыми пылевато-песчаными двухчленными (на делюви-
ально связном песке, подстилаемом пестроцветными суглинками) почвами в средней части склона
траппового водораздела с интенсивным ступенчато-ложбинно-западинным микрорельефом.
Субгидроморфный ряд
Оптимального проявления. Полукоренные — темнохвойно-светлохвойные осочково-разнотрав-
но-зеленомошные с влажнотравьем леса IV класса бонитета на слабо-дерново-среднеподзолистых
почвах выпуклых склонов вершин распадков.
Мнимокоренные — лиственнично-пихтовые леса IV класса бонитета разнотравно-осочковые со
слабодерново-среднеподзолистыми суглинистыми почвами со слабовыраженным вторым гумусовым
горизонтом на склонах распадков, расчлененных ложбинами временных и постоянных водотоков.
Полусерийные — темнохвойные влажнотравные зеленомошные леса IV класса бонитета с тем¬
нохвойно-подзол исты ми суглинистыми (со щебнем) почвами на вершинах ложбин по склонам во¬
досборных понижений в местах выхода грунтовых вод.
Промежуточного проявления. Мнимокоренные — темнохвойно-светлохвойные осочково-разно-
травные леса IV класса бонитета с дерново-среднеподзолистыми (со щебнем) почвами на вогнутых
бугристо-западинных склонах трапповых холмов.
Субпсаммоморфный ряд
Оптимального проявления. Мнимокоренные — сосняки бруснично-зеленомошные IV класса бо¬
нитета со слабодерновыми средне подзол исты ми песчаными почвами на верхних частях склонов,
расчлененных ложбинами временных водотоков.
v1 (•) соответствуют интенсивности отмирания и скорости роста деревьев; N —
общая густота древостоя; ul(t, р, £0) — число вырубленных или посаженных за
единицу времени деревьев диаметром р в момент t в окрестностях точки £0.
Граф-схема уравнения (1) представлена на рис. 1.8 и отражает процессы роста и
изреживания древостоя как естественным образом, так и в процессе рубки.
Решение (1) находится при начальных условиях
и'('н> рДо) = <(р,£о) (2)
и граничных условиях
n‘(t,S0) = n‘(t, р,So) = Pofto) • Э'.О- P.$0’N)XЫ*Ло) + <(t,So)) (3)
где и„(-) — распределение деревьев i-й породы по диаметру р и в пространстве в
начальный момент времени; n'0(t, So)— количество всходов, появившихся в мо¬
мент времени t и приходящихся на единицу площади в окрестности точки So!
Ро, pj — функции, отражающие физико-географические и биогеоценотические
Условия прорастания семян; n‘v(t, So)■» n>s (*> £о) — максимально возможное число
всходов соответственно вегетативного и семенного происхождения, которые
могут появиться и укорениться в течение года при оптимальных условиях сре¬
ды. Конкретный вид приведенных функциональных зависимостей опублико¬
ван в работах [Черкашин, 1979; Модели..., 1981].
295
Часть III. Интерпретационное картографирование
Взаимосвязь различных участков местности в модели отражается, во-пер¬
вых, через перенос семян, поэтому «[,(•) является функцией распределения се¬
менников по всей обследованной территории; во-вторых, через ервдообразую-
щее влияние древостоев на окружающие участки местности. При расчетах ко¬
личество всходов вычислялось по формуле
ns ОД о) — (nv{U £о) + ns{i> So)) ' Фл(Л0) х J Jy (£o> (4)
s
где ф‘r(Rq) — функция влияния освещенности под пологом леса (R0) на появ¬
ление и выживаемость всходов; P(S,) — общая сомкнутость крон деревьев в
единичной окрестности точки S,; y (S0, Si) —характеристика влияния сомкну¬
тости крон лесонасаждений в точке Si на возобновление леса в точке So (убы¬
вающая функция расстояния от Si floSo)- Интегрирование в уравнении (4) ве¬
дется в общем случае по всей исследуемой площади S, но при конкретных
расчетах достаточно принимать во внимание влияние только соседних участ¬
ков леса.
В уравнении (4) ландшафтно-экологические условия учитываются в значе¬
ниях п[,(•) и Hj (•), а воздействие биогеоценотических условий связывается с осве¬
щенностью под пологом леса и сомкнутостью крон лесонасаждений. Послед¬
нее дает возможность отразить некоторые особенности восстановительного
процесса. Сомкнутость крон регулирует биомассу травянистого покрова, уве¬
личение которой, особенно на вырубках, снижает количество всходов деревьев.
Рост сомкнутости крон снижает биомассу и интенсивность восстановления
лиственных и светлохвойных пород, но способствует появлению под пологом
самосева хвойных деревьев. Сигналом к массовому появлению вегетативных
побегов является резкое уменьшение сомкнутости крон деревьев, например по¬
сле пожаров, рубок, размножения вредителей. В модели подобный эффект учи¬
тывается путем сравнения показателя сомкнутости на смежных шагах числен¬
ного интегрирования.
Деревья в модели подразделены на три группы пород (темнохвойные, свет¬
лохвойные и лиственные), на классы толщины с шагом 5 см и на три яруса в за¬
висимости от диаметра стволов. Информационное обеспечение модели выпол¬
нялось в соответствии с принципами, изложенными в п. 8.1.2. Начальные и
граничные условия для работы модели определены в ходе обследования выруб¬
ки. Данные о бонитете древостоев до рубки позаимствованы из материалов
лесоустройства.
8.2.3. Прогнозные карты восстановительно-возрастных смен
Расчеты с помощью распределенной модели леса проводились на период
до 140 лет, в течение которого выявляются основные закономерности форми¬
рования видовой структуры лесонасаждений, характеризуемые тремя показате¬
лями — количеством всходов, суммой площадей сечений стволов на высоте
1,3 м и запасом деловой древесины (более 20 см).
296
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
Расчеты показывают, что пространственная структура восстановительных
процессов в основном связана с расположением источников семян и участков,
благоприятных для вегетативного размножения лиственных пород (рис. 8.6). В
первые годы после рубки всходы темнохвойных пород приурочены в большей
степени к сохранившимся участкам леса, причем их количество в сомкнутых
древостоях невелико. Обильна поросль лиственных на вырубке и в примыкаю¬
щих к ней изреженных древостоях. Всходы светлохвойных пород появляются в
окрестностях семенников. По мере зарастания вырубки площади, на которых
возобновляются темнохвойные породы, сначала увеличиваются, а затем посте¬
пенно сокращаются, перемещаясь к центру вырубки. Всходы лиственных в это
время приурочены к не покрытым лесом участкам.
Площади, на которых возобновления леса не происходит, со временем
уменьшаются, как в результате распространения семян, так и под средообра¬
зующим влиянием ближайших лесонасаждений. Однако в окрестностях быв¬
шего верхнего склада и в центральной части вырубки, где это влияние незначи¬
тельно, возобновление отсутствует даже спустя 140 лет. Интересно, что в моде¬
ли специально не учитывается местоположение верхнего склада. Этот участок
отличается от других лишь нулевыми начальными условиями. Следовательно,
полное уничтожение древостоя влечет за собой неустойчивость лесовозобнови¬
тельных процессов и способствует формированию стабильных травянистых ас¬
социаций. В результате этого через 20 лет после рубки 12 % территории, а через
140 лет — 4 % площади может остаться не покрытой лесом. Отсюда следует, что
естественное возобновление на вырубке не может обеспечить полного восста¬
новления лесонасаждений и требуется проведение мероприятий по искусст¬
венному лесовыращиванию.
Через 140 лет после рубки большая часть территории покрывается лесами с
преобладанием темнохвойных пород, постепенно вытесняющими лиственные
и светлохвойные леса. Этот процесс хорошо прослеживается на отдельных уча¬
стках местности.
В лесах с преобладанием темнохвойных пород расчеты имитируют харак¬
терные для подобных древостоев затухающие колебания возобновления с пе¬
риодом 80-90 лет. В насаждениях, в которых доминируют светлохвойные поро¬
ды, после рубки идет постепенное выпадение перестойных деревьев этих по¬
род, что ведет к сокращению числа их всходов и увеличению количества
темнохвойного подроста. Примерно через 65 лет после рубки в древостое начи¬
нают преобладать темнохвойные породы.
В центре вырубки, где на первом этапе восстановления леса формируются
лиственные древостой, активное возобновление темнохвойных начинается
спустя 40-60 лет после рубки, а еще через 40 лет пихта преобладает в древостое
по сумме площадей сечений стволов. Интересно протекает развитие леса в
центре вырубки, где сохранились семенники светлохвойных пород. Здесь свет¬
лохвойные леса не уступают своих позиций другим растительным формациям.
Неоднородность территории по физико-географическим условиям, неод-
новременность начала возобновления, различный видовой состав первичных
сообществ, а также разница в начальном состоянии древостоев определили
пространственное разнообразие возрастной и породной структуры лесонасаж-
297
Часть III. Интерпретационное картографирование
7= 20
Т= 80
Рис. 8.6. Пространственное распределение лесонасаждений с преобладанием по сумме
площадей сечений стволов деревьев лиственных (1), светлохвойных (2) и темнохвойных
(3) пород в разные моменты времени Т (естественное восстановление леса на вырубке).
298
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
дений. До рубки на большей части площади преобладали светлохвойные поро¬
ды. Расчеты показывают, что наличие источников семян темнохвойных пород
и процесс смены типов леса за 140 лет обеспечат доминирование темнохвойных
лесов на территории.
В мае 1981 г. вырубка была пройдена пожаром. Весь сохранившийся после
рубки подрост и семенники хвойных пород были уничтожены. Сохранились
только лиственницы и сосны толще 20 см. У основания погибших мелких ство¬
лов березы и осины появились 1-3 молодых побега.
На северо-западной границе участка огонь продвинулся в глубь леса при¬
мерно на 50 м, уничтожив моховой покров, подрост и деревья толщиной до
20 см. Под пологом появилось большое количество вегетативных побегов оси¬
ны (10-20 тыс. шт./га). В окрестностях ручья повреждения незначительные:
погибли в основном подрост и мелкие деревья с р, 3 < 5 см. Почти без измене¬
ний остался древостой на юго-западной границе вырубки.
В сосняке пожар полностью уничтожил наземный покров и подрост, а мес¬
тами деревья с диаметром менее 10 см. На восточной границе вырубки в изре-
женном древостое огонь продвинулся на значительную глубину и вызвал ги¬
бель всех деревьев до 25 см в диаметре.
Все эти изменения были учтены в начальных и граничных условиях мате¬
матической модели и проведены расчеты восстановительного процесса в сло¬
жившихся условиях (рис. 8.7). Установлено, что пожар отрицательно скажется
на прогнозируемом возобновлении темнохвойных, но будет способствовать по¬
явлению большого числа всходов светлохвойных и лиственных пород. В ре¬
зультате через 100 лет при естественном развитии леса на территории сложится
ситуация, которая без влияния огня (первый вариант расчетов) появилась бы
уже через 60 лет. Таким образом, пожар задержит развитие леса более чем на
40 лет, усилит позиции светлохвойных пород в древостоях и увеличит площади,
не покрытые лесом.
В 2003 г. было проведено специальное обследование территории с целью
проверки результатов расчетов. Центральная часть гари за 30 лет заросла
молодыми лесами из осины и березы (с участием сосны и лиственницы) с тол¬
щиной ствола деревьев 5-10 см. Леса расположены участками, перемежающи¬
мися с разнотравно-вейниковыми лугами с полным отсутствием возобновле¬
ния деревьев. Под пологом мелколиственных и светлохвойных пород возоб¬
новление также отсутствует, иногда встречается единичный подрост пихты и
ели. Сравнение современного состояния территории с прогнозируемым ука¬
зывает на хорошее соответствие результатов расчета по модели с реальной си¬
туацией.
Пожары на вырубках в темнохвойной тайге на десятилетия задерживают
восстановительный процесс. Возможные ущербы можно оценить в ходе
вычислительного эксперимента с моделью динамики древостоя. Модель так¬
же позволяет понять эффективность проведения лесохозяйственных меро¬
приятий.
На образовавшейся гари экономичней создавать лесные культуры быстро¬
растущих светлохвойных пород. Предполагается, что лесные культуры будут
производиться по технологической схеме, предложенной ЛенНИИЛХ для кон-
299
Часть III. Интерпретационное картографирование
Г = 20
Т =60 =
Г =100
1
V V V
V V
ООО
о о
Рис. 8.7. Прогноз пространственной структуры возобновления (а) и суммы площадей
сечений (б) стволов деревьев по преобладающим породам в разные моменты времени
при естественном восстановлении леса на гари.
Преимущественное возобновление пород: 1 — лиственных, 2 — темнохвойных, 3 — светлохвойных
Преобладание по сумме площадей сечений стволов деревьев: 4 — лиственных, 5 — светлохвойных
и 6 — темнохвойных пород.
300
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
центрированных вырубок на хорошо увлажненных почвах южной подзоны гай-
ги [Лисенков, 1965). По этой схеме сначала проводят механизированную полос¬
ную очистку вырубок (ширина полос и расстояние между ними 2,5-3 м) от по¬
рубочных остатков, валежа и пней. При использовании такой технологии при¬
мерно на половине площади, сохранившейся после рубок и пожаров, подрост
уничтожается. Затем на очищенных полосах двухотвальным лесным плугом
прокладывают борозды, а в уплотненный обернутый пласт высевают семена
или сажают сеянцы — 5-6 тыс. шт./га. Уход за культурами, как правило, не
проводится.
В математической модели все эти особенности несложно учесть, изменяя
начальные условия решения дифференциальных уравнений. При расчетах
предполагалось, что через 3 года после пожара на всей свободной от леса части
гари будут высажены 2- и 3-летние деревца светлохвойных пород. Эффектив¬
ность оценивается по дополнительному увеличению запаса хвойных пород в
лесонасаждениях в возрасте 100 лет.
Нужно отметить, что полосная расчистка гари без последующего формиро¬
вания лесных культур, как показывают расчеты, малоэффективна. Лесной мас¬
сив довольно устойчив к подобным антропогенным воздействиям в первые
годы после пожара. Расчистка лишь незначительно уменьшает или увеличивает
в зависимости от местоположения долю лиственных пород в древостоях воз¬
раста 100 лет, но повсеместно сокращает запас темнохвойных пород.
Посадка саженцев светлохвойных в центральной части гари изменяет кар¬
тину восстановительного процесса. Резко возрастает площадь, на которой
успешно возобновляются эти породы. Увеличивается также доля площадей с
преобладанием светлохвойных по показателю суммы площадей, однако по рас¬
четам через 100 лет после рубки начинается их постепенное вытеснение темно¬
хвойными лесами.
При оценке эффективности лесопосадок за эталон принимается запас
крупномерных стволов ценных хвойных пород в древостоях возраста 100 лет,
сформировавшихся в ходе естественного восстановления леса на вырубке (пер¬
вый вариант развития). Расчеты показывают, что в результате пожара запас
хвойных в этом возрасте снижается на 22,9 %, а расчистка гари уменьшает его
еще на 8 %. Формирование лесных культур, напротив, увеличивает запас дело¬
вой древесины преимущественно светлохвойных пород на 37,5 %, что почти в
2 раза больше запаса столетних древостоев, появившихся на гари естественным
путем. Таков возможный результат создания лесных культур, когда благодаря
сокращению сроков лесовосстановления удается избежать непроизводитель¬
ных затрат времени на смену пород, поэтому проведение подобных лесохозяй¬
ственных мероприятий на вырубках и гарях выположенных водосборов в тайге
Нижнего Приангарья может дать значительный экономический эффект.
Таким образом, прогнозирование с помощью математической модели дре¬
востоя дает возможность оценивать последствия пожаров и влияние различных
лесохозяйственных мероприятий. Преимущество приведенных методов расчета
перед традиционными способами оценки эффективности заключается в том,
что результаты их привязаны к местности, наглядны и дают ответы на вопросы,
интересующие специалистов лесного хозяйства.
301
Часть III. Интерпретационное картографирование
8.3. Прогнозирование
восстановительно-возрастной динамики лесов
с учетом ландшафтной структуры
Известно, что в разных геосистемах неодинаковы как чувствительность
тайги к естественным и антропогенным воздействиям, так и ход ее восстанов¬
ления после катастрофических смен. Исследование географических законо¬
мерностей динамики восстановительных процессов необходимо для обеспече¬
ния рационального использования и сохранения таежных лесов региона, созда¬
ния прогнозных карт. Это требует разработки теоретически обоснованной и
практически действенной эколого-географической типизации таежных земель
для оценки интенсивности и направленности динамики в моделях прогнозиро¬
вания восстановительно-возрастных смен в таежных лесах с учетом ландшафт¬
ной структуры территории.
8.3.1. Восстановительно-возрастные ряды таежного леса
Наблюдаемые в Приангарье процессы восстановительно-возрастной дина¬
мики обязаны своим возникновением лесным пожарам и сплошным рубкам.
Другие факторы, уничтожавшие древостой или резко изменяющие условия сре¬
ды в них, не имеют на данной территории широкого распространения. Вспышки
массового размножения энтомовредителей имеют в лесах региона локальное
распространение и охватывают небольшие площади. Промышленные рубки в
существенных масштабах начаты в регионе после 50-х годов XX в. В настоящее
время ими освоена значительная часть Приангарья. Естественное восстановле¬
ние леса на сплошных концентрированных вырубках последних десятилетий
еще только начинается, и возможно наметить лишь начальные стадии процесса
возникновения и развития лесов на вырубках. Вырубки часто выгорают, поэтому
значение изучения послепожарных сукцессий остается актуальным.
Пожары охватывали в разное время всю территорию региона. По данным
Л.В. Попова [1982], на водораздельных пространствах и высоких террасах долин
рек признаки бывших ранее лесных пожаров обнаруживаются повсеместно. Раз¬
нообразие лесов в этих условиях обусловлено помимо различия ландшафтных
условий и разницей стадий послепожарного восстановления древостоев.
Сам процесс выгорания -(его частота и интенсивность) ландшафтно обу¬
словлен. Пойменные леса и леса невысоких надпойменных террас, которые
бывают отделены от бортов долин заболоченными участками поймы и старица¬
ми, горят редко, поэтому невозможно проследить стадии их послепожарного
восстановления. Возникновение и изменение лесов в этих условиях связано
главным образом с эрозионной и аккумулятивной деятельностью водотоков:
углублением русла, меандрированием, образованием террас, заносом старии
аллювием и т.п. Выгорание лесов на пойменных террасах происходит лишь при
очень крупных пожарах, гари здесь заболачиваются, образуются осоковые бо¬
лота, осоково-злаковые луга, на юге и западе региона на таких лугах постепен¬
но появляются заросли ивы и редкое возобновление березы. Со временем здесь
формируются крупнотравные и осоково-злаковые березняки, под пологом ко-
302
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
торых накапливается возобновления ели. Смена таких березняков ельниками
бывает очень длительной [Попов, 1982|.
Направленность восстановительно-возрастной динамики лесов определя¬
ется особенностями ландшафтной структуры территории (лесорастительными
условиями). На небольших территориях различия этого процесса зависят от
почв и положения относительно элементов рельефа. В неменьшей степени на
этот процесс влияют климатические факторы, поэтому в различных частях
Приангарья, даже в аналогичных по почвам и рельефу местах, восстановитель¬
но-возрастная динамика лесов происходит неодинаково.
В районах Приангарья Л.В. Поповым [1982] отчетливо выделяются следую¬
щие восстановительные ряды по генетическим типам леса (название ряда дает¬
ся по коренному, климаксовому сообществу).
I — темнохвойная тайга на дерново-подзолистых и дерново-лесных желе¬
зистых суглинистых почвах дренированных водоразделов и склонов.
II — темнохвойная тайга на дерново-подзолистых и дерново-лесных желе¬
зистых суглинистых и глинистых почвах плоских водоразделов и увлажненных
склонов.
III — сосняки на дерново-подзолистых и дерново-лесных железистых су¬
глинистых почвах с периодическими пожарами.
IV — сосняки на дерново-подзолистых и подзолистых почвах легкого меха¬
нического состава.
V — сосняки на песчаных подзолистых почвах водоразделов и верхних тер¬
рас долин рек с периодическими низовыми пожарами.
VI — светлохвойные леса на дерново-карбонатных почвах с длительными
межпожарными периодами.
VII — светлохвойные леса на дерново-карбонатных почвах с частыми бег¬
лыми низовыми пожарами.
VIII — сосняки на дерново-подзолистых и дерново-лесных железистых
суглинистых и глинистых почвах северной части с периодическими пожарами.
IX — ельники нижней части склонов с дерново-подзолистыми и дерно-
во-лесными железистыми почвами.
X — лиственничники на склонах с дерново-подзолистыми и дерново-лес-
ными железистыми суглинистыми и глинистыми почвами.
XIV — кедровники невысоких водоразделов с дерново-подзолистыми поч¬
вами.
Для каждого ряда определена последовательность биогеоценозов, сменяю¬
щих друг друга во времени [Попов, 1982].
8.3.2. Фациальная структура и прогнозное картографирование
Система восстановительных рядов, предложенная Л.В. Поповым [1982] для
подзоны южной тайги Средней Сибири, во многом подобна типизации геоме¬
ров этой территории. Существующие связи геомерных структур территории с
Динамикой лесонасаждений, во-первых, позволяют более объективно выделять
геосистемы на местности и, во-вторых, судить о динамике леса в той или иной
зоз
Часть III. Интерпретационное картографирование
точке пространства по результатам картографирования ландшафтов на геосис¬
темной основе.
Факторально-динамический подход к выделению геосистем позволяет бо¬
лее детально проанализировать различие восстановительной динамики в раз¬
ных местоположениях, идентифицируемых как группы и классы фаций. Фании
класса субгидроморфного ряда в составе среднесибирского южно-таежного
темнохвойно-лесного геома представлены группами коренных, мнимокорен¬
ных и серийных по фактору избыточного увлажнения фаций. Для ареалов ко¬
ренных плакорных фаций Приангарья, приближенных к зональной норме, на
гарях восстановление идет через осинники и сосняки с последующим форми¬
рованием темнохвойного древостоя с преобладанием (по числу стволов) пихты.
Мнимокоренные фации имеют иную последовательность смены пород: восста¬
новление идет через березу с формированием пихтовых лесов. Аналогичные
процессы прослеживаются в классе сублитоморфных фаций, но в составе пер¬
вичных сообществ большую роль играют сосна и лиственница, а в коренных
сообществах — соответственно кедр и ель.
Обобщения вариантов динамических процессов по отдельным фациям пу¬
тем объединения (агрегирования) стадий, относящихся к разным сукцессион-
ным рядам, дают схемы развития, соответствующие геомерам более высокого
таксономического ранга (классы фаций, геомы). Общим свойством восстано¬
вительных рядов в классах субгидроморфных и сублитоморфных фаций являет¬
ся формирование коренных темнохвойных лесов через смену светлохвойных и
лиственных насаждений соответствующего породного состава. Восстанови-
тельно-возрастная динамика лесов подобной направленности характерна для
среднесибирского южно-таежного темнохвойно-лесного геома фиксирован¬
ных возвышенностей [Крауклис, 1985J.
Динамика лесов осложнена дополнительным влиянием пирогенного фак¬
тора разной частоты и интенсивности. Это существенно меняет облик ланд¬
шафтов и закономерности их развития. Формируются естественно видоизме¬
ненные частыми пожарами фации пирогенного ряда, что позволяет совокуп¬
ность таких фаций объединить в самостоятельные геомы и связать, например, с
рядом V сосняков на водоразделах и террасах с периодическими низовыми по¬
жарами.
Проводились исследования восстановительно-возрастной динамики лесов
в Усть-Илимском районе Иркутской области, территория которого в лесотипо¬
логическом отношении [Попов, 1982] относится к Среднеангарскому округу
сосновых и лиственничных лесов и охватывает междуречье рек Кова и Ангара и
низовье р. Илима. Округ представляет собой возвышенную равнину, слабо рас¬
члененную эрозионной сетью в центральной части междуречья и довольно
сильно вблизи долин рек Ангара и Кова. Стоковая структура водоразделов во
многих местах нарушена выходами траппов, которые особенно многочисленны
у долин крупных рек.
Здесь распространены дерново-подзолистые и дерново-лесные железистые
почвы, формирующиеся на богатых окислами железа продуктах трансформа¬
ции различных по возрасту пород (туфогенных пород триаса на севере, камен
ноугольных и юрских песчаников и конгломератов в центре). На юге региона
304
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
J залегают карбонатно-сиаллитные осадки верхнего ордовика, на которых кроме
I дерново-подзолистых, нередко остаточно-карбонатных пород, встречаются не-
! большие участки дерново-карбонатных выщелоченных и оподзоленных почв,
j В лесотипологическом отношении этот округ является переходным. Зани-
i мающие более половины лесопокрытой площади сосновые леса размещены
J преимущественно на сравнительно низких отметках вдоль долин рек Ангара и
Кова. Они представлены на севере региона сосняками ряда VIII, на юге сосня¬
ками ряда III. Небольшие площади и только в южной части округа приходятся
на сосняки ряда VI светлохвойных лесов на дерново-карбонатных почвах. Ли¬
ственничные леса ряда X размещены по склонам и выходят местами на плоские
слабозаболоченные водоразделы. На юге округа встречаются лиственничники
ряда VI светлохвойных лесов на дерново-карбонатных почвах. Под лесами с
преобладанием лиственницы находится почти четверть лесопокрытой площа¬
ди. Еловые леса, покрывающие около 5 % площади, представлены ельниками
нижней части склонов (ряд IX), а на юге также ельниками ряда II темнохвой¬
ной тайги на дерново-подзолистых и дерново-лесных почвах.
! Кедровые леса, на который приходится немногим более 5 % лесопокрытой
площади, расположены преимущественно в местах с наиболее высокими от¬
метками и относятся к ряду XIV кедровников невысоких водорозделов. Мень¬
шие площади занимают кедровники ряда I темнохвойной тайги на дерно-
| во-подзолистых и дерново-лесных почвах. На 15 % лесопокрытой площади
i березняки соответствуют вторичной растительности рядов восстановления сос-
I няков, лиственничников и темнохвойной тайги. Пихта распространена в каче-
! стве сопутствующей породы в южной части округа, где местами встречаются
| пихтарники среди массивов еловых и кедровых лесов.
| Подробные исследования связи восстановительных рядов (генетических
типов леса) с фациальной принадлежностью участков местности проводились в
2003 г. на пробных площадях, расположенных на правом берегу Усть-Илимско-
го водохранилища (р. Ангара) южнее пос. Железнодорожный (рис. 8.8V Изуча-
j лись также особенности восстановительных процессов на вырубках и гарях.
] Биогеоценозы — элементарные единицы членения территории (выделы
'■ фаций). На этом локальном уровне имеет место максимальная однородность
структуры и функции геосистемы. С одной стороны, биогеоценоз — это пере¬
менное состояние элементарного геомера (фации): последовательность смены
биогеоценозов соответствуют динамике фаций. С другой стороны, биогеоце¬
ноз — элементарный выдел, из пространственного сочетания которых форми-
, руются все геомеры и геохоры. Таким образом, биогеоценоз — элементарный
объект физико-географических исследований, из пространственно-временных
рядов которых слагаются все геосистемы местного порядка.
I Каждой ландшафтно-типологической единице (фации, группе фаций и
Др.) соответствует определенный природный режим функционирования и раз¬
вития в смысле предопределенности направленности и интенсивности природ¬
ных процессов. Например, в границах фации восстановление леса на вырубках
и гарях идет через конкретную последовательность смены биогеоценозов
! с формированием коренного ценоза (восстановительно-возрастная серия, сук-
) Цессия). В смене состояний находят выражение разные по времени проявле-
I 305
I ’Ька ! Ny 560
Часть III. Интерпретационное картографирование
Рис. 8.8. Синтезированный космический снимок ASTER.
Пространственное разрешение 15 м. Исследованная территория оконтурена овалом
ния изменений геосистем, обусловленные, в частности, метеоэнергетическими
факторами, сукцессионно-возрастной динамикой биоты, как естественной, так
и связанной с деятельностью человека, и процессом эволюции геосистем, при¬
водящим к изменению инвариантов [Крауклис, 19756].
Из множества возможных интерпретаций фации (см. п. 1.1.4) в данном слу¬
чае используем ее динамическую трактовку: под фацией понимается таксоно¬
мическая категория ряда геомеров, объединяющая элементарные геомеры
(биогеоценозы) на основании принадлежности их к одному восстановитель-
но-возрастному ряду, генетическому типу леса. В фации объединяются биогео¬
ценозы не только сходных местоположений и компонентного состава, но,
прежде всего, динамически сопряженные. Различия тенденций сукцессионных
смен, фиксируемых по прямым и косвенным признакам, являются достаточным
основанием отнесения участков местности к разным фациям.
Для объективного выявления геосистем по местоположениям и их дальней¬
шей типизации на ключевой участок была построена цифровая модель рельефа
(digital elevation model (DEM)). На ее основе по результатам полевых наблюде¬
ний с использованием космической информации и итогов ее автоматической
обработки (рис. 8.9) были выделены 22 фации, ареалы которых показаны на
карте М 1: 25 ООО (рис. 8.10). Карта построена как ландшафтная ГИС с вектори¬
зацией границ и базой данных по каждому контуру. Границы разного уровня
306
Глава 8. Сыстел<но-дналытц«<еское и прогнозное картографирование
Рис. 8.9. Границы геосистем, выделенные при обработке снимка Aster
(см. рис. 8.8).
выделялись по методу, основанному на вычислении определителя Якоби (см.
п. 2.2.3). Автоматическая обработка дополнялась визуальным дешифрировани¬
ем и заверкой его результатов на местности.
Динамический аспект нашел отражение в легенде ландшафтной карты: по¬
сле названия фаций в скобках указывается ее динамическое состояние: (К) —
коренная, (МК.) — мнимокоренная; (С) — серийная; (УД) — устойчиво дли¬
тельно-производная, преобразованная (нарушенная). На карте также показаны
геотехнические системы и характер антропогенных трансформаций — антро¬
погенно измененные и антропогенно нарушенные. Первые после прекращения
антропогенного воздействия могут возвращаться в состояние, близкое к исход¬
ному, вторые носят длительный или необратимый характер.
Содержание ландшафтной карты ключевого участка разработано на осно¬
ве принципов и методов геосистемного картографирования, предложенного
В.Б. Сочавой, B.C. Михеевым и В.А. Ряшиным [1965]. На ней показаны дроб¬
ные выделы в ранге фаций и их антропогенные модификации. Структур¬
но-динамические модификации показаны через переменные состояния по
степени устойчивости коренных структур.
307
Часть III. Интерпретационное картографирование
' ::й:
efcSfiW
ВШ
Рис. 5.70. Геосистемы ключевого участка.
308
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
А. АРКТОБОРЕЛЛЫ1ЫЕ СЕВЕРОАЗИАТСКИЕ
А,. СУББОРЕАЛЬНЫЕ РАВНИННО-ПЛОСКОГОРНЫЕ ГАЕЖНО-ЛЕСНЫЕ РЕЗКО КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ
УМЕРЕННО ВЛАЖНЫХ И РАЗНЫХ ТЕПЛОВЫХ УСЛОВИЙ (СРЕДНЕСИБИРСКИЕ)
А|1. Равнинные южно-таежные
А|1|. Тем нох вой но-таежные денудационных плато-равнин: I — плакорныс возвышенных равнин
пихтово-кедровые с подлеском из жимолости и можжевельника травяно-зеленомошные на дерно¬
во-таежных почвах (К) — II1; 2 — куполообразных вершин водоразделов пихтово-елово-листвен -
ничные с подлеском из жимолости травяно-зеленомошные на дерново-таежных почвах (МК) — II;
3 — долинные и пойменные елово-пихтовые крупнотравные на перегнойных и перегнойно-торфя¬
нистых почвах в сочетании с аллювиальными дерновыми (С) — IX; 4 — днищ распадков и узких
речных долин пихтовые (с кедром и елью) крупнотравные на перегнойных и перегнойно-торфяни¬
стых почвах в сочетании с аллювиальными дерновыми (С) — IX; 5 — днищ распадков и узких реч¬
ных долин пихтово-еловые папоротниковые на перегнойных и перегнойно-торфянистых почвах в
сочетании с аллювиальными дерновыми (С) — IX; 6 — подножий склонов пихтово-кедровые с уча¬
стием лиственницы со смешанным подлеском разнотравные с пятнами зеленых мхов на дерно¬
во-таежных почвах (МК) — II; 7 — пологосклоновых слаборасчлененных поверхностей темнохвой¬
ные травяно-зеленомошные на дерново-таежных почвах (МК) — II; 8 — склонов средней крутизны
пихтово-елово-лиственничные травяно-зеленомошные на дерново-таежных почвах (МК) — II; 9 —
склонов средней крутизны темнохвойные с примесью лиственницы травяно-кустарничковые с
пятнами зеленых мхов со смешанным подлеском на дерново-таежных почвах (МК) — III; 10 — кру¬
тых склонов темнохвойные с примесью лиственницы травяно-кустарничковые с пятнами зеленых
мхов со смешанным подлеском на дерново-таежных почвах (МК) — III. Антропогенно нарушенные:
II — пологосклоновых слаборасчлененных поверхностей сосновые с примесью пихты разнотравные
на дерновых лесных почвах (УД) — III; 12 — склонов средней крутизны сосновые с участием гемно-
хвойных пород разнотравные с подлеском из спиреи и рябины на дерново-таежных почвах (УД) — III.
Антропогенно измененные: 13 — выположенных участков водоразделов осиновые восстановительные
серии (с лиственницей и кедром в подросте) с рябиной и ольхой в подлеске осочково-разнотравные
на дерново-таежных почвах — II; 14 — плоских слаборасчлененных поверхностей березовые восста¬
новительные серии (с пихтой и кедром в подросте) кустарниковые разнотравные на дерновых лес¬
ных почвах — IX; 15 — плоских слаборасчлененных поверхностей березовые восстановительные се¬
рии (с елью и пихтой в подросте) крупнотравные на дерновых лесных мощных суглинистых и легко¬
суглинистых почвах — IX; 16 — пологосклоновых слаборасчлененных поверхностей березовые
восстановительные серии с примесью темнохвойных пород кустарниковые разнотравные на дерно¬
вых лесных почвах — IX; 17 — днищ распадков и узких речных долин березовые (с кедром и пихтой в
подросте) разнотравные на дерново-лесных почвах в сочетании с аллювиальными дерновыми — IX;
18 — склонов средней крутизны березовые восстановительные серии (с пихтой и елью в подросте)
кустарниковые разнотравные на дерновых лесных почвах — IX; 19 — склонов средней крутизны оси¬
новые восстановительные серии (с пихтой и кедром в подросте) с жимолостью в подлеске осочко-
во-разнотравные на дерновых лесных почвах — II.
Aflj. Светлохвойно-таежные денудационно-эрозионных плато-равнин: 20 — выположенных участ¬
ков водоразделов сосновые бруснично-разнотравные со смешанным подлеском на дерново-таежных
почвах (К) — VIII; 21 — понижений водоразделов и пологих приводораздельных склонов лиственнич¬
ные с елью и пихтой травяно-кустарничковые с пятнами зеленых мхов на дерново-таежных почвах
(МК) — X; 22 — пологих придолинных склонов светлохвойные с елью и кедром травяно-зеленомош-
ные на тяжелосуглинистых дерново-лесных почвах (МК) — VIII; 23 — пологосклоновых слаборасчле¬
ненных поверхностей лиственничные с примесью сосны травя но-моховые на дерново-таежных почвах
(МК) — VII; 24 — пологосклоновых слаборасчлененных поверхностей лиственничные кустарничко-
во-моховые на дерново-таежных почвах (М К) — X; 25 — склонов средней крутизны сосновые осочко¬
во-разнотравные со смешанным подлеском на дерново-таежных почвах (МК) — VIII.
А2 СУББОРЕАЛЬНЫЕ ГОРНЫЕ И ГОРНО-ДОЛИННЫЕ ТАЕЖНЫЕ ВЛАЖНЫХ И КОНТРАСТНЫХ
ТЕПЛОВЫХ УСЛОВИЙ ВНУТРИМАТЕРИКОВЫХ СРЕДНЕГОРИЙ И ВЫСОКИХ ПЛАТО
A2I' Горно-таежные светлохвойные южно-сибирского типа
А21|. Предгорных возвышенностей светлохвойные оптимального развития: 26 — пологосклоно¬
вых слаборасчлененных поверхностей сосновые бруснично-разнотравные с редким подлеском из
1 Восстановительный ряд (см. п. 8.3.1).
309
Часть III. Интерпретационное картографирование
Окончание рис. 8.10
шиповника и ольховника на легкосуглинистых дерновых серых лесных слабогумусных почвах
(К) — VIII; 27 — пойменные и террасовые березовые травяные с пятнами зеленых мхов на поймен¬
но-слоистых маломощных почвах (С) — IX; 28 — склонов средней крутизны сосновые с листвен¬
ницей со смешанным подлеском разнотравные на дерновых серых лесных почвах (МК) — VIII
29 — склонов средней крутизны сосновые бруснично-разнотравные на дерново-таежных почвах
(С) — VIII. Антропогенно измененные: 30 — пологосклоновых слаборасчлененных поверхностей
осиновые восстановительные серии с примесью сосны с подлеском из ольхи и жимолости разно¬
травные на дерновых лесных почвах — III; 31 — пологосклоновых слаборасчлененных поверхно¬
стей березовые восстановительные серии с примесью светлохвойных разнотравные на дерновых
лесных почвах — X; 32 — плоских слаборасчлененных поверхностей березовые восстановительные
серии (с елью и лиственницей в подросте) разнотравно-злаковые на дерновых лесных мощных су¬
глинистых и легкосуглинистых почвах — X.
Б. Геотехнические системы: 33 — селитебная; 34 — транспортно-техническая.
Основное значение при инвентаризации фаций придается эколого-морфо¬
генетическим разновидностям каждого геома, которые в свою очередь видоиз¬
меняются при удалении от основного ареала. В них существуют определенные
структурные и функциональные нарушения, которые упорядочиваются через
мнимокоренные (МК), серийные (С) и различные производные состояния. Пер¬
вые характеризуют видоизменения типологического спектра, связанные с гипер¬
трофированным влиянием какого-либо фактора, но не меняющими основной
таксономический тип. Вторые могут быть морфотипно различными, но их
структура и динамика обусловлена постоянным действием какого-либо фактора.
Они обычно отражают взаимосвязи переменных режимов того или иного компо¬
нента, которые устанавливаются через морфологические различия в строении
ландшафта. Мнимокоренные, серийные и устойчиво-длительнопроизводные ка¬
тегории образуют эколого-морфогенетические разновидности под влиянием
преобразующей динамики. Они отражают сложные комплексы исторических
взаимодействий различных ландшафтов, закрепляемых в природе влиянием
факторов трансформации природной среды [Коновалова, 2001].
>
Рис. 8.11. Современное состояние лесов ключевого участка (типологическая структура).
1 — кедрово-пихтовые с подлеском из жимолости и можжевельника травяно-зеленомошные;
2 — пихтово-елово-лиственничные с подлеском из жимолости травяно-зеленомошные; 3 — ело-
во-пихтовые крупнотравные; 4 — пихтовые (с кедром и елью) крупнотравные; 5 — пихтово-еловые
папоротниковые; 6 — кедрово-пихтовые с участием лиственницы со смешанным подлеском разно¬
травные с пятнами зеленых мхов; 7 — темнохвойные травяно-зеленомошные; 8 — пихтово-ело¬
во-лиственничные травяно-зеленомошные; 9 — темнохвойные с примесью лиственницы травя¬
но-кустарничковые с пятнами зеленых мхов; 10 — сосняки с участием темнохвойных пород разно¬
травные; 11 — осинники (с лиственницей и кедром в подросте) с рябиной и ольхой в подлеске
осочково-разнотравные; 12 — березняки с примесью темнохвойных пород кустарниковые разно¬
травные; 13 — березняки (с кедром и пихтой в подросте) разнотравные; 14 — березняки (с пихтой и
елью в подросте) кустарниковые разнотравные; 15 — осинники (с пихтой и кедром в подросте) с
жимолостью в подлеске осочково-разнотравные; 16 — лиственничники с елью и пихтой травя¬
но-кустарничковые с пятнами зеленых мхов; 17 — светлохвойные с елью и кедром травяно-зелено¬
мошные; 18 — лиственничники с примесью сосны травяно-моховые; 19 — лиственничники кустар-
ничково-моховые; 20 — сосняки осочково-разнотравные со смешанным подлеском; 21 — березня¬
ки травяные с пятнами зеленых мхов; 22 — сосняки с лиственницей со смешанным подлеском
разнотравные; 23 — сосняки бруснично-разнотравные; 24 — осиники с примесью сосны с подлес¬
ком из ольхи и жимолости разнотравные; 25 — березняки с примесью светлохвойных разнотрав¬
ные; 26 — березняки восстановительные серии (с елью и лиственницей в подросте) разнотрав¬
но-злаковые; 27 — антропогенные структуры.
310
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
Структура ландшафтов Усть-Илимского района характеризуется значи¬
тельной сложностью, многообразием и контрастностью. Четко проявлено
ландшафтообразующее влияние рельефа, которое отражается на формирова¬
нии высотно-поясных различий и подгорных эффектов, благодаря которым в
регионе развиты подгорные и темнохвойно-таежные комплексы. Типологиче-
3U
Часть III. Интерпретационное картографирование
ский спектр региона определяется диапазоном высотно-поясного и равнин¬
ного сочетания горно-таежных светлохвойных, равнинных темнохвойно-та-
ежных и светлохвойных лесов.
Для выявления связи фациальной структуры территории с восстановительны¬
ми рядами лесов план лесонасаждений Северного лесхоза Усть-Илимского района
сравнивался с разработанной ландшафтной картой (рис. 8.10, 8.11). Динамические
тенденции для фаций уточнялись в ходе маршрутных исследований по характери¬
стикам наземного покрова, подроста, подлеска, составу и возрасту древостоя, по
структуре лесов соседних выделов в сходных ландшафтных ситуациях.
Ландшафтная карта и сопряженная с ее легендой система знаний о рядах
восстановительных смен биогеоценозов становятся основой для геоинформа¬
ционного моделирования и картографирования (см. рис. 8.2). Ряды переводят¬
ся в ориентированные графы — схемы сукцессионной динамики, где вершина
соответствует стадии восстановления (биогеоценоз, переменное состояние), а
стрелки указывают направление смены. Этот граф линейный, без ветвления,
поскольку каждой фации сопоставляется однонаправленный процесс, конеч¬
ным результатом которого является коренное состояние лесов (климакс).
Начальное состояние пространственно-распределенной системы лесов вос¬
становлено по плану лесонасаждений Северного лесхоза (данные фонового мони¬
торинга лесов — лесоустройства, см. рис. 8.3) с указанием возраста и бонитета
древостоя. Для прогнозирования используется модель типа М22 — динамика фа¬
ции. В базе данных ландшафтной ГИС каждому выделу сопоставлен номер фации
(см. рис. 8.10), каждой фации — номер восстановительного ряда (см. легенду), ка¬
ждому ряду — последовательность смены биогеоценозов, каждому биогеоцено¬
зу — его описание и длительность существования в ряду (продолжительность ста¬
дии). Для прогнозирования определяется “сукцессионный возраст” каждого вы¬
дела по текущему возрасту лесонасаждения и положению соответствующей ему
восстановительной стадии в сукцессионном ряду. Прогнозирование на любой
срок осуществляется простой сдвижкой возраста: к текущему сукцессионному
возрасту прибавляется длительность интервала прогнозирования и по структуре
ряда определяется, какая стадия будет соответствовать данной фации в новом воз¬
расте. Результаты этой арифметико-логической операции заносятся в базу данных
ГИС по каждому выделу. По этому алгоритму строятся прогнозно-динамические
карты типов леса на период 50 и 100 лет (рис. 8.12 и 8.13).
►
Рис. 8.12. Прогнозно-динамическая карта состояния лесов ключевого участка
(прогноз на 50 лет, см. легенду).
1 — пихтово-кедровые с участием лиственницы травяно-зеленомошные; 2 — пихтово¬
лиственничные с участием ели травяно-зеленомошные; 3 — пихтово-еловые крупнотравные; 4 -
елово-пихтовые с примесью кедра крупнотравные; 5 — лиственнично-кедровые с участием пихты
разнотравные с пятнами зеленых мхов; 6 — кедрово-пихтовые с участием лиственницы разнотрав¬
но-зеленомошные; 7 — елово-лиственничные травяно-зеленомошные; 8 — елово-кедрово-сосно¬
вые разнотравные; 9 — березняки с примесью ели и лиственницы зеленомошно-крупнотравные.
10 — березняки с примесью пихты зеленомошно-крупнотравные; 11 — березняки с примесью ели и
пихты зеленомошно-крупнотравные; 12 — кедрово-пихтовые с участием лиственницы разнотрав¬
ные; 13 — лиственничники с примесью ели и пихты травяно-кустарничковые с пятнами зелены^
мхов; 14 — сосняки с участием лиственницы бруснично-разнотравные; 15 — лиственничники с
примесью темнохвойных пород зеленомошные; 16 — лиственничники зеленомошные, 17 сосня
ки бруснично-разнотравные; 18 — антропогенные структуры.
312
-и
Глава 8. Системно-ана/штическое и прогнозное картографирование
313
Часть III. Интерпретационное картографирование
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
Рис. 8.13. Прогнозно-динамическая карта лесов ключевого участка (прогноз на 100 лет).
1 лиственнично-пихтово-кедровые травяно-зеленомошные; 2 — пихтово-лиственничные
травяно-зеленомошные; 3 — пихтово-еловые с участием лиственницы крупнотравные зеленомош¬
ные; 4 — ельники с примесью кедра и лиственницы крупнотравные с пятнами зеленых мхов; 5 —
лиственнично-кедровые разнотравно-зеленомошные; 6 — лиственничники с участием ели травя¬
но-зеленомошные; 7 — елово-кедрово-сосновые с примесью лиственницы разнотравные; 8 — ель¬
ники с примесью березы и лиственницы зеленомошно-крупнотравные; 9 — кедрово-пихтовые с
примесью лиственницы зеленомошно-крупнотравные; 10 — сосняки с участием лиственницы
брусничные; II — лиственничники с примесью темнохвойных пород зеленомошные; 12 — сосняки
брусничные; 13 — антропогенные структуры.
——
Теоретической основой создания прогнозно-динамических карт типов леса
становится интерпретационное картографирование, когда ландшафтно-типоло¬
гическая карта используется как контурная и классификационная основа для
разработки производных картографических произведений [Михеев и др., 1996].
Этот подход в максимальной степени реализуется в рамках структурно-динами¬
ческого ландшафтоведения и генетического лесоведения, поскольку именно
здесь удается добиться отождествления пространственного выдела (геомера,
биогеоценоза), свойственного ему природного режима, интенсивности и после¬
довательности динамики, временного и пространственного разнообразия, хо¬
зяйственного использования и т.д. [Геоинформационная..., 2002].
Методы интерпретационного картографирования основаны на извлечении
новых знаний из классификационной позиции каждого выдела, например от¬
несение ландшафтной фации к восстановительному ряду типа леса позволяет
судить о закономерностях динамики и времени формирования лесных сооб¬
ществ, времени доминирования в составе древостоя определенной лесообра¬
зующей породы или поколения деревьев, оказывающих эдификаторное и регу¬
ляционное воздействие на внутриценозную среду и биогеоценотические про¬
цессы. В этом случае использование ГИС-технологии позволяет добиться
высокой степени автоматизации картосоставления и получить необходимое ко
личество тематических карт.
8.4. Геоинформационные системы и математические технологии
в реализации процедур системного анализа
Возможность однозначного сопоставления фаций и восстановительных ря¬
дов леса обусловлена сложными межвидовыми взаимоотношениями лесообра¬
зующих пород на протяжении всего цикла восстановительных смен. Только
описание таких взаимодействий в конкретной ландшафтно-экологической
среде, их моделирование позволяет объяснить индивидуальность динамики
компонентов геосистем в границах каждого геомера.
8.4.1. Системный анализ
Научной методологией решения такого рода сложных проблем является
системный анализ, который подразделяется на две части экспертный нефор¬
мализованный анализ и математический эксперимент [Черкашин, 1992]. Экс¬
315
Часть III. Интерпретационное картографирование
пертный анализ представлен последовательными этапами выбора проблемы,
формулировки цели, постановки задачи, определения критериев и путей реше¬
ния проблемы. Он включает неформализованный поиск альтернативных вари¬
антов принятия решений. Математический эксперимент начинается с создания
модели специального типа (под проблему), ее информационного обеспечения.
Далее идет программирование модельных расчетов, анализ модели на устойчи¬
вость и чувствительность, проигрывание вариантов поведения системы на ком¬
пьютере с различными стратегиями управления (анализ стратегий) и выбором
наиболее подходящей из них с позиций заданного критерия.
Реализация процедур системного анализа подразумевает создание специ¬
альных технологий, состоящих из многих этапов, на каждом из которых в про¬
цесс преобразования информации включаются разные процедуры, основанные
на специальных географических знаниях и математических методах анализа
[Черкашин, 2002а; Владимиров и др., 2003]. Все специальные технологии (ин¬
формационного и неинформационного содержания), базирующиеся на ис¬
пользовании ГИС, относятся к одному широкому классу ГИС-технологий.
Следовательно, ГИС-технология — не только мощное средство моделирова¬
ния, обеспечивающее как атрибутивные, так и пространственные запросы по
объектам и позволяющее проводить географический анализ, направленный на
определение пространственных связей размещаемых на территории объектов,
но и сам процесс организации работы с информацией по ее преобразованию и
получению качественно новых знаний.
Схема соединения специальных технологий в единую систему (ГИС-техноло-
гию) отображается в инвариант-вариантной фрактальной модели представления и
обработки географических данных и знаний [Черкашин, 2002а; Владимиров и др..
2003], по алгоритмам системного (вариационного) анализа как основы разверну¬
той географической экспертизы [Черкашин, 1992; Мясникова, Черкашин, 2004].
когда исследователь на каждом этапе осуществляет выбор под заданные критерии
и использует разные модели и методы для решения задачи (рис. 8.14).
Первый этап системного анализа — формирование геоинформационного
объекта — совпадает с технологией создания ГИС-проекта, когда ГИС террито¬
рии становится инвариантом всех последующих преобразований, порождающих
варианты новой информации, поэто-
4/—^ МУ она создается не под конкретную
задачу, а под комплекс задач. Такая
Рис. 8.14. Схема реализации ГИС-техно¬
логий по направлениям использования
географической информации.
I — зонирование территории, II — оцени
устойчивости экосистем, III — оптимально*
управление. 1-4 — этапы реализации прочел)?
системного анализа (см. текст), а — базовл*
ГИС (геоинформационный объект) и фраг-
менты используемой информации ГИС, 6 -
новая информация как результат анализа. « "
направления обработки (использования) ин¬
формации.
316
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
ГИС должна содержать весь объем базовой информации, потенциально необхо¬
димой для решения разных задач территориального управления (топооснова,
ландшафтная основа, естественная и хозяйственная инфраструктура, космос¬
нимки, повыделенная база данных, кадастровая информация, социально-эконо¬
мическая характеристика населенных пунктов). Эти задачи связаны с опреде¬
ленными видами деятельности, осуществляемыми на территории, следователь¬
но, классификация направлений использования ГИС должна быть определена
классификацией видов деятельности. Научно-исследовательские задачи связаны
с предметной областью изучения территории, и выделенные направления сис¬
темного анализа должны соответствовать классификации этих областей. Сте¬
пень видоизменения информации по сравнению с базовой в геоинформацион-
ном технологическом процессе усиливается по мере продвижения по цепи про¬
цедур системного анализа (см. рис. 8.14). Чем специфичнее становится
информация, тем все больше ее содержание отклоняется от базового за счет ис¬
пользования специальных данных и знаний, а также программного обеспечения
преобразования данных.
Проследим на примере оценки устойчивости восстановительной динами¬
ки таежных лесов хр. Хамар-Дабан (Слюдянский район Иркутской области)
реализацию этапов системного анализа по специальной ГИС-технологии.
Проблема формулируется как существующее противоречие между потребно¬
стями хозяйственного использования лесов и их естественной устойчивостью в
процессе восстановительно-возрастной динамики. Проблема решается путем
достижения цели — установления соответствия каждому местоположению и ста¬
дии восстановительного ряда количественной оценки устойчивости лесной эко¬
системы. Содержание постановки проблемы определяет способ ее решения как
задачи изучения механизмов поведения экосистемы в конкретной среде, точнее
оценки устойчивости по Ляпунову изменений запасов различных групп пород в
их взаимодействии в процессе сукцессии (смены пород). Критерий оптимально¬
сти решения поставленной задачи задается как степень соответствия природным
ситуациям данных оценок устойчивости лесов (точность и достоверность оце¬
нок). Отсюда вытекает направление решения задачи — создание моделей и мето¬
дов оценки устойчивости таежных экосистем на основе ГИС-информации и
картографирование этих оценок. В качестве модели используется модель меха¬
низмов взаимодействия частей целого (запасов лиственных, светло- и темно¬
хвойных пород) в виде системы линейных дифференциальных уравнений (см.
П-1.1.4). Для каждой ситуации модель идентифицируется по данным ГИС и ис¬
следуется на предмет устойчивости по критерию Гурвица. Полученные оценки
устойчивости рассматриваются как количественные характеристики устойчиво¬
сти моделируемых экосистем. Это позволяет перейти к анализу стратегии ис¬
пользования территории, в частности к выделению мест, пригодных по критерию
устойчивости для хозяйственного использования, в частности для рекреации.
8.4.2. Математические модели и методы
Математические модели сукцессионных смен создаются в виде системы
Дифференциальных уравнений для ограниченной замкнутой области D сущест-
ьования объектов данного типа с фиксированными коэффициентами взаимо-
317
Часть III. Интерпретационное картографирование
влияния djj (см. (2) из п. 2.2.2):
dX,
dt
— ОцХ| +021^2 + 031*Э>
dt ~ а13*1 + а23^2 + °33^3>
О)
где X:(t) — отклонение запаса й группы пород ЯД/) от равновесного Ri0:
В левой части (1) находятся скорости изменения запасов во времени г, в
правой — влияния всех компонентов на эти изменения.
Выделяется три стадии восстановительно-возрастных смен таежных лесов
(D, -> D2 -> D3) с преобладанием лиственных (D,), светлохвойных (D2) и тем¬
нохвойных (D3) пород. Области Dk соответствуют определенным интервалам
времени и запасов древесины; эти интервалы пересекаются. Каждой области к
соответствует свое равновесное состояние системы (см. рис. 2.2).
Для решения поставленной задачи оценки устойчивости системы необхо¬
димо определить коэффициенты а у, уравнений модели взаимодействия (1) для
каждой стадии развития и ситуации. Это делается с помощью соответствующей
математической технологии на основе исследования огибающих (см. п. 2.2.2).
Каждое лесонасаждение в пределах одной группы типов леса (по объему
понятия примерно соответствует группе географических фаций, см. п. 6.1) в ле¬
сотаксационных данных ГИС представлено на рис. 2.3 одной точкой (запас ле¬
сов на единице площади данной группы пород данного выдела). Методами
множественной регрессии определяется набор коэффициентов ау1 системы
уравнений (1) для каждой стадии восстановительной сукцессии. Наконец, оп¬
ределяется показатель устойчивости для этого (экстремального) варианта пове¬
дения, который сохраняется и для других вариантов сукцессионной динамики
однотипных экосистем (см. табл. 1).
Для решения этой задачи уравнение для системы уравнений (1) выписыва¬
ется характеристическое уравнение
корни которого Pj (i — 1, 2, 3) определяют интенсивность и направленность
процессов в системе; их сочетание определяет ее устойчивость. Уравнение (3)
эквивалентно соотношению
где Aj — коэффициенты-комбинации параметров ajt. На основе Л, воссоздается
ХДО = Я,(0-К,о-
(2)
аИ ~'Р а21 а31
а12 а22 ~ Р а32 =
а 13 а2з а33 - р
(3)
р3 + Ахр2 + А2Р + А3 — О,
(4)
3)8
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
матрица Гурвица G =
п I
О
О
Л I
^з
Система (1) устойчива, если все главные
диагональные миноры этой матрицы G, = А,, G2 =
Л,
^з
1
А 2
,G3 = G — положи¬
тельны. Необходимым, но недостаточным условием устойчивости системы (I)
является требование Ai > 0 [Эльсгольц, 1969] для коэффициентов характери¬
стического уравнения (4).
Понятно, что определители G, являются сложным переплетением коэффи¬
циентов djj модели (1). Чем значительнее G, отличны от 0, тем система более ус¬
тойчивая. В качестве интегрального показателя — количественной меры устой¬
чивости U — можно принять значение Gj, которое зависит от всех коэффици¬
ентов djj (при условии G) > О, G2 > 0). Если последнее условие нарушается, то
знак при G3 меняется на противоположный. Предлагается расчетная формула
U = ± lg |G31/4. (5)
Знак (+) принимается для устойчивых систем (все G, > 0), знак (-) — для не¬
устойчивых. В этом случае значение U изменяется в интервале от +3 до -3. Неус¬
тойчивость систем в эколого-географической интерпретации рассматриваемой
модели означает их способность удаляться от равновесного состояния, что осо¬
бенно характерно для промежуточных стадий восстановительного ряда, т.е.
свойственно тем биогеоценозам, которые замешаются лесами с преобладанием
других пород. Однако могут существовать устойчиво длительно-производные
экосистемы, которые при определенных условиях, т.е. коэффициентах межвидо¬
вой конкуренции ajh могут находиться в равновесном состоянии очень долго.
8.4.3. Картографирование устойчивости
Данная методика апробировалась на материалах ГИС Слюдянского района
Иркутской области [Мясникова, Черкашин, 2004). Исследовались горно-таеж-
ные леса хр. Хамар-Дабан, относящиеся к двум группам типов леса (по кодиров¬
ке лесоустройства): 1 — разнотравные; 7 — бруснично-зеленомошные. В преде¬
лах группы выделялись леса III и IV бонитетов, относящиеся к трем стадиям вос¬
становительно-возрастной динамики (лиственная, светло- и темнохвойная).
Выделен отдельный фрагмент (рис. 8.15, а) горно-таежной территории, на
которой в основном представлены рассматриваемые группы типов леса. Из
всего массива данных выбираются таксационные описания, соответствующие
этим группам, определяется сукцессионный возраст и строятся графики зави¬
симости запаса разных групп пород от этого возраста. Затем намечается оги¬
бающая кривая, и с графика огибающей снимаются значения запаса с шагом
Ю-20 лет. Рассчитывается изменение запаса за этот промежуток времени (ин¬
тервал класса возраста). Большинство из этих процедур основывается на логи¬
ческих операциях, которые реализуются в программной среде Exel примени¬
тельно к базе данных ГИС и ко вторичным данным о свойствах огибающих ли¬
ний, в которых обобщаются, концентрируются данные из ГИС.
319
Часть III. Интерпретационное картографирование
ш
о
-з
-2
-1
1
2
3
□ 4
320
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
Рис. 8.15. Фрагмент карты лесов (а) окрестностей г. Байкапьска (нижняя часть скло¬
нов отрогов хр. Хамар-Дабан, участки предгорной равнины и речных террас) и оценка
их устойчивости (б).
а — разнотравные леса Ш (1) и IV (2) бонитетов на I-й стадии развития и бруснично-зелсно-
мошные леса III бонитета на 2-й (3) и 3-й (4) стадиях и IV бонитета на 2-й (5) стадиях восстановле¬
ния, 6 другие группы типов леса, 7 — границы выделов; б — от -3 до 3 — индексы устойчивости
лесов; 4 — границы выделов.
4 —
Методом множественного регрессионного анализа оцениваются коэффи¬
циенты зависимости изменения запаса каждой группы пород от текущего запа¬
са разных групп пород (идентификация модели (1)). Расчеты осуществляются
для значений в границах пересекающихся временных интервалов (см. рис. 2.2).
В итоге получается таблица коэффициентов, показывающих, как одна группа
пород влияет на изменение запаса другой группы пород (табл. 8.1).
Из таблицы видно, как темнохвойный элемент леса изменяет знак своего
конкурентного влияния на противоположный при переходе лесонасаждения от
начальной стадии восстановления к завершающей. Уже по коэффициентам ха¬
рактеристических уравнений у4, очевидно, что на первой стадии поведение эко¬
логической системы неустойчиво (есть значения Ах < 0). Вторая и третья стадия
по этому критерию устойчивы. Эти выводы подтверждаются значениями мино¬
ров: для первой стадии есть G-, < 0, в остальных случаях всегда G, > 0. Степень
устойчивости-неустойчивости оценивается по индексу (4).
Результаты сравнительного анализа поведения лесов в разных ситуациях
представлены в табл. 8.2. Разнотравные леса, особенно низкого бонитета, спо¬
собны стабилизироваться на любой стадии развития, образуя устойчивые дли¬
тельно-производные лесные сообщества. Низкобонитетные древостой менее
устойчивы — их индекс по всем стадиям равен 2. При сохранении такой отри¬
цательной связи “бонитет-устойчивость” можно предположить, что леса Va
Таблица 8.1
Коэффициенты влияния запаса одной породы на изменение запаса другой в биогеоценозах горно-таеж¬
ной разнотравной группы типов леса III бонитета на разных восстановительно-возрастных стадиях
Стадия
и ее
продол¬
житель¬
ность,
лет
Измене¬
ние
запаса
группы
пород
Коэффициент влияния по группам
пород
г
Коэффициент ха¬
рактеристического
уравнения
Главные миноры
Устой¬
чи¬
вость
лс
сх
тх
Л3106
у42104
Л,102
С,103
С2 Ю5
С310п
и
1
ЛС
0,0065
-0,101
0,048
0,82
сх
0,0006
0,0067
0,0241
0,89
66,4
-26
11,5
114
-37
-2449
-2
ТХ
0,019
0,0055
-0,128
0,84
2
лс
-0,027
-0,026
0,0012
0,77
сх
-0,0022
-0,0077
-0,0131
0,78
3,77
1,32
3,02
30,2
0,02
0,08
3
тх
-0,002
0,0108
0,0048
0,81
3
лс
-0,025
0,0031
-0,0005
0,81
сх
-0,0012
-0,0118
-0,0118
0,76
3,07
3,87
3,49
34,8
1,04
3,19
3
тх
-0,0089
0,0137
0,0018
0,82
Примечание. Группы пород: лс - лиственные, сх - светлохвойные, тх - темнохвойные; г - коэффи-
циент множественной корреляции.
321
1 Заказ Hi 560
Часть III. Интерпретационное картографирование
Таблица 8.2
Индекс устойчивости горно-таежных лесов хр. Хамар-Дабан по массовым данным ГИС Слюдянского
района
Группа типов
леса
Бони¬
тет
Стадия
Коэффициент характеристиче¬
ского уравнения
Главные миноры
Инлскс
устойчи¬
/4 з 106
/42 Ю4
Л,102
С, 103
G2I05
G3I0"
вости
Разнотравные
111
1
66,4
-26,3
11,5
114,8
-37
-2449
2
3,77
1,32
3,02
30,2
0,02
0,075
3
3
3,07
3,87
3,49
34,8
1,04
3,19
3
IV
1
38,7
13,5
5,81
58,1
3,96
153,2
2
2
3,68
8,53
4,50
45,1
3,47
12,79
2
3
7,01
13,1
6,96
69,6
8,45
59,17
2
Бруснично-
III
1
-891
13,5
5,0
50
15,67
-1396
зеленомош¬
2
-9
-4,6
0,95
9,5
-0,343
0,309
_з
ные
3
21,7
3,05
2,72
27,2
0,613
1,33
3
IV
1
-181
56,4
7,48
74,8
60,3
-10 978
_ 2
2
7,39
2,7
4,22
42,2
1,066
0,788
3
3
-75,6
-2,9
-3,03
-30,3
1,644
-12,43
-2
класса бонитета будут обладать наименьшей (нулевой) устойчивостью, а более
низкобонитетные сообщества практически не существуют (неустойчивы).
Бруснично-зеленомошные леса менее устойчивы на первой стадии развития,
т.е. стремятся перейти на последующие этапы восстановительной сукцессии, ста¬
билизируясь (III класса бонитет) только на последней темнохвойной стадии. В ле¬
сах класса IV бонитета стабилизация наступает на светлохвойной стадии восста¬
новительного ряда, а низкобонитетные темнохвойные леса этого типа неустойчи¬
вы, т.е. имеют тенденцию к дальнейшей смене. Этим фактом можно объяснить то,
что темнохвойные леса этой группы (с преобладанием пихты, ели, кедра) распро¬
странены намного реже, чем светлохвойные (сосна, лиственница).
Имея набор характеристик устойчивости для разных типов леса, бонитетов
и стадий восстановительно-возрастной динамики, можно эту информацию пе¬
ренести на карту, сопоставив каждому выделу тип, бонитет и стадию (см
рис. 8.15, а), а значит — индекс устойчивости (см. рис. 8.15, б).
Созданные с помощью методов системного анализа и ГИС-технологий
картографические изображения иллюстрируют ситуацию контакта устойчивых
и неустойчивых лесных массивов, различающихся как по типологической при¬
надлежности, так и по стадии восстановления. Устойчивые леса соответствуют
конечной темнохвойной стадии формирования бруснично-зеленомошных ле¬
сов, неустойчивые образования — это первоначальная лиственная стадия сук-
цессионного ряда разнотравных биогеоценозов. В процессе развития послед¬
няя заменится более устойчивыми хвойными насаждениями, причем возраста¬
ние антропогенной нагрузки, что можно трактовать как снижение бонитета,
может привести к формированию устойчивых длительно-производных лист¬
венных лесов из березы и осины с участием тополя и ивы, что характерно для
изучаемой территории. Снижение бонитета бруснично-зеленомошных лесов
понизит устойчивость темнохвойных древостоев, создав дополнительные пре-
имущества светлохвойным насаждениям.
322
Глава 8. Системно-аналитическое и прогнозное картографирование
Аналогичные изменения наблюдались в прошлом при колебаниях климата и
отражены в результатах споропыльцевого анализа [Безрукова, 1999). Иными сло¬
вами, в рамках модели механизмов взаимодействия различных компонентов при¬
родных систем в одной и той же биогеографической ситуации (фации) изменение
качества среды (бонитета) приводит к существенному изменению соотношения
устойчивости экосистем по стадиям восстановительной динамики, что смешает
равновесие в сторону той или иной породы. Это означает существование зависи¬
мости коэффициентов уравнений (1) от бонитета насаждений, отражающего влия¬
ние всего комплекса факторов среды на восстановительную динамику.
Внедрение в картографирование средств и методов системного анализа
данных и знаний, заключенных в ГИС как геоинформационных моделей объ¬
ектов территории, обеспечивает расширение возможностей ГИС-технологий.
Массовые данные ГИС используются для информационного обеспечения ма¬
тематических моделей взаимодействия разнокачественных компонентов, что
позволяет количественно оценивать устойчивость природных систем. Устойчи¬
вость — это одна из инвариантных ландшафтных характеристик этих систем,
которая сохраняется для однотипных в биогеографическом смысле условий на
фоне огромного разнообразия, фиксируемого в ГИС, сочетаний массы (запа¬
сов) и коэффициентов конкурентного влияния взаимодействующих компонен¬
тов. Изменение значения устойчивости закономерно приводит к изменению
значения (позиции) компонентов в природной системе, и эти изменения фик¬
сируются в вариации качества среды (бонитете).
Картографическая наука только тогда достигнет вершин теоретического
совершенства, когда картографические произведения будут создаваться из дан¬
ных наблюдений автоматически по алгоритмам, известным пока одним геогра¬
фам. Индивидуальная тайна ландшафтного картографирования должна быть
раскрыта путем изыскания новых систем знаний, упорядочивающих данные в
знания, а знания — в модели оценки и прогнозирования.
Геосистемная иерархия, пронизывающая географическое системное мыш¬
ление, — способ упорядочения данных и знаний о природных комплексах, их
методах моделирования и картографирования. По образу и подобию этой ие¬
рархии создаются многоуровневые системы моделей и их информационного
обеспечения. Отсюда приходит понимание того, что для решения конкретной
задачи необходимы специальные методы, модели и данные, выбираемые под
задачу, с учетом места и времени.
Ландшафтная карта, а точнее ландшафтная ГИС, находится в центре ин¬
формационного обеспечения математических моделей и служит для оценки на¬
чальных, граничных и ландшафтно-экологических условий реализации расчет¬
ных уравнений. С помощью моделей инвариант ландшафтной карты превраща¬
ется в варианты карт прогнозирования, оценки устойчивости, оптимального
планирования и т.д. Эти переходы осуществляются по процедурам системного
анализа от создания геоинформационного образа территории (ГИС) до выбора
оптимального решения, что становится необходимым условием перехода от гео¬
графических карт и математических моделей к решению практических задач.
ЧАСТЬ IV
КАРТЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Особое место в интерпретационном картографировании занимают проце¬
дуры создания прикладных карт, предназначенных для обеспечения решения
практических задач использования и преобразования земель. Этот подход име¬
ет давнюю историю, поскольку именно землепользователи в первую очередь
сталкиваются с неоднородностью территории, с разнокачественностью плодо¬
родия почв, экологическими ограничениями размещения и эксплуатации зда¬
ний и сооружений. При этом не просто используется потенциал земли, но и
преобразуются ландшафты, появляются геосистемы нового качества — геотех¬
нические системы, которые с полным правом можно отнести к геосистемам
особого типа, сформировавшимся под влиянием антропогенных факторов с
особыми структурными компонентами.
Ландшафтный инвариант при этом может существенно измениться: преоб¬
разуется рисунок границ, иным становится содержание каждого выдела. Но,
несмотря на это, все эти привнесенные изменения являются производными от
природных форм геосистем и постепенно иссякнут, как только исчезнет видо¬
изменяющая антропогенная нагрузка.
Отсюда понятно, насколько важно “вписать” хозяйственную деятельность
в ландшафт, преломив мысли и действия проектировщика, законодателя, лю¬
бого человека через призму ландшафтного своеобразия. Ландшафт имеет свою
направляющую силу, противостоящую неправильным действиям, которая
трактуется как мера риска при разных воздействиях. Минимизировать риск —
значит вскрыть полный ландшафтный потенциал. С этой точки зрения должна
разрабатываться геоинформационная технология ландшафтного планирова¬
ния, направленная на использование комплексных ландшафтных карт для
обоснования предстоящей деятельности, ее возможностей и ограничений.
Ландшафтная обусловленность принимаемых решений — важный аспект
жизни общества в новом времени. Человек зависел от среды обитания не толь¬
ко в древней истории. В текущем столетии эта зависимость остается существен¬
ной, но приобретает новые формы соответствия деятельности ландшафтному
потенциалу, когда развитие экономики и социальной сферы не вредят ланд¬
шафтному окружению, т.е. сохраняют его инвариантную сущность. Такое по¬
ложение называют устойчивым развитием. Отсюда идеи устойчивого развития
и интерпретационного картографирования — мысли о будущем одного порядка
значимости.
324
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
Глава 9
ПРИКЛАДНОЕ ЛАНДШАФТНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
Подготовка ландшафтных карт помимо общенаучного значения имеет
прикладную направленность. Прежде всего они интересны для специалистов в
области землепользования. Это старая задача, решение которой должно быть
осуществлено на новой технологической базе. Реализация на основе геоинфор¬
мационных технологий ландшафтно-интерпретационного подхода позволяет
объективизировать процедуры ландшафтного планирования как формы опти¬
мизации землепользования.
9.1. Ландшафтные карты и использование земель
Современная ситуация в использовании земельного фонда, которая
складывается в сельском хозяйстве в результате текущих реформ, связанных
с формированием многоукладное™ владения землей, а также с наличием
экономических трудностей полноценного использования сельскохозяйст¬
венных угодий, создает предпосылки для поиска методов формирования
экологически сбалансированной пространственной организации аграрных
территорий. Эти обстоятельства побуждают обратить внимание на сущест¬
вующие подходы использования ландшафтных идей в сельскохозяйственной
практике.
Осознание необходимости экологизации сельскохозяйственного производ¬
ства, прежде всего его земледельческой отрасли, пришло к специалистам
аграрной науки и практикам после оценки широкомасштабного развития эро-
зионно-дефляционных процессов. Последние активизировались вследствие
распашки обширных территорий при освоении новых земель в кампанию
1954-1960 гг. — распаханные пространства степных и лесостепных ландшафтов
достигли больших размеров. В результате этой акции были сведены перелески
и колки, многие луга. Это произошло несмотря на то, что в нашей стране уже в
конце XIX в. В.В. Докучаевым были изучены причины эрозионных явлений в
европейской части России. Передовые люди России еще раньше (A.T. Болотов,
В.Я. Ломиковский, Д.И. Менделеев и др. их современники) практиковали или
единодушно высказывались о необходимости обогащения степных ландшаф¬
тов лесными насаждениями ради повышения урожаев.
В XX в. в развитии прикладного ландшафтоведения выделяются два перио¬
да. Первый (с 1930 — по начало 1980-х годов) — когда разрабатывались вопросы
составления научных ландшафтных карт и почти параллельно с ними при¬
кладных. Создание прикладных карт для сельского хозяйства решало задачи
выбора земель, наиболее пригодных для сельскохозяйственного производства.
Во второй период (с 1980-х годов по настоящее время) в разработке ландшафт¬
ных карт на первый план вышли задачи представления информации для фор¬
мирования экологически сбалансированной структуры сельскохозяйственных
землепользований.
325
Часть IV. Карты специального назначения
9.1.1. Теоретические основы и задачи
В первой половине XX в. В.Р. Вильямсом (1951] была предложена схема
почвоохранной организации территории, в которой он большое значение при¬
давал не только лесным насаждениям, но и травянистой растительности. Схема
была достаточно проста и вполне рациональна: водоразделы должны быть за¬
няты лесами, пойменные земли и местоположения низких террас — лугами и
иной естественной растительностью, а сельскохозяйственные угодья следует
размещать между этими естественными типами ландшафтов. Идеи стали осу¬
ществляться в предвоенные годы. В степях и отчасти в лесостепях Европейской
России началось проведение грандиозных, известных как Сталинский план
преобразования природы, мероприятий по созданию защитных лесонасажде¬
ний для борьбы с засухой. Рукотворные леса одновременно служили и полеза¬
щитными полосами. По плану общая длина самых широких (до 100 м каждая),
называемых государственными, лесных полос должна была достигнуть 5230 км
[Ткаченко, 1951].
Картографическая информация, которая характеризовала бы весь ком¬
плекс природных условий для сельскохозяйственной отрасли, требовалась при
проведении землеустройства обобществляемых крестьянских хозяйств в 1930-е
годы, когда создавались колхозы, коммуны, совхозы. Наряду с почвенными,
агроклиматическими исследованиями накапливались и знания о ландшафтной
структуре территорий нашей страны. После Великой отечественной войны они
были нужны при восстановлении и новом устройстве сельскохозяйственных
предприятий, освоении новых земель, поэтому в 1950-е годы активно развива¬
лось прикладное ландшафтоведение. К этому времени были сформулированы
обращенные к ландшафтоведам запросы землеустроительной науки и практи¬
ки, которые выразил один из их представителей — Г.В. Чешихин [1959]. Он то¬
гда писал: “Научным работникам географии и землеустройства следовало бы
совместно исследовать такие важные вопросы межхозяйственного землеуст¬
ройства, как согласование включаемого в состав землепользования комплекса
типов земель со специализацией хозяйства и системой его ведения, расположе¬
ние землепользования в увязке с ландшафтными территориальными комплек¬
сами (микрорайонами, комплексами и т.д.), с взаимосвязанными элементами
рельефа. Было бы очень важно применительно к особенностям отдельных рай¬
онов и типов хозяйства осветить вопрос о том, как целесообразно совмещать
границы землепользования с элементами гидрографической сети и рельефа,
с тем чтобы каждое хозяйство могло наилучшим способом осуществлять
регулирование взаимосвязанных природных процессов в пределах своего
землепользования в целях получения наибольших хозяйственных результатов
при наименьших затратах и при постоянно растущем плодородии земли” [с. 9].
Это мнение нашло живой отклик и развитие в трудах российских географов.
Научные и прикладные исследования оказывались взаимно обусловленными.
В.Б. Сочава [1965, 1970, 1975] писал: “Как правило, крупные комплексные ис¬
следования, предпринимаемые с практической целью, имеют в конечном итоге
утилитарное, познавательное и теоретическое значение” [Сочава, 1965, с. 5].
326
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
К началу широкомасштабного освоения целинных и залежных земель
“лзндшафтоведение накопило в рассматриваемой сфере немалый опыт и мате¬
риал [Исаченко, 1980, с. 118]. За десятилетие (1950-1960 гг.) было проведено
три совещания по ландшафтоведению: 1956 г. - II всесоюзное во Львове,
1956 г. Московского филиала Географического общества, 1960 г. — V всесо¬
юзное в Москве. Широко обсуждались вопросы фундаментального картогра¬
фирования ландшафтов и прикладного для народного хозяйства. Совещания
способствовали активизации разработки агроландшафтных карт и ландшафт¬
ного районирования для сельского хозяйства.
Географами Московского госуниверситета в 1952-1962 гг. осуществлялись
работы по изучению и картографированию природных комплексов для нужд
сельскохозяйственной отрасли на территории Забайкалья с целью уточнения
схемы специализации сельского хозяйства. Одновременно изучались ландшаф¬
ты и составлялись карты инженерно-географического плана для Удоканского
месторождения меди. Проведенные исследования дали богатую основу для
дальнейшего развития теории и практики ландшафтных исследований [Преоб¬
раженский, 1966].
Тогда же в трудах B.C. Преображенского прозвучала резкая критика в адрес
недостаточной степени готовности почвоведов к практическому использова¬
нию общенаучных знаний о ландшафтах. Он отметил также причины, которые
тормозят внедрение ландшафтных исследований в практику, в том числе не¬
достаточную разработанность методики целенаправленных исследований и
принятые методы представления информации в форме литературных или фон¬
довых материалов. В части картографирования природных комплексов изучае¬
мых территорий B.C. Преображенский [1966] доказывал необходимость состав¬
ления генетических ландшафтных карт и, как он называл, целенаправленных
для удовлетворения запросов практики, аналогично тому, как это практикуется
в оформлении результатов почвенных и геоботанических исследований. Имен¬
но тогда он пришел к выводу о том, что “назрел вопрос о создании агроланд-
шафтоведения и инженерного ландшафтоведения, задача которых заключается
в изучении взаимодействия системы природный комплекс — инженерное со¬
оружение или агротехническое мероприятие” [с. 57].
В 1960-м году при Географическом обществе СССР была создана Постоян¬
ная комиссия по ландшафтным картам [Виноградов и др., 1961]. Цели и задачи
комиссии состояли в учете материалов ландшафтного картирования, организа¬
ции широкой информации о проводимых работах, содействии изданию резуль¬
татов методических и методологических исследований ландшафтов, разработке
рекомендаций и методических указаний. В 1961 г. комиссией были доложены
первые результаты работы по обобщению накопленного опыта в создании
ландшафтных карт на кафедрах физической географии Ленинградского, Львов¬
ского, Латвийского университетов, в Лаборатории ландшафтоведения МГУ и
Лаборатории аэрометодов АН СССР.
На совещании ландшафтоведов в 1960 г. в обобщающем докладе постоян¬
ной Комиссии по ландшафтным картам было указано, что основным типом
ландшафтной карты является единая общенаучная синтетическая карта, на ко¬
торой отображаются географические комплексы того или иного (в зависимости
327
Часть IV. Карты специального назначения
от масштаба) ранга” [Виноградов и др., 1961, с. 6). Наряду с этой картой и на сс
основе должны составляться прикладные ландшафтные карты. Содержание по¬
следних может быть специализировано главным образом посредством нанесе¬
ния дополнительных аналитических показателей (уклоны поверхности, меха¬
нический состав почв или грунтов, глубина грунтовых вод) в зависимости от
целевого назначения. Были определены также масштабы карт, их функции, ме¬
тодики составления карт и полевого изучения структуры ландшафта, выбора
ключевых участков, их форм и размеров. Обсуждены вопросы элементарных
картографируемых единиц ландшафта, генерализации и классификации ланд¬
шафтов.
Суть и важность ландшафтно-географического подхода в сельскохозяйст¬
венной практике производственной организации территории раскрывается
В.Б. Сочавой в трудах 1960-х годов. Согласно его представлениям, в основе
ландшафтного подхода лежит положение о необходимости типизации земель
для сельскохозяйственных целей на базе ландшафтной классификации геогра¬
фической среды. Ландшафтная классификация рассматривается им в качестве
общей, универсальной, физико-географической, отражающей структуру, исто¬
рию развития, современные динамические тенденции и природный потенциал
подразделений природной среды. Такая классификация служит базой для по¬
строения общегеографической ландшафтной карты. Она, по глубокому убеж¬
дению В.Б. Сочавы [1960], должна стать основой для разработки специализиро¬
ванных классификаций и соответствующих им карт. При этом обращалось
внимание на то, что при разработке как универсальных, так и специализиро¬
ванных прикладных классификаций обязателен региональный подход в деле
систематизации элементарных подразделений природной среды, поэтому при¬
менительно к географически обособленным и относительно однородным тер¬
риториям следует создавать соответствующие классификации, т.е. ландшафт¬
но-географический подход должен быть регионализирован. В.Б. Сочава [1986,
с. 140] считал, что, поскольку “в ландшафте, как в фокусе, совмещаются регио¬
нальный и типологический подходы к природным особенностям местности,
имеющим практическое значение”, то его природные характеристики всегда
значимы при организации территории. Будучи основной таксономической
единицей географической среды, ландшафт в равной мере является категорией
систематики природных комплексов и районирования территории. В понима¬
нии В.Б. Сочавы [1986], ландшафт — это целое, представляющее единство
закономерно расположенных и находящихся во взаимной связи частей, сово¬
купность которых определяет структуру этого целого и которые являются эле¬
ментарными подразделениями природной среды — фациями. Посредством
ландшафта можно характеризовать и определенную категорию типологии зе¬
мель сельскохозяйственного и других видов использования. Ландшафтный
подход состоит и в том, что для ландшафта или группы близких ландшафтов
может быть принята одинаковая система использования земли. Она выявляется
для территории, которая достаточна для размещения всего свойственного это¬
му ландшафту сочетания земельных угодий, их разновидностей, реальных и по¬
тенциальных землепользований в типичном соотношении площадей.
328
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
В то же время мнения об утилитарном значении ландшафта не были одно¬
значными. Так, В.И. Прокаев [1961, с. 21] полагал, что “не имеет ландшафт и
какого-то особого практического значения: практическая значимость тех или
иных ландшафтных единиц относительна и зависит от масштаба и конкретных
задач исследования . В какой-то мере с этим можно согласиться, имея в виду
многозначность запросов сельскохозяйственного производства к ландшафт¬
ным картам как к инструменту, обеспечивающему не только формирование оп¬
тимального пространственного размещения угодий, но и создание рациональ¬
ной внутренней их структуры. Практически все разрабатываемые в то время
землеустройством проекты организации сельскохозяйственных землепользова¬
ний опирались на информацию почвенных, геоботанических карт и их толко¬
вательных (агропроизводственных) вариантах. Данное обстоятельство побуди¬
ло А.Г. Исаченко с соавт. [1961] провести цикл работ с целью анализа взаимо¬
связей и согласованности ландшафтной, почвенной и геоботанической карт.
Авторы исходили из того, что специалист при почвенном и геоботаническом
картировании (т.е. проведении этих съемок в поле) стремится отразить на карте
приуроченность почв и растительных сообществ к определенным географиче¬
ским условиям. В итоге своих исследований они пришли к выводу с том, что
многие карты растительности и почв по своему содержанию приближаются к
ландшафтным картам.
На V Всесоюзном совещании по вопросам ландшафтоведения (1960 г.) из
теоретических проблем, имеющих большое значение для научного и приклад¬
ного картирования ландшафтов, обсуждался также вопрос о выявлении при
картировании ведущего фактора дифференциации их низших единиц в преде¬
лах высших. В.И. Прокаев [1961] утверждал, что “практическая необходимость
упростить выделение фаций в поле заставляет проводить их границы, как и гра¬
ницы высших ландшафтных единиц, не по всей совокупности совпадения при¬
знаков, а по ведущему признаку” (с. 18). Он доказывал, что при обособлении
коренных фаций внутри урочищ ведущее значение имеют различия в характере
отдельных элементов простых форм рельефа, но, кроме критерия геоморфоло¬
гического, иногда ведущее значение может иметь гидрологический фактор.
А.А. Видина и Ю.Н. Цесельчук [1961] на основе собственного опыта первых
крупномасштабных исследований ландшафтов для целей сельского хозяйства
в 1951-1961 гг. в центральной части России констатировали, что непосредствен¬
ным объектом полевого исследования ландшафтоведа при изучении сельско¬
хозяйственных земель должны быть морфологические единицы ландшафта,
урочища, формации, отдельные крупные фации. Они должны всесторонне ха¬
рактеризовать те явления, которые оказывают непосредственное влияние на
сельскохозяйственное производство и эксплуатацию земель.
Анализ материалов данного совещания свидетельствует о том, что боль¬
шинство его участников было склонно считать геоморфологический фактор
ведущим при полевом составлении ландшафтных карт разного масштаба прак¬
тически во всех случаях. В.Б. Сочава [1986] в свою очередь считал: “Установле¬
ние границ урочищ по геоморфологическим признакам практически удобно и
имеет глубокий смысл, поскольку геоморфологический рубеж ограничивает
сочетание фаций, связанных геохимически гидрологическим режимом, эколо-
329
Часть IV. Карты специального назначения
гическими рядами биотических ассоциаций и другими взаимоотношениями”
(с. 147). К этому моменту позднее вернулся А.Г. Исаченко, рассматривая про¬
блему агроландшафтной типологии земель. Он отметил, что “прямые экологи¬
ческие характеристики местообитаний (световой и тепловой режим и др.)
значительно труднее использовать при классификации, чем косвенные физи¬
ко-географические признаки. Особое место среди косвенных критериев при¬
надлежит рельефу. Именно рельеф в большинстве случаев принимается за пер¬
вичный классификационный признак” [Исаченко, 1980а, с. 129]. Данное поло¬
жение позволяет считать правомерными и те прикладные агроландшафтные
классификации и карты, в которых ведущим (первичным) критерием прини¬
мается — рельеф, поскольку сельское хозяйство как полуприродная система
функционирует в сфере множества экологических условий среды, растений и
животных. Использование этого критерия получило широкое распространение
при составлении аграрных ландшафтных карт крупных и средних масштабов в
негеографической сфере.
Накопленный к 1980 г. ландшафтоведческой наукой и практикой опыт
применения комплексного учета природных условий в сельском хозяйстве
обобщен А.Г. Исаченко [1980а]. Он вынужден был констатировать, что, не¬
смотря на всеобщее признание необходимости этого учета, “однако относи¬
тельной его реализации и характера, потребных для этой цели естественно-на¬
учных исследований у многих специалистов не было, да и сейчас не всегда
имеется ясное представление... В целом еще существует недопонимание или
игнорирование ландшафтно-географического подхода к решению всех этих во¬
просов” (с. 118). Сказанное относилось как к природному районированию для
сельского хозяйства, так и к разработке географами для него ландшафтных
карт. Между тем самим автором были приложены большие усилия в ликвида¬
ции этих пробелов. Проанализировав имеющийся массив агроландшафтного
картографирования более чем за 30 лет, А.Г. Исаченко обозначил основных по¬
требителей ландшафтных карт: сферы планирования и проектирования, пред¬
ставленные районными планировками и землеустройством. В рассматривае¬
мом периоде (1950-1980 гг.) наиболее четко в агроландшафтных исследованиях
“определились два направления: 1) агропроизводственная типология и качест¬
венная оценка земель (на основе ландшафтной съемки) и 2) физико-географи-
ческое районирование для сельского хозяйства” [Исаченко, 1980а, с. 121].
9.1.2. Агроландшафтные классификации и карты
Построения агроландшафтных карт и классификаций определяются кон¬
кретными запросами потребителей. Но при всем разнообразии запросов глав¬
ным для большинства является знание сельскохозяйственного качества и при¬
родного потенциала естественного или модифицированного (антропогенного)
ландшафта. Большой опыт получения знаний этого рода имеет почвоведение,
реализующее его в проектных учреждениях при почвенных обследованиях
сельскохозяйственных территорий и нового освоения. Для сельскохозяйствен¬
ных предприятий составляются карты агропроизводственных групп почв, кото¬
рые по своей сути являются оценочными. Существует два пути получения
ззо
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
таких карт, при обследовании почв в поле и камеральный. При первом на
составляемую генетическую почвенную карту наносится информация о сель¬
скохозяйственном качестве конкретного почвенного контура и затем на осно¬
вании ее составляется специальная (агропроизводственная) карта; во втором
случае имеющаяся генетическая почвенная карта преобразуется в карту агро-
производственных групп на основании эмпирического знания о почвах. В лю¬
бых случаях все прикладные карты, трансформированные генетически в при¬
кладные или составляемые в поле, есть карты оценочные, поскольку отражают
отношение субъекта к объекту.
Содержание ландшафтных карт первого периода для сельского хозяйства
и их легенды во многом повторили принцип передачи прикладной картогра¬
фической информации, принятой в существовавшей до недавнего времени
системе гипрозема. А.Г. Исаченко [1980а] писал, что научные исследования
аграрной ветви ландшафтоведения касались разработки принципов производ¬
ственной типологии природных комплексов, среди которых центральным был
вопрос производственной типологии урочищ. Урочище как территориальная
единица кадастрового описания и агропроизводственной типологии земель
признавалась ландшафтоведами почти единодушно. Недостаточная же разра¬
ботанность принципов ландшафтно-агропроизводственной типологии земель
требовала определения устойчивых признаков природных комплексов для их
классификации. Подводя итог всей проанализированной обширной агроланд-
шафтной информации, автор подчеркнул современность принципов разработ¬
ки универсальной ландшафтной типологии земель, определенных еще в 1962 г.
В.Б. Сочавой. Из них он отметил три наиболее существенных, на его взгляд,
обстоятельства:
— производственная типология земель принципиально не отличается от
общенаучной классификации природных комплексов данного ранга, т.е. уро¬
чищ, и строится на тех же основных критериях — формах рельефа, субстрате,
естественном дренаже;
— разработка такой типологии должна основываться на строго региональ¬
ном подходе, т.е. проводиться в рамках соответствующей ландшафтной зоны и
провинции;
— производственную типологию земель не следует ограничивать только
землями, уже используемыми в сельском хозяйстве, она должна распростра¬
няться и на земли другого назначения, поскольку они могут подлежать транс¬
формации, в том числе в сельскохозяйственные угодья.
Harm сказать о том, что одновременно с агроландшафтной типологией зе¬
мель географами и почвоведами разрабатывались и почвенные типологии, или
группировки земель, для сельского хозяйства и земельного кадастра [Зворыкин
и др., 1958; Учет..., 1967; Фридланд, 1972; Качков, 1978; Паярскайте, 1978; Апа¬
рин, Антонова, 1983; Сорокина, 1983; и др.]. Обсуждая методологию сельскохо¬
зяйственной типизации земель с позиций почвоведческой науки, В.М. Фрид¬
ланд [1972, с. 382] напоминал о том, что человечество в любой своей хозяйст¬
венной деятельности на практике имеет дело не с почвой как таковой, «а с
более широким понятием “земля”, включающим не только почву, но и условия
ее залегания (величина и форма элементарного почвенного ареала (ЭЛА'-
соседствующие почвы) и окружающую среду (в первую очередь рельеф)».
331
Часть IV. Карты специального назначения
Свойства и ценность земель, как правило, обусловливаются в первую очерель
характером почв. По В.М. Фридланду [1972], ЭПА в агрономической и агрогео-
графической интерпретациях есть элементарный почвенно-сельскохозяйствен¬
ный ареал (ЭПСХА), который можно рассматривать в качестве элементарной
ячейки типов земель. Поскольку различные классификационные с агрономи¬
ческой точки зрения, но близкие по своим хозяйственным свойствам, почвы
объединяются в агропроизводственные группы, то и ЭПСХА должны характе¬
ризоваться принадлежностью объединяемых почв к одной агропроизводствсн-
ной группе (АГП). Так как АГП выделяется на основании производственной
оценки почв (соответствия их агрономическим нормативам), то ЭПСХА также
имеет оценочное содержание. В этом отношении подходы к прикладным ис¬
следованиям и интерпретациям генетических (у агрогеографов и почвоведов)
или универсальных (у ландшафтоведов) карт весьма схожи. Согласно А.Г. Иса¬
ченко [1980а], ландшафтно-агропроизводственная типология земель содержит
вполне конкретную оценку условий сельскохозяйственного производства - в
форме указаний на возможность освоения земель, пригодность их к тому или
иному использованию, наличие определенных ограничений и т.д. (рис. 9.1).
Сходство агропочвенного и агроландшафтного подходов хорошо видно
при сравнении приводимого ниже содержания легенд соответствующих при¬
кладных карт. Например, легенда карты “Агропроизводственные типы земель
[Пашканг и др., 1974], составленная на ландшафтной основе в разрезе админи¬
стративного района, содержит такие критериальные характеристики типов зе¬
мель: тип земли (обозначенный порядковым номером в качестве индекса),
рельеф, почвы, размеры пахотных массивов, пригодность для основных сель¬
скохозяйственных культур, нуждаемость в мелиоративных и культуртехниче-
ских мероприятиях.
В свою очередь, Л.П. Сорокина [1983], излагая опыт составления карты аг¬
рогрупп земель на основе почвенной карты, приводит пример содержания ле¬
генды карты агропроизводственных групп земель: агрогруппа, формы почвен-
— ►
Рис. 9.1. Оценка условий сельскохозяйственного освоения ландшафтов Ленинградской.
Псковской и Новгородской областей [Исаченко, 1980].
I — наиболее благоприятные: 1 (г) — равнины на карбонатных беэвалунных суглинках с крат¬
ковременным избыточным увлажнением, 2 (б, г) — равнины на карбонатных валунных суглинках
преимущественно хорошо дренированные. II — относительно благоприятные: 3 (в) — равнины hj
карбонатной морене, преимущественно слабо дренируемые, 4 (а — г) — равнины на бескарбонат
ной морене и двучленных наносах, преимущественно слабодренируемые, 5 (б, в) — равнины ка
ленточных глинах, слабодренируемые, 6 (а — г) — равнины на супесях и песках, преимущественно
дренируемые. Ill — ландшафты малоблагоприятные (пригодные для выборочного освоения»
7 (д — г) — равнины песчаные слабодренируемые, 8 (а — г) — холмистые моренные и камово-мо-
ренные возвышенности с пестрой сменой почв, материнских пород и гидротермических условии. •
эрозионной опасностью и мелкоконтурностью земель; 9 (б — г) — холмистые камовые возвышен
ности с участками песчаных равнин, с частой сменой условий освоения, мелкоконтурностью х
мель, 10 (а, б) — сельговые ландшафты с преобладанием гранитных гряд и слабодренированным*
преимущественно суглинистыми ложбинами, 11 (г) — озерные заболоченные поймы, 12 (в) — пр*
имущественно болотные равнины.
В скобках — градации теплообеспеченности по суммам температур за период со средними ^
точными температурами выше 10 °С: а — очень низкая (<1600), б — низкая (1600-1750), в — ср<-
няя (1750-1900), относительно высокая (>1900).
332
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
ного покрова, порода, рельеф, ограничения в использовании пол сельскохозяй¬
ственные культуры. Следует отметить, что содержание этой карты типов почв
составляли почвенные комбинации, связанные с элементами мезорельефа, по¬
этому в карте агротипов земель отражены достаточно однородные в агропроиз-
водственном отношении ареалы, которые превышают определенный мини¬
мальный размер в 5-10 га, что позволяло рассматривать их в качестве произ¬
водственных участков.
В 1970-х годах значительное внимание уделялось ландшафтным исследова¬
ниям для целей гидротехнических мелиораций — осушения и орошения. Опыт
333
Часть IV. Карты специального назначения
этих работ освещен А.Г. Исаченко [1980а]. Он, в частности, отметил, что “об¬
щенаучная карта урочищ требует минимальной интерпретации для перестрой¬
ки в карту гидромелиоративных типов земель” (с. 172). В приведенном им при¬
мере легенды карты гидромелиоративных типов южно-таежных земель Севе¬
ро-Западной ландшафтной области, составленной для осушительных
мелиораций, представлены такие критерии типологии: преобладающие место¬
положения, уклоны (в процентах), литологический состав почвогрунтов, уро¬
вень грунтовых вод (в метрах), источники водного питания, интенсивность ес¬
тественного дренажа, степень увлажнения, режим увлажнения, типы лесных
местообитаний, мероприятия по осушению при сельскохозяйственном исполь¬
зовании. Автор считает ландшафтно-мелиоративные карты хорошей основой
для разработки рекомендаций относительно способов мелиоративного воздей¬
ствия и предвидения возможности отрицательных следствий мелиораций, свя¬
занных с неизбежными нарушениями связей внутри геосистем и между ними
Однако А.М. Шульгин [1980] полагает недостаточными “ландшафтно-индика¬
ционные методы, базирующиеся в основном на вариантах интерпретации
ландшафтной карты” (с. 53). Недостаток метода он видит в том, что ландшафт¬
ный подход не обеспечивает свою информацию количественными данными,
которые необходимы в оценке территории для целей мелиорации и которые
могут быть получены при системно-структурном подходе с помощью матема¬
тических методов.
Почти до конца XX столетия в проводимых географами агроландшафтных
исследованиях и построении прикладных карт господствовало направление оп¬
ределения пригодности ландшафтов для сельского хозяйства и наиболее ра¬
ционального их использования. Легенды карт могли содержать рекомендации
по размещению групп сельскохозяйственных культур, видов мелиораций, при¬
менению сельскохозяйственной техники и набора орудий, размещения сель¬
скохозяйственных угодий и др. В качестве примера можно привести уже упомя¬
нутую выше карту (рис. 9.1) оценки условий сельскохозяйственного освоения
ландшафтов северо-западных областей России [Исаченко, 1980а, с. 86]. В этот
период из-за разногласий в биологических и сельскохозяйственных научных
школах, правительственных политических амбиций и волюнтаризма реальные
задачи изучения и определения оптимальной ландшафтной структуры на аг¬
рарных территориях перекрылись стремлением к всемерной интенсификации
сельского хозяйства и вовлечения в распашку всех земель, пригодных для меха¬
низированных работ. Ландшафтные научные школы замкнулись в рамках фи¬
зической географии, отойдя от проблем сельскохозяйственной науки и практи¬
ки, вследствие чего их знания в должной мере не могли быть востребованы аг¬
рономической наукой и практикой [Кирюшин, 1996].
Однако в последние годы XX столетия стало больше уделяться внимания
использованию ландшафтного подхода и разработке ландшафтных карт для оп¬
тимизации пространственной организации сельскохозяйственных угодий и аг¬
рарного землепользования в целом. Проблема начала разрабатываться и в ге°'
графической науке, но более активно ею занимаются в землеустроительном и
сельскохозяйственной областях знаний.
334
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
9.1.3. Прикладные ландшафтные карты
В 1967 г. ЦК КПСС и Совет министров СССР приняли постановление “О
неотложных мерах по защите почв от ветровой и водной эрозии”, которое сти¬
мулировало развитие исследовательских работ в сельскохозяйственных науч¬
ных, научно-исследовательских и высших учебных учреждениях. В 1970 г. соз¬
дан Всесоюзный НИИ защиты почв от эрозии в г. Курске, преобразованный в
1992 г. во Всероссийский НИИ земледелия и защиты почв от эрозии. В тех же
1970-х годах Воронежский аграрный университет (ранее — сельскохозяйствен¬
ный институт им. К.Д. Глинки) организовал кафедру организации территории,
силами которой разрабатываются программы оптимизации сельскохозяйствен¬
ных территорий. Структура ВАСХНИЛ пополнилась научным сектором эрозии
почв, аналогичные отделы были организованы во многих НИИ сельского хо¬
зяйства. Занимались проблемами охраны земель и многие высшие учебные за¬
ведения сельскохозяйственного профиля. В географической же науке почти не
разрабатывались ландшафтные карты для оптимизационного конструирования
сельских ландшафтов, прежде всего, видимо, по причине отсутствия соответст¬
вующей научной программы и недостатка общенаучных ландшафтных карт ре¬
гионального масштаба. Тем не менее отдельные географы не обошли внимани¬
ем эту проблему.
Выполнение правительственной задачи сельскохозяйственными научны¬
ми учреждениями собственными силами привело к тому, что в их недрах
сформировалось несколько подходов и концепций конструирования экологи¬
чески сбалансированных сельскохозяйственных ландшафтов и соответствен¬
но имевших разные названия: контурно-мелиоративная организация террито¬
рии, адаптивно-ландшафтная система земледелия, ландшафтное земледелие.
Все они в итоге относятся к системе ландшафтно-экологической организации
земледельческих территорий.
У представителей аграрной науки к тому времени накопилось немало пре¬
тензий к системе землеустройства, его традиционным способам организации
территории, при которых игнорировались требования гетерогенности полевого
ландшафта, дифференцированного учета микроклиматических и других осо¬
бенностей землепользования. Под мощную и скоростную технику проектиро¬
вались и организовывались огромные обрабатываемые пространства. М.И. Jlo-
пырев [1987, с. 12, 13] подчеркивал: “с агроэкологических позиций вообще не
может быть оправдано беспредельное увеличение площади полей . Автор де¬
монстрировал различия в организации территории одного и того же землеполь¬
зования, в проекте землеустройства и в проекте, выполненном на основе ланд¬
шафтно-экологического подхода (рис. 9.2). Он обращал внимание на тот факт,
что отсутствуют целенаправленные комплексные методики для проектирова¬
ния полевых ландшафтов, а имеющиеся отдельные методические положения
по формированию экологически устойчивых агроландшафтов в большинстве
случаев рассредоточены в различных научных дисциплинах, связанных с ис¬
пользованием природных ресурсов. Стоит задача интеграции знания для созда¬
ния комплексных методик конструирования сбалансированных агроландшаф¬
тов [Лопырев, 1987].
335
Часть IV. Карты специального назначения
Рис. 9.2. Организация территории одного из земельных массивов колхоза “Искра” Ли¬
пецкой области [Лопырев, 1987].
Выполнена: а — по традиционным принципам землеустройства, 6 — по ландшафтно-экологи¬
ческим принципам; 1-3 — поля севооборотов и рабочих участков полей (числитель — номер поля,
по центру — номер участка, знаменатель — площадь участка или поля); 4 — лесные полосы (имею¬
щиеся и проектируемые); 5 — направления обработки почвы и полосных посевов; 6 — границы
экологически однородных участков; 7 — горизонтали местности.
Журнал “Земледелие” в 1989 г. организовал и провел широкую дискуссию
по актуальным проблемам совершенствования землепользования и землеуст¬
ройства с участием ученых, проектировщиков-землеустроителей, руководите¬
лей и специалистов хозяйств, представителей органов управления аграрным
сектором из различных регионов страны. На ней были рассмотрены недостатки
землеустройства при формировании землепользований, защищенных от разру¬
шительного действия природных факторов и нерациональной организации
угодий, и вскрыты объективные их причины. Одна из них объяснялась сотруд¬
ником Государственного НИИ земельных ресурсов (ГИЗР) Т.П. Федосеевой
[Актуальные..., 1990] тем, что “имеющихся сейчас в распоряжении землеуст¬
роителей сведений по характеристике земель совершенно недостаточно для
природоохранного землеустроительного проектирования” [с. 20]. Она подчерк¬
нула необходимость обеспечения землеустроителей соответствующим методи¬
ческим инструментарием, основой которого должна стать комплексная качест¬
венная характеристика земель, которой у проектировщиков пока нет.
В 1990 г. проведена научно-практическая конференция, рассмотревшая
различные проблемы почвозащитного земледелия с контурно-мелиоративной
336
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
организацией территории. Годом позже в Москве состоялось Годичное собра¬
ние Отделения земледелия и агроэкологии ВАСХНИЛ, на котором обсужда¬
лись результаты в области теории и практики аграрной науки. На собрании ряд
отделений ВАСХНИЛ предложили подготовить единую комплексную науч¬
но-техническую программу создания экологически сбалансированных высоко¬
производительных агроландшафтов. В рамках программы предусматривалась, в
частности, разработка таких тем, как методология формирования агроланд¬
шафтов на принципах системной нормативной организации всех его компо¬
нентов; уточненной научно обоснованной специализации земледелия всех ре¬
гионов страны на основе агроландшафтной концепции [Извеков, 1991]. Собра¬
ние отметило, что разработка ландшафтного земледелия — новый шаг в
развитии земледельческой науки, который потребует участия в исследованиях
не только всех институтов Отделения земледелия и агроэкологии, но и других
смежных отделений ВАСХНИЛ. Таким образом, сельскохозяйственная наука в
решении задач ландшафтной организации территории ориентировалась на соб¬
ственные силы.
Исполняя постановление 1970 г., сотрудники ГИЗРа разработали концеп¬
цию контурно-мелиоративной организации территории, которую стали апро¬
бировать научно-исследовательские институты сельского хозяйства и лабора¬
тории сельскохозяйственных вузов. Так как научные основы экологической
оптимизации агроландшафтов считали необходимым увязывать с системами
земледелия [Лопырев, 1988], то она больше известна под названием “контур¬
но-мелиоративная система земледелия” (КМЗ). КМЗ считалась наиболее со¬
вершенной организацией землепользования. В отличие от принятых ранее, в
ней по-новому решались вопросы организации севооборотов, многолетних на¬
саждений, защитных лесонасаждений, гидротехнических противоэрозионных
устройств [Извеков, 1988]. Суть КМЗ “заключается в оптимизации соотноше¬
ния в агроландшафтах интенсивного и биологического земледелия, естествен¬
ных фитоценозов и водных пространств” [Тарарико, 1990]. Ряд научно-иссле¬
довательских коллективов России и Украины обобщили опыт разработки, соз¬
дания и действия КМЗ в своих опытных хозяйствах. Анализ опубликованных
работ, в которых освещаются исследования новой ландшафтно-экологической
организации сельскохозяйственных территорий, показал, что все они
базировались на самостоятельно разрабатываемых исследовательскими кол¬
лективами классификациях местных ландшафтов, составлении карт или карто¬
грамм и последующем проектировании устройства территории. Сложность
решения поставленных задач в том, что коллективам приходилось проводить
разработки в жизнь на территориях старого землеустройства, где многие эле¬
менты сельскохозяйственных угодий жестко зафиксированы на местности
границами полей, дорогами, лесополосами, иными линейными и инфраструк¬
турными объектами, т.е. заниматься переустройством территории землеполь¬
зования.
По методике Воронежского аграрного института в основу классификации
I земель для целей конструирования КМЗ положен геоморфолого-гидрологиче-
| ский подход членения территории с учетом характера растительности. Перво-
i начально составлялись картограммы крутизны склонов и эродированности
! 337
! ianai № 560
Часть IV. Карты специального назначения
почв, на основании которых были выделены экологически однородные участ¬
ки, из которых формировали поля. Форма, размер, конфигурация экологиче¬
ских участков определялись в первую очередь контурами естественных
элементов ландшафтов, хотя их стороны по направлению обработки почвы
стремились проектировать контурно-параллельными. В примере КМЗ, выпол¬
ненной по такой методике (рис. 9.3) в хозяйстве степной зоны Центрального
Черноземья, ведущим структурным звеном сельскохозяйственных ландшафтов
была сеть лесных полос. Эти заложенные лесные полосы программируют на
всем склоне обработку и размещение всех линейных противоэрозионных меро¬
приятий по горизонталям и с допустимыми размерами угодий [Лопырев и др
1990].
В эти же годы на Украине разворачивались работы по внедрению почвоза¬
щитных систем земледелия с контурно-мелиоративной организацией террито¬
рии, проводимой учеными совместно с сотрудниками Донецкой противоэрози-
онной опытной станции и Донецкого филиала Института “Укрземпроект”.
При проектировании сельскохозяйственной территории авторы решили ис¬
пользовать принципы названной ими “неодокучаевской концепции” почвоза¬
щитно-мелиоративного устройства агроландшафта [Щербаков и др., 1990].
Согласно этой концепции должно быть соблюдено единство двух антропо-
Рис. 9.3. Контурно-мелиоративная организация участка территории [Лопырев, 1990).
1 — полевой севооборот; 2 — почвозащитный севооборот; 3 — лесополосы; 4 — кустарнико¬
вые кулисы; 5 — лес; 6 — сад; 7 — пастбище; 8 — пруд.
338
генных составляющих агроландшафта: содержания и формы. Первое пред¬
ставлено динамичной растениеводческой почвозащитно-мелиоративной тех¬
нологией, постоянно реагирующей на текущие изменения условий. Вторая
является ландшафтно-стабильной почвозащитно-мелиоративной пространст¬
венной структурой агроландшафта, которую формируют при создании систем
почвозащитно-мелиоративных насаждений и сооружений. Рациональную поч¬
возащитную технологию следует сочетать с мероприятиями постоянног о дейст¬
вия (рис. 9.4): полезащитными лесополосами, контурными валам и-террасам и,
безопасно отводящими воду к обустроенным природным и искусственным во¬
дотокам [Щербаков и др., 1990). В общих чертах данный подход напоминает
конструкцию почвозащитной организации территории, предложенную в свое
время В.Р. Вильямсом.
М.И. Лопырев [2002], подводя итог более чем 25-летнего опыта работы над
экологизацией земледелия, уточнил, что при формировании земледельческих
ландшафтных систем необходим бассейновый подход. В Центрально-Черно¬
земной зоне со сложным рельефом и развитой эрозией ведущим компонентом,
предопределяющим экологическое равновесие в регионе, принят водосбор, а
почвам, растительности и другим компонентам отведена корректирующая
роль. На основании такого ландшафтно-водосборного подхода выделено 6
основных типов агроландшафтов: полевой с равнинным типом местности;
прибалочно-полевой с поперечно-прямыми профилями склонов; полевой с
рассеивающими (выпуклыми) водосборами разных экспозиций; балочно-поле¬
вой с собирающими водосборами, ограниченными водораздельной линией;
балочно-полевой с совокупностью балочных ответвлений, сопряженных скло¬
нов, лощин, ложбин, составляющих единую гидрографическую сеть (мятый
рельеф); большие поймы в долинах крупных рек. При этом считается, что не-
Пойменные \ Кормовые | Севообороты с культурами
земли ! угодья ! сплошного сева
Пропашные
севообороты
Живые
изгороди
Лесная
полоса
Гребневые
террасы
Полезащитные
Рис. 9 4 Схема размещения систем почвозащитно-мелиоративных мероприятий посто¬
янного действия на выпуклом склоне при агроландшафтной организации территории
[Щербаков и др., 1990).
339
Часть IV. Карты специального назначения
корректно устанавливать соотношения с жестко фиксированным количеством
того или иного угодья, правомернее представить решение задачи в виде шкалы
со скользящим указателем от худшего состояния агроландшафта к его лучшему
состоянию.
Большие разносторонние работы по проблемам ландшафтного земледе¬
лия проведены Всероссийским НИИ земледелия и защиты почв от эрозии
(ВНИИЗиЗПЭ). Разработки по созданию экологически сбалансированных
ландшафтов велись в хозяйствах Черноземной зоны России. Например, в Сара¬
товской области за основную территориальную единицу планирования агро¬
ландшафта и составления для этих целей карт также принимались урочиша
(ложбинный, лощинный, балочный, долинный) и водосборы различного по¬
рядка. Кроме того, вводилась технологическая исходная единица — агроланд-
шафтная полоса. Агроландшафтные полосы следовало размещать в пределах
различных категорий земель, которые имеют строго определенный режим ис¬
пользования, набор культур и технологий. Границы полос образуют защитные
лесонасаждения, зоны залужения, валы, иные естественные полосы и искусст¬
венные рубежи [Шабаев, Медведев, 1997]. Нелишне заметить, что в отличие от
воронежской методики, в которой предлагается не фиксировать жестко коли¬
чество угодий, саратовский опыт предусматривает противоположный подход.
В подходе ВНИИЗиЗПЭ определение категорий земель и формирование
земельных массивов по типам агроландшафтов дополняется количественным
интегрированным показателем эрозионной опасности (ПЭО). Он выведен на
основе многолетних наблюдений за эрозией почв в полевых условиях на эле¬
ментарных водосборах, изучении морфометрических показателей на уровне
урочищ и на планово-картографическом материале. ПЭО представляет собой
произведение коэффициента расчлененности территории (Кр) на коэффици¬
ент плотности ложбин (К„) и на средний уклон местности (/'): ПЭО = Кр • Кп j
[Шабаев, Медведев, 1997]. На основании этого показателя, морфометрии тер¬
ритории, соотношения угодий, состава культур и хозяйственного использова¬
ния выделены такие типы агроландшафтов, как плакорно-равнинный полевой,
приводораздельный и склоново-ложбинный почвозащитный, склоновый кон¬
турно-мелиоративный почвозащитный, лесолуговой почвозащитный, круто¬
склоновый лесокультурный.
Большая работа по изучению мер оптимизации сельскохозяйственного
землепользования ведется в Государственном университете по землеустройству
(ГУЗ). С.Н. Волков [1998] обобщил обширный материал исследований научных
учреждений сельскохозяйственного профиля разного ранга, а также высших
учебных заведений за 30 последних лет. Автор, считает, что “главная задача
землеустройства заключается в создании оптимальных агроландшафтов и вос¬
становлении их функций как саморегулирующихся и самовоспроизводящихся
систем” [с. 201], что, по его мнению, приведет к созданию экологически ста¬
бильных аграрных ландшафтов, прекращению процессов их разрушения. Зем¬
леустройство приобретает явно адаптивный характер в природоохранной орга¬
низации территории хозяйств. Адаптационное направление находит отраже¬
ние, во-первых, в приспособлении к территории, где организация использования
земель и системы хозяйства наилучшим образом учитывает ее природное уст-
340
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
Рис. 9.5. Агроландшафтная карта [Волков, 1998].
1 — слабоэрозионная равнина, пригодна для размещения севооборотов всех типов; 2 — водо¬
раздельные плато и склоны до 1°, пригодны для размещения севооборотов, с ограничением i ро-
пашных культур до 15 %; 3 — пологие склоны балок, размещение почвозащитных севооборотов;
4 — днища больших и малых водосборных балок, создание сеяных сенокосов; 5 — днища мелких
западин, полная консервация ландшафта; 6 — зона загрязнения вокруг животноводческих ком¬
плексов; 7 — проектируемые полезащитные лесополосы.
ройство, и, во-вторых, приспособления территории, заключающегося в целена¬
правленном изменении производительных и территориальных свойств ее
земель.
Обоснован также базис двух подходов землеустроительных мероприятий —
эколого-ландшафтный и агроэкологический. Первый подход служит началь¬
ным этапом проектирования: учитывается ландшафтная дифференциация тер¬
ритории, выделяются эколого-ландшафтные зоны и намечается устройство
территории по определенным частям агроландшафта (местностям, урочищам,
подурочищам, фациям). Второй подход (этап) предполагает изучение агроэко-
логических свойств территории по отношению к отдельным видам или группам
сельскохозяйственных растений и выделение экологически однотипных терри¬
торий в качестве базиса для проведения землеустройства. Итогом такого двух¬
этапного проектирования “является выделение первичных агроэкологически
однородных участков (агроэкотонов) как физической основы организацион¬
но-территориального каркаса для привязки системы ведения хозяйства, уста¬
341
Часть IV. Карты специального назначения
новления состава площадей и трансформации угодий, размещения севооборо¬
тов, их полей, рабочих участков, устройства территории садов, виноградников,
сенокосов, пастбищ и др.” [Волков, 1998, с. 140).
В методологии формирования агроландшафтов при землеустройстве, опи¬
сываемой автором, организация территории должна охватывать всю площадь
агроландшафта; учитывать изменения, происходящие в нем под влиянием
внешних природных и антропогенных факторов; обеспечивать связь с другими
антропогенными факторами и учитывать изменения их состояния; быть дол¬
говечной и обеспечивать рациональную реконструкцию агроландшафта.
Мероприятия рациональной организации территории предусматривают эко¬
логически обоснованное размещение элементов агроландшафта во времени
и пространстве, определение рациональной конфигурации и площадей всех
его составляющих, достижение также оптимальной структуры антропогенных
ландшафтов, а в аграрных — соотношения полевого, садового и лугопастбищ¬
ных видов угодий.
Таким образом, методология подготовки землеустроительного проекта
многоступенчата, достаточно сложна. При изучении особенностей поверхно¬
сти территории обязательны работы по анализу эрозионной опасности, оценке
рельефа, характеристике водотоков, их водосборной площади, состоянию ба¬
лочной сети. На основании полученных материалов и оценки влияния ком¬
плекса природных факторов составляется агроландшафтная карта (рис. 9.5),
которая служит базой выделения экологически однородных рабочих участков,
пригодных для возделывания различных сельскохозяйственных культур [Вол¬
ков, 1998].
При анализе рассматриваемого источника обращает на себя внимание тот
факт, что в такой ответственной работе, как конструирование экологически
сбалансированной территории, землеустройство снова пытается обойтись
своими силами без участия специалистов ландшафтоведов.
9.1.4. Количественные показатели состояния агроландшафтов
Одновременно с агроландшафтным картографированием сельскохозяйст¬
венной наукой разрабатывались и количественные методы для целей опти¬
мальной организации территории и мониторинга ее состояния. Сотрудниками
ВНИИЗиЗПЭ В.М. Володиным и Н.Ф. Михайловой [1997] предложена методи¬
ка оценки агроландшафта на биоэнергетической основе. Суть ее состоит в
определении биоэнергетического потенциала для территориальных единии
(БЭПТ), для которых в качестве базовых выбраны элементарные ландшафты
(агроландшафты). Для оценки территории по биоэнергетическому потенциату
авторы предлагают учитывать энергию, аккумулированную в органическом ве¬
ществе, определяемую способностью запасать ее разными типами растительно¬
сти в течение вегетационного периода в виде массы органического вещества,
т.е. учитывать ежегодный прирост. Оцениваются запасы энергии в многолет¬
них частях растений (древесина, корни, корневища) и, наконец, учитывается
трансформация и накопление энергии органическим веществом почвы — гуму¬
сом, т.е. устанавливается годовое приращение ее запасов. Поскольку каждая
342
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
территориальная единица (природная, хозяйственная и др.) имеет в составе
участки под лесом, лесопосадками, пашней, луговой и пастбишной раститель¬
ностью, то биоэнергетический потенциал этой территории будет равен сумме
произведений БЭПТ единицы площади под каждым видом растительности на
всю площадь, занятую им. Таким образом
БЭПТобт = БЭПТ, + БЭПТ2 +БЭПТ3,
где БЭПТ| — БЭПТдр • S, биоэнергетический потенциал территории, заня¬
той лесом, БЭПТдр энергоемкость древесной растительности на единицу
площади (га), 5, - площадь леса (га); БЭПТ2 = БЭПТП S2, БЭПТП - энер¬
гоемкость пашни на единицу площади, S2 — площадь пашни (га);
БЭПТ3 = БЭПТЛ- S3, БЭПТЛ — энергоемкость луговой растительности на
единице площади, 53 — площадь луга (га).
В расчет включают и значения БЭПТ для болот, кустарников, лесополос,
пустошей и т.д. На основе биоэнергетического потенциала рекомендуют ис¬
пользование агроландшафта, трансформации его угодий, размеры антропоген¬
ной нагрузки.
С.Н. Волков [1998] предлагает определять индекс продуктивности агро¬
ландшафтов (Jn) или их частей с учетом “краевого эффекта” (экотонов):
Jn = (5(j Кпр)/5, где Кпр — коэффициент увеличения продуктивности угодий
вследствие “краевого эффекта”, равный примерно 0,1-0,2; Sti — общая длина
границ экотонов (м); S — площадь агроландшафта (м2 или га).
Расчет индекса продуктивности агроландшафта служит одним из экологи¬
ческих показателей оценки природоохранной организации территории, осно¬
ванный на конкретных измерениях его составляющих.
9.1.5. Внедрение ландшафтных разработок в практику
Первые публикации о внедрении проектов ландшафтного земледелия
появились в 1990 г. Активнее всего новая система осваивалась в черноземной
полосе России и на Украине при участии главным образом самих разработчи¬
ков. О применении непосредственно географических ландшафтных карт при
конструировании экологически сбалансированных землепользований на аг¬
рарных территориях в литературе сведений пока нет.
Первый опыт освоения экологически сбалансированных агроландшафтов
в отдельных хозяйствах выявил дороговизну их формирования, вследствие чего
они внедрялись на небольших площадях отдельных частей ландшафта паш¬
ня, овражно-балочная сеть, тогда как необходим комплексный подход к опти¬
мизации целых водосборов [Одобрена..., 1991]. Был выявлен и ряд недоработок
в проектах: недостаточная ширина водорегулирующих лесных полос, малая
глубина канав и высота водорассеивающих валов и пр.
КХА “Дружба” Воронежской области — опытное хозяйство Воронежского
аграрного университета, в котором уже 25 лет формируется экологически обос¬
нованная организация территории, и в 2002 г. в основном работы в этом на¬
правлении были завершены [Лопырев, 2002]. Здесь при установлении границ
между группами земельных угодий согласовывали их с естественными граница¬
343
Часть I У. Карты специального назначения
ми экологического разнообразия почв и степенью их эрозионной опасности.
Вследствие учета технологических возможностей возделывания сельскохозяй¬
ственных культур поперек склона границы севооборотных массивов получи¬
лись непрямолинейными, ориентированными вдоль горизонталей. Из-за боль¬
шой пестроты почв и крутизны склонов севообороты не составили единых мас¬
сивов, а получились мозаичными, расположенными на обособленных участках,
чередующихся с участками других севооборотов [Лопырев и др., 1990). Авторы
считают, что такая мозаичность — объективная необходимость, обусловленная
ландшафтно-экологическими факторами, является неизбежной и должна при¬
меняться без ограничений в практике проектирования. Было также установле¬
но, что в условиях контурной обработки полей производительность машин
снижается при ее радиусе менее 300 м. Если же он более 300 м, то влияние кон-
турности незначительно и удорожание работ будет зависеть от того, сколько
пахотных участков при устройстве территории окажется с малыми радиусами
движения агрегатов. Новая организация территории позволила в течение уже 3
лет повысить урожайность культур в 1,5, а некоторых — в 2 раза, улучшилась и
общая экологическая обстановка в агроландшафте.
Хозяйства Курской области, осуществившие контурную организацию тер¬
ритории в комплексе с мероприятиями по защите почв от эрозии, добились
увеличения продуктивности каждого гектара пашни от 3 до 27 %. Проверенная
в этих хозяйствах модель противоэрозионной системы с контурно-мелиоратив¬
ной организацией территории на опытных водосборах позволила установить
эффективную рядность водорегулирующих лесополос канавами и расстояний
между ними, расстояния размещения полосных посевов между ними, сочета¬
ния напашных валов-террас с узкими водорегулирующими лесополосами с ка¬
навами для разных категорий пашни [Здоровцев и др., 1989].
Современная ситуация в сельском хозяйстве осложнила дальнейшее прове¬
дение ландшафтно-организационных мероприятий, и потребуется немало вре¬
мени для адаптации их к новым экономическим условиям.
9.1.6. Новые географические подходы
Здесь затронуты взгляды географов на содержание картографического
обеспечения формирования природоохранной структуры территорий: основ¬
ные ведущие функции растительности ландшафтов [Белов, 1975; Сочава, 1986].
ландшафтное планирование экологически ориентированного землепользова¬
ния [Экологически..., 1998; Михеев, 2001], политика землепользования [Китов
и др., 1998]. Эти работы не относятся конкретно к сельскохозяйственным зем¬
лям. Картографировались в среднем и мелком масштабах крупные территории:
о. Ольхон, Ольхонский район и бассейн р. Голоустная в Иркутской области.
Байкальская природная территория. Ставилась задача отобразить важнейшие
компоненты природной среды, несущие средозащитные и средоформирующие
функции, выделить ее средоохранный каркас. При таком подходе сельскохо¬
зяйственные территории рассматриваются как составные части природнои
среды, где элементы хозяйственного устройства землепользований органично
вписываются в общую региональную ландшафтную структуру. Примером ин¬
344
Гловд 9. Прикладное ландшафтное картографирование
11
2
3
4
5
Шк
6
8
9
10
Рис. 9.6. Хобойский природоохранный узел о. Ольхон (фрагмент карты политики земле¬
пользования) (Китов и др., 1998].
I — природоохранные ядра (“окна”: I — Хобойское, II — Усыкское — объединяют разнооб¬
разные категории земель); 2 — степные комплексы; 3 — участки каменистых степей, предлагаемые
в качестве буферных полос; 4 — береговые скалы и крутые склоны, в том числе живописные скаль¬
ные выступы (небольшие мысы); 5 — крутосклонные каменистые степи, предлагаемые для расши¬
рения их буферных полос; 6 — развивающие транзитный коридор главного регионального водораз¬
дела о. Ольхон; 7 — локализованные лесные массивы; 8 — ареал преимущественного обитания ред¬
ких видов животных, охватывающий водоохранную зону озера, а также участки леса прибрежных
склонов; 9 — главный региональный водораздел о. Ольхон и его метрическая зона — каменистые
степи водораздельных гребней (транзитный коридор); 10 — дороги и тропы.
терпретации ландшафтной карты для целей природоохранной организации
территории может служить фрагмент карты политики землепользования
о. Ольхон (рис. 9.6), разработанной B.C. Михеевым с соавторами [Китов и др.,
1998]. На ней выделены природоохранные “ядра”, буферные полосы, транзит¬
ные коридоры и т.п., т.е., как пишут авторы, “устанавливается ландшафт-
.145
Часть IV. Карты специального назначения
но-географическая специализация природной структуры, отражается уникаль¬
ность природных объектов и природных комплексов региона, раскрывается
специфика функционирования составляющих ландшафта, экологическое раз¬
нообразие местности и даются другие характеристики” (с. 556).
Представляется, что составление среднемасштабных ландшафтных карт
регионального плана и подобная природоохранная их интерпретация могут
способствовать более обоснованной разработке землеустроительных проектов
в части сохранения средозащитного природного каркаса организуемых терри¬
торий в общей ландшафтной структуре региона.
Таким образом, имеется множество работ по созданию агроландшафтных
карт, выполненных в сельскохозяйственных научных учреждениях, и в то же
время ощущается недостаток в специализированных географических ланд¬
шафтных картах, интерпретирующих специфику ландшафтной структуры ре¬
гионов. Стремление ученых аграрных направлений обойтись своими силами в
конструировании экологически устойчивых сельскохозяйственных территорий
вне познания общей региональной специализации природной структуры при¬
водит к фрагментарности устроенных территорий, при которой трудно сохра¬
нить долговременность стабильности агроландшафта. Невостребованность аг¬
рарной наукой специалистов-ландшафтоведов, возможно, объясняется просто
отсутствием последних, хотя о необходимости их подготовки неоднократно го¬
ворили В.Б. Сочава, А.Г. Исаченко, B.C. Преображенский — ведущие ученые-
ландшафтоведы.
9.2. Ландшафтное планирование
и интерпретационное картографирование
Для реализации Федерального закона “Об охране озера Байкал” выполня¬
лось ландшафтное планирование района дельты р. Селенга [Экологически...,
2002а]. Работа осуществлена по общей схеме создания плана экологически
обоснованного землепользования. Ландшафтный план разрабатывается на
подробной ландшафтно-типологической основе, представленной сеткой гра¬
ниц выделов с индивидуальными природными режимами и компонентным со¬
ставом. В процессе работы над проектом получены новые научные и техноло¬
гические результаты, развивающие систему методов ландшафтного планирова¬
ния.
9.2.1. Геоинформационная технология ландшафтного планирования
Актуальность проведения работ по ландшафтному планированию (ЛП) в
районах Байкальской природной территории определяется совокупностью
формирующихся здесь проблем глобального, национального, регионального и
местного уровня. Масштабность и массовость необходимого нормативного
обустройства этой территории требует разработки методов и алгоритмов науч-
но обоснованного и географически точного представления информации в вид?
серии карт специального содержания в достаточно сжатые сроки. Это обеспе
чивается проведением ландшафтного планирования на ландшафтной основе с ис
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
пользованием космической информации и новых геоинформационных техно¬
логий. Апробация такого подхода осуществлена для района дельты р. Селенга
[Экологически..., 2002а]. Выбор территории для проведения ЛП обусловлен
следующими причинами: 1) водоохранной ролью дельты Селенги в определе¬
нии чистоты и качества байкальских вод; 2) уникальностью существующего
здесь комплекса проблем экологического и социально-экономического харак¬
тера для Байкальского региона; 3) остротой новых проблем, связанных с введе¬
нием в действие Закона “Об охране оз. Байкал”; 4) высокой сейсмичностью
территории и регулярными наводнениями на Селенге, что определяет высокую
опасность для жизни местного населения и хозяйственной деятельности;
5) серьезным нарушением природной среды в результате гидромелиорации,
распашки земель, выпаса скота, рубок леса, транспортного и промышленного
строительства; 6) интенсивным использованием прибрежной территории для
туризма и отдыха населением Иркутской области и Республики Бурятия; 7) от¬
сутствием целостного представления о перспективах развития местного при-
родно-хозяйственного территориального комплекса; 8) возможностью служить
модельной территорией для отработки методов территориального управления
устойчивым развитием района в центральной экологической зоне на основе ее
функционального зонирования и ландшафтного планирования.
Дельта Селенги расположена в пределах Усть-Селенгинской впадины
Байкальской рифтовой зоны (см. п. 5.2.2, рис. 5.2). С северо-востока впадина
ограничена склонами Морского хребта, а с юга — хр. Хамар-Дабан. Севернее
дельты расположен зал. Провал, а южнее ее — Истокский и Посольский соры.
Современное развитие природы этих заливов неразрывно связано с функцио¬
нированием Байкала и его побережной дельтовой и придельтовой областями.
В район планирования включена дельта Селенги и окружающие земли.
Граница района оконтурена изогипсой 600 м, соответствующей долинной и
предгорной частям территории. На северо-востоке он заканчивается у с. Энхэ-
лук, на юго-западе — у ст. Боярск, а на востоке — у с. Тресково. Эта преимуще¬
ственно равнинная территория сложена комплексом рыхлых пород неоген-чет-
вертичного возраста и лишь на окраинах включает в себя отдельные слабо рас¬
члененные участки предгорий.
Основная цель ЛП — разработка интегральной концепции сбалансирован¬
ного (устойчивого) развития территории, ориентированной на восстановление
и сохранение ее природного потенциала, обеспечение прав местного населения
на достойную жизнь.
Технология составления рамочного ландшафтного плана М 1 . 100 000 пре¬
дусматривает пять этапов [Ландшафтное планирование..., 2005]: 1) предвари¬
тельный (инвентаризационный); 2) оценочный (экспертный); 3) разработка
Целевых концепций развития для отдельных природных сред, 4) разработка ин¬
тегральной целевой концепции развития; 5) определение направлений дейст¬
вий и мероприятий. Эти этапы реализуются строго последовательно, когда ка¬
ждый последующий этап вытекает из предыдущих (рис. 9.7). В центре находит¬
ся ландшафтная карта.
На инвентаризационном этапе происходит сбор всей доступной информа¬
ции о природной среде, социально-экономических условиях, структуре и осо-
347
Часть IV. Карты специального назначения
Карты производного
содержания
Вспомогательные
аналитические карты
Инвентаризационные
карты и снимки
X
X
Т
Оценочные карты
Ландшафтная карта
Мероприятия терри¬
ториального развития
Iх
><
t
Карта правового
зонирования
Карты целевого
использования
Интегрированные
цели развития
Рис. 9.7. Общая циклическая схема геоинформационной технологии формирования и
использования ландшафтной карты в процедурах ландшафтного планирования.
Стрелки указывают направления потока информации.
бенностях землепользования на территории и преобразование ее в удобный для
дальнейшего анализа вид. Исследуются основные конфликты в системе “соци¬
альная среда — землепользование” для определения ведущих экологических
проблем как формы выражения существующих противоречий на территории
Наряду с фондовыми материалами различных ведомств использовались
космические снимки с отечественных и зарубежных аппаратов (Ресурс-Ф и
Lansat-TM), а также инвентаризационные карты М 1 : 100 ООО, выполненные в
электронном и бумажном виде различными организациями Республики Буря¬
тия и Института географии СО РАН. Район неоднократно обследовался в ходе
экспедиционных работ специалистами института. Для систематизации огром¬
ного материала по критериям ЛП и их приведения к единой основе предвари¬
тельно решались следующие задачи: 1) привязка и обработка космическт
снимков высокого разрешения к электронной топографической основе в про¬
граммной среде Arclnfo; 2) приведение имеющихся электронных карт в единую
картографическую проекцию; 3) формирование стилистического единства ат¬
рибутной информации; 4) векторизация в среде ArcView GIS карт и матери&тов
экспедиционных исследований, предоставленных на бумажной основе; 5) соз¬
дание базы данных по выделенной информации.
Особенно важна работа над ландшафтной картой: необходимо обеспечить ее
точность и достоверность. Созданная по технологии структурно-динамического
картографирования карта ландшафтов района дельты Селенги (см. рис. 5.3) с
выделением контуров ранга группы фаций становится основой для формирова¬
ния ГИС, оценки территории и ландшафтного планирования. Дробность и ин¬
формационная насыщенность ландшафтной карты выбирались такими, чтобы в
полной мере отражать современное состояние природной среды и особенности
хозяйственного использования территории, рассматриваемые как антропоген¬
ные видоизменения естественных ландшафтов.
Первый вариант карты создавался на бумажной топографической основе
М 1 :100 ООО с использованием карт разного тематического содержания, косми¬
ческих геоизображений и литературных источников по специально разработан¬
ной легенде. Потом осуществлялось преобразование ландшафтной карты в
электронный вид, что стало самостоятельной сложной задачей. Искажение то-
поосновы при изготовлении карты и сканировании делает невозможным точ¬
348
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
ную привязку растра карты и оцифровку по нему контуров выделов. Для созда
ния электронного варианта ландшафтной карты был использован космосни¬
мок Landsat-TM, разрешение которого соответствует масштабу карты. Он был
привязан к электронной топооснове. Проведение контуров осуществлялось пу¬
тем отображения растра бумажной карты на снимок методом визуального де¬
шифрирования космоснимка: характеристики снимка сравнивались с картой.
При этом уточнялись не только границы контуров, но также типологическая
принадлежность выделов, для чего операторы ГИС консультировались с экс¬
пертом — автором карты.
Следующий этап связан с согласованием содержания каждого ландшафтно¬
го выдела с содержанием имеющихся бумажных и электронных карт почвенного
покрова, растительности, современного использования земель и др. Составля¬
лась таблица соответствия выделов ландшафтной карты, почвенной карты и др.,
а также геоботанических описаний на местности, после чего проводилась редак¬
ция содержания ландшафтной карты для обеспечения соответствия типологиче¬
ской принадлежности ее контуров почвенному и растительному покрову.
Таким образом, каждому гомогенному выделу (биогеоценозу), выделенно¬
му на космическом снимке, был сопоставлен ландшафтный тип (группа фа¬
ций). Все множество характеристик фаций выделено, упорядочено в фактор¬
ную систему и закодировано. Для каждой фации составлено подробное поком¬
понентное описание (паспорт фации, база данных): традиционное словесное
описание фации переведено в табличный закодированный вид, где столбец со¬
ответствует определенному компоненту ландшафта и его характеристикам
(растительность, почвенный покров, серийность и пр.). Любой выдел элек¬
тронной ландшафтной карты охарактеризован показателями соответствующей
фации и дополнительными характеристиками использования, нарушенности,
значения, чувствительности и т.д. В итоге была создана ландшафтная ГИС рай¬
она дельты Селенги.
Содержание карты разработано на основе классификации геосистем
В.Б. Сочавы. На карте показаны как региональные особенности природных
систем, так и дробные выделы ранга группы фаций. Кроме того, отражены объ¬
екты хозяйственной инфраструктуры и типы нарушений растительного покро¬
ва, а также характер его возобновления. Принадлежность тех или иных класси¬
фикационных категорий к одной структуре указывает на единство тенденций
их развития, амплитуду возможного изменения и вероятность перехода в сосед¬
ний таксономический тип. Структурные и функциональные видоизменения
геосистем отображаются через динамические состояния коренные, мнимо¬
коренные и серийные. Реакцию системы на изменение условий существования
и внутренние противоречия, которые отражают проявления преобразующей
Динамики и исторические взаимодействия различных геосистем, показывают
факторально-динамические ряды геомеров, а также серийные факторальные и
Устойчиво длительнопроизводные категории.
С одной стороны, карта отображает иерархию геосистем и характер их
взаимосвязей, с другой - особенности преобразования территории в зависи¬
мости от специфики геосистемы и антропогенного воздействия на нее. Это
Дает возможность систематизировать данные о взаимодействии природных и
349
Часть IV. Карты специального назначения
хозяйственных систем и их сочетаний, оценить экологические функции гео¬
системы и характер ее внутренних связей, решать задачи Л П, опираясь на пол-
робные знания о ландшафтной структуре территории (см. рис. 5.3).
Визуализация базы данных созданной ландшафтной ГИС по соответствую¬
щим запросам позволяет строить новые карты разного тематического содержа¬
ния, связанные с единой ландшафтно-топологической основой.
9.2.2. Отраслевые интерпретационные карты
Карты производного содержания (см. рис. 9.7) формируются на сетке кон¬
туров ландшафтной карты с использованием аналитической информации, вне¬
сенной в базу данных ГИС. Примерами таких интерпретационных карт явля¬
ются карты растительного и почвенного покрова.
Почвенная карта. На территории планирования сложное историческое раз- I
витие рельефа и его современное строение, представленное чередующимися j
горными хребтами и межгорными понижениями, а также различия в биокли- '
матических условиях, влияющих на скорость процессов выветривания, обусло¬
вили неоднородность почвообразующих пород (рис. 9.8).
По генезису почвообразующие породы описываемой территории разделя
ются на следующие основные категории: элювиальные, делювиальные, аллю¬
виальные, аллювиально-пролювиальные, пролювиально-делювиальные, озер¬
ные и редкоэоловые. Наибольшее распространение получили делювиальные
отложения различного механического состава — от песков до тяжелых суглин¬
ков. Мощность их достигает нескольких метров.
Элювиально-делювиальные отложения представляют собой сочетание мел¬
козема с обломками и щебнем плотных пород. Формируются на склонах и обра¬
зуют шлейфы у основания различных горных возвышений. Незначительное рас¬
пространение имеют делювиальные карбонатные отложения различного меха¬
нического состава. Пролювиальные отложения занимают шлейфы, склоны и
подножия Хамар-Дабана.
В поймах рек и на нижних надпойменных террасах почвообразующими по¬
родами служат аллювиальные и древнеаллювиальные отложения различного ме¬
ханического состава; иногда они содержат скатанный галечниковый материал.
Дельта Селенги сложена мощной толщей рыхлых отложений, современны¬
ми и древними четвертичными песками озерного, озерно-аллювиального и ал¬
лювиального происхождения. Значительная часть дельты представлена озерами
и торфяными болотами. Неоднородность почвообразующих пород оказывает
большое влияние на формирование и свойства почвенного покрова. Почвен¬
ный покров равнинных ландшафтов района имеет следующий типовой состав
дерново-таежные (дерново-лесные), дерновые серые лесные, черноземно-л>-
говые, аллювиально-луговые, лугово-болотные, болотные.
На делювиальных супесях и песках слабопокатых склонов чаще северной и
северо-западной экспозиции под сосновыми и лиственничными лесами сфор¬
мированы дерновые лесные почвы и боровые пески. У подножий склонов,
краевой части равнины, а также в пределах высоких террас под сосново-березо
выми лесами с плохо развитым подлеском формируются дерновые серые лес
350
[лава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
Рис. 9.8. Типы и подтипы почв дельты Селенги.
1 — болотно-низинные без расчленения; 2 — иловато-глеевые; 3 — торфяно-глеевые, торфя-
нисто-перегнойно-глеевые, торфяные и торфянистые; 4 — лугово-болотные; 5 — пойменные аллю¬
виально-слоистые, в том числе хорошо дренируемые, аллювиально-луговые слоистые, аллювиаль¬
но-луговые глеевые, аллювиально-дерновые, аллювиально-луговые, дерново-глеевые; 6 — луговые
и лугово-каштановые; 7 — дерновые серые лесные, в том числе слабогумусные, местами с очагами
развевания; 8 — дерново-лесные и дерново-таежные; 9 — боровые пески.
35!
Часть IV. Карты специального назначения
ные почвы. В настоящее время они почти полностью вовлечены в сельскохо¬
зяйственное производство.
Лугово-болотные глубоко промерзающие почвы формируются под луго¬
во-болотной и болотной растительностью. В отличие от луговых почв признаки
болотного процесса (оглеение, оторфованность) отмечаются с поверхности.
Формирование этих почв происходит в условиях избыточного грунтового или
поверхностного увлажнения. Характеризуется накоплением органической сла¬
бо разложившейся массы. Занимают эти почвы увлажненные понижения.
Сформировались лугово-болотные глубокопромерзающие почвы на аллюви¬
альных тяжелых суглинках и песках.
Формирование болотных почв связано с заболачиванием пониженных уча¬
стков суши, где создаются условия для застоя паводковых вод и высокого зале¬
гания грунтовых вод из-за подпора в устьевых или прирусловых частях рек. Не¬
маловажное значение в заболачивании имеет также позднее оттаивание сезон¬
ной мерзлоты.
Особенностью болотных почв является устойчивое переувлажнение в тече¬
ние года с очень кратким раннелетним периодом неглубокого подсыхания в ис¬
ключительно засушливые годы. В этих почвах преобладают анаэробные про¬
цессы, обусловливающие накопление грубых и слабо разложившихся органи¬
ческих веществ в виде торфа. Выделенные в пределах района болотные почвы
относятся к подтипу болотных низинных почв и в зависимости от мощности
торфяного и перегнойного горизонтов и наличия оглеения представлены сле¬
дующими видами: 1) торфянисто-перегнойно-глеевые с укороченным профи¬
лем; 2) торфянисто-перегнойно-глеевые; 3) торфянисто-глеевые с укорочен¬
ным профилем; 4) торфянисто-глеевые; 5) торфяно-глеевые; 6) торфяные.
Аллювиальные глубокопромерзающие почвы расположены в пойме Селен¬
ги. Они представлены аллювиально-слоистыми, аллювиально-луговыми и ал-
лювиально-луговыми остепненными почвами.
Отличительной особенностью аллювиальных почв является периодическое
отложение на поверхности аллювиальных наносов, состоящих из грубых круп¬
нозернистых и тонких иловатых частиц. Образование этих слоев обусловлено
режимом рек. Формируются эти почвы под разнотравными лугами, кустарни¬
ками и прирусловыми лесами.
В зависимости от распространения по пойме на обследованной территории
выделены аллювиальные-слоистые, аллювиальные-луговые и аллювиальные-лу-
говые остепненные почвы, которые также подразделяются по механическому со¬
ставу (от песков до тяжелых суглинков).
В пределах примыкающих горных ландшафтов выделены следующие типы
почв: горные органогенно-щебнистые, глееземы, подбуры, дерново-таежные,
дерновые глеевые, подзолы, буроземы, дерново-лесные, боровые пески, пой¬
менные дерновые. В зависимости от вертикальной поясности и экспозиции
они образуют различные почвенные комбинации.
Картографической основой изучения почвенного покрова послужили поч¬
венные карты хозяйств района масштаба 1 : 25 ООО и карта лесов Кабанского и
Бабушкинского лесничества масштаба 1 : 100 ООО. При создании карты исполь
зовались рекомендации по составлению областных среднемасштабных почвен
352
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
ных карт Почвенного института им. В.В. Докучаева. В процессе работы соглас¬
но современной классификации произведена корректировка названий некото¬
рых типов почв, а также генерализованы почвенные контуры, выделяемые на
уровне подтипа и рода.
Сопряженные с ландшафтными почвенные контуры показаны на уровне
разновидностей почв (см. рис. 9.8). Такая детальность позволяет дать достаточ¬
но точную оценку почвам района не только на типовом уровне, но и на уровне
подтипов, родов, видов и разновидностей, а также при необходимости — по от¬
дельным хозяйствам.
Карта потенциальной растительности. Для ландшафтов района дельты Се¬
ленги свойственно разнообразие биотопов — от лесных, лесостепных до болот¬
ных и водных (рис. 9.9). Высокая динамичность ландшафтов, связанная с
активным проявлением тектонических и геоморфологических процессов, оп¬
ределяющих заболачивание местности, накопление и перераспределение оса¬
дочного материала, а также восстановительно-возрастная динамика раститель¬
ных сообществ на фоне хозяйственных мероприятий, позволяют существовать
на этой территории многочисленным сообществам и редким видам животных и
растений с различными экологическими требованиями (нишами).
Систематизация биотопов территории проводится по факторальному прин¬
ципу, принятому в структурно-динамическом ландшафтовелении (по физи-
ко-географическим фациям, группам фаций). В этом случае закономерности
пространственного распределения видов и сообществ определяются видоиз¬
меняющим влиянием различных факторов (увлажнение, механический состав
почвогрунта, распашка, выпас и др.), вызывающих отклонение от состояния
ландшафтной нормы, свойственной выположенным, хорошо дренированным
урочищам. Многообразие видоизменяющих воздействий определяет видовое и
экологическое разнообразие биотопов; многие из них уникальны в силу уни¬
кального сочетания условий местообитания (см. п. 7.2).
Основные биотопы района представлены предгорно-равнинными, равнин¬
ными лесными, боровыми бугристо-песчаными, пойменными лесными, пс й-
менными луговыми, степными, болотными, озерными местообитаниями (см.
рис. 9.9). На карте показана потенциальная растительность, т.е. коренное, кли-
максовое состояние сообществ, свойственное конкретным фациям и обозна¬
ченным в их описаниях (в базе данных ГИС).
Своеобразие района определяется развитием здесь луговой и лугово-болот-
ной растительности. Это преимущественно осоковые и вейниковые луга, пере¬
увлажненные, закустаренные ивами и ерниковой березкой. Берега многочис¬
ленных озер и стариц проток заняты гидрофильными группировками и зарос¬
лями ив. В центральной части района на террасах Селенги распространены
осоково-злаковые, местами солонцеватые луга, чередующиеся с остепненными
луговыми сообществами “колками” на более возвышенных участках.
На песчаных озерно-аллювиальных отложениях растут сухие бруснич-
но-толокнянковые леса, преимущественно сосняки. Ближе к Морскому хребту
они начинают чередоваться с сосняками рододендроновыми. Вдоль зал. Про¬
вал и севернее по заболоченным террасам появляются лиственничные, места¬
ми елово-лиственничные багульниково-моховые леса. Южнее хвойные леса
353
Заказ N° 560
Рис. 9.9. Потенциальная растительность дельты р. Селенги.
Растительность: 1 — водно-болотная, 2 — луговая, 3 — таежная, 4 — подтаежная, 5 — степная,
6 — населенные пункты. О — нарушенные земли;
чаще встречаются среди болот на сухих участках возвышенных гряд и останцах.
В подлеске часто присутствует рододендрон даурский.
Лесные массивы сосредоточены в верхней части дельты, а также по террас¬
ным и притеррасным участкам. Преобладающие породы в лесах — сосна и бере¬
за. Средняя и нижняя части дельты заняты смешанными ивовыми сообщества-
354
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
ми. Местами (в средней части дельты) произрастают яблоневые леса. В долине
Селенги хвойные леса представлены на островах. На большей части территории
дельты ландшафтообразующую роль играют ивняковые сообщества.
Луговые сообщества характерны для средней дельты и в меньшей степе¬
ни для нижней дельты. Для последней свойственны средне- и сильноувлаж-
ненные биотопы, в зависимости от высоты местности. Остепненные участки
встречаются по гривам. Болотные и озерные комплексы приурочены к север¬
ной части дельты, которая служит местом обитания местных водоплавающих и
отдыха пролетных птиц.
В дельте Селенги речные осадки сформировали несколько выраженных
террас: наиболее молодую пойменную (0,25-1 м), первую (Кабанскую, в сред¬
нем 2 м), вторую (Кударинекую, 10-12 м), представленную по левобережью
отдельными останцами. Наиболее значительный останец этой террасы распо¬
ложен между селами Каргино, Степной Дворец и Исток. Третья терраса еще
более удалена от Байкала и представлена невысокими холмами и гривами, за¬
росшими травянистой и лесной растительностью. Ее высота достигает 8-12 м,
местами 20 м над уровнем озера. Вдоль Байкала обозначены две террасы и бе¬
реговые валы, сформированные озерными отложениями: первая от ст. Мысо-
вая до с. Большая Речка, 10-12 м высотой, вторая — 80 м высотой на левобе¬
режье Селенги — окаймляет первую и примыкает непосредственно к коренно¬
му берегу.
Северо-восточная часть Кабанского болотного массива (Мало-Колесов-
ское болото) представляет собой котловину, лежащую вдоль Селенги, занятую
заболоченными и болотными сообществами. По краям болот и на повышенных
местах между ними находятся незаболоченные участки. Котловина, не достиг¬
нув Байкала, замыкается цепью песчаных холмов дюнного характера, через ко¬
торые из болота к озеру протекает р. Кабанья. В настоящее время в результате
подпора вод Селенги со стороны Байкала заболачивание увеличивается.
Юго-западная часть Посольского болота до его осушения простиралась
от с. Тимлюй до оз. Байкал на 22,5 км, теперь оно намного меньше. Среди бо¬
лот возвышается несколько суходольных островов — останцев второй речной
террасы, называемых гривами. В болотном массиве расположено несколько
крупных водоемов — озера Долгое, Лесное, Никиткино, Черемуховое, Сосно¬
вое и др.
Дно котловины к началу образования низинного болота было покрыто лес¬
ной и травянистой растительностью. Обилие воды из-за соседства р. Селенги с
ее неустоявшимся руслом, мощного потока грунтовых вод и рек создало благо¬
приятные условия для заболачивания.
Естественный режим питания болот существовал до их осушения. В на¬
стоящее время построен ловчий канал, который улавливает всю влагу горных
рек и ручьев, стекающих с хр. Хамар-Дабан, и отводит ее в Байкал. Гидрологи¬
ческий режим массивов в результате мелиоративных работ значительно изме¬
нен, большие площади болот распаханы и используются для посева сельскохо¬
зяйственных культур или в качестве сенокосов и пастбищ [Петрович, 1965]. Од
нако осталось немало массивов, в особенности в местах нахождения озер и
болот, где веками существовавшая природная растительность сохранилась.
355
Часть IV. Карты специального назначения
Болота дельты Селенги почти целиком относятся к низинному типу, лишь
у юго-западного края вдоль Байкала присутствуют болота переходного ряда
Верховые болота встречаются единичными пятнами. Низинные болота покры¬
ты преимущественно травянистыми, почти исключительно осоковыми сооб¬
ществами, лишь 10 % площади занимают лесные формации. Малые реки и про¬
токи с медленным течением часто зарастают растительностью, в которой доми¬
нируют вахта трилистная и осока пузырчатая. Во многих местах дельты, где
имеет место переувлажнение, господствуют почти чистые сообщества тростни¬
ка обыкновенного.
9.2.3. Картографическая модель мезоклимата
Важным моментом оценки потенциала территории являются информаци¬
онное обеспечение и картографирование местного климата. Такая информация
содержит большие возможности прямого отображения пространственно-вре¬
менной организации климатической системы различных масштабов. Между
тем из-за редкой сети метеорологических станций, особенно в труднодоступ¬
ных горных и таежных районах, климат изучен недостаточно, поэтому крайне
важна разработка новых принципов и методов получения дополнительной ин¬
формации, в том числе на ландшафтной основе. Перспективными являются
экспериментальные исследования теплового состояния земной поверхности
с помощью аэрозондирования территории. Этот метод позволяет оценить
степень ее прогревания в абсолютных значениях радиационной температуры
[Трофимова и др., 1996, 1998]. Такие материалы существенно увеличивают
информационную базу количественных характеристик климата. Имеется воз¬
можность создания полной базы данных на основе снимков, регулярно по¬
ступающих на станции приема космической информации со спутников
NOAA/AVHRR. Эти материалы представляют интерес для количественной
оценки теплозапасов земного покрова, являющегося интегрирующей зоной
контакта основных геосфер (атмосферы, педосферы, гидросферы, криосферы,
биосферы) с системными связями между ними или их параметрами. Анализ
космической информации выявляет биоклиматическую организацию террито¬
рии на любом уровне — внутриландшафтном (топологическом), региональном
и глобальном. Большое внимание уделяется изучению широтно-зональных и
высотно-поясных природных подразделений [Назимова и др., 2000] — ключе¬
вых в выявлении общих закономерностей дифференциации территории иссле¬
дования по тепловому состоянию земного покрова.
С учетом имеющейся информации и знания закономерностей климатооб¬
разования, индивидуально проявляющихся в региональных и типологических
ландшафтных единицах, выполняется эколого-климатическое картографиро¬
вание. Масштабы и содержание карт определяются конкретными научными
и прикладными задачами. Главная трудность при составлении карт такого
рода — отсутствие видимых границ распространения климатических парамет¬
ров (света, тепла, влаги), а также их временная изменчивость (суточная, се¬
зонная и т.д.). При установлении границ типов климата (мезоклимата) прева¬
лирует метод ландшафтной индикации, основанный на теоретическом пред
356
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
ставлении о том, что все природные компоненты в пределах определенного
генетически однородного пространства находятся в тесной взаимосвязи и
взаимообусловленности, образуя целостные природные системы. В роли ин¬
дикатора могут выступать как отдельные компоненты (процессы), так одно¬
временно и вся их совокупность [Мильков, 1966].
Картографирование эколого-климатического состояния территории Бай¬
кальской котловины или ее отдельных частей проводилось ранее (Трофимова,
2000-2002]. Однако рассматривались далеко не все климатические ситуации,
необходимые при решении задач экологически ориентированного планирова¬
ния землепользования в котловине, являющейся важным звеном в системе
Байкальского региона [Экологически..., 20026]. Особое внимание следует уде¬
лять своеобразным суходольным фрагментам котловины, сформировавшимся
главным образом в местах впадения крупных рек в Байкал. В ландшафтной
структуре Байкальской горно-котловинной системы они имеют особое значе¬
ние как место обитание человека и редких эндемичных видов наземной фауны
и флоры. Для них характерны сочетания рекреационных и других форм земле¬
пользования, к сожалению, сопровождающихся высокой степенью антропо¬
генной нагрузки на природную среду. Между тем основой социально-экономи¬
ческого развития таких территорий должно быть землепользование, развиваю¬
щееся в соответствии с особенностями ландшафтной привлекательности и
сохраняющее экосистему Байкала.
Достаточно обширна и уникальна по природным процессам и хозяйствен¬
ному использованию Усть-Селенгинская суходольная котловина. Здесь функ¬
ционируют два заказника — Кабанский и Степнодворецкий, а также несколько
рекреационных комплексов, но в то же время широко развито сельское хозяй¬
ство, действуют промышленные предприятия, что вызывает загрязнение воз¬
душной, водной, почвенной и других природных сред. В данной ситуации важ¬
но выявить особенности климата как приоритетного экологического фактора с
точки зрения ресурсного потенциала, обеспечивающего функционирование
природной системы в целом или ее отдельных компонентов.
При широком разнообразии климатических условий всей горно-котловин¬
ной системы Байкала Усть-Селенгинская котловина входит в градацию уме-
ренно-влажного и умеренно холодного (прохладного) летом, умеренно холод¬
ного и умеренно снежного (локально мало- или многоснежного) зимой типа
климата, распространенного на центральном участке восточного побережья
юго-западнее долины р. Бол. Чивыркуй, вплоть до нижнего течения р. Манту-
риха (Трофимова, 2002]. Непосредственно в Усть-Селенгинской суходольной
котловине климат формируется в условиях ее открытости к акватории Байкала
с запада и севера, а также под влиянием несколько удаленного от берега отно¬
сительно невысокого горного обрамления и интенсивного воздухообмена меж¬
ду озерной котловиной и территорией Забайкалья по сквозной долине Селен¬
ги, прорезающей отроги хребтов Хамар-Дабан, Улан-Бургасы и Морского.
Отсюда в процессах климатообразования совершенно очевидны сочетания
материковых и морских (озерных) факторов. Кроме того, здесь наблюдается
широкий диапазон возмущающих воздействий на климат элементов земной
поверхности (топографическая шероховатость) и своеобразных процессов ме-
357
Часть IV. Карты специального назначения
стных циркуляций (продольной, бризовой, горно-долимной и др.). Все это обу¬
словило формирование на рассматриваемой территории определенной струк¬
туры мезоклиматов с несколько различающимися режимами температуры воз¬
духа, атмосферных осадков, ветра и других не менее важных показателей. Для
выявления особенностей их режима в конкретных местоположениях эффек¬
тивно использование климадиаграмм Госсена, на которых хорошо прослежива¬
ется соотношение тепла и влаги в годовом цикле (рис. 9.10). Такого рода ин-
Рис. 9.10. Внутригодовое распределение температуры воздуха, атмосферных осадков и
других климатических показателей.
I — температура воздуха; 2 — атмосферные осадки; 3, 4 — даты перехода средних суточных
температур воздуха: 3 - через 0 °С, 4 - через 10 °С; 5 - время года с разным соотношением тема и
влаги- 6 — даты первого и последнего заморозка и продолжительность безморозного периода,
7 - сумма активных температур воздуха, °С; 8 - годовая сумма атмосферных осадков, мм, * -
средняя годовая температура воздуха, °С.
358
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
формация может быть использована при решении проблем ландшафтного пла¬
нирования в целом и, в частности, для определения возможностей создания
рекреационных комплексов на рассматриваемой территории.
Поданным метеорологических станций и постов, наименее обеспечены ат¬
мосферными осадками непосредственно дельта Селенги (315 мм в год — Хара-
уз) и прилегающие к ней участки береговой равнины (Оймур — 300, Исток —
398 мм в год), причем в холодный период они составляют лишь 12-15 % годо¬
вых значений. Подножия отрогов хр. Хамар-Дабан характеризуются гораздо
большим количеством осадков (Посольская — 658 мм в год, из них 25 % прихо¬
дится на зиму). Значительное их количество наблюдается и в таежно-средне-
горном поясе Хамар-Дабана. В то же время предгорная возвышенность и
юго-западные склоны Морского хребта получают несколько меньше осадков,
чем в предыдущей ситуации. С удалением от озера на участке сужения долины
Селенги (Кабанск, Никольское, Югово) они составляют 500-520 мм в год, а
зимой — 22-24 % годовых значений.
Другая особенность режима атмосферных осадков в Усть-Селенгинской
котловине — их внутригодовое распределение. На территории, примыкающей
к горной системе Хамар-Дабана (Посольская), и в долине Селенги (Кабанск,
Никольское, Югово) наблюдается два максимума осадков — выраженный лет¬
ний (июль — август) и слабый осенне-раннезимний (ноябрь — декабрь).
Внешней, далеко выступающей в пределы акватории озера дельтовой системе,
прилегающим к ней участкам береговой равнины, расширенно-приподнятой
Селенгинской долине, предгорной возвышенности и юго-западным склонам
Морского хребта свойствен четко выраженный годовой ход с максимумом в
теплое время года.
Наличие второго максимума в годовом ходе осадков на большей части Бай¬
кальского побережья — широко известное явление [Ладейщиков, 1982]. В его
формировании преимущество имеют термические условия водной массы озера,
находящейся во взаимной связи с динамическим фактором и рельефом местно¬
сти. Именно в ноябре — декабре (до ледостава) воздушные массы над Байка¬
лом пополняются влагой за счет местного испарения с открытой водной по¬
верхности и благодаря интенсивной адвекции с озера в это время перемещают¬
ся на территорию суши. При вынужденном подъеме воздуха по склонам гор
происходит конденсация влаги, что ведет к увеличению выпадающих осадков в
этот период. Однако в пределах Байкальской котловины на режим атмосфер¬
ных осадков орографический фактор действует неоднозначно. Из-за значи¬
тельной удаленности от уреза воды относительно невысоких отрогов Ха¬
мар-Дабана и Морского хребта на рассматриваемой территории локально фор¬
мируется лишь слабый второй максимум осадков. На большей ее части он
отсутствует вообще. Сочетание двух отмеченных типов годового хода осадков
является характерной чертой Усть-Селенгинской и Северо-Байкальской сухо¬
дольных котловин [Трофимова, 2002].
В Усть-Селенгинской котловине имеет место и существенное разнообразие
режима температуры воздуха. Суммы средних суточных температур выше 0 °С
изменяются от 1650-1740 до 1930-1990 °С, ниже 0 °С — от -2150...-2190 до
-2270...-2280 °С. Меньшие значения положительных температур характеризу¬
354
Часть IV. Карты специального назначения
ют дельтовую систему (Харауз) и расположенные юго-западнее прибрежно-ни¬
зинные междуречья (Исток), поскольку Селснгинское мелководье Байкала и
летний период все же оказывает на них охлаждающее влияние, хотя и несуще¬
ственное. Большие значения присущи террасированным равнинам побережья
озера, примыкающим к дельте с северо-востока (Оймур) и несколько удален¬
ной от Байкала расширенно-приподнятой долине Селенги (Кабанск). Террито¬
риальное распределение сумм средних суточных отрицательных температур
воздуха имеет обратную картину: в холодный период дельта и междуречья теп¬
лее, чем равнинное побережье и особенно долина Селенги, где в переходные
сезоны еще сохраняется термическое влияние водной масс озера, но позднее
уже преобладают материковые факторы климатообразования. Несмотря на то,
что в Кабанске и Оймуре средние годовые температуры воздуха практически
одинаковы (соответственно -0,9 и -1,0 °С), в годовом ходе наблюдаются неко¬
торые их различия: в Кабанске в январе — августе на 0,1-1,9 °С теплее, а в сен¬
тябре — декабре на столько же холоднее, чем в Оймуре. Варьируют в простран¬
стве средние даты первого и последнего заморозка, продолжительность безмо¬
розного периода, суммы средних суточных активных температур воздуха, а
также другие характеристики температурного режима воздуха (см. рис. 9.10).
Следует отметить, что одна из особенностей соотношений тепла и влаги в
дельте Селенги и ее окрестностях — отсутствие выраженного засушливого пе¬
риода весной и ранним летом, как это свойственно районам западного побе¬
режья Байкала, расположенным практически на одной географической широте
(например, о. Ольхон и Приольхонье).
На основе базовой информации метеостанций о соотношении сумм сред¬
них суточных положительных температур воздуха и атмосферных осадков за
теплый период рассматриваемая территория дифференцируется на восемь ме-
зоклиматических ситуаций (I1-IV3). Причем режим увлажнения имеет четыре,
а термические условия — три градации качественной оценки показателей. Вы¬
бранные интервалы градаций касаются непосредственно Усть-Селенгинской
котловины и соответствуют приведенным выше значениям. Условия зимнего
режима более однородны и представлены суммой средних суточных отрица¬
тельных температур воздуха (три градации) и наибольшей в годовом цикле вы¬
сотой снежного покрова (две градации). Их сочетания образуют три мезокли-
матические ситуации (А, В, С). Общая формула типов мезоклимата содержит
индексы, характеризующие летний и зимний режимы тепла и влаги. Структура
мезоклиматов отображена на рис. 9.11. Их границы определены с учетом осо¬
бенностей пространственного распределения многолетних показателей клима¬
та, геолого-геоморфологических и орографических характеристик, которые
служат здесь базисом ландшафтной дифференциации территории в горизон¬
тальном и вертикальном направлениях.
Полузасушливый, с теплым летом, умеренно холодной малоснежной зи¬
мой тип мезоклимата (1|В) выделяется на небольшом участке слабовсхолмлен¬
ной озерной террасы (Оймурской), с северо-востока примыкающей к дельте
Селенги. Полузасушливый, с умеренно теплым летом, умеренно теплой мало¬
снежной зимой тип мезоклимата (ЬС) характерен непосредственно для дельты
Селенги. Переувлажненность и заболоченность этой территории менее всего
360
Гпава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
Теплый период Холодный период
Г
Термические условия |
Условия увлажнения
теплые
умереннс
теплые
э умеренно
холодные
Характеристика зимы
1
2
3
Полузасушливые
I
. \ !i.\ ;
;.;.J2V.
Холодная
Умеренно снежная
А
Умеренно
влажные
— —
INI
II
? "г-
II2
[\\\
Умеренно
Малоснежная
В
Влажные
III
IT
111 111
III2
I ашшеа
холодная
1
llllll
1
Повышенно
влажные
IV
тшшт
Умеренно
теплая
Малоснежная
С
^6 1 • 2 АЗ ► 4 —► 5 —и— 6
Рис. 9.11. Картографическая модель мезоклимата Усть-Селенгинской котловины и ее
ближайшего горного окружения.
1 — роза ветров; 2 — метеорологические станции; 3 — гидрометеорологические посты; 4 и 5 —
соответственно направление дневных и ночных бризов; 6 — транспортная магистраль.
361
Часть IV. Карты специального назначения
связаны с режимом температуры воздуха и атмосферных осадков. Избыточное
увлажнение почв обусловливают в большей мере близко расположенные грун¬
товые воды и режим ежегодного затопления всей дельты в многоводный пери¬
од. Полузасушливый, с умеренно холодным летом, умеренно теплой малоснеж¬
ной зимой тип мезоклимата (I3C) свойствен сильно заболоченному приозерно¬
му пространству юго-западнее дельтовой системы. Здесь, как и в предыдущем
случае, избыточное почвенное увлажнение определяют не столько климатиче¬
ские условия, сколько низинный характер приустьевых долин Култушной, Аб-
рамихи, Большой Речки, Истока, обеспечивающий неглубокое залегание грун¬
товых вод и режим затопления или подтопления территории речными полыми
водами местного происхождения. К тому же здесь отмечается приток воды с
повышенных форм рельефа и горного массива Хамар-Дабан.
Умеренно влажный, с теплым летом, умеренно холодной и малоснежной
зимой тип мезоклимата (П|В) распространяется на долину Селенги и слаборас-
члененные подгорно-долинные участки территории, а умеренно влажный, с
умеренно теплым летом и холодной умеренно снежной зимой (II2A) присущ
подгорным равнинам и нижней части юго-западных склонов невысоких отро¬
гов Морского хребта. Влажный, с умеренно теплым летом, холодной и умерен¬
но снежной зимой тип мезоклимата (III2A) наблюдается на равнинных подгор¬
ных участках и склонах невысоких отрогов хр. Хамар-Дабан; влажный, с уме¬
ренно холодным летом, холодной и умеренно снежной зимой тип мезоклимата
(III3A) относится к склонам невысоких отрогов Морского хребта, обращенным
к Байкалу. Для таежного среднегорья отрогов Хамар-Дабана характерен повы¬
шенно влажный, с умеренно холодным летом, холодной и умеренно снежной
зимой тип мезоклимата (1Уз)А).
На фоне специфических проявлений тектонико-геоморфологических про¬
цессов и особенностей орографического строения территории климатические
условия вносят существенный вклад в формирование ландшафтной структуры,
характеризующейся значительным многообразием и контрастностью на близко
расположенных участках. Здесь отмечается широкий спектр геосистем: дельто¬
вые и долинные болотные, лугово-болотные; подгорно-долинные сухостепные,
лугово-степные и лугово-болотные; подтаежные светлохвойные высоких пес¬
чаных увалов, высоких террас и подгорных шлейфов; светлохвойные предгор¬
ных возвышенностей; лиственнично-таежные передовых байкальских хребтов
[Экологически..., 2002а].
Вместе с тем между растительной компонентой геосистем и климатом су¬
ществует обратная связь. Растительность, имея специфические отражательные,
излучательные и аэродинамические свойства, участвует в формировании ра¬
диационного баланса геосистем — ведущего климатообразующего фактора и
основного элемента теплового баланса земной поверхности. Важный параметр
радиационного баланса — коротковолновое интегральное альбедо земной по¬
верхности, которое обычно в климатологии определяют как отношение отра¬
женного данной поверхностью потока солнечной радиации к поступающему на
нее потоку.
По наземным наблюдениям альбедо аквальной и сухопутной растительно¬
сти дельты в период максимальной биотической активности (июль) находится
362
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
в пределах 15-26 %, поверхности речных мелководий (мутная вода) — 7 % [Вы-
христюк, 1976]. По обобщенным литературным источникам, альбедо светло- и
темнохвойных лесов летом различается незначительно (13-16 %). Его значения
находятся в прямой зависимости от состояния растительного покрова (густой,
разреженный или угнетенный лес) и характеристик его поверхности (влаж¬
ность, цвет и шероховатость). Возможности детального изучения временных и
пространственных изменений альбедо подстилающей поверхности открывают
измерения радиометром AVHRR высокого разрешения со спутников серии
NOAA (США) отраженной радиации в видимом (0,58-0,68 мкм) и ближнем
инфракрасном (0,73-1,0 мкм) диапазонах электромагнитного спектра. Методи¬
ка установления среднемесячного альбедо основана на вычислительной проце¬
дуре [Gutman et al., 1989, 1995].
Среди характеристик климата, определяющих природные процессы, важное
место занимает температура подстилающей поверхности. Однако наземные ме¬
теорологические наблюдения дают существенную погрешность в ее измерениях.
Спутниковое фиксирование инфракрасного излучения на участках электромаг¬
нитного спектра 10,3-11,3 и 11,5-12,5 мкм (окно прозрачности атмосферы) после
некоторых вычислительных преобразований соответствуют радиационной тем¬
пературе подстилающей поверхности, лишь незначительно отличающейся от
термодинамической (фактической). Их связь обусловлена коэффициентом излу-
чательной способности поверхности, который в зависимости от ее типа прини¬
мается от 0,90 до 0,98 [Гаевский, 1951] и в отдельных случаях нуждается в уточне¬
нии. В настоящее время его получение возможно по вегетационному индексу,
вычисление которого базируется на радиометрических измерениях в видимом и
ближнем инфракрасном диапазонах солнечного спектра [Prata, 1993]. В основу
вегетационного индекса заложено неодинаковое отражение радиационных пото¬
ков растительным покровом в этих диапазонах.
По материалам спутниковой съемки, анализировались поле радиационной
температуры поверхности при ясном небе, его пространственные и временные
изменения. Так, в Усть-Селенгинской котловине в конце мая и в самом начале
июня можно выделить несколько ареалов поверхностей с разной радиацион¬
ной температурой. Самая низкая температура свойственна Селенгинскому
мелководью Байкала и аквальной растительности дельтовой системы, находя¬
щейся в это время в режиме затопления. Далее с незначительным увеличением
следует температура растительного покрова дельтовых и пойменных переув¬
лажненных местоположений, а также нижней части склонов горного обрамле¬
ния. Более существенно прогреваются поверхности подтаежных светлохвойных
лесов высоких песчаных увалов, террас и подгорных шлейфов. Самая высокая
радиационная температура поверхности характерна для расширенно-припод-
нятой лево- и правобережной долины Селенги. К середине июня радиационная
температура поверхности Усть-Селенгинской котловины повышается, а струк¬
тура ее поля за счет освобождения окраины дельты от воды несколько видоиз¬
меняется.
Становится очевидным, что пространственное распределение альбедо и ра¬
диационной температуры подстилающей поверхности расширяет возможности
для раскрытия мезо- и микроклиматических особенностей Усть-Селенгинской
363
Часть IV. Карты специального назначения
котловины. Важно, что поля температуры и альбедо отражают состояние расти¬
тельного (наземного) покрова как естественных, так и антропогенно-преобра¬
зованных ландшафтов. Увеличивающаяся антропогенная нагрузка на геосисте¬
мы в любых ее проявлениях (пожары, рубка леса, рекреационное и сельскохо¬
зяйственное использование земель, загрязнение воздушного бассейна и т.л.)
вызывает заметные изменения излучательной и отражательной способности
подстилающей поверхности, т.е. происходит некоторое разбалансирование
климатической системы местного уровня. Более того, современная трансфор¬
мация климатической системы в последние десятилетия развивается в условиях
глобального (регионального) потепления, усиливающего этот процесс. Состав¬
ление каталога современных альбедо и радиационной температуры для всех ти¬
пов поверхности Усть-Селенгинской котловины и ее близлежащего горного
обрамления может служить основой для построения карт распределения этих
величин.
9.3. Оценка в категориях значения и чувствительности
На оценочном этапе ландшафтного планирования (см. рис. 9.7) эксперт- |
ным путем проводится покомпонентная оценка (в баллах) значения и чувст- '
вительности каждой группы фаций с учетом ее антропогенного видоизмене- I
ния. Средствами ландшафтной ГИС на основе полученных оценок созда- |
вались специальные карты. Это позволяет осуществить многовариантный i
анализ ситуации методами геоинформационного картографического моде¬
лирования территории, оценить преимущества и недостатки экспертных
оценок, учесть районирование территории по функциональным характери¬
стикам, использовать математические модели для выравнивания инфор¬
мации.
С учетом оценки ландшафтной структуры территории и существующего
природоохранного законодательства создавалась карта правового зонирования.
Данные о значении, чувствительности и современном использовании участков
переводились в типы целей использования земель по схеме логического запро¬
са в среде ГИС.
9.3.1. Оценка ландшафтных условий
Оценочные критерии значения и чувствительности ландшафтов разработа¬
ны с целью осуществления экологически ориентированного планирования
землепользования с основными приоритетами, направленными на безопасные
виды отдыха и улучшения социально-экономической ситуации в районах.
Эти критерии обусловлены ценностью каждой геосистемы как природного
явления и определяют предпочтительность использования геосистем для ту¬
ризма и отдыха. При этом помимо устойчивости и уникальности геосистем
оцениваются их эстетическая привлекательность, климатическая благоприят¬
ность, территориальная комфортность, степень доступности, экологическая,
культурная, религиозно-культовая и иная их ценность как природных объектов
потенциального использования (рис. 9.12, см. вклейку).
364
6
Рис. 3.4. Переменные состояния геосистем участка бассейна р. Куды.
Коренные состояния: 1 — сосновые злаково-разнотравные леса на выположенных поверчносыч с
серыми лесными и дерново-подзолистыми почвами легкого механического состава (гр\ппы
коренных фаций); 2 — лиственнично-елово-березовые травяно-моховые леса речных лолпн и
вошутых участков водоразделов преимущественно на дерново-лесных оглеенных почвах (i р\ ппы
cy6iидроморфных серийных фаций). Промежуточные состояния: 3 — сосново-березовые злаково-
разнотравные с элементами остепнения на плоских поверхностях водоразделов на серых лесных и
дерново-подзолистых почвах (группы коренных фации). Начальные сосюянпя: 4 — (лри и вырчбки
разно!равпо-вейпиковые в разных местоположениях. Антропогенно измененные состчния. 5 —
распаханные участки пологих склонов долины р. Куды и ее притоков на преим\шесгвенно дерново¬
карбонатных выщелоченных почвах на месте мнимокоренных лугово-аенных ip\iui фации, ь -
долинные луговые и лугово-степные сообщества на дерново-карбона! ных, илюышьиых и лчюво
оолитых почвах, сформировавшиеся под влиянием хозяна венной деякмьност (сенокосы.
I lac I бита) (I руппы субгидроморфных серийных и мнимокоренных фации).
Рис. 3.5. Переменные состояния геосистем участка Олхинского плато
в границах Прибайкальского национального парка.
Коренные состояния: 1 — разреженные леса из ели, лиственницы, березы, закустаренные, осоково¬
сфагновые широких заболоченных днищ долин (гидроморфные серийные фации); 2 —
разреженные леса из ели, лиственницы, березы, закустаренные, осоково-сфагновые широких
заболоченных днищ долин (гидроморфные серийные фации); 3 — спелые и перестойные пихтовые
и елово-пихтовые мелкотравно-кустарничково-зеленомошные леса нижней части пологих склонов
разных экспозиций (сублитогидроморфные мнимокоренные); 4 — кедрово-пихтовые травяно-
зеленомошные леса на приводораздельных поверхностях и верхних частях склонов
(сублитоморфные коренные фации); 5 — разнотравно-вейниковые сообщества, закустаренные с
участками каменистых выходов на склонах и водораздельных поверхностях (сублитоморфные
серийные и полусерийные). Промежуточные состояния: 6 — вторичные сосново-осиново¬
березовые леса на выположенных приводораздельных поверхностях на разных стадиях
восстановления (сублитоморфные коренные и мнимокоренные фации); 7 — пересюиные
лиственнично-сосновые леса со вторым ярусом из кедра и пихты мелкотравно-кчсгарничково-
зеленомошные разных экспозиций (сублитоморфные коренные фации); S — сосново¬
лиственничные разнотравно-вейниковые леса с подростом из кедра, ели и пихгы в нижних чаач\
склонов разной экспозиции (сублитоморфные мнимокоренные фации).
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
При оценке значения геосистем основное внимание уделялось:
своеобразию (“нетипичности”) с позиций их региональной трактовки (вос-
точно-сибирские, южно-сибирские, монголо-даурские и т.д.); принадлежность
геосистем к тем или иным региональным подразделениям показывает типич¬
ность или нетипичность их распространения в пределах изучаемой территории;
уникальности — неповторимости, “непохожести” на фоновые — зональные
геосистемы; существование таких систем связано, как правило, с проявлением
местных факторов дифференциации природной среды — выходами термаль¬
ных вод, процессам засоления почв, реликтовости и т.д.;
разнообразию, которое формируют эколого-морфогенетические разновид¬
ности каждого геома, отражающие отклонения от коренной (фоновой) нормы.
Это определенные структурные и функциональные изменения, отраженные че¬
рез факторально-динамические ряды (гидро-, крио-, литоморфные и проч.) и
упорядоченные через мнимокоренные, серийные и различные производные
состояния;
безопасности территории (геоморфологической, гидрологической, неотек-
тонической, геохимической, ландшафтно-эпидемиологической и т.д.);
эстетической привлекательности и познавательной ценности',
пригодности для развития различных видов туризма;
существующей инфраструктуре и обустройству территории;
наличию лечебно-оздоровительных свойств местности;
промыслово-рекреационной ценности;
пригодности для размещения рекреационных объектов [Экологически..., 1998,
2002]. По значению использования в рекреационных целях геосистемы распре¬
делены следующим образом.
Ограниченное значение (I категория) — центрально-азиатские внутриконти-
нентальные сухостепные геосистемы (аквальные и субаквальные дельтовые и
долинные, центрально-азиатские степные). Возможны водный, пеший и кон¬
ный туризм, рыбалка. Труднопроходимые болота, топи, участки с водой на по¬
верхности, илистые, сильно оглеенные грунты и плывуны, с одной стороны, и
низкая пейзажность сухих степей, практическое отсутствие водных источни¬
ков — с другой, требуют высокой квалификации туристов. Наиболее привлека¬
тельными являются маршруты, включающие осмотры геосистем, расположен¬
ных на контакте болот и степей.
Низкое значение (II категория) — северо-забайкальские горно-таежные гео¬
системы (лиственнично-таежные оптимального развития). Степень привлека¬
тельности этих ландшафтов невелика. В основном они пересекаются транзит¬
ными спортивными маршрутами либо автомаршрутами. Возможны маршрут¬
ный туризм, устройство сезонных туристических баз, спортивных лагерей и
кемпингов, пеший, конный туризм, прогулочно-промысловый отдых, автомо¬
тотуризм с кратковременным кемпинговым отдыхом, научно-познавательный
туризм.
Среднее значение (III категория) — суббореальные горные и горно-долин¬
ные геосистемы таежные очень влажных и контрастных тепловых условий
внутриматериковых среднегорий и высоких плато (подгорно-долинные луго¬
во-болотные гидроаккумулятивные и солончаковые болота, предгорных возвы¬
365
Часть IV. Карты специального назначения
шенностей светлохвойные). Возможны маршрутный, экскурсионно-познава¬
тельный, научный туризм средней и низкой категории сложности, а также про¬
гулочно-промысловый отдых (сбор дикоросов, охота, рыбная ловля) в
окрестностях населенных пунктов. Автомобильный туризм ограничен.
Повышенное значение (IV категория) — северо-азиатские равнинные внут-
риконтинентальные геосистемы степные сухих и очень теплых условий (подта¬
ежные сосновые и сосново-лиственничные, лугово-степные), озерно-аккуму¬
лятивные и аквальные комплексы побережья оз. Байкал. Территория хорошо
освоена, пересекается автомобильными дорогами с небольшими временными
стоянками автотуристов. Приуроченность геосистем к побережью озера делает
их привлекательными для летнего палаточного отдыха у воды, зимних видов ту¬
ризма и промыслового туризма. Ландшафтно-климатические условия местно¬
сти в летний период позволяют развивать кемпинговый и палаточный оздоро¬
вительный отдых, водный туризм, парусный и гребной спорт, ловлю рыбы.
Чувствительность геосистем оценивается по их динамическим характери¬
стикам, разнообразию составляющих геосистему подсистем, факторальным ря¬
дам (гидро-, крио-, литоморфным и т.д.). Через модификации структуры опре¬
деляются потенциально возможные изменения геосистем вследствие наруше¬
ния. Качественный динамический критерий состояния геосистем вводится на
основе оценки его организованности, т.е. способности достигать достаточно
существенных структурных различий, необходимых для его развития [Экологи¬
чески..., 1998]. Согласно целевой ориентации на рекреационное использование
при оценке чувствительности ландшафтов использовались следующие крите¬
рии: динамичность, устойчивость, уникальность, воздействие неорганизован¬
ного отдыха, климатические ограничения, факторы риска.
Предлагается следующая оценка геосистем класса геомов в категориях чув¬
ствительности.
Низкочувствительные геосистемы (1-я категория) охватывают территории с
относительно стабильной ландшафтной структурой и представлены естествен¬
ными таежными сосновыми и сосново-лиственничными геосистемами юж¬
но-сибирского и байкало-джугджурского типа. Эти ландшафты находятся в
равновесном состоянии, а экологическая ситуация рассматривается как нор¬
мальная или удовлетворительная.
Среднечувствительные геосистемы (2 категория) включают северо-азиат¬
ские равнинные внутриконтинентальные степные сухих и очень теплых усло¬
вий (подтаежные сосновые и сосново-лиственничные, лугово-степные) гео¬
системы. В этой зоне состояние природной среды можно рассматривать как
промежуточное, местами кризисное, особенно там, где земли Гослесфонда
подверглись ранее нерагламентированному лесохозяйственному использова¬
нию и местами возникли угнетенные ландшафты с уменьшенным геоэкологи¬
ческим потенциалом. Экологическая ситуация в этих местах характеризуется
как проблемная (или напряженная).
Высокочувствительные геосистемы (3-я категория и выше) связаны в основ¬
ном с особенностями природных условий центрально-азиатских внутриконти-
нентальных сухостепных геосистем и неотектоническим развитием дельты Се¬
ленги. Здесь прогрессирующая детеоризация земель охватила обширные про¬
366
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
странства. Состояние природной среды территории характеризуется как
кризисное, так как антропогенные нарушения местами уже превысили темпы
восстановительных процессов, но еще не произошли коренные изменения
природных систем. Местами изменения природной среды достигли критиче¬
ских размеров, образуя участки с конфликтной экологической ситуацией. Эти
земли подвергаются интенсивной ветровой эрозии и частичному опустынива¬
нию. Здесь задачи улучшения земель выходят на первый план.
Изменения динамической категорий групп фаций от коренной (К) к мни¬
мокоренной (МК) менее устойчивой, затем к серийной слабоустойчивой (С) и
серийной факторальной (СФ) наименее устойчивой повышают категорию чув¬
ствительности указанного класса геомов на соответствующее число баллов
(итоговые оценки см. п. 2.3.7): {МК (+1); С (+2); СФ (+3)}.
Район дельты Селенги интересен как в физико-географическом отноше¬
нии, так и с точки зрения социально-экономического анализа. Во всех аспек¬
тах — это контрастная территория, разнообразная по местным формам природ¬
ной и общественной жизни. Кабанский район — не просто транзитная терри¬
тория, а область, имеющая самостоятельное значение и притяжение в силу
имеющихся здесь ресурсов и условий, обеспечивающих ее развитие, но при вы¬
соких экологических ограничениях.
Общая экологическая ситуация в районе планирования охарактеризована в
оценке земель по категориям значения и чувствительности отдельных компо¬
нентов природной среды и ландшафтов, что позволяет перейти к формулиров¬
ке отраслевых и интегрированных целей развития территории.
9.3.2. Цели устойчивого территориального развития
Основная задача ландшафтного планирования экологически ориентиро¬
ванного землепользования — разработка интегральной концепции устойчивого
развития территории, ориентированной на восстановление и сохранение ее
природного потенциала и создание гарантий прав местного населения на
достойную жизнь. Это достигается решением двух взаимосвязанных задач: зо¬
нирование территории по режиму землепользования как основы норматив¬
но-правовой базы ее дальнейшего развития и разработки концепции социаль¬
но-экономического развития территории в соответствии с рекомендациями
ландшафтного плана.
Зонирование осуществляется путем выделения типов целей использования
отдельных природных сред и создания интегрированной концепции целей тер¬
риториального развития, разработанной на основе анализа существующих в
районе планирования социально-экономических проблем, ландшафтной диф¬
ференциации территории и целей использования отдельных природных ком¬
понентов. Это позволяет выделить территории, рекомендуемые для сохранения
природной среды и социально-экономического развития.
Частное зонирование по природным средам основывается на схеме класси¬
фикации типов целей и оценках значения и чувствительности по компонентам,
предполагая их связь с интенсивностью сохранения и восстановления ланд¬
шафтов. Создание карт зонирования проводится на основе общей ландшафт¬
367
Часть IV. Карты специального назначения
ной карты (см. рис. 5.3). Дополнительно привлекаются данные по современно¬
му использованию земель и другая специальная информация.
В систему целевого использования земель в качестве самостоятельной кате¬
гории введена новая структура — экологический каркас территории (ЭКТ). Он
понимается как инвариантная эколого-географическая основа территории, наи¬
более сложная по своим характеристикам и способам использования, чувстви¬
тельная к нагрузкам, сильно изменчивая и контрастная часть ландшафта, кото¬
рая должна сохраняться как инфраструктурное целое при любых антропогенных
воздействиях. В основу схемы ЭКТ в рамках ландшафтного планирования поло¬
жена пространственная структура природных ситуаций территории, отражаю¬
щая сочетание участков особо защитного значения (локальные ситуации — ядра)
и сети критических экологических зон (экотонов и серийных фаций) с регла¬
ментируемым природопользованием. В эту категорию объединены участки мест¬
ности с разнообразными эколого-географическими условиями, приуроченными
к элементам естественной и искусственной инфраструктуры территории: водо¬
охранные и защитные полосы вдоль оз. Байкал, рек, озер и болот, автомобиль¬
ных и железных дорог, зеленые зоны поселков [Экологически..., 20026].
ЭКТ выделяется в соответствии с положениями существующего природо¬
охранного законодательства и с учетом ландшафтной структуры территории. Это
своеобразный вид землепользования, в котором сочетаются элементы сохране¬
ния, использования и восстановления земель. В этом смысле земли, относящиеся
к экологическому каркасу, являются центральной структурой управления терри¬
ториальной системой. С помощью ЭКТ территория объединяется в единое эколо-
го-экономическое территориальное целое, что обеспечивает полноту, связность,
многоаспектность местного управления природопользованием.
Создание карты целевого использования по компонентам основано на
оценках значения и чувствительности, и выделении типов использования зе¬
мель. По сочетанию этих показателей на основе характеристик каждого выдела
в базе данных ГИС последний автоматически относился к тому или иному типу
цели. Оставшиеся местоположения рассматривались как переходные элемен¬
ты, критические зоны, отнесенные к экологическому каркасу.
Карта интегрированных целей территориального развития создается на ос¬
нове анализа существующей дифференциации территории и целей использова¬
ния отдельных природных компонентов. В этом случае содержание специаль¬
ных карт обобщается по принципу поглощения участков менее строгих эколо¬
гических ограничений более строгими.
Карта интегрированных целей территориального развития (рис. 9.13, см.
вкл.) отражает основные категории экологически ориентированного земле¬
пользования, наиболее полно соответствующие природной среде. Относитель¬
но русла Селенги выделяется три зоны: 1) особо охраняемые территории в при¬
брежной зоне поймы и дельты Селенги и залива Посольский сор (древней
дельты и поймы реки); 2) прибрежная зона оз. Байкал и Селенги, рассматри¬
ваемая как территория экологического каркаса регионального уровня, 3) лес¬
ная подгорная зона.
В зоне экологического каркаса должны гармонично сочетаться мероприя
тия по охране природы, использованию и улучшению земель. В этом смысле
368
Глава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
данная зона может рассматриваться как зона устойчивого развития. В ней вы¬
деляются участки регламентированного экстенсивного развития, примыкаю¬
щие к населенным пунктам. Прибрежные особо охраняемые местности форми¬
руют водоохранную зону оз. Байкал с исключением использования или регла¬
ментированным использованием. В лесной зоне обеспечивается сохранение
существующего экстенсивного использования и проводится восстановление
лесной и луговой растительности на низкопродуктивных пашнях.
Рассмотренная ситуация является оптимальной в смысле обеспечения
экологически устойчивого землепользования. Переход к такому положению
предусматривает проведение ряда мероприятий территориального развития,
распределенных по площади района планирования (рис. 9.13, см. вкл.). В дан¬
ном случае деление территории основывается на дополнительной информации
о существующих в районе программах и планах социально-экономического
развития. Привлекаются также карты оценки нарушенности и правового зони¬
рования территории.
В процессе составления карт возникают конкурирующие ситуации, когда один
и тот же участок требуется отнести к разным категориям использования земель, на¬
пример к территории заказника, водоохранной зоны и населенного пункта. Отсюда
типы целевого использования необходимо ранжировать по приоритетам деятельно¬
сти, которые формируются на основе системы представлений о функциональном
назначении района планирования. В данном случае принимается приоритет охра¬
ны природы оз. Байкал, зафиксированный в Федеральном законе “Об охране озера
Байкал”. В этом случае природоохранные цели выходят на первый план.
Для решения задачи ранжирования применяется классификационная схе¬
ма, когда один из векторов направления использования земель получает пре¬
имущество. В данном случае это вектор сохранения, которому соответствуют
типы целей: исключительное сохранение (1), сохранение современного состоя¬
ния с отказом от отдельных видов использования (2) и сохранение существую¬
щего экстенсивного использования (3). Это особо охраняемые территории и
лесные земли природоохранного фона, что составляет элементы регионального
экологического каркаса. Поверх этого информационного слоя наносится мест¬
ный экологический каркас, чтобы подчеркнуть внутреннюю структуру охра¬
няемых территорий. Далее фиксируются земли экстенсивного и интенсивного
использования, поверх которых наносятся контуры населенных пунктов и уча¬
стков, подлежащих восстановлению. Последние получают дополнительный
приоритет по причине их небольшой площади и особой роли в использовании
и восстановлении земель.
Итоговая карта интегрированных целей территориального развития пред¬
ставлена на рис. 9.13 (см. вкл.). Каждый тип целей подразумевает регламент ис¬
пользования и список рекомендуемых мероприятий.
Заповедные земли (зоны покоя) подлежат исключительной охране для со¬
хранения мест обитания и воспроизводства ценных видов растений и живот¬
ных дельты Селенги, имеющих самое высокое природоохранное значение.
Сохранение современного состояния с отказом от отдельных внаов использо¬
вания. Сюда отнесены ландшафты дельты Селенги, водоохранные зоны
оз. Байкал и р. Селенги и территории заказников. В эту категорию включены
369
'4 Juicaj Hi 560
Часть IV. Карты специального назначения
Кабанский, Степнодворецкий, Энхэлукский заказники, зоны отдыха “Бай¬
кальский прибой” и “Лемасово”. Земли имеют высокое региональное срело-
формирующее и водорегулирующее значение (средоформирующее ядро). Ос¬
новные функции — поддержание чистоты оз. Байкал через фильтрацию речных
и грунтовых вод, охрана и воспроизводство биологического разнообразия и
биопродукции, мест зимовок и кормления перелетных птиц. Сюда отнесены
аквальные, субаквальные и гидроморфные фации дельты, побережье оз. Байкал
и прибрежные подтопляемые участки Селенги. Они выделяются по ландшафт¬
ной карте как элементы фоновой ландшафтной структуры территории — ре¬
гионального экологического каркаса.
Сохранение существующего экстенсивного использования. Эти земли пред¬
ставлены среднечувствительными подтаежными ландшафтами выположенных
слаборасчлененных поверхностей, покрытых сосновыми рододендроновыми
разнотравно-злаковыми лесами и их производными. Они выполняют функцию
буферной зоны побережья с природозащитными и специальными функциями,
обеспечивают защиту берегов и почв прибрежной зоны акватории оз. Байкал.
Здесь сохраняются существующие виды экстенсивного использования. Леса час¬
тично сведены под пашни, созданы противопожарные разрывы и дороги. Терри¬
тория контролируется природоохранными службами. Допускаются охота, сбор
дикорастущих растений, малочисленные потоки туристов и отдыхающих.
Экологический каркас территории. В эту категорию объединены участки ме¬
стности с разнообразными эколого-географическими условиями, приурочен¬
ные к местным элементам естественной и искусственной инфраструктуры тер¬
ритории: водоохранные и защитные полосы вдоль оз. Байкал, рек, озер и болот,
автомобильных и железных дорог, зеленые зоны поселков, выделяющиеся в со¬
ответствии с положениями существующего природоохранного законодательст¬
ва. Это резервный фонд перераспределения типов использования земель. Здесь
сохраняются существующие виды экстенсивного использования, создаются ле¬
созащитные полосы для борьбы с эрозией и снежными заносами. Территория
контролируется природоохранными службами, административными органами
и специализированными организациями. Допускаются сенокошение, ограни¬
ченный выпас скота, отдых населения.
Экстенсивное развитие с локальным сохранением и оздоровлением нарушен¬
ных ландшафтов. Среднечувствительные ландшафты высоких пойм и мелкобуг¬
ристых прибрежных участков, представленные разнотравно-крупнотравными и
осоково-хвощовыми закустаренными лугами и островными лесами и редко¬
лесьями. Природный режим соответствует субгидроморфным фациям разной
степени нарушенности, в последние десятилетия подвергшимся мелиорации,
местами — распашке. Это зона развития с элементами функций буферной зоны
экологического каркаса, где формируется водоохранная зона оз. Байкал, по¬
этому она частично перекрывается категорией земель 2 (см. рис. 9.13 на вкл.)
Это также буферная зона заказников с природоохранными и защитными функ¬
циями. Она имеет высокий средозащитный потенциал, выполняет важнейшие
стокорегулирующие функции, является резервом пополнения средоформирую¬
щего ядра, а сама дополняется за счет восстановления нарушенных ландшаф¬
тов. На основной части территории сохраняются и развиваются существующие
370
Гпава 9. Прикладное ландшафтное картографирование
виды экстенсивного использования, проводится мелиорация и поддерживается
гидромелиоративная система. На отдельных участках устанавливается режим
сохранения или проводятся мероприятия по улучшению состояния ландшаф¬
тов. Земли используются как сенокосы и пастбища.
Регламентированное экстенсивное развитие. Сюда включены средненару-
шенные участки разных местоположений, чувствительные к нагрузке ланд¬
шафты пойм и террас, степные и болотные растительные сообщества, пашни
на месте сведенных лесов в долине Селенги и прибрежной части Байкала. Это
преимущественно пастбища и пашни, удаленные от населенных пунктов, и се¬
нокосы коренного улучшения. Земли выполняют природозащитные и хозяйст¬
венные функции, а также функции регулирования эрозионных процессов, за¬
щиты и воспроизводства местных растительных сообществ, ландшафтного раз¬
нообразия. Здесь развивается и поддерживается экстенсивное использование:
сельскохозяйственная и лесохозяйственная деятельность. Территория наиболее
заселена и освоена и является первоочередным резервом развития района.
Регламентированное интенсивное развитие. Сюда отнесены фрагменты раз¬
личных ландшафтов подгорных лесов и степей, занятые населенными пунктами,
а также интенсивно используемые (орошаемые) пашни. В настоящее время они
имеют невысокую эстетическую ценность, низкий средозащитный потенциал,
являются источниками различного загрязнения окружающей среды. Это ядра
социально-экономического развития района с ориентацией на преимуществен¬
но рекреационное использование территории и ведение подсобного хозяйства. В
развитии необходима ориентация на использование чистых технологий произ¬
водства и применение эффективного оперативного контроля загрязнения.
Улучшение с последующим переводом в категорию экстенсивного развития.
Высоко- и среднечувствительные ландшафты речных островов, подгорных сте¬
пей и лесов, нарушенные рубками, распашкой и перевыпасом. Эти участки
слабо представлены на территории планирования, большей частью перекрыва¬
ются другими категориями земель. Для них характерны нарушение природных
функций, высокая эстетическая ценность, средний средозащитный потенциал.
Обычно они служат резервом расширения зоны развития. На этапе восстанов¬
ления использование земель не допускается. После улучшения территория
присоединяется к зоне экстенсивного развития.
Улучшение с переводом в категорию регламентированного экстенсивного
использования. Высоко- и среднечувствительные нарушенные ландшафты до¬
лины р. Селенги с высоким средозащитным потенциалом. В основном это
пашни, рекомендуемые для перевода в сенокосы, и культурные пастбища, соз¬
данные на пашне, которые после улучшения переводятся в зону регламентиро¬
ванного экстенсивного использования и расширения экологического каркаса.
Коренное улучшение. Довольно широко распространенные в районе плани¬
рования нарушенные припоселковые земли, карьеры, эоловые формы рельефа
с измененными природными функциями. Они имеют низкий средозащитный
потенциал. Данные земли подлежат рекультивации, восстановлению до уровня
возможности экстенсивного развития.
Таким образом, реализован алгоритм программно-целевого ландшафтного
планирования в виде конкретного ландшафтного плана, отражающего диффе¬
371
Часть IV, Карты специального назначения
ренциацию территории по направлениям сохранения, хозяйственного исполь¬
зования и восстановления земель. В зависимости от характеристик участков
местности они относятся к разным категориям целевого использования. Сле¬
дующий этап — разработка мероприятий по каждой из этих категорий, удовле¬
творяющих заявленным целям развития территории.
Предлагаемая карта ландшафтного планирования рассматривается как ин¬
формационно-географическая основа территориального управления. Она по¬
вышает эффективность использования ландшафтной информации и включе¬
ния ее в процесс принятия решений. На этой основе предполагается разрабо¬
тать и реализовать эффективные механизмы территориального управления
природопользованием Байкальского региона, основанные на новых информа¬
ционных технологиях.
Объектом управления становятся бассейн Байкала и прилегающие терри¬
тории, особенно административные районы, связанные с центральной эколо¬
гической зоной. Мероприятия нацелены на совершенствование государствен¬
ного экологического контроля на Байкальской природной территории, стиму¬
лирование экологически устойчивого развития этой территории, сохранение ее
природного и культурного разнообразия.
Таким образом, ландшафтные методы и карты играют важную роль в орга¬
низации и оптимизации землепользования. В легенде ландшафтной карты кон¬
центрируется большая информация о разнообразии территории, которая затем
разворачивается в процессе интерпретационного картографирования в карты
специального назначения (экологического зонирования, ландшафтного пла¬
нирования и др.).
Введение в технологию использования земель и ландшафтного планирова¬
ния методов ландшафтно-геосистемного анализа превращает землепользова¬
ние в ландшафтно-обусловленное, позволяет отойти от компонентного подхо¬
да, сведя его к частному случаю, дает возможность лучше учитывать межотрас¬
левые корреляции и формы их видоизменения, т.е. решать задачу комплексно,
неформально, ориентируясь, прежде всего, на естественно-экологическую ос¬
нову земель, их природный потенциал. Благодаря этому, появляется возмож¬
ность эффективного использования сложных географических знаний в про¬
цедурах землепользования, возникают новые постановки проблем, требующие
научного решения. Концентрация подобных решений в геоинформационных
технологиях ландшафтного планирования позволит в высокой степени автома¬
тизировать, с одной стороны, процесс планирования, а с другой — повысить
уровень конструктивного использования географических знаний, требования к
их формулировке и точности выражения.
Создание ландшафтного плана проводится с использованием ГИС-техно-
логии. На базе ландшафтной карты реализован ГИС-проект с факторной базой
данных и топологической сеткой выделов, границы которых уточнялись по
космическим снимкам. Элементарной топологической ячейкой служил ланд¬
шафтный выдел, соответствующий рангу группы фаций и тому переменном}
состоянию, в котором он в настоящее время находится (восстановительно-воз¬
растная стадия, стадия деградации, характер хозяйственного использования).
Таким образом, учитывается и экологический потенциал местности независи-
372
Глава К). Ландшафтный базис социально-политических исследований
мо от его современного облика, и те видоизменяющие процессы, которые '/гот
облик формируют. Это позволяет восстановить ситуацию “до освоения” и ото¬
бразить современное состояние природопользования.
Оценка значения и чувствительности участков местности проводилась в
режиме интерпретации ландшафтной карты, когда в зависимости от местопо¬
ложения и фациальных свойств участку присваивалась та или иная категория
этих показателей. Такой подход намного облегчает работу специалистов-экс-
пертов, стандартизирует ее под конкретную задачу, позволяет контролировать
результаты оценивания. Построение оценочной карты в данном случае сводит¬
ся к простейшей визуализации категорий оценки (баллов) из базы данных по
каждому выделу.
Все оценочные и целевые карты ландшафтного планирования созданы
методами геоинформационного картографирования. Разработаны алгоритмы
отображения содержания базы данных на карты специального содержания, а
также автоматического отнесения того или иного выдела к конкретному типу це¬
левого использования земель. Такой подход позволил постоянно уточнять (“пе¬
речерчивать”) карты по мере поступления дополнительной информации и фор¬
мирования новых знаний о территории. Обновляемость результатов и карт —
главное преимущество ГИС-картографирования, позволяющего преодолеть тех¬
нические сложности традиционного картосоставления. В этом смысле созданная
ГИС — это больше чем информационная система для текущего ландшафтного
планирования. Она может постоянно использоваться для обновления и уточне¬
ния материалов в режиме мониторинга, контроля и авторского надзора, созда¬
ния новых проектных документов, решения других задач управления природо¬
пользованием.
Однако серия карт ландшафтного планирования рассматривается, прежде
всего, как информационно-географическая основа территориального управле¬
ния на уровне административного района. Она повышает эффективность ис¬
пользования ландшафтной информации и включает ее в процесс принятия ре¬
шений. Экологически обоснованное землепользование — важная составляю¬
щая планирования развития территорий. Оно необходимо для рационального
использования природных ресурсов, оптимизации экономического развития,
защиты экосистем от разрушения. Именно такой подход обеспечивает условия
устойчивого развития территории.
Глава 10
ЛАНДШАФТНЫЙ БАЗИС
СОЦИАЛЬНО-ПОЛИТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Известна историческая роль ландшафта в развитии человеческого общест¬
ва, этнической культуры. Географическая среда во многом индивидуализирует
быт человека, определяет его традиции, устои. В современных условиях чело¬
век стремится автономизироваться от окружающей среды и постоянно сталки¬
вается с экологическими проблемами, которые перерастают в социальные и
373
Часть IV. Карты специального назначения
политические конфликты. Они изучаются геополитикой и политической гео¬
графией “ландшафтного масштаба”, на местном уровне, в отношениях мест¬
ных жителей. На эти отношения в разной степени в разных местах накладыва¬
ется ландшафтная структура территории, проявляется в них, что можно фикси¬
ровать картографически.
10.1. Синтез геополитического
и политико-географического знания
По мере развития науки происходит расширение и уточнение основных
понятий геополитики и политической географии. Это связано с пересмотром
установившихся взглядов, а также с развитием смежных областей знаний, та¬
ких как социология, политология, история, география и др. Для эффективного
использования геополитического и политико-географического анализа при
рассмотрении проблем необходимо, с одной стороны, разделить (расслоить)
эти концептуальные базы, а с другой — распространить их знания на все уров¬
ни пространственной организации географических объектов (глобальный, ре¬
гиональный и локальный), обеспечив тем самым сквозной характер использо¬
вания этих знаний, и, наконец, предложить процедуры синтеза геополитиче¬
ской и политико-географической информации.
Эти задачи решаются методами полисистемного анализа и синтеза [Черка¬
шин, 1997, 2005], сущность которых заключается в возможности расслоения
всех видов знаний обо всех объектах на множество непересекающихся сквоз¬
ных теоретических аспектов исследования; в каждом слое каждый объект опи¬
сывается с помощью системы специальных понятий и законов (см. гл. 1). Лю¬
бой объект в каждой системной теории может иметь свой след (проекцию), ко¬
торый называется моносистемой, а множество следов (проекций) объекта в
разные предметно-теоретические плоскости соответствует объекту как поли-
системе. Расслоение объектов внутри предметной плоскости называется типи¬
зацией объектов. Расслоение знаний существующего научного направления
выполняется на множестве сквозных теорий путем сопоставления этих знаний
с понятиями и законами каждой теории. Такая идентификация определяет ту
предметную область (или области), к которой относится данное научное на¬
правление.
Существуют разные определения геополитики и политической географии.
Это связано с отсутствием единого мнения о предмете и методе их исследова¬
ния, а также с тем, что не определена точная граница между этими науками в
системе политико-географических знаний. По одному из определений, “геопо¬
литика — это наука, изучающая в единстве географические, исторические, по¬
литические и другие взаимодействующие факторы, оказывающие влияние на
стратегический потенциал государства” [Колосов, Мироненко, 2002, с. 25].
Сам термин “геополитика” означает, что она представляет собой синтез гео¬
графических и политических знаний. Частица “гео” здесь определяет про¬
странственно-географический аспект принятия политических решений, т.е
геополитика показывает зависимость государственной политики от природных
Глава 10. Ландшафтный базис социально-политических исследований
явлений, территориальных и пространственных особенностей географической
системы.
Аналогичный синтез реализуется в термине “политическая география”. Но в
отличие от геополитики, политическая география дает географическим явлениям
политическую интерпретацию. В частности, возможно определение политической
! географии как науки, “...занимающейся исследованием взаимодействия с инте-
! гральным геопространством политической сферы как одной из четырех сфер дея-
! тельности людей — экономической, социальной, политической и духовной” [Ко-
{ лосов, Мироненко, 2002, с. 242]. Объектами политической географии и геополи-
! тики являются одни и те же интегральные, многокомпонентные и “отраслевые”
j территориально-политические системы, взаимодействующие друг с другом и с
! географическим пространством в целом. При изучении геополитических аспектов
j такой системы дополнительно анализируется институциональная структура.
' Можно согласиться с мнением, что геополитика, будучи преимущественно
< политикой, концентрирует внимание на политических явлениях, в то время
. как политическая география, будучи преимущественно географией, при анали-
зе политических аспектов делает акцент на природных факторах [Тихонравов,
! 2000]. Рассматривая геополитику в рамках политической науки, возможно от-
j нести ее к той сквозной теоретической области исследования (общая социоло-
! гия, философия истории), которая занимается системой общественных отно-
! шений и их изменений в результате различного рода деятельности [Черкашин,
1997]. Политическая география в составе географии изучает комплексы разного
i рода, сложные природные и социально-экономические явления. В этом смыс-
1 ле политическая география является исторической географией современности
; [Черкашин, 1995]. Историческая география в поле теории сложных систем изу-
| чает комплексную историю ландшафта в связи с историей человека и историю
i человеческого существования в различных ландшафтах.
Прояснить подобные различия позволяет коммутативная диаграмма, увязы¬
вающая через отображения различные слои действительности (см. п. 1.1.2):
В коммутативной диаграмме стрелки соответствуют отображениям а, Р и у
объекта из одного слоя исследований X в другой У: а:Х -» У. Схема называется
коммутативной, поскольку сигнал, проходящий по различным направлениям,
является эквивалентным и вызывает одинаковые следствия: у = а • Р (у экви-
| валентна последовательной реализации операций а и Р). В этом смысле слой Z
I есть опосредующее звено (синтез) работы противоположных (оппозицион-
| ных) слоев X и У. Позиция X соответствует функции координатора отображе-
! ний.
! В каждой области знаний коммутативные диаграммы объясняются опреде-
! ленным образом. Например, X— законодательная, У— судебная, Z исполни-
! тельная власти, или X — государственный, У — региональный, Z местный
I уровни организации жизни на территории.
X
(1)
У
р
Z
Часть IV. Карты специального назначения
Территориально-политическая система сочетает территориальные образова¬
ния У и структуру отношений между людьми X (см. диаграмму 1). Преломление X
через У порождает системы деятельности Z на территории. Координирование
связи “территория — деятельность” осуществляется общественными отноше¬
ниями, частной формой которых являются политические явления, отражающие¬
ся в законодательной базе, устанавливающей правила жизнедеятельности обще¬
ства. В такой форме координации заключается смысл геополитики как “преиму¬
щественно” политической науки. Таким образом, геополитика изучает
закономерности преломления различных форм общественных отношений и их
правового выражения через географические свойства и факторы земного про¬
странства.
В политико-географическом анализе блоки взаимодействия политической
географической системы (комплекса) имеют иное (конкретно-историческое)
содержание, аналогичное (сходное, но нетождественное) блокам геополитиче¬
ской системы. Кроме того, изменяется направленность связей:
(2)
Т|—r-4z
Координирующая функция переходит к территориальной специфике взаи¬
модействия У, которая преломляется в системе общественно-политических от¬
ношений X. Преломление У через X порождает территориально-хозяйственные
комплексы Z, выражающиеся в формировании системы конкретных мероприя¬
тий по преобразованию существующей экономической и экологической ситуа¬
ции. Таким образом, политическая география изучает закономерности прелом¬
ления ландшафтной структуры через различные формы общественных отноше¬
ний, в результате чего появляются разнообразные проекты и конструкции.
Обращение стрелок в коммутативных диаграммах означает рациональную
рефлексию характера деятельности и результатов преобразований. В геополи¬
тической модели она приводит к изменению системы отношений и юридиче¬
ских законов, в политико-географическом варианте анализа фиксируется в
ландшафтной динамике.
Заявленный синтез первого и второго подходов к территориальному анали¬
зу предполагает сопоставление аналогичных блоков в диаграммах (1) и (2) по
принципам их последовательного отображения. Основной позицией является
перевод системы общественных отношений в конструктивную фазу (рис. 10.1)
Получается своеобразная модель взаимодействия общественной надстройки с
территориальным базисом.
В конструктивной фазе на региональном уровне с использованием законо¬
дательной базы формируется нормативный базис деятельности, определяющий
регламенты проведения мероприятий. Карты ландшафтной структуры с учетом
обозначенных нормативных установок переводятся в ландшафтные планы
предстоящей деятельности. Кроме того, знание о территории позволяет оце¬
нить географические факторы, синтез которых с правовыми условиями дея¬
тельности позволяет сформировать политику землепользования в регионе. По-
376
Глава 10. Ландшафтный базис социально-политических исследований
Рис. 10.1. Синтез геополитического и политико-географического подходов к анализу
территориально-политической системы.
следняя учитывается при ландшафтном планировании. При подготовке планов
и их реализации возникает ряд проблем, которые требуют внесения добавлений
и исправлений в природоохранные законы.
В схеме синтеза знаний ландшафтная информация является естественной
основой для описания территории как с геополитической, так и с полити¬
ко-географической точки зрения. С другой стороны, коммутативная диаграмма
(см. рис. 10.1) фиксирует факт интерпретации геополитических знаний в поли¬
тической географии. В итоге она синтезирует две расслоенные системы знаний
в области политико-географических исследований, что представляет расши¬
ренную схему конструирования ландшафтов (геотехнического управления) под
идею преобразования природы.
В современной науке принято рассматривать геополитические проблемы
главным образом на глобальном (мировом) уровне, т.е. в системе взаимоотно¬
шений государств и их коалиций. При этом считается, что региональными и
локальными (местными) особенностями занимается преимущественно поли¬
тическая география. Конструктивный синтез знаний двух научных направле¬
ний позволяет перенести основные понятия, принципы, модели и методы гео¬
политических исследований с глобального уровня анализа на региональный
или локальный. В частности, представитель французской школы геополитики
Ив Лакост предлагал использовать идеи глобальной геополитики при решении
конкретных региональных проблем, а Мишель Фуше говорил о геополитиче¬
ских внутригосударственных межрегиональных границах, границах между со¬
циальными и культурными группами как о не менее важных при принятии по¬
литических решений, чем государственных границах или границах еше более
высокого территориального уровня [Холмогоров, 2002].
Сквозной характер полисистемных теорий позволяет включить в общую
теорию развития общественных отношений (философию истории) последова¬
тельно (от общего к частному) политику, геополитику, региональные и локаль¬
ные аспекты геополитических исследований. В частности, это проявляется в
изучении развития системы политики землепользования, которая в прошлом
377
Часть IV. Карты специального назначении
была исторически закреплена в современном типе использования земель, в
настоящем должна фиксироваться в соответствии с существующим законода¬
тельством и в дальнейшем будет модифицироваться при трансформации обще¬
ственных отношений и отображении изменений этих отношений в правовых
актах. Этот аспект исследований спускается до уровня межличностных отно¬
шений, например при разрешении разного рода межевых споров, и касается
проблем этики отношений между людьми и людей к природе, к земле. Подобно
тому, как этика является своеобразной политикой межличностных отношений,
экологическая этика лежит в основе локальной геополитики, регулируемой за¬
конами жизни на Земле [Черкашин, 1997, 2000].
10.2. Формирование границы центральной экологической зоны
Выражением глобальной политики в области охраны окружающей среды
стало присвоение ЮНЕСКО оз. Байкал и его окружению статуса объекта все¬
мирного природного наследия. В подтверждение этого статуса в 1999 г. принят
Федеральный закон “Об охране озера Байкал”, в соответствии с которым преду¬
сматривается выделение Байкальской природной территории с особым режимом
природопользования. На этой территории выделяются три зоны: центральная
экологическая, буферная и зона атмосферного влияния. Центральная экологи¬
ческая зона включает в себя акваторию Байкала с островами, прилегающие к
озеру водоохранную зону и особо охраняемые природные территории.
Выделение центральной экологической зоны является причиной проти¬
воречий между общественными группами и превращается в геополитическую
проблему регионального уровня, когда разные слои населения и организации
под конкретные задачи предлагают свои варианты ее проведения (рис. 10.2).
Положение границы (рис. 10.3) является результатом борьбы разных полити¬
ческих сил, выражает экологические, социальные или экономические ин¬
тересы групп общества (населения, администрации районов, представителей
“зеленого” движения, руководителей и трудовых коллективов промышлен¬
ных и сельскохозяйственных предприятий, городского населения, федераль¬
ных властей, мирового сообщества и т.д.). Размещение границы зависит также
от экологической ценности территории, существующей системы приро¬
доохранных законов и общего уровня социально-экономического развития
районов. Взаимодействие всех этих сил-факторов порождает столкновение
интересов, разнообразие мнений и в целом конфликтность отношений,
напряженность которых повышается с ростом социально-экономического
потенциала и убывает (возрастает) при наличии высокого экологического и
природоохранного потенциала территории. В итоге как результат борьбы
мнений, подкрепленных разными потенциалами, возникает движение границ
функциональных зон в направлении наименьшего сопротивления (см.
рис. 10.3). Этот процесс будет происходить до тех пор, пока не будет достигнут
баланс влияющих сил.
Водоохранная зона оз. Байкал формируется с учетом особых экологиче¬
ских критериев, вступающих в противоречие с экономическими и соци&аьны-
ми условиями. Например, постановлением Правительства Российской Федера¬
378
IZ04
[Z£35
Байкало-Ленскийi
заповедник
Баргузинский
заповедник
Забайкальский
национальный
парк
Байкальский
заповедник
Рис. 10.2. Варианты проведения центральной экологической зоны.
1 — объект Мирового природного наследия (Гринпис России, 2000 г.); 2 — охраняемые зоны
побережья (Доклад о включении оз. Байкал в Список объектов Всемирного природного наследия,
1996 г.); 3 — прибрежная защитная зона (ТерКСОП, 1990 г.); 4 — граница центральной экологиче¬
ской зоны Байкальской природной территории (предложения Института географии СО РАН,
2001 г.); 5 — экологическое зонирование Байкальской природной территории.
ции в ее пределах сильно ограничено ведение хозяйственной деятельности, что
существенно снижает экономические выгоды для населения административ¬
ных территорий.
Геополитические конфликты регионального значения могут быть количе¬
ственно оценены методами статистического анализа [Латышева, Черкашин,
2003] с помощью коэффициента вариации К7 (/) расстояния от границ зоны до
берега Байкала на его разных участках /; границы проведены с учетом разнооб¬
разных точек зрения (см. рис. 10.2). Наглядное представление о “проблемных”
и “стабильных” участках центральной экологической зоны дает отклонение
Ку. от средневзвешенного значения коэффициента вариации Vmj по всему пе¬
риметру озера: Kv. (/) = V} (/) - Vmj (/) (рис. 10.4). “Проблемными” называют уча¬
стки, где существуют большие разногласия по вопросу проведения природо¬
охранных границ. В “стабильных” зонах конкуренция между социально-эконо¬
мическими и экологическими приоритетами ослаблена, поэтому связанные с
противоборством этих факторов конфликты проявлены минимально.
379
Часть IV. Карты специального назначения
Рис. 10.3. Модель фор¬
мирования гран и цы
центральной экологиче¬
ской зоны. Район дель¬
ты р. Селенга.
1 — векторы сил,
влияющих на границу; 2 —
граница центральной эко¬
логической зоны; 3 — аква¬
тория оз. Байкал; 4 — насе¬
ленные пункты.
YYYYYyYYYYT ty Y t t Y Y Y Y Y Y Y Yy Y Y'Y tV Л
-'yytY'y Y r Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y YTY Y Y YTy'y*у'V*т T T T Y
Y'y Y Y т Y т Y Y Y т Y Y Y Y т Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y
TTTT^T^^YYY^Y^t'^l'Y^Y^YYYYYYYY^YYYYyY Y YJfXT'Y
^ ’ y Y T T T т Y T т т y т Y Y Y ttYYYYY yVv
~т1т1тТт1у1тМг1т1тЗг1т1тТтх
\\УЛУЛУутЛад
Y T T T Y Y T Y Y Y* Y T s
.fiYYTT •w*Y,w*\v'w»Y,,y>
w^^'y’y’y Y Y т Y t т
■y'y'y T T
,TXY Y T Y Y Y_T T T4 >
Y*y'y у т T t 7 T.T
Y t V ^ Y 1 .
Y y v* x V y y t
Jwly'wV Y Y Y Л
Y Y T Tv TY Y
■aY^YwYLY.*Y
£тIyJy'y^
Дy'y*y y y y y y ^
^ у Y Y Y T Y* i v
■yYyJt^yYwY^ Y^YJ^L/Y^JtLY
Д Y у Y Y Y Y Yr ^ y Y^
•л*»w y Y т Y y Y у ’#
^Y^w*Y Y Y ▼ y т ^
yTyiw'w Y T T т i
Y Y Y Y Y Y T 1
у ТуТуТуТуТу т 4 N
Xt'y'y’y,
Xy^IyIy^
w* w*ш у 4<(
/Tw»wTYTwh
Y(Y Y ▼ ^
«•ТуТш'шЧ
JyYyYyY^f y'T
«’^Y^Y^'f^Y1Y1
,yIyL
л$о
-0,6 H
Рис. 10.4. Конфликтные ситуации: отклонение коэффициента вариации KVj расположе-
ния границ центральной экологической зоны от среднего значения для разных участков
/ прибрежной территории оз. Байкал.
Отсчет (/ = 0) ведется от северной оконечности оз. Байкал против часовой стрелки.
380
Гпава /0. Ландшафтный базис социально-политических исследований
К наиболее “проблемным” участкам центральной экологической зоны
(Kv. > 0,4) относятся район дельты Селенги, территории к северо-востоку от
Байкало-Ленского заповедника и вблизи пос. Турка. Наименьшие разногласия
(отрицательные значения Ку) связаны с границами особо охраняемых терри¬
торий (Байкало-Ленский, Байкальский и Баргузинский заповедники и При¬
байкальский и Забайкальский национальные парки), которые проводятся в со¬
ответствии с природоохранным законодательством. Как особо охраняемые тер¬
ритории, эти области не обладают экономическим потенциалом, и компромисс
между экономической и природоохранной деятельностью в пределах данных
территориальных систем юридически обусловлен. “Проблемные” территории,
например район дельты р. Селенги важны с экологической точки зрения и об¬
ладают значительным социальным и экономическим потенциалом. Здесь рас¬
положены населенные пункты, промышленные предприятия и сельскохозяйст¬
венные земли. Размещение их внутри центральной экологической зоны, выде¬
ленной для оз. Байкал по природоохранным критериям, противоречит статусу
самой зоны. Экономические преимущества и социальные факторы оказывают¬
ся часто сильнее экологических, и, таким образом, граница центральной эко¬
логической зоны придвигается к береговой линии, что вызывает локальные
геополитические конфликты между различными группами населения Байкаль¬
ского региона. С другой стороны, геополитический учет международных обяза¬
тельств России все больше отодвигает границу от береговой линии до ее поло¬
жения в соответствии со статусом оз. Байкал и его окружения как объекта
Мирового природного наследия. В настоящее время (2005 г.) эта ландшафт¬
но-обусловленная позиция возобладала, что определяет появление новых во¬
просов со стороны местного населения и конфликтов в правовой сфере.
10.3. Карты политики землепользования
Одной из форм реализации политических отношений на ландшафтном
уровне являются карты политики землепользования, отражающие современ¬
ные правовые и перспективные отношения людей к земле.
Цель реализации политики землепользования через определение функцио¬
нальной роли земель — сохранить или улучшить экологическую ценность зем¬
ли, сохранить биологическое разнообразие и удовлетворить экономические и
культурные потребности людей. Отношения к земле фиксируются в юридиче¬
ских законах и отображаются в картах правового зонирования, указывающих
на современные ограничения землепользования, важные для перспективного
планирования.
Проведение границ реализации нормативного акта зависит от содержания
норматива и свойств природной основы территории, которая обычно задается в
виде ландшафтных карт, где каждому местоположению соответствует свой
комплекс условий среды — природный режим, т.е. совокупность природных
процессов и соизмеримых с ними хозяйственных мероприятий.
Методика создания карт политики землепользования разрабатывалась на
примере территории Слюдянского района Иркутской области (Прибайкалье),
Для которого был реализован ГИС-проект [Геоинформационная..., 2002] и
381
Часть IV. Карты специального назначения
предложен алгоритм геоинформационного картографирования правового зо¬
нирования.
От отношений людей к земле напрямую зависит экологическая ситуация в
регионе. При определении на основе этих отношений характера и интенсивно¬
сти использования земельных участков должны быть учтены естественные воз¬
можности территории. Природоохранная законодательная база преломляется
через природный ландшафт, порождая карты политики землепользования с вы-
делами, соответствующими разным категориям защитности и использования.
Каждая такая категория имеет три варианта проявления [Китов и др., 1998J:
1) констатирующий — соответствует принятой законодательной базе (основной,
безальтернативный); 2) развивающий — метрический принцип развивается до
типологического; 3) дополнительный — предлагается в качестве предваритель¬
ного решения и отражает то, чего нет в существующей нормативной базе.
К числу природных явлений, которые необходимо учесть в политике зем¬
лепользования, отнесены следующие: 1) проявление биологического разнообразия
как совокупности всех форм биологической жизни на территории и потенциа¬
ла сохранения ландшафтов; желательно сберечь все формы местной жизни, но,
поскольку это невозможно повсеместно, важно сохранить наиболее характер¬
ные и уникальные виды и экосистемы в особых местоположениях, отличаю¬
щихся повышенным биоразнообразием; 2) динамические процессы по побережь¬
ям, прибрежным зонам водоемов и по руслам рек; это критические (высоко¬
чувствительные) зоны окружающей среды (экотоны), где обитают различные
виды животных и растений, осуществляется хозяйственная деятельность;
3) стокоформирующая и стокорегулирующая функция гольцового и предгольцо-
вого пояса гор как необходимое условие поддержания чистоты и сохранения
водного режима оз. Байкал; 4) стокотрансформирующая функция открытых
пространств переувлажненных и заболоченных местностей, обеспечивающих
защиту от наводнений, сохранение мест обитания животных и естественную
очистку вод; 5) опасные эрозионные процессы на крутых склонах, при использо¬
вании которых должны вводиться строгие ограничения; 6) существование живо¬
писных территорий, привлекательных для экскурсантов и важных для развития
туристического бизнеса; 7) проявление материальных следов древних культур и
исторических событий в границах исторически, культурно и этнографически
значимых территорий; 8) существующая система землепользования, определен¬
ная как традиционным укладом жизни местного населения, так исторически
сложившимися условиями хозяйствования; 9) жизненно важные потребности
людей, без учета которых большинство локальных геополитических воззрений и
мероприятий теряет смысл.
Информация о наличии или отсутствии на территории перечисленных
процессов и явлений формирует разные отношения людей к земле, что влечет
за собой возникновение разных видов хозяйственной деятельности, и это фик¬
сируется картографически в виде ареалов политики землепользования и право¬
вого зонирования.
Правовое зонирование территории — это базовый юридический инстрУ'
мент регулирования отношений по поводу использования и строительного обу¬
стройства земельных участков и иных объектов недвижимости в условиях рын¬
382
Iлава К). Ландшафтный баше социально-политических исследований
ка на основе современной законодательной базы. В основе правового зониро¬
вания лежит разделение территории на определенное число зон, для которых
устанавливаются специальные регламенты: I) виды разрешенного использова¬
ния объектов природопользования; 2) предельные нагрузки на территорию;
3) восстановительный потенциал территории.
Решение проблем территории посредством правового зонирования имеет
свои особенности [Трутнев, 2000]: I) только посредством действий, масштабы и
характер которых предопределены зонированием, подготавливаются необходи¬
мые юридические условия и экономические мотивации; 2) предопределяются
решения проблем в конкретном направлении путем запрещения одних дейст¬
вий и разрешения, инициирования других; 3) блокируются заведомо нежела¬
тельные направления развития территории и негативные последствия, которые
они могут вызвать; 4) решаются проблемы территории посредством привлече¬
ния усилий и финансовых средств частных лиц.
В этом смысле правовое зонирование — важный инструмент информаци¬
онного (правового) обеспечения принятия решений в механизмах территори¬
ального управления.
Поскольку правовое зонирование — выражение современной системы от¬
ношения к земле на государственном, региональном и местном уровнях, закре¬
пленное в законах и постановлениях, то оно является отражением на местности
политики землепользования в текущем ее понимании обществом. Знание
свойств ландшафтного объекта, зафиксированных в ГИС, позволяет отнести
его к той или иной категории правового зонирования. Для этого, исходя из рег¬
ламентов законодательной базы, формулируются конкретные правила и алго¬
ритмы автоматического отнесения объектов, представленных в ГИС, к кон¬
кретной природоохранной категории.
При создании карты правового зонирования [Мясникова, Черкашин, 2002]
реализуется путь ар из диаграммы (1), где X соответствует отдельным природо¬
охранным законам, У — ландшафтным свойствам участка территории, Z — реко¬
мендуемой природоохранной категории этого участка. Отображение а :Х -+Y
обозначает проблематизацию ситуации, когда возникает необходимость в опреде¬
лении регламентов использования данного участка территории (ограничения, обре¬
менения и др.), т.е. возникает система отношений, требующая апробировать систе¬
му законов на конкретном объекте использования (постановка задачи правовой
экспертизы). Отображение р: У -> Z позволяет на основе знаний об участке терри¬
тории определить его правовой статус.
Последовательность операций а р дает возможность по нормативно-право¬
вым документам сформулировать позиции, на основании которых, по данным
ГИС, выделяются тематические слои правового зонирования территории. Это
осуществляется с использованием базы данных ГИС программными средства¬
ми ARCVEW-GIS [Геоинформационная..., 2002]. Карта политики землепользо¬
вания, отражающая современную систему экологического права, становится
картой правового зонирования. Карты правового зонирования — это визуали¬
зация нормативно-правовой основы для конкретной территории. Юридиче¬
ские законы, преломляясь на местности, действуют в соответствии с тем, на¬
сколько существенно и значимо их применение для конкретного объекта.
383
Часть IV. Карты специального назначения
На рис. 10.5 представлен фрагмент карты правового зонирования Слюдян-
ского района (окрестности г. Байкальска). В районе большое значение имеют
земли особо охраняемых территорий (ООПТ), к которым относятся земельные
участки, имеющие особое природоохранное, научное, оздоровительное, рек¬
реационное, историко-культурное и иное ценное значение. На землях ООПТ
законодательством устанавливается особый порядок природопользования и хо¬
зяйствования: запрещается или ограничивается деятельность, которая может
вызывать снижение или уничтожение экологической, лечебно-оздоровитель¬
ной, рекреационной, историко-культурной ценности взятых под особую охра¬
ну земель.
5000
10 000
|
15 000
20 000 м
I
9 У//Л ю ШШ и ЕНЗ12 13
Рис. 10.5. Фрагмент карты правового зонирования Слюдянского района.
Защитные зоны: 1 — водозащитные полосы (ВЗП) рек протяженностью меньше 5 км, 2 — ВЗП
рек протяженностью больше 5 км, 3 — ВЗП оз. Байкал, 4 — ВЗП болот, 5 — защитные полосы (ЗП)
водоразделов, 6 — ВЗП истоков. Защитные зоны особых природных структур: 7 — ЗП леса на грани¬
це с нелесными землями, 8 — ЗП леса вдоль водораздельных гребней, 9 — ЗП вокруг критических
зон, 10 — ЗП леса вокруг камней и скальных обнажений, 11 — склоны северной экспозиции. Охра¬
няемые территории: 12 — склоны крутизной более 20°, 13 — водосборная гол ьцово-под гольцовая
территория.
384
Глава 10. Ландшафтный базис социально-политических исследований
Основными правовыми актами, устанавливающими порядок отнесения,
использования и охраны земель особо охраняемых территорий, являются зако¬
ны, указы президента и постановления Правительства Российской Федерации
об охране историко-культурного наследия.
Лесные земли в Слюдянском районе составляют основную долю всей терри¬
тории района. Они относятся к лесам первой группы и не могут быть использо¬
ваны для рубок главного пользования, но допускаются санитарные рубки. Ра¬
зумное использование, сохранение и восстановление этих лесов становится
важной задачей.
Землепользование в Слюдянском районе отличается низкой долей сельско¬
хозяйственных земель. Такое соотношение в структуре землепользования объяс¬
няется отсутствием значительных массивов земель, пригодных для организа¬
ции крупного общественного сельскохозяйственного производства. Под агро¬
ландшафты (пашня, кормовые угодья, сады, огороды) используется территория
межгорных котловин на северо-западе (Тибильтинский и Быстринский участ¬
ки) и в отдельных частях прибрежной зоны Байкала (участки земель вокруг
г. Слюдянка, по Кругобайкальской железной дороге и вдоль Восточно-Сибир-
ской железнодорожной магистрали).
Другой важной категорией в хозяйстве Слюдянского района являются про¬
мышленные земли, которые хотя и составляют незначительные площади, но рас¬
положенные на них предприятия имеют большое экономическое значение как
градо- и районообразующие.
Большое значение для развития рекреационной и промышленной дея¬
тельности имеют города. В Слюдянском районе урбанизированные земли со¬
ставляют незначительную часть его территории, но именно на этих землях со¬
средоточено его население. Основные населенные пункты образованы вблизи
жеяезной дороги, рек или оз. Байкал. Это объясняется естественным влияни¬
ем на образование городов и других поселений транспортного и водного фак¬
торов.
Существенное место в правовом зонировании отводится элементам эколо¬
гического каркаса. На карте политики землепользования автоматически выде¬
ляются защитные зоны. Каждая из данных категорий отражает конкретную
природную ситуацию и имеет свои особенности и ограничения использования.
Например, на крутых склонах запрещены проведение лесозаготовок и строи¬
тельство. Ландшафтные поляны — открытые пространства в лесу — характери¬
зуются высоким биоразнообразием, оживляют пейзаж, становятся объектами
туризма, используются для сенокошения, но не могут распахиваться, застраи¬
ваться.
На рис. 10.5 хорошо видно, что разные категории политики землепользова¬
ния в Слюдянском районе наслаиваются друг на друга, создавая сложную, за¬
путанную картину правовых ограничений. Безусловно, каждый тематический
слой в ГИС можно представить отдельно, расслоив получившуюся мозаику,
возникшую вследствие особой природоохранной ценности исследуемой терри¬
тории, когда один и тот же объект является предметом действия многих право-
| вых ограничений. В такой ситуации трудно найти “живое место”, участок для
разрешенной хозяйственной деятельности и строительства. Однако такие окна
385
Ьказ 560
Часть IV. Карты специального назначения
встречаются (см. рис. 5.10, белые пятна) и выделить их гораздо проще, если од¬
новременно визуализировать в виде карты правового зонирования действие
всех нормативно-правовых актов.
Площадей для свободного хозяйственного освоения в Слюдянском районе
мало: сказывается сильная расчлененность рельефа, густая речная сеть, нали¬
чие большого числа ООПТ. Этот факт положителен в смысле сохранения при¬
родного разнообразия, но ограничивает возможности хозяйственного развития
района, прижимая производственные объекты и населенные пункты к берего¬
вой линии, от которой их отдаляет водоохранная зона Байкала в составе цент¬
ральной экологической зоны.
10.4. Ландшафтные карты в региональной политике
В рамках ландшафтного планирования района дельты р. Селенги [Эколо¬
гически..., 2002а] выделялась граница водоохранной зоны с учетом ландшафт¬
ной структуры и социально-экономических условий размещения населения и
производства. Нормативно-правовое обустройство этой территории требует
разработки методов и алгоритмов научно-обоснованного и географически точ¬
ного представления информации в виде серии карт специального содержания.
Это обеспечивается проведением ландшафтного планирования с использова¬
нием космической информации и новых геоинформационных технологий (см.
п. 9.2-3).
Выделение водоох¬
ранной зоны (рис. 10.6)
осуществлялось автома¬
тизированно с помощью
созданной ГИС по крите¬
риям проявления стоко¬
формирующих, стокоре¬
гулирующих и стокотранс¬
формирующих функций
ландшафтов. Поскольку
стокоформирующие функ¬
ции относятся практиче¬
ски ко всей территории
бассейна озера, а транс¬
Рис. 10.6. Варианты прове¬
дения водоохранной зоны
на территории дельты Се¬
ленги.
1 — населенные пункты;
2 — р. Селенга; 3 — речная
сеть; 4 — дорожная сеть; 5 —
водоохранная зона (вариант 1);
6 — водоохранная зона (вари¬
ант 2).
386
Глава 10. Ландшафтный базис социально-политических исследований
формирующие — преимущественно связаны только с дельтовой зоной, в каче¬
стве основного критерия выделения водоохранной зоны принято выполнение
геосистемами стокорегулирующей функции (первый вариант проведения гра¬
ницы). В результате общественного обсуждения этой границы под давлением
социально-экономических сил (см. рис. 10.3) разработчики первоначально
были вынуждены уменьшить водоохранную зону, отнеся к ней только особо
значимые геосистемы (аквальные и гидроморфные фации) по критериям их
влияния на сток (вариант 2). Это заставляло исключить из центральной эколо¬
гической зоны ценные земли для сельскохозяйственного использования, сели¬
тебные и промышленные участки. С текущим изменением общественно-исто¬
рической ситуации зона расширяется с включением субгидроморфных фаций
(вариант 1) и далее за счет бассейнов малых рек до ближайших водораздельных
хребтов, т.е. включая все местное стокоформирующее пространство. Эффек¬
тивным и нацеленным на перспективу было бы многофакторное и многоуров¬
невое зонирование территории с созданием системы вложенных зон с разными
видами разрешенной хозяйственной деятельности (возрастание безопасности
производства для экосистемы оз. Байкал по мере приближения к береговой
линии).
Перевод решения прикладных задач на картографический язык позволяет
лучше понять и проиллюстрировать коммутативные схемы, представленные
формулой (2) и на рис. 10.1. Ландшафтное планирование реализуется в рамках
политико-географического подхода, при котором ландшафтная карта прелом¬
ляется через карту правового зонирования с формированием карты распределе¬
ния мероприятий по улучшению землепользования и хозяйственной деятель¬
ности по территории. Возникающие при этом противоречия, фиксируемые в
сознании людей, могут рассматриваться как основания для совершенствования
правовой базы охраны природы.
Таким образом, геополитика и политическая география относятся к раз¬
ным сквозным теоретическим областям исследования — общей социологии и
комплексной географии соответственно. В обоих случаях проблемы решаются
на разных иерархических уровнях (глобальном, региональном, локальном), по¬
этому масштаб проблем не является ограничителем применения, например
геополитических идей на местном уровне. Синтез геополитического знания в
политико-географическое знание реализуется как перевод системы обществен¬
ных отношений в конструктивную фазу хозяйственной деятельности, порож¬
дающей территориальные изменения. Моделями синтеза становятся коммута¬
тивные диаграммы, переносящие информацию о воздействиях в различных на¬
правлениях без искажения. Различия в структуре и содержании коммутативных
диаграмм отражают различия геополитического и политико-географических
подходов: в первом случае политические взгляды преломляются через свойства
территории, во втором — территория через общественные отношения. Все эти
особенности научно фиксируются и картографируются.
Перевод геополитических исследований на локально-региональный уро¬
вень позволяет шире использовать количественные методы анализа, геоинфор-
мационные технологии, привлекать космическую и статистическую информа¬
387
Часть IV. Карты специального назначения
цию. Это позволяет также применять геополитические знания в прикладных
исследованиях, в частности, при ландшафтном планировании, функциональ¬
ном зонировании, создании карт политики землепользования разного содер¬
жания (фиксирующие, оценивающие и прогнозные). Создание водоохранной и
центральной экологической зоны оз. Байкал является наглядным примером
использования геополитических и политико-географических знаний на ло¬
кальном и региональном уровнях. Границы зон отражают существующую сис¬
тему общественных отношений, фиксированных в законодательных актах, рас¬
пределение социально-экономических сил.
Это позволяет перейти к формированию стратегии использования терри¬
тории, в частности, к выделению мест, пригодных с правовых позиций для
размещения производства, населенных пунктов, рекреационных зон, особо
охраняемых территорий и т.п. В конкретной ситуации из всевозможных видов
хозяйственной деятельности выбирается тот, который наиболее удовлетворя¬
ет критериям и существующим экологическим правовым ограничениям, а
также учитывает мнение общественности. В итоге решается задача оптимиза¬
ции структуры территориального развития административного района, позво¬
ляющего перейти к принятию конкретных решений и их реализации. Таким
образом, локальная геополитическая проблема превращается в политико-гео¬
графическую конструкцию, отражающую современную историю природо¬
пользования на территории и перспективы развития хозяйственной деятель¬
ности в рамках правовых и естественных ограничений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ландшафтно-интерпретационное картографирование — перспективное
направление исследований географической науки, ориентированное на созда¬
ние и использование ландшафтно-типологических карт территории для подго¬
товки производных тематических карт разного содержания и планирования хо¬
зяйственной деятельности. В современных условиях эта работа требует созда¬
ния и реализации новых технологий при обработке оперативных данных для
повышения точности и достоверности картографирования. К их числу относят¬
ся географическая, космическая, компьютерная, математическая, геоинформа¬
ционная и социальная технологии, составляющие технологический базис совре¬
менной географической науки. Их основная задача — преобразование косми¬
ческих геоизображений, создание базы данных геоинформационных систем,
определение инвариантов картографических преобразований — ландшафтных
карт и их практическое использование.
Технологическое решение такой задачи во всех ее измерениях требует раз¬
работки адекватных средств на базе существующих знаний географической
науки при условии их переосмысления на основе системных принципов и ма¬
тематических моделей нового типа.
Эта монография обобщает результаты многолетней работы коллектива ав¬
торов по развитию методов создания и использования ландшафтных карт для
решения научных и прикладных задач. Концептуальная основа книги форми¬
руется на основе трудов академика В.Б. Сочавы и его учеников. Предлагается
новая теоретическая и математическая модель учения о геосистемах, обобщае¬
мая на принципах векторно-комбинаторной логики и многоуровневых фрак¬
тальных схем и уравнений. Развивается факторная классификация геосистем,
создаются математические технологии обработки снимков для целей крупно¬
масштабного ландшафтного картографирования. Предлагаются и реализуются
геосистемные и геоинформационные технологии создания ландшафтных карт.
Ландшафтная карта рассматривается как инвариантная сетчатая структура
реализации ГИС-проектов и тематического картографирования. На ее основе
решаются следующие задачи геосистемного анализа: оценка устойчивости и
изменчивости геосистем, картографирования биотической структуры и дина¬
мики, ландшафтного разнообразия и уникальности местоположений, ланд¬
шафтного планирования, политики землепользования и др.
Формируется представление о ландшафтной ГИС-геоинформационной
системе, развиваемой на основе ландшафтной карты территории. Сеть границ
ландшафтных контуров и геосистемное содержание каждого контура становят¬
ся инвариантной пространственной структурой ГИС и базы данных ГИС.
Классификация геосистем определяет схему легенды ландшафтной карты, ста-
389
Заключение
новится моделью базы данных и базы знаний ГИС, на основе которых создают¬
ся карты специального тематического содержания.
Использование методов ландшафтно-интерпретационного картографиро¬
вания иллюстрируется многочисленными примерами из опыта географических
исследований в различных районах Сибири. В книге предложены следующие
решения.
1. Систематизированы геосистемные знания на новой полигеосистемной
основе — это многомерные иерархические пространства фрактальной вектор¬
но-комбинаторной логики, заполнение которых фациями и геосистемами-
геомерами более высокого порядка приводит к созданию их факторной класси¬
фикации. Постулируется многоаспектный взгляд на географические объекты.
Выделяются три конструктивных направления исследований: геосистемное-
динамическое, геоинформационное-комплексное, функциональное-фактор-
ное. С ними связаны три постулата естественной классификации: иерархиче¬
ской упорядоченности, направленной эволюции и факторной изменчивости.
2. Предложены новые способы работы с географическими данными, в ча¬
стности с цифровой космической информацией и ГИС-данными. Обработка
дистанционных геоизображений проводится с использованием математиче¬
ских технологий и специальных программных средств, что повышает качество
ландшафтного картографирования. Вместе с тем важно еще раз обратить вни¬
мание на то, что ландшафтную карту невозможно создать без участия экспер¬
тов и натурных исследований. Такая карта есть синтез знаний из различных ис¬
точников, достоверность и связность которых должна контролироваться в ком¬
плексе данных. Такая карта уже выступает как матрица или ключ получения
новых знаний для эффективной деятельности.
3. Предложенные принципы реализуются при создании и использовании
различных ландшафтных карт с применением и без применения ГИС-техноло¬
гий. Здесь важно сконструировать точный интерпретационный алгоритм пре¬
образования географической информации, который реализуется на персональ¬
ном компьютере. На это необходимо обратить внимание, когда речь идет об
интерпретации ландшафтных знаний (картографических легенд) в специаль¬
ные знания.
4. Ландшафтная карта рассматривается как модель информационного поля
деятельности человека и источник информации для прогнозно-аналитических
математических моделей изучаемых процессов. Это поле неоднородное, строго
дифференцированное, оно детерминирует все явления (в разной степени). Эта
неоднородность учитывается при прогнозировании и планировании на ланд¬
шафтной основе.
Необходимо обратить внимание на то, что ландшафтный анализ, ланд¬
шафтное мышление постепенно становятся элементом научной культуры,
которая распространяется в обществе. Переход от субъективного взгляда на
ландшафт к точным методам его изучения и оценки — современная тенденция
развития географического знания. Этим определяются его практическая вос¬
требованность и экономическая полезность. Современные компьютерные и
космические технологии создают предпосылку для реализации этой задачи.
390
Заключение
Необходимо системное географическое знание, которое позволит наполнить
эти технологии достойным содержанием.
Ландшафтный подход получает все большее распространение в различных
областях науки, поскольку дает возможность подчеркнуть сложный, комплекс¬
ный, пространственно-распределенный характер объектов исследования, их
индивидуальность и своеобразие. Ландшафтный метод основывается на разных
теоретических концепциях, одним из которых является учение о геосистемах
как раздел общей теории динамических систем.
Результаты исследований указывают на огромный потенциал геосистемно¬
го подхода и геосистемного анализа в решении этих актуальных проблем. Рас¬
крыть этот потенциал удается лишь частично на основе новых концептуальных
и математических моделей географического познания. Другие многочисленные
системные интерпретации географического объекта также обладают возможно¬
стью решения поставленных задач и с разных сторон ведут к пониманию и вы¬
делению инвариантной сущности ландшафтной структуры в территориальном
управлении.
В итоге ландшафтно-интерпретационное картографирование, представляя
пример геоинформационного анализа и синтеза географических знаний, ста¬
вит новые задачи индукции знаний о процессах и явлениях в конкретных тер¬
риториальных ситуациях, опираясь на логику подобия, аналогии в строении и
развитии природно-территориальных комплексов. Обоснования средств и ме¬
тодов доказательства истины в географии — перспективное направление, про¬
истекающее из самой сути этой науки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Абушенко Н.А., Татарников А.В., Тащилин С.А. и др. Создание итерированной много¬
уровневой ГИС мониторинга лесных пожаров и прогнозирования динамики лесных ресур¬
сов // Тезисы докладов Сибирской региональной ГИС-конференции. — М.: ГИС-Ассоциа-
ция, 2002. - С. 35-38.
Автоматизированная обработка изображений природных комплексов Сибири /
А.С. Алексеев, В.П. Пяткин, В.Н. Дементьев и др. — Новосибирск: Наука, 1988. — 224 с.
Агафонов Б.П. Интенсивность роста современного Байкала // Изв. АН. Сер. геогр —
1996. - № 6. - С. 55-66.
Аковецкий В.И. Дешифрирование снимков. — М.: Недра, 1983. — 374 с.
Актуальные проблемы землепользования и землеустройства // Земледелие. — № 3. —
1990. - С. 16-31.
Александрова В.Д. Классификация растительности. — Л., 1964. — 274 с.
Алексахин P.M., Гинзбург Л.Р., Медник И.Г., Прохоров В.М. Модель круговорота ^Sr в
лесном биогеоценозе // Экология. — 1976. — № 3. — С. 5-14.
Альтер С.П. Ландшафтный метод дешифрирования аэрофотоснимков: общие положе¬
ния и принципы. — М.: Наука, 1966. — 88 с.
Анализ космических снимков при тектономагматических и металлогенических исследо¬
ваниях. — М.: Наука, 1979. — 164 с.
Андреев Г.Г., Чабан Л.Н. Методика автоматизированной обработки многозональной
космической информации при отсутствии или недостатке наземных данных// Исследование
Земли из космоса. — 1999. — № 2. — С. 40-51.
Андронников В.Л. Аэрокосмические методы изучения почв. — М.: Колос, 1979. — 280 с.
Андронников ВЛ., Афанасьева Т.В., Симакова М.С. Дешифрирование по аэро- и косми¬
ческим снимкам почвенного покрова основных природных зон страны для картографирова¬
ния // Аэрокосмические методы в почвоведении и их использование в сельском хозяйстве. —
М.: Наука, 1990. - С. 22-33.
Антипов А.Н. Ландшафтно-гидрологическая организация территории в условиях Сиби¬
ри: Автореф. дис. ... д-ра геогр. наук. — М., 2003. — 54 с.
Антипов А.Н., Федоров В.Н. Ландшафтно-гидрологическая организация территории. —
Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. — 254 с.
Антощенко-Оленев И.В. Деструктивный рельеф как источник информации о геологиче¬
ском пространстве. — М.: Недра, 1989.
Антощенко-Оленев И.В. Возможности и ограничения геологического дешифрирова¬
ния // Отечественная геология. — 1997. — № 11.
Апарин Б.Ф., Антонова Н.С. Использование материалов по структуре почвенного покро¬
ва хозяйства для типизации земель // Структура почвенного покрова и организация террито¬
рии. — М.: Изд-во Наука, 1983. — С. 38-47.
Арманд А.Д. Природные комплексы как саморегулируемые информационные системы //
Изв. АН СССР. Сер. геогр. - 1966. - № 2.
Арманд А.Д. Модели и информация в физической географии. — М.: Наука, 1971.
Арманд А.Д. Метод информационных градиентов в географическом районировании //
Изв. АН СССР. Сер. геогр. - 1973. - № 3. - С. 104-114.
392
Библиографический список
Арманд А.Д. Информационные модели природных комплексов. — М.: Наука 1975 —
124 с.
Арманд А.Д. Иерархия информационных структур мира // Вестн. РАН. — 2001 — Т 71
№ 9. - С. 797-805.
Аэрокосмический мониторинг лесов / А.С. Исаев, В.И. Сухих, Е.Н. Калашников и лр -
М.: Наука, 1991. - 240 с.
Байкал. Атлас. — М.: Роскартография, 1993. — 160 с.
Баланчук Т.Т., Конусова Г.И., Воротынцес А.Г. Об унификации алгоритмов отслежива¬
ния изолиний по цифровым моделям рельефа // Цифровое картографирование, городской
кадастр и ГИС: Научно-технический сборник. — М.: ЦНИИГАиК, 1996. — С. 9-16.
Баженова О.И., Гумбина И.А., Калеп J1.J1., Коновалова Т.И. и др. Картографическое
обеспечение земельного кадастра // Экологическое картографирование Сибири. — Новоси¬
бирск: Наука, 1996. - С. 197-232.
Баранцев Р.Г. Синергетика в современном естествознании. — М.: Изд-во УРСС, 2003.
Барталев С.А., Ершов Д.В., Исаев А.С. Оценка дефолиации лесов по многоспектральным
спутниковым изображениям методом декомпозиции спектральных смесей // Исслед. Земли
из космоса. — 1999. — № 4. — С. 76-86.
Безрукова Е.В. Палеогеография Прибайкалья в позднеледниковье и голоцене. — Ново¬
сибирск: Наука, 1999. — 128 с.
Белов А.В. Охрана растительности и вопросы долгосрочного прогнозирования освоения
растительных ресурсов Средней и Южной Сибири //Докл. Ин-та географии Сибири и Даль¬
него Востока. — 1975. — № 48. — С. 56-63.
Белов А.В. Некоторые вопросы и перспективы геоботанического картографирования и
прогнозирования в Сибири // Геоботаническое картографирование: 1983. — Л.: Наука. Ле-
нинф. отд-ние, 1983. — С. 18-24.
Белов А.В. Картографическое обеспечение геоботанического прогнозирования // Тема¬
тическое картографирование: теория, методы и практика. — Новосибирск: Наука, 1985. —
С. 48-57.
Белов А.В., Лямкин В.Ф., Соколова Л.П. Картографическое изучение биоты. — Иркутск:
Облмашинформ, 2002. — 160 с.
Белов А.В., Ряшин В.А., Михеев B.C. О перспективах обзорного ландшафтного картогра¬
фирования юга Восточной Сибири // Материалы III научного совещания географов Сибири
и Дальнего Востока. — Иркутск: Ин-т географии Сибири и Д. Востока СО АН СССР, 1966. —
Вып. 5. — С. 5-7.
Беляева И.П., Рачкулик В.И., Ситникова М.Б. Связь коэффициентов яркости системы
почва — растительность с количеством растительной массы // Метеорология и гидрология. —
1965. - № 8. - С. 7-12.
Берг Л.С. Фации, географические аспекты и географические зоны // Изв. Всесоюз.
геоф. об-ва. — 1945. — Т. 77, вып. 3.
Берлянт А.М. Карты взаимосвязи явлений и их применение в геофафических исследо¬
ваниях // Вестн. МГУ. Сер. V. Геофафия. — 1972. — № 1. — С. 21-29.
Берлянт А.М. Геоиконика. — М.: Астрия, 1996. — 208 с.
Берлянт А.М. Геофафические информационные системы в науках о Земле // Соросов-
ский общеобразоват. журн. — 1999. — № 5. — С. 66-73.
Берлянт А.М. Картофафия. — М.: Аспект Пресс, 2001. 336 с.
Берлянт А.М. Тезисы к формированию единой теории геоизображений //
http://www.geocentre.ru/ cartography21century/texts/g010101.html. 2001.
Бессолицына Е.П. Распределение населения беспозвоночных в ландшафте // Динамика
геосистем и освоение приангарской тайги. Новосибирск. Наука, 1985. С. 214-239.
Бессолицына Е.П. Ландшафтно-экологический анализ структуры зооценозов почв юга
Сибири. — Иркутск, 2001. — 166 с.
393
Библиографический список
Бессолицына Е.П., Какарека С.В., Крауклис А.А., Кремер Л.К. Геосистемы контакта тай¬
ги и степи: юг Центральной Сибири. — Новосибирск: Наука, 1991. — 216 с.
Биосфера: Методы и результаты дистанционного зондирования — М • Наука 1990 —
224 с. ’
Благовидов H.J1. Качественная оценка земель. — М.: Изд-во Мин-ва сельск хоз-ва
РСФСР, I960. - 80 с.
Богоявленский Б.А. Картографирование ландшафтов дельты реки Селенги // Исследова¬
ния по проблемам геодезии и маркшейдерского дела. — Иркутск, 1972. — С. 149-161.
Боровиков А.М. Достоверность дешифрирования и интерпретации космоснимков по
прямым и косвенным признакам // Космические исследования природных комплексов Си¬
бири и Дальнего Востока. — Новосибирск: Наука, 1983. — С. 83-100.
Брюханов А.В., Господинов Г.В., Книжников Ю.Ф. Аэрокосмические методы в географи¬
ческих исследованиях. — М.: Изд-во МГУ, 1982. — 232 с.
Бурятия: концептуальные основы стратегии устойчивого развития. — М.: Изд. дом
“Круглый год”, 2000. — 512 с.
Васильев С.В., Седых В.Н. Классификация признаков при лесном дешифрировании аэ¬
роснимков // Дистанционные исследования ландшафтов. — Новосибирск: Наука, 1986. —
С. 17-25.
Видина А.А. Методические указания по крупномасштабным ландшафтным исследовани¬
ям. - М.: Изд-во МГУ, 1962. - 120 с.
Видина А.А., Цесельчук Ю.Н. Ландшафтные исследования для целей сельского хозяйст¬
ва и возможности использования ландшафтных карт// Материалы к V Всесоюзному совеща¬
нию по вопросам ландшафтоведения: Тез. докл. — М., 1961. — С. 160-169.
Виленский Д.Г. Система почв // Вестн. Моск. ун-та. — 1945. — № 1.
Вильямс В.Р. Проблема подъема урожайности // Собр. соч. — М.: Гос. издат. с.-х.
лит-ры, 1951. - Т. 7. - С. 25-33.
Виноградов Б.В. Растительные индикаторы и их использование при изучении природ¬
ных процессов. — М., 1964. — 327 с.
Виноградов Б.В. Космические методы изучения природной среды. — М.: Мысль,
1976а. - 286 с.
Виноградов Б.В. Формы опустынивания по данным аэро- и космических съемок // Про¬
блемы освоения пустынь. — 19766. — № 3-4. — С. 35-44.
Виноградов Б.В. Разработка теоретических и методических основ космического землеве¬
дения // География и природные ресурсы. — 1981. — № 4. — С. 18-28.
Виноградов Б.В. Биоиндикация в рамках геоэкологии // Биоиндикация в городах и при¬
городных зонах. — М.: Наука, 1993а. — 118 с.
Виноградов Б.В. Дистанционные индикаторы опустынивания и деградации почв// Поч¬
воведение. — 19936. — № 2. — С. 98-103.
Виноградов Б.В. Концепция ландшафтной экологии // Вестн. МГУ. Сер. 5. Геогра¬
фия. - 1994. - № 6. - С. 8-16.
Виноградов Б.В. Космические исследования биоты // Вестн. МГУ. Сер. 5. География. —
1996. - № 6. - С. 36-44.
Виноградов Б.В. Развитие концепции опустынивания // Изв. АН. Сер. геогр. — 1997. —
№ 5. - С. 94-105.
Виноградов Б.В., Геренчук К.И., Исаченко А.Г., Раман К.Г., Цесельчук Ю.Н. Основные
принципы ландшафтного картирования // Материалы к V совещанию по вопросам ландшаф¬
товедения: Тезисы докл. — М.: Изд-во МГУ, 1961. — С. 6-13.
Винокуров Ю.И., Ротанова И.Н., Хлебович И.А., Шибких АЛ. Информационное обеспе¬
чение регионального медико-экологического картографирования // ГИС для устойчивого
развития территорий. — Апатиты: Изд-во Кольского НЦ РАН, 2000. — Т. 1. — С. 84-96.
394
Библиографический список
Владимиров И.Н. Модели динамики лесных экосистем ландшафтного уровня // Эколо¬
гия ландшафта и планирование землепользования. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. —
С. 49-51.
Владимиров И.Н. ГИС в решении задач прогнозирования динамики лесных ресурсов //
Дендрологические исследования в Байкальской Сибири. — Иркутск: СИФИБР СО РАН,
2001а. - С. 100-101.
Владимиров И.Н. ГИС состояния лесного фонда Иркутской области // VII научное сове¬
щание по прикладной географии. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 20016. —
С. 191-193.
Владимиров И.Н. Динамика лесных ресурсов Иркутской области: ретроспективный ана¬
лиз и прогноз // Природно-ресурсный потенциал Азиатской России и сопредельных стран:
пути совершенствования использования. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН,
2002. - С. 68-69.
Владимиров И.Н. Геоинформационная система управления лесными ресурсами Прибай¬
калья // Закон Российской Федерации “Об охране озера Байкал” как фактор устойчивого
развития Байкальского региона. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2003а. —
С. 74-76.
Владимиров И.Н. Гомотопические свойства моделей динамики лесных экосистем //
Математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии. —
Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 20036. - Ч. 2. - С. 98-103.
Владимиров И.Н. Однозначность прогнозных динамических моделей как географиче¬
ская проблема // География: новые методы и перспективы развития. — Иркутск: Изд-во
Ин-та географии СО РАН, 2003в. — С. 155-157.
Владимиров И.Н. Геоинформационное обеспечение прогнозных моделей динамики лес¬
ных ресурсов региона // VIII научное совещание по прикладной географии. — Иркутск:
Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2005. — С. 201-202.
Владимиров И.Н., Истомина Е.А., Латышева А.В. и др. Интегрированные ГИС полисис¬
темного картографирования // Материалы международной конференции Интеркарто 9: ГИС
для устойчивого развития территории. — Новороссийск; Севастополь, 2003. — С. 180-190.
Владимиров И.Н., Черкашин А.К., Черкашин Е.А. Динамика лесных ресурсов админист¬
ративной территории: проверка адекватности модели и прогноз // География Азиатской Рос¬
сии на рубеже веков. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2001. — С. 200.
Владимиров И.Н., Черкашин Е.А. Таежные леса Приангарья: многоуровневое и прогноз¬
ное картографирование // Картографическое и геоинформационное обеспечение управления
региональным развитием. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2002. — С. 57-60.
Владимиров И.Н., Чудненко А.К. Моделирование пространственно-временной динами¬
ки лесных ресурсов Иркутской области с использованием интеллектной ГИС // Моделиро¬
вание географических систем. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2004. —
С.100-105.
Волков С.Н. Землеустройство в условиях земельной реформы (экология, экономика,
право). — М.: Былина, 1998. — 526 с.
Володин В.М., Михайлова Н.Ф. Оценка агроландшафта на биоэнергетической основе //
Доклады научно-практической конференции “Проблемы ландшафтного земледелия”, посвя¬
щенной 25-летию ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии (г. Курск, 22-23 марта
1995 г.). — Курск: Изд-во ВНИИЗиЗПЭ, 1997. — С. 62-78.
Воробьев Д.В. Лесотипологическая классификация климатов // Тр. Харьковского с.-х.
ин-та. — 1961. — Т. 30. — С. 11-35.
Воскобойников В.В. Метод функциональной системы. — Новосибирск: Наука, 1992. —
432 с.
Временные требования к использованию материалов дистанционного зондирования
Земли при ведении мониторинга экзогенных геологических процессов в составе государст¬
венного мониторинга состояния недр. — М.: ЗАО “Геоинформмарк”, 2000. — 52 с.
Библиографический список
Всеволодова-Перель Т.С. Распространение дождевых червей на севере Палеарктики (в
пределах СССР) // Биология почв Северной Европы. — М.: Наука, 1988. — С. 84-103.
Выхристюк М.М. Микроклиматические исследования в дельте р. Селенги // Климатиче¬
ские ресурсы Байкала и его бассейна. — Новосибирск: Наука, 1976. — С. 146-156.
Гаевский B.JI. Температура поверхности больших территорий //Тр. Гл. геофиз обсерва¬
тории. - 1951. - Вып. 26 (88). - С. 113-125.
Гаевский B.JI. Альбедо больших территорий // Тр. Гл. геофиз. обсерватории. — 1961. —
Вып. 109. — С. 61-65.
География и мониторинг биоразнообразия. — М.: Изд-во Науч. и учеб.-метод центра
2002. - 432 с.
Геоинформационная система управления территорией. — Иркутск: Изд-во Ин-та геогра¬
фии СО РАН, 2002. - 151 с.
Герловин И.Л. Основы единой теории всех взаимодействий в веществе. — Л.: Энерго-
атомиздат, 1990. — 432 с.
Глушко Е.В. Космические методы изучения современных ландшафтов материков. — М.:
Изд-во МГУ, 1988.
Глушко В.Г. Вопросы теории и методы гидрологических исследований. — М.: АН СССР,
1961. - 416 с.
Горбунов И.Н., Добрынин Д.В., Савельев А.А. Применение данных дистанционного зон¬
дирования в экологических ГИС // Доклады международной конференции Инкарто-5. —
Якутск: Изд-во Якут, ун-та, 1999. — Ч. 3. — С. 25-36.
Голод П.И., Климык А.У. Математические основы теории симметрий. — Ижевск: НИЦ
“Регулярная и хаотическая динамика”, 2001. — 528 с.
Горшков С.П. Геоэкология — новый уровень междисциплинарной интеграции // Вестн.
Моск. ун-та. Сер. 5. География. — 1997. — № 3. — С. 8-11.
Григорьев А.А. Развитие теоретических проблем современной физической географии. —
М.: Мысль, 1965. - 246 с.
Григорьев А.А. Закономерности строения и развития географической среды. — М.:
Мысль, 1966. — 382 с.
Григорьев А.А. Космическая индикация ландшафтов Земли. — Л., 1975. — 165 с.
Григорьев А.А., Будыко М.И. О периодическом законе географической зональности //
Докл. АН СССР. - 1956. - Т. 110, № 1. - С. 129-132.
Гумбольдт А. География растений. — М.; Л.: ОГИЗ; СЕЛЬХОЗГИЗ, 1936. — 230 с.
Девдариани А.С. Математический анализ в геоморфологии. — М.: Наука, 1967. — 155 с.
ДеМерс М.Н. Географические информационные системы. Основы. — М.: Дата+,
1999. - 490 с.
Динамика геосистем и освоение приангарской тайги. — Новосибирск: Наука, 1985. —
280 с.
Дистанционная индикация структуры таежных ландшафтов. — Новосибирск: Наука,
1981. - 247 с.
Дистанционные исследования и картографирование структуры и динамики геосистем. —
Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2002. — 188 с.
Дистанционные исследования при поиске полезных ископаемых. — Новосибирск: Нау¬
ка, 1986.
Дыренков С .А. О разных целях и опыте фитоценологических и биогеоценологических
классификаций // Классификация растительности СССР. — М.: Изд-во МГУ, 1985. —
С. 10-20.
Егоров В.В., Мазиков В.М. Оценка содержания гумуса в пахотных почвах Курской мо¬
дельной области по данным спектральной съемки // Исследования Земли из космоса. —
1999. - № 4. - С. 87-94.
Желобенко Д.П. Компактные группы Ли и их представления. — М.: Наука, 1970. - 664 с.
396
Библиографический список
Жирин В.М., Орлова O.J1. Основные положения метода оценки лесовосстановления и
формирования молодняков на вырубках с помощью материалов аэрокосмических съемок //
Новые методы сбора и обработки информации при инвентаризации лесов. — М.: ВО “Лесо-
проект”, 1985. — С. 29-32.
Жучкова В.К., Раковская Э.М. Методы комплексных физико-географических исследо¬
ваний. — М.: Изд-во AKADEMA, 2004. — 368 с.
Завалишин Н.Н., Логофет Д.О. Динамические блоковые модели углеродного цикла в
экосистеме переходного болота // Мат. моделирование. — 2001. — Т. 13, № 4. — С. 3-18.
Заде Л. Понятие состояния в теории систем // Общая теория систем. — М.: Мир, 1966. —
С. 49-65.
Закс Л. Статистическое оценивание. — М.: Статистика, 1976. — 600 с.
Зворыкин К.В., Перцева А.А., Цеделер Е.Э. н др. Из опыта работ по типологии и качест¬
венной оценке пахотных земель // Качественный учет и оценка земель. Вопросы геогра¬
фии. — М.: Гос. изд-во геогр. лит-ры, 1958. — Сб. 3.
Здоровцев И.П., Мясоедов С.С., Подгорный В.К. Контурно-мелиоративная организация
территории // Земледелие. — 1989. — № 8. — С. 18-22.
Иванов А.Д. Образование эоловых песков в Бурятской АССР и вопросы борьбы с
ними // Краеведческий сб. — Улан-Удэ, 1961. — Вып. VI. — С. 25-42.
Иванов Ю.Н. Теория информационных объектов и системы управления базами дан¬
ных. — М.: Наука, 1988. — 232 с.
Извеков А.С. Почвоводоохранные комплексы контурно-мелиоративного земледелия в
СССР // Междунар. с.-х. журн. — 1988. — № 3. — С. 61—65.
Извеков А.С. Одобрена программа ландшафтного земледелия // Земледелие. — № 8. —
1991. - С. 75-77.
Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. — Л.: Гидрометеоиздат,
1979. - 540 с.
Изучение состояний таежных геосистем. — Иркутск, 1980. — 110 с.
Интерпретация и анализ данных в социологических исследованиях. — М.: Наука, 1987.
Иркутская область (природные условия административных районов) / Н.С. Беркин,
С.А. Филиппова, В.Н. Бояркин и др. — Иркутск: Изд-во Иркут, ун-та, 1993. — 304 с.
Исаев А.С., Сухих В.И. Аэрокосмический мониторинг лесных ресурсов // Лесоведе¬
ние. - 1986. - № 6. - С. 11-21.
Исаченко А.Г. Физико-географическое картирование. — Л.: Наука, 1961. — Ч. 3. — 320 с.
Исаченко А.Г. Классификация ландшафтов СССР // Изв. ВГО. — 1975а. — Т. 107,
вып. 4. — С. 302-315.
Исаченко А.Г. Теоретические основы прикладного ландшафтоведения // Докл. Ин-та
географии Сибири и Д. Востока. — 19756. — Вып. 48. — С. 3-8.
Исаченко А.Г. Методы прикладных ландшафтных исследований. — Л.: Наука, 1980а. —
222 с.
Исаченко А.Г. Оптимизация природной среды. — М.: Мысль, 19806. — 264 с.
Исаченко А.Г. География на перепутье: уроки прошлого и пути перестройки // Изв.
ВГО. — 1990. - Т. 122, вып. 2.
Исаченко А.Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование. — М.:
Высш. шк., 1991. — 368 с.
Исаченко А.Г., Рожнова Т.А., Семенова-Тян-Шанская А.М. Опыт сравнительного анали¬
за ландшафтной, почвенной и геоботанической карт, вопросы их взаимосвязи и согласова¬
ния // Материалы к V совещанию по вопросам ландшафтоведения: Тез. докл. — М.: Изд-во
МГУ, 1961. - С. 114-126.
Истомина Е.А. Гомотопические свойства космических изображений и подходы к моде¬
лированию географических комплексов // Дистанционные исследования и картографирова¬
ние структуры и динамики геосистем. — Иркутск. Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2002.
С. 41-46.
397
Библиографический список
Истомина Е.А., Солодянкина С.В., Черкашин А.К. Топология пространства ординации
растительного покрова в координатах яркостных характеристик многозональных снимков //
Дистанционное зондирование поверхности земли и атмосферы. — Иркутск- Изд огд ИСЗФ
СО РАН, 2003. - С. 21.
Калашников Е.Н. Исследование лесных ландшафтов дистанционными методами (на
примере Ангаро-Енисейского региона) // Исследование лесов аэрокосмическими метода¬
ми. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-нис, 1987. — С. 10-31.
Карманов И.И. Изучение почв по спектральному составу отраженных излучений // Поч¬
воведение. — 1970. — № 4. — С. 34-47.
Картоведение. — М.: Изд-во “Аспект-Пресс”, 2003. — 478 с.
Качков Ю.П. Использование данных о структуре почвенного покрова при сельскохозяй¬
ственной типизации земель (на примере Белорусского Поозерья) // Структура почвенного
покрова и использование почвенных ресурсов. — М.: Наука, 1978. — С. 183-189.
Квейд Э. Анализ сложных систем. — М.: Сов. радио, 1969. — 519 с.
Кейко Т.В. Использование данных космического зондирования для изучения структуры
почвенного покрова на примере бассейна р. Куды // География и природ, ресурсы. — 1999. —
№ 4. - С. 84-86.
Кейко Т.В., Черкашин А.К. Теория представления геоизображений для решения задач
геоиндикации // Геоинформатика-2000. — Томск: Изд-во ТГУ, 2000. — С. 26-29.
Киенко Ю.П. Основы космического природоведения. — М.: Картгеоцентр; Геодезиздат,
1999. - 285 с.
Киреев Д.М. Ландшафты юга Средней Сибири и их наблюдение на космических сним¬
ках // Дистанционные исследования природных ресурсов Сибири. — Новосибирск: Наука,
1986. - С. 147-170.
Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. — М.: Колос, 1996. — 367 с.
Китов А.Д. Компьютерный анализ и синтез геоизображений. — Новосибирск: Изд-во
СО РАН, 2000. - 219 с.
Китов А.Д., Михеев B.C., Черкашин А.К. ГИС острова Ольхон: политика землепользова¬
ния // ГИС для оптимизации природопользования в целях устойчивого развития террито¬
рий. — Барнаул: Изд-во Алтайского гос. ун-та, 1998. — С. 547-557.
Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И. Дистанционные исследования и картографирование
природных ресурсов с помощью многозональной космической съемки // Дистанционные ис¬
следования природных ресурсов. — М., 1981. — С. 18-40.
Книзе А.А., Леонтьев В.Л. Основные вопросы охоттаксации. — Л.; М.: КОИЗ, 1934. —
52 с.
Колесников Б.П. Состояние советской лесной типологии и проблема генетической клас¬
сификации типов леса // Изв. СО АН СССР. — 1958. — № 2. — С. 109-122.
Коли Г. Анализ популяций позвоночных. — М.: Мир, 1979. — 362 с.
Колосов В.А., Мироненко Н.С. Геополитика и политическая география: Учебник для ву¬
зов. — М.: Аспект Пресс, 2002. — 479 с.
Кольцов В.В. Спектрофотометрические характеристики элементов земной поверхности
и их изучение для целей аэрофотосъемки // Исследование оптических свойств природных
объектов и их аэрофотографического изображения. — Л.: Наука, 1970. — С. 35-46.
Комплекс дистанционных методов при геологическом картировании таежных рай¬
онов. — Л.: Недра, 1978.
Кондратьев К.Я., Миронова З.Ф. и др. Спектральные альбедо некоторых подстилающих
поверхностей в видимой и близкой инфракрасной областях спектра // Науч. сообщ. Ин-та
геологии и географии АН ЛитССР. — 1962. — Т. 13, вып. 1. — С. 167-174.
Коновалова Т.И. Анализ и картографирование структуры и динамики геосистем Верхне¬
го Приангарья // География и природ, ресурсы. — 2001. — № 2. — С. 27-34.
398
Библиографический список
Коновалова Т.Н., Филиппская С.В., Черкашин А.К. и др. ГИС-картографирование уни¬
кальных лесов бассейна оз. Байкал // Экология ландшафта и планирование землепользова¬
ния. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. — С. 84-86.
Константинов В.Д., Горожанкина С.М. Растительность и почва в системе экологического
мониторинга // Космические методы изучения биосферы. — М.: Наука, 1990. — С. 67-76.
Королюк Т.В., Щербенко Е.В., Аль Мисбер Васим. Интерпретация структуры почвенного
покрова по данным цифровой обработки многозональной информации // Почвоведение. —
1992. - № 2. - С. 43-49.
Космакова О.П., Пластинин Л.А. Системы и признаки дешифрирования геосистем на аэ¬
рокосмических фотоснимках // Аэрокосмическая информация как источник ресурсного кар¬
тографирования. — Иркутск, 1979. — С. 30-43.
Космические методы геоэкологии. Атлас. — М.: Изд-во МГУ, 1998.
Кошкарев А.В., Тикунов B.C., Трофимов А.М. Теоретические и методологические аспек¬
ты развития географических информационных систем // География и природ, ресурсы. —
1991. - № 1. - С. 11-16.
Кравцова В.И. Космические методы картографирования / Под ред. Ю.Ф. Книжнико-
ва. - М.: Изд-во МГУ, 1995. - 240 с.
Крауклис А.А. Некоторые вопросы изучения динамики фаций // Научный поиск в со¬
временной географии. — Иркутск: Вост.-Сиб. кн. изд-во, 1966. — С. 6-11.
Крауклис А.А. Структурно-динамический фациальный анализ южно-таежного ландшаф¬
та // Южная тайга Приангарья. — Л.: Наука, 1969а. — С. 32-119.
Крауклис А.А. Факторально-динамические ряды таежных геосистем и принципы их по¬
строения //Докл. Ин-та географии Сибири и Д. Востока. — 19696. — Вып. 22. — С. 15-25.
Крауклис А.А. Особенности географических градаций топического порядка // Топологи¬
ческие аспекты учения о геосистемах. — Новосибирск, 1974. — С. 87-137.
Крауклис А.А. Представление о динамике в теории геосистем //Докл. Ин-та географии
Сибири и Д. Востока. — 1975а. — Вып. 48. — С. 24-30.
Крауклис А.А. Региональные черты Приангарской тайги // Природные режимы и топо-
геосистемы Приангарской тайги. — Новосибирск: Наука, 19756. — С. 14-27.
Крауклис А.А. Натурная модель// Природные режимы и топогеосистемы Приангарской
тайги. — Новосибирск: Наука, 1975в. — С. 28-48.
Крауклис А.А. Природные режимы и топогеосистемы // Природные режимы и топогео¬
системы Приангарской тайги. — Новосибирск: Наука, 1975г. — С. 7-13.
Крауклис А.А. Проблемы экспериментального ландшафтоведения. — Новосибирск: Нау¬
ка, 1979. — 233 с.
Крауклис А.А. Ландшафтные округа и геомы //Динамика геосистем и освоение Приан¬
гарской тайги. — Новосибирск: Наука, 1985. — С. 16-26.
Крауклис А. Геосистемы, их динамика и классификация в современном контексте гео¬
графии // Классификация геосистем. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 1997. —
140 с.
Крауклис А.А., Михеев B.C. Опыт ландшафтных исследований для оценки земель в гор¬
ной тайге Северного Забайкалья //Докл. Ин-та геогр. Сибири и Д. Востока СО АН СССР. —
Иркутск, 1963. — Вып. 3. — С. 29-36.
Крауклис А.А., Михеев B.C. Ландшафтные карты, их содержание, назначение и структу¬
ра // Картографические методы комплексных географических исследований. — Иркутск:
Изд-во Ин-та географии Сибири и Д. Востока СО АН СССР, 1965. С. 22—37.
Кронберг П. Дистанционное изучение Земли. Основы и методы дистанционных исследо¬
ваний в геологии. — М.: Мир, 1988.
Кудрявцев В.Б., Момирович К., Ушчумлич Ш. Об одном подходе к задаче распознава-
ния // Докл. АН. - 1998. - Т. 363, № 5. - С. 604-606.
399
Библиографический список
Кузьменко Е.И. Применение GIS ArcView к составлению карты лесной растительности
правобережной части Ангаро-Енисейского региона // Материалы конференции Интеркар¬
то-8. - СПб., 2002. - С. 278-280.
Кузьменко Е.И., Смолоногов Е.П. Лесные экосистемы средней и южной тайги Запад¬
но-Сибирской равнины (структура и пространственно-временная динамика). — Новоси¬
бирск: Изд-во СО РАН, 2000а. — 218 с.
Кузьменко Е.И., Смолоногов Е.П. К характеристике современного состояния и транс¬
формации южно-таежных лесов Ангаро-Енисейского региона (правобережье Енисея) // Тру¬
ды Международного форума по проблемам науки, техники и образования. — М.: Изд-во Ака¬
демии наук о земле, 20006. — С. 31-33.
Кузьменко Е.И., Смолоногов Е.П. Современное состояние и трансформация лесов юж¬
но-таежной подзоны правобережья Енисея, их биосферная роль // География и природные
ресурсы. — Иркутск, 2002. — № 3. — С. 68-76.
Кузьменко Е.И., Улыбина Л.О. Лесная растительность юго-восточной части Анга¬
ро-Енисейского региона (правобережье Енисея). Карта М 1 : 200 000. — Новосибирск: Сиб-
геоинформ, 2003.
Кузякин В.А. Охотничья таксация. — М.: Лесн. пром-сть, 1979. — 200 с.
Кузякин В.А. Эколого-географические основы охотничьего ресурсоведения: Автореф.
дис. ... д-ра биол. наук. — М., 1991. — 38 с.
Кучмент Л.С. Модели процессов формирования речного стока. — Л.: Гидрометеоиздат,
1980. - 143 с.
Кучмент Л.С., Демидов В.Н., Мотовилов Ю.Г. Формирование речного стока. — Л.: Гид¬
рометеоиздат, 1983. — 216 с.
Ладейщиков Н.П. Особенности климата крупных озер. — М.: Наука, 1982. — 137 с.
Ландшафтная карта СССР. М 2 500 000 / М.С. Анучин, И.С. Балмусова, С.В. Белецкая и
др. - Л.: ВСЕГЕИ, 1985.
Ландшафтная карта СССР. М 1 : 400 000 / А.Г. Исаченко, А.А. Шляпников, О.Д. Робозе-
рова и др. - М.: ГУГК, 1988.
Ландшафтное планирование. Инструменты и опыт применения. — Бонн; Иркутск:
Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2005. — 165 с.
Латышева А.В., Черкашин А.К. Влияние потенциалов территориальных фаз на формиро¬
вание границ центральной экологической зоны Байкальской природной территории // Закон
Российской Федерации “Об охране озера Байкал” как фактор устойчивого развития Байкаль¬
ского региона. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2003. — С. 148-151.
Леонтьев Д.Ф. Новый способ учета соболей // Земля сибирская, дальневосточная. —
1978. - № 6. - С. 59.
Леонтьев Д.Ф. Учеты численности соболя с применением учения о популяциях // Эко¬
логические основы охраны и рационального использования хищных млекопитающих. — М.:
Наука, 1979а. — С. 282-283.
Леонтьев Д.Ф. Зависимость численности соболя и лося от расчлененности рельефа //
Проблемы экологии Прибайкалья. — Иркутск, 19796. — Ч. 4. — С. 31-32.
Леонтьев Д.Ф. Новые принципы в учетах млекопитающих Предбайкалья // Количест¬
венные методы в экологии животных. — Л.: Изд-во Зоол. ин-та АН СССР, 1980. — С. 82-84.
Леонтьев Д.Ф. Пути повышения эффективности промысла белки и соболя в Предбайка-
лье // Совершенствование технологии охотхозяйственного производства. — Иркутск: ИСХИ,
1984. - С. 3-9.
Леонтьев Д.Ф. Влияние лесопромышленного освоения на состояние численности собо¬
ля и белки Предбайкалья: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. — М., 1990а. — 20 с.^
Леонтьев Д.Ф. Охотничьи угодья учебно-опытного хозяйства “Голоустное // Совер¬
шенствование технологии производства в охотничьем хозяйстве. — Иркутск: ИСХИ, 19906. —
С. 62-69.
400
Библиографический список
Леонтьев Д.Ф. Эколого-популяционные основы охотничьего ресурсоведения // Вопро¬
сы прикладной экологии (природопользования), охотоведения и звероводства — Киров
1997. - С. 154.
Леонтьев Д.Ф. Территориальный аспект антропогенного воздействия на животных как
на компонент геосистем с учетом социального фактора // Экологический риск: анализ, оцен¬
ка, прогноз. — Иркутск, 1998. — С. 85-86.
Леонтьев Д.Ф. Геосинэргетические основы охотничьего ресурсоведения // Достижение
аграрной науки — производству. — Иркутск, 1999а. — С. 153-154.
Леонтьев Д.Ф. Зонирование охотничьих угодий по косуле с использованием ландшафт¬
ной карты // Вестн. ИГСХА. — Иркутск, 19996. — Вып. 15. — С. 46-49.
Леонтьев Д.Ф. Эколого-географические основы охотничьего ресурсоведения // Тезисы
докладов конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов ИрГСХА. —
Иркутск, 2000. — С. 30.
Леонтьев Д.Ф. Учение о геосистемах в теории охотничьего ресурсоведения // Актуаль¬
ные проблемы АПК. — Иркугск: ИрГСХА, 2001а. — Ч. 2. — С. 55-56.
Леонтьев Д.Ф. Использование ландшафтоведения в охотничьей таксации // VII науч. со-
вещ. по прикладной географии. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 20016. —
С. 20-22.
Леонтьев Д.Ф. Изучение ресурсов охотничьих животных с использованием учения о гео¬
системах // Интеллектуальные и материальные ресурсы Сибири. — Иркутск, 2001 в. —
С. 51-57.
Леонтьев Д.Ф. Принципы и результаты дифференциации ареалов охотничьих живот¬
ных // Актуальные проблемы АПК. — Иркутск, 2002а. — Ч. 4. — С. 33-34.
Леонтьев Д.Ф. Картографическое отображение заселенности территории охотничьими
животными (на примере кабарги) // Картографическое и геоинформационное обеспечение
управления региональным развитием. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН,
20026. - С.128-131.
Леонтьев Д.Ф. К совершенствованию учетов численности промысловых млекопитаю¬
щих с использованием учения о геосистемах // Териологические исследования. — Вып. I. —
СПб.: Изд-во Зоол. ин-та РАН, 2002в. — С. 143-147.
Линник В.Г. Построение геоинформационных систем в физической географии. — М.:
Изд-во МГУ, 1990. - 80 с.
Лисенков А.Ф. Лесные культуры. — М.: Лесн. пром-сть, 1975. — 310 с.
Логофет Д.О., Голубятников Л.Л., Денисенко Е.А. Неоднородные марковские модели
сукцессии растительности: новые перспективы старой парадигмы // Изв. РАН. Сер. биол. —
1997. - № 5. - С. 613-622.
Лопырев М.И. Устойчивость агроландшафтов и земледелия // Земледелие. — 1987. —
№ 10. - С. 12-14.
Лопырев М.И. Ландшафтное земледелие и землеустройство // Земледелие. — 1988. —
№ 10. - С. 20-22.
Лопырев М.И. Об экологизации земледелия на основе ландшафтного потенциала //
Земледелие. — 2002. — № 5. — С. 10-13.
Лопырев М.И., Чечин Д.И., Калюгин П.Б. и др. Правильная организация территории //
Земледелие. — 1990. — № 5. — С. 13-17.
Макеев О.В., Иванов А.Д. Водная и ветровая эрозия почв в Бурятской АССР и зональ¬
ные особенности противоэрозионных мероприятий // Краеведческий сборник. Улан-Удэ,
1961. — Вып. VI. — С. 15-24.
Махонин А.С., Смолоногов Е.П. Генетическая классификация лесов северного макро¬
склона Восточного Танну-Ола (Тувинская АССР) // Восстановительная и возрастная дина¬
мика лесов на Урале и в Зауралье. Свердловск, 1976. С. 3-91.
Медведев Ю.О., Диковская Н.В. Природные условия территории месторождения и ха¬
рактер оказываемого воздействия по частным средам. Растительность // Экологически ори¬
401
Библиографический список
ентированное планирование землепользования в Байкальском регионе. Ковыктинское гато-
конденсатное месторождение. - Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2004. -
Металлогенические и тектономагматические исследования на основе материалов аэро- и
космосъемок. — Л.: Недра, 1988.
Методика составления крупномасштабных почвенных карг с применением материалов
аэрофотосъемки. — М.: Изд-во АН СССР, 1962. — 116 с.
Методические рекомендации по применению материалов космофотосъсмки при регио¬
нальных гидрогеологических и инженерно-геологических работах. — М.: ВСЕГИНГЕО, 1982.
Методические рекомендации по организации и ведению государственного мониторинга
экзогенных геологических процессов. — М.: ВСЕГИНГЕО, 1997.
Мильков Ф.Н. Ландшафтная география и вопросы практики. — М.- Мысль 1966 —
256 с.
Минский М.Л., Пейперт С. Персептроны. — М.: Мир, 1971.
Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Соломещ А.И. Современная наука о растительности. — М.:
Логос, 2001. — 264 с.
Михайлов Н.А. Основные методы крупномасштабного ландшафтного районирования //
Тр. Латв. ун-та. Геогр. науки. — 1960. — Т. 4. — С. 35-41.
Михеев B.C. Ландшафтно-географическое обеспечение региональных программ освое¬
ния (на примере западного участка БАМ) // Рациональное использование и охрана природ¬
ных ресурсов Сибири. — Новосибирск: Наука, 1981. — С. 36-58.
Михеев B.C. Ландшафтно-географическое обеспечение комплексных проблем Сиби¬
ри. — Новосибирск: Наука, 1987. — 208 с.
Михеев B.C. Материалы к территориальной комплексной схеме охраны природы
(ТерКСОП). Ландшафтно-географическое обеспечение. — Иркутск, 1988. — 64 с.
Михеев B.C. Системный подход в географии (теоретический аспект) // География и
природ, ресурсы. — 1990. — № 4. — С. 5-15.
Михеев B.C. Ландшафтный синтез географических знаний. — Новосибирск: Наука,
2001. - 216 с.
Михеев B.C., Ряшин В.А. Принципы и методика составления карты ландшафтов Забай¬
калья // Проблемы тематического картографирования. — Иркутск: Ин-т географии Сибири
и Д. Востока СО АН СССР, 1970. - С. 183-192.
Михеев B.C., Ряшин В.А. Ландшафты юга Восточной Сибири (карта М I : I 500 000) /
М.: ГУГК, 1977. - 4 л.
Михеев B.C., Китов А.Д., Черкашин А.К. Методика оценивания лесных земель по косми¬
ческим снимкам // Сиб. экол. журн. — 1998. — № 1. — С. 85-91.
Михеев B.C., Козин В.В., Шеховцов А.И. Общие принципы геоэкологического картогра¬
фирования // Экологическое картографирование Сибири. — Новосибирск: Наука, 19%. —
С. 20-58.
Михеев B.C., Черкашин А.К. Географические основы создания и информационного
обеспечения математических моделей // Эколого-экономические системы: модели, инфор¬
мация, эксперимент. — Новосибирск: Наука, 1987. — С. 127-148.
Михеев B.C., Черкашин А.К., Китов А.Д. Проблемы оценки земель с использованием
дистанционных данных и ГИС-технологий // Материалы междунар. конф. Интеркарто 2.
ГИС для изучения и картографирования окружающей среды” (26-29 июня 1996 г.). — Ир¬
кутск: Ин-т географии СО РАН, 1996. — С. 152-154.
Многофункциональная адаптируемая геоинформационная система (МАГИС-3-).
Модели управления природными ресурсами. — М.: Наука, 1981. — 264 с.
Моделирование процессов в природно-экономических системах. — Новосибирск: нау¬
ка, 1982. — 176 с. а
Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. - М.: Наука, i*»i.
402
Библиографический список
Мордкович В.Г. Диагностика сезонных фаз почвообразования зоологическим метолом //
Проблемы сиб. почвоведения. — Новосибирск: Наука, 1977. — С. 214-236.
Мясникова С.И., Черкашин А.К. Геологистические закономерности формирования ин¬
формационных ресурсов управления административными районами // Интеллектуальные
информационные ресурсы и структуры для регионального развития: Материалы 19-й ежегод¬
ной сессии экономико-географической секции Международной академии регионального
развития и сотрудничества “МАРС” (Чебоксары, 30 мая — 3 июня 2002 г.). — М.: Изд-во ИГ
РАН, 2002. - С. 90-98.
Мясникова С.И., Черкашин А.К. Геоинформационные системы в реализации последова¬
тельности процедур системного анализа // ИнтерКарто / ИнтерГИС 10: устойчивое развитие
территорий: геоинформационное обеспечение и практический опыт. Материалы междунар.
конф., Владивосток, Чанчунь (КНР), 12-19 июля 2004 г. — Международная картографиче¬
ская ассоциация, 2004. — С. 36-43.
Назаров Л.Е. Применение многослойных нейронных сетей для классификации типов
леса на основе анализа радиолокационных изображений // Исследование Земли из космо¬
са. - 2000. - № 3. - С. 63-70.
Назимова Д.И., Ноженкова Л.Ф., Погребная Н.А. Применение технологии нейросетей
для классификации и прогноза изменений зональных условий ландшафтов по признакам
климата // География и природ, ресурсы. — 1999. — № 2.
Назимова Д.И., Поликарпов Н.П., Сухинин А.И. и др. Использование спутниковой ин¬
формации при анализе высотной поясности лесного покрова гор Южной Сибири // Геогра¬
фия и природ, ресурсы. — 2000. — № 4. — С. 117-123.
Наливкин Д.В. Учение о фациях. — М.; Л.: Георазведиздат, 1933.
Нееф Э. Теоретические основы ландшафтоведения. — М.: Прогресс, 1974. — 220 с.
Нечаева Е.Г. Физико-географический процесс и учение о геосистемах // Научные чте¬
ния памяти академика Виктора Борисовича Сочавы. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО
РАН, 2002. - С. 23-29.
Нешатаев В.Ю. Крупномасштабное картирование лесных резерватов на примере заказ¬
ника Ракитинский (Ленинградская обл.) // Геоботаническое картографирование. — Л.,
1987. - С. 39-50.
Николаев В.А. Картографические модели в ландшафтных исследованиях региональных
геосистем // Новые типы карт. Методы их создания. — М.: Изд-во МГУ, 1983. — С. 13-22.
Одобрена программа ландшафтного земледелия // Земледелие. — 1991. — № 8. —
С. 75-78.
Одум Е. Экология. — М.: Изд-во Прогресс, 1968. — 540 с.
Оптимизация геосистем. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 1991. — 139 с.
Опыт картирования растительности и почв по аэроснимкам. — М.: Наука, 1964. — 164 с.
Организация подготовки специалистов в области геоинформатики в Московском госу¬
дарственном университете геодезии и картографии. — 2002. — http://www.gisa.ru/1290.html
Основы лесной биогеоценологии / Под ред. В.Н. Сукачева. — М.: Наука, 1964. — 574 с.
Паярскайте А.И. Соответствие топологических единиц почвенного покрова ландшафт¬
ным единицам на территории ЛитССР // Структура почвенного покрова и использование
почвенных ресурсов. — М.: Наука, 1978. — С. 31-37.
Пашканг К.В., Любушкин С.Г., Родзевич Н.Н. Оценка земель административного района
на основе ландшафтных исследований // Вопросы ландшафтоведения. — М.: Мысль, 1974. —
С. 118-142.
Перельман А.И. Геохимия ландшафтов. — М.: Высш. шк., 1975. — 340 с.
Перцов А.В., Кирсанов А.А. Аэрокосмические методы изучения природных ресурсов в
ЛАЭМ-ВНИИКАМ // Разведка и охрана недр. — 1998. — № 12.
Песенко Ю.А. Принципы и методы количественного анализа в фаунистических исследо¬
ваниях. — М.: Наука, 1982. — 287 с.
Петров К.М. Геоэкология. — СПб., 1994. — 216 с.
403
Библиографический список
Петрович П.О. Торфяные почвы дельты р. Селенги и их сельскохозяйственное исполь¬
зование. — Улан-Удэ: Бурят, кн. изд-во, 1965. — 65 с.
Плешиков Ф.И., Каплунов В.Я. Дистанционная диагностика антропогенной динамики
таежных лесов // Космические методы изучения биосферы. — М.: Наука, 1990. — С. 51-58.
Плоткин Б.И. Универсальная алгебра, алгебраическая логика и базы данных — М • Нау¬
ка, 1991. - 448 с.
Плюснин В.М. Аэрокосмические методы исследования Земли. — Иркутск- Изд-во ИГУ
1997.-123 с.
Пономарев Г.В. Ландшафтный подход в оценке ресурсов промысловых животных при
разработке проектов освоения территории // Охрана и рациональное использование живот¬
ных и растительных ресурсов. — Иркутск, 2000. — Ч. 2. — С. 114-116.
Пономарев Г.В. Эколого-географические аспекты использования промысловых живот¬
ных. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 1990. — 131 с.
Попов Л.В. Южно-таежные леса Средней Сибири. — Иркутск: Изд-во Иркут, ун-та
1982. - 330 с.
Постников М.М. Дифференциальная геометрия. — М.: Наука, 1988. — 496 с.
Преображенский B.C. Ландшафтные исследования. — М.: Наука, 1966. — 128 с.
Преображенский B.C. Беседы о современной географии. — М.: Наука, 1972. — 168 с.
Преображенский B.C., Фадеева Н.В., Мухина Л.И., Томилов Г.М. Типы местности и
природное районирование Бурятской АССР. — М.: Изд-во АН СССР, 1959. — 218 с.
Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. — М.:
Прогресс, 1986.
Природа Земли из космоса. — Л.: Гидрометеоиздат, 1984.
Прокаев В.И. Фация как основная и наименьшая единица ландшафтоведения // Мате¬
риалы к V Всесоюз. совещ. по вопросам ландшафтоведения. — М.: Изд-во МГУ, 1961. —
С. 14-22.
Пузаченко Ю.Г., Гагаева З.Ш., Алещенко Г.М. Построение мелкомасштабной карты
ландшафтного покрова по трехканальному изображению Landsat 7 открытого доступа // Изв.
РАН. Сер. географ. — 2004а. — № 4. — С. 97-109.
Пузаченко Ю.Г., Онуфреня И.А., Алещенко Г.М. Многомерный анализ структуры релье¬
фа (метод главных компонент) // Изв. РАН. Сер. географ. — 20046. — № 1. — С. 26-36.
Равкин Ю.С., Лукьянова И.В. География позвоночных южной тайги Западной Сиби¬
ри. — Новосибирск: Наука, 1976. — 359 с.
Разов В.П. Картографические исследования земельных ресурсов. — Киев: Наук, думка,
1989. - 180 с.
Рачкулик В.И., Ситникова М.В. Отражательные свойства и состояние растительного по¬
крова. — Л.: Гидрометеоиздат, 1981. — 287 с.
Ретеюм А.Ю. Физико-географические исследования и системный подход // Системные
исследования. Ежегодник-1972. — М.: Наука, 1972. — С. 90-110.
Рихлинг А. Экология ландшафта — определение и развитие // Вестн. МГУ. Сер. 5.
Геогр. - 1999. - № 1. - С. 17-21.
Розанов Л.Н., Еременко В.Я. Отражение новейшей геодинамики платформенных облас¬
тей СССР на снимках из космоса // Методы дистанционных исследований при решении
природоведческих задач. — Новосибирск: Наука, 1986. — С. 4-9.
Ряшин В.А. О провинциальном разделении Восточного Саяна // Докл. Ин-та географии
Сибири и Д. Востока. — 1965. — Вып. 8. — С. 11-18.
Ряшин В.А., Белов А.В., Крауклис А.А., Михеев B.C. Ландшафтные карты таежных тер¬
риторий и их структура в зависимости от назначения // Актуальные вопросы изучения и ос¬
воения таежных территорий. — Иркутск: Ин-т географии Сибири и Д. Востока С А
СССР, 1963. - С. 75-79.
Свирежев Ю.М., Логофет Д.О. Устойчивость биологических сообществ. - М.: наука,
1978. - 352 с.
Библиографический список
Седых В.Н. Аэрокосмический мониторинг лесного покрова. — Новосибирск: Наука
1991.- 239 с.
Сейсмотектоника и сейсмичность рифтовой системы Прибайкалья. — М.: Наука 1968. —
140 с.
Семенов Ю.М. Ландшафтно-геохимический синтез и организация геосистем. — Ново¬
сибирск: Наука, 1991. — 144 с.
Сизых А.П. Ценоструктура и динамические тенденции таежно-степных сообществ за¬
падного побережья оз. Байкал // Растительный покров Байкальской Сибири. — Иркутск,
2003. - С. 209-216.
Скалон В.Н., Красный Н.М. Охотничьи угодья, их классификация и оценка // Вопросы
производственного охотоведения Сибири и Дальнего Востока. — Иркутск: ИСХИ, 1970. —
С. 207-213.
Скублова Н.В. Геоморфологический анализ в прогнозно-металлогенических исследова¬
ниях. — Л.: Недра, 1991.
Смагин В.Н. Принципы лесорастительного районирования и классификация типов
леса // Современные проблемы лесной типологии. — М.: Наука, 1985. — С. 44-51.
Смолоногов Е.П. Эколого-географическая дифференциация и динамика кедровых лесов
Урала и Западно-Сибирской равнины. — Свердловск: УНЦ АН СССР, 1990. — 236 с.
Смолоногов Е.П., Вегерин А.М. Комплексное районирование Тюменской области. —
Свердловск: УНЦ АН СССР, 1980. - 88 с.
Снытко В.А., Семенов Ю.М. Создатель учения о геосистемах // Виктор Борисович Соча¬
ва. Жизненный путь. Научное творчество. — Новосибирск: Наука, 2001. — С. 81-87.
Соколов А.А. Значение дождевых червей в почвообразовании. — Алма-Ата: Изд-во АН
КазССР, 1956. - 262 с.
Соколов В.А., Семечкин И.В. Научное обоснование развития лесного комплекса Сиби¬
ри // Лесная таксация и лесоустройство. — Красноярск, 2001. — № 1(30). — С. 178-183.
Солнцев Н.А. О морфологии природного географического ландшафта // Вопросы гео¬
графии. — М., 1949. — Вып. 16. — С. 61-86.
Солнцев Н.А. Основные проблемы советского ландшафтоведения // Изв. Всесоюз. геогр.
о-ва. - 1962. - Т. 93, № 1. - С. 3-14.
Солнцев Н.А. Учение о ландшафте. Избр. тр. — М.: Изд-во МГУ, 2001. — 384 с.
Солодянкина С.И., Черкашин А.К. Анализ ландшафтно-типологической карты на основе
принципов пространственной и системной организации // Методология системного эколо¬
гического картографирования. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2002. —
С. 31-40.
Сорокина Л.И. Типы местообитаний промысловых животных в географическом аспек¬
те // Естественная производительность и продуктивность охотничьих угодий СССР. — Ки¬
ров, 1969. - Ч. 1. - С. 101-103.
Сорокина Н.П. Типизация земель крупного хозяйства Московской области на основе
изучения структуры почвенного покрова // Структура почвенного покрова и организация
территории. — М.: Наука, 1983. — С. 31-38.
Сочава В.Б. Исходные положения типизации таежных земель на ландшафтно-географи¬
ческой основе // Докл. Ин-та географии Сибири и Д. Востока. — Новосибирск: Наука,
1962а. - Вып. 3. - С. 14-23.
Сочава В.Б. Актуальные вопросы комплексного картографирования географической
среды // Комплексное картографирование природы и хозяйства. — Иркутск, 19626. —
С. 5-15.
Сочава В.Б. Определение некоторых понятий и терминов физической географии //
Докл. Ин-та геогр. Сибири и Д. Востока. — 1963. — Вып. 3. — С. 50-59.
Сочава В.Б. Практический смысл географических исследований и концепция приклад¬
ной географии //Докл. Ин-та геогр. Сибири и Д. Востока. 1965. Вып. 9. С. 3-12.
405
Библиографический список
Сочава В.Б. Структурно-динамическое ландшафтовеленис и географические проблемы
будущего // Докл. Ин-та географии Сибири и Д. Востока. — Новосибирск Наука 1967 -
Вып. 16. - С. 18-31.
Сочава В.Б. Тайга как тип природной среды // Южная тайга Приангарья. - Л Наука
1969. - С. 4-31.
Сочава В.Б. География и экология. — Л.: Изд-во Геогр. о-ва СССР, 1970. — 24 с.
Сочава В.Б. Классификация растительности как иерархия динамических систем // Гео-
ботаническое картографирование. — Л., 1972а. — С. 3-17.
Сочава В.Б. К теории классификации геосистем с наземной жизнью // Докл. Ин-та
геогр. Сибири и Д. Востока. — 19726. — Вып. 34. — С. 3-14.
Сочава В.Б. Системная парадигма в географии // Изв. ВГО. — 1973. — Т. 105 вып 5 —
С. 393-401.
Сочава В.Б. Послесловие. Проблемы современной теоретической географии //Д. Хар¬
вей. Научное объяснение в географии. — М.: Прогресс, 1974а. — С. 471-481.
Сочава В.Б. Геотопология как раздел учения о геосистемах // Топологические аспекты
учения о геосистемах. — Наука: Новосибирск, 19746. — С. 3-86.
Сочава В.Б. Экспериментальные исследования геосистем // Методы комплексных ис¬
следований геосистем. — Иркутск: Ин-т географии Сибири и Д. Востока, 1974в. — С. 3-12.
Сочава В.Б. Учение о геосистемах. — Новосибирск: Наука, 1975. — 39 с.
Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. — Новосибирск: Наука, 1978. — 318 с.
Сочава В.Б. Растительный покров на тематических картах. — Новосибирск: Наука,
1979. - 189 с.
Сочава В.Б. Проблемы физической географии и геоботаники // Изб. тр. — Новоси¬
бирск: Наука, 1986. — С. 138-149.
Сочава В.Б., Волкова В.Г., Дружинина Н.П. и др. Метод комплексной ординации в ланд-
шафтоведении и биогеоценологии //Докл. Ин-та географии Сибири и Д. Востока. — 1967. —
Вып. 14. — С. 3-17.
Сочава В.Б., Крауклис А.А., Снытко В.А. К унификации понятий и терминов, используе¬
мых при комплексных исследованиях ландшафта // Докл. Ин-та географии Сибири и Д. Вос¬
тока. — Иркутск, 1974. — Вып. 42. — С. 3-9.
Сочава В.Б., Михеев B.C., Ряшин В.А. Обзорное ландшафтное картографирование на ос¬
нове интеграции элементарных геосистем //Докл. Ин-та географии Сибири и Д. Востока. —
Иркутск, 1965. — Вып. 10. — С. 9-22.
Сочава В.Б., Ряшин В.А., Белов А.В. Главнейшие природные рубежи в южной части Вос¬
точной Сибири и Д. Востока // Докл. Ин-та географии Сибири и Д. Востока. — Иркутск,
1963. - Вып. 4. - С. 19-24.
Сочава В.Б., Снытко В.А., Крауклис А.А. и др. Теоретические и экспериментальные ис¬
следования геосистем с целью оптимизации и охраны окружающей среды // Фундаменталь¬
ные исследования. Науки о Земле. — Новосибирск: Наука, 1977. — С. 161-166.
Спиридонов А.И. Геоморфологическое картографирование. — М.: Недра, 1974. — 184 с.
Субботин А.И. Сток талых и дождевых вод (по экспериментальным данным). — Л.: Гид-
рометиздат, 1966.
Суворов Е.Г. Исследование антропогенных изменений геосистем Причунских ландшаф¬
тов // Изучение состояний геосистем. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии Сибири и Д. Вос¬
тока, 1980. — С. 26-36.
Тараканов К.В., Овчаров Л.А., Тырышкин А.Н. Аналитические методы исследования
систем. — М.: Сов. радио. — 1974. — 240 с.
Тарарико А.Г. Эффективность контурно-мелиоративного земледелия // Земледелие. —
1990. - № 7. - С. 51-54.
Тихонравов Ю.В. Начала геополитики. — 2000. — 330 с.
(http://www.i-u.ru/biblio/archive/geopolitika/,http://www.i-u.rU/biblio/archive/geopolitika/l.aspx).
Библиографический список
Ткаченко М.Е. Материалы о степном лесоразведении. — М.; Л.: Гослесбумиздат, 1951. —
84 с.
Топология степных геосистем. — Л.: Наука, 1970. — 174 с.
Трасс Х.Х. Геоботаника. История и современные тенденции развития. — Л., 1976. —
252 с.
Требования к дистанционной основе Государственной геологической карты Российской
Федерации масштаба I : 200 ООО. — М.: ВНИИКАМ, 1997а.
Требования к дистанционной основе Государственной геологической карты Российской
Федерации масштаба 1 : 1 ООО ООО. — М.: ВНИИКАМ, 19976.
Трофимов А.М., Игонин Е.И. Концептуальные основы моделирования в географии. —
Казань: Матбугат йорты, 2001. — 340 с.
Трофимов А.М., Панасюк М.В. Геоинформационные системы и проблемы управления
окружающей средой. — Казань: Изд-во Казан, ун-та, 1984. — 143 с.
Трофимова И.Е. Картографический подход к оценке климатоэкологического состояния
геосистем Южного Прибайкалья // География и природ, ресурсы. — 2000. — № 2. —
С. 104-111.
Трофимова И.Е. Методические аспекты оценки качества воздушного бассейна Байкаль¬
ской котловины // География и природ, ресурсы. — 2001. — № 1. — С. 60-66.
Трофимова И.Е. Типизация и картографирование климатов Байкальской горно-котло¬
винной системы // География и природ, ресурсы. — 2002. — № 2. — С. 53-61.
Трофимова И.Е., Коновалова Т.И. Оценка теплового состояния ландшафтов Южного
Прибайкалья дистанционными методами // География и природ, ресурсы. — 1996. — № 4. —
С. 61-71.
Трофимова И.Е., Коновалова Т.И., Бессолицына Е.П. Экспериментальные исследования
аэродистанционными методами теплового состояния геосистем // География и природ, ре¬
сурсы. — 1998. — № 1. — С. 22-26.
Трутнев Э.К. Правовое зонирование города Хабаровска. Установление прав использова¬
ния недвижимости посредством местного нормативного правового акта — “Правил застрой¬
ки и землепользования”. — М.: Фонд “Институт экономики города”, 2000. — 158 с.
Туликова Н.В. Зоологическое картографирование. — М.: Изд-во МГУ, 1969. — 249 с.
Туликова Н.В., Комарова Л.В. Принципы и методы зоологического картографирова¬
ния. — М.: Изд-во МГУ, 1979. —■ 189 с.
Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. — М.: Прогресс, 1980. — 327 с.
Учет и агропроизводственные группировки земельных ресурсов СССР. — М., 1967. —
190 с.
Федотова Е.В., Буренина Т.А., Харук В.И., Сухинина А.И. Оценка применимости съемки
NOAA / AVHRR в картировании лесных территорий Енисейского меридиана // Исследова¬
ние Земли из космоса. — 1999. — № 3. — С. 67-73.
Филиппская С.В., Черкашин А.К. Классификация геосистем бассейна озера Байкал на
основе принципов пространственной и системной организации // Современные проблемы
географии и природопользования. — 2001. — № 7. — С. 72-81.
Фридланд В.М. Структура почвенного покрова. — М.: Мысль, 1972. — 423 с.
Хамарин В.И., Загорулько В.А., Тябаев А.Е. Ландшафтное и геотопологическое информа¬
ционное обеспечение решения задач природопользования средствами ГИС-технологий //
Сайт ГИС-Ассоциации — http://www.gisa.ru/2934.html — 2004.
Харвей Д. Научное объяснение в географии. Общая методология науки и методология
географии. — М.: Прогресс, 1974. — 502 с.
Харук В.И., Альшанский А.М., Егоров В.В. Дистанционное зондирование в оценке со¬
стояния растительного покрова // Космические методы изучения биосферы. — М.: Наука,
1990. - С. 59-66.
Хильми Г.Ф. Основы физики биосферы. — Л.: Наука, 1966. — 300 с.
407
Библиографический список
Хисматуллин Ш.Д. Почвенный покров Ангаро-Бирюсинского междуречья // Почвовелс-
ние. — 1970. — № 2. — С. 30-43.
Холмогоров Е. Геополитика: Справка // Отеч. зап. — 2002. — № 3
(http://www.traditio.ru/holmogorov/geopol-oz.htm).
^ Хромовских B.C. Детальное сейсмическое районирование дельты р. Селенги и прилегаю¬
щей территории // Геология и геофизика. — 1965. — № 6. — С. 39-47.
Хромых В.В. Методика создания электронных ландшафтных карт на основе ДДЗЗ для
ГИС экологического сопровождения инвестиционно-строительных проектов в нефтегазовой
отрасли // Дистанционные исследования и картографирование структуры и динамики гео¬
систем. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2002. — С. 98-106.
Цыганенко А.Ф. Почвенное картирование. — Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1967. — 130 с.
Червяков В.А. Концепция поля в современной картографии. — Новосибирск 1978 —
149 с.
Черкашин А.К. Использование математической модели для прогноза восстановления
структуры таежных биогеоценозов после рубок // Моделирование и прогноз динамики гео¬
систем. — Иркутск, 1979. — С. 97-110.
Черкашин А.К. Логические аспекты в решении теоретических проблем в географии //
Методологические проблемы конкретных наук. — Новосибирск: Наука, 1984а. — С. 149-160.
Черкашин А.К. Система математических моделей леса // Планирование и прогнозирова¬
ние природно-экономических систем. — Новосибирск: Наука, 19846. — С. 46-57.
Черкашин А.К. Количественные взаимосвязи динамики лесной растительности и геогра¬
фической среды // Географический анализ природных ресурсов Иркутской области. — Ир¬
кутск: Изд-во Ин-та географии СО АН СССР, 1985а. — С. 52—74.
Черкашин А.К. Математические задачи учения о геосистемах и возможные пути их реше¬
ния // География и природ, ресурсы. — 19856. — № 2. — С. 34-44.
Черкашин А.К. Расширяющийся комплекс частных моделей. Лес // Системные исследо¬
вания взаимодействия природы и хозяйства региона. — Иркутск: Изд-во Иркут, ун-та,
1986. - С. 71-77.
Черкашин А.К. Полисистемные принципы географической экспертизы // Географиче¬
ская экспертиза хозяйственного освоения территории. — Новосибирск: Наука, 1992. —
С. 53-71.
Черкашин А.К. Политическая география выборов в Иркутской области // География и
природ, ресурсы. — 1995. — № 2. — С. 130-140.
Черкашин А.К. Полисистемный анализ и синтез. Приложение в географии. — Новоси¬
бирск: Наука, 1997. — 502 с.
Черкашин А.К. Пространство байкальской идеологии и экологическая культура // Эко¬
логическая культура современного общества. — Новосибирск: Наука, 2000. — С. 77-82.
Черкашин А.К. Геотехнологии, модели представления данных и локальный анализ кос¬
мической информации // Дистанционные исследования и картографирование структуры и
динамики геосистем. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2002а. — С. 23-30.
Черкашин А.К. Методика полигеосистемного картографирования // Методология сис¬
темного экологического картографирования. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН,
20026. - С. 22-30.
Черкашин А.К. Геоинформационное будущее географии // ИнтерКарто / ИнтерГИС 10:
Устойчивое развитие территорий: геоинформационное обеспечение и практический опыт. —
Владивосток; Чаньчунь: Междунар. картогр. ассоциация, 2004. — С. 81-85.
Черкашин А.К. Полисистемное моделирование. — Новосибирск: Наука, 2005. — 280 с.
Черкашин Е.А., Чудненко А.К., Владимиров И.Н. Интеллектная геоинформационная сис¬
тема динамики управления древостоем в контексте задачи разработки системы поддержки
принятия решений по рациональному использованию лесных ресурсов // ИнтерКарто /
ИнтерГИС 10: Устойчивое развитие территорий: геоинформационное обеспечение и практи¬
ческий опыт. — Владивосток; Чаньчунь: Междунар. картогр. ассоциация, 2004. — С. 81-85.
408
Библиографический список
. Г В‘ ГеограФия И землеустройство // География и хозяйство. - М.: Изд-во
Ml У, 1959. — Сб. 5. — С. 5-13.
Чимитдоржиев Т.Н., Ефременко В.В. Об использовании различных индексов вегетации в
дистанционном зондировании экосистем // Исследование Земли из космоса — 1998 —
№ 3. — С. 49-56.
Шабаев А.И., Медведев И.Ф. Особенности разработки системы земледелия на ланд¬
шафтной основе для черноземной степи Саратовской области //Докл. научно-практической
конференции “Проблемы ландшафтного земледелия”. — Курск: Изд-во ВНИИЗиЗПЭ
1997. - С. 97-109.
Шац М.М. Дистанционные методы исследований при комплексном изучении эколо-
го-географической обстановки (методические указания). — Якутск: Ин-т мерзлотоведения
СО РАН, 1995. - 42 с.
Шибких А.А. Ландшафтное картографирование Алтайского края с применением ГИС-
технологий для решения экологических задач // Интеркарто 8: ГИС для устойчивого разви¬
тия территорий. — СПб.: ЗАО “Карта”, 2002. — С. 205-207.
Шмальгаузен И.И. Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии. —
М.: Наука, 1982.
Щербаков В.М. Моделирование функциональных свойств геосистем в целях экологиче¬
ского ГИС-картографирования // Интеркарто 8: ГИС для устойчивого развития террито¬
рий. - СПб.: ЗАО “Карта”, 2002. - С. 380-382.
Шульгин А.М. Мелиоративная география. — М.: Высш. шк., 1980. — 288 с.
Щербаков В.И., Зуза А.Г., Зуза Л.К. и др. Почвозащитное устройство агроландшафта //
Земледелие. — 1990. — № 8. — С. 24-27.
Эдельман Д. Топобиология // В мире науки. — 1989. — № 7. — С. 24-33.
Экологически ориентированное планирование землепользования в Байкальском регио¬
не. Ольхонский район. Рамочный план экологически ориентированного землепользования в
масштабе 1 : 200 000. — Иркутск; Ганновер: Изд-во Сиб. отд-ния РАН, 1998. — 183 с.
Экологически ориентированное планирование землепользования в Байкальском регио¬
не. Район дельты реки Селенги. — Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2002а. — 150 с.
Экологически ориентированное планирование землепользования в Байкальском регио¬
не. Байкальская природная территория. — Иркутск: Ин-т географии СО РАН, 20026. — 103 с.
Эколого-экономические системы: модели, информация, эксперимент. — Новосибирск:
Наука, 1987. - 216 с.
Эльсгольц Л.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. — М.: Нау¬
ка, 1969. — 424 с.
Юргенсон П.Б. Биологические основы охотничьего хозяйства в лесах. — М.: Лесн.
пром-сть, 1973. — 176 с.
Яненко Н.Н., Карначук В.И., Коновалов А.Н. Проблемы математической технологии //
Численные методы механики сплошной среды. — 1977. — Т. 8, № 3. — С. 129-157.
Яненко Н.Н., Карначук В.И., Коновалов А.Н. Математическая технология // Фундамен¬
тальные и прикладные исследования в условиях НТР. Новосибирск, 1978. С. 10-37.
Aber J.D., Magill A., Boone R. Plant and soil responses to chronic nitrogen additions at the
Harvard forest, Massachusetts // Ecol. Appl. 1993. N 3. P. 156-166.
Achinger E. Pflanzen als forslicnen Standortszeiger. — Wien, 1967.
Achinger E. Pflanzensoziologie und ihre Auswertung in der Forstwirtshait der Ostalpen //
Carinthia. — 1973. — Vol. 163, N 83. — P. 43-80.
Beltrami E. Mathematics for dynamic modeling. — Boston: Acad, press, 1998. — 219 p.
Bishop C.M. Neural Networks for Pattern Recognition. — Oxford: Oxford Univ. Press, 1995. —
*Braun-Blanquet J. Pflanzensoziologi: 3-te Aufl. — Wien; New York, 1964. - 865 p.
Bulmer M. Theoretical evolutionary ecology. — Sunderland: Sinauer Assoc. Publ., 1994.
352 p.
4(W
Библиографический список
Card D.H., Peterson D.L., Mattson P.A. Prediction of leaf chemistry by the use of visible and
near infrared reflectance spectroscopy // Remote Sensing of environm - 1988 — N 26 —
P. 123-127.
Choudhury B.J. Relationships between vegetation indices, radiation absorption and net
photosynthesis evaluated by a sensitivity analysis // Remote sensing of environm — 1987 —
P. 209-234.
Curran P.J. Remote sensing of foliar chemistry // Remote Sensing of environm — 1989
N 30. - P. 271-278.
DeAngelis D.L. Dynamics of nutrient cycling and food webs. - London et al.: Chapman&Hall
1992. - 270 p.
Delcourt H.R., Delcourt P.A. Quaternary landscape ecology: Relevant scales in space and
time // Landscape Ecol. — 1988. — Vol. 2, N 1. — P. 67-72.
Forman R.T.T., Godron M. Landscape ecology. — N.Y.: Springer Verlag, 1986. — 612 p.
Franklin J.F. Preserving biodiversity: species, ecosystems, or landscapes? // Ecol. Appl 1993 —
Vol. 3, N 2. - P. 202-205.
Gillman М., Hails R. An Introduction to Ecological Modeling. Putting Practice into Theory. —
Oxford: Blackwell Science Ltd., 1997. — 202 p.
Glassy J.M., Running S.W. Validating diurnal climatology logic of the MT-CLIM model across
a climatic gradient in oregon // Ecol. Appl. — 1994. — Vol. 4(2). — P. 248-257.
Gutman G., Jhring G., Tarpley D., Ambroziak R. Albedo of the U.S. Great Plains as Determined
from NOAA-9 AVHRR Data // J. Clivate. — 1989. - Vol. 2, N 6. - P. 608-617.
Gutman G., Tarpley D., Ignatov A., Olson S. The Enhanced NOAA global land data set from the
edvanced very high resolution radiometer// Bull. Amer. Meteorol. Soc. — 1995. — Vol. 76, N 7. —
P. 1141-1156.
Hofbauer J., Sigmund K. The theory of evolution and dynamical systems. Mathematical aspects
of selection. — Cambridge: Univers. press., 1996. — 341 p.
Kohonen T. Self-Organizing Maps. — Berlin: Springer Verl., 1997.
Kuzmenko E. Up-to-date State and Transformation of the South-Taiga Subzone Forests of the
Right Side of Yenissei Region; There Biosphere Role. ESRI Library. — N.Y., 2001.
Kuzmenko E.l. Structure, Spatial and Temporel Dynamics and Mapping of the Southern Taiga
forests in Mid Siberia // Материалы конференции Интеркарто-9. — Севастополь, 2003.
Kuzmenko Е., Smolonogov Е. Up-to-date state and transformation of the south taiga subzone
forests. 22 Annual ESRI International User Conference. — San-Diego, 2002.
Low B.E., Waring R.H. Remote sensing of leaf area index and radiation intercepted by
understory vegetation // Ecol. Appl. — 1994. — Vol. 4(2). — P. 272-279.
McClaugherty C.A., Pastor J., Aber J.D., Melillo J.M. Forest litter decomposition in relation to
soil nitrogen dinamics and litter quality // Ecology. — 1985. — Vol. 66. — P. 266-275.
Murray J.D. Mathematical biology. — Berlin; Heidelberg: Springer-Veri., 1993. — 767 p.
NeRis. Приложение тематической обработки изображений. — М.: ИТЦ “Скан Экс”,
2000. - 24 с.
Neumann М., Starlinger F. The significance of different indices for stand structure and diversity
in forests // For. Ecol. Manage. — 2001. — Vol. 145. — P. 91-106.
Pirce L.L., Running S.W. Regional-scale relationships of leaf area index to specific leaf area and
leaf nitrogen content // Ecol. Appl. — 1994. — Vol. 4(2). — P. 313-321.
Pickup G., Bastin G.N., Chewings V.H. Remote-sensin-based condition assessment for
nonequilibrium rangelands under large-scale commercical grazing // Ecol. Appl. — 1994. —
Vol. 4(3). - P. 497-517.
Prata A.J. Land surface temperature derived from the advanced very high resolution radiometer
and the along-track scanning radiometer. 1. Theory. // J. Geophys. Res. — 1993. — Vol. 2, N 17. —
P. 16689-16702. L ,
Rumelhart D.E., Hinton G.E. and Williams R.J. Learning representations by back-propagating
errors // Nature. — 1986. — Vol. 323 (9 October). — P. 533-536.
410
Библиографический список
Spanner М., Johnson L. Remote sensing of seasonal leaf area index across the oregon transect //
Ecol. Appl. - 1994. - Vol. 4, N 2. — P. 258-271.
Strahler A.H. Remote estimation of crown size, stand density, and biomass on the Oregon
transect // Ecol. Appl. - 1994. - Vol. 4, N 2. - P. 299-312.
Study on European forestry information and communication system // Report of forestry
inventory and survey systems. — Luxembourg, 1997. — Vol. 2. — 860 p.
Tomter S. Skog 2000: Statistics of forest conditions and resources in Norway. — As: Norwegian
Institute of Land Inventory, 2000. — 84 p.
Troll C. Luftbildplan und okologische Bodenforschung // Z. der Geseltschaft fur Erdkunde zu
Berlin. - 1939. - N 7-8. - S. 241-298.
Troll C. Die geographischt Landschaft und ihre Erforschung // Studium Gener. — 1950. —
3Jg. - S. 46-83.
Troll C. Landscape Ecology // ITC. Delft. — 1966. — Ser. 4. — Bd 25. — S. 3-8.
Troll C. Vorwort des Herausgebers // Frenzel B. Grundzuge der pleistozanen Vegetationsge-
schichte Nordeurasiens. — Wisbaden, 1968. — S. 3-6.
Troll C. Landschaftokologie (Geoekology) und Biogeoecologie. Eine terminologische Studie //
Rev. Poum. Geol., Geophys., Geogr. Ser. Geogr. — 1970. — Vol. 14, N 1. — P. 9-18.
Vladimirov I.N., Cherkashin A.K. The integrated multilevel Geoinformational System of
condition estimation and forecasting of taiga forest dynamics in Near Baikal Region // Boreal Forests
and Environment: Local, Regional and Global Scales. — Krasnoyarsk: V.N. Sukachev Institute of
Forest SB RAS, 2002. - P. 99-100.
Zonneveld J.I.S. Introduction to “Cultural aspects of landscape”. First Int. Cont. of the IALE
Working group “Culture and landscape”. — Waginingen, 1990. — 350 p.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автокорреляция пространственная 114
Автономность геосистемы 74
Агроландшафт оптимальный 340
Агроландшафтоведение 327
Агроэкотон 341
Алгоритм ландшафтного планирования
программно-целевой 371-372
Альбедо 362-364
Анализ геоизображений глобальный 146
- локальный 146, 170
- геоинформационный 131
- геосистемный 9-10, 33, 72, 93, 218
- гистограмм 149
- групповой 79
- дифференциальный 79
- интерпретационный 272
- кластерный 151-152
- контекстуальный попиксельный 147
- ландшафтно-геохимический 184
- ландшафтный 390
- локальный 77, 103, 121
- повыделенный 80
- полигеосистемный 16, 19
- полисистемный 15, 16, 75, 374
- политико-географический 376
- поточечный 79
- проективный 19
- пространственный 21
- системный 33, 314-315
- скользящего локального окна 163
- случайных марковских полей 163
- спектральный 156
- статистический 31
- стратегии 312, 314
- текстурный 156
- факториальный 278
- факторный 147-148, 278
- фациальный 34
- типологический 138
- экспертный неформализованный 314-315
Ареал геосистем гетерогенный 104
- гомогенный 104
- элементарный почвенный 332
- - почвенно-сельскохозяйственный 332
Аэрозондирование территории 356
Аутэкология 220
База расслоения 20, 36
- координатная 20
- элементная 20
- моделей геоинформационная 290
Базис деятельности нормативный 376
- структурно-логический 76
- технологический 8, 389
Байкальская природная территория 378
Банк данных 160
Биогеография 270
Биогеоценоз 73, 98, 241, 247, 305
Биота 100, 218
Бонитет 323
Вариант 36
- младший 39
- старший 39
- фации 98
Вектор эталонный 154
Вершина графа 57
Верификация модели 285
Вес нейрона 154
- фактора 121
Вид взаимосвязи 117
Виды нарушенности геосистем 164
Воздействие антропогенное 234
Выдел ландшафтный 372
- пространственный 314
Выделение границ 169, 170
Высота 153
Гамильтониан 108
Генерализация 261
- картографическая 199
География 15, 16-17
- геоинформационная 131
- историческая 375
412
Предметный указатель
- политическая 375, 376
- факторная 118
- функциональная 118, 119
Геоизображение 76
- вторичное 78
- первичное 78
- расслоенное 78
- территории 77
Геоинформатика 77, 95
Геоинформационная система (ГИС) 81
- интегрированная 10, 77, 81, 138-139
- ландшафтная 190, 323, 389
- лесного фонда 288
Геом 43, 47, 73, 128, 229, 247
Геоматика 78
Геомер 34, 188, 217, 286
- коренной 217
Геополитика 371-372,373, 374-376
Геосистема 33, 52, 55, 222
- азональная 209
- высокочувствительная 366-367
- земноводная 45
- инвариантная 230
- квазикоренная 207
- коренная 230
- неавтономная 130
- низкочувствительная 366
- региональная 136, 252
- серийная факторальная 272
- среднечувствительная 366
- уникальная 209
- управляемая 72
- управляющая 72
- элементарная 244
Геохора 27, 34, 129, 286
Геоэкология 218, 220
Гидроморфность 121, 127
ГИС территории 315
ГИС-технология 315
Гистограмма 149
Гомогенность 38, 104
Граница зоны 388
Граф ориентированный 57, 285, 311
- размеченный 57
Группа биогеоценозов 241
- геомов 128, 228-229, 239
- геосистем ядерная 230
-Ли 111
- почв агропроизводственная 332
- типов леса 238, 241-242
- фаций 42, 43, 73, 138, 191, 205, 238
- эпифаций 42
Действие ПО
Дешифрирование автоматизированное
146-147
- объектное 139
- тематическое 139, 147
- топографическое 139-140
Диаграмма коммутативная 19-20, 75-76,
78, 375, 377, 387
Динамика 56, 285
- восстановительно-возрастная сукцесси-
онная 98
- геосистемы 52, 196, 213
Директриса 66
Дифференциация геосистем 210
Ециница ландшафтная 135
- ландшафтно-типологическая 306
- классификационная геомерная 238-239
- планирования основная территориаль¬
ная 340
- технологическая исходная 340
- таксономическая 328
- физико-географической дифференциа¬
ции региональная 253
топологическая 253
- хорологическая пространственная 238-239
Зависимость диамерная 105
- диахронная 105
- категорно-функторная 78
Задание области интересов 161
Задача 317
- анализа геосистемного 389
- классификации 148
- распознавания 148
Закон гомологических рядов 197
- сохранения элементов 58
- толерантности Шелфорда 278
Закономерности размещения региональ¬
но-типологические 259
Заряд информационный 27-28
Зеленость 151
Землепользование ландшафтно-обуслов¬
ленное 372
- экологически обоснованное 370
Землеустройство адаптивное 340-341
Земли заповедные 369
- лесные 385
- особо охраняемых территорий 385
413
Предметный указатель
- промышленные 385
- сельскохозяйственные 385
- урбанизированные 385
Земля 331-332
Знание математическое 96
- формализованное 96
Значение ландшафта 364
- низкое 365
- ограниченное 365
- признаковое 151
- повышенное 366
- среднее 365-366
Зона атмосферного влияния 378
- буферная 378
- водоохранная 378, 386
- местообитаний несвойственных 257
- оптимальных 253-254, 256
- покоя 369
- субоптимальных 257
- устойчивого развития 368
- физико-географическая 119
- центральная экологическая 378
Зонирование многоуровневое 387
- по режиму землепользования 367-368
- правовое 382-383
- частное 367
Идентификация 85, 111, 117-118, 133, 374
- параметров 285
- типов условий 290
Иерархия геосистем (геосистемная) 72, 323
- факторов классификации геосистем 196
- систем 34
Изменение лесного покрова 235
- необратимое 53, 54
- обратимое 53, 54
- структуры геосистем 230
- функций биогеоценоза 271
Изменчивость 200
- геосистем 210, 216, 231
- ландшафта 219
- факторальная 205
- фации 45, 73
Инвариант 34, 35, 38, 40, 41, 54, 100
- геосистемы 196, 231
- ландшафтный 324
Индекс 31, 150
- вегетационный 363
- зелености 151
- продуктивности агроландшафта 343
- устойчивости 322
- яркости 151
Индикатор 357
- геосистемы 142-144, 218, 243
- преобразования ландшафтной структу¬
ры 205
Индикация пространственно-распреде-
ленная 140
Индукция 17
Интенсивность потока элементов 61
относительная 62
Интерпретация 17, 87-88, 131, 282-283,
373
- географическая 88
- геоэкологическая 222
- данных 88, 264
- знаний 88
- иерархии геосистемной 285-286
- интерактивная экспертная 168
- информации 131
- картографическая 90
- количественная 233
- содержательная 162
- тематическая 140
- теорий 88
Информация 74
Исследование огибающих 318
Исследования лабораторные 291
- маршрутные 291
- стационарные 291
Источник информации 290
Калибровка 109, 116
- нейронной сети тематическая 162-163
Каркас экологический 280-281, 368, 385
- местный 369
- региональный 369
- организационно-территориальный
341-342
Карта агроландшафтная 330, 342
- агропроизводственных групп почв (зе¬
мель) 330-331, 332
- аналитическая 135
- геоботаническая 329
- геосистем 217-218
- геоэкологическая 221-222, 224, 230, 231
- единая общенаучная синтетическая
327-328
- зонирования правового 381, 383-384
- интегрированных целей территориаль¬
ного развития 368
- интерпретационная 275, 350
414
Предметный указатель
- использования целевого по компонен¬
там 368
- кластерная 152
- ландшафтная 94, 131, 133, 134, 136, 169,
192, 211, 233-234, 244, 276, 310, 311, 323,
327, 329, 334, 335, 348, 349, 389, 390
- генетическая 327
- комплексная 134-135
- синтетическая 134
- ландшафтно-мелиоративная 334
- ландшафтно-типологическая 77, 107,
113-114, 192, 269, 312, 314
- лесной растительности 235, 239, 242
- местообитаний и плотности населения
животных 259-261
- оценочная 330-331, 373
- планирования ландшафтного 372
- политики землепользования 345-346,
381-382, 383
- почвенная 329, 350
- почвенной биоты 243
- прикладная 324, 325
- ландшафтная 328
- прогнозная 290
- прогнозно-динамическая типов леса
311-312
- производная 350
- районирования 222
- растительности потенциальной 353
- ресурсно-оценочная 261-264
- специального назначения 372
- узловая 84
- уникальности 275
- целевая 373
Картографирование географическое 83
- геоинформационное 373
- геосистемное (геосистем) 199, 217
- геоэкологическое 218, 221, 230
- инвентаризационно-оценочное 265
- интерпретационное 11, 87, 88, 90, 113,
233, 275, 312, 314, 324
- ландшафтно-интерпретационное 10,
280, 282, 389, 391
- ландшафтное 74, 135, 136-137
- геоинформационное 193
- многоуровневое 331
- оценочных показателей 258
- полисистемное 84, 85-86
- ресурсно-оценочное 259
- системное 83
- экологическое 244
- эколого-климатическое 356
Картография геоинформационная 95
Категория 78
- генезиса почвообразуюшей породы 350
- изменчивости фации 173
- использования целевого 372
- местообитаний 256
- уникальности лесов 274-275
Квантование снимков 149
Класс геомов 129, 228
- фаций 42, 46, 73, 193
- функциональных связей 109
- эпифаций 42, 43
Классификация 28, 90, 148, 163, 193,
198-199
- агроландшафтная 330
- базисная 194-195
- геосистемная (геосистем) 94, 193-195,
196, 389-390
- двухрядная 28
- двухрядная 238, 269
- естественная 390
- контролируемая 148
- ландшафтная 328
- лесная 243, 268
- моделей математических 286
- неконтролируемая 148
- с использованием ландшафтных прин¬
ципов 252
- специальная 195
- фаций 173
- хозяйственно-видовая 252
Класс эквивалентности 20
Кластер 151
Климадиаграмма Госсена 358
Когерентность систем 195-196
Комплекс 18, 25
- географический 137
- геоинформационный 79, 86
- информационный 79
- исторический 79
- линейный 116
- местообитаний 252, 253-254
- территориально-хозяйственный 376
- территориальный 79
- технологический 79
Компонент геосистемы 33, 54, 55, 251, 272
- ландшафта 54
Конгруэнция линейная 115, 116, 182
Контрастность 271
Концентрация видов 267
415
Предметный указатель
Концепция географических оценок и про¬
гнозов 114
- геосистем (геосистемная) 219, 222-223
- инвариант-вариантных типологических
фрактальных эпиструктур 93
- Колесникова географо-генетическая 237
- конструирования экологически сбалан¬
сированных сельскохозяйственных
ландшафтов 335
- “неодокучасвская” 338-339
- непредсказуемости 114
- охотничьей таксации ландшафтно-видо-
вая 253, 258
- Сукачева биогеоценотическая 237
Координатор отображений 375
Коридор каркаса экологического 280, 281,
282
Коэффициент взаимодействия 108, 318
Кривизна земной поверхности 153
Криоиндикатор 145-146
Криоморфность 121
Критерий выделения зоны водоохранной
387
- классификации 148
- комплексности 103
- оптимальности 73, 317
- оценки значения 365
- чувствительности 366
- оценочный ландшафтного планирова¬
ния 364
- типизации 185
- уникальности 276
- функциональной однородности 103
Крутизна склона 153, 172
Ландшафт 328-329
- антропогенный 229
Ландшафтоведение генетическое 92-93
- инженерное 327
- прикладное 325
- структурно-динамическое 98
Легенда 27, 90
- карты ландшафтной 389
Леса фоновые 273-274
- эталонные 103
Литоморфность 121, 127
Логика векторно-комбинаторная 17,19, 41,
75, 124
- триадная 72
Логистика геоинформационная 77
Маска 160
Математика 96-97
Материалы дистанционного зондирова¬
ния Земли (ДЗЗ) 158
Матрица Гурвииа 319
- идентичности 90
- смежности 90
- соседства 90
Мелиорация гидротехническая 332
Мера подобия 152
- сходства 152
Мероприятия рациональной организации
территории 342
Местоположение геосистемы 216
Метод Браун-Бланке 236-237
- главных компонент 147-148
- дедукции 135
- дешифрирования визуальный 142
- ландшафтно-индикационный 142
- ландшафтно-криоиндикационный 145
- нейросетевой 153-157
- экспертный 142
- индикации 122, 145
- ландшафтной 356-357
- индукции 135
- К-средних 152
- картографический на ландшафтной ос¬
нове 267
- квантования изображения 149-150
- комплексной ординации 118
- параллелепипедной классификации 170
- построения тематических палитр
155-156
- распределения коэффициента спек¬
тральной яркости 149
Методика составления карт геоэкологиче- .
ских 222
- оценки агроландшафта на биоэнергети¬
ческой основе 339
Методология географии 83
- формирования агроландшафтов 342
Методы аэрокосмические 291
- картографирования интерпретационно¬
го 314
- статистического анализа геоизображе¬
ний 147
Местоположение 110, 111
- фации 53
Моделирование динамики леса 284, 286
- изменчивости геосистем картографиче¬
ское 231
416
Предметный указатель
- проективное 32
Модель 317
- агрегированная 286
- аналитическая 291
- “Вырубка” 292
- геосистемного взаимодействия 66
- инвариант-вариантная 36-37
- картографирования 84
- факторная 230
- фрактальная 38, 72, 128, 315
- картографическая структурно-динами-
ческая 200
- ландшафтно-типологической предопре¬
деленности 93
- математическая внутрирегионального
уровня 286
- сукцессионных смен 318
- локального уровня 286, 291
- регионального уровня 286
- субрегионального уровня 286, 291
- механизмов взаимодействия частей це¬
лого 317, 323
- объектная
- ординации фаций ландшафта 123, 150
- пространственно-распределенная (рас¬
пределенная) 286, 292-296
- системно-иерархическая 223
- сосредоточенная 286
- факторной классификации геосистем
130
- координации 124
- функциональная причинно-следствен¬
ных связей 120
- функционально-динамическая 58, 285
- эколого-географических знаний фрак¬
тальная 98
- экономики 287
- экосистемы математическая 285
Модификация структуры геосистем 230
Моносистема 25, 27, 374
Морфизм 78
Нагрузка антропогенная 364
Направление агроландшафтных исследо¬
ваний 330
- геосистемное 218
- геоэкологическое 218
- ландшафтно-типологическое 92
- ландшафтно-генетическое 92
- решения задачи 317
- структурно-динамическое 92
Направленность восстановительно-воз¬
растной динамики лесов 303
Нарушение геосистемы структурное 230,
231
- функциональное 230, 231
Нарушенность геосистемы 165, 217
- ландшафта 157
Наука единая 15-16, 17, 19
Нелинейность системы 195
Неоднородность пространства 70
- среды 71
“Несущий узел” ресурсного потенциала
животных 267
Нетипичность геосистем 365
Неустойчивость системы 196, 319
Ниша экологическая 252
Номенклатура зональная ландшафтная
196-197
Норма зональная 72, 207, 271, 273
- фации фоновая 44, 244, 246
Нормировка 111, 162
- по дисперсии 162
- по сумме компонентов 162
Обеспечение ландшафтно-географическое
82
- геоинформационное 91
- информационное 92
Область равновесия геомера 217
- физико-географическая 129
Обмен элементами 55
Оболочка ландшафтная 33
Обработка попиксельная 164
Образ географической идеи 83
Объект диагностический типов почв 244
- исследований 15
- управления 211, 231
Объективизация 117
Однозначность 113
Однородность 104
- функциональная 133
Округ ландшафтный 238
- лесорастительный 239
Окружение-периферия эписистемы 35
Определитель (критерий) Якоби 79, 103,
107, 307
Оптимальность 102
- продукционного процесса 278-279
- условий 278
Оптимизация 63-64
Организация геосистем 35
417
Предметный указатель
- геотропная 116
- территории пространственная 116, 131
Организованность 31
Ординация объекта 119
- комплексная 133
- Сэммона 156
Ориентация тематическая 155
Основа ландшафтная 82
- ландшафтно-типологическая 347
- полигеосистемная 390
Особенности географические 205, 216
Основа карт тематическая 222
- управления информационно-географи-
ческая 373
Остаток фрактальный 109, 132
Отклонение допустимое 187
- системы 61
- фоновой нормы 244-245
Открытость системы 195
Отношения функциональные 118
Отображение 75, 76, 83
Оценивание экономическое кардиналист-
ское 31, 119
- ординалистское 29
Оценка значения 373
- чувствительности 373
Параметр гомотопический 18
Параметры обучения нейронной сети
161-162
- управления обучением нейронных сетей
162
Паросочетания 90
Переклассификация 85
Переопределение 85, 86-87
- данных 85
- классификаций 85
- моделей 85
- теорий 85
Переработка концептуально-географиче-
ская 82
Переход гомотопический 105
План ландшафтный 347, 372, 376
- конкретный 371
- рамочный 347
Планирование ландшафтное 325, 346-347,
367, 376, 386, 387
Поведение фации 31
- неустойчивое 31
- устойчивое 31
асимптотически 31
Подгруппа геомов 239
Подкласс геомов 228
Подобие 75
- классификаций 195
- функциональное 79
Подразделение угодий ландшафтно-типо¬
логическое 258
Подрайон 238
- лесораститсльный 238
Подход аналитический 31
- геоинформационный 130
- геоморфо-гидрологический членения
территории 337-338
- геосистемный 94, 138
- дедуктивный 198
- динамический 238
- землеустроительных мероприятий агро-
экологический 341
эколого-ландшафтный 341
- индуктивный 198
- комплексный 251
- ландшафтно-видовой 252
- ландшафтно-водосборный 339
- ландшафтно-географический 328
- ландшафтно-гидрологический 270
- ландшафтно-интерпретационный 92
- ландшафтно-типологический 244
- ландшафтно-экологический 221
- ландшафтный 261, 328, 334, 391
- описательный 31
- политико-географический 387
- региональный 331
- системный 232
- сквозной 200
- типологический 259
- факторально-динамический 304
- факторный 119
- функциональный 119, 193
Подчиненность геосистем 34
Позиция классификационная 25
Познание 75, 82
Показатель интегральный 111, 340
- комплексный 184
- эрозионной опасности 340
Поле инвариантное геоинформационное
107, 291
Полезность 31
Полисистема 25, 374
- моделей 79
- состояний 59
Полисистемность знания 97
418
Предметный указатель
Политика землепользования 376, 377-378,
381, 382
Полоса агроландшафтная 340
Полюс геосистемы 207
Поляна ландшафтная 385
Потенциал обобщенный 31
- развития системы 110
- территории биоэнергетический 343
Потребители ландшафтных карт 330
Преобразование 18
- карты 85, 131
- касательное 126, 131
- касательное 2-го порядка 115
- 3-го порядка 116
- Лежандра (касательное) 63, 108, 110
- однотипное 111
Приемы дешифрирования 142
- картографирования универсальные 230
Признак дешифрирования контекстуаль¬
ный 141
- косвенный 141, 144, 158
прямой 141, 158
- топологический 141
- геосистемы фоновый 197
- фации 24
Принадлежность зональная 250
Принцип Герловина 17
- единства структуры и динамики геосис¬
тем 184
- коммутативный 75
- конкретности 110
- максимума Понтрягина 101
- неделимости 252
- организации системно-иерархический
228
- утроения 72
- факторальный 353
Принципы фациального анализа 270-271
Принятие решения 140
Приоритеты ведения лесного хозяйства
235
Причина 120
Проблема 317
Провинция 128-129, 238-239
- лесорастительная 238-239
Пространство 17
- комплексных факторов координатное
185
- одномерное 59
- структурной 182
- расслоения 20
- расслоенное 20-21
- тематическое 155
- факторное 30, 119, 132, 133, 271
- факторных координат фрактальное 132
- характеристик 155
Процедура утроения 125
Процесс физико-географический 34
- единый 55
- факторизации 127-128
Пучок 65, 109
Равновесие системы 61
Развитие регламентированное интенсив¬
ное 371
- экстенсивное 371
- устойчивое 324
Разновидности геома эколого-морфогене-
тические 310
Разнообразие геосистем 365
- ландшафта внутреннее 269
Разработка концепции социально-эконо¬
мического развития 367
Район 238
- лесорастительный 238-239
Распознавание 140, 148
Распределение ранговое 29
Расслоение 20, 34, 36
- картографическое 88, 89
- полисистемное 21, 72
- фациальное 22
Расстояние евклидово 161
- покоординатное 161
- “спектральный угол” 161
Растительность потенциальная 353
Реакция 119
- геосистемы 197
Ребро графа 57
Регламент зонирования правового 383
Режим интегральный природный геосис¬
темы 35
фации 270
- природный 55, 198, 281
- фации внутренний 52
Ряд восстановительно-возрастной 172
- гомологический 18, 75
- гомотопический 79
- динамический 217
- сопряжения временного 79
- пространственного 79
- трансформации 217, 231
419
Предметный указатель
- факторально-динамический 43, 44, 45,
73, 120, 207, 217, 231
- субгидроморфный 45, 192
- субкриоморфный 45, 192
- субксеролитоморфный 192
- сублитоморфный 45, 192
- субпсаммоморфный 45
- субстагнозный 45, 192
- субфлювиальный 45
- факторальный 126, 217
Ряды восстановительные по Попову
303-304
Саморегуляция 216-217
- геомера 217
Своеобразие геосистем 365
Свойства нейронной сети 161
Свойство геома внешнее функциональное
205
Связи причинно-следственные 26
Серийность 53
Серия восстановительная 179
- восстановительно-возрастная 306
Сеть Кохонена 154-155
- нейронная 153-154
Сила функционирования 59
Синтез 375
- знаний конструктивный 377
- полисистемный 15, 18, 374
- пространственный 21
- фаций 272
Синэкология 220
Система геотехническая 271, 324
- динамическая универсальная 60
- замкнутая 63
- земледелия контурно-мелиоративная
(КМЗ) 337
- инвариант-вариантных вложений 37
- индикационная 30-31
- интегрированная 17
- информационного обеспечения моделей
290-291
- использования земли 328
- ландшафтно-экологической организа¬
ции земледельческих территорий 335
- ландшафтных единиц 135
- лесного хозяйства информационная 283
- нелинейная 195
- неустойчивая 319
- открытая 195, 292
- прогнозирования динамики лесных ре¬
сурсов диалоговая 288
- ранговая 25
- социальная 26
- таксономическая классификационная
222
- территориально-политическая 375, 376
- устойчивая 319
- устойчиво развивающаяся 75
- факторная 118, 119, 120, 121, 278
- функциональная 26, 119
Систематизация биотопов 353
Системность 110
Ситуация биогеографическая 323
- конкурирующая 369
- ландшафтно-экологическая 244
- локальная 109, 368
- мезоклиматическая 360
- местная ландшафтная 192
- фации географическая 53
- динамическая 53
- статическая 53
Слой 18
- геосистемный 78
- информационный 160
- картографический 242
- расслоения 20
Содержание агроландшафта 339
Создание карт 76
Сомкнутость крон 296
Сообщества климаксовые 271
Сопряженность моделей 285
Составляющая агроландшафта антропо¬
генная 339
Состояние 59
- геосистемы 54, 70, 165, 216
- динамическое 217, 349
- переменное 54, 55, 164-165, 192, 231
- ландшафта переменное 54
- переменное 40, 157, 372
- равновесное 31, 109
Сохранение состояния современного 369,
371
Сравнение 89
- функторное 84
Среда 109
- географическая 373
- интегральная 286
- геоинформационная 27, 28
- геосистемы окружающая 33
- ландшафтно-экологическая 221
420
Предметный указатель
- антропогенная 221
- природная 221
- локальная 69-70, 109
Стабильность геосистемы 216
Степень уникальности 272
Стратегия использования территории 388
Строение фации 52
Структура геоизображения инвариантная
107
- геосистемы 52, 216
- инвариант-вариантная фрактальная 40
- ландшафтная 135-136, 219
- мезоклимата 360
- фациальная 57, 71, 270
Субъект управления 211, 231
Сукцессия 306, 317
Схема геотехнического управления ланд¬
шафтами 377
- иерархического порядка геосистем 173
- инвариант-вариантная 109, 132
- конструирования ландшафтов 377
- ординационная 186
- почвоохранной организации территории
Вильямса 326, 339
- расчетов линейная 103, 111
- специализации сельского хозяйства 327
- фациального анализа 269
Таксация охотничья 251
Температура подстилающей поверхности
363
радиационная 363-364
Теория геоизображений 80
- геосистем 9,11, 32, 92, 32-33,118-119,132
- комплексов 75
- познания геоинформационного 86
- распределений ранговых 25
- расслоения 25, 75
- систем динамических 26, 60
- дискретных пространственно-времен¬
ных 25-26
- классификационных 25
- механизмов взаимодействия 26
- непрерывных пространственных 26
- общественных 26
- потенциальных 26
- сложных 25
- - функциональных 26, 119
Термоморфность (теплообеспеченность)
127
Территория преобразованная 230
Технология 9
- анализа нарушенности геосистем 160
- математическая 97
- специальная 315
Тип агроландшафта 339-340
- беспозвоночных зональный 250
- интразональный 250
- биогеоценоза 241
- взаимосвязи 117
- геомов 129
- животного населения 247
- ландшафтный 349
- леса генетический 241, 242, 305
- местообитания промысловых животных
252, 261
- почвенного покрова 350, 352
- природной среды 49, 51, 129
- среды взаимодействия 113
- структуры геосистемы 216
- условий местообитания группировок
животных 252, 253
- целей использования земель 369
Типизация 36, 170, 290, 374
Типология геосистемная 94
- земель ландшафтно-агропроизводствен-
ная 331, 332
Типы мезоклимата 360, 362
Тождественность фаций 32
Топология нейронной сети 154
Точка оптимума 185
Трансформация антропогенная 205, 271
Угодья несвойственные 256
- оптимальные 256
- субоптимальные 256
Улучшение с переводом в категорию раз¬
вития интенсивного 371
экстенсивного 371
- коренное 371
Уникальность 273
- геосистем 365
Управление 70
- внешнее 109
Уравнение билинейное 111, 120
- директрисы 116
- Шмальгаузена 61
Уровень глобальный 377
- локальный 377
- региональный 377
Урочище 331
Условия оптимальные 278
421
Предметный указатель
Устойчивость 323
- системы 317, 318-319
- модели 285
- по критерию Гурвица 317
- по Ляпунову 101
Участки проблемные 379, 381
- стабильные 379, 381
Учение Айхингера “о типах развития рас¬
тительности” 237
Фактор 120, 122
- ведущий 122, 125, 329
- видоизменяющий 271
- влияния 276
- функциональный 276
- гипсометрический 197
- дифференциации геосистем 207-209
- изменчивости 206
- интегральный 26, 120
- интенсивный 120
- комплексный 120-121, 123, 128, 132
- ландшафтообразующий 44, 120
- экологический 245
- экстенсивный 120
Факторальность 128
Фация 22-24, 27-31, 73, 105, 126, 244, 268,
269, 306, 328
- антропогенно измененная 205, 307
- нарушенная 205, 271, 307
- динамическая 217
- зональная 127
- ископаемая 23
- коренная 23, 30, 31, 39, 45, 46, 73, 124,
179, 191, 205, 207, 244, 271
- мнимокоренная 30, 45, 205, 244-245,
271, 310
- экстраобластная 231-232
- полукоренная 45, 244-245, 271
- полусерийная 45, 244-245, 271
- производная 23
- серийная 30, 31, 39, 45, 46, 176-178, 205,
244-245, 271, 272, 310, 368
- факторальная 231-232
- сильнокриогидроморфная 121
- современная 23
- субгидроморфная 121
- устойчиво-длительно-производная 205,
217, 231-232, 271-272, 310
- эквифинальная 41
- экстразональная 30
Форма агроландшафта 339
Формирование геоинформационного объ¬
екта 315
Формула Докучаева 119
- Пссенко биотопической приуроченно¬
сти 251
Формы логического вывода 88
Фрактал ьность 38, 49
Фундамент геосистемы 198
Функтор 78
Функциональность 119
Функционирование 58, 119, 125, 285
- ландшафта 219
Функция билинейная 109
- Гамильтона-Якоби 108
- индикаторная 105
- индикационная 104, 110, 150
- качественная 233
- количественная 233
- фрактальная 109, 132
- чувствительности 63, 73,108, 110, 132
Характеристика состояния 57, 70
- генеральная 59
- индивидуальная 59
- комплексная 289
- устойчивости количественная 317
- элементов 57
Целостность диахронная 122
Цель 317
Центр (узел) конгруэнции 115, 117
- наибольшей активности популяции 267
- пучка ПО
Цикличность 53
Цифровая модель рельефа 152-153
Чувствительность ландшафта 364, 366, 367
- обобщенная 63
- системы 196
- частная 63, 108
Шаг прореживания выборки 161
Эволюция 38, 39
- ландшафтной оболочки 40
Эквивалентность 17, 66, 117
- гомологическая 28
- гомотопическая 28, 29
- карт 131
Экология 218, 220
- ландшафта 218-220
422
Предметный указатель
- человека 219
Экотон 117, 368
Эксперимент математический 314, 315
Экспозиция склона 153, 172
Экстраполяция данных 264-265
Элемент базы расслоения 20
- геосистемы 53, 55
- дешифрирования тематического 140
- инфраструктуры территории 368
- ландшафта 53, 54, 122
- пространственно-временной структуры
фации 270-271
- системы 57
- эписистемы 40
Эпиассоциация 43
Эпигеом 41, 199
Эписистема 35, 36, 40-41, 72
Эпифация 35, 41, 43
Этап ландшафтного планирования инвен¬
таризационный 347-348
оценочный 364
Этапы эволюции 40
- ландшафтного планирования 347
Эффект ландшафтообразующий 35
Явление однородное 18
- природные 382
Ядро динамики 103
- геосистемы 231
- каркаса экологического 280-281, 368
- популяции экологическое 267
- фации 98, 199
- эписистемы 35
Научное издание
Ковомиюва Татьяна Ивановна,
Бессолицьша Екатерина Прокопьевна,
Владюшров Игорь Николаевич и др.
ЛАНДШАФТНО-ИНТЕРПРЕТАЦИОННОЕ
КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
Редакторы Л.В. Филиплова, ТА. Никитина
Художественный редактор Л.В. Матвеева
Художник НА. Горбунова
Технический редактор НМ. Остроумова
Корректоры ИЛ. Малышева, Л А. Анкушева
Оператор электронной верстки В. М. Улииат
Изд. лиц. № 020297 от 23.06.97. Сдано в набор 14.10.05. Подписано в печать 22.12.05. Бумага ВХИ.
Формат 70 * 100 1/16. Офсетная печать. Гарнитура Times ЕТ. Уел. печ. л. 34,2+0,3 вкл. на мел. бум.
Уч.-изд. л. 32,6. Тираж 400 экз. Заказ № 560.
Сибирская издательская фирма “Наука" РАН. 630099, Новосибирск, ул. Советская, 18.
СП «Наука* РАН. 630077, Новосибирск, ул. Станиславского, 25.