Text
МОСКВА «МЫСЛЬ
ББК 26.82
Б52
РЕДАКЦИИ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
Рецензент
доктор географических наук А. Г. Исаченко
1905030000-065 л
----•----------52-86
004(01)-86
© Издательство «Мысль». 1986
ПРЕДИСЛОВИЕ
Ландшафт, как и любое другое природное тело, имеет четыре
измерения. Три из них пространственные: длина, ширина, высо-
та, и одно временное.
Часто вместо длины и ширины приводят географические ко-
ординаты — долготу и широту, которые служат важнейшими
характеристиками ландшафта, так как с их помощью можно
узнать не только его географическое положение, но и протяжен-
ность, площадь, конфигурацию и другие признаки.
Кроме этих двух измерений географы отмечают и третье —
высотное положение над уровнем моря. Важно знать и возраст
ландшафта — время, прошедшее после его образования. В 70—
80тх годах нашего столетия специалисты заинтересовались и его
будущим — каким будет ландшафт через 10, 20 и более лет.
Как известно, материальные объекты характеризуются не
только пространственными и временными параметрами, но и
массой (количеством вещества) и энергией.
Что, если пространственные и временные характеристики
ландшафта, во-первых, рассмотреть в тесной взаимосвязи и, во-
вторых, попытаться увязать с другими его важными свойства-
ми— массой и энергией? Этот путь подкупает своей простотой.
Он ясен и очевиден для всех... кроме географов-отраслевиков.
Этот парадокс связан с тем, что географы, занимающиеся
изучением ландшафта, часто находятся у них «в плену». Извест-
но, что ландшафтовед должен знать почвы, уметь определять
все виды растений, встречающиеся в районе исследований, хоро-
шо разбираться в минералах и горных породах, т. е. быть нату-
ралистом-энциклопедистом. Однако при скрупулезной детализа-
ции природных компонентов «за деревьями можно не увидеть
леса». Действительно, охарактеризовав со всех сторон ланд-
шафт, подробнейше описав все его компоненты, можно не заме-
тить свойств, общих для всех компонентов, не обратить внима-
ния на то, что можно «вынести за скобки» покомпонентных опи-
саний. Такими общими свойствами являются пространственные
и временные характеристики, масса и энергия. Однако прежде /
чем приступить к исследованию этих свойств природно-террито-
риальных комплексов (ПТК), надо разобраться в двух принци-
пиальных вопросах. Первый — что такое время и временные
свойства ПТК? Ответ на него необходим для введения в геогра-
фические исследования временной координаты и масштаба вре-
мени, по которому мы живем. Для этого потребовались деталь-
ные и непрерывные исследования географических процессов и
явлений в различные интервалы времени. Эти исследования при»
3
вели к введению в физическую географию и обоснованию нового
понятия — состояние ПТК. '
Второй вопрос связан с необходимостью расчленения ПТК на
такие элементы, которые, во-первых, позволили бы охарактери-
зовать его перечисленными .выше четырьмя свойствами и, во-вто-
рых, получить при последующем синтезе именно пространствен-
но-временные единицы природной среды, и в частности ее сос-
тояния.
При ответе на . второй вопрос пришлось уйти от традиций
отраслевых дисциплин и все многообразие ПТК, заключающееся
в сотнях тысяч видов растений и животных, тысячах минера-
лов и горных пород, сотнях типов почв и их генетических гори-
зонтов, «перекроить» по-иному и свести к сравнительно
небольшому числу элементарных структурно-функциональных
частиц, из которых^ словно из кирпичиков, можно сложить ПТК»
их структуру и состояния.
Анализ накопленного за последние 10—20 лет обширнейшего
материала по динамике отдельных характеристик ПТК позволил
понять особенности некоторых процессов функционирования,
интерпретировать последствия предыдущих состояний, разрабо-
тать ряд моделей ПТК, выявить взаимосвязи отдельных процес-.
сов во времени, рассмотреть разновременные изменения отдель-
ных компонентов и исследовать связь между некоторыми прост-
ранственными и временными свойствами природных объектов.
Синтез эмпирического материала привел к выявлению от-
дельных состояний ПТК, представлению о временной структуре
фации как устойчивой последовательности смены состояний,
исследованию ландшафтов как пространственно-временных объ-
ектов, в которых анализ пространственной структуры позволяет
понять закономерности формирования ландшафтов (Николаев,
1979) и др.
В результате этих исследований в географии сложилась си-
туация, в некотором роде аналогичная той, что в начале века
сделала совершенно очевидной необходимость комплексного
территориального подхода к изучению отдельных природных
явлений, с помощью которого и были выявлены первые природ-
ные комплексы. В настоящее время применение лишь террито-
риального подхода при изучении ПТК уже недостаточно. Для
комплексного рассмотрения их пространственных и временных1
свойств, детального исследования их состояний нужен простран-
ственно-врейенной подход.
Однако применить этот подход до настоящего времени не
удавалось, так как было не известно, как синтезировать обшир-
ный эмпирический материал, накопленный на стационарах, как
на основе этого синтеза выделять и изучать не только сезоны
г При этом должен производиться не только палеогеографический ана-
лиз или долгосрочный прогноз, но и исследование в короткие интервалы
времени.
4
года и сукцессии растительности, но и другие состояния ПТК.
Не разработана методика для изучения состояний ПТК при
- экспедиционных исследованиях. В результате стационарные ис-
следования из-за охвата крайне незначительных территорий
нельзя было использовать для широких географических обобще-
ний. Не изучены иерархические уровни, потенциально возмож-
ные и реально осуществимые пути пространственно-временного
синтеза; не известно, как производить развертку во времени и
пространстве данных о состояниях ПТК- Не исследована прак-
тическая. значимость решаемой проблемы, не ясно, как разра-
ботать пространственно-временную модель крупного региона,
которую можно было бы использовать для слежения за состоя-
нием и контролем природной среды.
Внимательное рассмотрение этих вопросов показало, что на
них можно ответить, опираясь лишь на положения, принципы и
методы, разработанные в ландшафтоведении. В частности, опыт
изучения морфологической структуры ландшафта позволил на-
метить подходы к изучению иерархических уровней пространств
венно-временного анализа • и синтеза; традиционные методы
ландшафтных исследований—к пространственной развертке
данных; ландшафтное картографирование и региональное ланд-
шафтоведение — к построению «работающих» пространственно-
временных моделей крупных регионов и т. д.
В результате удалось разработать концепцию пространствен-
но-временного анализа и синтеза ПТК, изложенную в этой моно-
графии. Несмотря на дискуссионный характер отдельных ее
положений и выводов, она представляет собой теоретическое
обоснование ландшафтного мониторинга, так как ее практиче-
ское применение имеет прямое отношение к решению таких важ-
нейших проблем, как наблюдение и контроль за состоянием
природной среды, рациональное использование природных ре-
сурсов, охрана природы, оптимизация и эффективное управление
природной средой.' От того, насколько успешно они будут реше-
ны, зависит в значительной степени будущее всего человечества.
Это хорошо понимают многие ученые, и именно поэтому и у нас
в стране, и за рубежом организуются службы наблюдения и
контроля за состоянием природной среды.
ГЛАВА I
ПОНЯТИЕ «СОСТОЯНИЕ ПТК»
И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО
АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ПТК
В свое время И. П. Герасимов (1966) писал, что основные
требования конструктивных направлений географии не могут
быть в достаточной степени удовлетворены ландшафтоведением,
находящимся на описательном уровне развития, так как конст*
руктивная география должна заниматься конструированием при-
родно-технических систем (комплексов, ландшафтов). Естест-
венно, подобное конструирование невозможно без знания состоя-
ний ПТК, необходимость в выделении которых возникает при
изучении дискретных изменений ландшафта.
Анализ и синтез изменения характеристик ПТК во времени
(первый подход к выделению состояний ПТК)
Анализ временных изменений характеристик ПТК. Времен-
ным изменениям природных процессов и явлений посвящено
большое количество работ. В последнее время этим вопросом
начали интересоваться и географы-ландшафтоведы. (Калесник,
1970; Нееф, 1974; Симонов, 1975, 1977; Сочава, 1976; Крауклис,
1979, и др.).
Удобным показателем ритмических географических явлений
может служить их «режим», понимаемый как регулярная сезон-
ная последовательность колебаний (Нееф, 1974). Понятием
«природный режим» довольно часто пользуются ландшафтоведы
Институтов географии Сибирского отделения и Дальневосточно-
го научного центра АН СССР (Сочава, 1978; Крауклис, 1979, и
др.). при изучении резонной ритмики как отдельных процессов,
так и всего ПТК в целом.
А. Д. Арманд и В. О. Таргульян (1974) ввели в географию
понятие - «характерное время», которое отождествлялось с:
«а) длиной периодов для циклических процессов; б) средней
длиной периода для квазипериодических и в) временем, необхо-
димым для восстановления состояния квазиравновесия, нару-
шенного внешними воздействиями, для трендовых процессов»
(Почва как компонент..., 1976, с. 300) . Они также дали краткий
обзор характерного времени наиболее важных процессов и яв-
лений.
к
Рис. 1. Динамика параметров, характеризующих функционирование фаций по-
логих склонов с лугостепной .растительностью (ПСЛ) на Марткопском стацио-
наре в течение часа в полдень в один из апрельских дней 1973 г.
1—суммарная радиация, 2— радиационный баланс, 3 — температура воздуха
на -высоте 2,0 м, 4 — температура поверхности почвы, 5 — температура почвы
на глубине 0,2 м, 6—температура почвы на глубине 1,6 м, 7—влажность
воздуха, 8 — влажность почвы, 9— осадки, 10 — зеленая фракция фитомассы,
11 — ветошь, 12 — подстилка
Результаты многочисленных исследований ритмичности и
цикличности в природе (Возоеик, 1970) должны были ориенти-
ровать ландшафтоведов на сопряженный анализ изменения от-
дельных процессов и явлений, наблюдающихся в ПТК. Тем не
менее даже в конце 70-х годов учет временного фактора в ланд-
шафтоведении продолжал ассоциироваться главным образом с
применением генетического принципа (Крауклис, 1979).
Для того чтобы восполнить, этот пробел, проанализируем
некоторые материалы, полученные на Марткопском физико-гео-
графическом стационаре, где наблюдения ведутся по единой
методике в 7 доминантных и субдоминантных фациях предгорно-
степных ландшафтов, из которых наиболее детально изучена
фация пологих склонов с лугостепной растительностью.
Поскольку существует мнение о том, что географическим
системам присуще не одно-, а многомерное время (Симонов,
1977; Дямин, 1978; Круть, 1978, и др.), целесообразно проанали-
зировать изменения процессов и явлений с учетом их характер*
ногр времени, т. е. каждый раз брать свой масштаб времени, а
за единицу его принимать характерное время изучаемого про-
цесса или явления. Однако на современном уровне ландшафте-
ведения из-за недостаточно развитой технической базы стацио-
нарных исследований, несовершенства методики обработки по-
лучаемого материала, а также незнания характерного времени
всех процессов и явлений это практически невозможно. Поэтому
мы взяли общепринятые интервалы времени: час, сутки, месяц,
год, 10 лет.
Все графики, приведенные на рис. 1—5, отражают динамику
наиболее важных процессов, изучаемых в фациях пологих скло-
нов с лугостепной растительностью. Построены они по единой
методике: взяты средние величины исследуемых параметров за
час, сутки, месяц, год, 10 лет и подсчитан процент отклонения от
их средней величины в более дробный интервал времени (для
часа —минута, для суток — час и т. д.), что позволяет использо-
вать один и тот же масштаб для всех графиков.
Анализ рис. 1—5 и других аналогичных материалов позволя-
ет сделать ряд выводов. Некоторые из этих выводов хорошо из-
вестны в отраслевых дисциплинах, но в ландшафтоведении спе-
циально еще не рассматривались. Наиболее важны из них
следующие:
7
Рис. 2. Динамика параметров, характеризующих функциониро-
вание фаций ПСЛ в течение суток с ясной погодой в апреле
1973 г. (См. условные обозначения к рис. •!.)
I
'8
I
Рис. 3. Динамика параметров, характеризующих структуру и функционирова-
ние фаций ПСЛ в апреле 1973 г. (См. условные обозначения к рис. 1.)
1. Каждый процесс или явление обладает своей временной
структурой, которая, в частности, выражается в различной
амплитуде отклонений от своей средней величины в разные ин-
тервалы времени. Эта структура далеко не одинакова даже у
близких параметров. Например, радиационный баланс характе-
ризуется непрерывным изменением в течение суток, а суммарная
радиация —в течение лишь их светлого времени. Другой при-
мер: если фитомасса ветоши и подстилки в фациях склонов сред-
ней крутизны со степной растительностью в течение года изме-
няется континуально, то динамика зеленой фракции имеет
дискретный характер, ибо зимой она равна нулю.
9
t
1
*X
X
X
Q)
T
О
X
tn
X
X
X
w
о
о
о:
X
X
a*
Рис. 4. Динамика параметров, характеризующих структуру и бтакпио-
нирование фаций ПСЛ в течение 1973 г. (См. условныеУ обозиХняк
рис.
А»/
10
Рис. 5. Динамика параметров, характеризующих
структуру и функционирование фаций ПСЛ за
период с 1967 по 11976 г. (См. условные обозначе-
ния к рис. 1.)
2. Амплитуда колебаний подавляющего большинства пара-
метров, характеризующих структуру и функционирование НТК,
в различные отрезки времени неодинакова. Отдельные мелкие
флюктуации совершаются на фоне средних и более крупных цик-
лов. Например, минутные изменения температуры воздуха про-
исходят на фоне часовых, последние — на фоне суточных изме-
нений и т. д. При этом наибольшие колебания температуры воз*
духа на Марткопском стационаре совершаются в течение суток
и года, а температуры почвы на глубине 1,6 м — в течение года.
Все это^приводит к наложению частот, что затрудняет интерпре-
тацию значений наблюдаемого параметра функционирования
птк.
3. При анализе изменения отдельных процессов во времени
хорошо выявляются эффекты инерции и последствия, или так
называемы^ «эффект последействия». Эти эффекты были в свое
время детально изучены на Марткопском стационаре (Некото-
рые параметры биогеоцикла..., 1974) при анализе динамики фи-
томассы. Оказалось, что постепенный переход веществ из одного
блока биогеоцикла в другой (например, переход зеленой фрак-
ции фитомассы в ветошь, в подстилку и т. д.) обусловливает
сдвиг по фазе и уменьшение амплитуды. Это хорошо видно на
рис. 6. Ветошь по сравнению с зеленой фракцией изменяется с
меньшей амплитудой и сдвигом по фазе на полгода. Старая ве-
тошь и свежая подстилка изменяются с меньшей амплитудой и с
большим сдвигом по фазе, чем ветошь.
4. Процессы, имеющие различные источники колебаний (на-
пример, солнечная энергия, осадки или силы гравитации), до-
вольно часто бывают асинхронными.
5. Зависимость между изменением во времени отдельных
процессов и явлений в ПТК носит не менее сложный характер,
чем сопряженность отдельных компонентов ПТК в пространстве.
Например, динамика фитомассы зависит от целого ряда усло-
вий, и в частности от хода температуры и влажности, запаса
минеральных веществ в почве, жизненного цикла отдельных
bl
Рис. 6. Динамика параметров биогеоцикла в фациях ПСЛ в 1974 г.
ФВЗ — фитомасса зеленой фракции, сырая; ФСЗ — то же, сухая; ФВВ — ве-
тошь, сырая; ФСБ—то же, сухая; ФВС —старая ветошь, сырая; ФСС—-то
же, сухая; ФВП — подстилка, сырая; ФСП — то же, сухая; ФКР —корни,
сухие
-I-
растений и т. д. Из-за этого крайне трудно моделировать дина-
мику отдельных процессов, так как сопряженный анализ их из-
менения во времени при более трех определяющих переменных—
12
практически нерешаемая задача. В этом, видимо, и кроется одна
из причин многих неудачных попыток математического модели-
рования ПТК и и-х динамики.
*Два подхода к изучению динамики процессов и явлений в
ПТК. В современном ландшафтоведении есть возможность про-
должить детальные исследования отдельных процессов, рассмат-
ривая их как некоторый континуум. При этом можно попытаться
классифицировать компоненты ПТК по частоте и амплитуде их
изменения. Определенные результаты можно ожидать и от со-
пряженного анализа динамики процессов и явлений в ПТК
Однако в этом ли традиции и сущность ландшафтоведения?
Может быть, есть и другой подход?
Обратимся к графикам, приведенным на рис. 1—5. Деталь-
ное рассмотрение их показывает, что отдельные параметры
функционирования,' распределяющиеся на первый взгляд хао-
тично, тесно связаны между собой. Например, на рис. 1 пониже-
нию суммарной радиации между 25 и 45 минутами соответствует
некоторое понижение температуры воздуха и поверхности почвы
и в то же время незначительное повышение относительной влаж-
ности воздуха. На рис. 3 хорошо- видно, что в период с 8 по
19 апреля выпало относительно небольшое количество осадков
и значения суммарной радиации были,в среднем значительно
выше нормы. Этому соответствуют высокие температуры возду-
ха и поверхности почвы, некоторое понижение влажности почвы
и более интенсивный рост фитомассы.
Хо|я и не все параметры реагируют в этом интервале време-
ни (например, температура почвы на глубине 1,6 м), но всем им
свойственны величины, характерные именно для этого периода
(та же температура почвы на глубине 1,6 м постепенно повыша-
ется от 7,2 до 7,7°).
Все это наводит на мысль о том, что существуют некоторые
целостные объекты, или «гештальты» (Блажек, Гадач, Голубчи-
кова, 1977), которые хорошо выявляются при сопряженном изу-
чении процессов функционирования. Их наличие подтверждается
еще и определенной пространственной (вертикальной) структу-
рой. По сути «гештальты» — не что иное, как состояния ПТК
Понятие «состояние ПТК». Выделение состояний такого
сложного объекта, как ПТК, достаточно сложная процедура.
Для нее отнюдь не достаточно проанализировать динамику от-
дельных параметров функционирования, ибо эффекты, связан-
ные с инерцией, последствиями и другими факторами, часто не
позволяют однозначно выделять состояния ПТК. Избежать этих
трудностей можно с помощью теории систем, в которой понятие
«состояние системы» — одно из наиболее важных.
В общей теории систем считается, что состоянием системы
в момент t является информация, которая вместе с функцией на
входе,, заданной для определяет единственную функ-
цию на выхода при любом (Директор, Рорер,
1974, с. 175), В теории управления под «состоянием динамиче-
ской системы понимается наилучший набор чисел, который не-
13
___________D Алпныи момент времени /0> чтобы стало воз-
можным в рамках математического’ описания системы предска-
зать ее поведение в любой будущий момент времени ^/0» (Яо-
восельцев, 1978, с. 134).
Понятие состояние ПТК тоже должно включать некоторую
«информацию» о нем, «наилучший набор чисел», «определенную
совокупность происходящих процессов».
Не трудно заметить, что такую «информацию» может дать
/определенное соотношение (совокупность) параметров структу-
ры и функционирования. Об этом- соотношении мы писали выше.
Забегая вперед, отметим, что под «структурой» мы понимаем
пространственную (вертикальную и горизонтальную) структуру
ПТК, а под функционированием — совокупность всех процессов
обмена и преобразования вещества и энергии в ПТК (Исаченко,
1979). Весьма существен в определении состояния системы «наи-
лучший набор чисел». Следовательно, при описании состояний
ПТК основное внимание надо уделить наиболее характерным
признакам, по которым данное состояние в значительной степени
отличается от других.
Ни в одном определении состояния не фигурирует время, в
течение которого оно наблюдается. А как известно, состояние
ПТК может длиться от нескольких секунд до многих лет.
Для определения состояния системы очень важно соотноше-
ние функции на входе и на выходе. Это весьма существенное
ограничение, ибо если не изменилось воздействие на выходе и
соответственно не изменилась функция на выходе, то нет и сме-
ны состояния. Например, состояние диска Солнца (и соответст-
венно количество прямой и рассеянной радиации) изменилось
настолько быстро или незначительно, что не отразилось на ин-
тенсивности функций на выходе (транспирации, фотосинтезе,
физическом испарении и т. д.), следовательно, не произошло
смены состояния ПТК. Рассмотрим еще один пример. Слабый
дождь с суточным количеством осадков 1 мм прошел в-фациях
степей и влажносубтропических колхидских лесов. В первом
случае воздействие на входе — осадки — влечет за собой значи-
тельное изменение влажности верхних слоев почвы, что на фоне
ощутимого дефицита влаги приводит к увеличению интенсивно-
сти транспирации, фотосинтеза и количества фитомассы. Таким
образом, очевидны как функция на входе, так и конкретная
функция на выходе и, следовательно, смена состояний. Во вто-
ром случае в колхидских ландшафтах, всегда избыточно увлаж-
ненных, практически все выпавшие осадки из-за мощной фито-
массы задержались в кроне, не достигли почвы и,, не изменив
существенно ни структуру, ни функционирование, не нашли от-
клика в функции ПТК на выходе. Следовательно, во втором
случае не изменилось состояние ПТК.
Итак, для выделения состояний ПТК сопряженный анализ
динамики любых отдельных параметров структуры и функцио-
нирования в какой-либо промежуток времени отнюдь не доста-
точен' Необходимо также учитывать соотношение функций на
! входе и на выходе. Поэтому состояние ПТК следует рассматри-
вать как определенное соотношение параметров структуры и
; функционирования в какой-либо промежуток времени, в течение
которого, конкретные воздействия на входе (солнечная радиация,
осадки и т. п.) трансформируются в определенные функции
(сток, некоторые другие гравигенные потоки, прирост фитомас-
сы и т. п.) на выходе.
Продолжительность состояний и их классификация по дли-
тельности. Какова структура временных изменений всего ПТК в
целом? Можно ли в связи с этим дифференцировать состояния
ПТК? Ведь если в морфологии ландшафта наиболее важным
является подразделение на единицы разных размеров или мас-
штабов, то, вероятно, аналогичная ситуация должна наблюдать-
ся при пространственно-временном синтезе, и, следовательно,
поставленные вопросы имеют большое значение для рассматри-
ваемой проблемы.
На Марткопском стационаре были зарегистрированы самые
кратковременные состояния, длящиеся всего несколько минут.
Они хорошо видны на рис. 1, где показано сопряженное измене-
ние некоторых параметров функционирования ПТК в зависимо-
сти от состояния диска Солнца при переменной облачности. На-
пример, когда солнечный диск не закрыт облаками, резко увели-
чивается суммарная радиация, что обычно влечет за собой
повышение температуры’воздуха, а также интенсивности фото-
синтеза, транспирации и других процессов.
Таким образом, четко фиксируется как определенное соотно-
шение «параметров структуры и функционирования. ПТК, так и
его функция на входе и на выходе, а следовательно, и специ-
фичное состояние. При «набегании» облаков состояние быстро
меняется на «пасмурное», которое также длится всего лишь не-
сколько минут. Поскольку эти состояния непродолжительны, они
охватывают лишь самые верхние слои ПТК и в основном бывают
связаны с состоянием воздушных масс.
Как показали наблюдения на Марткопском стационаре, во
время этих «минутных» состояний изменяются те параметры,
которые связаны с трансформацией солнечной радиации, — тем-
пература воздуха и поверхности почвы, упругость водяного пара
и относительная влажность воздуха.
В течение суток могут наблюдаться периоды с дождливой,
пасмурной и ясной погодой, а также с сильным ветром, снегопа-
дом и т. д. Они связаны с изменением погоды, и обычно их про-
должительность колеблется от нескольких минут до нескольких
часов. Каждому конкретному воздействию на входе — соотноше-
нию метеорологических параметров (дождь, снегопад, туман и
т. п.)—соответствуют конкретные функции на выходе, связан-
ные с особенностями функционирования ПТК (инфильтрация,
сток, установление снежного покрова и т. д.).
В пределах суток четко различаются периоды, связанные с
внутрисуточной ритмикой целого комплекса процессов. Эти пе-
риоды можно назвать внутрисуточными (ночными, утренними и
15
др.) состояниями. Во время их изменяется значительно больше г
параметров функционирования ПТК, чем при минутных: транс*
формация солнечной энергии, некоторые элементы влагооборота^
температура воздуха и почвы до глубины 0,2—0,4 м и др. (см. ;
рис. 2).
В ритмике многих процессов очень хорошо выражен суточ- ;
ный цикл, который можно рассматривать, с одной стороны, как
комбинацию более кратковременных состояний, ас другой — как
среднесуточные, или суммарные, величины параметров функцио- :
нирования и структуры ПТК-
Рассмотрим структуру и функционирование фации пологих •
склонов с лугостепной растительностью в несколько типичных I
дней. ’
На рис. 7 приведена графическая модель структуры и функ- ;
ционирования этих фаций в последний весенний день (31 мая j
1971 г.) с ясной, солнечной погодой. Модель рассчитана либо по i
среднесуточным, либо по суммарным величинам. Высота отдель- J
ных растений достигает 80 см, однако основная часть фитомассьц
представленная главным образом зеленой фракцией, сосредото-
чена в приповерхностном слое. Выше фитомасса вначале резко, 1
а потом постепенно уменьшается. Максимальное значение фито-
массы корней наблюдается в верхнем почвенном горизонте.
Интенсивность проникновения солнечной радиации в расти-
тельность зависит от характера распределения фитомассы. Из
660 кал.1 суммарной радиации на поверхность почвы поступает
лишь 205 кал. Соответственно уменьшается и радиационный ба-
ланс с 498 до 190 кал. За счет радиационного баланса происхо-
дит турбулентный теплообмен с атмосферой (измерения показа-
ли, что на это тратится 250 кал.) и теплообмен- с почвой
(—8,6 кал.). Около 168 кал. расходуется на транспирацию,
...89 кал. — на физическое испарение и сравнительно небольшое
количество энергии — на фотосинтез. В результате за день про-
дуцируется около 0,1 т зеленой фитомассы (см. рис. 7). -
Влагооборот, естественно, характеризуется лишь расходной
частью. Около 28 т транспирируется растениями, а 15 т расхо-
дуется на физическое испарение. Сравнительно небольшая часть
просачивается в более глубокие слои почвы. Зеленая фракция
фитомассы, так же как ш ветошь и подстилка, потребляется мно-
гочисленными гетеротрофами. Подстилка и частично мертвые
корни минерализуются и переходят в запасы биогеоцикла. В это
время гравигенные потоки не наблюдаются. В почве содержится
925 т/га воды, из которых ежедневно испаряется около 4,Qo/os.
Принципиально иной характер структуры и функционирова-
ния фаций наблюдается осенью (14 октября‘1973 г., рис. 8). Хотя
температура воздуха (14,6°) практически не отличается от тем-
пературы предыдущего состояния ПТК, количество суммарной
1 Здесь и далее энергетические величины приводятся в 108 калорий на
1 га в сутки, а количество вещества — в тоннах на 1 га. Однако для кратко-
сти в тексте указаны лишь кал. и т.
20001
M,=800t
O!
0
rt
C
3=660
S'=446
S"=214
R=498
s;=630
S»=6W
Wa=250
LEt=168
Wv,=0,23
=0,0051
0.6’5t
Z320t
Wv2=0,28 __________
4 „ i, i) i
M =39001
0.00
0,78t
M4=2400t
u
структуры и
Рис. 7. Модель
L wL
сток, 12 — подстил
почве при инфильтрации, xw ......— ,- .. u —рассеянная радиа
ция, 17—суммарная радиация, 18 — радиационный баланс,
лентный теплообмен, 20 — теплообмен с почвой, 211— затраты
. транспирацию, 22 — затраты тепла на физическое испарение, 23 — затраты
тепла на фотосинтез, 24 — отраженная радиация, 25 — осадки, 26 — фи-
----------------------------спирация, 28 — суммарное испарение, 29 —
ПВ в предыдущий день, 31—ПВ ” тт'лр-
поверхностный сток, 34
Нис. /. Мидели структуры и функционирования фаций ПСЛ в ясный сол-
нечный день в конце весны (31 мая 1971 г.)
1—фитомасса и ветошь надземной части (Рс), 2 — фитомасса подземной
части (Ps), 3 —зоомасса надземной части, 4—зоомасса почвенной мезо-
фауны (Z), 5 <— вещество, вовлекаемое в биогеоцикл, 6 — гумус, 7 — поч-
венная влага, 8 — минеральная часть почвы, 9 — трансформация солнечной
энергии, 10 отдельные ’ элементы биогеоцикла, 14—сток, 12 — подстил-
ка (Ml), 13 — твердый сток, 14 — осадки, испарение и увеличение влаги в
почве при инфильтрации, 15 — прямая радиация, 16 — рассеянная радиа-
ция, 17—суммарная (радиация, 18 — радиационный баланс, 19 — турбу-
" * пп теплообмен с почвой, 21?—затраты тепла на
— затраты тепла на ‘ .
....._ х ’’ отраженная радиация, 25— ..
зическое испарение, 27 — транспирация, 28 — суммарное испарение, 29 —
почвенная влага (ПВ), 30 —ПВ в предыдущий день, 31—ПВ в пос-
ледующий день, 32—изменение ПВ, 33/—поверхностный сток, 34 —внут-
рипочвевный сток, 35—подземный сток, 36 —перехват осадков расти-
тельностью, 37 — прирост фитомассы, 38 — минеральная часть почвы, 39 —
увеличение фитомассы за счет прироста
380 кал., из
. Радиацион-
и 14 октября
L.
радиации, сократившись почти вдвое, составляет
которых на прямую радиацию приходится 329 кал
ный баланс — 222 кал. Тепловые балансы 31 мая
. Тепловые балансы 31 мая
17
16
I
W .;.Ч141:УУЯВ УЛ1?
к . . v
i
l
Рис. 8. Модель структуры и функционирования фаций ПСЛ в один из
осенних дней (14 октября 1973 г.) (См. условные обозначения к рис. 7.)
различаются не только количественно, но и качественно. Если
31 мая преобладали затраты тепла на испарение, то 14 октяб-
ря— затраты на турбулентный теплообмен, которые почти в
6 раз превысили затраты на испарение. Затраты тепла на фото-
синтез 14 октября по сравнению с такими же затратами 31 мая
сократились в 4 раза и составили 1,2 кал.
Однако основное различие связано с процессами биогеоцик-
ла. Осенью зеленая фракция фитомассы по своим показателям
уступает ветоши (1,4 т и 3,9 т соответственно), но корней боль-
ше, чем в весенний период. В почве и надземной части происхо-
дят противоположные процессы. Если в надземной части в ве-
тошь ежедневно переходит 0,027 т зеленой фракции, то в почве,
где еще сохранились благоприятные условия для увеличения
фитомассы, корни продолжают интенсивно расти (0,03 т за
сутки).
Во влагообороте преобладает физическое испарение, которое
в 5 раз превышает транспирацию.
Очень существенны отличия в вертикальной структуре ПТК-
Как мощность, так и сложность вертикального профиля ее с
каждым днем постепенно уменьшаются. В надземной части пре-
обладает мортмасса ветоши и подстилки, которая с каждым
днем увеличивается.
Состояния структуры и функционирования фаций зависят не
только от сезона, но и от погоды. Это хорошо видно на рис. 9,
на котором изображена графическая модель фации в дождливый
день (6 августа 1971 г.). В дождливую погоду основная роль
принадлежит влагообороту. 6 августа 1971 г. после продолжи-
тельной засухи выпало 26,3 мм осадков (263 т/га). В результате
18
I
запасы почвенной влаги быстро пополнились. Если 5 августа в
почве содержалось 710 т/га, то через двое суток — уже 820 т/га.
Рассматриваемое состояние ПТК характеризовалось некоторой
активизацией стока и связанным с ним перемещением твердых
частиц.
Как видно из приведенных примеров, фации в каждый из
•рассмотренных дней (31 мая 1971 г., 14 октября 1973 г. и 6 ав-
густа 1971 г.) функционировали по-разному и отличались верти-
кальной структурой и характером распределения отдельных
компонентов по высоте, что обусловлено сезонными и погодными
факторами. Последующий анализ подобного материала показал
тесную взаимосвязь параметров структуры и функционирования
фаций, что позволяет фиксировать определенные комплексные
состояния ПТК-
Эти состояния структуры и функционирования фаций, обус-
ловленные сезонной ритмикой, погодой и динамической тенден-
цией развития, было предложено в 1971 г. называть «степсами»
(Беручашвили, 1972). Необходимость учета динамической тен-
денции развития ПТК связана с тем, что в горных странах при
катастрофических процессах (селях, оползнях, обвалах) часто
наблюдаются кратковременные смены ПТК, вызывающие специ-
фические явления, например процесс заселения растительностью
продуктов отложения селевого потока или недавней осыпи.
Специфичные состояния ПТК связаны и с циркуляционными
процессами в атмосфере. Например, зимой при вторжении теп-
19
лых воздушных масс может на несколько дней установиться
теплая сухая погода, и наблюдающиеся в этот период состояния
будут резко отличаться от предшествующих, когда погоду опре-
деляли холодные и влажные воздушные массы. Условно их мож-
но назвать циркуляционными состояниями (Ц-состояниями) (см.!
рис. 3).
В течение нескольких недель или одного-двух месяцев обычно
бывают хорошо выражены фазы годового цикла (Ф-состояния),;
детально исследованные ландшафтоведами Института географик
Сибирского отделения АН СССР (Крауклис, 1979, и др.). Эти
фазы можно рассматривать как подсезоны, поэтому их называ-
ют ранневесенними, позднеосенними и т. п.
Общеизвестны состояния ПТК, связанные с сезонной ритма-
кой. В различных географических зонах количество сезонов мо4
жет быть- различным. В умеренных широтах хорошо выражены
4 сезона, а в тропических — 2 сезона (сухой и влажный).
Состояния ПТК можно рассматривать по годам и выделять!
сухие и холодные, теплые и влажные и другие годичные состояв
ния. Однако замечено, что большинство параметров структуры
и функционирования ПТК по годам различаются значительно
меньше, чем по сезонам, фазам и стексам (см. рис. 5).
На Марткопском физико-географическом стационаре состоя-
ния прЪдолжительностыо более года специально не исследова-
лись. Некоторые сведения, о них есть в работах сибирских гео- ,
графов. Например, А. А, Крауклис (1974, 1979) исследовал так^
называемые биогенные переменные состояния таежных фаций.;
Эти состояния были вызваны сукцессией, начавшейся 100—150 лет!
.назад. Вполне-вероятно, что существуют и состояния, связанные
с климатическими циклами (одиннадцатилетними и др.). Однако!
они еще не исследовались, так как комплексные ландшафтные J
стационары существуют лишь 10—20 лет. При изучении всех
видов состояний всегда следует помнить о том, что необратимые ;
изменения геолого-геоморфологической основы влекут за собой
уже не смену состояний, а смену ПТК. Например, если на склоне
образовался овраг или произошел обвал, заваливший какую-ли-
бо долину, то это надо рассматривать не как смену состояний,
а как смену самого ПТК-
Несмотря на то что с суточным и годичным циклами не сов-
падает характерное время некоторых процессов функционирова-
ния, например геоморфологических, именно их следует брать в
качестве наиболее важных рубежей, ибо они наилучшим обра-
зом выражены в природе и всегда имеют одну и ту же продол-
жительность.
В связи с этим все состояния ПТК по продолжительности
можно объединить в следующие группы: кратковременные (ме-
нее одних суток), средневременные (от одних суток до одного
года включительно), длительновременные (больше одного года).
Как отмечалось, кроме этих трех групп состояний можно
выделить состояния по процессам и явлениям, протекающим в
ПТК, например дождливые и др. Поскольку при анализе таких
состояний основное внимание уделяется какому-то одному пара-
метру, например при дождливом состоянии — осадкам (функция
на входе), стоку и инфильтрации (функция на выходе), время
отодвигается на второй план, и создается впечатление, что для
этих состояний не обязательны четкие временные границы.
Однако этот подход сразу же вызывает ряд трудно разрешимых-
вопросов. Например, к одному ли состоянию относить дождли-
вый период днем и ночью? Ведь при однотипности одной функ-
ции на входе (осадки) вторая (суммарная радиация) в ночное
время отсутствует вообще.
Как мы знаем, каждое состояние ПТК наблюдается в какой-
либо, но всегда определенный по длительности промежуток вре-
мени, поэтому при анализе лучше оперировать понятием не
«дождливое состояние», а «период с выпадением осадков». Этот
период может наблюдаться как при погодных, так и при внутри-
суточных состояниях и стексах (а иногда и циркуляционных
состояниях), и соответственно можно выделить дождливые внут-
рисуточные состояния, дождливые стексы и т. д.' и более подроб-
ноохарактеризовать их.
Естественно, что внутри суточных, сезонных и других состоя-
ний и фаз годового цикла могут наблюдаться более кратковре-
менные состояния, резко отличающиеся по своему характеру.
В этом случае длительновременное состояние надо охарактери-
зовать по превалирующему значению одного из кратковремен-
ных состояний или по их комплексу.
Поиск путей к выделению состояний ПТК
Недостатки первого подхода. Изложенный выше подход
весьма эффективен при изучении временной структуры ПТК.
Применение его позволило выявить эффекты последствия, основ-
ные биогенные стадии в динамике ПТК (активизацию, стагна-
цию и нормализацию), сезонные фазы (состояния) годового
цикла и некоторые другие закономерности (Крауклис, 1979).
Однако он имеет ряд недостатков. Его применение требует
непрерывных исследований динамики различных характеристик
ПТК, а это возможно лишь на хорошо организованных стацио-
нарах. Но поскольку Марткопский стационар пока остается
единственным учреждением подобного типа на Кавказе, не мо-
жет быть и речи о пространственной развертке стационарных
исследований, о получении информации по состояниям ПТК на
обширных территориях. В связи с ограниченностью этого подхо-
да возникает необходимость поиска таких путей, которые позво-
лили бы выделять и изучать состояния ПТК по данным не толь-
ко стационарных, но и экспедиционных исследований.
Как известно, при экспедиционных исследованиях ПТК изу-
чаются в короткие промежутки времени. В течение рабочего дня
обычно успевают описать от одного до трех ключевых (экспери-
ментальных) участков. Некоторые функции на входе и выходе
можно наблюдать визуально, однако количественное представ-
20
21
тически невозможно
_ А J ~ * р- —J ДАр/
ПТК. Следовательно, из всех параметров-, которые характеризу-
ют состояние ПТК, остаются лишь признаки, связанные с их
структурой. В связи с тем что они нам нужны не только для
выявления состояний ПТК в качестве физиономических призна-
ков, но и для достаточно полного описания этих состояний, не-
обходимо, чтобы:
— соотношение этих признаков, их количество и характер
распределения менялись во времени в зависимости от состояний . . „
ПТК; ственный рост. Другой пример
— эти признаки были тесно связаны с процессами функцио-; ваемую литогенную^основу^.
tTTT-r^ An rt тттт —. ---- ---
А Л-’---
делять характер основных процессов, протекающих в ПТК;
— их можно было легко измерить в экспедиционных услови-
ях с минимумом времени, приборов и ограниченным штатом
сотрудников.
Характеристики структуры ПТК, традиционно измеряемые
во время экспедиций, не обладают вышеперечисленными свой-
ствами, которые необходимы для искомых признаков. Поэтому
возникла необходимость еще раз остановиться на вопросе о ком-
понентах ПТК и на тех их характеристиках, которые использу-
ются для описания структуры ПТК-
Напомним, что компонентами
кие промежутки времени (менее суток) —
ную, так как в эти промежутки времени наблюдается ее количе-
” *' ---Л тт п П тАГТТ ПО rrtilZ
природы называют ее i
части, однородные по агрегатному составу, а также наличию или !
А Ч Т «и.—. —— - - •*
ционалъные части
сой, специфичным ___, _ ....„
ростью изменения во времени и (или) скоростью перемещения
в пространстве.
Такие части, различаясь функциональным назначением,
играют разную роль в процессах, протекающих в ПТК. Для
одних это будет активный фотосинтез, дыхание и транспирация,
для других — вынос минеральных элементов, постепенное обога-
щение органическим веществом и одновременно его минерализа-
ция, для третьих —создание кислой среды и т. д.
Элементарные структурно-функциональные части могут:
— перемещаться в пространстве, увеличиваться или умень-
шаться количественно, т. е. быть активными;
— не перемещаться в пространстве и не изменяться количе-
ственно (в доступных для измерения пределах), но участвовать
в процессах функционирования ПТК, т. е. быть стабильными
(пассивными);
_____________ учить нелъзя> так как во время экспедиций прак-Д- — не участвовать (или почти не участвовать) (все в приро-
rr-TTz ______измеРить параметры функционирования^^ взаимосвязано в той или иной степени) в функционировании
данного состояния ПТК, т. е. быть инертными.
Следует иметь в виду, что одни и те же структурно-функцио-
нальные части могут быть и инертными, и стабильными, и актив-
ными в зависимости от того, в какой отрезок времени они рас-
сматриваются. Например, фитомасса в степных фациях в корот-
__ ____' ----4 • явно стабильная часть
ПТК. Она же за сезон и тем более за год превращается в актив-
ную, так как в эти промежутки времени наблюдается ее количе-
“ । — вещество, слагающее так назы-
попгт^т ______ им можно^ было хотя бы ориентировочно опре- инертная часть ПТК. Но если его рассмотреть за большие про-
межутки времени—тысячи и десятки тысяч лет, то и оно стано-
вится активной частью, так как реально участвует в длительно-
: временных геоморфологических процессах.
Одна из основных характеристик - структурно-функциональ-
ных частей ПТК— это их плотность, которая, будучи соотнесен-
ной с занимаемым объемом, обусловливает количество вещества,
; их массу. Вещество может находиться в различном агрегатном
Д состоянии; поэтому в географии широко употребляются такие
. понятия, как «воздушная масса», «водная масса», «фитомасса»,
\ «зоомасса» (Симонов, 1982). По аналогии к ним можно доба-
; вить «педомассу» (органо-минеральная часть почвы), «литомас-
отсутствию\ппяппрытг?и‘-----"Ил —паличик; или ! су» (горные породы и скелетный материал почвы), «мортмассу»
___и жизни (Арманд Д. Л., 1975). Наиболее (отмершее вещество органического происхождения).
Как *видно из названий этих структурно-функциональных
частей, в них в качестве составной каждый раз фигурирует слово
«масса» — «лито-масса», «фито-масса» и т. д. Однако в геогра-
фических дисциплинах слову .«масса» придается разное значение.
В метеорологии и гидрологии под ними понимаются относитель-
но однородные по физическим свойствам части атмосферы и
гидросферы, занимающие не конкретные ПТК, а громадные тер-
ритории, иногда соизмеряемые с материками. Поэтому в ланд-
шафтоведении для обозначения газов и вод конкретных ПТК
вместо воздушных и водных масс лучше употреблять аэромассы
и гидромассы. В биогеографии биомассой принято обозначать
количество, массу, вес какого-либо вида или группы видов орга-
низмов, соотнесенных с единицей площади. Например, когда
говорится о фитомассе буковых лесов, подразумевается вес бука
и сопутствующих ему видов, произрастающих на единице пло-
щади, обычно на 1 га.
Аэромассам, фитомассам, зоомассам, мортмассам, педомас-
сам, литомассам и гидромассам придается ландшафтно-геофизи-
ческий смысл. Это значит, что, во-первых, они рассматриваются
как часть конкретного ПТК, при функционировании которого
появляются особые, специфичные качества каждой из этих
масс. Например, водные массы, сформировавшиеся в одних тер-
риториальных комплексах, будут отличаться от водных
других комплексов (Симонов, 1982, с. 119). Во-вторых
часто выделяют следующие компоненты: горные породы, воз- ;
тг-гттттг^ ------ органо-минераль- i
Ч
На какие подсис- !
структуризовать? ;
части ПТК. Всем
структурно-функ- :
душные и водные массы, растения, животные,
ные смеси (почвы).
Однако из чего состоят эти компоненты?
темы, части, фракции или элементы можно их
Элементарные структурно-функциональные
перечисленным выше требованиям отвечают ____________
ПТК, характеризующиеся определенной Mac-
функциональным назначением, а также ско-
различаясь функциональным назначением}
масс
, они
г.
i
обладают относительной однородностью по физическим” свойств
вам (основные среди них — пространственно-временные, масса й
энергия). В-третьих, как отмечалось выше, они должны игратй
определенную функциональную роль, т. е. выполнять какую-то
«работу» в ПТК. Поэтому если мы хотим количественно охарак-?
теризовать какую-либо структурно-функциональную часть, то;
мы говорим не просто «фитомасса равна 340 т/га», а «количе/
с т в о фитомассы равно 340 т/га».
В свое время как синоним слишком громоздкого термина
«элементарная структурно-функциональная часть ПТК» был
предложен термин «геомасса» (Беручашвили, 1980) . Причем4
подчеркивалось его собирательное значение для всех структур-
но-функциональных частей (аэромасс, фитомасс,
т. д.). Геомасса— " ......,____ ____
географического вещества нет, так же как нет и географической?
формы движения материи, но есть в пределах ПТК газы — аэро-;
массы, воды — гидромассы и др. г
Следует различать географическую массу и ее носителя.?
К первым относятся газы, жидкости, твердое вещество, живое;
органическое и мертвое органическое вещество, а ко вторым—:
— ------------------- животный;
х Г JT-\-------
Очень важно подчеркнуть разницу между геомассой и компо- ;
__ n m V г т т
органо-минеральные смеси, т. е. мелкозем почвы с ее гумусом J
--- ------------- ; но>1
педомасс' и
г. aj. хеомасса —это не новый вид вещества. Специфического^
Л Атггтгч -—----
формы движения материи, но есть в пределах ПТК газы
массы, воды — гидромассы и др.
К первым относятся газы, жидкости, твердое вещество.
Г
грунт, почва, растительность, поверхностные воды,
мир, приземный слой тропосферы (Симонов, 1982).
нентом ПТК. Напомним, что педомассами предложено называть
1 А ------- **~ *^~* V. A J J.V1J
Почва, как компонент ПТК, состоит в основном из педомасс,
кроме того, включает в себя гидромассы — почвенную влагу, ?
аэромассы—-..почвенный воздух, литомассы —скелетную часть:
почвы, а также фитомассы и зоомассы в виде корней растений:
и почвенных животных.
К аэромассам относится лишь так называемый сухой воз-;
дух — смесь газов в пределах ПТК без водяных паров. В отличие ;
от аэромасс приземный слой тропосферы, который может рас-
сматриваться как компонент ПТК, хотя и состоит в основном из :
аэромасс, но содержит и литомассы в виде аэрозолей, гидромас-
сы — водяной пар и т. п.
В горных породах, составляющих материальную основу гео- ;
лого-геоморфологического компонента ПТК, кроме литомасс
наблюдаются гидромассы, аэромассы и даже биомассы в виде
микроорганизмов.
Во многих ПТК поверхностных вод — рек, озер, болот —
может и не быть, но практически всегда имеется гидромасса в
виде почвенной и атмосферной влаги.
Мортмассам вообще не соответствует ни один компонент
ПТК. Они могут находиться и в почве, и в составе растительно-
сти .той или иной территории.
Сложнее обстоит с растениями и животными. Формально их
можно разбить, как делают французские экологи из Центра по
экологическим и фитоценологическим исследованиям в Мон-
пелье, на минераломассы — зольные элементы и. гидромассы —
24
разность между сырым и сухим весом организмов и даже на
аэромассы. Но тогда будет потеряно основное свойство этих
компонентов — их жизнеспособность. Если, например, высушить
почву, а затем ее увлажнить, то она восстановит свои прежние
свойства, а все организмы при высушивании (обезвоживании)
гибнут. Поэтому в отличие от других компонентов растения и
животные не следует «делить» на отдельные геомассы. Исклю-
чение составляет мортмасса. Она в виде сухостоя, мертвых вет-
вей и т. п. присутствует в лесах вместе с фитомассой.
Разница между растениями и фитомассой видна при их более
детальном рассмотрении. Отдельные фракции фитомассы имеют
различное функциональное назначение. Стволы и ветки выпол-
няют транспортно-скелетную функцию, листья — функции газо-
обмена, транспирации, фотосинтеза и т. п. Каждое растение со-
стоит из различных фитомасс. В то же время одни и те же фито-
массы могут наблюдаться у совершенно разных растений.
Например, фитомасса мезофильных . листьев с перечисленными"
выше функциями характерна для граба, бука, лещины.
Приведенные выше примеры позволяют не только понять
разницу между компонентом ПТК и геомассой, но и уточнить
понятие компонента ПТК как природного тела, характеризую-
щегося преобладанием какой-либо одной геомассы.
Анализ соотношения геомасс и компонентов позволил сделать
интересные выводы. Существует три группы геомасс. К первой
относятся те, которые практически никогда не реализуются в
компоненты. Это — мортмассы и отчасти зоомассы. Ко второй
группе Относятся геомассы, реализующиеся в компоненты лишь
в'некоторых случаях. Это — гидромассы. И наконец, к третьей
группе относятся геомассы, которые в большинстве случаев реа-
лизуются в компоненты. Это — фитомассы, аэромассы, литомас-
сы, педомассы. Такой подход позволяет дифференцировать ПТК
на. полночленные и неполночленные. К первым относятся терри-
ториальные комплексы, в которых присутствуют все четыре ком-
понента: фито-, аэро-, лито- и педомассы, а ко вторым—те, в
которых отсутствует хотя бы один из компонентов.
При классификации геомасс следует руководствоваться важ-
ностью признаков, лежащих в основе выделения структурно-
----—Г ___
«р
геомасс и связанные с ним структурно-функциональные
особенности. По этим признакам геомассы подразделяются на
наиболее крупные классификационные единицы — классы гео-
масс.
К классам геомасс логично отнести те структурно-функцио-
нальные части ПТК, которые были рассмотрены выше:
А — аэромассы, Р — фитомассы, М — мортмассы, Z — зоомас-
сы, S — педомассы, L — литомассы, Н—гидромассы.
В гидромассах в зависимости от их состояния следует разли-
чать подклассы: воздушные, жидкие или твердые.
Типы геомасс выделяются в пределах классов по различиям
в их функциональном назначении, плотности, роли в структуре
25
функциональных частей ПТК. Наиболее важны агрегатный сос.
I ----- --— J-i л 1-Г V Г Г V у <
тав 1_________ ....
ПТК и скорости изменения во времени и перемещения их в J
пространстве. Если в принятой индексации геомасс классы
обозначаются заглавными' буквами, то типы — первой строчной
буквой, следующей сразу же за индексом класса геомасс. На-
пример, Pf— фитомасса листьев листопадных древесно-кустар-
никовых растений; Sa — педомассы глинистые и др..
Рады геомасс различаются в пределах типов, по интенсивно-
сти процессов функционирования, менее значимым особеннос-
тям в структуре и плотности. В индексах геомасс для обозначе-
ния родов применяется вторая строчная буква. Например,
Pfm— фитомасса листопадных мезофильных листьев, Sss — пе-
домасса суглинка среднего и т. п. Наконец, виды геомасс выде-
ляются в основном по их метрическим: характеристикам (форме,
размеру, ориентации и др.), определяющим мелкие тестурно-
функциональные особенности геомасс.
Основные геомассы (классы, типы, роды), встречающиеся
в ландшафтах Кавказа, и их индексация приведены в табл. 1.
Структурно-функциональные части ПТК хотя и являются
элементарными, но состоят из определенных элементов, пред-
ставляющих собой части геомассы. Каждый из них имеет свои
метрические характеристики (длину, ширину, высоту, или тол-
щину, площадь, объем), форму, ориентацию, объемный вес
(плотность), вес, или массу, цвет, спектральную отражательную
способность, характерное время и полностью или относительно
обособлен от других элементов.
Например, в геомассе мезофильных листьев выделяется мно-
жество отдельных листьев — элементов, каждый из которых
отделен от другого такого же листа-элемента аэромассами или
транспортно-скелетными органами. К элементам относятся и от-
дельности почвенной структуры (столбчатой, зернистой, комко-
ватой и др.),, поскольку каждая из них разделяется порами и
трещинами, в которых содержатся аэромассы, гидромассы или
фитомассы. В то же время отдельные зерна минералов в горных
породах не являются элементами,„ так как они тесно связаны
друг с другом и между ними нет никакой другой геомассы. Если
«извлечь» из породы какой-либо минерал, то его свойства могут
существенно отличаться от свойств породы в целом. К элемен-
там горных пород будут относиться их пласты, отдельности и
другие обособленные части, возникающие в результате трещи-
новатости, кливажа, сланцеватости и др. Однако в рыхлообло-
мочных породах четко выделяются отдельные элементы (песчин-
ки, пыль, дресва, гравий, щебень, галька, валуны, глыбы).
По характеру связности элементов выделяются следующие
группы геомасс:
Полностью обособленные — элементы одних и тех же геомасс
не соприкасаются друг с другом. Например, отдельные валуны
в пределах почвы, листья большинства древесно-кустарниковых
растений.
Слабо связанные — элементы одной и той же геомассы час-
тично соприкасаются друг с другом. Например, листья многих
26
|риш1*т±
Таблица 1
A — Аэромассы
Ag — криотермальные
An — нанотермальные
Ak — микротермальные
As — мезотермальные
Am — макротермальные
А/ — мегатермальные
Р.— Фитомассы
Pf — листья однолетние
древесно-кустарнико-
вых растений:'
Pfm — мезофитные
Pfh г— гидрофитные
Phg — гигрофитные
Pfx — ксерофитные
Р1 —листья многолетние
древесно-кустарнико-
вых растений:
PH — лавровидные
Pld — жестколистные
Р1с — вересковидные
Pip — чешуйчатые
Ph —- хвойные листья:
Phm — многолетние мезо-
фитные
Pizx — многолетние ксеро-
фитине
Phi — однолетние мезофит-
ные
Pi — листья и стебли тра-
вянистых растений:
Pih'— гидрофитные
Pig — гигрофитные
Pirn — мезофитные
Р1х — ксерофитные
Рх — листья или выполняю-
щие их функцию зе-
леные побеги ксеро-
фитных полукустар-
ников и полукустар-
ничков:
Рхс — фотосинтезирующие
колючки
Pxs — листовые суккуленты
Рха — листья ксерофитов и
полукустарников
Рт — таллофиты:
Рт1 — эпифиты
Рте — хамефиты
Ртт — гемикриптофиты
Pmg — геофиты и терофиты
Рте — гидрофиты
Pt — транспортно-скелет-
ные органы древесно-
кустарниковой расти-
тельности:
Pte — стволы кроновых де-
ревьев
Ptb <— ветки • кроновых де-
ревьев
Ptl — лианы
Ptv — стволики и ветки кус-
тарников
Ptk — одревесневшие орга-
ны кустарников
Ptm—метаморфозы побега
Ps — корни:
Psc —стержневые
Pstn — мочковатые
Psp — корнеплоды
Pg — генеративные органы:
Pgc — цветы
Pgp — плоды
М — Мортмассы
Md — сухостой и мертвые
еще не упавшие ветки:
Mde.— сухостой
Mdv — мертвые ветки
Мт — ветошь:
Мтт — собственно ветошь
Мт1 — старая ветошь
Ml —подстилка.:
М1р — опад древесно-кустар-
никовой растительно-
сти этого года
Mlf — опад древесно-кустар-
никовой растительно-
сти прошлого года
Mlg — подстилка-перегной
М1т — свежая подстилка
травяная
Mil — степной войлок
Mv—валежник и другой
скелетный материал
на поверхности почвы:
Mui — деревья и пни
Mvv—ветки, кора и другой
скелетный материал
Ms — мертвые корни
Ml — отмершие, но еще не
опавшие листья
Мо — мор:
Мох — ксеромор
Мок — гидромор
Mok — кальциевый мор
Моо — собственно мор
Mt — торф:
Mtk — кальциевый
Mto — кислый
27
Продолжение табл. 1
Ma — аморфное органиче-
ское вещество, не
связанное с мине-
ральной частью почвы
S — Педомассы
Sa— глинистые
<Ss — суглинистые
Sas — тяжелосуглинистые
Sss — среднесуглинистые
Ssa — легкосуглинистые
Sc — супесчаные
Sp —песчаные
S( )k — кальциевые мюллевые
S ( ) I — лесные мюллевые
S ( ) т — модерные
И — Гидромассы
Нр — гидромассы в атмо-
сфере
Нп — снежные гидромассы:
Нпс — свежевыпавший снег
Нп1 — лежалый снег
Hnk — смерзшийся снег
Hnf — фирн
НЬ •— гидромассы в виде
льда:
НЫ — лед на ледниках
Hbs —подземный лед
Hbh — морской лед
Hbf — речной, озерный
и т. ,д.
Hg — гидромассы в виде се-з
зонной мерзлоты в|
почве '
Hf — гидромассы в различ-|
ных водоемах ' |
Нт — гидромассы в болотах 1
Hs — гидромассы в почвах: :
Hs'" — избыточное содержа-
ние влаги
Hs" — оптимальное
Hs' — недостаточное
Функциональные категории геомасс:
1
— латеральные (горизонтальные) :
перемещения активных геомасс
ft — радиальные (вертикальные)
перемещения активных геомасс
снизу вверх
11,— то же, сверху вниз
| — увеличение активных геомасс
„ — уменьшение количества актив-
ных геомасс
->-— переход (трансформация) ве-
щества и энергии в данную гео- i
массу
-*--то же, но из данной геомассы .
в другую геомассу
---->— опосредствованное влияние
данной геомассы на другую
травянистых и некоторых древесно-кустарниковых растений (так
называемые «сложные листья»).
Среднесвязанные (зернистые)—элементы имеют вид доста-
точно плотно упакованных зерен, комков или глыб, между кото-
рыми все же есть свободные пространства, занятые другими гео-
массами. Например, зернистая структура почв, наслоения песка,
подстилка с плотно уложенными листьями.
Сильносвязанные — элементы одной и той же геомассы раз-
делены лишь трещинами, порами. Например, солонцовые гори-
зонты почв, пласты кристаллических сланцев и др.
Аморфные — геомассы, в которых невозможно выделить от-
дельные элементы. К ним относятся воздушные и водные массы,
некоторые плотные магматические, метаморфические и осадоч-
ные породы (базальты, известняки, мрамор и др.).
Классификации форм элементов геомасс многочисленны.
Однако наиболее приемлема классификация, основанная на со-
отношении метрических характеристик: длины, ширины и высоты
(толщины), а для некоторых элементов — радиуса или диаметра.
Для разных форм применяются разные критерии размеров
элементов. Для игольчатых, лиственных, цилиндрических и ци-
28
ййиндрически ветвящихся элементов — их длина; для уплощен*
Вных — высота (толщина), для призматических — ширина, округ-
"ло-многогранных и обломочных — средний диаметр.
' Выделяется шесть основных видов ориентации геомасс (вер-
тикальная, субвертикальная, наклонная, субгоризонтальная, го-
ризонтальная и неопределенная). В некоторых случаях следует
учитывать, как наклонены элементы. Например, наклонная —
ориентированная вверх, субгоризонтальная — ориентированная
вниз и т. п. (Беручашвили, 1983) .
Весьма важными характеристиками геомасс служат темпе-
ратура, спектральная яркость, цвет, характерное время. Большое
значение имеет также состав геомассы, например набор видов
растений, горных пород или минералов.
Кроме того, существует ряд ландшафтно-геохимических ха-
рактеристик геомасс. Но поскольку нас интересует возможность
изучения состояний ПТК с позиций ландшафтно-геофизического
подхода, эти характеристики в данной работе не рассматрива-
ются.
Приведем несколько примеров геомасс и их ландшафтно-
геофизических характеристик.
Геомасса мезофильных листьев — одна из фитомасс, опреде-
ляющая активное биогенное функционирование ПТК и характе-
ризующаяся такими специфичными процессами, как фотосинтез,
интенсивное дыхание, транспирация. Интерес представляет тот
факт, что фитомасса мезофильных листьев, поглощая большую
долю суммарной радиации- и осадков и задерживая их проникно-
вение к поверхности почвы, трансформирует температурные
условия и влажность воздуха. Весной во время интенсивного
прироста и осенью при опаде фитомасса мезофильных листьев
относится к активным геомассам, а летом — к стабильным. Ха-
рактерное время геомасс мезофильных листьев в среднегорно-
лесных ландшафтах Кавказа — май— октябрь. Объем мезо-
фильных листьев колеблется в довольно широких пределах. Так,
на Акрианском экспериментальном участке, расположенном в
среднегорно-лесных ландшафтах хребта Ялно, представленных
.буково-грабовыми лесами с лещиной, он составлял 36,2 м3/'га.
На этом же участке плотность листьев была равна 0,17 г/см3,
вес — 5,99 т/га, площадь листовой поверхности — 6,65 га/га, про-
ективное покрытие — 80%. Для мезофильных листьев обычно
характерна овальная, округлая или яйцевидная форма, наклон-
ная, или субгоризонтальная, ориентация, ярко-зеленый цвет.
Геомасса органо-минеральной смеси среднегумифицирован-
ного тяжелого суглинка. Для нее характерны активные почвен-
ные процессы: поглощение корнями растений минеральных вс-
- ществ, минерализация органических остатков, вертикальные, а
иногда и горизонтальные потоки влаги, которые из-за тяжелого!
механического состава геомасс не отличаются большой интен-
сивностью. Дыхание почвы большей частью имеет средние вели*
чины. Объемный вес—1,0—1,4 г/см3, а удельный вес (плот-
ность)— 1,8—2,4 г/см3. Объем — 0,3—0,7 м3/м3, остальная часть
занята порами с воздухом и влагой, корнями растений и облом-1
ками горных пород. Вес этих геомасс зависит от их объемного!
веса и мощности слоя и обычно колеблется от 1000 до 3000 т/га. |
Ориентация, так же как и форма почвенных элементов, различ-1
ная и зависит от конкретной почвы. Цвет — коричневый или бу- 1
рый. Отличительная особенность ее — это среднее . содержание 1
гумуса и тяжелый механический состав, что отражено в ее наз- |
вании. Обычно эти геомассы соответствуют почвенному горизон- |
ту В. В течение года их роль в ПТК меняется. В теплое время |
года они стабильны, а зимой инертны. |
Геомасса транспортно-скелетных органов растений. Основная |
функция этой геомассы — транспортировка органо-минеральных |
веществ и поддержание других органов (геомасс) растений. ) К |
этой геомассе относятся стволы и ветки всех древесно-кустарни- |
ковых растений. В отличие от предыдущих геомасс транспортно- |
скелетные органы сравнительно слабо задерживают суммарную I
радиацию и осадки, трансформируют температуру и влажность .1
воздуха. При относительно большой плотности (0,6—1,0 г/см3) 1
она обычно обладает средним объемом (на том же Акрианском
участке —240 м3/га), небольшой площадью (1,08 га/га) и еще j
меньшим проективным покрытием (для стволов сумма площадей J
поперечных сечений равна 36 м^га, т. е. проективное покрытие 1
составляет 0,36%, а с учетом веток — от 1 др 4%). Ориентация I
в большинстве случаев вертикальная и наклонная; форма — ци* i
диндрическая, ветвящаяся; цвет — серый. В течение года эта i
геомасса слабо меняется и относится к стабильным.
Интерес к массе, круговороту веществ и преобразованию ;
энергии в географии отнюдь не нов и вполне закономерен, по- 1
скольку это один из основных процессов географической оболоч-
ки Земли. Уже в 30-х годах в нашей стране вышел ряд статей,
посвященных обмену веществ в различных типах географической
среды (Григорьев, 1966). В этих работах помимо общих теорети-
ческих положений приводилось и количественное содержание
отдельных веществ в различных ПТК. Предметами многочислен-
ных исследований давно стали фитомассы и зоомассы (Родин,
Газилевич, 1965; Методы изучения биологического круговорота
в различных природных зонах, 1978; Lieth, Whittaker, 1975), -
гидромассы в почвах (Роде, 1965; Принципы организации...,
1976, и др.).
В «скрытом» виде при измерении, объемного веса изучаются
педомассы. При определении щебнистости почвы можно рассчи-
тать и количество литомасс в этом компоненте.
Может возникнуть вопрос: почему раньше в ландшафтоведе-
нии не попытались выявить эти элементарные структурно-функ-
циональные части ПТК? Во-первых, потому, что ПТК достаточ-
но полно описывали существующими методами. Лишь необходи-
мость изучения их состояний заставила искать иные пути струк-
туризации компонентов, позволяющие идентифицировать и дос-
таточно полно описывать состояния ПТК в экспедиционных ус-
ловиях.
|30
ft
Во-вторых, потому, что, для выделения геомасс надо было
Ийяуйти от традиций отраслевых дисциплин и все многообразие при-
КИ^оды свести к небольшому числу элементарных структурно-
Klфункциональных частей ПТК- Это позволяет сравнивать их
У роли в ПТК- '
||Й Кроме того, геомассы имеют большое значение и как инте-
Bs тральный ландшафтно-геофизический показатель. Они позволяют
по единой, специфичной именно для. ландшафтоведения методи-
fc ке описать все компоненты ПТК-
ft Немаловажно то, что отдельные характеристики геомасс от-
ft носительно легко измерить и с помощью расчетных формул и
ftl-- коэффициентов увязать их количество с большинством других
ft? ландшафтно-геофизических параметров. Например, по фитомассе
ft листьев и площади листовой поверхности можно рассчитать
В количество проникающей суммарной радиации, осадков и др.
В Эти коэффициенты и формулы можно определить по данным
В стационарных исследований, а геомассы в других ПТК измерить
|| нестационарными методами.
ft Функционирование ПТК и его связь с геомассами. Многие
В элементарные процессы обмена и преобразования вещества и
ft энергии в ПТК, в совокупности определяющие его функциониро-
К звание, тесно связаны с перемещением геомасс (или изменением
II их количества) в пространстве и времени. Разработано много
В функциональных моделей, в которых эти процессы учитываются
В достаточно полно. Например, в модели гомогенного геокомплек-
В са Г. Рихтера (Richter, 1968) выделено 73 потока вещества и
В энергии. Больших успехов в описании и моделировании потоков
В вещества и энергии достигли советские экологи и биогеоценоло-
fc ги (Ляпунов, Титлянова, 1974; Базилевич, Титлянова, 1975,
В 1978), а также географы (Рихтер, 1975; Сочава, 1978; Крауклис,
В 1979, и др.).
в- Краткую, но емкую характеристику основных каналов связей
В между структурными элементами ландшафта дал А. Г. Исаченко
|) (1979). Он выделил три основные группы связей: механический
В (гравитационный) перенос вещества, физические (молекуляр-
i ные) процессы и биологический метаболизм.
||: В функциональной модели, разработанной на Марткопском
В стационаре, ПТК рассматривается как участок территории, про-
Ц низанный потоками вещества и энергии (Беручашвили, 19/2).
g) В отличие от других моделей функционирования энергетиче-
t ские потоки в ней представлены элементарными процессами, ин-
ik тенсивность которых меняется в зависимости от количества тех
М или иных геомасс, а потоки вещества— активными (перемещаю-
t щимися в пространстве или изменяющими свое количество)
I геомассами. Это позволяет легко увязать функциональные про-
| цессы с элементарными структурно-функциональными частями
I ПТК, а функционирование ПТК—с пространственно-временным
В . синтезом геомасс.
В Именно этот подход был применен при моделировании стек-
I сов (см.'рис. 7—9). Из энергетических потоков в этих моделях
t . ’ 31
Е"-
И
выделяется солнечная энергия, которая, поступая в виде сум-
маркой радиации в ПТК, в нем же и трансформируется в раз- 1
личные энергетические потоки (отражение и эффективное излу- >
чение, формирование радиационного и теплового баланса, ;
преобразование в биогенном компоненте и т. п.) .
Интенсивность суммарной радиации, а также величины ради- .
ационного баланса, турбулентного теплообмена и другие пара- ;
-метры меняются по вертикальному профилю фации в зависимо- i
сти от содержания ' отдельных геомасс (зеленой фракции ;
фитомассы, гидромасс, заключенных в снежном покрове, и т. д.)‘, 1
что хорошо видно на рис. 7—9.
Не меньшее значение для жизни ПТК имеет энергия силы
тяжести (гравитационная энергия), или, как не совсем точно, но
более образно ее называет А. Г. Исаченко (1979), внутренняя
энергия Земли. Ей обычно уделяется значительно меньше вни-
мания, чем солнечной энергии. Это связано с тем, что .значение
солнечной энергии благодаря ее изменению в течение суток и
года хорошо заметно, тогда.как внутренняя энергия Земли прак-
тически не меняется. Тем не менее за счет этой энергии совер-
шается громадное количество процессов, начиная от обвалов
и осыпей и кончая опадом листьев или выпадением дождя.
При ландшафтно-геофизическом подходе большинство про-
цессов обмена и преобразования вещества в ПТК можно пред-
ставить как изменение количества отдельных геомасс.
Рассмотрим процессы влагооборота и биогеоцикла в связи с
изменением геомасс. Влагооборотом можно назвать совокуп-
ность потоков гидромасс в ПТК. Его основу составляют активные
гидромассы приземной части атмосферы, перемещающиеся свер-
ху вниз при выпадении жидких (/7р||) и твердых (Яп||)
осадков. При наличии других геомасс эти осадки трансформи-
руются. В частности, они перехватываются растительным покро-
вом (^-Яс). НеТто-осадки (Яр||—Яс), поступившие на поверх-
ность почвы, расходуются на поверхностный сток (->Я/), ин-
фильтрацию в почве (-^7/s||) и подземный сток (—>Я5). Часть
их аккумулируется в почве, в результате чего содержание гид-
ромасс в ней увеличивается (->/fsf). Суммарное испарение
(~>Hpff) состоит из транспирации и физического
испарения с поверхности почвы (-^TZpsff) и растений .
(->//pc^-f ). В результате содержание влаги в почве уменьшает-
ся (Я<4). В определенные сезоны года в некоторых ПТК уста-
навливается снежный покров (Яп). Содержание гидромасс в •
этом покрове при выпадении осадков увеличивается (Яп|), а
при таянии — уменьшается (Яп>[). В районах с -относительно
континентальным климатом и холодной зимой в почве образу-
ются мерзлые гидромассы (Hg) с аналогичной динамикой —
(ни.нл).
Биогеоцикл, как известно, представляет собой процесс обме-
на и трансформации вещества, связанный с биогенным компо-
нентом и отмершим органическим веществом. В разных типах
ПТК у него свои особенности.
Б степных и луговых ПТК за счет трансформации солнечной
.энергии и происходящего в результате ее фотосинтеза наблюда-
ется прирост зеленой фракции фитомассы (->/^|). Если прирост
больше, чем переход зеленой фракции (Л—>) в ветошь и расход
на дыхание растений, то зеленая фракция (Pit) увеличивается;
если прирост меньше — зеленая фракция (Рг|) уменьшается.
Довольно часто величины прироста зеленой фракции фитомассы
и перехода ее в другие блоки биогеоцикла равны, тогда количе-
ство зеленой фракции остается постоянным (Pi). Переходы,
равновеликие приросту, наблюдаются в ветоши.(Мт) и частич-
но в подстилке (A4Z), которая отличается тем, что при ее мине-
рализации (Л'11-Р) зеленая фракция фитомассы переходит в пе-
домассы верхних горизонтов, почвы (->S). К биогеоциклу отно-
сится также поглощение минеральных веществ из почвы корня-
ми растений (S—или, точнее, S-^Hs-^Ps)
Кроме влагооборота и биогеоцикла в ПТК наблюдаются и
другие процессы функционирования, в частности горизонталь-
ные перемещения воздушных масс при ветре (А), миграции зоо-
массы (Z), изменяются состояния воздушных масс (их темпера-
тура, влажность и скорости ветра) и др.
Приведенные выше примеры свидетельствуют о том, что
большинство процессов функционирования можно разбить на
элементарные потоки и увязать их с основными функциональны-
ми категориями геомасс. Более того, в результате детальных
исследований разных ПТК удалось вскрыть тесную взаимосвязь
функциональных процессов с геомассами, что позволило выдви-
нуть важное теоретическое положение: геомасса — процесс.
Согласно ему, по геомассам и, в частности, по их функциональ-
ным категориям можно с достаточной точностью судить о функ-
ционировании ПТК- Например, геомасса листьев древесно-кус-
тарниковых растений позволяет утверждать наличие процессов
фотосинтеза, дыхания и транспирации, что в свою очередь свиде-
тельствует об ослаблении суммарной радиации, изменении тем-
пературного режима, влажности воздуха и скорости ветра.
Можно привести очень много примеров, подтверждающих
прямую зависимость между геомассой и . процессом. Однако су-
ществуют и трудные ситуации, когда по геомассе еще нельзя
судить о том или ином процессе. Например, геомасса зеленой
фракции травянистых растений не позволяет с достаточной
достоверностью утверждать ее переход в ветошь. Для того что-
бы определить этот процесс, необходимо знать динамику во вре-
мени не только зеленой фракции, но и некоторых других фрак-
ций фитомассы, что позволяет уточнить функцию зеленой фрак-
ции и уже по ней определить наличие перехода одной геомассы
в другую.
С.учетом этих факторов была построена таблица Геомасса —
процесс (фрагмент из нее см. в табл. 2), позволяющая по гео-
массам и их функциональным градациям получить качествен-
ную информацию о проце^С^пфутткп^
2—1952 I
Таблица 2. Фрагмент таблицы основных геомасс и свойственных
им процессов функционирования
Р — фитомассы
Pf, Ph, Pi, Ps — фотосинтезирующие фитомассы , |
— опад листьев . . '
Pfm\, Pfgf , Pfxf, H't— быстрое ^увеличение количества фитомассы при
росте
Pfm^, Pfg-h РМ — быстрое уменьшение количества фитомассы
при опаде листьев
Pi| -э— быстрое уменьшение зеленой фракции при ин-
тенсивном дыхании и переходе этой фракции в
ветошь
(Cf)->P—фотосинтез за счет трансформации солнечной
энергии (характерен для Pi, Ph, Pf в любом
состоянии, за исключением‘Инертного) ‘
P-+(Ad')—дыхание растений (характерно для всех фото-
синтезирующих фитомасс)
Р1~^(Мт) —переход зеленой фракции в ветошь
Pi-*-(Ml) переход зеленой фракции в подстилку (наблю-
дается редко)
Р----->(Cs)—перехват суммарной радиации и ослабление- ее
интенсивности •
р.---->(Са) — влияние на радиационный баланс и уменьше-
ние ее значений
Р----->• (Ср) — влияние на турбулентный теплообмен и умень-
шение его значений
Р —~>(Л)— влияние на температуру воздушных масс
Р----->(Яр) —влияние на влажность воздуха
Р---->(Л)— влияние на скорость ветра и уменьшение его
скорости И I. п.
. Дополнительные обозначения для энергетических и прочих потоков:
Cs — суммарная радиация, Ср — радиационный баланс, Cf — фото-
синтетически активная радиация, Ср — турбулентный теплообмен, Ad —
дыхание растений. Остальные обозначения см, в табл. 1,
Однако если знать еще и количество геомассы и (или) полу-
чить по экспериментальным данным эмпирические уравнения <
связи, то в некоторых случаях можно количественно рас- ?
считать интенсивность того йли иного процесса.
Как видно из вышеприведенных данных, функционирование :
элементарных ПТК заключается в основном в вертикальных
внутрифациальных потоках. При изучении ПТК более высокого
ранга основной акцент делается уже на горизонтальных (меж-
фациальных) потоках вещества и энергии. Однако, к сожалению,
о них имеются лишь самые общие сведения, и методика измере- J
ния их пока слабо разработана.
Понятие геогоризонта. Выше отмечалось, что геомассы и
связанные с ними элементарные функциональные процессы1 •
являются теми «кирпичиками», из которых можно сложить ПТК.
Но как это сделать? Можно синтезировать геомассы по го- -
ризонтали (территориальный синтез), по вертикали (вертикаль-
1 Иногда вместо громоздкого выражения «пространственно-временной
синтез геомасс и связанных с ними элементарных функциональных процессов» >
будет употребляться более краткое — синтез геомасс.
34
жЕ ’
[ный синтез), в пространстве (территориально-вертикальный,
или пространственный, синтез), во времени (временной синтез)
[и комплексно в пространстве-времени (пространственно-времен-
ной синтез) 2. .
Территориальный синтез заключается в объедине-
нии геомасс в кбОТЛИГсыГприуроченные к тем или иным терри-
ториям. Геомассы можно синтезировать двумя способами: в мик-
рокомплексы площадью, меньшей элементарных ПТК (фаций),
ив комплексы площадью либо такой же, как фации, либо боль-
шей, чем они.
Первый способ представляет интерес при очень детальных
исследованиях природы. Однако*такой синтез чаще всего быва-
ет связан с дифференциацией биогенного компонента
на синузии, консорции и далее — до парцелл, т. е. с биогенны-
ми модификациями фаций или, что бывает редко, с дифферен-
циацией других компонентов ПТК, например выделение так
называемых карманных почв. Поэтому большинство географов
(Солнцев Н. А., 1962; Исаченко, 1979; Сочава, 1978, и др.) при
ландшафтном изучении территории принимают фацию за пре-
дельный уровень морфологического анализа, а исследование
микрокомплексов относят либо к компетенции отраслевых дис-
циплин (геоботаники, почвоведения и др.), либо биогеоценоло-
гии. В связи с этим в данной работе не целесообразно рассмат-
ривать вопросы синтеза геомасс в микрокомплексы.
Второй способ.— синтез геомасс в комплексы, соответствую-
щие фациям и более крупным ПТК, представляет больший ин-
терес для ландшафтоведения. Однако он не всегда позволяет
Понять временную структуру этих комплексов и выделить со-
стояния ПТК. Видимо, сказывается тот факт, что многие состоя-
ния различаются не набором геомасс, а их расположением в
вертикальном профиле ПТК. Например, некоторые весенние и
летние стексы в фациях пологих склонов с лугостепной расти-
тельностью имеют один и тот же набор геомасс. Однако в весен-
ние стексы растительность ниже, а ветошь выше, чем в летние.
Кроме того, следует иметь в виду, что такой синтез не простран-
ственный, ибо геомассы и связанные с ними процессы функцио-
нирования по вертикали не синтезируются.
. Наиболее перспективен комплексный вертикальный син-
тез" геомасс, когда в "пределах конкретной территории, соответ-
ствующей по площади элементарному ПТК — фации, анализи-
руется распределение геомасс и связанных с ними процессов
функционирования по вертикали. При таком подходе по верти-
кальному профилю ПТК обычно довольно быстро удается вы-
явить сравнительно однородные слои, характеризующиеся ря-
дом ландшафтно-геофизических признаков, из которых наибо-
лее важны специфичный набор и соотношение геомасс. Эти
слои можно рассматривать как результат синтеза геомасс по
2 Подробнее об этом см. в конце гл. I.
35
вертикали, и поэтому вполне логично назвать их геомассогори-
зонтами или проще геогоризонтами.
Например, в вертикальном профиле ПТК слой с преоблада-
нием аэромасс’ и транспортно-скелетных органов фитомассы
сменяется горизонтом с мезофильными листьями. С этой геомас-
сой, как известно, связаны специфичные процессы функциони-
рования, не свойственные вышележащему геогоризонту, в част-
ности фотосинтез, дыхание и транспирация. Проективное по-
крытие мезофильных листьев влияет на интенсивность
солнечной радиации и трансформацию таких метеорологических
параметров, как температура и влажность воздуха. Столь оче-
видное изменение целого комплекса ландшафтно-геофизических
признаков свидетельствует о смене одного геогоризонта другим.
Как показали исследования (Беручашвили, 1983), кроме на-
бора и соотношения геомасс при выделении геогоризонтов боль-
шое значение имеют следующие их характеристики:
Состав — из каких горных пород, видов растений, горизон-
тов почвы и т. п. состоит данный геогоризонт.
Структура—гомогенная, или гетерогенная. Различают также
переходные варианты — гетерогенно-гомогенную и гомогенно-
гетерогенную. Гомогенная структура характерна, например, для.
геогоризонта с вечнозеленым подлеском в колхидских ландшаф-
тах, а гетерогенная — для ПТК с шибляком с разреженной и
разнородной кустарниково-травянистой растительностью.
Регулярность — характер распределения геомасс в прост-
ранстве. По этому признаку выделяются следующие геогори-
зонты: 1) регулярные по высоте и горизонтали; 2) иррегу-.
лярные (нерегулярные) по' горизонтали и регулярные по вер-
тикали; 3) иррегулярные по вертикали и регулярные по гори-
зонтали и 4) иррегулярные по высоте и горизонтали (Releve
methodique..., 1968).
Размер основных элементов (Р) (абсолютный или относи-
тельный). Размеры всех элементов по величине отношения сред-
ней длины однотипных элементов (/) к мощности (толщине)-
геогоризонта (//) подразделяются на четыре группы: большие
(Р>0,5), средние (0,1 <Р 0,5), малые (0,01 <Р<0,1) и очень
малые (Р^0,01).
Большую роль при выделении геогоризонта играют такие
показатели, как ориентация, форма, проективное покрытие,
объем, цвет отдельных геомасс и их элементов, цветовой фон,
фенологическое состояние растительности и т. д. Важной харак-
теристикой геогорйзонта является его функционирование.
Приведем пример детальной характеристики геогоризон-
та, наиболее типичного для нижнегорно-лесных влажносубтропи-
ческих колхидских ландшафтов. В основу ее положены резуль-
таты исследований фаций крутых склонов, сложенных песчани-
ками среднего эоцена, с ольхово-каштановыми лесами с
древесно-кустарниковыми вечнозелеными ярусами на горных
желтоземах в бассейне реки Королис-Цкали на высоте 450—
500 м над уровнем моря.
36
Геогоризонт расположен на высоте от 7 до 2 м над поверх-
ностью почвы. Общий вес его — 274,4 т/га, из которых на долю
транспортно-скелетных органов фитомассы, представленных вет-
вями и стволиками рододендрона и лавровишни, стволами каш-
тана и ольхи, приходится 80,2% (220,1 т/га). Средний объемный
вес этой геомассы — 4,4-10~3 г/см3, а плотность (в сыром ви-
де)— 0,9 г/см3 (в сухом — 0,6 г/см3). Очень важное значение
имеет геомасса листьев лавровидного типа, которой обладают
рододендрон и лавровишня. Она сравнительно невелика — всего
5,4 т/га, что составляет 2% от веса горизонта. У нее небольшой,
объемный вес — 0,1-10~3 г/см3. Плотность аэромасс стабильна,
и равна 1,22-10“3 г/см3, а их вес (48,8 т/га) составляет 17,8%
от веса всего геогоризонта.
Структура геогоризонта гомогенная, регулярная как по вер-
тикали, так. и по горизонтали. Размеры у транспортно-скелет-
ных органов большие и реже средние, а у лавровидных листь-
ев— малые. Ориентация транспортно-скелетных органов — вер-
тикальная и субвертикальная, а листьев — горизонтальная и
субгоризонтальная.
Общий фон геогоризонта зеленый. Цвет листьев — ярко-зеле-
ный, стволов и веток — коричнево-серый. Преобладают цилинд-
рические ветвящиеся и овальные листовидные элементы.
Из-за большой площади листовой поверхности суммарное
проективное покрытие геогоризонта достигает 90—100%. Это
обусловливает существенный перехват листьями солнечной ра-
диации, »и если на верхнюю границу геогоризонта проникает
5—7% суммарной радиации от ее величины над кроной расте-
ний, то к его нижней границе эта величина уменьшается до 1%.
Биогенное функционирование определяется в основном фото-
синтезом и дыханием листьев, а также переносом органо-мине-
ральных веществ внутри транспортно-скелетных органов. Фито-
масса весьма интенсивно трансформирует такие метеорологиче-
ские параметры, как температура и влажность воздуха. Кроме
перечисленных процессов в геогоризонте наблюдается транспи-
рация.
Четкость верхним и нижним границам геогоризонта придает
слой геомасс лавровидных листьев.
Приведенная выше детальная характеристика показывает,
что геогоризонты отличаются как от ярусов растительности
и генетических горизонтов почвы, так и от биогеогоризонтов
следующим: 1) комплексностью состава. В геогоризонт входят
все наблюдаемые в том или ином слое ПТК компоненты: фито-
массы, аэромассы. Зимой в надземных геогоризонтах могут на-
блюдаться нивальные геомассы, а в дождь — гидромассы на по-
верхностях листьев, веток; 2) ландшафтно-геофизическими ха-
рактеристиками (Бяллович, 1960); 3) функциональной ролью
в ПТК, что позволяет иногда объединять ярусы растительности
и генетические горизонты почвы (У рушадзе, Беручашвили,
1978); 4) изменчивостью, вызываемой динамикой ландшафтно-
геофизических параметров в течение года.
37 Г.
Названия и характеристики геогоризонтов довольно много-
словны, поэтом^' желательно ввести для них единую индекса-
h 1 „дню.. Так как самые важные и относительно легко измеримые
показатели — вес геомасс и их плотность, то индексацию геого-
ризонтов целесообразно производить именно по этим призна-
J'i-д кам. На первое место ставится суммарный вес всего геогоризон-
• i та, затем индекс наиболее «тяжелого» компонента и уже в его
J - J пределах — индексы отдельных геомасс. После этого ставится
i ’ второй по массе компонент и т. д. Для каждого компонента
; указывается его доля (в %) в суммарном весе горизонта. Если
: J для компонента даны отдельные геомассы, то имеет смысл при-
' i вести и долю каждой из них (в %). В конце индекса геогоризон-
: ! та указываются границы его распределения по вертикали (в м).
1 Такой индекс, вернее, формула- геогоризонта позволяет быстро
; ...< определить суммарный вес горизонта в целом, вес каждого ком-
понента и отдельных геомасс, плотность этих компонентов и гео-
; масс, вертикальные границы распределения тех или иных гео-
J масс и всего геогоризонта.
Е Пример индексации: 424 Р^5з,0^2,0^45,0] ij.
Е j . Из этой формулы следует, что рассматриваемый горизонт
р Я имеет вес-424 т/га и распространен в слое 4,0—1,8 м. В геогори-
р : зонте преобладает фитомасса, при этом транспортные органы
Яр (Pt) имеют 53,0% от суммарной массы геогоризонта, мезофиль-
[F] ные листья (Pfm) —2,0%. Вес аэромасс — второго компонента,
К L слагающего горизонт, — составляет 45% от суммарной массы
геогоризонта.
р Я’ Во время экспедиционных исследований не всегда удается
определить вес всех компонентов и геомасс. В этом случае при-
j меняется редуцированная формула геогоризонта без количест-
венных показателей. Например, APt, fm | —геогоризонт, в
котором по весу преобладают аэромассы (Л), но неизвестно их
количество, кроме них встречается фитомасса (Р) транспортно-
?р Я скелетных органов (Pt) и мезофильных листьев (Pfm). Верхняя
граница геогоризонта — 25 м, а нижняя—15 м.
При написании индексов геогорйзонтов весьма важно соблю-
дать следующие правила: заглавными буквами всегда обозна-
Е J чать основные компоненты (лито-, атмо-, гидро-, фито-, зоо-,
j . педомассы) и не разделять их запятой; индексы более дробных
подразделений — геомасс — обозначать одной или несколькими
строчными буквами и разделять ихдапятыми.
. Наиболее часто наблюдаются одно-, двух- и трехкомпонент-
Г ные геогоризонты, реже — четырехкомпонентные.'
‘ Всегда следует помнить, что такое подразделение условно,
так как в принципе в каждом объеме ПТК хотя бы в ничтожном
количестве содержатся все геомассы.
Названия геогоризонтов строятся с учетом слагающих их
геомасс. Например, АР — аэрофитогоризонт, А— аэрогоризонт,
L — литогоризонт, РА —фитоаэрогоризонт, // — гидрогоризонт
и т. д. (см. табл. 3).
- ЕЕ; 38
Pi,fA- 12
PfA- 13
РШ-14
PiA- 15
PgA- 16
MntA— 17
Pt,dA-18
MIA- 19
PfxA- 20
PcA- 21
АРс- 11
Hn“ 2?
SHgP-23
l-SH9P-24 esH’s'Ps-Si
^^}sP"s-26
a a |Ls- 28
VZl Lk- 29
Таблица 3. Индексация геогорйзонтов
1 — аэрогоризонт, 2 — аэрофитогоризонт кроновый с
. листьями, 3 — аэрофитогоризОнт с транспортно-скелет-
ными органами, 4 — аэрофитогоризонт кроновый с
хвоей, 5 — аэрофитогоризонт с травянистыми растени-
ями, 6 — аэрофитогоризонт с генеративными органами,
7 — аэрогоризонт с ветошью, 8 — аэрогоризонт с транс-
портно-скелетными. органами и отпадом, 9 — аэроморт-
горизонт с подстилкой, 10 — аэрофитогоризонт с ксеро-
фитными растениями, 11— аэрофитогоризонт с мохово-
лишайниковым покровом, 12 — фитоаэрогоризонт кро-
новый с листьями, 13 — фитоаэрогоризонт с транспорт-
но-скелетными органами, 14 — фитоаэрогоризонт кроно-
% вый с хвоей, 15 — фитоаэрогоризонт с травянистыми
s растениями, 16 — фитоаэрогоризонт с генеративными
органами, 17—мортаэрогоризонт с ветошью, 18 — фи-
тоаэрогоризонт с транспортно-скелетными органами и
отпадом, 19 — мортаэрогоризонт с подстилкой, 20 — фи-
тоаэрогоризонт с ксерофитными растениями, 21—-фито-
аэрогоризонт с мохово-лишайниковым покровом, 22 —
снежный геогоризонт, 23 — мерзлый педогоризонт, 24 —
мерзлый педогоризонт с литомассой, 25 — педогоризонт
с большим количеством корней, 26 — педогоризонт со
средним количеством корней, 27 -- педогоризонт с не-
большим количеством корней, 28 — литогоризонт с си-
ликатными породами, 29 — литогоризонт с карбонат-
ными породами, 30—педогоризонт с недостаточным
количеством почвенной влаги, 31 — педогоризонт с из-
быточным количеством почвенной влаги, 32 — литопедо-
горизонт
При большой детализации, когда указываются отдельные
геомассы, название уточняется. Например, APt— аэрофитогори-
зонт с транспортно-скелетными органами; APt, fm — аэрофито-
горизонт кроновый с мезофильными листьями; Az — аэрогори-
зонт мезотермальный и т. д.
Так как почва всегда состоит из трех —пяти геомасс, то все
почвенные горизонты, в которых по весу преобладают педомас-
сы, называются педогоризонтами. Далее уточняется их назва-
ние. Например, SaHs"Ps" — педогоризонт глинистый со средним
содержанием гидромасс и корней. Если в почве содержится
39
значительное количество литомассы, то горизонты называют
педолитогоризонтами. Как и всякое природное тело, геогоризонт |
имеет не только вертикальные, но и горизонтальные (террито- 1
риальные) границы, которые обычно совпадают с границами ;
фации. Однако наблюдаются и более сложные случаи, когда J
один и тот же геогоризонт встречается в разных фациях. На- *
пример, геогоризонт снежного покрова на Марткопском стацио- |
наре может одновременно наблюдаться в фациях ее пологих I
склонов с лугостепной растительностью, и террас с лугами, и
склонов средней крутизны с бородачовыми степями. Такие го-
ризонты, охватывающие сразу несколько ПТК, следует назы-
вать- интергеогоризонтами.
Чтобы безошибочно определить количество геогоризонтов в J
элементарных ПТК с четко выраженной микрокомплекснофгью, :
например в фациях шибляка или редколесий, следует руковод- J
ствоваться тем, что в геогоризонт синтезируются геомассы в пре- >
делах какого-либо вертикального слоя всей фации, а не ее <
части. Микрокомплексность отразится на особенностях тексту- ;
ры и структуры геогоризонта, однако сам он будет рассматри- ;
ваться как гетерогенный, но единый.
Геогоризонты имеют границы не только в пространстве, но
и во времени. Критерием для определения смены геогоризонтов
во времени служит тот же набор и соотношение геомасс. Появ-
ление в течение каких-либо суток новой или исчезновение су- ;
шествовавшей геомассы служит признаком смены геогоризон- S
тов.
Поскольку геогоризонт представляет собой комплексную вер- ;
тикально-территориальную единицу, его можно рассматривать
как первую ступень пространственно-временного синтеза в ланд- i
шафтоведении.
Синтез геогоризонтов и процессов функционирования
(второй подход к выделению состояний ПТК)
Определение слоя, в котором должен проводиться синтез
геогоризонтов. Сутки — наиболее удобный интервал времени
для синтеза геогоризонтов и выделения на основе этого синтеза
состояний ПТК. Во-первых, они представляют собой естествен-
ный и очень важный цикл, которому подчинено большинство
природных процессов. Во-вторых, суточные состояния можно
исследовать как при стационарных, так и при экспедиционных
наблюдениях. В-третьих, сутки — один из сроков наблюдения
гидрометеосети, поэтому проводимые исследования легко увязы-
вать с ее данными. В-четвертых, от суток довольно легко перей-
ти как к внутрисуточным изменениям отдельных процессов, так
и к сезонной динамике состояний ПТК. Такой подход требует
изучения не любых, а конкретных состояний — стексов.
Прежде чем синтезировать геогоризонты, необходимо, про-
анализировав ряд параметров, выделить в .вертикальном профи-
40
Высота (м)
Рис.'10. Распределение температуры в нанотермальные гумидные стексы в
фациях ПСЛ и граница стексового слоя
Высота (м)
Рис. 11. Распределение влажности воздуха в нанотермальные гумидные стек-
сы в фациях ПСЛ и граница стексового слоя
ле ПТК тот ело й, в котором процессы и явления, связанные
именно с этим состоянием, наиболее активны.
Рассмотрим в1 качестве примера графики распределения
температуры влажности воздуха (рис. 10-—И) в бесснежные
неморозные стексы, наблюдающиеся на Марткопском стациона-
ре в середине зимы в фациях пологих склонов с лугостепной
растительностью. Как видно на этих графиках, выше этого слоя
Изолинии температуры и влажности воздуха выравниваются на
высоте 1 м от поверхности земли. Выше этого слоя влияние ра-
стительности и почвы на эти параметры не заметно. На рис. 10
видно, что температурная волна затухает в почве на глуби-
не 0,5 м.
От температуры и влажности воздуха зависит и целый ряд
других процессов. Именно в слое от —0,5 до 1,0 м наблюдается
активное взаимодействие процессов, связанных с трансформа-
цией солнечной и гравитационной энергии. В результате этого
взаимодействуя происходит перемещение вещества, и в частно-
сти влаги.
Критерии выделения активного слоя меняются в зависимости
от состояния. Например, в дождливые состояния основное зна-
чение для определения его нижней границы имеет глубина про-
никновения дождевых осадков в почву в изучаемые сутки. Слой,
в котором процессы, связанные с конкретным стексом, наиболее
активны, можно назвать стексовым слоем. Именно в нем сосре-
доточены активные и ^стабильные геомассы, тогда как £а его
пределами находятся инертные геомассы. Поскольку при выде-
лении геогорйзонтов основное внимание уделяется геомассам,
а также их активному, стабильному и инертному состоянию, гра-
ницы стексового слоя всегда совпадают с границами. геогори-
зонтов.
Некоторые процессы функционирования ПТК наблюдаются
вне стексового слоя, однако они связаны не с конкретными стек-
сами, а с общей тенденцией смены времен года, т. е. с длитель-
новременными состояниями.
Исследования, проведенные на Марткопском стационаре,
показали, что положение границы стексового слоя существенно
меняется в течение'года. Сравнение этих данных с описаниями
почв средней мощности показывает, что нижняя граница стек-
сового слоя зимой чаще всего располагается в пределах почвен-'
ного -горизонта В и реже — горизонта С1. Это позволяет условно
при обработке экспедиционных данных принять нижнюю грани-
цу стексового слоя за границу горизонтов А и В зимой и гори-
зонтов В и С в остальные сезоны года, ибо в экспедиционных
условиях реальную границу стексового слоя установить трудно.
За верхнюю границу стексового слоя при экспедиционных
исследованиях условно принимается верхняя граница раститель-
ности. 'Выше ее нет значительного количества геомасс, и поэто-
му их учет сильно не влияет на получаемые результаты.
Синтез геогорйзонтов и вертикальная структура ПТК. Рас-
смотрим синтез геогорйзонтов по вертикали для 31 мая 1971 г.,
25 января и 14 октября 1973 г. Первые два дня проанализирова-
ны выше, что облегчает сравнение двух рассматриваемых подхо-
дов к выделению и изучению состояний ПТК-
В вертикальных столбцах табл. 4—6 приведены геогоризон-
ты в каждый из рассматриваемых дней. Даже беглый анализ
табличных данных позволяет выявить следующие основные за-
кономерности.
’ В некоторых мощных или примитивных почвах этого совпадения не
наблюдается.
1. Для каждого из рассматриваемых дней характерна своя
мощность стексового слоя (31 мая 1971 г.—-2,4 м; 14 октября
1.973 г.— 1,6 м; 25 января 1973 г.— 1,2 м).
2. Все дни отличаются количеством геогорйзонтов (31 мая
1971 г. — 9; 14 октября 1973 г. — 7; 25 января 1973 г. — 5 геого-
’ ризонтов).
3. Каждый из рассматриваемых дней характеризуется своим
набором (составом) геогорйзонтов, а следовательно, и набором
геомасс.
Эти три закономерности позволяют утверждать, что наборы
геогорйзонтов можно рассматривать как вертикальные структу-
ры, изменяющиеся в течение года.
' В горизонтальных столбцах табл. 4—6 приведены основные
процессы функционирования. Анализ данных этих таблиц пока-
зывает, что каждый из рассматриваемых дней характеризуется
своим набором функциональных процессов и соответственно ти-
пом функционирования и что вертикальная структура тесно свя-
зана с функционированием ПТК. Это позволяет сделать важные
теоретические и практические выводы и сформулировать два ис-
ходных положения пространственно-временного синтеза ПТК.
Положение «вертикальная структура — функционирование
ПТК». Это положение — логическое следствие положения «гео-
масса — процесс». Действительно, если вертикальная структура
представляет собой набор геогорйзонтов, которые, как известно,
состоят из геомасс, вполне справедливо предположить, что по
характеру вертикальной структуры можно судить о функциони-
ровании ПТК.
Для доказательства рассматриваемого положения приведем
несколько конкретных примеров. Возьмем табл. 4, в которой
приведены данные по вертикальной структуре и основным про-
цессам функционирования фаций пологих склонов с лугостеп-
ной растительностью на 31 мая 1971 г. Попытаемся проанализи-
ровать, какую информацию о процессах функционирования дает
знание вертикальной структуры. В связи с наличием аэрофито-
и фитоаэрогоризонтов (APg; API; Pi A; PiMmA; MIP; A) c
большой фитомассой травянистых растений очевидно, что сум-
марная радиация интенсивно поглощается и на поверхность
почвы поступает небольшое количество ее. В этих же геогори-
•'зонтах интенсивно изменяются величины радиационного балан-
са, турбулентного теплообмена, затраты тепла на транспира-
цию и фотосинтез (особенно в геогоризонтах APi], Pi* А). .
/Поскольку на листьях и стеблях растений гидромасс не об-
наружено, влагооборот должен характеризоваться только рас-
ходной частью; и действительно, по данным табл. 4 видно, что
происходит лишь транспирация и физическое испарение.
В связи с содержанием в геогоризонтах AP/fPifA актив-
ных, увеличивающихся по весу геомасс травянистых растений
биогеоцикл должен отличаться интенсивным фотосинтезом и
приростом этих растений. Точно так же можно получить качест-
венное представление и о других процессах.
43
Таблица 4. Вертикальная структура й оёНойнЫе процессы функционирования
в фациях пологих склонов с лугостепной растительностью 31 мая 1971 г.
№ п/п • Название геогоризонта * Индекс геогоризонта L.. ' ...... Трансформация солнечной энергии • Влаго- оборот + Биогеоцикл Изменение параметров среды
* суммарная радиация изменение
поглощение . проникнове- ние i отражение радиацион- ного' баланса турбулентного теплообмена теплообмена с почвой 1 . : транспира- ция физическое испарение фотосинтез дыхание поглощение и обмен различные процессы в почве прирост зе- леной фракции переход вП" мортмассу температура влажность скорость ветра
2 I 3 4 5 6 7 8 9 1.0 11 12 13 14 115 16 17 18 19 20
1 2 3 4 . 5 , 6 7 8 9 Аэрогоризонт Аэрофитогоризонт с генеративными органами Аэрофитогоризонт с листьями^ и стеблями травянистых растений Фитоаэрогоризонт с листьями и стеблями травянистых растений Фитоаэрогоризонт с мортмассой, листьями и стеблями травяни- стых растений Фитоаэрогоризонт с подстилкой, листьями и стеблями травяни- стых растений Педогоризонт со средним содержа- нием гидромасс и большим со- держанием корней Педогоризонт со средним содержа- нием гидромасс и корней Педогоризонт со срёдъ^м содержа- нием гидромасс и небольшим со- держанием корней /ipgf Pif Л PiMmA MlPiA SaHs"Ps" SaHs"LPs" SaHs"Ps'Q,6 I ++ +1 +1 +1 * 1 1 1 *+!+! + + + 1 I I i i 4-+I +t +i + + j i ! + -и +1. +1 +1 +1 I'll 1 1 Г н- [+ 1+ н- Н-+ 1 1 1 1 1 1 +1 -Н + * 1 I 1-!- 1+ * |+ 1+ | » II 1 + 1+ * * + | 1+ I+. 1+ * 1+ 1+ 1+ 4- Г 1+1+ 1+ + Н* н- Н- +1 II 1 1 I 1 * +1 . +• * • + * “ 1 £ 4- H-I+ 1+ * **!++- + Н- 1+ 1+ * **!++ + 1 1 1 о 1 Н II + +
Условные обозначения: * очень интенсивный процесс; ± процесс умеренный; + слабый процесс; 0 процесс очень слабый; — не ймеет
смысла.
Таблица 5. Вертикальная структура и основные процессы
функционирования в фациях пологих склонов
с лугостепной растительностью 25 января 1973 г.
Трансформация солнечной энергии Влаго- I >иогеоцикл 4 Изменение параметров среды
F суммарная радиация изменение оборот * Переходы
№ п/п Название геогоризонта V А ► Йндекс геогоризонта поглощение • • — — _ к проникнове- ние отражение г1 1 радиацион- ного баланса - 1 турбулентного теплообмена теплообмена с почвой транспира- ция физическое испарение фотосинтез дыхание поглощение ‘и обмен процессы в почве прирост зе- ленфракции переход в ветошь переход в подстилку минерализа- 1 ция под- стилки температура > ’ влажность t<> скорость ю ветра
1 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 н 16 17 18 1,9 21
j 1 Аэрогоризонт Д0.9 + * *4* ь—— в 1 । —™ ™ 1 * —|—
2 Нивальный горизонт с НпР * —„ —— 0 — 1 —• — —— «
фитомассой '
3 Мортаэрогоризонт с под- М1А "4^ 1 0 0 "— ** 0 р -- — - —— '——" ’—J- —1— ' —
стилкой
4 Педогоризонт мерзлый SHgL •— । А —' — И — -—— 0 —— 1
5 Педогоризонт со сред- SaHs"LPs0,3 ——* — — —- *4" —* -» »—1 " " — L " 1 1 1
ним содержанием гид- ромасс и корней - 1 1 1 1 i i
— • 1 .1
* См. условные обозначения к табл. 3.
г..
•ч 1
.С.1:'
к'-
Рассмотрим другой случай — дождливый стеке, который на*
•блюдался 6 августа 1971 г. Для этого стекса характерен верти-
кальный профиль с повышенным (и увеличивающимся) содер-
жанием гидромасс: —АРШр\\---------PiAHp^-------Ml,
Шс\ —---SaHs\ LPs. Как видно из перечня геогоризонтов, в
самой верхней части, вертикального’ профиля вместо аэрогори-
;зонта А наблюдается аэроплювиогоризонт АНр\\. Это свиде-
тельствует о выпадении осадков и интенсивном гидрогенном
функционировании. Поскольку во всех геогоризонтах наблюда-
ются гидромассы, можно сделать вывод, что влагооборот игра-
ет основную роль в функционировании ПТК. В первых трех
.геогоризонтах они перемещаются сверху вниз. В припочвенном
горизонте из-за большого количества фитомассы наблюдается
частичное накопление осадков, что приводит к формированию
специфичного фитоаэрогидрогоризонта. Содержание в почве
активной гидромассы Hs.\ свидетельствует об увеличении поч-
венной влаги, а отсутствие остальных геогоризонтов — о прева-
лирующей роли гидрогенного функционирования и в подземной
части вертикального профиля.
Наличие остальных геомасс (A, Pi, Ml, Sa, L, Ps) позволяет
утверждать, что трансформация солнечной энергии и биогео-
цикл продолжаются. Однако большое количество гидромасс
позволяет предполагать, что эти процессы подавлены интенсив-
ным гидрогенным функционированием.
Следовательно, по вертикальной структуре можно судить о
процессах функционирования ПТК- Однако эти суждения носят
не количественный, а качественный характер. Для того чтобы
получись представление о количественных величинах, необходи-
мо знать конкретные значения параметров на входе (суммар-
ной радиации, осадков и т. п.), отдельных геомасс в геогоризон-
тах и иметь хороший математический аппарат для описания у
эмпирических зависимостей.
Положение «вертикальная структура — стеке». Согласно
этому положению, каждому стексу соответствует своя верти-
' жальная структура, и по ее анализу (без детальных исследова-
ний процессов функционирования) можно достаточно точно опре-
делить, какой стеке наблюдается в изучаемом ПТК,
. Не исключена такая ситуация, когда при одной и той же
структуре • будет наблюдаться различное функционирование,
поэтому при первом подходе к выделению состояний ПТК необ-
ходимо знать процессы функционирования, исследование кото-
рых, как отмечалось, возможно лишь на хорошо оборудованных
стационарах.
. Положение «вертикальная структура — функционирование»
позволяет не только судить по структуре о функционировании,
но и утверждать наличие связи между ними: каждому состоя-
нию структуры соответствует свое состояние функционирования.
Следовательно, по состоянию структуры можно судить о стексе.
Таким образом, положение «вертикальная структура — стеке»
является логическим следствием положения «вертикальная
47
структура — функционирование». Оно имеет большое теорети-
ческое и практическое значение, так как позволяет, во-первых,
значительно сократить время исследования на стационарах, во-
вторых, выявлять и изучать стексы при экспедиционных иссле-
дованиях и, в-третьих, решать «обратные» задачи, в частности
моделировать динамику отдельных процессов функционирова-
ния ПТК.
Стеке как результат пространственно-временного синтеза
геомасс и геогорйзонтов. Если геогоризонт представляет собой
комплексную пространственно-временную единицу — результат
синтеза геомасс, то синтез геогорйзонтов в пределах вертикаль-
ного профиля конкретной территории, занимаемой той или иной
фацией, в течение определенного отрезка времени можно рас-
сматривать как пространственно-временной синтез. Следова-
тельно, стексовый слой, состоящий из определенного набора гео-
горизонтов и соответствующий! конкретному типу вертикальной
структуры, является второй ступенью (уровнем) пространствен-
но-временного синтеза геомасс и связанных с ними элементар-
ных процессов функционирования.
Однако, как было показано выше, 'каждому состоянию вер-
тикальной структуры соответствует определенное состояние
функционирования, а следовательно, и конкретный стеке. Если
это так, то данное состояние можно рассматривать как второй
иерархический уровень синтеза геомасс по вертикали (в преде-
лах стексового слоя), по горизонтали (по'площади, занимаемой
фацией) и во времени (в течение одних суток). Это положение
позволяет четко определить место, стекса в пространственно-
временном анализе и синтезе ПТК.
Основные- характеристики стексов. Мощность стексрвого
слоя — расстояние от верхней до нижней границы этого слоя.
Суммарная масса — суммарный вес всех геомасс, находя-
щихся в пределах стексового слоя.
Геомассы в пределах стексового слоя.
Внутренняя энергия отдельных геомасс. В педомассах и ли-
томассах эта энергия рассчитывается по данным валового (си-
ликатного) анализа и энергии кристаллической решетки от-
дельных химических элементов. В фитомассе внутренняя энер-
гия определяется количеством того тепла, которое она выделяет
при сжигании в калориметрической бомбе.
Процессы функционирования — трансформация солнечной
энергии, влагооборот, биогеоцикл и др.
Метеорологические параметры — температура и влажность
воздуха, скорость ветра, атмосферные явления и др.
Оптические характеристики — цвет, спектральная отража-
тельная способность и т. д.
Кроме этих характеристик употребляются еще и те, которые
приняты в отраслевых дисциплинах, — видовой состав, проектив-
ное покрытие, реакция pH и др. Естественно, что стексы можно
описывать и с помощью ландшафтно-геохимических показателей,
однако на Марткопском стационаре они не исследовались.
Очень важной характеристикой стексов являются вертикаль-
ная структура (набор и соотношение геогорйзонтов в пределах
стексового слоя) и тенденция ее изменения. Она связана как с
внешними факторами, так и с внутренним строением и функ-
ционированием ПТК. Значение этого показателя тем более важ-
но, что суть некоторых состояний составляет именно изменение
этой структуры.
Результаты исследований на Марткопском стационаре и в
других ландшафтах позволили выявить следующие основные ,
тенденции изменения вертикальной структуры:
1. Стабилизация. Мощность вертикального профиля и набор
геогорйзонтов не изменяются. Стабилизация наиболее хорошо
выражена в ПТК с лесной растительностью летом, когда после
весенних состояний уже установилась структура, не изменяю- f
щаяся до начала листопада. Однако в этом и в других ПТК
стабилизация структуры может наблюдаться и зимой (реже
весной и осенью).
Различают полную и относительную стабилизацию структу-
ры.. При полной стабилизации мощности вертикального профиля
ПТК и слагающих его геогорйзонтов остаются практически по-
стоянными. При относительной незначительно изменяется мощ-
ность вертикального профиля и перераспределяются мощности
отдельных геогорйзонтов. Полная стабилизация наблюдается
обычно в лесных и реже кустарниковых ПТК. Относительная
стабилизация более характерна для травянистых ПТК.
2. Создание. Кардинально изменяется прежняя структура, и
создается новый набор геогорйзонтов. Например, в травянистых
ПТК эта тенденция наблюдается весной (реже в другой период
года), когда побле стаивания снежного покрова резко увеличи-
ваются мощность стексового слоя и количество геогорйзонтов.
Характерно полное обновление набора геогорйзонтов. Ниваль-
ные стексы, наблюдающиеся при выпадении снега в начале зи-
мы, в некоторых (особенно в травянистых) ПТК можно также
рассматривать как стексы создания, но уже новой, зимней струк-
туры, поэтому всегда надо уточнять, о создании какой структу-
ры идет речь.
Структура может создаваться как бы на «голом месте», если
формируются принципиально новые геогоризонты и быстро уве-
личивается мощность вертикального. профиля. Такая ситуация
может, например, наблюдаться в травянистых ПТК после сено-
коса. Довольно часто структура создается на фоне трансформа-
ции существовавшей. Например, в степных, некошеных ПТК
вначале количество зеленой фракции фитомассы увеличивается,
затем оно уравнивается с количеством ветоши, и создается но-
вый аэрофитогоризонт.
3. Разрушение. Эта тенденция наблюдается обычно в тех же
комплексах, где и создание структуры. Но по направленности
она противоположна созданию. Иногда разрушение структуры
наблюдается при катастрофических процессах. Различают бы-
с-трое и полное разрушение структуры (например, сенокос) и *
<49
I'- -. я
частичное (например, выпадение снега на мощный травянистый 1
покров или заросли кустарников-стлаников).
4. Усложнение. Постепенно усложняется вертикальный про- |
филь и увеличивается его мощность. Иногда увеличивается лишь
количество геогор.изонтов или какая-либо геомасса, например-
мезофильных листьев весной в лесных ПТК. Усложнение струк-
туры при постоянно увеличивающейся мощности вертикального
профиля с постоянным или увеличивающимся числом геогори-
зонтов наблюдается обычно в травянистых ПТК, где эта тенден-
ция сменяет тенденцию создания структуры.
Для лесных ПТК более характерно усложнение структуры
при постоянной мощности вертикального профиля и при посто-
янном или увеличивающемся количестве геогоризонтов или зе-
леной фракции фитомассы. В некоторых ПТК наблюдается
. усложнение структуры с элементами ее создания. Например,» в
щибляке, где на фоне отдельных кустов с уже сложившейся фи-
тоскелетной структурой, весной формируется травянистый гео-
горизонт.
5. Упрощение. По направленности эта тенденция изменения
j структуры противоположна усложнению. Различают следующие
| варианты упрощения:
— уменьшение мощности и количества геогоризонтов. Наи-
' более характерно для ПТК с травянистой растительностью;
— уменьшение количества геогоризонтов или зеленой фрак-
ции фитомассы при постоянной мощности вертикального профи-
ля. Обычно наблюдается в лесных ПТК осенью;
— интенсивное разрушение нижних геогоризонтов при ста-
бильности верхних. Характерно для ПТК с хвойными и некото-
рыми другими формациями, когда осенью разрушаются травя-
нистые геогоризонты;
— постепенное уменьшение количества и мощности нижних
I геогоризонтов при постоянной мощности и активном функцио-
нировании верхних фитоаэрогоризонтов. Характерно для ряда
лесных ПТК, когда разрушаются некоторые горизонты. Напри-
мер, с генеративными органами;
— увеличение количества геогоризонтов в результате разру-
шения единых (до упрощения) горизонтов. Наблюдается в лес-
ных ПТК, когда в верхней части кроны листва уже опала, а в
нижних еще сохранилась. В результате единый кроновый геого-
ризонт разделился на два. В этом случае тенденция развития
структуры относится к упрощенной из-за резкого уменьшения
важнейшей геомассы кронового горизонта — мезофильных
: листьев.
6. Трансформация. Биогенные компоненты и другие гёомас-
сы переходят из пассивного состояния в активное, если транс-
формация положительная, и наоборот, если она отрицательная.
Трансформация структуры' характерна для ПТК с мертвопокров-
ными хвойными или вечнозелеными (например, самшитовыми)
лесами и кустарниками. В этих ПТК не создаются новые геого-
ризонты, а изменение структуры сводится лишь к переходу од-
50 .
ЬЙ'Т •
^БЯ^***':*
Й них геомасс из активного функционирования в пассивное, и
наоборот. '
В Методика выделения стексов при стационарных исследова-
« ниях. Когда в 1971 г. впервые началось изучение этих состояний
В на Марткопском стационаре, методика выделения стексов осно-
В - вывалась лишь на детальном анализе отдельных процессов и
в явлений в ПТК. Опыт пространственно-временного синтеза гео-
В масс и геогоризонтов пришел позже.
В. С 1972 г. результаты суточных наблюдений в фациях поло-
В гйх склонов с лугостепной растительностью и в пяти других
ПТК Марткопского стационара заносились в специальные жур-
' налы. Затем эти данные окончательно обрабатывались и вычно
I лялись характеристики стексов.
| На протяжении пяти лет, с 1971-по 1976 г., ежедневно строп-
I лись графические модели стексов, аналогичные тем, которые
были приведены на рис. 7—9. Подобные графики давали Ha-
ls глядное представление о структуре и функционировании ПТК
в исследуемые сутки.
|i Полученные модели сравнивались, и если они различались
р: не качественными признаками, а их количественными величина-
| ми, то считалось, что рассматриваемые сутки относятся к одно-
| му стексу.
I Детальный анализ большого количества графических моде-
лей позволил выделить параметры, которые можно было исполь-
| зовать в качестве индикаторов стексов и разработать принципы
| и методу выделения стексов.
| Одним из наиболее важных показателей является набор гео-
| масс. Одни геомассы следует рассматривать как ведущие, а дру-
I гие — как ведомые. Естественно, что основное внимание должно
| быть уделено ведущим геомассам. Именно они определяют со-
| стояние остальных геомасс, а все вместе — интенсивность про-
। цессов функционирования. Однако не следует рассматривать ве-
t дущие геомассы в отрыве от.ведомых, в особенности от ин-
| тенсивности и характера их функционирования, так как состоя-
| ния ведущих геомасс не полностью определяют стеке.
I ’ Поясним это на конкретном примере. Предположим, что в
I результате вторжения теплых воздушных масс в январе на
| Марткопском стационаре установилась теплая погода с микро-
| термальными (5—10°) аэромассами. По состоянию этих геомасс
| рассматриваемые сутки должны быть отнесены к микротермаль-
| ным стексам создания весенней структуры. Однако аэромассы
не находят «отклика» в фитомассе, и интенсивного прироста
Г зеленой фракции не наблюдается. Следовательно, нельзя выде-
I . лять стексы создания весенней структуры.
Приведенный пример показывает, что пользоваться таким
критерием, как ведущие геомассы, надо весьма осторожно и
г всегда рассматривать их в комплексе с другими процессами
i ПТК.
Все стексы по термическим условиям, определяемым состоя-
f нием а э р ом а с с, подразделяются на:
L ’ 51
f
1
г:
v* :
I
• -
1) морозные (криотермальные). Для них характерны отри-
цательные температуры и содержание в некоторых горизонтах
влаги в твердом виде;
2) очень прохладные (нанотермальные). Им. свойственны
низкие положительные температуры (—5°), при которых могут
функционировать лишь малотребовательные к теплу растения.
Процессы биогенного функционирования большей частью по-
давлены.- Часто наблюдаются интенсивное таяние снега и ин-
фильтрация;
3) прохладные (микротермальные). Характеризуются отно-
сительно низкими температурами воздуха (5—10°), которые по-
зволяют активно функционировать лишь травянистым растени-
ям. Большинство древесно-кустарниковых пород либо начина-
ют, либо заканчивают свое активное функционирование.
Некоторые процессы влагооборота весьма активны, но величи-
ны транспирации и испарения относительно низки;
4) умеренно теплые (мезотермальные). Температура воздуха
колеблется в пределах 10—15°. Многие растения активно функ-
ционируют и производят фитомассу (особенно в бореальных
ландшафтах). Характерны средние величины трансформации
солнечной энергии и расходной части влагооборота;
5) теплые (макротермальные). Им свойственны относитель-
но, высокие температуры (15—22°), максимальная интенсив-
ность биологических процессов, высокие величины расходной
части влагооборота и трансформации солнечной энергии;
6) жаркие (мегатермальные). Для них характерны очень
высокие температуры (выше 22°). Избыток тепла во многих
ПТК отрицательно сказывается на процессах биогеоцикла.
Кроме аэромасс к ведущим геомассам относятся и гидро-
масс ы. Они в значительной степени, но не полностью (физи-
ко-механические свойства почвы и растительный покров могут
несколько изменять влияние гидромасс в ПТК) определяют ин-
тенсивность многих процессов функционирования, особенно в
теплый период-года.
Все стексы по условиям увлажнения подразделяются на:
1) экстрагумидные— в одном или несколькйх геогоризонтах
гидромассы преобладают над остальными геомассами;
2) гумидные — среднее или повышенное содержание гидро-
масс во всех горизонтах;
3) семиаридные — в одном или нескольких геогоризонтах
ощущается недостаток влаги, вследствие чего отдельные процес-
сы функционирования ПТК лимитированы;
4) аридные — дефицит влаги во всем вертикальном профиле;
преобладают процессы абиогенного'функционирования.
Кроме аэромасс и гидромасс в качестве индикаторов отдель-
ных стексов используются и другие геомассы. Например, актив-
ная фитомасса мезофильных листьев, которая, быстро увеличи-
ваясь весной, свидетельствует о мезотермальных гумидных стек-
сах усложнения структуры. Интенсивность прироста зеленой
фракции фитомассы в травянистых фациях служит . хорошим
о
индикатором микротермальных стексов создания весенней струк-
туры и мезотермальных стексов ее усложнения.
Один из наиболее важных показателей, позволяющих уве-
ренно различать стексы, — это набор геогорйзонтов.
Выше отмечалось, что каждый стеке каждого ПТК характеризу-
ется своим, специфичным набором геогорйзонтов. Однако у это-
го показателя есть один недостаток. Его можно применять толь-
ко после того, как по другим признакам были выделены стексы
и изучены характерные для них геогоризонты. Поэтому при
стационарных исследованиях большое значение приобретает
изучение т е н д е н ц и и изменения вертикальной структуры.
К сожалению, для выявления ее требуются длительные наблю-
дения, и установить стеке по этому признаку удается лишь спу-
стя 10—20 дней. Столь большой срок обусловлен тем, что дина-
мика различных видов стексов связана не только с погодой, но
и с сезоном года, которые изменяются с разной частотой. В свя-
зи с этим происходит не только наложение частот, но и их пере-
путывание— «эли'асинг» {Симонов, 1982). Поэтому, чтобы от-
делить погодные флюктуации от сезонной динамики, стексы
приходится изучать продолжительное время. Сотрудники Март-
копского стационара разработали ряд методов, позволяющих
определять стексы в травянистых ПТК Восточной Грузии без
продолжительных предварительных наблюдений. Эти методы
основаны на анализе соотношения фракционных частей фито-
массы и влажности почвы в разных геогоризонтах в связи с
выпавшАги в предыдущие дни осадками.
Сравнение тенденции изменения структуры с динамикой от-
дельных параметров показывает, что между этими признаками
в конкретных ПТК существует вполне определенная связь. На-
пример, стексы усложнения структуры в фациях пологих скло-
нов с лугостепной растительностью наблюдаются при устойчи-
вом’ переходе среднесуточной температуры через 4-10° в течение
10 дней. В фациях склонов средней крутизны с бородачовыми
степями для перехода в этот же.,стеке среднесуточная темпера-
тура должна быть более И —12°, для фации крутых склонов с
березовыми лесами — 8° и т. д. '
Большое значение при выделении стексов имеют результаты
анализа внешних факторов, которые, трансформируясь в
геомассах и геогоризонтах, определяют специфичное функцио-
нирование ПТК. Из этих факторов в первую очередь следует
отметить следующие: выпадение снега и дождя, пожары, пере-
мещение материала при сильных ветрах или наводнениях, при
обвалах, осыпях, оползнях и других активных геоморфологиче-
ских процессах. Трансформация солнечной энергии наблюдает-
ся во всех стексах, поэтому ее как определяющий фактор следу-
ет учитывать лишь при отсутствии других воздействий на ПТК.
Трансформация внутренней энергии Земли постоянна и имеет
во всех стексах практически одни и те же величины.
Пои стационарных исследованиях особое значение приобре-
тает детальный анализ процессов функционировав и я. Он
53
позволяет дифференцировать стексы и впоследствии строить их
количественные модели.
Детальный комплексный анализ набора геомасс, и в особен-
ности состояния аэромасс и гидромасс, набора геогоризонтов,
тенденций изменения вертикальной структуры, внешних факто-
ров и процессов функционирования, позволяет в большинстве
случаев легко определить состояние ПТК в конкретные сутки.
Однако существует ряд трудных случаев, когда рассматри-
ваемые суточные состояния можно отнести либо к одному, либо
к другому типу стексов, либо вообще выделить их новый (сме-
шанный) тип.
Аналогичные ситуации давно известны в ландшафтоведении.
Например, где провести границу между лесной и степной зоной?
В этом примере, так же как и в примерах со степсами, потен-
циально возможны три варианта: в первом случае граница про-
водится посередине переходной полосы между лесными и степ-
ными ПТК, во втором — либо по последним степным ПТК в
лесной зоне, либо по последним лесным ПТК в степной зоне, а
в третьем случае выделяется самостоятельная переходная лесо-
степная зона. Следовательно, надо определить критерии, по ко-
торым выделяются ПТК. При разработке таких критериев на
Марткопском стационаре руководствовались не толькб структу-
рой и функционированием ПТК, но и состоянием их функций на
входе и на выходе. Например, для того чтобы какие-либо су-
точные состояния фации пологих склонов с лугостепной расти-
тельностью отнести к плювиальным стексам, необходимо, чтобы
днем выпало более 1 мм осадков и при этом содержание гидро-
масс в почве в 19 часов по сравнению с утренними часами не
уменьшилось, а, наоборот, увеличилось. Подобные критерии в
зависимости от конкретных условий меняются, и они тесно свя-
заны с особенностями структуры и функционирования конкрет-
ных ПТК. Например, для выделения плювиальных стексов в
колхидских ландшафтах с их мощным растительным покровом
дневная сумма осадков должна быть более 3—5 мм.
Приведенные примеры показывают, что выделение стек-
сов— это весьма сложная задача, которая под силу лишь спе-
циалисту-комплекснику, способному проанализировать большое
количество иногда довольно противоречивых данных.
При стационарных исследованиях каждый стеке выделяется
по соответствующему алгоритму. Поскольку в этой работе нет
необходимости детально анализировать процедуру выделения
каждого конкретного состояния приведем общий алгоритм.
1. Анализ внешних факторов и общего характера главных
процессов функционирования ПТК в течение конкретных суток.
2. Анализ изменения температуры воздуха в течение послед-
ней декады, определение среднедекадной температуры, состояния
аэромасс и тенденции их изменения.
3. Определение количества фитомассы, анализ тенденций
изменения отдельных ее фракций в течение последней декады и
сравнение с динамикой температуры воздуха.
Таблица 7. Индексация стексов *
I
В названиях и индексах стексов учитываются следующие основные признаки:
1. Общий характер главных процессов функционирования в течение кон-
кретных суток. По этому признаку стексы подразделяются на:
N — нивальные '(снежные) —при выпадении снега,
Р — плювиальные (дождливые) — при выпадении дождя,
П —пирогенные — при пожарах,
В— эоловые — при перемещении материала ветром,
Г — гравигенные при обвалах, осыпях, оползнях и т. д.
Стексы с тривиальным характером функционирования (трансформация
солнечной энергии, расходная часть влагооборота, биогеоцикл) не ука-
зываются.
2. Тенденции изменения вертикальной структуры:
----стабилизация структуры
||— создание структуры
| — усложнение структуры
, ——трансформация положительная
--- » отрицательная
I — упрощение структуры
|| — разрушение структуры
<3. Т ермические условия:
1 — морозные (криотермальные)
2 — очень прохладные (нанотермальные)
3 —прохладные (микротермальные)
4 — умеренно теплые (мезотермальные)
5 —теплые (макротермальные)
6 — жаркие (мегатермальные)
4. Условия увлажнения:
Ht—экстрагумидные
G гумидные
5 семиаридные
А — аридные
Примеры:
4G — Стеке стабилизации структуры, умеренно теплый, влажный, осенний
—Стеке усложнения структуры, теплый, влажный, весенний
1Н — Морозно-снежный стеке
♦Таблица представляет собой сокращенный вариант . индексации стексов, полный
см.: Беручашвили, 1983.
4. Определение по среднедекадной температуре и результа-
там анализа состояния и тенденций изменения аэромасс и от-
дельных фракций фитомассы термической градации стексов.
5. Анализ содержания гидромасс в различных геогоризонтах,
и определение по его результатам градаций стекса по условиям
увлажнения.
6. Анализ изменения геогоризонтов в течение последней де-
кады, выявление тенденции изменения вертикальной структуры
и отнесение рассматриваемого суточного состояния к соответст-
вующей градации стексов.
7. Детальный-анализ процессов функционирования и уточне-
ние функциональной градации стекса.
8. Синтез градаций стексов по внешним факторам, термиче-
ским условиям, характеру увлажнения, тенденции изменения
вертикальной структуры и функционирования и на основе этого
синтеза окончательное установление стекса.
Очень важно указать ПТК, в котором наблюдается тот или
иной стеке. Например, «морозно-снежный стеке фации пологих’
склонов с лугостепной растительностью» или «плювиальный
стеке, теплый, фаций крутых склонов с мертвопокровными бу-
ковыми лесами на бурых горно-лесных почвах».
Методика выделения стексов при экспедиционных, аэрови-
зуальных и полетно-десантных исследованиях представляет со-
бой редуцированный вариант стационарных исследований, поэто-
му точность выделения стексов при экспедиционных наблюде-
ниях меньше, чем при стационарных. Работать по этой методике
может лишь специалист, имеющий достаточный опыт стационар-
ных исследований состояний ПТК.
При экспедиционных наблюдениях применяется методика,
основанная на пространственно-временном синтезе геогоризон-
тов. Суть ее сводится к тому, что последовательно производят-
ся следующие операции: 1) детальный анализ распределения
отдельных геомасс в изучаемом ПТК; 2) синтез геомасс и вы-
деление на этой основе геогоризонтов; 3) синтез геогоризонтов
и определение типа стексового слоя; 4) определение по стексо-
вому слою типа и рода стекса 5) анализ данных гидрометеосе-
ти и при* необходимости уточнение стекса; 6) анализ данных
аэровизуальных наблюдений и в некоторых случаях уточнение
стекса2.
Первые две операции производятся непосредственно в поле,
г для третьей и четвертой необходима классификация вертикаль-
ных структур (см.: Беручашвили, 1983).
Сравнение экспедиционных и стационарных методик выде-
ления стексов, разработанных по материалам Марткопского
стационара, показало, что величина ошибки выделения стексов
при экспедиционных наблюдениях не превышает 5—10%. Эта
ошибка в основном связана с визуальной оценкой тенденций
изменения геомасс, геогоризонтов и вертикальных структур.
Естественно, что результаты инструментальных исследований
на стационаре, в течение длительных отрезков времени дающие
количественные значения признаков, отличаются большей точ-
ностью, чем визуальная оценка этих же признаков при экспеди-
ционных наблюдениях.
Методика выделения стексов при полустационарных исследо-
ваниях мало отличается от методики стационарного изучения
этих состояний, а та же операция при полетно-десантных на-
блюдениях является трансформированным вариантом методики
выделения стексов при экспедиционных исследованиях.
Наименее точна методика выделения стексов при аэрови-
зуальных наблюдениях. По ней могут работать лишь специали-
сты, имеющие длительный опыт как стационарных, так и экспе-
диционных исследований стексов. Это обусловлено тем, что вы-
деление стексов при аэровизуальных наблюдениях связано с
анализом целого, ряда индикационных признаков, часто незамет-
1 Классификацию стексов см. в гл. III.
2 Эта операция производится лишь с 1978 г.
ных с первого взгляда. К ним, например, относятся специфич-
ные геомассы или геогоризонты, просматриваемые при низких
полетах, общий фон и цвет отдельных геомасс, их пространст-
венная структура, текстура и т. д. Перечень этих признаков спе-
цифичен для каждого стекса.
Суть методики аэровизуального выделения стексов сводится
к следующим операциям:
1) анализ информации о состояниях ПТК за один — три дня
до аэровизуальных наблюдений, по данным Марткопского ста-
ционара и опорных пунктов, или же анализ информации за пре-
дыдущие годы, но в близкие сроки; 2) анализ данных опорной
сети гидрометеослужбы Грузинской ССР и прилегающих рес-
публик и областей (всего 35 пунктов); 3) анализ предыдущих
аэровизуальных наблюдений и выявление потенциально воз-
можных смен стексов по классификации стексов и типичных
траекторий смен этих состояний; 4) проведение наблюдений с
борта вертолета и изучение цвета, альбедо, спектральной отра-
жательной способности, текстурно-структурных признаков, на-
личия геомасс и отдельных геогоризонтов и т. п.; 5) проведение
и анализ данных полетно-десантных наблюдений и их интерпо-
ляция; 6) выделение стексов на основе синтеза данных пяти
предыдущих операций; 7) корректировка полученной информа-
ции по результатам обработки проб, взятых при полетно-десант-
ных наблюдениях (влажность почвы, фитомасса и др.); 8) срав-
нение с последующими данными аэровизуальных и полетно-де-
сантныД наблюдений и окончательное, установление стексов.
В большинстве случаев подобная методика позволяет уве-
ренно выделять стексы при аэровизуальных наблюдениях. Ме-
тодические исследования/ проведенные в 1978 г. на Марткоп-
ском стационаре, показали, что величина ошибки при выделении
стексов по аэровизуальным наблюдениям не превышает 5—15%.
! Приведенный выше перечень данных, анализируемых при
аэровизуальных наблюдениях, показывает, что во время этих
наблюдений, несмотря на их непродолжительность, выделяются
стексы, а не какие-либо другие, более кратковременные состоя-
ния: ПТК. Это связано с тем, что определяются признаки, ха-
рактеризующие именно стексы. Минутные или внутрисуточ-
ные состояния ПТК, как отмечалось, охватывают лишь самые
верхние горизонты ПТК и характеризуются в основном высоко-
частотными параметрами (состоянием диска Солнца, значения-
ми интенсивности солнечной радиации, температуры и влажно-
сти воздуха в конкретные сроки метеорологических наблюдений
и т. п.), которые не изучаются при аэровизуальных наблюде-
ниях состояний ПТК-
Преимущества исследования стексов по сравнению с осталь-
ными состояниями ПТК. Вполне логичен вопрос: почему при
стационарных ландшафтных исследованиях всем состояниям
предпочитают стексы?
Кратковременные состояния, охватывая лишь незначитель-
ную часть ПТК, не отличаются комплексностью в ландшафтном
57
смысле. Например, минутные состояния распространяются лишь |
на самые верхние слои ПТК и меняют только аэромассы и |
верхние органы фитомасс. Кроме того, этих состояний настолько
много и они так кратковременны, что их практически невозмож-
но использовать как индикаторы для изучения состояний ПТК.
По сравнению с более длительновремццными состояниями
стексы имеют ряд преимуществ. Во-первых, они охватывают
естественный цикл природы сутки, с которыми связаны прак-
тически все параметры структуры и . функционирования ПТК,
измеряемые на стационарах. Суточная цикличность рыражена
даже в арктических районах, где в полярный день солнце в те-
чение суток меняет свою высоту над горизонтом и соответствен-
но изменяются и многие другие процессы. Для них легко под-
считать как суммарные, так и средние величины, ибо стексы
всегда имеют одну и ту .,же продолжительность, что дает воз-
можность сравнивать стексы различных ПТК и в разное время.
Во-вторых, как показали исследования на Марткопском стацио-
наре, стексы легче моделировать, а это немаловажно для реше-
ния, многих практических задач, ив частности для прогнозиро-
вания динамики ПТК и его параметров. В-третьих, сутки — наи-
более оптимальный срок для оперативного контроля и оценки
состояния природной среды, что давно было подмечено метео-
рологами и гидрологами.
Если практикам давать информацию о фазах годового цикла
или же сезонных состояниях (а это можно сделать лишь после.
того, как они будут исследованы и давно сменятся другими), то
они вряд ли' смогут использовать ее для управления или воз-
действия на природную среду.
Наконец,, от стексов можно сравнительно легко перейти и к
кратковременным. состояниям и к длительновременным.
Таким образом, выбор стексов не случаен и определен обще-
теоретическими и методическими соображениями.
Временная структура фации и синтез стексов во времени
Временная структура фации. В физической географии хоро-
шо известна схема, в которой фации, с одной стороны, объеди-
няются в более крупные морфологические единицы — урочища,
местности, ландшафты, а с другой — группируются в типологи-
ческие таксоны — виды, роды, типы и классы фаций (Солнцев
и др., 1963).
Аналогичная "ситуация наблюдается и с состояниями ПТК.
В принципе каждые сутки в каком-либо ПТК наблюдается кон-
кретный, неповторимый во времени и пространстве стеке. Эти
суточные состояния можно, с одной стороны, объединять в дли-
тельновременные (циркуляционные и пр.) состояния, а с дру-
гой— группировать в виды, роды, типы и классы стексов, кото-
рые, являясь типологическими единицами, могут наблюдаться
не только в разное время, но и в разных ПТК. Типология стек-
58
сов, их классификация будут рассмотрены в гл. III, здесь основ-
ное внимание уделяется объединению суточных- состояний в дли-
тельновременные, т .е. синтезу стексов во времени. При этом
синтезируются .не конкретные суточные состояния, а определен-
ные типологические единицы — роды и даже типы стексов.
В последнее время в ландшафтоведении утвердилось понятие
временной структуры ПТК как устойчивой последовательности
смены состояний {Исаченко, 1979). Это определение позволяет
рассматривать и временную структуру фации как определенный
набор и последовательную смену стексов,, следовательно, фация
представляет собой не что иное, как результат синтеза этих
состояний.
Подобный синтез в фациях пологих склонов с лугостепной
растительностью показан на графике (рис. 12). На оси абсцисс
отложено время, а на оси ординат — среднемноголетняя встре-
чаемость типов стексов (в %) в декадный отрезок времени.
Ареалы стексов, изображенные на графике, показывают не толь-
ко когда, но и с какой вероятностью встречаются те или иные
стексы. Хорошо видно, что одни типы стексов встречаются в те-
чение всего года, например плювиальные, другие приурочены
лишь к небольшому отрезку времени, как, например, микротер-
мальные гумидные стексы создания весенней структуры, а
третьи наблюдаются в течение двух-трех периодов в году. К по-
следним относятся стексы стабилизации, усложнения и упроще-
ния структуры. Кроме того, график дает возможность получить
представление о наборе стексов в данной фации.
Таким образом, анализ графиков, аналогичных изображен-
ному на рис. 12, дает представление о временной структуре фа-
ции и позволяет установить: набор стексов, характерных для
данной фации, последовательность смены стексов и периоды,
когда они наблюдаются, вероятность встречаемости каждого
стекса как в отдельные периоды,.так и в течение всего года.
Пространственно-временная формула фации. Стексы, так же
как и геомассы и геогоризонты, можно изобразить в виде струк-
турной формулы, отражающей набор геогорйзонтов, характер-
ных для данного состояния. Но .как изобразить фацию?
В принципе как пространственно-временные модели фации
можно рассматривать графики динамики геогорйзонтов или
стексов (рис. 12). Однако они имеют ряд недостатков. На этих
графиках не показываются редко встречающиеся, но потен-
циально возможные стексы. По ним трудно судить о соотноше-
нии и ' взаимосвязи отдельных геомасс и геогорйзонтов. Но
самое главное то, что они не дают четкого представления о син-
тезе геомасс, геогорйзонтов и стексов, приводящем к формиро-
ванию фации как пространственно-временной единицы.
Этих недостатков лишена структурная пространственно-вре-
менная формула фации. Методика ее построения рассматрива-
ется на примере фаций склонов средней крутизны с мертвопо-
кровными буковыми лесами на бурых горно-лесных почвах. Эти
фации были изучены на Самебисхевском участке, расположен-
59
Рис. 12. Среднемноголетняя динамика стексов фаций ПСЛ
Стексы: 'I — криотермальный нивальный, 2 — криотермальный
гумидный, 3 —= нивальный с выпадением снега, 4 — нанотер-
мальный нивальный, 5—нанотермальный гумидный, 6 -—плю-
виальный, 7 — создания весенней структуры, 8 г— усложнения
структуры, 9 — стабилизации структуры, 10 — упрощения
структуры, 11 — разрушения Структуры
’ -'Тй
ном на склоне хребта Ялно на высоте 1550 м над уровнем моря Я
(Элизбарашвили, 1972; Беручашвили, 1972). Я
Построить формулу можно по данным как стационарных, J
так и полустационарных и экспедиционных исследований. При I
детальных стационарных исследованиях, в результате которых Д
выделены и изучены все геомассы, геогоризонты и стексы, мето- Ц
дика построения формулы сводится к трем этапам. 1
1. Из всего набора вертикальных профилей стексов выбрать Д
все геогоризонты и исключить из списка те, которые хотя бы 1
один раз встречались. Естественно, что горизонты располагают- 1
ся в порядке их следования в вертикальном профиле. I
2. Провести дуги, или траектории, связи между геогоризонта- |
ми, характерными для того или иного стекса. По ним легко оп- |
ределить, какая вертикальная структура наблюдается в тот или л
иной стеке. |
3. Схема получается обычно довольно громоздкой, поэтому
ее необходимо упростить. Для этого дуги разных стексов, со-
единяющие одни и те же геогоризонты, надо заменить двумя j
параллельными дугами, обозначив их как общие. Упорядочить j
схему, расположив геогоризонты так, чтобы свести к минималь- ]
ному пересечению дуг разных стексов (рис. 13). |
Эту формулу можно построить и по данным экспедиционных
и полустационарных исследований. Рассмотрим методику ее со-
ставления для той же фации. За «стержень» формулы возьмем ?
набор геогоризонтов, характерный для летнего стекса стабили-
60
Рис. 13. Структурная формула фаций склонов средней крутизны, сложенных
глинами, с мертвопокровными буковыми лесами на горно-лесных бурых почт
вах (Индексы стексов см. в табл. 7.)
зации структуры, теплого и влажного. В .это состояние кроме
аэрогор^зонта выделяется аэрофитогоризонт с мезофильными
листьям^! • бука (APt, fm), транспортный фитоаэрогоризонт
(PtA), геогоризонт с мощной подстилкой (PtMlA) и четыре
педогоризонта, различающиеся набором и соотношением педо-,
лито-, гидро- и фитомасс.
Как может измениться этот вертикальный профиль в тече-
ние года? '
Весной следует ожидать появление геогоризонта, связанного
с эфемерами (Pt, iA), столь характерного для мертвопокров-
ных буковых лесов, и геогоризонта (APt, fm\) при облиствении
кроны бука.
Осенью в той же кроне бука наблюдается аэрофитогоризонт
с интенсивным опадом листьев (APt, fm\), переходящий зимой
В аэрофитогоризонт (APt) с транспортно-скелетной функцией.
. При выпадении снега аэрогоризонт трансформируется в гео-
горизонт (АНп\\), и на почве образуется.горизонт со снежны-
ми.массами (НпР). Довольно часто зимой наблюдается мерз-
лый геогоризонт в почве (SHg(P)).
Наконец, в дождливую погоду всем геогоризонтам верти-
кального профиля характерна геомасса
Если теперь через полученный набор геогоризонтов провести
дуги связи и попытаться выявить, какие сочетания геогоризон-
тов возможны, то создастся представление о потенциально воз-
можных стексах в фациях склонов средней крутизны с мертво-
покровными буковыми лесами.
61
3
А
p
s
й
Ki
fe
if;
J K
AAPt,hm,fn4 APthmJrnf.
Основные стексь)**^
APthmJih
Pt, hmA
«ккнкнам J |—I
W I I |\^
....— 2ri
-...2G
3,4Gf
4,3Gf
i
I
АНН
АНр.
Ад
АНр
АНр
АРЙ1
APt.f
Ml Pt A
SsaHs"F?s’"
SssLHs"Ps"
L,vSssHsrPsr
APt (hm) APthm
SHgPs
: (PWjnlFA Ft Mm A
ill
Wl.
PtHs"A'
WtHs’A
t
<il:
I
SssHs’Ts'"
GP'|
ЭД
SssHsT^’
PtJA
г
Основные сгексы
ь ------—
формула фаций крутых
Рис. 14. Структурная
никами, с елово-грабово-буковыми лесами на
почвах (Индексы стексов см. в табл. 7.)
На рис. 14 приведена пространственно-временная формула
фации северо-восточных крутых склонов, сложенных песчаника-
ми с елово-грабово-буковыми лесами на светло-бурых горно-лес-
ных почвах. Эти фации были описаны в окрестностях Боржоми
на высоте 1200 м. Для них характерна более сложная простран-
ственно-временная формула, связанная с наличием. в кроновой
части в течение года шести геогоризонтов. Кроме относительно
тривиальных горизонтов, аналогичных рассмотренным в преды-
дущем примере (они отличаются . лишь наличием фитомассы
хвои), выделяются еще три специфичных геогоризонта. Первый
(APt, hm) связан с отсутствием мезофильных листьев глубокой
осенью и ранней весной, но при положительных температурах —
с относительно активным функционированием фитомассы хвои.
Второй (APt(hm)) наблюдается при отрицательных температу-
рах и в физиологическом плане мало отличается от аэрофитого-
ризонтов с транспортно-скелетными функциями. Наконец, тре-
тий (АРНп) связан с образованием шапок снега на кронах
хвойных деревьев при недавно выпавшем снеге. В остальной
части вертикального профиля пространственно-временная фор-
мула мало отличается от рассмотренной при анализе рис. 13.
Из-за большой сложности и особенностей вертикального
строения рассматриваемых фаций в них выделяется не восемь,
а десять стексов, из которых наиболее специфичны снежные мо-
розные стексы стабилизации зимней структуры и прохладные
и влажные состояния с геогоризонтом APt, hm.
Еще сложнее формула фаций пологих склонов с саловыми
(Shorea robusta) лесами в предгорно-холмистых ландшафтах
Гималаев с листопадными лесами на латеритах, описанных по
данным О. Дольфуса (Beroutchachvily, Dolfus, 1977).
Это обусловлено, во-первых, специфичными геогоризонтами
склонов, сложенных песча-
светло-бурых горно-лесных
В остальной
,^1
xr;
3
/?
. .'. .’jwl
•И
'Al
5
.-rf
•1
t
(
t
6S|
SssHsW
SssHs,rP$"
SssLHs'Ps
I
"SssLHs'Psr
i
lit I.
i
листопадными
время года,
- it
Рис. 15. Структурная формула фаций пологих склонов с
тропическими лесами из салового дерева на латеритах
АНр' —• аэрогаризонт при выпадении дождей в холодное
АНр" — аэрогоризонт при выпадении муссонных дождей,
специфичный геогоризонт при пирогенных стексах, и Ff — пирогенные
стексы, 6P-I-—плювиальные жаркие, стексы при муссонных дождях,
— плювиальные стексы при муссонных дождях и со специфичным
геогоризонтом РАНр, связанным с поверхностным стоком, 5Р"'| — плю-
виальные стексы в холодное время года (Индексацию стексов см. в табл.
7, геогоризонтов — в табл. 3.)
с дефицитом почвенной влаги SssHs'Ps, во-вторых, интенсивны-
ми муссонными дождями, при которых может сформироваться
поверхностный сток и соответственно геогоризонт (РАНр), и,
в-третьих, пожарами, после которых сначала формируется reoj
горизонт (Pt, m)FA, а затем сильно упрощается вертикальный
профиль.
В результате столь сложного комплекса взаимодействующих
факторов в этих фациях в течение года выделяются 12 стексов,
что весьма усложняет вертикальный профиль и пространствен-
но-временную формулу (рис. 15).
Очень часто при экспедиционных исследованиях можно изу-
чить лишь один вертикальный профиль. В этом случае жела-
тельно его исследовать в те стексы, когда наблюдается макси-
лг
il
if
If
I
; i-
п
| г
я i
a:
14
$
Рис. 16. Динамика стексов, Ц-состояний, Ф-состояний и сезонных состоя-
ний в фациях ПСЛ в 1973 г.
Циркуляционные состояния: 1 —состояния с преобладанием морозно-
снежных и нивальных стексов (1Н, N\), 2 —с преобладанием очень про-
хладных-снежных стексов (2Н), 3 — с преобладанием очень прохладных
влажных стексов (20), но с участием плювиальных (Pj) и нивальных
(А'|) стексов, 4 — с преобладанием стексов создания весенней структуры'
(30}f), 5 —с преобладанием плювиальных стексов (Рф), 6 — с преобла-
данием стексов усложнения структуры (4Gf), 7 — с преобладанием теп-
лых и влажных стексов стабилизации структуры (5,60), 8 — с преобла-
данием теплых и влажных стексов упрощения структуры (5,6G|), 9 — с
преобладанием теплых и влажных стексов усложнения структуры (5Gf),
10 —с преобладанием жарких семиаридных стексов упрощения структу-
ры (5,65|), 11—с преобладанием прохладных и влажных стексов упро-
.щения структуры (3G|), 12 —с преобладанием прохладных .и влажных
стексов стабилизации структуры (30), 13 —с преобладайием стексов раз-
рушения структуры (2Л\ OJ-4). Фазы годового цикла: I — зимняя холод-
ная и снежная (стексы 1Н, 2Н, JV|), Ц-состояния — 1,2; П —зимняя про
и Р|), Ц-состояния — 3,1; III —
стексы ЗО-ff, Р|), Ц-состояния — 4,5; IV-
поздневесенняя умеренно теплая (стексы 4Gf, Р|). Ц-состояния — 6,5
V — летняя теплая и влажная со стабилизацией структуры (стексы 56G,
Pi), Ц-состояния — 7,5; VI — летняя теплая и влажная с трансформацией
структуры (стексы 5,6G| и 5Gf), Ц-состояния — 5,9 и 8; VII — летняя
жаркая и сухая (стексы 5,65Ц реже 5,60 и Pj),
>!
хладная бесснежная (стексы 2G, реже V
ранневесенняя прохладная
жаркая и сухая (стексы 5,65Ц реже 5,60 и Р|), Ц-состояния — 7 и 10;
VIII — осенняя прохладная и влажная с упрощением структуры (стексы
3G|, Р|), Ц-состояния — 11, 12; IX — осенняя прохладная и влажная со
стабилизацией структуры (стексы 3G, Р|)., Ц-состояния—13 и 5. (Ин-
дексы типов стексов см. в табл. 7.)
**,
I
&
мальное. разнообразие геогорйзонтов. Детальный анализ дуг свя-
зей геогорйзонтов, а также данные, полученные в другое время
года или в других близких по характеру ПТК, позволяют опреде-
лить набор геогорйзонтов в исследуемом ПТК. Весьма облегчает
эту процедуру применение вышеизложенных ‘методик. Однако
надо строго учитывать время и изменчивость, так как состояния
в одной и той же точке в начале и в конце, экспедиции могут
быть разными. Наиболее удобны для исследования стексов гор-
ные хребты с хорошо выраженной вертикальной зональностью
ландшафтов. В переходные сезоны, перемещаясь по вертикали,
можно изучить смену стексов во времени.
Как видно из вышеприведенных примеров, пространственно-
временные формулы имеют большое значение. Они позволяют
определить, во-первых, геомассы, входящие в то или иное со-
стояние или в ПТК в целом, во-вторых, характерный для кон-
кретного стекса фации набор геогорйзонтов и, в-третьих, стек-
сы, наблюдаемые в течение года, и их связь с динамикой гео-
горизонтов, в-четвертых, потенциально-возможные стексы в
ПТК, не изученных стационарными методами.
Наконец, самое важное — эти формулы.представляют собой
модель третьего иерархического уровня пространственно-вре-
меннбго^интеза в ландшафтоведении.
Временной синтез стексов и выделение более длительных,
чем стексы, состояний. Рассмотрим график рис. 16, на котором
приведена динамика стексов, Ц-состояний (циркуляционных),
Ф-состояний (фаз годового цикла) и сезонных состояний в фа-
циях пологих склонов с лугостепной растительностью в 1973 г.
На графике видно; что границы всех состояний во времени сов-
падают с границами стексов, поэтому каждое длительновремен-
ное состояние можно представить как набор более кратковре-
менных состояний.
Ц-состояния выделяются по преобладающему стексу, но с
учетом возможности разового участия другого стекса. Напри-
мер, в Ц-состоянии, в которых преобладают типы стексов соз-
дания весенней структуры (5G|f), могут наблюдаться (это
видно из рис. 16)’единичные плювиальные стексы (Р), или же в
Ц-состоянии с преобладанием типов плювиальных стексов (Р)
единично могут встречаться те же стексы создания весенней
структуры (5Gff). Важным критерием для выделения Ц-состоя-
ния служит их способность продолжаться более двух суток и
прерываться не более чем на одни сутки. Ц-состояния часто
бывают связаны с циркуляционными процессами в атмосфере
(например, с вторжением теплых и влажных воздушных масс,
при которых выпадают осадки). Поскольку эта комплексная
единица, так же как и стексы, характеризуется специфичной
структурой и функционированием ПТК, период, когда они ветре-
3—1952
-состояния, состоящие всего лишь из одного
чаются, не всегда соответствует границам тех или иных цирку-
ляционных цроцессов во времени.
Ф-состояния включают два и более Ц-состояний, и поэтому
их продолжительность всегда больше четырех дней. Очень ред-
ко наблюдаются
Ц-состояния, например при стексах разрушения структуры, ко-
торые встречаются в фациях Марткопского стационара далеко
не каждый год. В Ф-состояния объединяются стексы, характери-
зующиеся однотипными гидротермическими условиями и близ-
кими вертикальными структурами. Например, выделяются уме-
ренно Теплые и влажные Ф-состояния с усложнением структу-
ры. В отличие от Ц-состояний в Ф-состояниях погодный фактор
и характер циркуляционных процессов не учитываются. Они
связаны с сезонной ритмикой и в принципе являются подсезо-
нами года, или фазами годового цикла (Крауклис, 1979).
Сезонные состояния представляют собой тривиальные сезо-
ны года (зима, весна, лето, осень), объединяющие два и более
Ф-состояний.
Годичные состояния—набор сезонных; состояний. Различа-
ются теплые и влажные, холодные и сухие и т. п. годичные со-
стояния. Таким образом, более длительные, чем стексы, состоя-
ния можно представить как набор стексов (до года включи-
тельно). Это еще раз показывает, что стексы являются узловы-
ми состояниями ПТК.
Пространственно-временной синтез геомасс, геогоризонтов,
стексов, элементарных ПТК на иерархическом уровне
ландшафтов
Пространственно-временной синтез геомасс и геогоризонтов
и состояния ландшафтов. К синтезу на иерархическом уровне
ландшафтов существует несколько подходов: В первую очередь
рассмотрим пространственно-временной синтез геомасс и геогори-
зонтов, который должен привести к выделению некоего специ-
фичного состояния ландшафтов. Однако, прежде чем произво-
дить этот синтез, надо ответить на следующие вопросы:
1. Где проходят вертикальные границы, ландшафтов? Ответ
на этот вопрос не прост, и тем более в горных условиях. Уста-
новленных критериев для выделения этих границ в современном
ландшафтоведении еще нет.
2. Что такое вертикальная структура ландшафта? Считать,
что она представляет собой простой набор геогоризонтов эле-
ментарных ПТК, пока нельзя, так как еще никто не производил
исследований, доказывающих справедливость этого положения.
Вполне вероятно, что вместо геогоризонтов будут выделены ка-
кие-то другие комплексные вертикальные слои, но на основе
каких признаков и данных — неизвестно.
3. Что представляет собой синтез этих вертикальных струк-
тур с морфологической структурой ландшафта (фациями, уро-
чищами и местностями)? Естественно, что на этот вопрос невоз-
можно ответить, не ответив предварительно на первые два.
/it
Я
:'Д
I
А]
.71?
&
4. В чем же заключается функционирование ландшафта?
Думать, что оно сводится к функционированию фации, наивно.
Ибо в отличие от элементарных ПТК в ландшафте большую
роль играют горизонтальные потоки функционирования. Одна-
ко как мерить эти потоки, чем их мерить, какую интенсивность
они имеют — это вопросы, еще не решенные в ландшафтоведе-
нии.
5. Как синтезировать пространственную структуру и функ-
ционирование ландшафта и как на основе этого синтеза выде-
лять состояния ландшафта — тоже пока неизвестно.
Перечисленные выше и ряд других вопросов тесно связаны
с разработкой проблемы пространства применительно к зада-
чам и специфике географии и ландшафтоведения в частности.
Однако это не входит в задачу данной работы. На поставленные
выше вопросы наука пока ответить не может, ибо не имеет со-
ответствующей экспериментальной базы. В СССР и за рубежом
до сих пор нет ни одного ландшафтного полигона, на котором
изучались бы ландшафты в целом, а не отдельные фации или
их сопряженные ряды (полигон-трансекты). Таким образом, не-
посредственный пространственно-временной синтез геомасс и
геогоризонтов на современном этапе развития ландшафтоведе-
ния пока невозможен.
Состояния ландшафта как синтез стексов элементарных
ПТК. Второй подход к синтезу требует рассмотрения состояний
ландшафта как наборов (комплексов) состояний элементарных
ПТК.
Например, 13 июля 1971 г. в предгорно-степных ландшафтах
окрестностей Марткопского стационара наблюдалось состояние,
при. котором в семиаридном стексе стабилизации летней струк-
туры находились фации склонов средней крутизны с бородачо-
выми степями и пригребневые склоны с фриганой; в гумидном
стексе усложнения структуры — фации пологих склонов с луго-
степями и террасы с лугами и, наконец, в гумидном стексе ста-
билизации структуры — фации лощин с щибляком и лесными
дериватами.
8 августа 1971 г. все ПТК в предгорно-степных ландшафтах
находились в одном дождливом стексе.
27 января 1973 г. в безморозном, очень прохладном снежном
стексе находились фации пологих склонов с лугостепями, тер-
рас с лугамщ лощин с шибляком и лесными дериватами, а в
бесснежном неморозном стексе стабилизации зимней структу-
ры ;— все остальные фации.
Приведенные выше примеры позволяют утверждать, что в
природе существуют состояния ландшафтов с определенным на-
бором стексов различных фаций. Эти состояния можно назы-
вать комплексами стексов фаций или комстексами.
Комстексы легко выявить. Для каждой фации одного ланд-
шафта взять свою ось и разбить ее на интервалы, соответствую-
щие наблюдаемым в данной фации стексам. Если через эти оси
провести линию, соединяющую интервалы, соответствующие
з* 67
Ж :
ВЙ
Sts
I
£
к
£
£
sd
yj
&
I
|p::,
ц':*;
Й
I
I
I
Рис. 17. Комплексы, стексов предгорно-степных ланд-
. шафтов .
ГФ — пригребневые склоны с фриганой, . СБС-—
склоны средней крутизны с бородачовыми степями,
ПСЛ — пологие склоны с лугостепями, ТЛ — терра-
сы с лугами, ЛШ — лощины' с шибляком, ЛД— ло-
щины с лесными дереватами; 1Н, %Н, 2G, Р и
т. д. — стексы отдельных ПТК (Индексы стексов
см. в табл. 7.)
стексам фаций в конкретные сутки, она будет отвечать ком стек-
су ландшафта.
На рис. 17 показаны траектории комстексов для приведенных
выше примеров (13 июля 1971 г., 8 августа 1971 г., 27 января
1973 г.).
Изучив среднемноголетнюю ритмику комстексов, можно со-
ставить представление о повторяемости тех или иных комстек-,
сов, а следовательно, и о пространственно-временной структуре
ландшафтов как набора, последовательности и вероятности его
комстексов.
Однако выявлять комстексы и изучать -их динамику весьма
сложно, так как для этого требуется организовать длительные
стационарные наблюдения одновременно в различных фациях.
В настоящее время проводить подобные наблюдения в большом
количестве ландшафтов практически невозможно, поэтому необ-
ходимо искать другие пути для решения поставленной задачи.
Синтез элементарных ПТК и определение состояния ланд-
шафта по состояниям доминантных и субдоминантных фаций.
Третий подход к синтезу основан на том, что ландшафт рас-
сматривается как набор элементарных ПТК. По сравнению с
остальными подходами он наиболее прост и логичен, ибо пред-
полагает четкую последовательность синтеза: от геомасс к гео-
горизонтам и далее к стексам, фациям и ландшафтам.
68
Однако его применение возможно лишь при допущении, что
ландшафт с достаточной степенью точности описывается доми-
нантными и субдоминантными ПТК более низкого ранга.
Это допущение неоднократно проверялось как на . Марткоп-
ском стационаре, так и во время исследований в других ланд-
шафтах. В результате выявйлось, что для одних ландшафтов
• достаточна лишь одна доминантная фация, а для других необ-
ходимо четыре-пять доминантных и субдоминантных элементар-
ных ПТК. Например, для анализа пространственно-временных
свойств среднегорйо-лесных ландшафтов достаточно изучить
лишь фацию склонов средней крутизны с буковыми лесами, тог-
да как для предгорно-степных ландшафтов необходимо исследо-
вать сразу четыре: пригребневых склонов с фриганой, склонов
средней крутизны с бородачовыми степями, пологих склонов с
лугостепями и лощин с шибляком. Остальные ПТК в этих ланд-
шафтах либо занимают небольшие площади, либо имеют набо-
ры стексов, близкие к рассматриваемым доминантным и субдо-
минантным фациям.
Для выявления количества элементарных ПТК, достаточных
для достоверного суждения о пространственно-временных свой-
ствах ландшафта, необходимо изучить его морфологическую
структуру и определить площадь доминантных и субдоминант-
ных птк.
Предлагаемый подход, суть которого —изучение ландшаф-
тов по доминантным и субдоминантным элементарным ПТК,
давно используется в ландшафтоведении. Конечно, он не может
дать исчерпывающего представления о ландшафте, но для со-
временного этапа исследований он достаточно точен (хотя бы
потому, что доминантные и субдоминантные фации занимают
обычно более 90% всей площади ландшафта), репрезентативен
и пока единственно возможен.
Пространственно-временной синтез состояний ПТК на иерар-
- хическом уровне крупных регионов. Для этого исследовались
комплексы состояний ландшафтов крупных регионов, соответст-
вующих физико-географическим областям и странам, по таким
признакам, как сложность, напряженность, дробность.
Сложность комплекса состояний ландшафта определяется
количеством стексов в анализируемом районе во время исследо-
ваний. Градации ее строятся по отношению конкретно наблю-
даемого количества стексов к максимально и минимально воз-
можному. Поскольку сложность носит относительный характер,
нельзя дать ее количественных критериев, универсальных для
всех регионов.
Другим важным признаком комплекса состояний ландшаф-
тов служит напряженность, которая понимается как отношение
количества стексов к количеству ландшафтов. При этом должны
Сравниваться единицы, типологически близкие по своему значе-
нию. Например, типы стексов с типами ландшафтов, роды стек-
сов с родами ландшафтов и т. д.
Третьим признаком комплекса состояний ландшафтов круп-
\ 69
Рис. 18. Комплекс состояний ландшафтов Центрального Кавказа
на >15—16 апреля 1978 г.
ных регионов является его дробность (пестрота). Обычно раз-
личают относительно большую дробность, если наблюдается
пестрая картина набора стексов, и монотонность, если в каком-
либо регионе количество стексов мало, а их ареалы велики.
Наконец, большое значение имеет набор стексов, определяю-
щий качественные различия состояний, наблюдаемых в том или
ином регионе. Комплексы состояний ландшафтов крупных ре-
гионов лучше всего изучаются при полетно-десантных и аэро-
визуальных исследованиях с вертолетов. В качестве иллюстра-
тивного примера рассмотрим ситуацию, наблюдавшуюся на Кав-
казе 15—16 апреля 1978 г. (рис. 18).
В это время довольно широко был распространен криотер-
мальный нивальный стеке. Он занимал значительные площади
в среднегорных и верхнегорных ландшафтах и почти полностью
высокогорные ландшафты. Пр сравнению с концом марта
1978 г. ареал этого стекса п^итй не изменился.
.) 70
Однако на равнинах, в предгорно-холмистых и низкогорных
ландшафтах в связи с продолжающейся быстрой сменой состоя-
ний наблюдалась иная картина. Основное отличие заключалось
в том, что в ландшафтах Западной (пойменных, внутренней
части предгорно-холмистой зоны, а также в низменно-равнин-
ных с пицундской сосной) 'и Восточной Грузии (низкогорных с
сосновыми редколесьями и бедлендами) уже наблюдались лет-
ние макротермальные гумидные стексы стабилизации структу-
ры. В Колхиде подобное распределение макрбтермальных стек-
сов связано с охлаждающим в этот период года влиянием моря.
Весьма показательно распространение второго, весеннего ме-
зотермального гумидного стекса усложнения-трансформации
структуры. В Колхиде он наблюдался в основном на равнин-
ных, предгорно-холмистых и нижнегорных ландшафтах, реже —
в среднегорьях. При этом в Аджарии он распространился до
высоты 1200 м, а в Абхазии и внутренних районах Колхиды —
.до 800^1000 м. Это довольно типичное явление связано с тем,
что нижнегорно-лесные и частично среднегорно-лесные ланд-
шафты Аджарии и Гурии с гемигилеями опережали остальные
ландшафты Кавказа по прохождению состояний ПТК в весен-
ний период, что объясняется более теплым климатом этих райо-
нов. В Восточном Закавказье среди горно-лесных ландшафтов
только кахетинские находились во втором весеннем стексе.
На Иор-Аджинаурском нагорье мезотермальные гумидные
стексы наблюдались в его южной части и были связаны либо с
бедлендами, либо с аридными рёдколесьями из можжевельника.
Эти же состояния наблюдались в пойменных ландшафтах до
высоты 400—600 м.
Для Дагестана была характерна инверсия, и хорошо прогре-
ваемые, защищенные внутренние котловины имели мезотермаль-
ный гумидный стеке усложнения весенней структуры, тогда как
предгорья находились в первом весеннем состоянии.
Микротермальный гумидный стеке в Колхиде занимал срав-
нительно узкую полосу, но в Центральном Закавказье и на Се-
верном Кавказе большие площади. Это связано с тем, что в ниж-
негорных и частично среднегорных ландшафтах Западного За-
кавказья уже наблюдалось поздневесеннее, а в остальных райо-
нах Кавказа -— ранневесеннее состояние.
В бореальных ландшафтах, а также в высокогорьях преобла-
дали нивальные стексы.
Весьма интересный факт наблюдался 15—16 апреля 1978 г.
в среднегорно-лесных и нижнегорных ландшафтах. В начале ап-
реля из-за теплой погоды для них был характерен микро- и на-
нотермальный стеке усложнения весенней структуры. Однако в
последующие дни при вторжении холодных масс выпал снег.
После того как он растаял, ПТК сразу же возвратились в преды-
дущее состояние — микро- и нанотермальные гумидные стексы
усложнения структуры. Это объясняется тем, что появление
весной в этих ПТК нивальных стексов не отражается на струк-
туре и функционировании рассматриваемых ландшафтов.
7.1 •
Физико-географический регион
крупных
регионов
Типология
ландшафтов
Ландшафт
I
Компонент
Комплекс стексов
Анализ
Г
Компоненты и процесс
функционирования
—-------------j---
Характеристики,
изучаемые отдельными
дисциплинами
Морфологическая структура
т
Внутри годичные
состояния
остронсТвенно*
временная
структура*
Пространственно-
временная
структура
Jt
Ландшафтно-
геофизические
характеристики
о
!
i
!.
1
Внутрисутонные
состояния
Ландшафтно-
геохимические
характеристики
Элементарный процесс
функционирования
Г еомасса
4
Рис. 19. Пути пространственно-временного анализа и синтеза ПТК
1 — первый путь анализа и синтеза, рассмотренный в книге; 2 — второй путь,
детально рассмотренный в книге; 3 — пути анализа и синтеза, рассмотренные
или затронутые в книге; 4 — потенциально возможные пути анализа и син-
теза, не рассмотренные в книге (На графике показаны лишь некоторые.)
В середине апреля 1978 г. на Кавказе выделяется 7 типов
стексов, следовательно, комплекс состояний его ландшафтов от-
личается средней сложностью.
Предложенные подходы к пространственно-временному син-
тезу состояний ПТК не единственно возможные. Это
хорошо видно на рис. 19, где разными стрелками показаны де-
72
Bp тально рассмотренное, затронутые и нерассмотренные пути сии
Юг теза. Выбор рассматриваемого пути синтеза определен, во-
[gfc первых, направленностью работы на изучение состояний ПТК,
IB во-вторых, стремлением как можно ближе подойти к моделиро-
IB ванию физико-географических регионов.
К Одно из основных практических применений пространствен-
Ш но-временной концепции в ландшафтоведении заключается в
В возможности пространственной и временной развертки данных
fc стационарных исследований. Для этого необходимо доказать
следующие гипотезы:
|fc 1. Стеке — параметр. Знание состояний и характера их сМе-
ны позволяет с достаточной точностью определять динамику
fc - процессов функционирования ПТК.
fc Эта гипотеза составляет основу первой обратной задачи.
|| Она логически вытекает из прямой, согласно которой по дина-
fc мике отдельных параметров можно определить динамику стек-
I сов. Если эта гипотеза будет доказана, то по минимальному
fc. количеству данных (позволяющих выделить лишь стексы) и
Кг знанию самих состояний можно будет экстраполировать резуль-
Т- даты стационарных исследований во времени и с большой точ-
В ностью моделировать отдельные процессы функционирования
В ПТК.
В ' 2. Стеке — структура. Близкие по вертикальной структуре
fc ПТК различаются не набором состояний, а их продолжитель-
fc ностью*или характером смены. Это вторая обратная задача.
|‘ В ее основе лежит зависимость между вертикальной структурой
| и стексом. Действительно, если по вертикальной структуре мож-
fc но определить стексы, то логично предположить, что ПТК с
| одинаковой структурой в летние стексы стабилизации и в осталь-
|/ ные периоды года будут иметь одинаковые структуры, а следо-
вательно, и стексы. Летняя стабилизация структуры взята по-
( тому, что именно в это время в большинстве ландшафтов Кав-
каза наблюдается максимальная мощность и сложность верти-
fc калькой структуры.
3. Стеке — сезон. В определенные сезоны года разные ПТК
fc ' могут находиться в одних и тех же стексах.
I. Это предположение основывается на существовании в неко-
fc торые сезоны года интергеогоризонтов, охватывающих сразу не-
| ‘ сколько фаций. Например, геогоризонт со снежными массами
I может охватывать несколько ПТК с травянистой растительно-
I стью, и тогда в этих ПТК будут наблюдаться одни и те же стек-
fc сы. Подтверждение* этой гипотезы имеет очень большое практи-
р ческое значение,, так как она позволяет в определенные сезоны
I года «разворачивать» данные, полученные в одной фации, на
| . другие.
?" •
is. ’
г’
•Я
ГЛАВА II |
ЛХ-
ИЗУЧЕНИЕ СОСТОЯНИЙ ПТК ; |
НА МАРТКОПСКОМ СТАЦИОНАРЕ
:• й
.::<:li
Систему теоретических положений, предложенную в предыду- Я
щей главе, можно использовать на. самых различных иерархиче- Я
ских уровнях. Детальный пространственно-временной анализ рас- Ц
пределения геомасс, связь этого распределения с ПТК и рассмот- Ц
рение ПТК как определенного набора геомасс — это один из наи- Ц
более интересных вопросов геофизики ландшафта. Синтез Я
геомасс в геогоризонты и далее — в вертикальные - структуры ||
также служит предметом специальных исследований/имеющих /Ц
как большое теоретическое значение (для классификации ПТК, Ц
выявления закономерностей их пространственной организации), J]
так и практическое применение (выявление оптимальных по Я
функционированию вертикальных структур и создание по ана- Я
логии с этими структурами «культурных» ландшафтов). Изуча- Ц
ются возможности синтеза на более высоком уровне, например
на уровне комплекса состояний ландшафтов крупных регионов.. Я
В данной работе мы ограничимся вопросами^связанными с 1
изучением состояний ПТК, и, прежде чем приступить к доказа- Я
тельству выдвинутых положений и гипотез, рассмотрим, как Я
предложенный подход и связанная с ним система понятий pea- I
лизуются на практике наблюдений. |
- 'чзЯ
Лд
я
Детальные характеристики отдельных стексов I
/Я
Приведенные ниже конкретные стексы, изученные на Март-
копском стационаре в фациях пологих склонов с лугостепной 1
растительностью, охарактеризованы по данным не за отдельные |
сутки, как в гл. I, а-по осредненным многолетним, полученным 1
в результате детальных исследований 1972—1976 гг. Основные ' |
единицы измерения—кал/см2 в сутки, г/м2 и т/га. В геогоризон- J
тах суммарная масса приводится в т/га, а отдельные геомас- 1
сы — в процентах от нее. 1
Морозно-снежный (криотермальный нивальный) стеке обыч- |
но встречается зимой. Число дней с такими состояниями колеб- |
лется по годам от более 60 дней до нескольких суток. 1
Наиболее типичен этот стеке в период с декабря по конец f
марта, но в редких случаях может наблюдаться в ноябре и ап- |
реле, поэтому диапазон структурно-функциональных характе- |
ристик морозно-снежного стекса довольно широк. |
В зависимости от погоды, которая определяет амплитуду I
74 1
колебания температуры на поверхности почвы и частично ее
температуропроводность, нижняя граница стексового слоя ко-
леблется между 0,7 м (при ясной погоде с маломощным снеж-
ным покровом) и 0,2 м (при пасмурной погоде с мощным снеж-
ным покровом). При очень мощном снежном покрове амплитуда
колебаний температуры может затухать, и на поверхности почвы
и в самом снеге. Однако к стексовому слою все же следует отно-
сить мёрзлый горизонт почвы, ибо он значительно влияет на
процессы кристаллизации снега.
Со снежным покровом, трансформирующим параметры воз-
душных масс, связана и верхняя граница стексового слоя. На
рис. 20 хорошо видно, что влияние этого покрова на ход изотерм
18.—20 января 1973 г. прослеживается в среднем до высоты 1,0—
1,2 м. К тем же выводам можно прийти, проанализировав гра-
фики на-рис. 2Ги 22, показывающие распределение влажности
воздуха и скорости ветра. На графике рис. 23, характеризующем
среднестексовое распределение температуры (подсчитано для
всех дней с морозно-снежным стексом в период 1972— 1976 гг.),
видно, что значительные градиенты температур наблюдаются
лишь в нижнем метровом слое, а температурная волна затухает
на глубине 0,3—0,4 м. Аналогично распределяются и показатели
влажности воздуха и скорости ветра. Следовательно, в среднем /
верхняя граница стексового слоя проходит на высоте 1,0—1,2 м
над уровнем почвы, нижняя — на глубине 0,3—0,4 м, а суммарная
мощность стексового слоя составляет 1,3—1,8 м.
Важйым ландшафтно-геофизическим показателем являются
суммарная геомасса и вес отдельных компонентов, заключенных
в стексовом сло£.
Табл. 8 показывает, что вес компонентов колеблется в широ-
ких пределах и зависит от динамики границ стексового слоя.
Максимальные величины весов в. 2—4 раза превышают мини-
мальные.
- Ландшафтно-геофизические характеристики рассматривае-
мого стекса существенно колеблются в зависимости от более дли-
тельновременных состояний (см. табл. 9).
. Максимальную мощность, суммарную геомассу, педомассу и
гидромассу имеьОт стексы в ноябре и апреле, а наименьшую — в
январе — феврале. Это связано с большей активностью транс-
формации солнечной энергии и большим увлажнением в переход-
ные осенне-зимние и зимне-весенние периоды, чем непосредствен-
но зимой. В связи с постепенным разложением и минерализаци-
ей биогенного компонента в морозно-снежные стексы фитомассы
активно сокращаются.
Основные геомассы. Для рассматриваемого стекса характерно
девять геомасс (среднее количество). Криотермальные аэромас-
сы (Ag) содержатся в основном в надземной части вертикаль-
ного профиля. При средней плотности 1,11-10~3 г/см3 их вес со-
ставлял в январе 1976 г. 12,2 т/га.
Надземная часть мортмассы (М) полностью находится в
инертном состоянии и не дифференцирована на фракции. Сум-
75
Рис. 20. Распределение температуры (°C) по вертикальному про-
филю фаций ПС Л Л 8—20 января 1973 г. в зависимости от вре-
мени суток
Рис. 21. Распределение относительной влажности воздуха (%)
по вертикальному профилю фаций ПСЛ 18—20 января 1973 г. в
зависимости от времени суток
марный вес ее— 12,1 т/га Ч Геомасса инертных корней в мерзлом
геогоризонте (Ps) весом 15 т/га отличается по своей функцио-
нальной роли от расположенных ниже стабильных геомасс кор-
ней (Ps) весом 3,8 т/га.
Глинистые педомассы весом 3975 т/га в верхней части поч-
венного профиля находятся в инертном, а в нижней — в стабиль-
ном состоянии. Вес литомасс, так же как й педомасс, зависящий
1 Здесь и далее данные приведены для января 1976 г., когда в этом стек-
се были особенно детально исследованы геомассы и геогоривонты.
76 . '
t- •
Рис. 22. Распределение скорости ветра (м/сек) по вертикальному профилю
фаций ПСЛ 18—20 января 1973 г. в зависимости от времени суток
Рис. 23. Среднестексовое <(морозно-снежный стеке) распреде-
ление температуры (°C) в зависимости от высоты, глубины и
времени суток
Таблица 8. Граница стексового слоя и вес .
входящих в него геомасс в морозно-снежный стеке
Параметры
Средние
значения
Максим аль* Миним альные
ные значений значения
Высота положения верхней границы
стексового слоя (л)
Глубина положения нижней границы
стексового слоя (л*)
Педомассы и литомассы (кг/л42)-*
Гидромассы в почве (кг/лг2)
-Аэромаосы (кг/м2)
Фитомассы и мортмассы ** (кг/м2)
Суммарная масса стексового слоя
(кг/м2)
1,1
0,4
520
150
1,2
1,9
•673
1,2
0,7
970
271
1,3
2,4
1 245
1,0
0,2
240
.713
1,1
1,4
3'16
* Размерность кг/м2 или т/га правильнее называть удельной массой. Од-
нако в данной работе указанная размерность для краткости, как принято у
экологов, называется весом.
** Фитомассы и мортмассы даны в абсолютно сухом весе, который, яв-
ляясь абстрактной величиной, тем не менее позволяет сравнивать разные
состояния.. Для расчета реального значения фнтомассы и мортмассы необхо-
димо сложить абсолютно сухой вес с влагой, содержащейся в этих гео-
массах.
Таблица 9. Динамика границ стексового слоя и веса
входящих в него геомасс в течение зимних месяцев
Параметры
Средняя высота верхней
границы стексового слоя
(JW) ]
Средняя ?! глубина нижней
лраницы ; стексового
00
Педомассы
(кг/м2)
Гидромассы
Аэромассы *
Фитомассы
(кг/м2)
Суммарная
го слоя (кг/м2)
слоя
и литомассы
в почве (кг/м2)
(кг/м2)
и. мортмассы
масса стексово-
Месяцы
XI XII I - II III
1,0 1,0 1,0. - 1,0 •1,0
0,5 0,3 0,3 0,4 0,5
670 3’80 380 520 670
.195 118 87 140 154
1,1 1,1 1,1 Ы 1,1
2,5 2,4 1,6 1,8 1,4
869 501 470 663 * * 827
* Вес аэромасс рассчитан по произведению плотности воздуха на мощ-
ность стексового слоя. Приведенная величина отражает лишь мгновенный вес
аэромасс, а не реальный, который участвует в функционировании ПТК в те-
чение суток. Однако определение его весьма затруднено, так как кроме сред-
ней скорости ветра (горизонтальный перенос аэромасс) надо знать верти-
кальный перенос воздуха при турбулентном теплообмене. Для расчета послед-
ней величины требуются трудоемкие специальные исследования, которые на
Марткопском стационаре не производились.
лишь от границ стексового слоя, стабилен —350 т/га. В подзем*
ной части вертикального профиля содержится 850 т/га стабиль^
ных геомасс почвенной влаги.
78
Рис. 2-4. Вертикальная структура фаций ПС Л в мо
розно-снежный стеке (Индексы геомасс см. в
табл. 1.)
В рассматриваемый стеке геомассы снега (Нп) весом 260 т/га
и мерзкой почвенной влаги (Hg) весом 360 т/га носят индика-
ционной характер. Именно они вместе с криотермальными аэро-
массами позволяют среди всех остальных состояний уверенно
распознавать рассматриваемый стеке.
Вертикальная структура в морозно-снежные стексы проста,
но своеобразна.
В качестве примера приведем вертикальный профиль, описан-
ный в январе 1976 г. (рис. 24). В надземной части выделяется
четыре геогоризонта.
9,434 —геогоризонт воздушных масс с отрицательными
температурами и высокой влажностью воздуха.
120,0Нп —геогоризонт со снежным покровом. Средняя
плотность снега — 0,12 г/см3. Выделяется несколько более мелких
слоев, связанных с осадками, выпавшими в разное время. Гомо-
генная структура. Геогоризонт характеризуется очень высокими
значениями альбедо, но некоторое количество суммарной радиа-
ции все же проникает к его нижней границе.
145,4Я/г9б,зЛ1з,71 о'о| —геогоризонт снежного покрова и морт-
массы. Средняя плотность снега — 0,14 г/см3. Снег составля-
ет 96,3% веса всего геогоризонта. Мортмасса состоит из несколь-
ких фракций, однако их функциональная роль одинакова. Струк-
тура геогоризонта — гетерогенно-гомогенная. Наряду с кристал-
лическими элементами текстуры снега встречаются линейные
субгоризонтальные и горизонтальные элементы текстуры расти-
тельности. Подавляющая, часть суммарной радиации уже погло-
79
щена снегом, и к нижней части геогоризонта проникает менее 1 %' '1
радиации. В морозно-снежный стеке процессы биогеоцикла свя-
заны с преобразованием вещества в мортмассе. Нижняя граница
ровная, выделяется по нижележащему, подснежному горизонту.
7,ЗЖ92Л8 |о’оо —гоРизонт мортмасс и аэромасс. Мортмассы
благодаря своей высокой плотности не пропускают снег к поверх-
ности почвы. Плотность этого геогоризонта по сравнению с выше- -
лежащим ниже и увеличивается .сверху вниз от 13,4 до 16,7Х
Х10-3 г/см3. Несмотря на то что в геогоризонте имеются все пять
фракций фитомассы и мортмассы, их роль в функционировании
одинакова, так как процессы биогеоцикла практически не выра-
жены. К верхней границе геогоризонта проникает в среднем ме-
нее 1% суммарной радиации, а у нижней она практически неиз-
мерима, так как интенсивно поглощается фитомассой. Основные
процессы влагооборота законсервированы. Структура — гомоген-
ная. Преобладают линейно-вытянутые горизонтальные и субгори- :
зонтальные элементы. Общий цвет — серовато-желтый.
В подземной части вертикального профиля выделяются два
геогоризонта. Столь небольшое их количество объясняется малой
мощностью стексового слоя.
1500 (Sa) 65^24^10(Ps) i I од?— мерзлый геогоризонт с темпера-
турой ниже 0° и большой влажностью почвы (30—40%). Отличи-
тельная черта — мерзлые массы, консервирующие всё остальные
процессы в геогоризонте. Функциональная роль фитомассы кор-
ней (900 г/м2) крайне незначительна или равна нулю. Нижняя
граница геогоризонта непостоянна й.может находиться на глуби-
не от 2—5 до 20 см.
4050Sa74/7s2i7'5-Pso,i 1о'з5 —педогоризонт, имеющий, так же
как и верхний геогоризонт, среднюю плотность 1,62 г/см3. Тем-
пература увеличивается с глубиной от 4-1° до +5°. В среднем
на глубине 35 см суточная температурная волна затухает, и гра-
ница геогоризонта совпадает с границей стексового слоя. Благо-
даря относительно высоким температурам здесь наблюдается
ряд активных функциональных процессов. Хотя количество фито-
массы уменьшается, зоомасса по сравнению с верхним горизон-
том увеличивается и в среднем составляет 10 г/м в 10-сантимет-;
ровом слое. Нижняя граница геогорйзонта физиономически не
выражена. Расположенные ниже слои почвы составляют единый
гео горизонт типа SaHs"Ps', но он уже находится за пределами
рассматриваемого состояния.
Анализ вертикального профиля показывает, что рассматрива-
емый стеке характеризуется резко специфичной вертикальной
структурой, в состав которой входят геогоризонты . со снежным
покровом Нп и НпМ и мерзлый геогоризонт (Sa)HgLPs. Имен-
но эти горизонты позволяют уверенно выделить морозно-снеж-
ный стеке из остальных зимних состояний.
Трансформация солнечной энергии. Ее основная отличитель-
ная черта — это отрицательный радиационный баланс при срав-
нительно низких значениях суммарной радиации и высоком аль*
бедо. Представление о средних величинах потоков радиации в
80
Рис. 25. Трансформация солнечной энергии в мороз-
но-снежный стеке- . (среднестексовые данные)
(кал/см2/сут.)
S — суммарная радиация, S'—прямая радиация.
S" — рассеянная радиация, А — альбедо, г — отра-
женная радиация, Rk — коротковолновый баланс,
в — эффективное излучение, R — радиационный ба-
ланс, Р — турбулентный теплообмен; . В — теплооб-
мен с почвой, LE — затраты тепла на испарение
Рис. 26. Трансформация, солнечной энергии в ясные
дни в морозно-снежный стеке (кал/см2/сут.) (См.
условные обозначения к рис. 25.)
Рис. 27. Трансформация солнечной энергии в дни с
переменной облачностью в морозно-снежный стеке
(кал/см2/сут.) (См. условные обозначения к рис. 25.)
дни ясные, пасмурные и с переменной облачностью, а также
среднестексовые характеристики дают рис. 25—28.
В рассматриваемое состояние наблюдаются наиболее высо*
кие среднестексовые значения альбедо — 56%• При этом величи-
на альбедо сильно зависит от времени, прошедшего после по*
следнего выпадения снега (рис. 29). Если в первый день альбе*
81
A 59
S 93
Rk 38
P -28
R -23
от —113 до + 58 кал/см2.
‘3
100
0
-100
300 S (кал/см8
О
200
100
например, для января
60
40
20
о
t (cyf.)
А (%)
80
6 I
61
между сум-
прямой (S')
Рис. 31. Связь
марной (S) и
радиацией в морозно-снеж-
ный стеке
Рис. 28. Трансформация солнечной энергии в пас-
мурные дни в морозно-снежный стеке (кал/см2/сут.)
(См. условные обозначения к рис. 25.)
до достигает 80%, то во второй его величина падает до 60%.
Из-за того что в фациях пологих склонов с лугостепной расти-
тельностью снежный покров (если снег не выпадает вновь) дер-
жится не более 5—6 дней, альбедо на 6-й день достигает 19%,
т. е. равно альбедо травянистой растительности.
Кроме альбедо важной функцией на выходе является эффек-
тивное излучение. Хотя его величина близка к величине отра-
женной радиации, однако в отличие от нее она не максималь-
ная среди остальных стексов.
В фациях этого типа средние величины радиационного ба-
ланса отрицательные (—18 кал/см2) только в морозно-снежные
стексы. Причем величина его в зависимости главным образом
от альбедо сильно варьирует —- от —ИЗ до + 58 кал/см2.
Затраты тепла на испарение из-за отрицательных темпера-
тур теоретически должны быть близки к нулю. Однако испаре-
ние происходит и при отрицательных температурах, но с потерей
энергии, часть которой компенсируется во взаимосопряженных
процессах сублимации — возгонки. В связи с этим в отдельные
дни на короткое время температура может подниматься выше
0°, и затраты тепла на испарение и таяние снега составляют в
среднем 11 кал/см2.
Турбулентный теплообмен может сильно варьировать (от-
—135 кал/см2 до +113 кал/см2), но средняя величина его отри-
цательна (—30 кал/см2). Приме-
чательно, что средние величины
теплообмена с почвой — положи-
тельны ( + 1 кал/см2).
Общий характер так называе-
мого ряда трансформации пока-
зан на рис. 30. На графике от-
дельные потоки расположены на
оси абсцисс в порядке их следо-
вания в общей схеме трансфор-
мации солнечной энергии, а на
оси ординат отложена их вели-
чина в кал/см2 в сутки. Эти ря-
ды трансформации позволяют
Рис. 29. Изменение альбедо (Д) в,
зависимости от количества дней,
прошедших после выпадения снега
_ S
Рис. 30. Ряд- трансформа-
ции солнечной энергии
(кал/см2/су т.) (См. услов-
ные обозначения к рис. 25.)
200
100
быстро сравнивать различные по величине потоки. Ряд транс-
формации в снежно-морозные стексы резко отличается от ана*
логичных рядов в другие состояния. Во-первых, радиационный
баланс намного меньше отраженной радиации, во-вторых, он
имеет небольшую контрастность и, в-третьих, величина многих
потоков близка к 0.
Величина среднестексовой суммарной радиации выше сред-
немесячной в морозно-снежный стеке
207 и 116 кал/см2 соответственно), а радиационного баланса —
нйже (—19 и —5 кал/см2 соответственно). Это легко объясняет-
ся преобладанием в' морозно-снежные стексы ясной погоды или
погоды с переменной облачностью, но всегда с высокими значе-
ниями альбедо. :
На рис. 31—33 изображены графики зависимостей между от-
дельными параметрами в снежно-морозный стеке. Четко видна
связь между суммарной и прямой радиацией, а также радиацион-
ным балансом и затратами тепла на'испарение. У остальных па-
раметров связь либо нечеткая, либо ее вовсе нет. Это не удиви-
тельно, если учесть, что альбедо больше зависит от времени, пре-
Е 0,18
• ’л:
Рис. 32. Связь между балансами ко-
ротковолновым (Р£) и радиацион-
ным (/?)
Рис. 33. Связь между радиационным
балансом (Р) и затратами тепла на.
испарение (LE) в морозно-снежный
стеке
Рис. 34. Общая схема влагооборота
в морозно-снежный стеке
Е — сублимация, испарение, таяние;
На — влажность почвы (%) ; Нр —
влага в растениях; Hh — снежные
гидромассы; Hs<—содержание влаги
в’ почве. Все величины, за исключе-
нием На, даны в т/га/сут.
шедшего после последнего выпадения снега, чем от величины •
суммарной радиации.
Влагооборот. Снежно-морозные стексы имеют сравнительно
простую схему влагооборота (рис. 34). .Среднемноголетняя вы-
сота снежнего покрова в изучаемое состояние составляет 11,5 см,
плотность —0,14 г/см3, а содержание воды в снеге—15 кг/м2.
На рис. 35 показана частота встречаемости различных высот
снежного покрова, а на рис. 36 — частота встречаемости количе- /
ства воды в нем. В биогенном компоненте и мортмассе в среднем ;
содержится 1390 г/м2 воды. Среднестексовая величина сублима-
ции, испарения и таяния равна 18 мг/см2. В принципе в морозно-
84
10 15
25 Нп (см)
Рис. 35. Встречаемость
(_%) высот снежного по*
крова (Нп) в морозно*
снежный стеке
снежный стеке не должно наблюдаться выпадение осадков. Одна-
ко иногда выпадают незначительные кратковременные осадки,
которые не отражаются на структуре и функционировании ПТК
в рассматриваемый стеке. Так, например, 25 января 1973 г. вы-
пало даже 0,6 мм осадков, но стеке оставался морозно-снежным.
Биогеоцикл. Более подробно методика расчетов биогеоцикла
и его характеристика приведены ниже. Здесь лишь заметим, что
параметры биогеоцикла в фациях пологих склонов с лугостепной
растительностью обычно более низкочастотны, чем погодные стек-
сы, поэтому вычленить отдельные блоки биогеоцикла в зимний
период для каждого погодного стекса весьма трудно. Из-за то-
го что растительность покрыта снегом, в это время нет фотосин-
теза, а значит, и прироста фитомассы. Весьма, интенсивно (для
данного стекса с его низкими величинами параметров трансфор-
мации биогеоцйкла) ветошь переходит в старую ветошь, а по-
следняя—-в свежую подстилку, что обусловлено механическим
воздействием снега. Изменение корней из-за кратковременности
морозно-снежных стексов почти не зависит от среднестексовых
параметров. Оно подчинено воздействию более длительновремен-
ных состояний.
Стеке создания весенней структуры прохладный и влажный
(микротермальный гумидный, или микрогумидный стеке созда-
ния структуры) 1 — первый из стексов теплого времени года. Он
обычно приурочен к апрелю, но иногда может наблюдаться й в
конце марта или продолжаться до начала мая.
Основная особенность его — это создание весенней струк-
туры, вернее, переход от зимней структуры относительной стаби-
лизации к весенней. В это время наблюдается интенсивный при-
рост зеленой фракции фитомассы, которая вначале пробивается
сквозь довольно мощный слой подстилки, старой ветоши и вето-
ши, а потом перерастает их и сама определяет особенности
структуры стексового слоя. Для
этого состояния характерны ин-
тенсивные процессы биогеоцик- |
ла. Параметры трансформации g 50-
солнечной энергии намного боль- [ :т т Т Т
ше, чем в зимние стексы, и к то- s
1 В тексте для сокращения мы упо-
требляем термин «микрогумидный», или
«стеке создания структуры».
Рис. 3-6. Встречаемость (%) со-
держания- воды (Нпа) в снеговом
покрове в морозно-снежный стеке
85
му же их величины быстро увеличиваются. Большое число дней
с плювиальными стексами, чередующимися со стексами созда«
ния структуры, и значительные запасы влаги в почвенном слое
определяют- большую интенсивность таких процессов влагообо-
рота, как физическое испарение и транспирация.
Стексы создания структуры выделяются по следующим приз-
накам: 1 — быстрое увеличение мощности вертикального профи-
ля; 2— усложнение структуры, заключающееся в увеличении ко-
личества геогоризонтов; 3 — быстрое увеличение значений таких
параметров, как температура, количество суммарной радиации,
испарение, величина зеленой-фракции фитомассы и т. п. Темпе-
ратура воздуха на Марткопском стационаре обычно хорошо кор-
релирует с усложнением структуры. Поэтому при ориентировоч-
ных расчетах в фациях пологих склонов с лугостепной раститель-
ностью можно считать, что стексы создания весенней структуры
наблюдаются при устойчивом переходе температуры воздуха
через +5° и заканчиваются при ее переходе через + 10°.
По сравнению с остальными состояниями теплого времени
года микротермальный стеке имеет относительно небольшую
мощность стексового слоя при наиболее высоких темпах ее уве-
личения. Суточные амплитуды колебания температуры воздуха
затухают в среднем на глубине 0,64 м. Но глубина затухания су-
точных амплитуд различная в начале и в конце периода. Напри-
мер, в 1973 г. в последней декаде марта она проходила на глуби-
не 0,5 м, в апреле —0,6 м, а в первой декаде мая —уже на глу-
бине 0,77 м. Следовательно, средний темп увеличения мощности
стексового слоя в почве составлял 0,6 см в сутки.
Естественно, что в зависимости от погоды он может сильно
меняться, так же как будет меняться и положение нижней грани- .
цы стексового слоя. В пасмурные дни из-за небольшой амплиту-
ды колебания температур поверхности почвы нижняя граница
расположена довольно высоко, а в дни со значительными ампли-
тудами колебания температуры воздуха и в особенности в после-
дождливые стексы с высокой температуропроводностью (из-за
повышенной влажности) почвы глубина стексового слоя будет
довольно большая. Максимальная глубина затухания суточных
амплитуд—1,3 м, минимальная — 0,2 м.
Верхняя граница стексового слоя не менее динамична-, чем
нижняя. В отдельные дни она может опускаться почти до высоты
растительности, ,т. е. до 60 см, а может и подниматься до 1,5 м,
реже до 1,7 м. Однако из-за сравнительно невысокой лугостепной
растительности она в среднем поднимается до 1,2 м. Средняя
мощность стексового слоя равна 1,8 м, максимальная — 2,5, ми-
нимальная— 0,7 м.
Суммарная масса стексового слоя (см’, табл. 10) в рассматри-
ваемом состоянии значительно превышает суммарную массу стек-
сового слоя в зимние состояния, но в то же'время уступает по
этому показателю остальным стексам.
Как мощность, так и вес стексового слоя постепенно нараста-
ют к концу периода с микротермальными гумидными стексами.
86
Таблица 10. Вес и внутренняя энергия геомасс
в стексовом слое микротермального гумидного стекса
создания весенней структуры *
Геомассы
Масса
(«г/л2)
Внутренняя
энергия
(10° ккал/м2)
Педомаосы и литомассы
Гидромассы в почве
Аэромассы
Фитомассы и мортмассы
Суммарная масса
29,9
1 057
0,71
* Верхняя граница проходит на высоте 1,2 м, а нижняя — на глу-
бине 0,6 м.
При этом максимальные и минимальные величины геомасс к кон-
цу периода возрастают более чем вдвое.
Основные геомассы. Стеке создания весенней структуры име-
ет восемь основных геомасс. Индикационную роль играют актив-
ная фитомасса зеленой фракции (Pif) и микротермальные аэро-
массы (Лс). При среднем весе 0,92 т/га зеленая фракция фито-
массы быстро увеличивается к концу периода со стексами созда-
ния весенней структуры. Средний темп (величина) прироста ра-
вен 4 г/м2 в сутки (0,04 т/га), что составляет 5% от среднестексо-
вой величины этой геомассы.
Вес микротермальных аэромасс также увеличивается (но их
плотность остается стабильной), что объясняется увеличением
этой геомассы в результате изменения границ стексового слоя.
Из геомасс, имеющих меньшее значение, чем геомасса листь-
ев и стеблей травянистых растений, надо отметить ветошь весом
3,4 т/га и.подстилку весом 3,34 т/га. Содержание корней несколь-
ко меньше, чем в предыдущий стеке (17,1 т/га), но все они нахо-
дятся в активном состоянии.
Суммарный вес гидромасс в почве высок — 2340 т/га, что об-
условливает и высокую влажность почвы. Вес педомасс
(7800 т/га) и литомасс (400 т/га) из-за динамики границ стексово-
го слоя может изменяться в течение описываемого стекса.
Вообще рассматриваемый стеке отличается быстрым увели-
чением большинства геомасс.
, Если сравнить средние данные по геомассам зимнего и весен-
него стексов, приведенные в табл. 7 и 9, то окажется, что по ко-
личеству аэромасс, фитомасс и мортмасс в сумме и гидромасс
они практически не различаются. Все различия обусловлены
разницей в мощности стексового слоя и соответственно литомасс
и педомасс. Таким образом, по количеству геомасс рассматривае-
мые состояния практически нельзя отличить друг от друга. Но
если проследить динамику изменения веса отдельных геомасс от
суток к суткам, то разница будет очень заметна. Она связана с
увеличением в весенние стексы, во-первых, фитомассы и, во-вто-
"|'чИ
рых, мощности стексового слоя- и вовлекаемых в него остальных 1
геомасс. 1
Вертикальная структура. Микрбтермальный гумидный стеке I
значительно отличается от зимних стексов с относительно ста- 1
бильной структурой. Во время этого'состояния наблюдается'рез- 1
кое увеличение количества геогоризонтов от четырех в начале до Я
шести геогоризонтов в конце стекса. При этом изменяются мощ- I
ность и характер геогоризонтов. В начале роль зеленой фракции 1
фитомассы в вертикальном профиле надземной части фаций; 1
крайне незначительна, но в конце она преобладает и в нижних I
геогоризонтах. Таким образом, зимняя структура вертикального 1
профиля сменяется весенней структурой, поэтому микротермаль- I
ные гумидные состояния называются стексами создания весенней 1
структуры. I
В середине периода с микротермальными гумидными стекса- I
ми создания структуры в надземной'части вертикального профи-. 1
ля выделяются четыре геогоризонта. I
9,9A — геогоризонт аэромасс со средней плотностью- I
11,1 • 10~3-г/см2. Гомогенный, геогоризонт с резко меняющимися .1
в течение стекса параметрами.’Как верхняя, так и нижняя грани- 1
ца геогоризонта постепенно повышаются. 1
2)6Л84)5Р/15!5 |g>3 — геогоризонт с преобладанием аэромасс над 1
фитомассой, которая в начале периода .с микрогумидными стек-. |
сами представлена геомассой зеленой фракции, а в конце к ней I
добавляется сформировавшаяся геомасса генеративных орга-. 1
нов. Структура—гетерогенно-гомогенная с линейно-вертикаль- |
ными элементами. В связи с незначительным количеством фито- J
массы трансформация температуры, влажности воздуха и ско- 1
рости ветра в этом горизонте незначительна. Проникновение 1
солнечной радиации тоже ослаблено. Потоки транспирации не-
велики, но для потоков влаги, испаряющихся из нижних слоев J
вертикального профиля, геогоризонт является транзитным. Био- |
геоцикл прост и связан только с изменением количества зе- |
леной фракции фитомассы. В целом этот геогоризонт — хороший |
индикатор микрогумидного стекса создания весенней струк- I
туры. • j
2,9/Ит6915/3/7!8Л22>7 Iо’о4 —геогоризонт с явным- преобладани- j
ем фитомассы и мортмассы, составляющих 77,3% от веса всего 1
геогоризонта. Средний объемный вес для надземных геогоризон- Л
тов относительно высокий — 48,8 -10-3 г/см2. Гомогенная линей-
но-вертикальная, субвертикальная и субгоризонтальная струк- . ]
тура. Желто-зелено-коричневый фон. Этот горизонт в микротер- 1
мальный стеке совпадает с деятельной поверхностью фации и 1
потому для него характерны наиболее высокие значения темпе-; 3
ратуры и влажности воздуха в дневное время суток. Значитель-; j
ное количество фитомассы и мортмассы интенсивно поглощает J
солнечную радиацию. Горизонт сравнительно мало меняется ;;
во времени, и его границы в микрогумидный стеке малодина-
мичны.
5,ЗЛ1/63т2бГ12,8Л-8,2 | о’о4 — геогоризонт с абсолютным преобла- ;
88
Цданием мортмассы, в которой свежая, подстилка составляет око-
|;ло44%, ветошь и старая ветошь —26 и подстилка— 19% от сум-
марного веса геогоризонта. Роль геомассы зеленой фракции,
• составляющей 2,8% веса геогоризонта, так же как и аэромасс,
I на долю которых приходится 8,1%, незначительна. Гомогенная
| субвертикальная, субгоризонтальная и горизонтальная структу-
|-. ра. Температура воздуха в' этом геогоризонте несколько отлича-
ется от температуры предыдущего геогоризонта. Это связано с
тем, что на режим температуры и влажности воздуха сущест-
венно влияет затенение, создаваемое верхними геогоризонтами.
Геогоризонт практически не меняется в течение стекса.
В подземной части вертикального профиля выделяются сле-
дующие геогоризонты:
3362 Sa7ii4Hs2i,4 )o’j> —педогоризонт со сравнительно
большим количеством активных фитомасс корней (12 т/га) и вы-
сокой влажностью почвы (30%).
3724 iq^Pso^ Ig’J —педогоризонт без литомасс и с не-
значительным содержанием корней (2,1 т/га) и пониженной
влажностью почвы (20 %).
В двух последних геогоризонтах еще заметно влияние зимы:
. температуры понижены, почвенные процессы неактивны.
Трансформация солнечной энергии. Для микротермальных гу-
мидных стексов создания весенней структуры характерен полный
ряд трансформации солнечной энергии (радиационный и тепло-
вой балансы, а также ее трансформация по ряду Одума — Лин-
демана и Ъо биогеоциклу).
7 По величине суммарной радиации (416 кал/см2) микрогумид-
ные стексы уступают лишь мезотермальным гумидным стексам
усложнения структуры и приближаются к макротермальным
стексам стабилизации летней структуры. Представление о раз-
личиях теплового баланса в дни ясные, пасмурные и с перемен-
ной’облачностью дают рис. 37—39. Альбедо (19%) меньше, чем
в стексах усложнения и стабилизации структуры, что связано с
преобладанием ветоши, альбедо которой по сравнению с альбедо
зеленой фракции обычно ниже. Этим объясняется и относительно
низкий показатель (79 кал/см2) отраженной радиации. По вели-
чине радиационного баланса, затрат тепла на испарение и тур-
булентный теплообмен, так же как и по суммарной радиации,
стексы создания структуры уступают стексам усложнения струк-
туры и приближаются к.стексам стабилизации летней структуры.
Только по теплообмену с почвой (7 кал/см2) микрогумидные
стексы опережают все остальные стексы фаций пологих склонов
с лугостепной растительностью.
Более подробно рассмотрим процесс трансформации солнеч-
ной энергии в биогенном компоненте. Его сравнительно легко
рассчитать благодаря тому, что в микротермальные гумидные
стексы зеленая фракция интенсивно растет, не переходя в ветошь.
Таким образом, бйогеоцикл оказывается разорванным, и есть воз-
можность подсчитать так называемые темпы биогеоцикла — ин-
тенсивность изменения отдельных его блоков за сутки.
89
Рис.' 37. Трансформация солнечной энергии в. ясные дни в
' стеке создания весенней структуры (кал/см2/сут.)
. ДБт — затраты тепла на транспирацию, ЬЕф— затраты
тепла на физическое испарение, /ф — затраты тепла на
фотосинтез, остальные индексы см. на рис. 25
►
Известно, что зеленая фитомасса увеличивается в среднем на
150—170 г/м2. Разделив эту величину на количество дней с мик-
ротермальными стексами-(в среднем 30 дней), получим прирост
фитомассы за одни сутки — 5,7 г/м2, или 0,57 мг/см2. Средний
темп прироста корней — 4 г/м2, или 0,4 мг/см\ Следовательно,
за период с микротермальными стексами темп увеличения сум-
марной фитомассы — 0,97 мг/см2. Эту величину легко перевести
в энергетические единицы, если принять энергетический эквива-
лент равным 4 ккал/г (Дювинъо и Танг, 1968; Деканоидзе,
Джибладзе, Сахелашвили, 1974; Одум, 1975). Простой расчет
показывает, что на прирост фитомассы тратится лишь
3,9 кал/см2 Зная эту величину, можно подсчитать фотосинтети-
ческий коэффициент полезного действия радиации (КПД фото-
синтеза) по формуле (Программа и методика..., 1974) :.
, __ 1'Ьт
где I — так называемый энергетический эквивалент фотосинте-
за (т. е. количество энергии Солнца в области ФАР, связанное
в процессе фотосинтеза, при котором образовалась органическая
продукция фитомассы Ат в сухом весе г/см2), QIJ1) — величина
суммарной, радиации в области ФАР над растительным покро-
вом. Величина" я(Q) характеризует так называемую функцию
поглощения в растительном покрове. Она может быть рассчита-
на по соотношению:
n(Q)=0,95 —Q(^)/Q(T7)9
•с
где Q(Z)—нисходящий поток ФАР в растительном .покрове
90
Рис. 39. Трансформация солнечной энергии (кал/см2/
сут.) в дни с переменной облачностью в стеке создания
весенней структуры (См. условные обозначения к рис.
25 и 37.)
(там же), который в рассматриваемый стеке составляет около
8—12% от радиации над растительным покровом.
ФАР обычно с достаточной точностью рассчитывается по
формуле:
ФАР = 0,425'4~ 0,60S",
где S' — прямая, aS"— рассеянная радиация.
Расчетная величина КПД фотосинтеза — 2,4%, следователь-
но, для микротермального стекса характерна высокая эффектив-
ность использования солнечной радиации. Если учесть, что зе-
леная фракция фитомассы составляет лишь 24% суммарной
фитомассы, то значения КПД фотосинтеза будут еще больше.
/Исследования на Марткопском стационаре показали, что в
микротермальный гумидный стеке средний прирост почвенной
мезофауны в живом весе равен 0,015 мг/см2 в сутки. При энерге-
тическом эквиваленте 5 ккал/г зоомассы это составит величину
94
порядка 0,075 кал/см2. Следовательно, на прирост зоомассы тра-
тится 0,036% радиации ФАР и 2,6% солнечной радиации, исполь-
зованной для прироста зеленой фракции фитомассы.
Зная энергетические эквиваленты каждого блока, нетрудно
рассчитать и трансформацию солнечной энергии. При этом сле-
дует иметь в виду, что в трансформации будут учитываться в ос-
новном величины ранее аккумулированной солнечной энергии.
Коэффициент полезного действия транспирации (КПД транс-
пирации) считают более удобным показателем, чем общеприня-
тый транспирационный коэффициент {Раунер, 1974). Он рассчи-
тывается по формуле (Программа и методика..
/₽='-*2_.юо.
1974):
к
Здесь LEt — затраты тепла на транспирацию, которые можно
рассчитать ПО формуле: -
Ес т=Е {Ег — Апер. ’”* ^почв.)»
где jEs —суммарное испарение, Хпер.— осадки, перехваченные
растительностью и в дальнейшем испарившиеся в атмосферу,
Епочв.— испарение с поверхности почвы. Так как для микротер-
мального стекса осадки не характерны, для ориентировочных
расчетов можно предположить Хпер.=0, L — энергетический эк-
вивалент, равный 600 кал/г.
Расчеты по среднестексовым данным показали, что КПД
транспирации равен 6,1%. Это сравнительно высокая величина.
Соотношение КПД фотосинтеза и транспирации:
j— LET .
'е Q(fi).n{Q)
характеризует отношение затрат тепла на транспирацию к по-
глощенной ФАР, которая в свою очередь близка к радиацион-
ному балансу {Раунер, 1974). Следовательно, I можно рассмат-
ривать как некоторую функцию от структуры теплового балан-
са. Величина этого отношения в микротермальных стексах рав-
на 0,39.
Сравнение коэффициентов энергетической эффективности
транспирации и фотосинтеза для различных стексов позволяет
определить роль биогенных компонентов в функционировании
фаций.
Биогеоцикл. Его механизм в микротермальный гумидный
стеке создания весенней структуры относительно прост (рис.
40). Характерны резкое увеличение зеленой фракции и относи-
тельно незначительное увеличение корней. Поскольку в течение
этого стекса зеленая фитомасса в ветошь не переходила, биогео-
цикл разорван. В то же время наблюдается трансформация ве-
тоши в старую ветошь и в подстилку.
Обычно количество зеленой фракции в начале периода со
стексом создания структуры составляет около 25—50 г/м2, а в
конце его — 200 г/м2, т. е. увеличивается более чем в 4 раза. Ни
92
Рис. 40. Биогеоцикл в стеке создания структуры
1 — листья и стебли травянистых растений, 2 — корни, 3 — ветошь,
4 — старая ветошь и свежая подстилка, 5 —• подстилка, 6 — зольные
элементу в фитомассе и мортмассе (Pi", Мт", Mml", Ml", Ps"), 7 —
сухая (Обезвоженная) фитомасса и мортмасса (Pi', Мт', Mml', Ps' —
отдельные .фракции фитомасс и мортмасс с зольными элементами), 8—
влага в фитомассе, 9 — переход (темп) зольных элементов из одной
фракции в другую (г/.м2/сут.), 10.— переход (темп) сухой фитомассы и
мортмассы (без зольных элементов) из одной фракции в другую
. (г/м2/сут.) (для необезвоженной фитомассы и мортмассы эти величины
не приводятся, так как их расчет осложнен сильной зависимостью ко-
личества необезвоженной фитомассы и мортмассы от погоды), 11—-не-
увязки биогеоцикла и потери вещества на дыхание.
Все фракции даны в одном масштабе: 1 мм соответствует 2 г/м2 фито-
массы. Цифровые значения соответствуют среднестексовым величинам
(за 1974 г.) (г/м2)
в одном стексе не наблюдается столь интенсивного прироста, и
связано это с началом периода оптимальных термических усло-
вий, в который количество гидромасс не служит лимитирующим
фактором.
Для расчета темпов биогеоцикла и интенсивностей потоков
вещества использовались не среднемноголетние данные, а сред-
негодовые (за 1974 г.), что было продиктовано особенностями
выбранной методики. Количество зольных элементов в микро-
термальный стеке в этом году увеличивалось от 5,0 до 26,0 г/м2
в надземной и от 204,3 до 210,5 г/м2 в подземной фитомассе, так
что за период с 10 апреля по 10 мая 1974 г. из почвы было по-
глощено 27,0 г/м2 минераломасс, или суммарного количества
зольных элементов в фитомассе (Rapp, 1971; Releve Methodique.
1968). Одна часть зольных элементов аккумулировалась в кор-
93
нях, а другая пошла на прирост зеленой фитомассы. При сред-1
ней зольности 10% это должно было привести к увеличению ко-1
личества фитомассы на 210 г/м2. Однако в действительности’!
фитомасса увеличилась на 150 г/м2. Разница между рассчитан-1
ной и реальной величинами прироста фитомассы^ (60 г) вызвана!
тем, что при расчете средней зольности побеги не дифференци-
ровались-на молодые и старые, а как известно у-молодых по-3
бегов зольность меньше, чем у старых. В период со стексами ;
создания структуры в 1974 г. наблюдалось 7.дней с плювиаль-!
ными состояниями. Фотосинтез в течение этого периода был I
угнетен, поэтому дни с плювиальными стексами следует исклю- I
чить из расчетов. Таким образом, в 1974 г. наблюдалось 23 дня 1
со стексами создания структуры. Если на это число разделить J
величины прироста зеленой фракции и зольных, элементов в ней, |
то легко получить среднестексовые темпы прироста этих вели- ’
чин. По расчетам, эти темпы составили для органомассы (коли- |
чество органического вещества фитомассы без зольных элемен- i
тов) корней 1,9 г/м2, а наземной фитомассы — 5,6.г/м2. Количе-
ство зольных элементов увеличивается ежедневно в наземной '
фитомассё на 0,91 г/м2, а в подземной части — на 0,26 г/м2. Та- 1
ким образом, в результате продукционного процесса в микро- j
термальные стексы создания весенней структуры ежедневно об- 1
разуется 8,67 г/м2 растительной массы.-
Минимальные значения зеленой фитомассы обычно наблю- •
даются в первой декаде марта. В этот период ее количество па-
дает до 25 г/м2. Если эта фитомасса в микрогумидные стексы
полностью перейдет в ветошь (что маловероятно) , то все равно
величина потока, трансформации органомассы (Количество ор-
ганического вещества в фитомассе без зольных-элементов) бу- ;
дет незначительной, и ею можно пренебречь. Весенние наблюде- ;
ния 1975 г. показали, что в стеке создания структуры количест-
во мертвых, корней не увеличивается. Таким образом, биогеоцикл
оказывается разорванным на две части: с интенсивно увеличи-
вающейся живой фитомассой и относительно стабильной морт- j
массой.
Начальным звеном во второй части биогеоцикла является
ветошь. В 1974 г. за микротермальные стексы ее количество
уменьшилось на 25 г (от 310 до 285 г/м2). При этом количество
зольных элементов также сократилось на 2,0 г/м2. Средняя золь-
ность ветоши в рассматриваемый период составила .11,0%, а :
старой ветоши — 15,6%. Естественно предположить, что пере-
ход из одной фракции в другую наблюдается при средней (меж- .
ду этими двумя величинами) зольности биогенного компонента,
т. е. зольность вещества, трансформирующегося из одного бло- :
ка в другой, равна 13,3%. С помощью этой величины было под-
считано, что в старую ветошь перешло 15,0 г/м2 суммарной фи-
томассы. Эта величина, как показали измерения в блоке вето-
ши, полностью совпала с реальной.
Среднестексовая интенсивность трансформации ветоши со-
ставляет 0,57 г/м2 органомасс и 0,09 г/м2 минераломасс. Таким ;
94
образом, поток вещества из ветоши в старую ветошь в 13 раз
меньше, чем в первой части биогеоцикла с зеленой фитомассой.
В микротермальные стексы количество старой ветоши
(115 г/м2) не изменяется, тогда как количество зольных элемен-
тов увеличивается от 17,0 до 18,5 г/м2. Следовательно, из 2,0 г/м2
зольных элементов, пришедших из ветоши, 0,5 г/м2 переходит в
подстилку, что приводит к уменьшению органомассы старой ве-
тоши на 2,1 г/м2, а 6 сумме с минераломассой — на 2,6 г/м2.
Сравнительно простой подсчет показывает разницу в 10,9 г/м2.
Она связана с тем, что старая ветошь теряет в весе не только
.на переход вещества в подстилку, но и на расход его на интен-
сивное дыхание. Коэффициент интенсивности трансформации
из старой ветоши в подстилку в 6 раз меньше перехода ветоши
в старую ветошь.-
Количество подстилки в стеке создания структуры в 1974 г.
практически оставалось стабильным—100 г/м2. При этом коли-
' чество зольных элементов сократилось с 24,0 до 23,0 г/м2. Если
учесть и 0,5 г/м2, поступившие из старой ветоши, то суммарная
потеря при минерализации составит 1,5 г/м2 минераломасс, что
соответствует трансформации 5,1 г/м2 органомасс.
Следовательно, для микротермальных стексов создания
структуры в отличие от других стексов характерна очень интен-
сивная трансформация вещества в блоках с живой фитомассой
и относительная стагнация его, в мортмассе.
Влагооборот. Микротермальный гумидный стеке создания
структуру имеет сравнительно простую схему влагооборота, ти-
пичную для недождливых состояний теплого времени года. Ос-
новное количество гидромасс, как и в других стексах, содержит-
ся в виде почвенной влаги. В стексовом слое, нижняя граница
которого проходит на глубине 0,6 м, содержится в среднем
234 г/м2 гидромасс. Значительно меньше их — в приземном слое
воздуха — 7 г/м2.
Среднестексовая влажность почвы — 28,7%- При этом она
постепенно уменьшается от 31% в верхних до 27% в нижних
горизонтах стексового слоя. Однако реальное содержание гид-
ромасс по почвенному профилю относительно стабильно, посколь-
ку объемный вес почвы увеличивается сверху вниз.
Наибольшее количество влаги в фитомассе (730 г/м2) содер-
жится в корнях. За ними следуют ветошь (300 г/м2), зеленая
фракция (240 г/м2) и подстилка (120 г/м2).
Эти цифры дают лишь приблизительное представление, о со-
держании влаги в растениях. В действительности оно может ко-
лебаться в зависимости от погоды от 50 до 200% и более от
среднестексового. В каждом случае содержание влаги в расте-
ниях должно рассматриваться как функция не только физиоло-
гических процессов, но и времени, прошедшего после выпадения
осадков.
В рассматриваемый стеке теоретически не должно наблю-
даться выпадения осадков. Тем не менее незначительное коли-
чество их выпадало и днем (в 1974 г. таких дней, как отмеча-
95
лось, было 7) и ночью. Однако эти осадки существенно не влия- j
ли на функционирование фаций и их структуру.
Среднестексовая величина испарения—178 мг/см2. При этом
преобладает физическое испарение (60%, или 107 мг/см2). В
этом отношении рассматриваемое • состояние приближается к
стексам стабилизации летней структуры и к зимним безмороз-
ным состояниям, но заметно отличается от стексов усложнения
и упрощения структуры с оптимальными условиями для транс-
пирации.
Величина испарения может существенно (200—300%) отли-
чаться от среднестексовой, что позволяет, как отмечалось, в
пределах рассматриваемого рода стексов выделять их виды, ко*
торые в данной работе не рассматриваются. Испарение наиболее
тесно связано с суммарной радиацией й скоростью ветра. Суще?
ственную роль играет температура'воздуха. Поскольку в микро-
термальные стексы влажность почвы всегда высока, этот пара*
метр мало влияет на изменение интенсивности испарения. •
В последождливые стексы может продолжаться инфильтра-
ция осадков в более глубокие слои почвы.
Стеке стабилизации летней структуры очень теплый и влаж-
ный (макротермальный гумидный, или стеке стабилизации
структуры) обычно наблюдается в июле-—августе и чередуется
с макротермальным семиаридным стексом стабилизации летней
структуры. Чаще всего макротермальные гумидные стексы на-
чинаются в конце первой декады июля и продолжаются до се-
редины сентября, но иногда они длятся с июня по октябрь.
Основная черта их-—это стабилизация структуры: не умень-
шается и не увеличивается мощность вертикального профиля, ос-
тается неизменным количество - геогоризонтов. В то же время в
отличие от весенних стексов наблюдаются переход зеленой фито*
массы в ветошь и дальнейшая трансформация вещества по био-
геоциклу. Наступление стекса стабилизации структуры связано
с установлением высоких температур.и приблизительно одинако*..
вым и относительно низким уровнем влажности почвы. Прц
уменьшении влажности он переходит в семиаридный стеке, харак-
теризующийся дефицитом влаги и либо стабилизацией, либо уп-
рощением структуры.
Макротермальный стеке стабилизации структуры, так же
как и стеке усложнения ее, отличается наибольшей мощностью
стексового слоя (в среднем 2,5 м), границы которого по сравне-
нию с границами стексовых слоев других состояний, особенно
стекса усложнения структуры, меняются относительно мало.
Для рассматриваемых стексов, так же как и для стексов ус-
ложнения структуры, характерны наибольшие величины педо-
масс и аэромасс (табл. 11). По биомассе они уступают стексам
упрощения структуры, а по гидромассам — стексам ее услож-
нения.
Для стексов стабилизации структуры характерны высокие
значения среднесуточной температуры —17 —19°. В то же время
относительная влажность сравнительно низка — 74%. Среднесу-
Таблица 11. Вес и внутренняя энергия отдельных
геомасс в стексовом слое макротермального
гумидного стекса стабилизации летней структуры
Геомассы Масса (кг/м2) Внутренняя энергия
1 Педомассы и литомассы Г идромассы Аэромассы . Фитомассы и мортмассы Суммарная масса 1 120 2-13 1,9 1,97 1 3'37 40 800 000 7 880
точная скорость ветра близка к среднегодовым величинам-—
3,9 м/сек, а облачность ниже их.
Основные геомассы. В стеке стабилизации структуры выделя-
ется девять основных геомасс. Из них довольно трудно назвать
такую, которая имела бы индикационное значение.
Наиболее важны макротермальные аэромассы Ат весом
19 т/га и гидромассы, вес которых по сравнению с весом гидро-
масс других летних стексов больше (2130 т/га), что соответствует
влажности почвы 19,7%. Часть гидромасс находится в активном
и стабильном состоянии и около 1500 т/га — в инертном, так как
влажность устойчивого завядания в рассматриваемых фациях
равна 15у-16%.
Вес зеленой фракции фитомассы (10,8 т/га) выше, чем во всех
остальных состояниях. Генеративные органы (весом 0,19 т/га),
ветошь (1,04 т/га) й подстилка (4,66 т/га) играют меньшую роль
в структуре и функционировании стекса, чем зеленая фракция.
Фитомасса корней (весом 16,1 т/га) меньше, чем в стексах мо-
розно-снежном и создания весенней структуры.
Для рассматриваемого состояния характерна стабильность
всех геомасс, в том числе и педомасс (весом 10 800 т/га) и лито-
масс (весом 400 т/га). Величины всех геомасс в макротермаль-
ный гумидный стеке стабилизации летней структуры по сравне-
нию с их величинами в другие стексы максимальны. В надземной
части вертикального профиля фаций выделяется пять геогоризон-
тов (рис. 41—44).
11,1 Л Iq’j —геогоризонт воздушных масс.
2,32 А91,7^8,3 |о’б—геогоризонт аэромасс с участием фитомас-
сы листьев и стеблей и генеративных органов. Гетерогенный с
-отдельными линейными вертикальными и субвертикальными
элементами. В отличие от верхнего горизонта в нем наблюдают-
ся процессы биофункционирования.
1,91 ЛбвдРцьэ | J'f—• геогоризонт, как и предыдущий, характе-
ризуется преобладанием аэромасс, но с большим участием зе-
леной фракции фитомассы. Гомогенно-гетерогенная структура с
линейно-вертикальными элементами. Интенсивные процессы
биофункционирования. Большая -часть поглощенной. солнечной
4—1952 97
см)
160
о
40
20
О
20
60
Высота
60
50
40
30
20
10
Фен
70
60
50
40
20
10
о
60
20
40
геомасс
по вертикальному
о
условные
энергии расходуется на транспирацию
5335Sa84?3Hs16f7
42. Распределение по вертикали плотности отдель-
фракционных частей фитомассы в макротермаль-
гумидиый стеке стабилизации структуры в фациях
100 120 140 160
обозначения к
11,45 Р/б9,б-4 30,4
Рис. 41. Вертикальная структура фаций ПСЛ в макротермальныи
гумидный стеке стабилизации структуры (август, 1974 г.) (Индек-
сы геомасс см. в табл. 1.)
100
40
м
о
!
О'
Г) г:
58,1 Pi 41,9 0,4
11,45 PL69,6 а30,4 (у08
0,08
8’63М!54т12Р124АЮ0’с
’L8,5'Ps0,4 о'?5
15846 Sqj^q д Hs-j^ 1
0,15
0,1 0,50
Фвп
Рис.
ных
ный
ПСЛ Фвз— фитомасса зеленой фракции, сырая; Фвв —
. фитомасса ветоши, сырая; Фвн — фитомасса свежей
Подстилки, сырая; Фвп—фитомасса подстилки, сырая
Рис. 43. Распределение
профилю (%)
А — аэромассы (См.
рис. 42.)
। и относительно неооль-
шая — на фотосинтез-. Потоки биогеоцикла средней, интенсивно-
сти связаны с трансформацией зеленой фитомассы. Потоки вла-
гооборота интенсивнее, чем в предыдущем геогоризонте.
О,’08
геогоризонт с преобладанием зеленой
фракции фитомассы над аэромассами. Фитомасса полностью
состоит из зеленой фракции, однако к концу периода с рассмат-
fcoia
20 40 60 80(%)
Рис. 44. Распределение- геомасс по геогоризонтам •
(•См. условные обозначения к рис. 42 и 43.)
риваемыми стексами может сформироваться ветошь. Большое
количество фитомассы сильно ослабляет суммарную радиацию. -
Очень интенсивны транспирация и фотосинтез. Биогеоцикл в
начале периода с рассматриваемыми стексами представлен лишь
биопродукционным процессом, но позже начинается трансфор-
мация вещества в ветошь. Гомогенная структура с линёйно-вер-'
тикальными элементами. Фон — темно- и ярко-зеленый. Массы
в пределах геогоризонта распределены относительно равномерно.
8,63Me54mi2Pi24>4io| о— стабильный фитомортаэрогоризонт •
наибольшей плотности. В нем присутствуют все фракции морт-
массы, но преобладает свежая подстилка весом 350 г/м2, листья
и стебли травянистой фитомассы. Структура гомогенная с линей-'
но-горизонтальными и субгоризонтальными и реже — субверти-
кальными элементами. Общий фон — желтовато-зеленый. Транс-
пирация относительно слабая, но горизонт пронизан потоками
влаги, испаряющейся с поверхности почвы. Проникновение сум-
марной радиации .незначительное. Биогеоцикл интенсивен и в
связи с наличием различных блоков разнообразен. По верти-
кальному профилю подземной части фаций выделяются три гео-
горизонта (рис. 45).
* 2365Sa7&,iHsisfiLz'JPso,! |J»$? —геогоризонт с наименьшей
плотностью и наибольшим количеством биомассы, но со сред-
нем количеством гидромасс и относительно небольшим количе-
ством педомасс. Содержит литомассы в виде щебня и гальки.
Гер горизонт имеет гомогенную структуру и соответствует верх-
ней части горизонта А почвенного профиля. Характеризуется
наиболее-резкими изменениями температуры и влажности.
- 5846<Sn80>4#Si6,1^3,4^50,1 |J’5o —геогоризонт с меньшим коли-
чеством биомассы и средней плотностью педомасс. Соответству-
ет: нижней части генетического горизонта А и верхней части го-
ризонта В. Характеризуется средним и относительно стабиль-
ным содержанием гидромасс и аэромасс, резким увеличением
100
0,01 z
Рис. 45. Распределение геомасс в подземной части
вертикального профиля.
Все геомассы' даны в масштабе: 1 кг/м2 на '10 см
педомасс и постепенным уменьшением биомассы. Процессы
• функционирования и влагооборот выражены намного слабее,
чем в верхнем теогоризонте. -
5335Sa84,3^16,7^0,01 loe — геогоризонт с педомассами бо-
лее высокой плотности и со средним содержанием гидромасс.
Количество биомассы незначительно. Температура и влажность
меняются относительно медленно. Соответствует горизонту С
почвенного профиля. Процессы функционирования пассивны.
Трансформация солнечной энергии. Среднее значение суммар-
ной радиации в макротермальный гумидный стеке — 425 кал/см2.
Преобладает прямая радиация (53%). Среднестексовое значение
альбедо довольно высокое (22%) и сравнительно слабо изменя-
ется в зависимости от облачности. Радиационный баланс
(215 кал/см2) по величине уступает лишь стексам усложнения
структуры. Затраты тепла на испарение в среднем составляют
114 кал/см2, а’величина турбулентного теплообмена достигает
99 кал/см2. Теплообмен с почвой незначителен (всего 2 кал/см2).
Влагооборот. По количеству гидромасс макротермальный гу-
мидный стеке занимает одно из последних мест среди гумидных
состояний. Это связано с тем, что стеке стабилизации наблюда-
ется в разгар лета, когда почвы из-за высокого испарения интен-
сивно иссушаются, а атмосферные осадки не восполняют испа-
рившуюся влагу. В результате содержание влаги в стексах ста-
билизации структуры постепенно понижается, и рассматривае-
мый стеке в лк?бой момент может перейти в семиаридное
состояние, при котором запасы 'гидромасс не обеспечивают ак-
тивного функционирования.
101
Недостаточное количество влаги при высоких температурах
обусловливает замедление прироста фитомассы и в связи с этим
некоторую стабилизацию вертикального профиля фации; поэтому
процессы влагооборота летом играют роль лимитирующего фак-
тора.
Для примера рассмотрим, как изменялась влажность почвы
летом. 1974 г. на экспериментальном участке «Заповедник».
Макротермальный стеке стабилизации структуры начался в
фациях пологих склонов с лугостепной растительностью в первой
декаде июля. Через несколько дней влажность почвы опустилась
до 14—17%, т. е. ниже влажности устойчивого завядания расте-
ний. В результате макротермальный гумидный стеке сразу же
перешел в семиаридный стеке стабилизации структуры. Осадки,
выпавшие в конце второй декады, привели к кратковременному
перйоду с гумидными стексами, которые 24 июля сменились се-
миаридными. Выпавшие в конце июля интенсивные осадки по-
высили влажность почвы до 25—28%, что немедленно было
использовано растениями для покрытия водного дефицита. В ре-
зультате' вновь начались макротермальные гумидные стексы
стабилизации летней структуры, которые продолжались первую
половину августа, пока сохранялась относительно высокая влаж-
ность почвы. Однако во второй половине августа, когда влаж-
ность почвы в верхних горизонтах вновь упала, начались семи-
аридные стексы упрощения структуры. В сентябре после интен-
сивных дождей они перешли в мезогумидные стексы упрощения
структуры.
Итак, в 1974 г., во второй половине лета, наблюдались как
макротермальные гумидные стексы стабилизации, так и семиа-
ридные стексы стабилизации и упрощения структуры. Наблюде-
ния показали, что если летом влажность почвы в течение 15—
10 дней держится на уровне или ниже влажности устойчивого
завядания растений, то семиаридные, стексы стабилизации
структуры могут смениться семиаридными стексами ее упроще-
ния, сопровождающимися быстрым увяданием растений и очень
активным переходом зеленой фракции в ветошь.
Для отдельных растений в макротермальный стеке характер-
на низкая влажность, однако из-за большого количества фито-
массы по содержанию влаги во всех растениях стексы стабили-
зации структуры уступают лишь стексам ее усложнения. Для
рассматриваемых состояний выпадение осадков в ночное время
суток менее характерно, чем для стексов усложнения структуры.
В 1974 г. было зарегистрировано 20 таких случаев, но осадки
были незначительные и мало влияли на.функционирование фа-
ций.
По среднестексовому значению суммарного испарения
(218 мг/см2 в сутки) стексы стабилизации структуры уступают
лишь стексам ее усложнения.
Биогеоцикл. Продолжаются продукционные процессы и об-
разование зеленой фитомассы, однако большая часть произве-
денного вещества расходуется на дыхание, а часть его трансфор-
102
Ps-2985
Ps'-1455
Ps"-189,3
Mml-448
Рис. 46. Биогеоцикл в стеке стабилизации структуры
за 1974 г. (См. условные обозначения к рис. 40.)
Ml-237
Ml' -130
MI"-26,3
по средним данным
мируется в ветошь. При этом последний процесс более характе-
рен либо для семиаридных стексов, либо для конца периода с
макротермальными гумидными состояниями.
В течение всего состояния вес зеленой фракции уменьшается
от 580 до 405 г/м2. Несмотря на то что в блок ветоши переходит
большое количество вещества, ветошь практически не увеличива-
ется. Этв объясняется ускоренным «старением» ветоши предыду-
щего года и переходом ее в старую ветошь и свежую подстилку.
Связь свежей подстилки с подстилкой в стексы стабилизации
структуры незначительна, поэтому потоком трансформирующего-
ся в этот блок вещества можно пренебречь. Вес подстилки
(130 г/м2) и зольных элементов в ней в течение всего состояния
остается постоянным.
Расчет параметров биогеоцикла для макротермальных и се-
миаридных стексов стабилизации структуры весьма затруднен
вследствие того, что эти стексы иногда меняются быстрее, чем
это может отразиться на динамике фитомассы (см. рис. 46).
Анализ приведенных выше характеристик трех стексов доми-
нантной фации Марткопского стационара, а также аналогичных
характеристик, полученных в других стексах и других фациях,
показывает, что каждый из стексов имеет, во-первых, специфич-
ный, только ему присущий набор геомасс, во-вторых, геомассы-
индикаторы (или их величины).
Однако наиболее важный показатель, характеризующий все
стексы без исключения и позволяющий уверенно отличать одно
состояние от другого,—это набор геогоризонтов, определяющий
характер вертикальной структуры каждого состояния.
Не менее важен набор процессов функционирования. При
этом основную роль в дифференцировании стексов играют не ко-
503
личественные значения интенсивностей отдельных потоков; а их|
качественное различие. Каждому стексу присущ один или не-1
сколько специфичных процессов функционирования. При харак-'|
теристйке стексов неоднократно подчеркивалась связь функцио-1
нальных процессов с геомассами и процессами функционирова-
ния. Все перечисленные выше показатели можно отнести к ос- •
новным. (наиболее информативным) характеристикам стексов. f
Кроме них выделяются индикационные и фоновые показатели.
К индикационным признакам можно отнести параметры, ко-. 1
торые имеют второстепенное значение, но позволяют уверенно ?
определять тот или иной стеке. К таким параметрам относятся ;
оптические свойства, фенология доминантных растений и т. п. >
В результате исследований на Марткопском стационаре бы-
ла выявлена группа фоновых показателей с широкими и частич-
но перекрывающимися интервалами. К ним относятся многие
параметры трансформации солнечной энергии, биогеоцикла,
влагооборота, некоторые параметры среды. Например, величи-
на радиационного баланса- в стексах создания структуры колеб-
лется в пределах 50—400 кал/см2 в сутки, а в стексах усложне-
ния— 100—500 кал/‘см2 в сутки. Таким образом, интервалы от-
дельных параметров могут перекрываться. При этом «неперек-
рытые» участки интервалов (в приведенном выше примере —
50—100 кал/см2 в сутки для стексов создания структуры) будут
надежным индикатором при определении того или. иного
состояния.
Анализ динамики стексов
Графики, изображенные на рис. 47, дают представление о
динамике стексов и отдельных параметров структуры и функ-
ционирования рассматриваемых ПТК в 1973 г., который по
своим показателям хотя и наиболее близок. к срёднемноголет-
ним характеристикам, но все же отличается от них.. Одна наи-
более существенная черта его — это нанотермальные нивальные
и гумидные стексы разрушения осенней структуры в начале'
ноября, вызванные внезапным выпадением снега. Другая —
относительная семиаридность летнего периода, с которой свя-
зано повышенное количество семиаридных стексов стабилизации
и упрощения структуры в июле — августе. В то же время 1973
год отличается от всех остальных лет наибольшим количеств
вом дождливых стексов. В течение года наблюдалось 45 дней
с плювиальными стексами, тогда как среднемноголетнее коли-
чество их составляет 35 дней. Однако для плювиальных стексов
в 1973 г. характерны низкие суточные нормы осадков, а коли-
чество дождливых состояний ночью меньше, чем в 1972 г.
В январе 1973 г. наблюдались криотермально-нивальные и
нивальные стексы, которые-в конце месяца из-за вторжения
теплых воздушных масс сменились нанонивальными, а в фев-'
рале — нанотермально-гумидными стексами. Средняя темпера-
тура воздуха в феврале была выше среднемноголетней и даже
104
выше мартовской. В связи с этим 1973 г. отличался наиболь-
шим количеством криотерм а льно-гумидных стексов.
Стексы создания весенней структуры благодаря высоким
температурам начались раньше обычного, но затянулись до
середины первой . декады мая. По продолжительности стексов
создания структуры 1973 г. сопоставим только с 1972 г. и зна-
чительно превосходит все остальные годы.
Май 1973 г. выдался относительно сухим, а, так как зимой
не было накоплено большого количества, влаги в почве, к сере-
дине мая влажность ее упала ниже 20%. В результате начался
семиаридный период, который, хотя и продолжался всего лишь
несколько дней, тем не менее отразился на приросте зеленой
фракции фитомассы — к середине месяца он был несколько
замедлен. Однако .к концу мая зеленая фракция все же дости-
гает веса 450 г/м2.
. Для 1973 г. весьма характерно' то, что стексы стабилизации
структуры продолжались весь июнь. Их наступление было
связано с относительно низкой влажностью почвы. Выпавшие
впоследствии осадки (в июне наблюдалось 10 дождливых
стексов) создали предпосылки для быстрого увеличения фито-
массы в июле, поэтому в начале июля наблюдались летние
стексы усложнения структуры с вторичным интенсивным ростом
фитомассы, а в конце июля и начале августа — ее последующая
стабилизация.
Почти весь август и первая половина сентября характеризо-
вались летними семиаридными стексами упрощения структуры.
Влажность почвы в верхнем 50-сантиметровом слое в это время
упала ниже 15%, что привело к постоянному уменьшению зе-
леной фракции и увеличению мортмассы. .
Во второй половине- сентября отмечалось несколько дождли-
вых стексов, в результате которых наблюдались не семиарид-
ные, а гумидные стексы упрощения осенней структуры. В на-
чале октября они сменились на стексы стабилизации структуры,
которые в конце месяца перешли в стексы упрощения структуры.
Интересно отметить, что весь октябрь наблюдались относитель-
но высокие температуры воздуха и почвы — 13—17°. Но в на-
чале ноября выпал снег и на несколько дней установился снеж-
ный покров, приведший к стексам разрушения структуры, кото-
рые вскоре сменились стексами с низкими температурами; осен-
ние стексы окончательно перешли в зимние. Столь раннее их на-
ступление, несомненно, связано с хорошо выраженным перио-
дом со стексами разрушения структуры. В декабре 1973 г.
наблюдалась полная гамма стексов с зимней структурой.
Анализ динамики стексов в фациях пологих склонов с луго-
степной растительностью не только в 1973 г., но и за весь
период наблюдений на Марткопском стационаре позволяет
выявить интересные факты. Наибольшее разнообразие стексов
и их смен наблюдается зимой, которая в этих фациях начи-
нается в начале декабря и кончается в конце марта. Для этого
периода очень трудно установить среднемноголетнюю последо-
105
7(10- 40
400
60
300
50
500
200.
400
40
100
30
300
20
200
100
ю
. 40.
60
30
80
50
- 70
20
40
- 60
10
30
о
50
НО
- 40
к
Ф,Мк
$00
700
€00
iopobsoo
400
30
-300
-200
20
-100
10
ксы
В
90
-JOO
V
п т
VI
хп
XI
IX
VIII
VII
__
2Н
2.3G|
Р|
; о„олз
о о о or
од
о а с of
С> О О. Cii и и w ।
$
Рис. 47. Динамика стексов и отдельных параметров структуры и
функционирования фаций ПСЛ в 1973 г.
1 — суммарная радиация (С) (кал/см2/сут.), 2 — радиационный ба-
ланс (7?) (кал/см2/сут.), 3 — альбедо (Д) (%), 4 — влажность воз-
духа (%), 5 — температура воздуха (7) (°C), 6 — осадки (Ос) (мм),
7 — зеленая фракция фитомассы (Ф) (г./м2), 8 — мортмасса (/И)
.(г/м2), 9 —корни (К) (т/м2), 10 — влажность почвы (ВП) (%)
(Индексы стексов см. в табл. 7, условные обозначения на рис. 50.)
ш
" <WV4.A
HI
IV
V
о о о о
о о .о
о о о с
M12N.GW
вательность смен стексов. В одни годы преобладают криотер
мально-нивальные
При этом может оказаться
наблюдаться ни одного дня с криотермально-гумидным, а
другом — криотермально-нивальным состоянием. Это связано
тем, что зима в предгорно-степных ландшафтах Восточной Гр
в другие — криотермально-гумидные стексы.
что в первом случае не будет
107
зии отличается крайней нестабильностью внешних факторов, f
Частая смена вторжений теплых и холодных воздушных масс <
приводит не только к понижению или повышению температуры, I
но и к выпадению осадков. В результате создаются, контраст-
ные условия, способствующие быстрой смене самых различных 1
стексов. •
Наименьшее разнобразие состояний наблюдается весной, j
В апреле — мае встречаются лишь три типа стексов: микро-
термальный гумидный создания весенней структуры, мезотер- J
мальный гумидный усложнения структуры и дождливый. Пер- :
вые два имеют приблизительно равную продолжительность —
25—30 дней и часто прерываются дождливыми стексами (в ап- Л
реле — 5, а в мае — 7 дней). Это обусловлено тем, что в д
рассматриваемый период лимитирующих факторов, связанных :
с сухостью, практически нет, а смена стексов объясняется лишь 1
нарастанием температуры и выпадением осадков.
Летом бывает довольно сложная ситуация. В первую оче- ;
редь это связано с тем, что растительность рассматриваемых ?
фаций имеет переходный между лугами и степями характер. J
Она чутко реагирует на изменения внешней среды и попадает |
то в степной, то. в луговой тип смены стексов. Обычно в июне
преобладают летние макротермальные гумидные стексы услож- 4
нения структуры, но встречаются и весенние, мезотермальные 5
гумидные стексы стабилизации структуры. При этом роль се- ?
миаридных стексов относительно низка. В июле — августе наи-
большую роль играют стексы стабилизации летней структуры, j
причем если в июле количество семиаридных и гумидных сте-1
ксов приблизительно одинаково, то в августе семиаридные на-
чикают преобладать. Кроме того, к ним прибавляются семиарид- «
ные стексы упрощения структуры. Макротермальные гумидные л
стексы упрощения более характерны для июля, чем для других 7
месяцев летнего периода.
Осенние состояния менее контрастны, чем зимние и летние, i
Естественно, что преобладают мезо-микротерм а льные гумидные =
стексы упрощения структуры. Стексы осеннего усложнения •
структуры наступают в разное время, что обусловлено комплек- ..
сом'факторов, но большей частью — благоприятным сочетанием 7
тепла и влаги, а также предыдущей динамикой состояний ис- <
следуемых фаций.
Смены состояний ПТК и понятие этоцикла
*
Сопоставление графиков- динамики стексов с динамикой
геомасс и значениями отдельных процессов функционирования- '
показывает, что в разное' время года смена состояний опре- <
делается различными факторами. Зимой и весной смена стексов .
более всего связана с состоянием аэромасс, обусловленных раз- J
личной температурой. Роль их геомасс в динамике, стексов в :
остальные периоды года менее значительна. Гидромассы в J
почве и их количество наибольшую роль играют летом. Хотя -
108
к?..
| осенью может наблюдаться некоторый недостаток влаги, он
I столь существенно не влияет на функционирование ПТК, как
г летом. Количество фитомассы и темпы ее прироста как инди-
каторы стексов имеют особенное значение- в весенне-летний
• период. Осадки наиболее существенны зимой и летом. В холод-
ное время года они вызывают смену стексов, обусловленную
; появлением нивальных стексов и последующим установлением
снежного покрова, а летом с ними связаны не только дождли-
f вые, но и гумидные и семиаридные стексы.
Итак, смена стексов определяется рядом факторов.
.Иногда их так много, что трудно выяснить, какие из них глав-
ные, а какие второстепенные, поэтому часто создается впечат-
ление, что смена стексов имеет вероятностный (стохастический)
характер. Изучение этих смен ещё более осложняется тем, что
они связаны не только с внешними, но и с внутренними фак-
торами, в том числе и с жизненным циклом фитомассы. Вну-
тренние факторы обусловливают необходимость некоторой го-
товности ПТК для смены одного состояния другим. Так, напри-
мер,- в отдельные зимние дни температура воздуха может под-
няться на Марткопском стационаре до 10—15°, тем не менее
очень, прохладный влажный и бесснежный стеке зимней стаби-
лизации структуры не сменится стексом создания весенней
структуры, так как ПТК еще не готов для этой смены. В то
же. время весной и при менее благоприятных условиях смена
эта все же произойдет: начнется активная вегетация, интен-
сивный фотосинтез и транспирация. Подобная готовность свя-
• зана с жизненным циклом («цикличным режимом», по терми-
нологии -биоритме логов) биогенного компонента.
Аналогичная готовность может быть и в абиогенном компо-
ненте. Например, для схода лавины необходимо как накопле-
ние на склоне критической массы снега, так и формирование
определенной структуры снежного покрова. Только при наличии
комплекса этих условий снег не может удерживаться на склоне.
На основе анализа, переходов одних состояний в другие
можно выделить определенные траектории смен состояний ПТК.
- В самом общем плане различаются три типа траекторий:
1) нормальные, при которых происходит тривиальная смена
стексов, не приводящая к существенным изменениям самого
ПТК;
. 2) необычные, при которых появляются редко встречаю-
щиеся или же малохарактерные для данного ПТК состояния
и переходы, однако' они не приводят к разрушению или смене
существующего ПТК;
3) критические, приводящие к тому состоянию ПТК, после
которого либо изменяется, либо полностью уничтожается дан-
ный ПТ1< (обвалы, оползни, селевые потоки и т, п.).
В этой работе рассматривается лишь первый тип траекто-
рий, так как для изучения других типов необходимы либо очень
длительные наблюдения, либо активный эксперимент в природе,
что на современном этапе исследований пока невозможно.
109
Среди первого типа траекторий наиболее часто встречаются,
обусловленные изменениями гидрометеорологических условий и j
особенностями жизненного цикла растений.
Первая траектория связана с изменением термических уело-
вий на фоне постоянной влажности. При этом одни стексы
сменяются другими, отличающимися термическими условиями.
Например, в нижнегорно-лесных постоянно влажных субтропи-
ческих колхидских ландшафтах очень прохладные влажные
стексы сменяются прохладными влажными, затем умеренно
теплыми и теплыми влажными. Все это происходит на фоне
постепенной трансформации зимней структуры в летнюю. При
этом стексы различаются лишь термическими: условиями, а не
условиями увлажнения. Естественно назвать эту траекторию
термальной.
Вторая траектория, связанная с изменением увлажнения, ,
заключается в переходе от гумидных стексов к семиаридным ,
(аридным), и (или) наоборот. Подобные траектории наблю- :
даются обычно в засушливых степных, полупустынных и пу-
стыдных ландшафтах, поэтому их целесообразнее называть j
аридными.
Нивальные траектории приурочены обычно к зиме. Они
связаны с»выпадением снега, последующим установлением и
разрушением снежного покрова. Для этой траектории харак-
терны только морозные и очень прохладные нивальные состоя-
ния.
В «чистом» виде все эти траектории наблюдаются весьма
редко. Значительно чаще встречаются смешанные траектории, '
при которых увеличение термальности сопровождается измене-' ••
нием аридности, и наоборот.
Однако, по правилу лимитирующего фактора Либиха (Одум,
1975), в обособлении траекторий важен лишь один из этих
факторов. Например, в полупустынных ландшафтах в весенне-
летний период основное значение имеет не возрастание тепла,
а изменение условий увлажнения. Анализ подобных факторов
позволяет более уверенно классифицировать ту или иную траек-
торию как либо термальную, либо аридную.
Отдельные траектории смен стексов ПТК, соединяясь друг
с другом под воздействием сезонной ритмики, образуют в тече-
ние года замкнутые циклы. Для обозначения набора траекто-
рий и переходов из одних состояний в другие, приводящих к
закономерной цикличной смене стексов в течение года, у эко-
логов можно позаимствовать термин этоцикл (Chauvin, 1967).
Анализ этоциклов
Анализ схемы, изображенной на рис. 48, показывает, что
существуют определенные привилегированные типы переходов.
К ним относятся, например, переход стекса 2G в 4G|,
5G 4; 3G| и затем возвращение в исходную ситуацию со
стексом 2G. На эту генеральную линию накладываются опре-
НО
Рис. 48. Этоцикл фаций ПСЛ
Стексы: 1—криотермальный нивальный, 2 — криотермальный гумидный,
3 —«ивальный с выпадением снега, 4 — нанотермальный нивальный, 5 —
нанотермальный гумидный, 6 — плювиальный, 7 — создания структуры, 8—
усложнение структуры, 9 — стабилизации структуры, 10 — упрощения
структуры, 11 — разрушения структуры
деленные тактические особенности — переходы в дождливые
стексы $ та довольно сложная схема переходов зимних состоя-
ний, которая может характеризоваться многократной, повтор-
ностью циклов типа в течение холодного вре-
мени года.
Однако схема, приведенная на рис. 48, показывает лишь
наиболее общие особенности переходов одних стексов в другие.
Рассмотрим распределение стексов и порядок их смен в кон-
кретной ситуации, например в 1972 г.
На рис. 49 типы стексов 1 показаны в виде секторов в преде-
лах фигур крупных групп стексов. Числа внутри этих секторов
дают представление о количестве стексов в течение года. Числа
у стрелок показывают суммарное количество перехода одного
стекса в другой (или самого в себя). Анализ схемы показывает
сложность этоцикла и большое количество возможных пере-
ходов.
Для зимы характерно несколько основных траекторий смен.
Из них наиболее часто встречаются переход нивального стекса
в криотермально-нивальныи— 17 случаев и обратный переход —
13 случаев. Кроме того, наблюдается большое количество пере-
ходов одних стексов в другие и самих, в себя.
В теплый период года характер этоцикла осложняется в
основном дождливыми стексами. Именно с ними связано наи-
большее число переходов. В тоже время в большинстве слу-
чаев переходы, обусловленные изменением структуры, наблю-
1 Классификацию стексов см. в гл. III.
1Н 2Н
Рис. 49. Этоцикл фаций ПСЛ в 1972 г.
Цифры у стрелок показывают количество переходов из одного состояния в
другое (Индексы стексов см. в табл. 7.)
даются лишь один,'в лучшем случае два раза (например, из
гумидных летних стексов стабилизации в еемиаридные). Как
показали исследования; в отдельные годы из-за частой смены
гумидных и семиаридных условий количество переходов может
возрасти до пяти-шести. В то же время между стексами, при
которых изменяется структура, вообще нет переходов. Таким
образом, очевиден парадокс, заключающийся в том, что наи-
более, важные переходы реже всего встречаются в течение года,
а переходы, связанные^ плювиальными и нивальными стексами,
особенно часты.
Анализ графиков этоциклов для других лет показал, что,
несмотря на разнообразие и большое количество различных
типов переходов зимой, практически все они наблюдаются в
течений одного года, и, чтобы получить представление о зимней
смене состояний фаций, достаточно проанализировать соответ-
ствующие данные за один год. Однако в теплое время года пе-
реходы по характеру могут существенно отличаться друг от
Друга.
Не только некоторые связи, но и отдельные стексы могут
выпадать из этоцикла. Так, например, в 1972 г. не наблюдался
семиаридный стеке упрощения летней структуры и гумидный
стеке упрощения структуры. Кроме того, в одни годы тип это-
цикла сравнительно прост (например, 1976 г;), а в другие —
очень сложен (например, 1975 г.).
Анализ графиков этоциклов выявляет для исследуемых ПТК
основные «правила» переходов одних стексов в другие. Их зна- т
112
и wwmijimmm;Liuiiaiiши n
Нелить, в какие стексы может и в какие не
едуемое состояние, что очень важно для
1кп стексов.
лиз этоциклов фаций пологих склонов- с
льностью показал, что в каждом этоцикле
е обязательная и возможная части. Обяза-
авлена стексами, совершенно необходимыми
нкционирования и развития ПТК. Они дол-
ждый год, и поэтому с ними связаны обя-
одних состояний в другие. Стексы, которые
шея, либо не встречаться в том или ином
собой как бы возможную резервную часть
стексами связаны определенные переходы
| одних стексов в другие. Например, в фациях пологих скло-
ку нов с лугостепной растительностью стексы создания, усложне-
| ния; стабилизации и упрощения структуры, а также дождли-
| вые стексы являются обязательными, так как без них невоз-
| - можно нормальное функционирование этих. ПТК.. В то же время
| стексы разрушения структуры наблюдаются далеко не каждый
| год и отнюдь не являются обязательными. На протяжении мно-
t гих лет они могут постепенно переходить в зимние стексы.
I/ В горах'довольно часты стексы, связанные с обвалами,
р оползнями, селевыми потоками- и т. д. В окрестностях Март-
Iе- конского стационара они приводят к разрушению ПТК крутых
склонов с субальпийскими лугами или кустарниками. Чаще
всего та|Кие стексы не входят в этоцикл ПТК, а относятся ско-
рее к бЬлее глобальным стадиям формирования ландшафтов
на данной территории. Поэтому подобные суточные состояния
и связанные с ними необычные переходы из одних стексов в
другие, будучи специфичными явлениями, не относятся к дан-
ному этоциклу. В то же время встречается ряд ПТК, например
| фации скальных склонов в Тетри-Клде, днища долин, подвер-
I женных периодическим селевым потокам, где подобные «раз-
рушительные» для других ПТК. процессы являются нормальными
| и даже обязательными.
| Если сравнить этоцикл фаций пологих склонов с' лугостев-
г ной растительностью, с этоциклом фаций крутых склонов с
I субальпийскими лугами, то можно обнаружить, что в этих двух
у'' совершенно различных ПТК наблюдаются близкие по характе-
I ру траектории этоцнкла (например, нивальные стексы и траек-
| тории) и отрезки этоцикла, сильно отличающиеся друг от друга
f; как набором стексов, так и характером смен суточных состоя-
I ний ПТК (термально-аридная траектория в фациях с луго-
I степной растительностью и термальная — в фациях с. субаль-
| пийскими лугами). В связи, с этим надо различать специфичные,
у характерные для данного ПТК, и неспецнфичные, общие для
ф многих ПТК, траектории этоцикла.
о. В ландшафтах умеренной и частично субтропической зоны
р неспецифичные траектории этоцикла чаще всего наблюдаются
!у зимой, когда характерные именно для данного ПТК черты ос-
Ь 5—1952. ИЗ
лаблены из-за мощного и, что самое главное, неблагоприятного
и поэтому нивелирующего воздействия на него'внешней среды1.
В теплые и достаточно влажные периоды условия внешней
среды, напротив, весьма благоприятны для биогенного компо-
нента, и это способствует выявлению специфичных именно для
данного ПТК состояний и траекторий этоциклов.
Специфичные и неспецифичные траектории переходов одних
состояний в другие наталкивают на мысль о необходимости
выделения в течение года периодов наибольшей выраженности
свойств ПТК, когда наблюдаются как наиболее специфичные
стексы, так и специфичные траектории этоциклов. Анализ это-
циклов других ПТК показал, что в большинстве ландшафтов
Кавказа специфичные траектории этоцикла и характерные имен-
но для данного ПТК стексы наблюдаются летом. Исключение
представляют некоторые семиаридные и аридные ландшафты
(в Основном с эфемерной растительностью), где этот период
сдвинут на весну или осень.
Сравнение этоциклов разных лет показывает, что этоцикл
следует рассматривать' не как одну траекторию, а как их пу-
чок, в котором траектории «одного года могут существенно от-
личаться от траекторий другого. Поэтому, рассматривая сред-
немноголетний этоцикл, скорее всего следует иметь в виду
некоторую общую канву, канализированную траекторию, в ко-
торой одни суточные состояния сменяются другими. Таким об-
разом, этоцикл — это не просто цикл, смена состояний, повто-
ряющихся однозначно и регулярно каждый год, а набор как
обязательных, так и всех возможных траекторий.
Сравнительный анализ динамики стексов в различных ПТК
Анализ графика, изображенного на рис. 50, позволяет сде-
лать интересные выводы.
Хорошо выделяются две группы стексов. К первой отно-
сятся плювиальные и нивальные состояния, которые встреча-
ются во. всех ПТК почти одновременно и как бы пронизывают
динамику всех ПТК данного ландшафта.. Во вторую группу
входят стексы, которые имеют разную встречаемость и продол-
жительность в разных ПТК. К ним в основном относятся суточ-
ные состояния ПТК, обусловленные изменением структуры
(стексы создания, упрощения, стабилизации и т. д. структуры).
Растительный покров с большой биомассой может влиять на
продолжительность отдельных стексов. Например, в фациях с
лесными дериватами и шибляком наиболее продолжительны
крио- и нанотермальные стексы. Наряду с факторами, связан-
ными с местоположением в рельефе, это объясняется еще и тем,
что древесная и кустарниковая растительность уменьшает ин-
тенсивность таяния снега, а также мешает его выдуванию ве-
5 Исключение, как отмечалось, составляют ПТК, аналогичные эрозионно*
денудационному цирку Тетри-Клде.
114
чц ямщитаяэт ir" w.: «Hmroww^eawtse
трем. В то же время летом в фациях, лощин с лесными дерива-
тами наиболее продолжительны, макротерм альные гумидные
стексы, что опять же объясняется воздействием растительности,
кроны которой, ограничивая доступ суммарной радиации к по-
верхности почвы, способствуют понижению интенсивности физи-
ческого испарения. В результате, продолжительность семиарид-
ных стексов сильно сокращается (в отдельные годы их и вовсе
не. бывает) и длительность летних гумидных стексов стабили-
зации. структуры резко возрастает.
Все ПТК в окрестностях Марткопского стационара имеют
семйаридные стексы. Однако продолжительность их по фациям
существенно различается. Так, в фациях пригребневых склонов
с фриганами в теплое время года они доминируют, а в фациях
лощин с лесными дериватами, они встречаются, как отмечалось,
лишь .в отдельные годы. Остальные ПТК по продолжительности
этих состояний, занимают промежуточное положение. Наличие
семиаридных стексов в столь разных по характеру вертикальной
структуры фациях указывает на правомерность отношения этих
фаций к одному типу предгорно-степных семиаридных ланд-
шафтов.
Следовательно, по продолжительности и набору состояний
можно .контролировать выделение по физиономическим призна-
кам типов, родов и видов ландшафтов и уточнять их класси-
фикацию.
Анализ динамики стексов различных ПТК (рис. 50) подт-
верждает правильность выдвинутых гипотез.
I. Стеке—структура. Близкие по вертикальной структуре
ПТК различаются не набором состояний, а их продолжитель-
ностью или характером смены.
Сравнение данных по динамике стексов фаций пологих скло-
нов. с лугостепями, склонов средней крутизны с бородаНовыми
степями и террас с лугами, вертикальные структуры которых б
летние стексы ее стабилизации близки, показывает, что у всех
этих фаций один и тот же набор стексов. Однако продолжи-
тельность и последовательность смены стексов весьма сильно
отличаются от фации к фации.' Например, продолжительность
семиаридных стексов в степных фациях намного больше, а
криотермально-нивальных состояний — меньше, чем в фациях
террас с лугами. За стексом упрощения структуры влажным,
теплым, и жарким в степных фациях может следовать стеке
усложнения структуры семиаридный теплый и жаркий, а в фа-
циях террас с лугами обычно следуют стексы упрощения струк-
туры теплые и влажные и т. п.
Та же закономерность выявляется при сравнении другой груп-
пы. ПТК— фаций лощйн с шнбляком и лощин с лесными дери-
ватами. Следовательно, выдвинутая гипотеза правомерна. Она
имеет очень большое практическое значение, ибо позволяет
решить проблему пространственной развертки (интерполяции и
экстраполяции) стационарных данных, т. е. изучать стексы не
во всех ПТК, а только в некоторых и далее манипулировать не
5*
10
15
iW]2N'GH16EH!2H
17 ^^2.3G 18 |>»:%|3.2G| 19l i |p| 20
21
а ё *> © И #
а п с ®’л 1
* € • « К С|
С С С а. ]л .
Л
гявнмааш
rh
л
о
VIII
XII
О
О
О
О
О
uua
IX
%Zo_o о
bj iA
_о ос о
о о о о
о. о о о
О о о
о о о с
•- о о
о о
о с
о о
„0^0
о
' ®лОлО о
о о о о
о о о о
0.0 О
о оле о
Рис. 50. Динамика стексов в различных ПТК Марткопского физико-географи-
ческого стационара в 1973—1976 гг.
Природно-территориальные комплексы: ПС Л — фации пологих склонов с лу-
гостепнои растительностью, ТЛ — фации террас с луговой растительностью,
СБС — фации склонов средней крутизны с бородачовыми степями, ФР — фа-
ции пригребневых склонов с фриганой, ЛШ — фации лощин с шибляком, ЛД—
фации лощин с лесными дереватами. Стексы: 1— создания структуры, про-
хладный, влажный, весенний; 2—усложнения структуры, умеренно теплый,
влажный, весенний; 3— стабилизации структуры, теплый и жаркий, влаж-
ный, летний; 4—усложнения структуры, теплый, влажный, летний;’б — ста-
значениями параметров, а лишь данными динамики этих состоя-
ний. Например, для описания динамики фитомассы необходимо
будет ее изучить лишь в фациях лугостепи, а в фациях с
луговой и степной растительностью достаточно лишь определить
продолжительность стексов и данные, полученные для анало-
гичных стексов в фациях лугостепи,,умножить на продолжи-
тельность этих стексов в фациях с луговой и степной расти-
тельностью.
2. Стеке—сезон. В отдельные сезоны года разные ПТК на-
ходятся в однородных стексах. На рис. 50 хорошо видно, что
разные фации находятся в одних и тех же типах - стексов.
Следовательно, остается лишь доказать принадлежность этих
стексов одному роду. Для этого достаточно выявить у них
одинаковую вертикальную структуру. В результате анализа уда-,
лось установить, что, например, в морозно-снежные стексы все
ПТК с травянистой растительностью в принципе имеют одну
и ту же вертикальную структуру и, значит, находятся в одном
стексе. Большую часть года близкие структуры и стексы имеют
фации пологих склонов с лугостепями и террасы с лугами
и т. п. Итак, справедливость выдвинутой гипотезы очевидна.
Выявленная закономерность позволяет экстраполировать дан-
ные стексов, исследованных в одних ПТК, на. другие.
Математическое моделирование динамики ПТК.
Проверка полученных данных и решение обратной задачи
/
В естественных науках правильность теоретических поло-
жений- и экспериментальных данных доказывается либо пов-
торным экспериментом, при котором получаются те же дан-
ные, что и в предыдущем опыте, либо совпадением прогнози-;
руемых данных' с реально измеренными, либо решением так
называемой обратной задачи. В этой работе для доказательства -
выдвинутых положений выбран последний путь, т. е. решение
обратной задачи. Многочисленные повторные измерения на
Марткопском стационаре неизменно приводили к полученным
билизации структуры, теплый и жаркий, семиаридный, летний; 6 — упрощения '
структуры, теплый и жаркий, влажный, летний; 7 —упрощения структуры,
теплый и жаркий, семиаридный, летний; 8 — усложнения структуры, теплый -
и жаркий, семиаридный, летний; 9—-упрощения структуры, прохладный,
влажный, осенний; 10 —упрощения структуры, прохладный, семиаридный,
осенний; 11 — усложнения структуры, прохладный, влажный, осенний; 12 — ,:
стабилизации структуры, прохладный, влажный, осенний; 13 — стабилизации
структуры, прохладный, семиаридный, осенний; 14 — морозно-снежный, зим-,
ний; 15—•морозный, влажный (бесснежный), зимний; 16 — разрушения
структуры,.очень прохладный, влажный и снежный, осенний; 17—очень про-
хладный, снежный; 18 — очень прохладный и прохладный, влажный, зимний,
стабилизации структуры; 19 — упрощения структуры (в лесах' и шибляке),
прохладный и очень прохладный, осенний; 20.— плювиальный (дождливый);
21 — нивальный (с идущим снегом)
ранее результатам.. Проверка предлагаемой,концепции кратко-
срочного прогноза также дала положительные результаты (Бе-
ручашвили, 1973).
Суть этой задачи в нашем случае заключается в том, чтобы
создать «работающие» модели состояний ПТК, позволяющие не
только описать, но и с достаточной точностью показать дина-
мику отдельных параметров ПТК во времени. При этом обрат-
ная задача будет считаться решенной,. если при известной
смене стексов удастся рассчитать значения и изменения пара-
метров ПТК в любой расчетный промежуток времени, т. е. если
будет доказана первая гипотеза «стеке — параметр».
Эффективность подхода, основанного на решении обратной,
задачи, можно оценить путем сравнения расчетных данных с
реально измеренными. Предлагаемый подход, основанный на
концепции пространственно-временного анализа и синтеза ПТК,
'будет считаться эффективным, если расхождения будут меньше,
чем при использовании других подходов.
Различные подходы в математическом моделировании дина-
мики ПТК и исследования на Марткопском стационаре. Выде-
ляют два основных подхода к моделированию (Яер пин, Чуд-
новский, 1975): 1) физический, предполагающий построение
всесторонней картины протекающих jb ПТК процессов и бази-
рующийся на знании механизма этих процессов и физических
закономерностей. Этот подход применяется в гидрометеороло-
гических и агроклиматологических исследованиях, однако для
•моделировафя таких сложных образований, как ПТК и его
состояния, он пока недоступен; 2) эвристический подход, осно-
ванный на полном отказе от рассмотрения сущности изучаемых
явлений и базирующийся на эмпирических связях, которые уста-
навливаются на основе либо наблюдений и логических обобще-
ний, либо статистической обработки обширного материала. Этот
подход получил более широкое применение в экологии и ланд-
шафтоведении как у нас в стране, так и за рубежом.
В настоящее время довольно часто применяется комбини-
рованный подход, занимающий промежуточное положение между
чисто физическим и чисто эмпирическим. Он был использован
при изучении энергомассбобмена в системе «растение — почва —
воздух» (там же).
Математическому моделированию динамики ПТК на Март-
копском стационаре посвящено большое количество публика-
ций. С самого начала оно рассматривалось как моделирование
стексов и их динамики. Данные наблюдений были представле-
ны в виде ежедневных1 (см. табл. 12, столбец F) и более де-
тальных ординационных (столбец Ф), во время которых изу-
чалась, вертикальная структура по наземным (1,2, ..., N) и под-
земным горизонтам (А7-Ь1, Аг-|-2, А-+Л1). При моделирова-
нии динамики стексов за расчетный период (£расч.) необходимы
сведения о высоте и мощности геогоризонтов Ф1,1, фитомассы
Ф2М влажности почвы Фэ, лг-ьь а также предполагаемые значе-
ния относительно независимых от структуры фаций параме-
Таблица 13. Математическая модель макротермального
гумидного стекса стабилизации структуры
тров— суммарной радиации Q, осадков W и температуры Т за
расчетный период tp&c4. (Беручашвили и др., 1973).
Было принято, что для конкретных t эти параметры, а также
изменения количества фитомассы F2 и количества геогоризон-
тов (за 10 дней) определяют тип стекса. Так, микротермаль-
ный гумидный стеке со стабилизированной структурой описыва-
ется (табл. 13) уравнениями (1) — (20), выведенными по экспе-
риментальным данным.
В окончательном виде модель динамики стексов описыва-
лась следующим алгоритмом (там же):
1. Ввод массивов F и Ф за период t.
2. Ввод массивов Q, Т, W за период t2, /Расч.
3. Ввод процедур стексов.
' 4. Ввод номера начального стекса п.
5./=1. -
6. Считать ФЬг, Ф2,ь Фз,к-н за период t— 1.
7; Считать Q, Т, W за период /Расч.
8. Определить номер очередного стекса п.
9. Рассчитать стеке с номером п.
10. /=f+l, еСЛИ /=/расч.
11. Вывод массивов F и Ф за период /раСч.
12. Конец.
Этот алгоритм^был использован для программирования на
ЭВМ. «Мир-2». При помощи спецпрограмм проводились экспе-
рименты и предсказывались изменения структуры и функциони-
рования фаций (Беручашвили, 1973).
Следующий этап — автоматизация получения зависимостей
между параметрами, характеризующими состояния структуры
и функционирования фаций (Беручашвили и др., 1973). Для
этого на Марткопском стационаре была разработана програм-
ма, позволяющая по данным наблюдений выявлять закономер-
ности между параметрами.
Для реализации программ необходимы массивы Г[1:М
Г: А] и 2[1 : 7И, 1: N— 1], где М — число параметров, L — число
6—1952 12Г
JG
%
дней. Первый массив Т описывает экспериментальные данные,
характеризующие состояния структуры и функционирования.
Массив Z, составленный на основе общих закономерностей
структуры и функционирования фации, кроме зависимости по-
казывает, между какими параметрами надо искать связь (N —
число параметров). По этим массивам автоматически определя-
лись коэффициенты а0, ...» cln-i в уравнениях вида:
я
&
я
В-.-
it
»с.
|Ш:-.
1£
<•
'я
где у — параметр, порядковый номер (N) которого соответствует
размеру строки в матрице Z, a Х2, ...» Xx-i— параметры, по-
рядковые номера которых находятся в строке М. В результате
были составлены уравнения регрессии, показывающие зависи-
мость между отдельными параметрами.
Сравнение 'расчетных данных, с экспериментальными пока-
зало, что при общем совпадении многих параметров иногда наб-
людаются значительные расхождения, поэтому в итоге матема-
тические модели стексов составлялись следующим образом
(Беручашрили,. 1973, 1974): 1) при помощи программы для
ЭВМ определялись зависимости между отдельными парамет-
рами; 2) из них исключались параметры, отражающие качест-
венные отличия стексов; 3) зависимости между параметрами,,
не отвечающие требуемой точности и связанные с нелиней-
ностью, заменялись зависимостями более сложного вида, под-
считанными по эмпирическим или теоретическим данным;
4) добавлялись некоторые важные параметры, которые не из-
меряются ежедневно (например, влажность почвы); 5) исклю-
чались зависимости, полученные на ЭВМ и связанные с. инфор-
мационным шумом, как-то: параметры, ненужные для данного
стекса, не зависящие от него и рассчитывающиеся по общим
формулам.
Для проверки моделей, полученных по заданным начальным
значениям структуры и функционирования ПТК и ежедневным
Значениям суммарной радиации, осадков и температуры воз-
духа, в течение расчетного конкретного периода определялись
изменения отдельных параметров состояний ПТК. .
В качестве примера см. табл. 14. Анализ приведенных в ней
данных показывает хорошее и удовлетворительное совпадение
между, ними. Исключение составляет фитомасса, что обусловле-
но особенностями методики Марткопского стационара, при ко-
торой ежедневные данные укосов фитомассы из-за небольшого
количества проб статистически нерепрезентативны. При этом
для некоторых стексов совпадение лучше, а для других — хуже.
Это объясняется либо количеством экспериментальных данных,
положенных в основу модели, либо особенностями самих стек-'
сов. Ведь для одних состояний характерны относительно ста-
бильные параметры, а для других, напротив, быстро меняю-
щиеся во времени (например, дождь, снег в плювиальные стексы).
При помощи этих моделей было произведено большое коли-
122,
1
:£
.а,
."4
л
3
3
я
V!
'JJ
"У
.F
-У
1
I
1
л
£
:-Я
1
*
4
Л*
ч
S
I
J
3
<й
1
Ji
1
.ь
.VS
Таблица 14. Сравнение измеренных и рассчитанных данных
для первых дней (пентад) ноября 1972 г.
чество экспериментов на ЭВМ (Бер'учашвили, 1973; Беру чаш-
ей ли, Спектор, 1973).
Концептуальный подход к моделированию состояний ПТК.
Дальнейшие исследования по математическому моделированию
состояний ПТК -показали, что составление эмпирических фор-
мул и другие классические методы математического моделиро-
вания не всегда дают положительные результаты.
В связи с этим была применена общая теория концептуаль-
ных систем (ОТКС), разработанная академиком В. В. Чав-
чанидзе (1973, 1975, 1976), поскольку «все науки, все то, что
изучается, исследуется или наблюдается человеком, какими бы
сложными или многофакторными они ни были, должны под-
пасть под «юрисдикцию» того языка, на котором мыслит чело-
век об этих объектах. Язык этот понятийный» (Чавчанидзе„
1976, с. 3). Эта теория позволяет описать ПТК и его состоя-
ния в концептах, т. е. вычислимых понятиях. Концепт в ОТКС —
это формально-логическое или символьно-логическое описание
некоторого понятия. Например, аналитически концепт ланд-
шафта может быть представлен в виде:
где Т (IF)—функционал, значения которого зависят от тех
значений, которые принимают характеризующие его признаки
1, 2, 3, ..., п), т. е. рельеф, горные породы, климат, и т! д.
Каждый-признак представляется вектор-столбцом, содержащим
число элементов, равное числу признаков данного типа. В об-
щем случае признаковую систему Р& Р можно предста-
вить в виде матрицы, в которой число столбцов определяется
наибольшим числом признаков данной системы. В нашей сов-
местной с К. С. Квинизидзе и В. В. Чавчанидзе работе (1976)
дана матрица признаковой системы ландшафтов Грузии.
. При составлении концептов состояний ПТК методы общей
теории концептуальных систем были несколько •трансформиро-
ваны в связи с конкретными задачами и в значительной сте-
пени упрощены. Все признаки, характеризующие ПТК и их со-
стояния, были разбиты на четыре основные группы.
1. Константные и квазиконстантные характеристики ПТК —
признаки, имеющие большое характерное время и остающиеся
неизменными в течение многих лет. К ним относятся физико-
географические и некоторые ландшафтно-геофизические харак-
теристики, среднемесячные и среднегодовые показатели, тип
смены состояний и др.
2. Стексовые константы — признаки, меняющиеся в течение
года, но остающиеся постоянными или близкими к ним в пре-
делах определенного стекса. Это набор геомасс и геогоризон-
тбв (Беручашвили, 1976), альбедо, проективное покрытие, ли-
стовой индекс и т. п.
3. ' Стексовые переменные — признаки, характеризующие функ-
ционирование ПТК и изменяющиеся изо дня в день в пределах
определенного типа стекса. К ним относятся параметры транс-
124
Таблица 15. Интервалы значений базовых признаков
3 22 0 600 10 500 250 7 & 10 10 10 5
- 8 ,15 Cl mm H 500 15 400 200 5 7 7' 7 4 11
10 10 >1 mm H 400 17 300 '150 4 5 5 5 3 ш
5 <1 mm D 300 19 200 100 3 4 4 4 2 IV
0 >1 mm D 200 21 150 75 2 ‘ 3 3 3 1 V
—5 3 h 100 25 100 50 1 2 2 9 0,5 VI
—10 6—9/z 50 30 50 25 0,5 1 1 1 0,25 VIF
— 9— 12/i 25 50 25 0 0 0 0 0 0,10 VIII
12—24/t 0 100 0 —0,5 — 1 —1 — 1 0 IX
—25 - 1 о —2 —0,10
—50 *~~2 —3 —3 —3 —0,25 XI
- —100 —3 “4 —4 —4 —0,5 хп
—4 —5 —5 -5 —1
—5 —7 —7 —7 —2
—7 —3
ОБЛ ТЕМ осд- РАД АЛБ РБЛ ЗТИ ТФЗ ТФВ ТФП ТФК ВПТ ВРМ
ОБЛ— облачность (в баллах); ТЕМ — температура воздуха (в °C); ОСД — осадки
(в мм, Л — продолжительность в. часах, Н — ночью, Д — днем); РАД — суммарная ради-
ация (в кал/см2 в сутки); АЛБ — альбедо (в %); РБЛ — радиационный баланс (в
кал/см2 в сутки); ЗТИ — затраты тепла на испарение (в кал/см2 в сутки); ТФЗ — темпы
изменения фитомассы зеленой фракции (в г/м2 в сутки); ТФВ — ветоши (или ТФМ морт-
массы); ТФП — подстилки; ТФК — корней; . ВПТ — темпы изменения влажности почвы
(в % за сутки); ВРМ — время (в месяцах).
формации солнечной энергии, влагоо-борота, биогеоцикла, изме-
нения температуры и влажности и т. п.
4. Параметры, определяющие вертикальную структуру ПТК
и распространение отдельных геомасс и-процессов функциони-
рования по геогоризонтам. В эту обширную группу входят мно-
гочисленные признаки, относящиеся ко всем предыдущим трем
группам* но характеризующие не весь ПТК, а его структурные
подразделения — геогоризонты.
Анализ этих групп признаков показал, что при моделиро-
вании стексов необходимо учитывать, с одной стороны, констан-
ты, этих состояний, которые могут быть представлены либо1 в
виде неизменяющихся коэффициентов, либо в виде темпов или
других характеристик, и, с другой — параметры функциониро-
вания, меняющиеся быстрее стексов.
При составлении концептов состояний ПТК по методике
ОТКС в первую очередь было выделено базовое -множество
признаков. В это множество вошли относительно легко изме-
ряемые и в то же время универсальные признаки, позволяющие
К характеризовать все состояния без исключения. К ним отно-
| сятся: среднесуточная температура воздуха, облачность, осад-
| ки, в том числе время и характер их выпадения, суммарная
| радиация, радиационный баланс, затраты тепла на испарение,
Г альбедо, темпы изменения мортмассы, влажности почвы, фито-
| масса зеленой фракции, мортмасса, фитомасса корней, влаж~
| ность почвы, высота снежного покрова и порядковый номер дня,
I считая от начала года (табл. 15).
I Признаки, по которым выделялись стексы, — характер верти-
I калькой структуры -и набор геомасс, были признаны контроль»
| дыми и специально не включались в базовое множество свойств.
[ На втором этапе выработки концептов уточнялись значе-
!' -125
ния каждого признака (параметра) и для наиболее основных
состояний ПТК составлялась таблица признак — значение.
В этой таблице каждому признаку соответствует столбец, эле-
ментами которого ставятся его значения.
Затем по значениям признаков составляются бинарные урав-
нения, на основе которых выделяются интервалы. Результаты
исследований на Марткопском стационаре показали, что для
выработки концептов стексов более удобно производить раз-
бивку значений признаков непосредственно на интервалы по
экспертным оценкам. При этом число интервалов для каждого
признака было выбрано 24=16. Но здесь следует иметь в виду,
что разбивка на интервалы может быть равномерная и нерав-
номерная. Атрибуты присутствия или отсутствия того или иного
признака играют одинаково важную роль для выработки кон- ,
центов стексов. Например, в концептах зимних стексов как
наличие снегового покрова (Мп), так и его отсутствие (Нп)
несут нам одинаково важную информацию для того, чтобы оп-
ределить тип стекса.
Через полученные таким образом фильтры (базовые приз-
наки с интервалами) были пропущены для каждого стекса зна-
чения всех дней, наблюдавшихся в 1972—1976 гг. в доминант-
ной фации'Марткопского стационара. При этом значения каж-
дого дня заносились в соответствующие интервалы базовых
признаков и соединялись одной линией, которую в ОТКС при-
нято называть траекторией или, более точно, квазитраекторией
значений признаков объекта (рис. 51). •
В результате этой очень трудоемкой операции выяснилось,
что в каждом стексе выделяются определенные «пучки» одно-
типных траекторий, характеризующиеся близкими интервалами
значений признаков. Эти пучки можно назвать канализирован-
ными траекториями. Они представляют собой более дробные, -
чем стексы, суточные состояния, различающиеся количественно,
в основном по третьей группе признаков, т. е. по стексовым
переменным. Так как получилось большое количество канали-
зированных траекторий, они были разбиты как бы на две части,
соответствующие двум относительно независимым группам приз-
наков. В первую вошли среднечастотные параметры (темпы и
интервалы фитомассы и влажности почвы), а во вторую — все
остальные, изменяющиеся с большей частотой. Впоследствии
концепты состояний как бы лепились из двух траекторий — вы-
сокочастотной и среднечастотной.
На основе перечисленных выше базовых признаков можно
рассчитать еще около 100 параметров, измеряемых на Марткбп-
ском стационаре. Расчет этот ведется при помощи либо эмпи-
рических уравнений, показывающих зависимость между базо-
выми и другими параметрами, либо сравнительно простых
балансовых уравнений.
При достаточном навыке и большом опыте эксперименталь-
ных исследований концепты можно составлять на основе экс-
пертных оценок. При этом специалисты без графического ана-
126
РАД АЛБ РБД .ЗТИ
*
Рис. 51. Пример проведения траекторий через интервалы значений некоторых
базовых признаков (для нивальных стексов с идущим снегом)
t , РАДг—суммарная радиация (кал/см2/сут.), АЛБ — альбедо (%), РБЛ— ра-
диационный баланс (кал/см2/сут.), ЗТИ — затраты тепла на испарение
(кал/см2/сут.). Разными линиями показаны конкретные сутки
лиза траекторий сразу же выписывают интервалы значений
г признаков тех или иных состояний. Построение концептов вруч-
ную — очень кропотливая и трудоемкая процедура. Для ее
? облегчения Т. Канделаки и К. Демирханян разработали спе-
V циальную программу. Она была записана на «Фортран-IV» и
реализована на ЭВМ «ЕС-1022».
L При составлении концептов стексов есть несколько «опас-
ных поворотов», которые могут привести к существенным ошиб-
кам при моделировании состояний ПТК-
Во-первых, выбор базовых признаков может быть неопти-
мальным для моделирования стексов. На Марткопском стацио-
наре при проведении этой операции исходили из того, что
состояния можно описывать с достаточной степенью точности
6- по ландшафтно-геофизическим показателям. Базовые признаки
Г многократно проверялись, и их перечень все время уточнялся
| • путем как экспертных оценок специалистов, так и проверок
f результатов моделирования.
Во-вторых, определенные ошибки могут быть связаны с
Р- разбивкой значений признаков на интервалы. Так же как и в
127
it’:-.
I. - • 1
| предыдущем случае, эта операция повторялась несколько раз |
• и подыскивались те интервалы, которые, наиболее оптимальны |
г для моделирования стексов. В результате проверок данных мо- |
| делироваиия значение интервалов признаков многократно уточ- j
I нялось. . Л
I В-третьих, некоторые ошибки могут быть связаны с поряд- |
| ком расположения признаков в концептах стексов, ибо от на-
II, чальных признаков в значительной степени зависит объединение I
| в пучки остальных признаков. С самого начала на Марткоп- |
ском стационаре в ядро концептов ставились легко измеряемые |
L параметры (температура, осадки и т. д.), по которым имеются |
||^ данные гидрометеослужбы, что позволило бы на основе этих |
• . данных и концептов стексов находить остальные параметры, не |
измеряемые гидрометеослужбой. |
После проведения .этих операций можно приступить к про- |
j; верке полученных результатов путем решения обратной задачи, |
р суть которой в нашем конкретном случае заключается в прог- i
f нозе изменений отдельных параметров по концептам стексов и |
IL их динамики i
Решение обратной задачи в первую очередь проверялось |
на основе моделирования динамики фитомассы. - |
| Как известно, в. настоящее время «уже предложено 30 мате- 1
J матических моделей продукционного процесса. Однако числен-
| ных экспериментов на основе этих моделей проведено мало.
j. . Также недостаточно проанализирована чувствительность раз- |
| личных моделей к изменению отдельных параметров, мало срав- |
нений моделей между собой» (Росс, 1978, с. 70). Поскольку. |
I моделирование динамики фитомассы и продукционного про- |
i? цесса — весьма известные задачи, которые из-за крайней слож- . |
| ности еще довольно далеки от разрешения, концептуальный |
| подход проверялся именно на этом трудном случае. / |
| . Решение обратной задачи при моделировании динамики |
| фитомассы сводилось к определению изменения количества зе- |
I; леной фракции по количеству зеленой фракции фитомассы в на- |
| чале расчетного периода, динамике стексов в течение расчетного |
' времени, темпам изменений фитомассы2 в этих стексах. |
| ' Расчет динамики крайне прост: к значению фитомассы в |
I . срок t прибавляется (или из него вычитается) значение темпа |
L изменения фитомассы в срок £+1* Этот расчет может быть J
L произведен как вручную, так и при помощи специальной про- *
[ граммы, составленной для ЭВМ. . |
Результаты подобных расчетов для 1974 г. приведены на J
рис. 52, а для 1975 г. — на рис. 53. Как видно из этих графиков, |
\ совпадение между расчетными и реально измеренными величи- J
нами фитомассы хорошее. Расхождение никогда не превышает |
| 10%, а в большинстве случаев лежит в пределах 2—3%. Рас- |
хождение на конец года (при начале отсчета от 1 января) не |
1 Прямой (противоположной обратной) задачей можно считать ©пределе- |
ние состояний по значениям признаков. |
I 2 Изменение количества фитомассы за единицу времени (г/сутки). |
128 I
.! " J
Рис. 52, 53, 54, 55. Сравнение реальных (1) и расчетных
(2) данных по динамике фитомассы в фациях ПСЛ
Рис. 56. Сравнение реальных
(кружок) и расчетных (прямая)
значений суммарной радиации
(РАД) (кал/см2/сут.)
рбл -
хкал/смг
в сут.) _
300 -
200 -
100 ~
5 10 {сут.)
Рис. 57. Сравнение реальных
(кружок) и расчетных (прямая)
значений радиационного баланса
(РБЛ) (кал/см2/сут.)
АЛБ
(%) - .
I «"‘I1*
20 - i I I'S I $ J I 2 I
10-
10 (cyr.)
превышает 5%. Сравнение с мо-
делями динамики фитомассы,
разработанными Д. Гудалом
(Goodal, 1972), Ван Дайном
(Van Dyne, 1969, 1970) и другими
экологами, показывает, что пред-
ложенный подход дает более точ-
ные результаты. • .
Для мортмассы и в особенно-
сти фитомассы корней (рис. 54 и
55) расхождения несколько
большие. (3—5% и 5—10% соот-
ветственно). Это связано с тем,
что, во-первых, точность измере-
ния и расчета темпов изменений
этих фракций меньше, чем для
зеленой фитомассы, и соответст-
венно точность концептов стек-
сов меньше, и, во-вторых, дина-
мика корней значительно мень-
ше зависит от параметров, по ко-
торым выделяются стексы, чем
динамика зеленой фитомассы.
Весьма существенно еще и то,
что динамика корней часто бы-
вает обусловлена более долговре-
менными, чем стексы, состояния-
ми.
Обратную задачу можно ре-
шить и для других признаков,
характеризующих структуру и
функционирование ПТК (рис.
56—59). Анализ графиков, при-
веденных на рис. 56—59, пока-
зывает, что реальные (измерен-
ные) данные никогда не выходят
за пределы расчетных интерва-
лов, следовательно, обратную
задачу можно считать решенной
и гипотезу «стеке — параметр»
доказанной. Но поскольку интер-
вал значений параметров транс-
формации солнечной энергии
весьма широк, информативность
полученных данных не столь уж
Рис. 58. Сравнение
(кружок) и расчетных
значений альбедо (АЛБ)
велика.
Это досадное обстоятельства
связано с тем, что ядро концеп-
реальных г
(прямая) ' тов стексов составляют измеряе-
(%) мые на метеостанциях параметры:
130
облачность, температура и влаж-
ность, следовательно, они и оп-
ределяют параметры солнечной
энергии. Однако в актинометрии
давно известно, что связь между
облачностью и величиной солнеч-
ной радиации не столь уж тес-
ная, поэтому-то параметры транс-
формации солнечной энергии име-
ют столь широкие интервалы. В то
же время надо иметь в виду, что
погрешность определения солнеч-
ной радиации и альбедо состав-
Рис. 59. Сравнение реальных
{кружок) и расчетных {прямая)
значений затрат тепла на испаре-
ние (ЗТИ) (кал'/см2/сут.)
ляет 5—10%, радиационного баланса—10—20%, а параметров
теплового баланса, и в том числе затрат тепла на испарение,
еще больше — 20—30%. Точность значительно увеличится, если
в ядра концептов стексов ввести относительно узкие интервалы
суммарной радиации.
Результаты математического моделирования можно исполь-
зовать для доказательства второй гипотезы, согласно которой
близкие по вертикальной структуре ПТК различаются не набо-
ром состояний, а их продолжительностью или характером сме-
ны. Например, фации пологих склонов с лугостепной раститель-
ностью и фации террас с лугами имеют одни и те же стексы,
но эти состояния различаются продолжительностью. Если эта
гипотеза верна, то концепты стексов одних фаций (например,
с лугос^епной растительностью) можно использовать для мо-
делирования динамики параметров в других фациях (например,
с луговой растительностью). Необходимо лишь эти концепты
умножить на продолжительность стексов в фациях с луговой
растительностью.
Эта гипотеза проверялась путем решения обратной задачи
для моделирования динамики фитомассы в фациях склонов
средней крутизны с бородачовыми степями, террас с лугами
в предгорно-степных ландшафтах окрестностей Марткопского
стационара, а также склонов средней крутизны с субальпий-
скими лугами на хребте Ялно. Предполагалось, что темпы
изменения фитомассы в этих фациях те же, что и в близких к
ним по вертикальной структуре фациях пологих склонов с луго-
степной растительностью, но продолжительность стексов в рас-
сматриваемых ПТК различна. По этим исходным данным рас-
считывалась динамика фитомассы в перечисленных выше фа-
циях. Результаты, как видно на рис. 60—62, получились весьма
впечатляющие. Для фаций террас с лугами расхождения между
измеренными и рассчитанными данными составляли лишь 5—
10%, для склонов средней крутизны с бородачовыми степями —
10—15%, а для субальпийских лугов—10—20%.
Следовательно, вторую гипотезу тоже можно считать дока-
занной,. а концепты стексов одних фаций можно использовать
для моделирования динамики процессов в других, близких по
131
I
400
300
200
0/4$
500
-
I'
100
0
1974 г.
XI XII
Рис. 60. Сравнение реальных (пунктиром) и расчетных
(сплошной) данных по динамике зеленой фракции фИ'
томассы в фациях террас с луговой растительностью
(1974 г.)
Г
I
5.
Рис. 61. Сравнение реальных (пунктиром) и расчетных
(сплошной) данных по динамике зеленой фракции фи-
томассы в фациях склонов средней крутизны с.борода-
човыми степями (1974 г.)
Рис. 62. Сравнение реальных (пунктиром) и расчетных
(сплошной) данных по динамике зеленой фракции фи-
томассы в фациях склонов средней крутизны с субаль-
пийскими лугами (4974 г.)
характеру вертикальной структуры фациях. При этом необхо-
димо знать лишь динамику. стексов _в этих фациях.
. Отсюда следует важный методический вывод: детальные
исследования достаточно производить лишь в фациях, резко
отличающихся по характеру вертикальной:структуры; эти фа-
ции можно рассматривать как базовые ПТК. В близких же к
ним фациях динамику отдельных параметров можно рассчитать
по концептам состояний в базовых ПТК и характеру смены
состояний в исследуемых фациях.
Долгое время стационарные исследования, не имея широкого
практического применения, оставались как бы «вещью в себе».
Результаты этих исследований, касаясь конкретных фаций или
урочищ, в лучшем случае использовались для обоснования но-
вых подходов или новых методов исследования. Однако основ-
ная задача любых географических исследований — пространст-
венный анализ и синтез, несмотря на детальность изучения ди-
намики отдельных процессов и попытки связать воедино эти
• .параметры, не была решена, так как не удавалось произвести
пространственную развертку стационарных данных. Видимо,
именно в этом кроется главная причина скептического отноше-
. ния многих географов к этим исследованиям, которые даже
считали не ландшафтными, а: биогеоценологическими.
Предложенный выше подход дает возможность решить эту
проблему, ибо выдвинутые и доказанные гипотезы позволяют
на основе стационарных данных базовых ПТК и знания дина-
мики срексов в -остальных ПТК рассчитать динамику отдельных
параметров структуры и функционирования в тех ПТК, где не
производилось детальных, стационарных исследований. Сле-
довательно, можно считать^ что найден один из путей развертки
стационарных данных в пространстве.
Кроме; этой, развертки можно произвести еще и развертку
в прошлое, т. е. развернуть данные стационарных исследований
в те годы,, когда они не производились, но по которым есть
данные, позволяющие рассчитать :динамику стексов. Наконец,
создается возможность на основе краткосрочных и долгосроч-
ных прогнозов погоды с достаточной степенью достоверности
предсказывать динамику .отдельных параметров структуры и
функционирования ПТК на сроки прогнозов гидрометеослужбы.
ГЛАВА III
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО
АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ПТК
Система положений пространственно-временного анализа и
синтеза ПТК была использована при детальных ландшафтных
исследованиях в самых различных физико-географических усло-
виях у нас в стране и за рубежом.
В ходе этих исследований удалось не только проверить пред-
лагаемую концепцию, но и получить ряд теоретических и прак-
тических результатов как регионального, так и общего значения,
из которых в данной работе рассматриваются следующие.
1. Ландшафтная карта как основа пространственно-времен-
ной модели исследуемого региона.
2. Методика составления географических банков данных на
основе предлагаемой концепции.
3. Спецпрограммы и алгоритмы развертки географической
информации в пространстве и времени.
4. Методика создания геоинформационной системы как осно-
вы регионального мониторинга за состоянием природной среды.
Однако эти результаты не могли быть получены без детальной
классификации узловых состояний ПТК — стексов и выявления
основных этоциклов ландшафтов Кавказа, поэтому в первую оче-
редь рассмотрим именно эти вопросы.
Классификация стексов ландшафтов Кавказа
Из множества возможных классификаций стексов весьма обо-
снованной представляется генетическая, поскольку она базиру-
ется на признаках, обусловливающих возникновение и характер
исследуемых состояний.
Напомним, что при изучении состояний ПТК рассматривает-
ся как система: а) подверженная внешним воздействиям; б) об-
ладающая определенной структурой, которая совместно с внеш-
ними факторами порождает тот или иной тип функциональных
процессов; в) характеризующаяся функциями .на выходе, зави-
сящими от воздействий на входе, а также от внутренней структу-
ры и функционирования ПТК-
Наиболее важным классификационным признаком является
характер воздействий на входе. Именно по нему выделяются
крупные типологические единицы — классы стексов, которые
либо по общей тенденции изменения воздействий на входе,
либо по их более детальной дифференциации, либо по состоянию
влаги в почве, не являющейся функцией на входе, но определяю-
щей общий характер функционирования ПТК, подразделяются на
134
подклассы. По этим признакам в ландшафтах Кавказа были вы-
делены следующие классы и подклассы стексов:
А. Солярные стексы, обусловленные превалирующей ролью
трансформации солнечной энергии.
А1. Криогенные — с одним или несколькими мерзлыми
.геогоризонтами в надземной или подземной части ПТК-
А2. Гумидные зимние —с относительно низкими и мало
меняющимися в течение определенного времени значениями
трансформации солнечной энергии.
АЗ. Гумидные весенние —с постоянно возрастающими
значениями трансформации солнечной энергии.
А4. Гумидные летние — с высокими и относительно мало
меняющимися значениями трансформации солнечной энергии.
. А5. Гумидные осенние — с постоянно уменьшающимися
значениями трансформации солнечной энергии.
А6. Сем и аридные — с одним, или несколькими геогори-
зонтами, для которых характерен дефицит влаги.
А7. Аридные — с полным дефицитом влаги в почве.
Б. Г ид роге иные стексы, обусловленные особенностями влаго-
оборота.
Б1. Нивальные —с одним или несколькими снежными
геогоризонтами. .
Б2. С идущим снегом и (или) созданием-усложнением
нивальной структуры.
• БЗ. Плювиальные- — с одним или несколькими геогори-
'зонтаци, в которых превалирует роль гидромасс.
В. Рравигенные стексы,- обусловленные потоками гравигенно-
го характера (дифференциация на подклассы, типы и т. д. еще
не разработана).
Г. Прочие стексы, обусловленные катастрофическими явле-
ниями, например пирогенные. (Классификация этих состояний
«еще не разработана.)
В пределах классов стексов выделяются их типы. При этом
основное значение имеет детализация воздействий на входе и их
результат. На типы дифференцированы лишь первые два класса
«стексов. Остальные состояния на Кавказе наблюдаются сравни-
тельно редко, и для их обоснованной дифференциации еще не
хватает материала.
Выделение типов стексов производилось с помощью четырех-
слойной матрицы. Первый слой соответствовал летней стабили-
зации структуры, второй — положительному изменению (созда-
нию, усложнению, трансформации), третий — отрицательному
изменению (разрушению, упрощению, трансформации) и четвер-
тый — зимней стабилизации структуры.
В каждом слое матрицы имеются две основные оси: по изме-
нению термальных условий (6 градаций) и условий увлажнения
(5 градаций), наблюдающихся в различные состояния.
Эти принципы относительны и преломляются в зависимости
от конкретных условий. Например, микротермальные стексы ха-
рактеризуются не только температурным интервалом 5—-10°, но
135
и активным функционированием травянистых растений, началом
и окончанием активного функционирования древесно-кустарни-
ковых растений, активностью некоторых процессов влагооборота,
относительно низкими величинами транспирации и физического
испарения и т. п. Приведенный выше температурный интервал
может в различных ПТК колебаться в широких пределах. На-
пример, по нашим наблюдениям, в верхнегорно-лесных ландшаф-
тах с березовыми лесами он равен 3—8°, а в ПТК с шибляком —
8—13°. Поэтому матрйца типов стексов, хотя и основана на гид-
рометеорологических параметрах, тем не менее является ком-
плексной и характеризуется большим количеством признаков.
В связи с,тем что матрица содержит в общей сложности
15 градаций, логично предположить,... что в двух классах
стексов может наблюдаться (по числу сочетаний) 120 типов стек-
сов.
Однако в ландшафтах Кавказа многие сочетания не реализу-
ются. Например, не наблюдаются аридные криотермальные, на-
нотермальные, мегатермальные стексы усложнения структуры
и др., поэтому в классификации приведено лишь 35 типов стексов.
Дифференциация типов на п о_д типы осуществляется с уче-
том _(в наиболее общем виде) конкретных структур ПТК. Выде-
ляются следующие основные виды вертикальных структур:
!1. Фитогенные. В их формировании ведущую роль играет рас-
тительный покров.
2. Фитоскелетные, обусловленные в основном транспортно-
скелетными органами древесно-кустарниковых растений, которые
находятся в пассивном состоянии.
3. Постфитогенные, характер которых определяется в ос-
новном мортмассой растений—- ветошью, подстилкой, сухосто-
ем и др. (доминируют в наземных геогоризонтах).
4. Нивальные — с одним или несколькими снежными геогори-
зонтами.
5. Криогенные — с одним или несколькими мерзлыми геого-
ризонтами.
Кроме этих основных типов вертикальных структур выделя-
ются и другие. В основу их классификации положен состав (на-
бор) специфичных геомасс и геогоризонтов, поскольку именно
они определяют особенности как структуры, так и функциониро-
вания ПТК (Беручашвили. Л983).
Например, для ландшафтов Колхиды специфичными будут
геомассы с вечнозеленым колхидским подлеском. Они определя-
ют не только образование геогоризонтов, которые в ландшафтах
Кавказа более нигде не встречаются, но и низкие величины по-
ступающей на поверхность почвы суммарной радиации, интен-
сивный перехват осадков и значительное преобразование темпе-
ратур и влажности воздуха. С этими-геомассами связана сравни-
тельно слабая трансформация геогоризонтов в течение года,
а зимой — образование специфичных дубль-горизонтов со снеж-
ными массами не только на поверхности почвы, но и на кронах
вечнозеленых кустарников и деревьев.
136.
Набор геогоризонтов связан как с геомассами и мощностью
вертикального профиля, так и с особенностями растительности и
почвы.
Названия вертикальных структур в первую очередь строятся
по особенностям специфичных геомасс. Например, «колхидские
экстрагумидные и гумидные с геомассами вечнозеленого подлес-
ка с лавровйдными листьями и повышенным содержанием гидро-
масс в. почве» или «теплоумеренные древесно-кустарниковые гу-
мидные с фитомассой мезофитных опадающих на зиму листьев
и средним содержанием гидромасс в почве» и т. д. Затем указы-
ваются мощность (макроструктуры, мезоструктуры и т. п.), слож-
ность и напряженность вертикального профиля1 и, наконец, те
особенности, которые связаны с набором геогоризонтов, обуслов-
ленных растительностью и почвой.
По этим принципам на Кавказе в стеке стабилизации летней
структуры было выделено 70 типов вертикальных структур (там
же; Беру чаше или, 1983). Каждый тип стекса определенным обра-
зом отражается в типах вертикальных структур, и именно это
обстоятельство главенствует при выделении следующей типоло-
гической единицы — родов стексов. На первый план выступает
то, как конкретно преломились внешние воздействия в тех или
иных типах вертикальных, структур (см. табл. 16). Из 2450 воз-
можных стексов (матрица из 35 типов стексов и 70 вертикаль-
ных структур) реализуется лишь около 400 их родов. Это свя-
зано, во-первых, с тем, что в одной вертикальной структуре обыч-
но встречаются восемь — десять типов стексов, весьма редко —
большее или меньшее число состояний, но никогда не встреча-
ются все типы стексов.
Во-вторых, часто встречаются стексы, относящиеся к разным
термическим градиентам одновременно (например, к мезо-
и микротермальным, :нано- и микротермальным и т. п.), но не
различающиеся в пределах той или иной вертикальной структу-
ры. Поэтому эти состояния объединяются в роды нано-микро-
термальных или мезо-микротермальных и т. п. стексов. Так,
в ПТК со шкериани1 2 процессы функционирования и структура
существенно не различаются при температурах 5 и 15°, и в этом
температурном интервале выделяются не два, а один стеке.
В-третьих, весьма интересен тот факт, что различные ланд-
шафты при определенных гидрометеорологических условиях
(особенно зимой во время нивальных стексов) ни по характеру
структуры, ни по типу функционирования не отличаются друг от
друга. Например, в зимний период все ПТ1\ с травянистой ра-
стительностью при снеговом покрове объединяются в один и тот
>же род стекса, так как имеют одинаковое функционирование и
один тип вертикальной структуры. Аналогично в дождливые
1 Напряженность геогоризонтов определяется количеством геогоризонтов
на 1 м вертикального профиля.
2 Комплекс преимущественно вечнозеленой кустарниковой растительности
Колхиды, которая произрастает вне полога леса и образует самостоятельные
.формации.
137
Таблица 16. Фрагмент таблицы родов. стексов ландшафтов Кавказа
Цифрами обозначены номера типов структур стексового слоя. В ячейках вме-
сто громоздких названий родов стексов приведены типичные геогоризонты
стексового слоя. При этом если в различных ПТК при неодинаковых гидро-
метеорологических условиях все же наблюдается одна и та же стекс-струк-
тура, то вместо геогорйзонтов ставится номер стекс-структуры, описанной ра-
нее. Дифференциация типов стексов по состоянию структуры (создания, ус-
ложнения и т. д.) не произведена, так как эти градации легко выявляются
при анализе геогорйзонтов
стексы в один род объединяются сразу несколько ландшафтов
из-за того, что у них схожее функционирование и тип вертикаль-
ной структуры.
Виды стексов выделяются по второстепенным особенностям
138
|- структуры и функционирования ПТК, выраженным в незначи-
| тельных различиях величин функций ПТК на выходе.
J Например, стексы стабилизации структуры теплые и влажные
| с вертикальной структурой средней мощности и сложности луго-
ll степного типа, с повышенной интенсивностью перехода ветоши в
старую ветошь или стексы усложнения структуры умеренно теп-
I лые и влажные с вертикальной структурой большой сложности
£ мезофильных лесов с интенсивным увеличением фитомассы
I. листьев мезофитного типа и т. п.
I'.
L Краткая характеристика этоциклов
| основных ландшафтов Кавказа
| Детальные исследования стексов, проведенные в большинстве
1 ландшафтов Кавказа, позволили выявить основные типы стексов,
встречающихся в регионе; изучить характер их распределения,
I определить закономерности их динамики. На этой основе для
| ландшафтов Кавказа были составлены характеристики этоцик-
|: ЛОВ.
I Однако прежде всего рассмотрим их некоторые параметры.
| . Характер этоцикла определяется набором основных траекто-
I рий смен состояний ПТК. Обозначим эти траектории буквами
f греческого алфавита: т —термическая, а— аридная, у — ниваль-
। ная, р — прочие траектории, связанные с наводнениями, обвала-
| ми, осыпями и т. п., л — катастрофические траектории, в резуль-
|. . тате которых ПТК разрушаются. Запишем характер этоцикла с
I помощью «этих обозначений. Например, ту — термально-ниваль-
I ный, туа — термально-аридно-нивальный и т. п.
| Количество типов стексов в этоцикле назовем его сложностью.
| Для ее обозначения к каждой траектории приписывается индекс,
| обозначающий число стексов в траектории. Например, тйУз—тер-
I мально-нивальный этоцикл с 5 стексами в термальной и 3 стек-
| сами в нивальной траектории. Кроме того, можно отметить еще
I напряженность этоцикла, понимая ее как количество переходов
I из одних типов стексов в другие.
I ’ Влажносубтропические колхидские ландшафты имеют этоцикл
I с небольшим количеством стексов и переходов между ними
| (рис. 63) \ следовательно, его можно характеризовать как про-
| стой и ненапряженный.,
| Зимой преобладают стексы стабилизации нано-микротермаль-
| ные гумидные, которые обычно переходят в сравнительно мало
| распространенные нивальные стексы, а они в свою очередь — в
нанотермально-нивальные состояния с быстрым таянием снеж-
ного покрова.
Стексы зимней стабилизации структуры переходят в стексы
I весенней трансформации, а последние — в стексы летней стаби-
1 Этоцикл, динамика геогорйзонтов и среднемноголетняя динамика стек-
I сов влажносубтропических ландшафтов рассмотрены на примере ПТК крутых
к склонов с гемигилеями колхидского типа, детально исследованных в бдссей-
t не реки Королисцкали в окрестностях Батуми.
I . 139
L:
2Н
Рис. 63. Этоцикл ПТК крутых
склонов• с гемигилеями колхид-
ского типа (Индексы стексов см.
в табл. 7.)
Рис. 64. Термально-аридно-нивальный, субтропический, сложный этоцикл
ландшафтов со степной растительностью (Индексы стексов см. в табл. 7.) -
. - • ’ . • *
лизации структуры. Эти переходы наблюдаются в первом случае
в третьей декаде марта, а во втором — в последней декаде апре-
ля. В конце октября — начале, ноября .начинаются стексы транс-
формации структуры (связанные с ее упрощением в осенний пе-
риод), которые в конце ноября-—начале декабря переходят в
стексы зимней стабилизации структуры.
Во влажносубтропических колхидских ландшафтах наиболее
распространены дождливые стексы. .В течение года на их долю
приходится от 25 до 40% всех состояний.
В отличие от влажносубтропических колхидских равнинные,
холмистые и низкогорные субтропические семиаридные степные,
шибляковые и аридно-редколесные ландшафты имеют, во-первых,
большой набор этоциклов и, во-вторых, семиаридные стексы в
своем годичном цикле.
т?азу2 — термально-аридно-нивальный субтропический слож-
ный этоцикл обычно наблюдается в ландшафтах со степной расти-
тельностью (рис. 64). Для этого этоцикла характерна большая
контрастность термальной траектории, в которой выделяются
все стексы, начиная от очень прохладных влажных стексов ста-
билизации зимней структуры (26) до умеренно теплых, теплых и
влажных стексов летней стабилизации структуры (4,56). Однако
первые очень продолжительны, а вторые наблюдаются не всякий
год и обычно не более одной-двух недель. Кроме этих стексов в
140 ' •
I
4
,1
й
4
Рис. 65.' Термально-аридно-нивальный, субсредиземноморский,’
сложный этоци'кл ландшафтов с шибляком (Индексы стексов см.
в табл. 7.)
Рис. 66. Термально-аридно-нивальный, субсредиземномор-
ский, простой этоцикл ландшафтов с можжевеловыми ред-
колесьями (Индексы стексов см. в табл. 7.)
термальной траектории присутствуют стексы создания (36ff).
усложнения (46 f) и упрощения (46| и 4,361) структуры.
Аридная траектория представлена двумя жаркими семиаридны-
ми стексами стабилизации (65) и упрощения (65j) структуры.
В нивальной траектории выделяются только два стекса со
снегом и один термально-нивальный с интенсивным таянием сне-
га. Так как обычно в рассматриваемых ландшафтах зима'теплая
и средняя температура'января выше 0°, криотермальные стексы
наблюдаются редко и не внесены в этоцикл, показанный на
рис. 64.
К этому этоциклу близок по характеру этоцикл ПТК с шнб-
ляком — Т7У2О1 (рис. 65), но в нем нет летних стексов упрощения
структуры и более продолжительны теплые и влажные (56) и
жаркие и сухие (65) стексы стабилизации структуры.
Из-за отсутствия стексов создания и вторичного упрощения
структуры относительно простой этоцикл — Т5у2«2 (рис. 66)
141
Рис. 67. Аридно-термально-нивальный,. субтропически-.
средиземноморский, сложный этоцикл ландшафтов с
полупустынной .растительностью (Индексы стексов см.
в табл. 7.)
Рис. 68. Аридно-термально-нивальный, умеренно теп-
лый этоцикл ландшафтов с полупустынной расти-
тельностью (Индексы стексов см. в табл. 7.)
у ПТК с можжевеловыми редколесьями. В его термальной тра-
ектории представлены лишь стексы 2G; 3,4Gf; 4,5G; 3,26|. В ос-
тальном он схож по характеру с этоциклом ПТК со степной рас-
тительностью.
Субтропические аридные пустынные и полупустынные ланд-
шафты большей частью имеют аридно-термально-нивальный это-
цикл— T5CI4Y2 (рис. 67), который характеризуется большим ко-
личеством стексов (11) и сложными" аридными и термальными
траекториями. В первой выделяются три семиаридных стекса
(6,5S; 6,5S|; 3,4S|), различающихся как по характеру термиче-
ских условий, так и по изменению структуры, и один жаркий
аридный стеке стабилизации структуры (бй). Термальная тра-
142
р|
Рис. 69. Термально-нивальный, сложный, умеренно теплый это-
цикл ландшафтов с лесной растительностью (Индексы' стексов
см. в табл. 7.)
u
Рис. 70
бе-
ландшафтов с темно-
(Индексы стексов см. в
Нивально-термальный, простой,
реальный этоцикл
хвойными лесами
табл. 7.)
Рис. 71. Термально-нивальный этоцикл ландшафтов с
субальпийскими лугами (Индексы стексов см. в табл. 7.)
Рис. 72. Нивальный, сложный это-
цикл гляциально-нивальных ланд-
шафтов - (Индексы стексов см. в
табл. 7.)
ектория этоцикла относи-
тельно редуцирована и пред-
ставлена кратковременными
весенними стексами (3Gff;
4Gf), осенними (2,3Gj) и
продолжительными зимними
(26) стексами.
Полупустынные ланд-
шафты Араратской котлови-
ны имеют близкий, по арид-
ной траектории этоцикл —
т4а4у3 (рис. 68), однако тер-
мальная траектория еще бо-
лее редуцирована (до четы-
рех стексов), а нивальная
из-за более холодных, чем в
Рис. 73. Ниваль-
ный, простой это-
цикл гляииально-
Куринской депрессии, зим представлена мо-
розно-снежными стексами. Этоцикл полупус-
тынь и пустынь Прикаспийской низменности
сравнительно прост—а4тзуз-
Нижнегорно-лесные ландшафты, в которых
преобладают дубовые леса, имеют либо тер-
мально-нивально-аридный ЭТОЦИКЛ — Т7У2П1 В
относительно гемиксерофитных условиях, ли-
бо термально-нивальный сложный этоцикл —
нивальных ланд- т8у3 (рис. 69). Его очень сложная термальная
с™ФсТт“сов<ИсмДев траектория 26; 3Gf; 4G|; бД 4,3G|;
табл. 7.) 3,26|), связанная с большим количеством
стексов трансформации структуры, обусловле-
на сложностью вертикальной'структуры этих ландшафтов, в ко-
торой из-за многоярусности кустарниково-травянистых типов
дубрав выделяется несколько наземных геогорйзонтов. Ниваль-
ная траектория типична для теплоумеренных ландшафтов и
включает в себя три стекса со снежным покровом.
Среднегорно-лесные ландшафты с преобладанием буковых
лесов имеют либо тот же .этоцикл (тзуз), что и нижнегорные
ландшафты, либо простой этоцикл (тэуз), наблюдающийся в ос-
новном в мертвопокровных буковых лесах, в которых количество
стексов усложнения-упрощения редуцировано до минимума,-и
поэтому термальная траектория имеет лишь 5 стексов;
Среднегорные бореальные лесные ландшафты с преобладани-
ем темнохвойных лесов имеют очень простой нивально-термаль-.
ный этоцикл •—у4тз (рис. 70), в термальной траектории которого
наблюдаются лишь три стекса, ибо из-за вечнозеленых хвойных
пород в этих ландшафтах не бывает стексов ни усложнения, ни
упрощения структуры. Отличительная особенность рассматривае-
мых ландшафтов— это два морозно-снежных стекса. В. стексе
If/7 наблюдается один напочвенный геогоризонт со снегом, а в
стексе \1Н" кроме него еще и геогоризонт со снегом APt, (hm) Нп
на кроне хвойных деревьев.
144
Верхнегорные бореальные лесные ландшафты характеризуют-
ся двумя этоциклами: у3т3 — в сосновых лесах (аналогичный тем-
но-хвойным лесам, но с тремя зимними стексами; из-за рыхлости
кроны сосны не наблюдаются 2 морозно-снежных стекса) и
ТбУз — в ландшафтах с березовыми лесами со стексами услож-
нения и упрощения структуры.
Горно-луговые ландшафты имеют близкие этоциклы, разли-
чающиеся лишь количеством стексов в термальной траектории.
Если в этоцикле субальпийских ландшафтов — Tsy3 (рис. 71) на-
блюдаются стексы создания (2Gff) и. усложнения (3Gf), ста-
билизации (3,4Сг) и упрощения структуры (3,2G|), то в этоцикле
альпийских ландшафтов стексов стабилизации летней структу-
ры мало, и этоцикл редуцирован до т4?з.
Нивальные ландшафты у нижней границы распространения
имеют этоцикл уз02Т1 (рис. 72) со специфичными стексами при
интенсивном таянии снега, а у верхней — простой нивальный это-
цикл уз (рис. 73) всего лишь с тремя нивальными (Ш; 2Я; N)
стексами. .
Приведенная выше краткая характеристика этоциклов основ-
ных ландшафтов Кавказа — всего лишь иллюстрациями она не
исчерпывает всю сложность этоциклов, наблюдающихся в рас-
сматриваемом регионе.
Ландшафтная карта — основа модели региона
f
При ^омощи предлагаемой концепции можно создать прост-
ранственно-временную модель любого природного региона. Ос-
новой ее будет ландшафтная карта. Такая модель региона (см.
рис. 74) позволяет определить не только ландшафт для заданных
точки и интервала времени, но и в той или иной степени точности
его состояние, изменение геомасс, геогорйзонтов, вертикальных
структур в течение года, получить представление о функциони-
ровании ПТК и динамике стексов. Как видно на графике, модель
состоит из следующих основных частей:
1) данных о точке (территории) и времени (моменте или ин-
тервале) на входе, интересующих пользователя;
2) ландшафтной карты с контурами и краткими названиями
основных ландшафтов;
3) развернутой легенды карты со следующими данными:
краткой физико-географической характеристики ландшафта, сте-
пени изменения ландшафта человеком, места ландшафта в клас-
сификационной системе и более дробных ПТК, из которых состо-
ит данный ландшафт, основных геомасс, вертикальной и гори-
зонтальной структур, этоциклов;
4) вспомогательных таблиц (родов стексов, Теомасса— про-
цесс и др.);
5) системы операций с отдельными блоками модели, позво-
ляющими определять необходимые параметры и производить не-
которые расчеты для пространственно-временной развертки гео-
графической информации.
145
n
X
Рис. 74. Схема пространственно-временной развертки данных ландшафтной карты Кавказа
I Общую схему «работы» пространственно-временной модели
региона рассмотрим на конкретных примерах. Предположим, что
I необходимо определить, во-первых, какой ландшафт находится
j - в 5 км к северу от Сагареджо и, во-вторых, в каком с наиболь-
шей вероятностью стексе он находится в первой декаде сентября.
По л а н д ш а ф тн о й карте (Беручашвилщ 1979) опреде-
; ляем, что рассматриваемая точка находится в нижнегорных эро-
зионно-денудационных ландшафтах с грабинниково-дубовыми и
дубовыми (с дубом иберийским) лесами (ландшафты 79).
Из развернутой легенды (см. там же) получаем следую-
; щие сведения о ландшафтах 79:
а) краткая физико-географическая характеристика. Эрозион-
но-денудационные нижнегорья с крутыми склонами и склонами
- средней крутизны, сложенные молассовыми формациями, с теп-
лоумеренным гумидным, переходным к семитумидному слабокон-
тинентальным климатом, с грабинниково-дубовыми, грабово-
дубовыми и дубовыми (с дубом иберийским) лесами на горных
коричневых лесных почвах;
б) степень изменения человеком. Значительные площади за-
няты сельскохозяйственными угодьями;
в) место ландшафта в классификационной системе единиц и
более дробные ПТК. Ландшафт 79 является родом, относящимся
к классу горных ландшафтов, типу горных, теплоумеренных гу-
мидных и подтипу переходных к семигумидным нижнегорно-лес-
ных ландшафтов. В свою очередь он состоит из 7 видов ландшаф-
тов (дал^е в легенде следует перечень этих видов);
г) основные геомассы. Суммарная фитомасса составляет 150—
200 т/га, из нее на долю листьев приходится 1—4%, а на долю
транспортно-скелетных органов — 60—80%. Педомасса — 3000—
5000 т/га, реже — до 7000 т/га. Количество литомасс сильно
варьирует. Влажность почвы в гумидные летние стексы стабили-
зации структуры — 20—25%, а в семиаридные— 15—20%;
д) горизонтальная и вертикальная структура. Сложная мор-
фологическая структура с большим разнообразием. ПТК. Преоб-
ладают гемиксерофильные вертикальные структуры;
е) этоциклы. Термально-нивально-аридный это цикл т?узаь с
кратковременным летним семиаридным стексом — 6S.
Для того чтобы определить наиболее вероятный стеке в пер-
вой декаде сентября в этом ландшафте, надо обратиться к гра-
фику среднемноголетней динамики стексов (рис. 75). На графике
видно, что в первой декаде сентября с вероятностью 0,40 встре-
’ чаются очень теплые- влажные стексы летней стабилизации
структуры, с вероятностью 0,33 — очень теплые сухие состояния
летней стабилизации структуры и с вероятностью 0,27 — дожд-
ливые стексы. Графики природных режимов разработаны далеко
не для всех ландшафтов, поэтому, если такого графика нет, не-
обходимо обратиться к графикам этоциклов. Приведенные ранее
этоциклы показывают, что в начале сентября могут наблюдаться
все перечисленные выше состояния, однако их вероятность по
этим графикам установить не удается.
147
Рис. 75. - Среднемноголетняя динамика стексов нижнегорно-
лесных ландшафтов с дубовыми лесами на коричневых почвах
(Индексы стексов см. в табл. 7.)
Следовательно, поставленная задача (определить по задан-
ной точке и интервалу времени ландшафт и наиболее вероятное
его состояние) решена: в 5 км к северу от Сагареджо распо-
ложены нижнегорные эрозионно-денудационные ландшафты с
грабинниково-дубовыми и дубовыми (с дубом иберийским) ле-
сами. В первой декаде сентября они с наибольшей вероятностью
находятся в очень теплом влажном летнем стексе стабилизации
этой структуры.
Эти данные с помощью пространственно-временной модели
региона позволяют решить и дополнительные задачи.
• 1. Определить все геомассы и основные геогоризонты. Для
этого необходимо обратиться к таблице родов стексов (табл. 15),
в которой приведены вертикальные структуры по родам стексов.
(Беручашвили, Элизбарашвили, 1982). Как показывает таблица,
в рассматриваемые стексы вертикальная структура (см. пункт
«д» в предыдущей задаче) мощностью 16—32 м состоит из сле-
дующих основных геогоризонтов: APt, fm—PtA—[Pt, fmA]—Pt,
iA—SHS"Ps'. Горизонт,. Pt, fmA не обязательный для этой вер-
тикальной структуры и поэтому заключен в квадратные скобки.
Расшифровка данных геогоризонтов позволяет определить ос-
новные геомассы At, Pt, Pfm,Pi, S (точно определить педомассу
трудно), Hs", Ps.
2. Набор геомасс и таблица .Геомасса — процесс (табл. 2)
дают представление об основных процессах функционирования.
Например, геомасса мезофильных листьев интенсивно поглощает,
пропускает и отражает суммарную радиацию в верхнем геогори-
зонте и значительно изменяет величины радиационного баланса,
турбулентного теплообмена, температуры и влажности воздуха.
В этом же горизонте должны происходить интенсивный фотосин-
тез, транспирация- и дыхание и т. д.
Пространственно-временная модель позволяет проследить из-
менение во времени:
>148
II III IV V VI VII Vlil IX X XI XII
Рис. 76. Смена стексов в течение года
табл. 7.)
(Индексы стексов см. в
Рис. 77. Динамика геомасс (Индексы геомасс см. в табл. 1.)
II. Геомасс. Для того чтобы решить эту задачу, необходимо
редуцировать график природных режимов, изображенный на
рис. 76, ^а котором показаны лишь наиболее часто встречающие-
ся стексы. Используя этот график, по таблице родов стексов (см.
там же) можно определить основные геогоризонты, а их них. вы-
членить геомассы. После этого достаточно разбить значения гео-
масс на интервалы, как это сделано на рис. 77, совместить полу-
чившийся график с графиком, изображенным на рис. 76 (где
показана динамика наиболее часто встречающихся стексов в
течение года), и соединить, учитывая динамику стексов, значения
отдельных геомасс. Например, геомассы мезофильных листьев
могут иметь следующие значения: 0 (отсутствие данной геомас-
сы), Pfnv\ (резкое увеличение), Pfm (относительно стабильное
количество) и Pfm\ (резкое уменьшение). Геомасса Pfm\ наблю-
дается в весенние стексы усложнения структуры (4б|), геомасса
Pfm\—в осенние стексы упрощения структуры (ЗО|), геомасса
Pfm — в летние стексы стабилизации структуры (оО' и 6G).
В остальные стексы геомассы мезофильных листьев нет. Если
эти данные совместить с динамикой стексов и нанести их на гра-
фик, то можно получить представление о динамике геомасс. •
2. Гео горизонте в. Это весьма простая задача, ибо в таблице
родов стексов приведены данные по вертикальным структурам
в разные состояния. Достаточно эти данные совместить с графи-
ком динамики стексов, ориентировочно определить высоты гео-
горизонтов и нанести их на график (рис. 78). Конечно, подобные
данные не отличаются большой точностью, часто носят качест-
венный, а не количественный характер, но все же позволяют по-
149
,-^j
.:;3
лучить некоторое представление о динамике вертикальной струк-
туры.
3. Процессов функционирования (в течение года). Для реше-
ния этой задачи надо определить динамику геомасс, а затем по
табл. 2 Геомасса — процесс — динамику процессов функциони-
рования.' Пример использования этой таблицы приведен выше.
4. Стексов. Для этого надо проанализировать этоцикл и гра-
фики природных режимов и определить, в какой стеке и с какой
степенью вероятности перейдет данное.состояние. Знание прогно-
зируемого стекса позволяет сравнительно просто рассчитать гео-
массы и геогоризонты, характерные для него, а следовательно,
определить и динамику параметров структуры и функционирова-
ния.
Географические банки данных
Концепция пространственно-временного синтеза и анализа в
ландшафтоведении может .быть положена в основу географиче-
ских банков данных, позволяющих при помощи специальных
сервисных программ оперативно решать ряд задач не только на
качественном, но и на количественном уровне.
В настоящее время уже функционирует банк данных Март-
копского стационара \ в котором хранится и перерабатывается
4-
1 Общетеоретические основы банка данных разработаны автором, а ор-
ганизация осуществлена кибернетиками К. Демирханян и Т. Канделаки. Про-
граммы .в 1977—1979 гг. были записаны на «Фортран-IV» и отлажены на ЭВМ
«6Е-130» и трассере «5EWSCW-220». В конце 1979 г. программы переписаны
на «jPL/I» и реализовывались в 1980—1981 гг. на ЭВМ «ЕС-1020».
150
информация о хребте Ялно и прилегающих предгорьях. Эта тер-
ритория площадью около 1000 км2 охватывает 4 типа ландшаф-
тов (предгорно-степные, нижнегорно-лесные, среднегорно-лесные
и верхнегорно-субальпийские) и 23 основных ПТК (ранга типа
фаций). Ее можно рассматривать как модельный регион (поли-
гон) для Восточной Грузии, так как на территории хребта Ялно
и прилегающих предгорий встречаются все типы ландшафтов это-
го региона, за исключением высокогорно-альпийских, нивальных
и аридных полупустынных ландшафтов.
Банк данных, состоит из информационного и программного
обеспечения. В информационное обеспечение входят ландшафт-
ная карта (основа) изучаемого региона, массивы описаний ха-
рактеристик ПТК, таблицы Стеке — стеке, Стеке — декада, мас-
сивы описаний состояний ПТК (фондовые массивы). Кроме этих
массивов имеются еще и массивы оперативных данных, характе-
ризующих быстро меняющиеся параметры ПТК и их состояний.
Ландшафтная карта в'банке данных Марткопского стациона-
ра. Ландшафтная карта хребта Ялно и прилегающих предгорий
(масштаб: !1 : 50 000, 23 основных ПТК) — ключевой элемент бан-
ка данных стационара. Именно на ее основе строятся тематиче-
ские карты и карты состояний ПТК- В память ЭВМ она введена
простым способом: каждому ПТК карты (Ai) сопоставляется
код (Xi). Число позиций кода зависит от количества ПТК и сим-
волов в алфавите используемого алгоритмического языка. В дан-
ном случае каждому ПТК сопоставляется код с одной позицией.
На карту накладывается равномерная сетка, ячейки которой дол-
жны позволять достаточно точно аппроксимировать границы ПТК
и в то же время быть удобными для работы. Слишком мелкая
разбивка сетки приведет к тому, что объем информации займет
большой объем памяти и потребует более длительной обработ-
ки. В каждую ячейку данной сетки записывается код xi, соответ-
ствующий расположенному на данной территории ПТК ИО - Так
производится «цифрование» карты, которая хранится в памяти
ЭВМ в виде матрицы. Размерность матрицы определяется раз-
мером территории и выбором сетки разбивки.
Файл Карта размером 116x96 элементов занимает около
60 килобайт, так как для записи одного символа транслятором
«Фортран-IV» на ЭВМ «GE-130» предусмотрено 5 байтов.
Массивы описания характеристик ПТК. В эти массивы вклю-
чены сравнительно слабо меняющиеся константные и квазикон-
стантные характеристики ПТК. Для описания ПТК в банк дан-
ных Марткопского стационара было выбрано 22 признака. Каж-
дому из них соответствует множество значений. Например, при-
знак «растительность» имеет 27 значений (дубовые леса, буко-
вые, леса, фригана и др.).
Характеристики ПТК в банке данных хранятся в файле Сло-
варь на естественном языке. Названия признаков и их значения
в файле Словарь составляют отдельные списки, сблокированные
так, что каждому блоку / соответствует признак В/. со своими
значениями. J
151
Kj запись
Aj+l запись
Kj4-2 запись
J-й блок
Kj+nj запись
название признака Bj
1-е значение признака Bj
2-е значение признака Bj
tij-е значение признака Bj,
где tij — число значений признака В/.
Ниже приводится фрагмент файла Словарь, соответствующий
блоку признака «растительность»:
36: RAST . .
27 Растительность
1 Дубовые леса
2 Буковые леса
3 Фригана
12 Грабинниково-дубовые леса
27 Субальпийские луга,
где 36 — номер записи в файле, RAST — код признака, 27— ко-
личество значений, 1, 2, 27— номера значений.
По информации файла Словарь строятся файлы Описание
ПТК. Они представляют собой массивы их концептуальных мо-
делей. Файл Описание ПТК строится в виде объектно-характе-
ристической таблицы с переменными параметрами (Селетков,
Волков, 1973; Мидоу, 1977). Имеются две таблицы: основная и
вспомогательная’. В первом столбце основной таблицы перечис-
лены все ПТК, а в первой строке — все признаки, записанные в
файле Словарь. В ячейках основной таблицы указываются но-
мера строк вспомогательной таблицы с наборами значений, ко-
торые могут иметь ПТК At i—1, 2, ..., 23 в признаке В/ /=1, 2, ...,
23 (табл. 17). При этом при добавлении в файл Описание нового
ПТК в таблице добавляется еще одна строка, а при внесении
нового признака—еще один столбец. Соответствующие дополне-
ния вносятся и во вспомогательную таблицу (табл. 18), так что
всегда есть возможность расширить информацию без значитель-
ных преобразований.
• Файлы Описание ПТК и Словарь представляют собой масси-
вы характеристик ПТК и позволяют для любого из них выбрать
необходимые нам сведения. Поясним это на конкретном примере.
ПТК 5Q в основной таблице Описание ПТК для признака «расти-
тельность» (RAST) имеет цифру 2 (см. табл. il7). Это значит, что
набор значений рассматриваемого признака записан во второй
строке вспомогательной таблицы (см. табл. 18). Из этого следу-
ет, что признак «растительность» имеет значения :12 и 1. Файл
Словарь (см. табл. 19) позволяет определить, что 12-е значение
признака «растительность» соответствует грабинниково-дубовым
1 Это обусловлено особенностями транслятора «Фортран-IV» на ЭВМ
«-GE-130». На ЭВМ «ЕС-1020» есть возможность объединить обе таблицы в
одну. .
152:
ТЭ- Аллювиольные
Таблица 17. Основная таблица Описание ПТК
Таблица 18. Вспомогательная таблица Описание ПТК
Таблица 19. Фрагмент файла Словарь
лесам, а Г—дубовым лесам. Таким образом, ПТК 5Q имеет рас-
тительность, состоящую из грабинниково-дубовых и дубовых ле-
сов.
Массивы таблиц Стеке—стеке и Стеке — декада. Для ряда
задач большое значение имеют данные по этоциклу ПТК и сред-
немноголетней динамике стексов. Для ввода в ЭВМ граф это-
цикла преобразуется в таблицу Стеке — стеке (табл. 20) L В ячей-
ках таблицы фиксируются все стексы, в которые может перейти
данный стеке Si. Такие таблицы строятся для всех ПТК А/ 1=1.
2,..., 23.
Модели сезонной динамики стексов позволяют определить для
данного ПТК Аг вероятность появления стекса Sik в декаду Dk.
Она представлена таблицей Стеке — декада (табл. 21), в кото-
рой по вертикали отложены возможные стексы данного ПТК, т. е.
множество Si, а по горизонтали — декады Dk (k = 1, 2, ..., 36).
В ячейках таблицы фиксируется вероятность появления стекса
St в декаду Dk.
Таким образом, массивы табл. 20 и 21 позволяют определить
особенности возможных смен состояний ПТК и стексы, в которые
(с разной степенью вероятности) Может перейти данное состоя-
1 В горизонтальных и вертикальных строках этой таблицы приведены од-
ни и те же стексы, возможные для исследуемого ПТК.
7—>1952
153
Таблица 20. Стеке — стеке
ние. А это, как будет показано
Таблица 31. Стеке —декада
\ЛТК 9"—. 5F' ф ' ДА
1G 01 02 __ « 06
,2G 07 09 9 10 л
• • • ' о •
• ф • • С
N ' 90 91 4 .93
стексЧч\^ А Pfm Pi • в Z I
ог 12 0 0,1 о 1 © N.1.
02 15 0 0,5 * N.1.
• т * « в © в
• • » © О 4
, имеет большое значение
для развертки данных во времени и прогноза динамики стексов и
отдельных параметров структуры и функционирования ПТК.
Массивы описания состояний ПТК. Эти массивы построены на
общих положениях пространственно-временного анализа и синте-
за ПТК. В банке данных Марткопского стационара хранится од-
на основная и четыре вспомогательные таблицы, составляющие
отдельные файлы.
В основной таблице Состояние ПТК (табл. 22) на все ПТК
хребта Ялно (9", 4", 5'С и др., всего 23 ПТК) и все типы стексов
(1G, 2G, ...) приведены роды стексов. В ячейках этой таблицы
записаны номера родов стексов, которым соответствуют строки
и блоки из вспомогательных таблиц.
Табл. 23 по номерам строк, данным в табл. 22, позволяет оп-
ределить количественные значения отдельных геомасс в данный
стеке.
Табл. 24 использована для записи геогоризонтов и позволяет
получить представление о характере вертикальной структуры в
исследуемое состояние.
В табл. 25 для тех же геогоризонтов, в тех же ячейках запи-
саны значения соответствующих геомасс. Например, в блоке 01
табл. 24 в самой верхней строке стоит индекс аэромасс—?А.
В табл. 25 в той же ячейке находится цифра 6, которая обознача-
ет, что аэромассы в рассматриваемом геогоризонте имеют вес
6 т/га. Последние два столбца табл. 24 резервированы для обо-
значения высоты положения верхней и нижней границы.
Табл. 26 составлена лишь для тех ПТК> которые были изуче-
ны стационарными методами. Она позволяет по ядрам концептов
состояний более дробных, чем стексы, определить остальные па-
раметры (с помощью программы КРЕОД), т. е. «развернуть»
пространство параметров и по относительно небольшому числу
основных признаков (температура, облачность, осадки и т. д.)
определить количественные значения остальных признаков, ис-
следуемых на стационарах.
На первом этапе составления банка данных Марткопского
стационара в табл. 23, 25, 26 заносились конкретные значения
02 300 200 15 • 40
200 150 34 • 15
1 100 50 I 40 Ф 5
i 1
I • * \ I . 1 © 1 Ф • i •
Значения^онцептов креодов
01 А > 1
А Pg
А Pm Pi \
S L Hs Ps
02 / А
А Pi pg J 1
А Pi Pm j 1
* c J* . Ф J
01 6
3 15
3 . 15 3 1 1 1 1 i , ......1
0 '300 8000 0,3 j
02 7 - J I
2 ; 0,3 01
5 5 7 >
« Ф © © ° 1
Верхняя границе
Нижняя граница
Таблица 22. Основная таблица Состояние ПТК
Таблица 23. Вспомогательная таблица Геомассы
Таблица 24. Вспомогательная таблица Геогоризонты
Таблица 25. Вспомогательная таблица Геогоризонты — геомассы
Таблица 26. Вспомогательная таблица Концепты
154
I
отдельных признаков, подсчитанные как статистически средние |
величины нескольких ключевых (экспериментальных) участков. |
Однако впоследствии в связи с составлением концептов стексов |
и более дробных состояний их заменили на интервалы значений, |
позволяющие хотя и с невысокой степенью точности, но с боль- |
шой достоверностью разворачивать данные измерений как в про- |
странстве, так и во времени. Ц
Оперативные данные тоже включены в банк данных Март- J
конского стационара. К ним относятся данные ежедневных ста- |
ционарных наблюдений и гидрометеосети, результаты аэровизу- I
альных и некоторых полустационарных исследований, в том чис- |
ле и оперативные карты состояний ПТК. |
Для этих данных в банке данных стационара резервируются |
массивы двух типов. В первых хранится текущая информация в |
момент Ti. Эти массивы обновляются с каждым новым поступле- j
нием оперативных данных, таких, как температура воздуха, влаж- |
ность и др. Они организованы в таблицу, аналогичную основной |
таблице файла Описание, т. е. каждый столбец соответствует 1
признаку, а строка — ПТК. Таблица заполняется автоматически |
с помощью сервисных программ. . |
Информация, хранящаяся в массивах второго типа, обновля- |
ется или. корректируется периодически. Период хранения этих |
данных — Тj — определяется типом данных. К этой информации . |
относится, например, среднедекадная температура воздуха, кар- |
ты состояний ПТК. I
Структура карты состояний ПТК аналогична структуре ланд- I
шафтной карты банка данных стационара, но ее элементами яв- j
ляются коды не ПТК, а тех стексов, в которых они находятся. I
При поступлении новых данных в момент Tj по информации мае- |
сивов оперативных данных, и в частности карты состояний в мо- |
мент Tj-i, формируется карта состояний ПТК в момент Тр Для |
нее нет необходимости выделять специальный массив, нужно - |
лишь изменить номера состояний ПТК на исходной карте в мо- |
мент Tj-i. С вводом новых данных эта операция повторяется. : |
Таким образом, карта состояний ПТК в момент Tj хранится в |
массивах оперативных данных в течение времени Ts==Tj+i—7/. |
Организация связей в банке данных. Для этой цели исполь- I
зуются специальные файлы, связывающие информационные мае- |
сивы. Они позволяют значительно сократить информационный |
шум и время поиска данных. |
В банке данных Марткопского стационара функции связую- |
щих файлов выполняют файлы Легенда и Легенда I. Первый |
файл служит для оптимизации поисковой процедуры по объек- |
там (ПТК),' а второй — по признакам и стексам. |
Записи файла Легенда состоят из четырех полей, в которых |
содержится информация о кодах ПТК на карте и алфавитном, |
порядковый номер в файле Описание и адрес соответствующей |
записи в файле Словарь. Записи файла Легенда I состоят из 1
трех полей. В одном из них для признаков содержится код при- |
знака, в другом — номер столбца в файле Описание и в треть-
156 j 1
ем — порядковый помер в файле Словарь, а для стексов — код
стекса, номер строки в таблице родов стексов и номер соответ-
ствующей записи в файле Словарь.
Связующие файлы отличаются тем, что при добавлении в
банк данных информации о новых ПТК или новых признаках из-
меняется не структура основных файлов, а лишь записи в от-
дельных полях.
Кроме этих связующих файлов есть и другие, обеспечиваю-
щие нормальное функционирование банка данных стационара
по программам, записанным либо на «Фортран-IV» (на ЭВМ
«GB-130»), либо «.PL/I» (на ЭВМ «ЕС-1020»).
Программное обеспечение. Для решения типовых задач банка
данных создана библиотека рабочих программ. В настоящее вре-
мя уже функционируют программы Признак, Признак I, Карта,
разрабатываются и другие программы. Программы Темп и Эс-
пас, позволяющие «разворачивать» информацию в пространстве
и времени, будут рассмотрены отдельно.
С помощью программы Признак строятся и распечатываются
на АЦПУ тематические карты по признакам, записанным в банке
данных. Например, можно распечатать карты растительности,
почв, среднемесячной температуры воздуха и др. Программа
Признак работает на основе ландшафтной карты и состоит из
двух частейодна из которых служит для поиска необходимой
информации по признаку и построения карты, а вторая — для
распечатки легенды к ней. Сформированная карта выводится на
АЦПУ в алфавитно-цифровых символах, а легенда распечаты-
вается н’Ь естественном языке.
Программа Признак I представляет собой модификацию пре-
дыдущей программы. С ее помощью можно строить тематические
карты и для оперативных признаков, значения которых фикси-
руются в массивах оперативной информации, например, карты
температуры и влажности воздуха, высоты снежного покрова в
заданный момент времени Т, т. е. в момент поступления этих
данных.
Программа Карта предназначена для вычерчивания цветных
карт, полученных в результате выполнения программы Признак.
Эти карты строятся на графопостроителе БЕНСОН-220. Пользо-
ватель может указать удобные для него масштаб карты, ее раз-
меры и цвета символов.
Программа Креод, с помощью которой можно вычислить до-
полнительные, не измеренные при сокращенном комплексе иссле-
дований признаки, (щла описана в гл. III.
Для удобства пользования географическими банками данных
можно разработать программу Запрос и специальный информа*
ционно-поисковый язык, которые позволят работать с банком
данных в диалоговом режиме «запрос —ответ». При этом поль-
зователь сможет оформить запрос на естественном языке, на-
пример в виде предложения: «Распечатать карту тех ПТК, в ко-
торых среднегодовая влажность почвы меньше 20%, и карту ко-
личества фитомассы в них».
157
f
Программы развертки информации |
Развертка данных во времени и программы Темп и Параметр. |
Географические банки данных позволяют развернуть данные от- |
дельных исследований во времени. Производится это. в два этапа. |
На первом этапе определяется состояние ПТК в момент време- |
ни Г, а на втором — рассчитываются отдельные параметры струк- |
туры и функционирования ПТК в этот момент времени. |
Программа Темп предназначена для автоматического опреде-
ления состояний ПТК. При работе по этой программе использу- |
ется следующая информация: |
1. Фондовые данные банка данных Марткопского стационара 1
по этоциклам (таблица Стеке — стеке) и среднемноголетней се- |
зонной динамике стексов (таблица Стеке —декада) . I
2. Оперативные данные по Марткопскому стационару (ниж- J
ней и верхней базы), включающие значения отдельных призна- .1
ков' и стексы в рассматриваемых ПТК в момент Т. |
3. Оперативные данные гидрометеосети в момент Т—АТ, где J
АТ определяется временем передачи данных в центр обработки. |
4. Данные аэровизуальных наблюдений над состояниями ПТК |
в момент Т, при условии: Т—Т^Ю дней в переходные сезоны и |
Т—Т/^15 дней в остальные сезоны года. |
Считается, что в пределах одного ПТК (выделенного на кар- |
те) наблюдается всего лишь одно состояние. |
Состояние ПТК А] в момент Т определяется следующим обра- .1
зом. По’карте состояний в момент Т— 1, составленной по аэро- |
визуальным наблюдениям или на предыдущем цикле работы про- |
граммы Темп, определяется текущее начало графа этоцикла |
TITK Ai в момент Т—1. Зная начало графа, можно определить |
возможные переходы в другие состояния и, следовательно, выде- 1
лить множество состояний ПТК Ai в момент 7: где j ~~ . |
количество возможных состояний. По данным гидрометеосети в |
момент Т~ АТ предварительно анализируются возможные пере- |
ходы. Если при этом удается отсеять остальные состояния ПТК |
и сразу же определить текущее состояние в момент Г, задача ре- |
щена. Но чаще удается лишь сузить множество возможных со- j
стояний Sjl и перейти к рассмотрению множества На- |
пример, предположим, что ПТК Л, 18 апреля находился в макро- 1
термальном гумидном стексе усложнения структуры. Из это- |
цикла определим, что 19 апреля он может перейти либо в макро-
термальный стеке стабилизации, либо в дождливый стеке, либо |
остаться в прежнем состоянии. Если анализ гидрометеоинформа- |
ции показал, что на рассматриваемой территории 19 апреля вы- |
падали значительные осадки, то тогда сразу же можно заклю- I
чить, что в это число наблюдался плювиальный стеке. Если же j
осадков не было, то число возможных переходов сократится с 3
до 2. u 1
Зная число и, следовательно, декаду, определяем нужный нам |
столбец в таблице Стеке — декада и соответственно вероятность
появления стексов S/2 в декаду D&. Упорядочив множество 5/
,158 j
по возрастанию вероятностей из таблицы сезонной- динамики
стексов, последовательно анализируем возможные состояния.
Если в результате анализа определяется текущее состояние ПТКе
то задача решена. В противном случае в качестве текущего со-
стояния выбираем наиболее вероятное в упорядоченном множе-
стве. Sp.
Как. видно из блок-схемы, приведенной на рис. 79, возможны
и редуцированные решения задачи, но в этих случаях точность
исследований понижается.
После того как с помощью программы Параметр банка дан-
ных стационара определен стеке, легко рассчитать любые гео-
массы (табл. 23) и вертикальную структуру ПТК (табл. 22) в
этот стеке. В некоторых случаях, используя данные гидрометео-
сети и концепты табл. 26, удается рассчитать количественные зна-
чения и других параметров.
Реализация программ Темп и Параметр стала возможной
благодаря общим теоретическим положениям пространственно-
временного анализа и синтеза в ландшафтоведении. Развивая кон-
цепцию, можно расширить табл. 26 и рассчитать для тех ПТК,
в которых не производилось детальных' измерений, практически
все параметры, измеряемые на стационарах. Таким образом, за-
дачу временной развертки данных можно считать решенной.
Программы Темп и Признак можно использовать для крат-
косрочных прогнозов стексов на срок 1—10 дней. Для этого не-
обходимо вместо реально измеренных гидрометеослужбой дан-
ных Поставить прогнозные и по программе Темп произвести прог-
ноз стексов, а по программе Параметр — отдельных геомасс и
параметров структуры и функционирования.
Пространственная развертка данных и программа Эспас.
Большой опыт интерполяции континуальных величин (темпера-
туры и влажности воздуха, осадков и др.) имеется в метеороло-
гии и гидрологии. В ландшафтоведении, как известно, результа-
ты стационарных ландшафтных исследований вообще не интерпо-
лировались, хотя необходимость в этом становилась все более
ощутимой.
Концепция пространственно-временного анализа и синтеза
птк позволяет осуществить один из возможных вариантов
пространственной развертки стационарных данных благодаря
двум правилам:
: II) в определенные сезоны года разные ПТК могут иметь один
и тот же род стекса; •
2) близкие по характеру вертикальной структуры ПТК раз-
личаются не набором состояний, а их продолжительностью или
характером смены.
Первое правило позволяет сильно сузить круг детальных ста-
ционарных исследований, особенно зимой, когда многие ПТК
находятся в одних состояниях (на уровне родов стексов), вто-
рое— использовать полученные на стационарах данные для рас-
четов в тех ПТК, где такие наблюдения не производились, и тем
самым еще более сузить объем исследований.
159
ПТК Ai
t=t+1
нет
да
нет
определение состояния
воздушных масс
имеются ли данные
гидрометсети"?
F
выбор наиболее вероятного
состояния*
имеются ли данные
стационарных наблюдений
для ПТК AijB момент t •
имеются ли данные
аэровизуальных наблюдений
да
позволяют лиданные
воздушных масс I
определить стеке?!
I нет
позволяет ли этоцикл
определить стеке?
| нет
запоминание для Ai стекса Sj
да
кончилось ли
расчетное' время?
печать
Рис. 79. Блок-схема программы Темп
»
t=15.V!l.79 г.
определение
№ ПТК Aj
rj
ч
Ш
Л*
шмм^мм
имеются ли данные
стационарных или
/ данные \
стационарных
наблюдений
да
позволяет ли состояние
воздушных масс .
определить стеке?
^аэровизуальных наблюдений
для ПТК A j в момент-t
нет
данные
аэровизуальных
наблюдений
данные
сети
гидрометео-*
нет
определение для ПТК А । стекса Sj
Й
1
запоминание для ПТК стекса
. я
I
i
4
Л
последний ПТК
на карте
1
к
I
I
3
3
определение влажности почвы для ПТК А
в стеке Sj по массивам состояний
запоминание значении
влажности почвы
последний
ПТК^на карте
Рис. 80. Блок-схема програм-
мы составления карты влаж-
ности почв на 15 июля 1679 г.
3
-4
7
печать карты
влажности почвы
а
Для пространственной развертки большое значение имеют |
также программы Темп и Параметр, связанные в значительной 1
степени- не только с правилом «стеке-—параметр», но и с дру- |
гими правилами и положениями. |
Наконец, при пространственной развертке данных было еде- |
л ано одно важное допущение, согласно которому границы со- |
стояний не пересекают границ ПТК, выделенных на ландшафт- |
ной карте, а совпадают с ними. j
Все это позволило сильно упростить решение задачи прост- |
ранственной развертки. Достаточно отметить, что из 23 ПТК 1
стационарными методами на нижней базе изучено четыре типа |
фаций, а на верхней — пять. Однако из 98 родов стексов, наблю- I
даемых в ПТК хребта Ялно и прилегающих предгорий, на верх- |
ней и нижней базах стационара,, описано 70 состояний. Осталь- |
ные 28 родов стексов были детально исследованы полустацио- |
парными методами. 1
При пространственной развертке для реализации программы |
Темп необходима текущая гидрометеорологическая информация. |
Решение этой проблемы для четырех ПТК, изучаемых на |
нижней базе, и пяти ПТК верхней базы не представляет ни- |
каких затруднений. Для остальных ПТК допускалось, что данные |
близлежащих метеостанций Циви-Тура (1990 м), Гомбори |
(1070 м) и Сагареджо (800 м), а также высотные градиенты |
между ними с достаточной степенью точности описывают состо- |
яния воздушных масс и подстилающей поверхности в них. ,1
Суть программы Эспас, автоматически осуществляющей про- |
странственную развертку стексов, сводится к последовательному |
определению ПТК в узлах матрицы ландшафтной карты банка |
данных и расчета в них стексов либо по правилу, согласно кото- 3
рому в определенные сезоны года разные ПТК находятся в од- |
них и тех же родах стексов, либо по программе Темп. В резуль- |
тате реализации программы Эспас производится распечатка кар- |
ты состояний ПТК в момент времени Т. |
Программа Параметр, совмещенная с программами Темп и |
. Эспас, позволяет рассчитывать отдельные геомассы и другие. |
характеристики ПТК в момент времени Т. J
В качестве примера рассмотрим составление карты влажности
почвы на 15 июля 1979 г. (рис. 80). Первая точка гна ландшафт- |
ной карте банка данных соответствует ПТК 4F (склоны средней |
крутизны с буковыми лесами на горно-лесных бурых почвах). |
Для этого ПТК нет данных ни стационарных, ни аэровизуальных I
наблюдений, поэтому приходится вводить информацию, во-пер- |
вых, метеостанции - (на ближайшей — Гомбори — в этот день на- |
блюдалась погода без осадков с температурой воздуха +118° |
и т. д.) й, во-вторых, о состоянии изучаемого ПТК на 14 июля |
1979 г., которую можно получить в результате либо аэровизу- |
альных наблюдений, либо расчетов по данным карты стексов, |
хранящейся в памяти ЭВМ. Из этой .информации следует, что i
114 июля 1979 г. рассматриваемый ПТК находился в макротер- 1
мальном гумидном стексе стабилизации летней структуры (56). , |
162 1
3
Согласно данным таблицы Стеке — стеке, рассматриваемое со-
стояние (5G) может перейти в стексы плювиальный (Р) и осен-
него упрощения структуры (3,4(7|).
Данные метеостанции Гомбори позволяют исключить плюви-
альный стеке, а данные таблицы Стеке — декада—возможность
стекса осеннего упрощения структуры (3,46|). (В середине ию-
ля вероятность этого состояния равна 0.) Следовательно, рас-
сматриваемый ПТК должен остаться в предыдущем макротер-
мальном гумидном-стексе стабилизации структуры.
'. Данные о стексе в точке i (в ПТК 4F) запоминаются и пере-
носятся в точку i-f-1 на карте. Аналогично анализируются все
точки, и после завершения рассматриваемого цикла строится кар-
та состояний ПТК на 15 июля 1979 г., которая может и не выво-
диться на АЦПУ, но оставаться в памяти ЭВМ.
Данные карты используются для последующего опроса ос-
новной таблицы Состояние ПТК (табл. 22) и вспомогательной
таблицы Геомассы, показывающей, что в стеке 5G в ПТК 4F
влажность почвы составляет 25—30%. Подобные операции про-
изводятся для точки г+1 и во всех последующих точках ланд-
шафтной карты.
Таким образом, для каждой точки определяется влажность
почвы, которая вначале запоминается ЭВМ, а потом выводится
в виде карты влажности почвы на 15 июля 1979 г. (рис. 80).
Программы Эспас, Темп, Параметр позволяют решать и бо-
лее сложные задачи, в частности составлять прогнозные карты
состоя!&й ПТК и динамики их отдельных параметров.
Геоинформационная система Марткопского стационара
Пространственно-временной анализ и синтез в' ландшафтове-
дении может послужить теоретической базой при разработке гео-
информационных систем (ГИС). Основная задача таких сис- /
тем — оперативная подача информации о состояниях природной
среды заинтересованным организациям. В настоящее время воз-
можна организация ГИС, отличающихся друг от друга структу-
рой и характером организации, функциональной направленно-
стью, ориентацией на пользователя и др. (Преображенский, 1978;
Шальное, 1980).
Разработанная нами информационная система Марткопского
стационара (ГИС МФГС) относится к классу многоцелевых ин-
формирующих и ориентирована на специалистов-географов. Она
состоит из банка данных с информационным и программным
обеспечением и подсистем сбора и обработки информации. Под-
система сбора информации формирует оперативные данные бан-
ка и вместе с фондовыми данными и программным обеспечением,
как показано на рис. 81, позволяет решать различные задачи:
— составлять карты отдельных мал отменяющихся признаков
ПТК (растительности, почв и др.) и сравнительно быстро меняю-
щихся параметров (температуры и влажности воздуха, высоты
16'3
Подсмстемо
априорном информации
Банк донных
Сервисные
программы
Данные МФГС
(нижняя базе
Н-930м)
1.Ландшафтная
карта
Данные МФГС
(верхняя база
Н-1730м)
Данные
ги дрометс тан ций
Циаи-Туро
(7990 м).
Гомбори (1070м).
Сагареджо (800 м)
Данные
аэровизуальных
наблюдении
Да иные прогноза
^гидрометеослужбы
1-Да иные на
момент Г
б.Табл.17
в.Табл.19
г.Табл.20
Типовые
задачи
2.Данные на
момент Т-1
А.Фондовые
данные
Б.Оперативные
данные
3.Концепты
состояний
ПТК
а.Табл.21
б.Табл.22
е.Табл.23
г.Табл.24
д.Табл.25
1.Составить
карты мало-
изменяющихся
признаков
2.Концепты
ПТК
прогнозные
карты стексов
и параметров
10.Произвести
прогноз стексов
и параметров
6.Определить
характер
вертикальной
структуры
в t в П Т К A j
7.Определить
остальные
параметры
вТв ПТКА;
изменяющихся
признаков
8.Составить
карты стексов
карты
параметров
4.Определить
в Т стеке
в ПТК Aj
5.Определить
значения
параметров
вТв ПТК А,
3.Вычертить
цветные карты
ТЕМП
ЭСПАС
ПРИЗНАК
ПРИЗНАК!
КАРТА
ПАРАМЕТР
Рис. 81. Схема геоинформационной системы Марткопского физико-географи-
ческого стационара
снежного покрова скорости ветра и др.) по программам Признак,
Признак I, ландшафтной карте, файлам Описание ПТК и Сло-
варь;
— определять в момент времени Т стеке в ПТК Ai по про-
грамме Карта и результатам решения предыдущих задач;
— определять в момент времени Т стеке в ПТК Ai по про-
грамме Темп, данным таблиц Стеке — стеке, Стеке — декада и
оперативной информации и значения его отдельных параметров
по программе Параметр, данным основной таблицы Описание
состояний, таблицы Геомасс и стексу;
— определять характер вертикальной структуры ПТК Ai в
момент Т по тем же данным, но с использованием таблицы Гео-
горизонтов;
— определять значения отдельных параметров структуры и
функционирования ПТК в момент Т по программам Параметр и
Креод, данным таблиц Описание состояний и Концептов состоя-
ний;
164
— составлять .карты стексов по программам Зспас и ими,
ландшафтной карте, данным таблиц Стеке — стеке, Стеке — де-
када, а также карты геомасс, вертикальных структур и парамет-
ров функционирования по тем же данным и результатам реше-
ния предыдущих задач;
— прогнозировать изменения стексов и отдельных геомасс,
геогоризонтов и параметров функционирования на основе про-
гноза гидрометеосети и результатов решений предыдущих за-
дач;
— составить прогнозные карты стексов, отдельных геомасс,
вертикальных структур, параметров функционирования по
ландшафтной карте и результатам решения предыдущей за-
дачи.
Однако вполне правомочно возникают следующие вопросы:
насколько достоверны получаемые в ГИС МФГС данные? Воз-
можны ли другие пути для их получения, а если возможны, при-
чина применения именно ГИС МФГС? В чем принципиальная
новизна ГИС МФГС? Зачем нужна разработка ГИС МФГС,
что она дает или может дать практике?
Достоверность данных, получаемых в ГИС МФГС, тесно свя-
зана, во-первых, с репрезентативностью данных ключевых участ-
ков ПТК, в которых описывались эти состояния, и, во-вторых, с
точностью выбранного метода моделирования ПТК и их состоя-
ний.
Так как приводимые в ГИС МФГС интервалы значений при-
знаков— результат многолетних стационарных исследований 70
из 98 стексов, их достоверность не вызывает сомнений. Естест-
венно, точность данных, полученных в результате исследований
полустационарными методами, меньше, но степень их достовер-
ности иногда повышалась путем расширения интервалов значе-
ний. Поясним это на конкретном примере. Предположим, что в
каком-либо ПТК влажность почвы в летние гумидные стексы
стабилизации структуры составляла, по данным пятикратных
измерений, 28, 29, 29, 28, 30%. Исходя из этих данных, в концепт
стекса должен войти интервал значений влажности почвы 25—
30%. Однако 3 из 5 измерений близки к верхней границе интер-
вала. Следовательно, можно предположить, что в отдельные дни
значения влажности почвы в рассматриваемый стеке превысят
30% и выйдут за пределы интервала 25—30%. Поэтому при со-
ставлении концепта стекса был взят более широкий интервал —
25—35%, что позволило исключить возможность попадания но-
вого значения признака в интервал, не обозначенный в концепте
стекса.
Апробация ГИС МФГС показала, что у некоторых исследо-
вателей вызывают возражения слишком широкие интервалы зна-
чений признаков, например тот же интервал 25—35%. Однако
чтобы ответить на эти возражения, необходимо произвести серию
более детальных исследований и получить более точные значения,
а заменить цифру в банке данных несложно, к тому же задачей
165
наших исследований было не создание окончательного варианта.
ГИС, а лишь разработка методики их создания.
Второй аспект достоверности данных информационной систе-
мы связан с выбором метода моделирования. Этот вопрос и пре-
имущество предлагаемой концепции, положенной в основу мо-
делирования, уже обсуждался в гл. II при решении обратной
задачи и проверке полученных данных. Здесь лишь напомним,
что расчетные данные для целого ряда признаков были весьма,
точны.
Конечно, возможны другие пути создания ГИС и другие ал-
горитмы развертки информации в пространстве-времени. В ме-
теорологии и гидрологии уже давно поставлены и решены (с
различной степенью достоверности) задачи интерполяции данных:
в пространстве и экстраполяции во времени. Однако эти «кра-
сивые» решения поставленных задач, заключенные в компакт-
ных системах уравнений, и более точные результаты (иногда,
просто узкие интервалы значений, но с большими величинами
ошибок) с точки з.рения современного' ландшафтоведения имели
недостатки. Все предлагаемые решения были некомплексными и
позволили разворачивать в пространстве-времени максимум не-
сколько, но всегда только метеорологических и гидрологических:
признаков. Они не распространялись на развертку качественных,,
не поддающихся формализации признаков,ПТК и их состояний.
Сравнительно слабо или вообще не учитывалась (даже на уровне
констатации факта) связь отдельных признаков, характеризую-
щих состояние природной среды.
Предлагаемая методика создания ГИС, несмотря на лобо-
вое и, быть может, даже громоздкое решение рассматриваемой
проблемы, что не столь уж существенно для современных ЭВМ,
лишена этих недостатков. Более того, основываясь на единой
концепции пространственно-временного анализа и синтеза в ланд-
шафтоведении, она имеет определенное теоретическое обоснова-
ние и научную новизну.
ГИС МФГС уже в настоящее время может быть использо-
вана в народном хозяйстве. С ее помощью совхозы и колхозы,,
выпасающие крупный рогатый скот и овец в верхнегорно-субаль-
пийских ландшафтах хребта Ялно, могут получить представле-
ние о количестве фитомассы — урожайности в этих ландшафтах,,
что позволит им улучшить структуру и сроки выпаса, лесхозы —
сведения о состояниях леса, прохождении им определенных фе-
нологических фаз, а это даст возможность наметить сроки лесо-
мелиоративных мероприятий и увеличить их эффективность.
Транспортные организации, получая От ГИС МФГС сведения о
снежном,покрове, влажности почв, могут более точно определять,
возможности эксплуатации асфальтированных и грунтовых до-
рог, а следовательно, более рационально планировать свою ра-
боту. „ '
Однако создавать и разрабатывать ГИС для небольших реги-
онов нерентабельно, так как это обходится дорого. Основное
166
значение проведенных на Марткопском стационаре эксперимен-
тов заключается в разработке методики создания аналогичных
систем для крупных регионов.
I
Проект геоинформационной системы крупного региона
Полученный при разработке ГИС МФГС опыт был использо-
ван при создании проекта ГИС Грузинской ССР (ГИСГ). Пред-
полагается, что эта система будет многоцелевой, по структуре
и функциональной направленности — двухуровневой.
Первый уровень—ГИСГ I относится к классу информирую-
щих систем {Шальное, 1980) и ориентирован в основном на спе-
циалистов-географов. Эту систему предполагается использовать
для фонового мониторинга. В отличие от него ГИСГ II будет
более детальной системой, предназначенной для мониторинга не
только естественных, но и так называемых культурных ланд-
шафтов, в основном сельскохозяйственных угодий, поэтому
ГИСГ II можно отнести к классу многоцелевых технологиче-
ских или даже управленческих геоинформационных систем (там
же).
Двум уровням системы должны соответствовать и два этапа
ее построения. Так как на первом уровне будет получаться об-
зорная информация о крупном регионе, то наиболее рентабелен
масштаб il : 1 000 000. При таком масштабе вся территория Гру-
зии умещается в прямоугольнике.размером 50x30 см и становит-
ся легко^обозримой.
Для второго уровня масштаб 1 :1 000 000 явно недостаточен,
ибо в горах сельскохозяйственные угодья очень мозаичны, и по-
тому размер элементарной ячейки в банке данных должен быть
не менее 50x50 м. Однако подобная информация нужна не по
всей республике, а лишь по некоторым ее районам, поэтому на
территории Грузинской ССР выделяют десять субрегионов, для
которых в банке данных должна храниться информация в мас-
штабе 1 :50 000.
Так как эта работа физико-географическая, остановимся в
основном на первом уровне проекта ГЙСГ-1,- который позволит
получить информацию о «фоновом» состоянии природной среды
Грузинской ССР.
ГИСГ-I (рис. 82) состоит из подсистем: сбора первичной ин-
формации, обработки информации, банка данных с библиотекой
программ, «запрос — ответ» и типовых задач.
Подсистема сбора информации включает сеть стационаров,
станций фонового мониторинга и гидрометеорологических, служ-
бы аэровизуальных и полетно-десантных наблюдений, а также
результатов, получаемых с космических летательных аппаратов
(КЛА).
Одним из основных звеньев этой подсистемы станут комп-
лексные стационары ГИСГ-I с регулярными исследованиями со-
стояний ПТК и искусственных геосистем. В настоящее время су-
ществует лишь один стационар подобного типа—Марткопский.
167
г
Рас. 82. Схема геоинформаодонной. системы Грузинской ССР
При разработке ГИСГ-1 целесообразно создать сеть подобных
стационаров, и в Первую очередь стационары на Ковалукской
возвышенности (Абхазский) и в высокогорьях Южной Грузии
(Бакурианский).
Второе звено подсистемы сбора информации — это сеть стан-
ций фонового мониторинга, которую планирует организовать
Гидрометеослужба СССР. На этих станциях кроме гидрометео-
рологических предполагается производить геофизические и гео-
химические наблюдения. Особое внимание будет уделено кон-
тролю за загрязнением воздуха, вод, суши, почвы и биогенного
компонента (Мониторинг..., 1977). Станции фонового монито-
ринга следует разместить таким образом, чтобы они охватывали
все основные ландшафты Грузинской ССР. Как показали наши
предварительные исследования, эти станции целесообразно раз-
местить в Батуми, Саирме (или Они), Боржоми, Ахалкалаки, на
Крестовом перевале, в Лагодехи и Вашловани.
На территории Грузии, по данным «Справочника по климату
СССР» (вып. 14), имеется около 250 метеорологических станций
и столько же постов. Эта сеть вполне достаточна для информа-
тивного обеспечения ГИСГ-I. Однако на некоторых станциях не-
обходимо провести дополнительные исследования по влажности
почвы, динамике фитомассы, изучению элементов теплового ба-
ланса.
Из всех гидрометеостанций следует выделить 34, используе-
мые Управлением Гидрометеослужбы ГССР для регулярной ин-
формации и прогноза погоды.
Аэровизуальные наблюдения и полетно-десантные исследо-
вания с 1977 г. осуществляются научно-исследовательской ла-
бораторией Тбилисского университета по изучению состояний
природной среды при помощи аэрокосмических методов (НИЛ
ИПС АКМ). В настоящее время аэровизуальные наблюдения
(в сумме они составляют около 200—500 часов) кроме нашей
организации осуществляет Минсельхоз, Госкомгидромет, Гос-
комитет по лесному хозяйству. Так как эти полеты осуществля-
ются разными ведомствами,' они часто дублируют друг друга и,
естественно, не имеют единой методики. Если хотя бы половину
этих часов передать НИЛ ИПС АКМ, то их будет достаточно
для службы аэровизуальных и полетно-десантных исследований
ГИСГ, а заинтересованные организации взамен получат инфор-
мацию значительно большего объема, чем теперь.
: Подсистему сбора информации завершает крайне важное зве-
но дистанционного зондирования Земли из космоса. Роль его с
совершенствованием методики и научной аппаратуры, устанав-
ливаемой на космических аппаратах и в центрах обработки ин-
формации, с каждым годом будет увеличиваться.
Подсистема обработки информации должна включать отдель-
ные звенья, уже существующие в Гидрометеослужбе ГССР, а так-
же региональные центры обработки информации, которые пред-
стоит создать на комплексных стационарах. В дальнейшем пред-
полагается расширить НИЛ ИПС. АКМ, чтобы в этой лабора-
169
гории можно было полностью обрабатывать не только данные
аэровизуальных и полетно-десантных наблюдений, но и резуль-
таты космической теледетекции (совместно с ПКИ АН СССР,
Институтом кибернетики Минсельхоза и Госнииципром).
Географический банк, данных с библиотекой спецпрограмм —
одна из наиболее важных подсистем ГИС. Этот банк необходи-
мо реализовать на ЭВМ с обязательным использованием трас-
серов-графопостроителей. Прообразом его может служить банк
данных Марткопского стационара. .
В настоящее время уже составлена основа проектируемого
банка — ландшафтная* карта Кавказа’ (Беручашвили, 1979) и со-
браны фондовые данные по большинству ландшафтов Грузии, ко-
торые позволят составить концепты ландшафтов и стексов. Вме-
сте с оперативными данными при помощи программ Признак,
Карта, Креод, Эспас и других их можно использовать для раз-
вертки информации во времени и пространстве. Следуя прин-
ципу: лучшее — враг хорошему, сбор данных, составление и улуч-
шение программ надо продолжить.
Подсистема «запрос — ответ» и типовое задачи. Предполага-
ется, что в результате использования подсистемы «запрос — от-
вет» потребитель сможет получить доступ к решению’целого ря-
да типовых задач. Результаты решения этих задач могут выда-
ваться в виде либо информации о точке или каком-либо ланд-
шафте, либо в виде карты. Специальные программы позволят
выдавать эту информацию для текущего момента времени Г/
с каким-либо запозданием Tt-_n или с упреждением Т^п. В по-
следнем случае прогноз будет производиться на основе знания
закономерностей смен стексов, программ Темп и Креод и данных
прогноза Гидрометеослужбы.
Типовые задачи можно сгруппировать следующим образом:
I. Физико-географическая характеристика отдельных ланд-
шафтов или территорий и составление карт малоизменяющихся
признаков.
II. Определение стексов или других состояний ПТК, вычер-
чивание карт состояний на любые территории.
III. Ландшафтно-геофизические данные. Из них для потреби-
телей наибольший интерес представляют карты влажности почвы
с указанием количества продуктивной влаги, фитомассы (особен-
но урожайность пастбищ), в том числе по отдельным фракциям,
высоты снежного покрова и запасов влаги в нем, температуры
воздуха и.почвы, влажности воздуха, скорости ветра, вертикаль-
ной структуры ПТК и потенциального изменения ее, сведения о
характере функционирования некоторых ПТК, в том •числе дан-
ные о трансформации солнечной энергии по влагообороту, био-
геоциклу и др.
IV. Ландшафтно-геохимические данные й данные по фоново-
му загрязнению воздуха, вод суши и почвы.
V. Данные о катастрофических явлениях (пожарах, лавинах,
наводнениях, болезнях растений и т. д.).
170
... ' ' -' -i - .у*.--., am.i.JtanrilfniHniWllTtWIirriflTIMWIIllH'iHlbf ИИ !*> i । । -
J
:J
j VI. Прочие данные (например, о фенологическом состоянии
S растительности).
I На втором этапе ГИСГ-П сможет выдавать информацию о со-
j стоянии сельскохозяйственных угодий, уровнях загрязнения ок-
j ружающей среды в конкретных пунктах и другие показатели,
j Затраты на создание первого уровня ГИСГ-I составят около
j 11 млн. руб., а на ежегодную эксплуатацию этой системы — около
j 500 тыс. руб.
4
г
i
i
1
I
1
II
i
1
:i
'i
i
I
1
5
3
J
j
В связи с разработкой ГИС, естественно, возникают два воп-
роса: какова степень достоверности получаемых данных и кому
они нужны? Насколько окупятся затраты на создание ГИС и ка-
ков будет технико-экономический эффект от ее внедрения?
Разработка методики сбора географических банков данных и
создание ГИС ведутся с 1975 г. С 1975 по 1980 г. на эти иссле-
дования было затрачено 320 тыс. руб. Приведенный выше расчет
является результатом экспертных ориентировочных оценок, сде-
ланных по опыту предыдущих исследований.
Вполне возможно создание более дешевых, но в то же время
менее детальных ГИС.
Более того, крайне простой вариант ГИСГ уже сейчас может
функционировать, так как создана ландшафтная карта — ключе-
вой элемент банка данных, собран материал, который может
быть положен в основу концептов некоторых ландшафтов, стек-
сов, ведутся аэровизуальные наблюдения.
Что касается степени достоверности информации, которую
будет выдавать ГИСГ, то о ней можно судить по ГИС Марткоп-
ского стационара. Однако следует иметь в виду, что, чем больше
средств будет вложено в рассматриваемую систему, тем больше
задач можно будет решить и более достоверную информацию
получить с ее помощью.
Экономический эффект, который принесет народному хозяй-
ству внедрение ГИСГ, точно оценить пока нельзя, можно лишь
предполагать, что он будет весьма значителен. Так, расчеты по-
казывают, что при увеличении валового общественного продук-
та сельского хозяйства Грузинской ССР в результате использо-
вания информации, предоставляемой такой системой, не более
чем на 0,05% создание и эксплуатация ГИСГ полностью окупа-
ются. Ясно, что в услугах такой системы нуждаются и другие
отрасли хозяйства, хотя полный перечень их, необходимый для
точного исчисления экономической эффективности внедрения
ГИСГ, пока не известен. В этом направлении еще предстоит ра-
бота, и, возможно, придется, преодолевая рутинность нашего
мышления," заинтересовывать некоторых руководителей отраслей
идеей создания ГИСГ, реализация которой связана с технико-эко-
номическими трудностями.
Экономическая эффективность и научная значимость раз-
работанного проекта могут еще более повыситься, если его ис-
пользовать и для других регионов страны, а также с непосредст-
венным вводом в систему информации, получаемой с искусствен-
ных спутников, занимающихся изучением природной среды.
I
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
I
4
Из всех возможных путей пространственно-временного ана-
лиза и синтеза ПТК в настоящей монографии отобраны те, кото-
рые позволяют уже сейчас достичь конкретной цели — построить
пространственно-временную модель физико-географического ре-
гиона. -
В связи с этим сделан ряд допущений и упрощений, однако
пространственно-временные модели физико-географических ре-
гионов все же были разработаны: на качественном уровне — в
виде ландшафтной карты, развернутой легенды к ней и специ-
альных алгоритмов, а на количественном — в виде ГИС Март-
копского стационара.
Эти модели позволяют получать информацию о потенциально
возможных состояниях ПТК в те или иные моменты времени (в
первом случае) и о состояниях какого-либо ПТК в конкретный
промежуток времени-(во втором случае). Кроме того, они позво-
ляют рассчитывать ряд других характеристик ПТК-
При анализе этой информации были выявлены не только сте-
пень достоверности получаемых результатов, но и наметившиеся
пути и цели дальнейших исследований. Необходимо более тща-
тельно рассмотреть допущения и упрощения и на основе допол-
нительных исследований сузить их круг, с тем чтобы добиться
более высокой точности получаемых результатов; развить и раз-
работать другие пути пространственно-временного анализа и
синтеза ПТК, получить данные и детально охарактеризовать не
только стексы, но и другие состояния ПТК; разработать другие
методы выявления и анализа состояний ПТК, в том числе и ос-
нованные на космической теледетекции, и применить их на прак-
тике; произвести пространственно-временной анализ и синтез не
только естественных, но и так называемых культурных ПТК и
попытаться выделить состояния не только природных, но и при-
родно-хозяйственных единиц; произвести исследования на более
обширных^ территориях, изучить стексы всех ландшафтов Кав-
каза, а также детально исследовать закономерности смены стек-
сов и комплексов состояний ландшафтов крупных регионов. Эти
и ряд других исследований должны быть направлены на дости-
жение общей цели — построение ГИСГ или ГИС всего Кавказ-
ского региона.
В результате произведенных работ выявлены новые объек-
ты исследований. К ним в первую очередь относятся состояния
ПТК различной продолжительности, из которых особенно деталь-
но рассмотрены стексы.
Пространственно-временной анализ и синтез ПТК дали воз-
можность вскрыть ряд новых физико-географических
172
J
закономерностей, сформулировать и обосновать научные
положения, которые в совокупности можно рассматривать
как новое направление в ландшафтоведении со своим
объектом, исследования, теоретическими положениями и прави-
лами, позволяющими разработать научную базу для конкрет-
ных мероприятий большого народнохозяйственного значения.
Пространственно-временному анализу и синтезу ПТК необхо-
димо уделить самое пристальное внимание. Запросы народного
хозяйства и мероприятия, направленные на охрану природной
среды и ее рациональное использование, требуют информации не
только о том, что и где находится в той или иной точке терри-
тории нашей страны, но и о том, в каком состоянии находится
природная среда в этой точке в конкретный момент времени. Не
случайно внимание государственных органов в последнее время
привлекает разработка служб слежения и контроля за состоя-
нием природной среды. Если ландшаф.товеды не будут в теоре-
- Тическом отношении в достаточной степени подготовлены для
разработки этих вопросов, то они окажутся за бортом при реше-
тник задач, имеющих громадное народнохозяйственное значение,
ибо их место займут экологи, гидрологи, метеорологи или пред-
ставители других дисциплин.
if
_________________________- - - —
1.;.' " ".:: -"?: здшм
ЛИТЕРАТУРА
'jHfлишними тамц Ч".'^"'!.1 I.1 J1
Авалиани С. Ш. Очерки философии естествознания. Тбилиси, 1968.
Александрова Т. Д. Основные направления использования моделей и ма-
тематических методов в общей физической географии и ландшафтоведе-
нии. — В кн.: Итоги науки и техники. Теоретические и общие вопросы геогра-
фии. М., 1977.
Арманд А. Д. Информационные модели природных комплексов. М., 1975,
Арманд А. Д., Таргульян В. О. Некоторые.принципиальные ограничения
эксперимента и моделирования в географии. — Изв. АН СССР, сер.
1974, № 1. ‘
Арманд Д. Л. Наука о ландшафте. М., 1975.
Асланикашвили А. Ф. Метакартография. Тбилиси, 1974.
Базилевич Н. И., Родин Л. Е., Розов Н. Н; Географические аспекты изу-
чения биологической продуктивности. — В кн.: Материалы V съезда Географи-
ческого общества СССР. Л., 1970.
Базилевич Н. И., Титлянова А. А. Особенности функционирования травя-
ных экосистем в сравнении с лесными и пустынными,
окое моделирование в экологии. М., 1978.
Бартковский Т. Моно- и полифункциональные типы территории примени-
тельно к пространственному планированию. — В кн.: Международная геогра-
фия-76, вып. 5. М., 1976.
Беручашвили Н. Л. Сезонная динамика, фаций. — Ландшафтный сборник.
Тбилиси, 1972.
Беручашвили Н. Л. Некоторые- вопросы геофизики ландшафта. — В кн.:
Наблюдения и исследования на Марткопском стационаре в III кв. 1973 г.
Тбилиси, 1974.
Беручашвили Н. Л.
каре. Тбилиси, 1976.
Беручашвили Н. Л.
нию геоинформационных
Беручашвили Н. Л.
Беручашвили Н: Л.
каза. Тбилиси, 1980.
Беручашвили Н. Л. ж ... л _________ _____„______
и картографирования состояний природно-территориальных комплексов. Мате-
риалы полевой школы-семинара по изучению состояний геосистем. Тбилиси,.
1983. -
геогр.,
В кн.: Математиче--
Ландшафтные исследования на Марткопском стацио-
Об исследованиях по этологии ландшафта и созда-
систем.— Вести. МГУ, сер., геогр., 1979, № 5.
Ландшафтная карта Кавказа^ Тбилиси, 1979.
Объяснительная записка к ландшафтной карте Ка®-
Методика ландшафтно-геофизических исследований
Беручашвили Н. Л., Квинихидзе К. С., Чавчанидзе В. В. Формирование
концептов («вычислительных понятий») ландшафта на основе теории искус-
ственного концептуального интеллекта. — Сообщ. АН ГССР, 1976, т. 81, № 1.
Беручашвили Н. Л., Ришар Ж.-Ф. Учение о пейзажах и ландшафтоведе-
ние во французской географической науке.— Изв. АН СССР, сер. геогр., 1979,
№6.
Беручашвили Н. Л., Тедиашвили А. Г., Маглакелидзе Р. В. и др. Некото-
рые параметры биогеоцикла в природно-территориальных комплексах Март-
копского стационара. — В кн,: Ландшафтно-геофизические исследования в
1973 г. Наблюдения и исследования на Марткопском стационаре. Тбилиси,
1974.
Биома основных геосистем центральной лесостепи (Материалы экспери-
ментальных исследований). М., 1976.
Блажек Б., Гадач Э., Голубчикова Б. Гносеологические предпосылки сбо-
ра данных в фитоценологии.—Журнал общей биологии, 1977, № 5.
Будыко М. И. Глобальная экология. М., 1977..
Бяллович Ю. Д. Биогеоценологические горизонты. — Тр. МОИП, сер.
биол., 1960, т. 3.
Вернадский В. И. Биосфера. М., il9i67.
Виноградов Б. В. Космические методы изучения природной среды. М.,
1976.
Возовик Ю. И. О повторяемости событий в процессе развития ландшаф-
тов во времени. — Вопросы географии, сб. 79. М., 1970.
Волобуев В. Р. Введение в энергетику почвообразования. М., 1974.
Вопросы комплексной климатологии. М., 1963'.
Воронов А. А. Основы теории автоматического управления, ч. I. Л., 1965.
Высоцкий Г. Н. Избранные сочинения, т. 1. М., 1962; т. 2. М., 1964.
Гвоздецкий Н. А. Ландшафтная карта и схема физико-географического
районирования Закавказья. — В кн.: Ландшафтное картографирование и фи-
зико-географическое районирование горных областей. М., 1972.
Гвоздецкий Н. А. Основные проблемы физической географии. М., 1979.
Герасимов И. П. Конструктивная география. Цели, методы, результа-
ты. — Изв. ВГО, т. 98, 1966, № 5.
Герасимов И. П. Научные основы современного мониторинга окружаю-
щей среды. — Изв. АН СССР, сер. геогр., 1975, № 3.
Герасимов И. П. Советская конструктивная география. Задачи, подходы,
результаты. М., 1976.
Гетнер А. География, ее история, сущность и’методы. М.—Л., 1930.
Г лазовская М. А. Геохимические основы типологий и методики исследова-
природных ландшафтов. М., 1964.
Голдовский А. М. Основы учения о состояниях организмов. Л., 1977.
Григорьев А. А. Закономерности строения и развития географической сре-
Избр. работы. М., 4966.
Грин А. М. Динамика водного баланса Центральночерноземного района.
1965.
Грин А. М., Утехин В. Д. Принципы моделирования структуры и функци-
— В кн.: Современные проблемы географии. Доклады
* — — - ~ -Чг
НИИ
ды.
м.,
онирования геосистем. — D кн.: современные нриилемы icuipaipnn.
общих симпозиумов XXIII конгресса Международного географического сою-
за. М., 1976. «
Демек Я. Теория систем и* изучение ландшафта. М., 1977.
Джакели X. Г., Санеблидзе М. С., Уклеба Д. Б. Ландшафтная карта
Грузинской ССР. Тбилиси, 1970.
Директор С., Рорер Р. Введение в теорию систем. М., 1974.
Деруссо П., Рой Р., Клоуз Ч. Пространство состояний в теории управле-
ния. М., 1970.
Дроздов А. В. О ландшафтоведческих аспектах балансовых исследова-
ний.—В кн.: Новое в физической географии. М., 1975.
Дылис Н. В. Структура лесного биогеоценоза. М., 1969.
Дьяконов К. Н. Изучение вертикального строения ландшафта. — В кн.:
Методика ландшафтных исследований. Л., 197L.
Дьяконов К. Н. О постановке курса «Физика ландшафта» на географи-
ческом факультете МГУ, — В кн.: Новое в физической географии. М., 1975.
Дювиньо П., Танг М. Биосфера и место в ней человека. М., 1968.
Ефремов Ю. К. География и пространство. — В кн.: Жизнь Земли (сб.
Музея землеведения), № 3. М., 1965.
Жекулин В. С. Историческая география ландшафтов. Новгород, 1975.
Жучкова В. К. Организация и методы комплексных физико-географиче-
ских исследований. М., 1977.
Звонкова Т. В. Принципы и методы регионального географического про-
гнозирования.— Вести. МГУ, сер. геогр., 1972, № 4.
Зиракашвили Т. Г. Физико-географическая характеристика Марткопского
стационара. — В кн.: Ландшафтно-геофизические исследования в 1973 г.
Тбилиси, 1974.
Злотин Р. И. Жизнь в высокогорьях (изучение организации высокогор-
ных экосистем Тянь-Шаня). М., 1975.
Зонн С. В., Урушадзе Т. Ф. Научные основы и методические указания к
биогеоценологическому изучению почв горных лесов. Тбилиси, 1974.
174
Иванов А. Г.} Кипчиц Б. 3. Картографические фотографические информа-
ционно-поисковые системы за рубежом.•— Геодезия и картография, 19'77, №8.
Израэль Ю. А. Глобальная система наблюдений. Прогноз и оценка изме-
нения состояний окружающей среды. Основы мониторинга. — Метеорология
и гидрология, 1974, № 7.
Израэль Ю. А. Об оценке состояния биосферы и обосновании монито-
ринга.— Докл. АН СССР, 1976, т. 226, №4.
Исаченко А. Г. Основы ландшафтоведения и физико-географическое рай-
онирование. М,, 1965.
Исаченко А. Г. Прикладное ландшафтоведение. Л., 1976.
Исаченко А. Г. География сегодня (пособие для учителей). М., 1979.
Исследование степных геосистем во времени. Новосибирск, 1976.
Калесник С. В. Современное состояние учения о ландшафтах (Материа-
лы Ш съезда Географического общества СССР), Л., 1959.
Калесник С. В. Общие географические ;закономерности Земли. М., 1970.
Капица А. П., Симонов Ю. Г. Основные проблемы регионального геогра-
фического прогноза.—Докл. Ин-та геогр. Сибири и Дальн. Вост., 1974, № 43.
Коломыц Э. Г. Структура снега и ландшафтная индикация. М., 1976.
Кондаков И. И. Логический словарь. М., 1976.
Крауклис А. А. Проблемы экспериментального ландшафтоведения. Но-
восибирск, 1979.
Крушинский Л. В., Зорина 3. А. Этология. — В кн.: БСЭ, 3-е изд., 1978-
т. 30.
Куракова Л. И. Антропогенные ландшафты. М., 1976.
Ландшафтоведение. М., 196'3.
Ланкастер Ф. Информационно-поисковые системы. Характеристики, испы-
тания и оценки. М., 1975.
Лоренц К- Кольцо царя Соломона. М., 1970.
Макунина А. А. Основные проблемы физической географии. М., 1974.
Мамай И. И. Границы ландшафтов. — Вести. МГУ, 1978, № 1.
Мамай А. А. Состояние природных территориальных .комплексов. — Воп-
росы географии, об. 12’1. М., 1982.
Марков К- К. Пространство и время в географии. — Природа, 1965, № 5..
Марков К. К., Добродеев О. И., Симонов Ю. Г., Суетова И. А. Введение
в физическую географию. М., 1973.
Маркова Д. Ф. Некоторые вопросы полевого исследования сезонной ди-
намики ландшафта.— В .кн.: Методика ландшафтных исследований. Л., 1971.
Материально-энергетические ресурсы основных геосистем Центральной
лесостепи. М., 1976.
Методы изучения биологического круговорота в различных природных •
зонах. М., 1978.
Методы исследований водного баланса территории и картирование его
элементов. М., 1973.
Методы изучения почв на стационарах. М., 1977.
Мидоу Ч. Анализ информационно-поисковых систем. М., 1977.
Миллер Г. И. Ландшафтные исследования- горных и предгорных терри-
торий. Львов, 1974.
Милъков Ф. И. Основные проблемы физической географии. М., '1967.
Михайлов И. И. Физико-географическое районирование, ч. 2. М., 1960;
ч. 3. М., 1962. '
Михеев В. С., Модасова А. А. Некоторые итоги структурно-функциональ-
ного изучения среднетаежных геосистем. — В кн.: Природные режимы сред-
ней тайги Западной Сибири. Новосибирск, 1977.
Модасова А, А. Сезонный ритм и фазовые варианты структуры среднета-
ежных фаций.,— В кн.: Природные режимы средней тайги Западной Сибири.
Новосибирск, 1977.
Мониторинг состояния окружающей природной среды. Л., 1977.
Иахуцришвили Г. Ш. Экология высокогорных растений и фитоценозов
Центрального Кавказа, ч. I. Тбилиси, 1971; ч. П.'Тбилиси, 1974.
Нееф Э. Теоретические основы- ландшафтоведения. М., 1974.
Нерпин С. В., Чудновский А. Ф. Энерго- и массообмен в системе «расте-
ние— почва — воздух». Л., 1975.
176
I Николаев В. А. Проблемы регионального ландшафтоведения. М., 1979.
I Новосельцев В. Н. Теория управления и биогеосистемы. М., 1978.
< Одум Ю. Основы экологии. М., 19,75.
: . Основы лесной биогеоценологии. М., 1964.
j Перельман А. И. Геохимия ландшафта. М., 1975.
] ПолыновБ. В. Избранные труды. М., 1956.
) Почва как компонент природных экосистем: изучение ее истории, совре-
менной динамики и антропогенных изменений. — В кн.: Материалы Советско-
! американского симпозиума по биосферным заповедникам. М., 1976.
Преображенский В. С. Ландшафтные исследования. М., 1966.
Преображенский В. С. Беседы о современной физической географии. М.,
1972.
Принципы организации и методы стационарного изучения почв. М., 1976.
Природа, техника, геотехнические системы. М., 1978.
Природные режимы и топогеосистемы Приангарской тайги. Новосибирск,
1975.
, Природные режимы средней тайги Западной Сибири. Новосибирск, 1977.
Природные режимы степей Минусинской котловины. Новосибирск, 1976.
Проблемы регионального географического прогноза. Новосибирск, 1982.
Программа и методика биотеоценологических исследований. М., 1974.
Пузаченко Ю. Г. Изучение организации биогеоценотических систем. Ав-
тореф. докт. дис. М., 1971.
Пузаченко Ю. Г. Принципы информационного анализа. — В кн.: Стати-
стические методы исследования геосистем. Владивосток, 1976.
Раменский Л. Г. Избранные работы. Л., 1971.
Раунер Ю. Л. Тепловой баланс растительного покрова. Л., 197’2.
Рейхенбах Г. Направление времени. М., 1962.
Ресурсы биосферы, выт 1. Л., 1975.
Ретеюм А. Ю. Физико-географические исследования и системный -под-
ход.— В кн.: Системные исследования. М., 1972;
Рихтер Г. Д. Ярусность географической оболочки. — Изв. АН СССР, сер.
геогр., 1975, № 2.
Роде A.JB. Основы учения о почвенной влаге, т. 1. Л., 1965.
Родин Jr. Е., Базилевич Н. И. Динамика органического вещества и био-
логический круговорот зольных элементов и азота в основных типах расти-
тельности. Л., 1965.
Розен Р. Принцип оптимальности в биологии. М., 1969.
Росс Ю. К. Радиационный режим и архитектоника растительного покро-
ва. Л., 1975.
Росс Ю. К. Математическое моделирование продуционного процесса.—
В кн.: Международный симпозиум по проблемам математического моделиро-
вания процессов взаимодействия человеческой активности и окружающей
среды. Телави, 1978.
Руднев Н. И. Радиационный баланс леса. М., 1977.
Рябчиков А. М. Структура и динамика геосферы. М., 1972.
Сабуров А. Н., Востокова Е. А. Использование материалов аэрокосмиче-
ской съемки для задач мониторинга окружающей среды. — Изв. АН СССР,
сер. геогр., 1978, № 6.
Санеблидзе М. С. Физико-географическое районирование ГССР. — Науч-
ные докл. высшей школы. Геолого-геогр. науки, 1958, № 3.
Саушкин Ю. Г. История и методология географической науки. М., 1976.
Селтон Г. Автоматическая обработка, хранение и поиск информации. М.,
1973.
Симонов Ю. Г. Пространственно-временной анализ в физической геогра-
фии..— Вести. МГУ, сер. геогр., 1977, №4.
Солнцев В. Н. О некоторых фундаментальных свойствах геосистемной
структуры. — В кн.: Методы комплексных исследований геосистем. Иркутск,
1974.-
Солнцев В. Н. Формы упорядоченности физико-географической структу-
ры. — В кн.: Новое в физической географии. М., 1975.
Солнцев В. Н. О трудностях внедрения системного подхода в физиче-
. скую географию. — Вопросы географии, сб. 104. М., 1977.
177
Солнцев В. Н. Системная организация ландшафтов. М., 1981.
Солнцев Н. А. Природный географический ландшафт и некоторые общие
его закономерности. — В кн.: Тр. II Всесоюзного географического съезда, т. 1.
Л.—М., '1948.
Солнцев Н. А. Значение цикличности и ритмичности экзогенных ланд-
шафтообразующих процессов. — Вести. МГУ, сер. геогр., 1961, № 4.
Солнцев Н. А. Основные проблемы советского ландшафтоведения. — Изв.
ВГО, 1962, т. 93, вып. *1.
Солнцев Н. А. Некоторые теоретические вопросы динамики ландша-
фта. — Вести. МГУ, сер. геогр., 1963,'№ 2.
Сочава В. Б. Структурно-динамическое ландшафтоведение и географиче-
ские проблемы будущего.—Докл. Ин-та геогр. Сиб. и Дальн. Вост., 196'7,
№ 17.
Сочава В. Б. География и экология. Л., 1970.
Сочава В. Б. Введение в учение о. геосистемах. Новосибирск, 1978.
Спейт Дж. Г. К уточнению процедуры картографирования естественных
ландшафтов. — В кн.: Международная география, вып. 5. М., 1976.
Структура, функционирование и эволюция системы биогеоценозов Бара-
бы, т. 2. Новосибирск, 1976.
Сукачев В. Я. Основные понятия лесной биогеоценологии. — В кн.: Осно-
вы лесной биогеоценологии. М., 1964.
Тимофеев-Ресовский Н. В., Яблоков А. В., Глотов Н. В. Очерки учения
о популяциях. М., 1973.
Титлянова А. А., Базилевич Н. И. Циклы химических элементов в экоси-
стемах луговых степей и лугов. — Почвоведение, 1975, №9.
Топология степных геосистем. Л., 1970.
Топчиев А. Г. Возможные направления моделирования геосистем.—
В кн.: Моделирование элементарных геосистем. Иркутск, 1975.
Туманова Д. Ф. К вопросу о роли фенологических наблюдений во внут-
риландшафтном районировании. —- В кн.: Тр. Фенологического совещания.
Л., 196Д. ‘
Уклеба Д. Б. Физико-географическое районирование Восточной Грузии.
Тбилиси, 1964.
Урусиадзе Т. Ф., Беручашвили Н. Л. Особенности изучения почв как ком-
понентов горно-лесных биогеоценозов. — Сообщения АН ГССР, 1978, т. 91,
№3.
Утехин В.. Д. Первичная биологическая продуктивность лесостепных эко-
систем. М., 1977.
Федоров Е. Г. Цеми—горная климатологическая станция на Бакуриан-
ской ветви Закавк. жел. дороги. Тифлис, 1925.
Физический энциклопедический словарь, т. IV. М., 1965.
Фриш В. А. Ландшафтные исследования в Советской Барге..
1967, т. 99, № 1. .
Хагет П. География. Синтез современных знаний. М., 1979.
Хайнд Р. Поведение животных. М., 1975.
Харвей Д. Научное объяснение в географии. М., 197*4.
Хлебович И. А., Буффал В. В. Природные режимы — источник информа-
ции для моделирования и прогнозирования состояний геосистем. — В
Стационарные исследования и моделирование геосистем. Иркутск, 1977.
Чавчанидзе В. В. Новый подход к проблеме трактовки понятия ландшаф-
та с точки зрения общей теории концептуальных систем. — Сообщения АН
ГССР, т. 80, № 3, 1975.
Чавчанидзе В. В. К теории естественного и искусственного концептуаль-
ного интеллекта. — В кн.: Естественный и искусственный концептуальный ин-
теллект. Тбилиси, 1976.
Чубуков Л. А. Комплексная климатология. М.—Л., 1949.
Шальнее В. А. Информационная деятельность в географии и региональ-
ная география. — Изв. ВГО, 1980, № 3.
Ширяев Е. Е. К проблематике создания автоматических картографиче-
ских систем.—Геодезия и картография, 1977, Ке 9.
Шира И. Н. География продолжает поиск. Кишинев, 1979.
Шовен Р. Поведение животных. М., 1972.
Изв. ВГО,
кн.:
_ - • - J — - — —* J Mf/XW
— В кн.: Естественный и искусственный концептуальный ин-
178
Шульц Г. E., Шмаревский В. В. Фенологические наблюдения. Л., 1941.
Эшби У. Р. Введение в кибернетику. М., '1962.
Южная тайга Приангарья. Л., 1969.
nard J. М., Bonvallot Latham М„ ets. Aspects du contact foret —
dans le centre et 1’ouest de la Cote d’Ivoire. Paris, ORSTOM, 1974,
N 35.
Barch H. Landschaftanalisy. (teil I): Lerhbrute fur fernstudium der lehrer
padagogische Hochshule. Potsdam, 1971.
Beroutchachvili N. Ecosystemes et geosystemes. Masse, energie, comporte-
ment. Poitier, 1976.
Beroutchachvili N., Bertrand G. Le geosysteme ou «systeme territorial na-
ue des changements
— In:
Avenard J. M
savane »__
JU C" / if V t t-bA'V r w- _
turel». — Revue geogr. Pyren. et du Sud-Ouest, 1978, f. 2.
Beroutchachvili N., Dolfus O. Representation graphique des change
d’etats saisonniers dans quelques geosystemes de 1’Himalaya central.
Colloques internationaux du C. N. R. S. n 268/Ecologie et geologie de 1’Hima-
laya. Paris, 1976.
Beroutchachvili N,, Padvanyi J. Les structures verticales des geosyste-
— Rev., geogr. des Pyren. et du Sud-Ouest, 1978, f. 2.
Beroutchachvili N., Mathieu J. L. L’ethologie des geosystemes. — L’Espace
rrapmque, uni, 2.
Beroutchachvili N., Pichard J. Aspects traditionales et aspects modernes
dans la «science du paysage» en Union Sovietique. Paris, ORSTOM, 1975.
Berucasvili N. Die jahreszeitlich bedingte dynamik der struktur und der
funktionalen prozesse der fazies. — Peterm. geogr. mitteilungen, 1977, N 1.
Bertrand G. Paysage et geographic physique glabale. — Rev. geogr. Pyren.
et du Sud-Ouest, 1968, f. 3.
Bertrand G. Les structures naturelies de l’espace geographique. L’example
des Montagnes Cantabriques Centrales. — Rev. geogr. des Pyren. et du Sud-
Ouest, 1972, f. 2.
Bertrand G. Les paysages entre la nature et la societe. — Rev. geogr. des
Pyren. et du Sud-Ouest, 1978, f. 2.
— - л г-ч Г ХЧ T .
1973, f. 3
I'kltC VJ * f i 4- О А» *7 « j Tf, -j « *> — — - - . _
ecosystemes mediterraneenes. — Rev. ecol. et biol. du sol, 1971, N 12.
U bl/LVO (>4 A. Л. \* U1 я ы-uv _ ___
in der topischen dimension. — Peterm. geogr. mitteilungen, 1976, N 4.
л - — - > ' 11 j._____
laya. Paris, 1976.
mes.
geographique, 1977, N 2
“ ' * • * ♦ ж T
11. Cl UU AUlkj, i.
Bertrand G., Dolfus 0. Le paysage, et son consept. —- L’espace geogr
_. 3, i. 3.^
Billes G., Cortez J., Lossaint P. L’activitee biologique des sols dans les
icusysieiutes шейпер i anwnv^. Rev. ecol. et biol. du sol, 1971, N 12.
Billwitz K. Zur erfassung des landes kulturellen zustandes der territorium
er wpiscuen uuhcumvu. — Peterm. geogr. mitteilungen, 1976, N 4.
Bpcquier J. Genese et evolution de deux toposequences de sol tropicaux du
Tchad.- Interpretation biogeodynamique. Paris, ORSTOM, 1973, N 62.
Bouille F. Creation et utilisation d’une Banque des donnees de cartes geo-
logiques. — In: Intern. Jahrb. cartogr. Bd. Bonn, 1976.
Bruneau M., Cabaussel G. Paysage, dynamique et organisation de l’espace
rural a Phrom Phiram (Thailande). — Etudes rurales, 1974, t. 53—56.
Chastri F., Mooney H. A. Mediterranean type ecosystems/origin and stru-
cture.— Ecological studies, 1973, N 7.
Chorley P. G. The role and relation of physical geography. — In: Progress
in geography/Intern. rev. of environment. London, 1971, vol. 3.
Chorley P. J., Kennedy B. A. Phisical geography. A systems approache.
London, 1971.
Chauvin P. Le monde des insectes. Paris, 1967.
Contribution a I’analyse ecologique des zones arides de Tunisie avec 1’aide
des donnees de la teledetection spatiale. Monpellier, 1978.
Coueland P. T.t Zacharuk P. Y., Paul E. A. Procedure for studies of grass-
lands ecosystems. — In: The Ecosystems Concept in Natural Research Mana-
gement. New York, 1969.
Czarnecki P. Studia nad krajobrazem fizycznogeograficznym srodkowej
czesci dorzecza opatowki. — Geogr. Fizuczna. Warszawa, 1970, resz. 9.
David Deries J., ". " „ 1---
et wanden a partir des donnees rnultispectrales d’ERTS-1. Paris, 1974
Desert Biome Modelling. — Logan: Utha st. univ., 1973.
Desert Biome Research memorandum RM 72-5: Validation studies at Deep
Creek, Curlew Valley. — Logan: Utha st. univ., 1972.
a I’analyse ecologique des zones arides de Tunisie avec 1’aide
... «Ж 11 . 1 Г\*7О
Verger Ё. Cartographic automatique des marrais
- - — — — Л a Д
' 4
179
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие....................................................... 3
Глава I. Понятие «состояние ПТК» и теоретические основы простран-
ственно-временного анализа и синтеза ПТК ........................ 6
Анализ и синтез изменения характеристик ПТК во времени (пер-
вый подход к выделению состояний ПТК) . ...................... —
Поиск путей к выделению состояний ПТК . .......... 21
Синтез геогорйзонтов и процессов функционирования (второй
подход к выделению состояний ПТК)............................ 40
Временная структура фации и синтез стексов во времени ... 58
Пространственно-временной синтез геомасс, геогорйзонтов, стек-
сов, элементарных ПТК на иерархическом уровне ландшафтов . 66
Глава II. Изучение состояний ПТК на Марткопском стационаре .... 74
Детальные характеристики отдельных стексов................... —
Анализ динамики стексов..................................... 104
Смены состояний ПТК и понятие этоцикла...................... 108
Анализ этоциклов ............................................ ПО
Сравнительный анализ динамики стексов в различных ПТК ... 114
Математическое моделирование динамики ПТК. Проверка получен-
ных данных и решение обратной задачи........................ 118
Глава III, Теоретические и практические результаты пространственно-
временного анализа и синтеза ПТК.................... , . 134
Классификация стексов ландшафтов Кавказа.................. . —- -
Краткая характеристика этоциклов основных ландшафтов Кав-
каза ...................................................... 139
Ландшафтная карта — основа модели региона................... 145
Географические банки данных................................. 150
Программы развертки информации ............................ 158
Геоинформационная система Марткопского стационара.......... 163
Проект геоинформационной системы крупного региона . .... 167
Заключение . . •............................................... 172
Литература .................................................... 174
III
Беручашвили Н. Л.
Б52 Четыре измерения ландшафта. — М.: Мысль, 1986.—
182 с., ил., карт.
1 р. 70 к.
В книге .изложена оригинальная концепция пространственно-временнбго ана-
лиза и синтеза природно-территориальных комплексов, представляющая собой
теоретическое обоснование ландшафтного мониторинга. Приводятся разработан-
ные на ее основе методы изучения ландшафтов по их структуре, функциониро-
ванию и состоянию, а также опыт моделирования природно-территориальных ком-
плексов и создания геоинформационных систем.
Книга рассчитана на ландшафтоведов, природоохранителей, осуществляю-
щих контроль за состоянием природной среды, землеустроителей, агрономов и
других специалистов агропромышленных предприятий.
1905030000-065
---------------52_86
004(01)-86
ББК 26.82
Николай Леванович Беручашвили
ЧЕТЫРЕ ИЗМЕРЕНИЯ
ЛАНДШАФТА
Заведующий редакцией Ю. О. Гнатовский
Редактор Л. А. Машарова
Младший редактор Т. Н. Филатова
Редактор карт Л. И. И вашу тина
, Оформление художника Ю. А. Авакяна
Художественный редактор А. И. Ольденбургер
Технический редактор Е. А. Молодова
Корректор И. В. Шаховцева
ИБ № 2963
Сдано в набор 26.09.85. Подписано в печать 31.03.86. А09639. Формат бОХЭО'/и- Бум. тип.
№ 3; Литерат. гарн. Высокая печать. Усл. печ. листов 11,5. Усл. кр.-отт. 11,71. Учетно-
издат. листов 12,68. Тираж 2700 экз. Заказ № 1952. Цена 1 р. 70 к.
Издательство «Мысль». 117071. Москва, В-71, Ленинский проспект, 15.
Московская типография № 8 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
101898. Москва, Центр, Хохловский пер., 7.