Лекция № 3. Тема: Теория и методология ландшафтоведения

Тема: Теория и методология ландшафтоведения

 1. Основные понятия и термины

2. Границы ландшафта

3. Ландшафтное моделирование

 Н.А. Солнцев считает, что компоненты природы суть части природы, фрагменты сферы географической оболочки. По его мнению, компоненты литосферы – земная кора, атмосферы – воздух, гидросферы – воды, биосферы – растительность и животный мир. Компоненты литосферы, атмосферы, гидросферы называют геомой, биосферы – биотой. Кроме того, в качестве особых географических компонентов (по А.Г. Исаченко) обычно различают рельеф и климат. По существу, они не являются материальными телами, а только свойствами: рельеф – земной коры, а климат – воздушных масс. Спорно также выделение почвы в качестве природного компонента. С одной стороны, это материальное тело, однородное по агрегатному составу, поэтому А.Г. Исаченко, Давид Львович Арманд и другие считают почву природным компонентом. С другой стороны, почва не является частью сферы (по Н.А. Солнцеву). Она формируется под влиянием взаимодействия литосферы и компонентов биосферы в определенных климатических условиях. Компоненты природы, по Н.А. Солнцеву, расчленяются на элементы, характеризующие их отдельные свойства или состояния. Элемент земной коры – геологическое строение, рельеф, атмосферы – климат, типы воздушных масс. Элементом природы по Николай Адольфовичу Солнцеву является и почва.

Чтобы комплексы возникли, необходимо взаимодействие нескольких компонентов, по крайней мере двух. Наиболее тесные соприкосновения и взаимное проникновение компонентов наблюдаются, как известно, вблизи поверхности твердой Земли (Григорьев).

Поэтому природный комплекс – это пространственно ограниченный набор компонентов, объединенный относительно тесным взаимодействием.

Геосистемы приобрели за последние 30 лет большое значение в связи с распространением системного подхода в науке.

Много и плодотворно занимался изучением геосистем Виктор Борисович Сочава. В своей книге «Введение в учение о геосистемах» (1978) он дает следующее определение геосистемы: «Геосистема – земное пространство всех размерностей, где отдельные компоненты природы находятся в системной связи друг с другом и как определенная целостность взаимодействуют с космической сферой и человеческим обществом». По В.Б. Сочаве геосистемы могут быть малыми и большими, т. е. это территория разных размеров и для них характерна взаимосвязь компонентов.

Геосистемы, подобно всем комплексам, охватывают меньшее или большее число компонентов. В единую гидрометеорологическую геосистему объединяется балки и самые различные угодья, лежащие на ее водосборе, с которых весной поступают в нее сток и наносы. Наиболее трудно выделять полные геосистемы, поскольку, например, в долину вода может поступать с верховьев рек и притоков, ветер приносит пыль, дожди с запада или востока, а мигрирующая фауна приходит с севера и с юга. Таким образом, геосистемам приходится придавать функциональное значение, ограничивая их рассмотрением какого-либо процесса или группы процессов.

Экосистемами, в соответствии с точным смыслом слова, называются геосистемы, в которых существенную роль играют биокомпоненты. Так, в одну экосистему можно объединить летние гнездовья водоплавающих птиц в европейской части России и их зимовья в Северной Африке, и т. д. Экосистемы в такой же мере функциональны, как и все геосистемы, ибо они ограничиваются жизненными процессами или оборотом органических веществ; косные компоненты рассматриваются в них постольку, поскольку они формируют экологические условия существования организмов.

Выделение геосистем, в том числе и экосистем, весьма плодотворно в теоретических вопросах, но оно часто не удобно для практических целей. Для них обычно применяется деление на природные территориальные комплексы.

Территориальные комплексы тоже можно рассматривать как системы, но ограниченные уже не линиями ослабления связей (как в геосистемах), а линиями, на которых природные характеристики изменяются в разной степени. Поток вещества или энергии, поступающий на границу комплекса или выходящий из него, рассматривается как внешний, как влияние, оказываемое на комплекс соседним комплексом. В геосистеме область формирования облаков, область выпадения осадков и область речной аккумуляции рассматриваются как одно целое. В системе территориальных комплексов они разделены.

Таким образом, природный территориальный комплекс – это участок территории, условно выделяемый вертикальными границами по принципу относительной однородности и горизонтальными – по принципу исчезновения влияния того фактора, на основании которого данный комплекс выделен.

Что считать относительной однородностью и какую степень влияния считать пренебрежительно малой, оговаривается в каждом конкретном случае. Комплексы простираются в высоту тем дальше, чем они больше.

Существует два взгляда на термин ПТК: первый – он синоним термина ландшафт (Д.Л. Арманд, Ф.Н. Мильков, В.П. Прокаев, Ю.К. Ефремов и др.), другой – под термином ландшафт понимается единица определенного таксономического ранга (А.Г. Исаченко, Н.А. Солнцев).

По определению Н.А. Солнцева (1981, 2001) ландшафт – это генетически однородный природно-территориальный комплекс, имеющий одинаковый геологический фундамент, климат, тип рельефа и состоящий из свойственного данному ландшафту набора динамических сопряженных и закономерно повторяющихся в пространстве основных и второстепенных урочищ.

По мнению Н.А. Солнцева для выделения самостоятельного ландшафта необходимы следующие основные условия:

1) территория ландшафта должна иметь однородный геологический фундамент;

2) одинаковая история развития всего ландшафтного пространства;

3) одинаковые климатические условия на всем пространстве ландшафта;

4) генетический тип рельефа должен сохранятся один;

При таких условиях, как указывает Н.А. Солнцев (1981), на территории каждого ландшафта создается строго ограниченный набор скульптурных форм рельефа, водоемов, почв, биоценозов и простых природно-территориальных комплексов — урочищ и фаций, рассматриваемых как морфологические части ландшафта.

Н.А. Солнцев дает определение ландшафта «снизу», обращая внимание на состав более простых ПТК в его пределах. Вместе с тем ландшафт – один из многих природных территориальных комплексов, из которых состоит географическая оболочка. Поэтому А.Г. Исаченко предлагает определение ландшафта «сверху», подчеркивая, что оно служит дополнением к первому: «Ландшафт – генетически целостная геосистема, неделимая по зональным и азональным признакам, с единым геологическим фундаментом, однотипным рельефом, общим климатом, однообразным сочетанием гидротермических условий, почв, биоценозов и специфическим планом внутреннего (морфологического) строения» (1982).

Физико-географическое районирование является одной из важнейших проблем комплексной физической (ландшафтной) географии. Сущность его заключается в выявлении существующих в природе территориальных единиц, различающихся по генезису и ландшафтной структуре.

Существует три трактовки термина «ландшафт»: региональная, типологическая, общая.

В соответствии с региональной трактовкой ландшафт понимается как конкретный индивидуальный ПТК, как неповторимый комплекс, имеющий географическое название и точное положение на карте. Такая точка зрения высказана Л.С. Бергом, А.А. Григорьевым, С.В. Калесником, ее придерживаются Н.А. Солнцев, А.Г. Исаченко и др. Региональный подход к изучению ландшафтов оказался весьма плодотворным. Благодаря ему получили развитие следующие разделы ландшафтоведения: морфология ландшафта, динамика ландшафта, методика ландшафтного картографирования, систематика ландшафтов, прикладное ландшафтоведение.

По типологической трактовке (Л.С. Берг, Н.А. Гвоздецкий, В.А. Дементьев) ландшафт – это тип или вид природного территориального комплекса. В почвоведении существует понятие о типах и видах почв, в геоморфологии – о типах рельефа, а в ландшафтоведении можно говорить о типах, родах, видах ландшафта. Типологический подход необходим при средне- и мелкомасштабном картографировании ПТК значительных по площади регионов.

Общая трактовка термина «ландшафт» содержится в трудах Д.Л. Арманда и Ф.Н. Милькова. В их понимании синонимами «ландшафта» выступают природный территориальный комплекс, географический комплекс. Можно сказать, ландшафт Полесья, болотный ландшафт. Такая точка зрения широко распространена в научно-популярной географической литературе.

Ландшафтная структура выступает, прежде всего, как совокупность взаимосвязей, определяющих внутреннее единство геосистем. Она включает, во-первых, взаимосвязи между геосистемообразующими факторами и, во-вторых, связи между самими природно-географическими единствами — геосистемами (Преображенский, 1966).

Структура геосистемы — сложное, многоплановое понятие, определяемое как пространственно-временная организация (упорядоченность) или как взаимное расположение частей и способы их соединения (Исаченко, 1991).

В сложной иерархии геосистем В.Б. Сочава (1978) выделяет три уровня: планетарный, региональный и локальный (топологический).

Планетарный уровень – это комплексная наружная сфера Земли, получившая наименование географической (ландшафтной) оболочки.

Региональные геосистемы – крупные структурные части географической оболочки: физико-географические (ландшафтные) зоны, страны, провинции, собственно ландшафты.

Геосистемы локального уровня – относительно простые образования, так называемые урочища и фации – предельные единицы ландшафтно-географической дифференциации, которые характеризуются признаком неделимости по всем основным компонентам (рис.1).

 

Рис. 1. Схема иерархии геосистем А.Г.Исаченко (1991)

  

2. Границы ландшафта

 Еще Л.С. Берг говорил, что ландшафты разделяются естественными границами. Этим он подчеркивал объективность существования границ ландшафта. По его мнению, они реально существуют в природе и должны проводится объективно, а не произвольно. Однако в практике часто сталкиваются с трудностями при проведении границ. Существуют два взгляда на проведение границ: 1) линейности (резкости) ландшафтных границ и 2) постепенности, размытости. Однако, прежде всего следует подчеркнуть, что границы ландшафта имеют комплексный характер.

Во-первых, граница между сложными ландшафтами должна найти свое выражение в изменении их морфологического строения, т. е. набора морфологических единиц. По существу, граница ландшафта должна складываться из границ отдельных «пограничных» урочищ, которые мы должны отнести то к одному, то к другому ландшафту. Сложность заключается в том, что многие урочища имеют переходный характер и могут быть отнесены к обоим ландшафтам. Поэтому, основываясь на изменениях морфологического строения ландшафтов как важном признаке, мы получаем чаще всего не линейные границы, а переходные полосы. Действительная ширина ландшафтных границ варьирует в широких пределах.

Во-вторых, граница должна также учитывать рубежи отдельных компонентов, т. е. граница ландшафта должна складываться из многих частных границ. Однако пространственные переходы у разных компонентов проявляются неодинаково, и по этому параметру трудно провести четкую границу ПТК. Хочется напомнить, что ландшафт – трехмерное тело, следовательно, у него должны быть внешние границы в литосфере и тропосфере. Существует представление, согласно которому каждой таксономической единице геосистем соответствует определенный слой в географической оболочке, т. е. чем выше ранг геосистемы, тем больше ее вертикальная мощность. По В.Б. Сочаве, вертикальная мощность фации 0,02–0,05 км; ландшафта – 1,5–2,0 км; ландшафтной провинции – 3,0–5,0 км. Однако эти логичные теоретические рассуждения очень трудно доказать на практике.

Пределы ландшафта в атмосфере следует искать там, где влияние данного ландшафта на атмосферные процессы исчезает. К.Н. Дьяконов установил, что в условиях антициклональной погоды межфациальные различия в температуре воздуха сглаживаются уже на высоте 2,0–5,0 км; границы урочищ поэтому же признаку находятся на высоте 7,0–9,0 км. Однако эти наблюдения основаны на учете лишь одного климатического показателя в условиях одного сезона года и не могут считаться исчерпывающими. Для ландшафта нет даже отрывочных данных. Однако, учитывая значительную подвижность воздушной среды, это сделать слишком сложно. Хотя многие исследователи считают, что к ландшафтам, бесспорно, относится приземный слой тропосферы – до 30–50 м, а иногда и более над земной поверхностью, где сказывается влияние растительности на движение воздуха, осуществляется перенос пыльцы, а многие насекомые проводят большую     часть жизни.

Нижняя граница ландшафта определяется также глубиной, до которой прослеживается непосредственное взаимодействие компонентов ландшафта и наблюдаются процессы трансформации солнечной энергии, круговорота влаги, выветривание, активная геохимическая деятельность организмов, а также сезонная ритмичность процессов. Внутригодовые колебания температуры сказываются до глубины 20–30 м. Пределы проникновения свободного кислорода в земную кору обычно совпадают с верхним уровнем грунтовых вод. Наибольшая мощность зоны окисления составляет около 60 м, в особых случаях до 300 м. Мощность коры выветривания измеряется величинами от десятков метров до 100 м и более. Очевидно, что границы ландшафта в литосфере также не могут быть резкими. Поэтому верхнюю толщу пород можно рассматривать как внешний ярус ландшафта, в рамках которого его нижняя граница постепенно исчезает.

 

3. Ландшафтное моделирование

 

Последняя четверть XX в. предстает перед нами как эпоха моделирования. К настоящему времени сложилось множество определений термина "модель". Наиболее общим из них следует считать следующее: модель – это некоторый заместитель, в чем-либо подобный оригиналу, заменяющий на время объект изучения в длительном и сложном процессе познания. Особенно острую потребность в моделях ощущают науки, имеющие дело со сложными образованиями, состоящими из множества разных элементов, способных существовать во многих состояниях.

Модели – мощнейшее орудие познания. Построение модели, включающей множество элементов, позволяет объединить, с одной стороны, извечное стремление науки к разложению сложного объекта на элементы, а с другой – к объединению этих элементов. Это удачное сочетание двух противоречивых тенденций делает модели незаменимым инструментом исследования таких сложно организованных объектов, как ландшафты. Модели выступают как одно из сильнейших методических средств, сопровождающих внедрение системного подхода в географию.

Будучи некоторым заместителем, в чем-либо подобным оригиналу, модели выполняют в географической деятельности ряд функций: коммуникативная, модель-представление, модель-концепция, модель-протокол, модель-результат.

Существование множества моделей вызывает к жизни вопрос об их классификации. Различают классы моделей: вербальный, матричный, графический и математический. Часть из них представлена набором подклассов и видов.

К вербальным моделям относятся модели-образы, дефиниции, законы науки, названия типов ландшафтов. Все они выполняют основную функцию модели – замещают в исследовании сам изучаемый объект.

Модели-образы. Анализируя множество моделей, нельзя не заметить влияния, оказываемого на их характер образом модели-донора, некоторой материнской модели, порою достаточно простой. Так, в работах Д.Л. Арманда отчетливо выступает стремление создать модель ландшафта по образу машины. Многие модели построены по аналогии с электросетью и сетью коммуникаций и т. д. Основная функция моделей-образов – помочь нахождению аналогии между ландшафтом и другими, более хорошо изученными объектами, с целью использования для познания ландшафтов подходов и методов, разработанных в других областях знания.

Дефиниции – определения понятий – как модели играют колоссальную роль. Воспринятая исследователем дефиниция – будь то определения ландшафта, структуры, связи и т. д. – постоянно присутствует в его сознании, участвует в формировании графических, математических и сложных картографических моделей.

Законы науки – эмпирические и теоретические – также могут выступать в роли моделей. Так, общий закон о связи компонентов ландшафта между собой выступил в 1920-е гг. моделью, позволяющей по растительности судить о почвах, а позднее по растительности – о климате.

Названия типов (географические названия) – моренный ландшафт, пойменный ландшафт – это, пожалуй, одни из наиболее ранних вербальных моделей. Основная их функция – "портретная".

Матричные модели являются связующим звеном между вербальными и блоковыми, а иногда и картографическими моделями. Хотя диапазон их использования в ландшафтоведении очень широк, они, к сожалению, не нашли отражения в методических исследованиях. Нередко матричные модели дополняют картографические (и могут входить в их состав), выступая в форме легенды-таблицы. Иногда они используются на начальном этапе математического моделирования. Применяют их также для типологической группировки ландшафтов (две группы признаков типизации), для изучения размещения ландшафтов относительно друг друга (по двум осям).

Графические модели настолько разнообразны, что их анализ позволяет сделать следующие выводы: 1) широкое использование графических моделей свидетельствует об активном внедрении процессов абстрагирования в географическую деятельность, 2) разнообразие моделей, для познания одного географического объекта свидетельствуют о продолжающемся углублении представлений нашей науки о реальной действительности. Многообразие графических моделей позволяет сгруппировать их в три группы, выступающие подклассами в пределах класса: плоские, объемные, динамические, в свою очередь состоящие из набора видов. В пределах плоских моделей выделяются виды: блоковые, картографические, аэроснимки и космические снимки. Блоковые, занимая важное место в ряду «вербальные – блоковые – математические», наилучшим образом отражают реальную связь между элементами и частями систем и системой в целом, между системой и ее окружением. Они выразительно, в явной форме (в отличие от математических) и наглядно отражают идею исследователя. Без предварительного создания и осмысления графической модели переход к математической практически бессодержателен. Обострилась потребность в блоковых моделях в период развертывания массовых стационарных исследований. Здесь они выступали как программа исследований и модели обобщения. Модели – не просто сочетания геометрических фигур и стрелок, они должны подчиняться основным законам своего языка. А так как модель – запись высказывания, то содержание его передается формой, размером и порядком значков.

Анализ блоковых систем выявил существование двух групп моделей. В первой из них в качестве элементов выступают компоненты природы: литосфера, гидросфера, биосфера, атмосфера или характеристики их состояния (рельеф, климат). Во второй – комплексы более низкого таксономического ранга. Первая группа моделей называется моносистемной (топической), вторая – полисистемной (хорической).

В первой группе моделей на передний план выступают как бы вертикальное строение ландшафта и связи, в которых преобладает вертикальная составляющая: между литосферой и атмосферой, атмосферой и гидросферой и т. д. Моносистемные модели отражают совершенствование представлений о составе и соотношении компонентов и частей ландшафта; роли и характере связей между компонентами; связи ландшафта со средой; роли изменений ландшафта.

Во второй группе моделей основное внимание уделяется горизонтальной составляющей пространственной организации ландшафта, горизонтальным связям. Интенсивно происходит усложнение блоковых моделей. Создаются каскадные модели, где объединение компонентов более низкого ранга рассматривается как следствие однонаправленной связи. Наиболее сложным пространственным вариантом выступают модели сетевые и каркасные.

Картографические модели. Многократно освещалась двуединая роль ландшафтной карты как своеобразной информационной системы, в которой в свернутом виде содержатся данные о компонентах, как направляющей основы развертывания серии карт природы. Сегодня уже можно говорить о некоторых тенденциях эволюции картографической модели ландшафтов. Большинство их связано со стремлением повысить информационную емкость картографической модели. При этом намечаются два направления. Первое – повышение емкости единичной карты за счет обогащения контуров индексами и цифрами, показа большего числа таксономических ступеней и т. д. Второе – повышение информативности ландшафтной картографической модели путем перехода от единой карты к серии карт. Наметилось также формирование модели из двух карт: например, реконструированных и современных (антропогенных) ландшафтов.

Аэроснимки и космические снимки. Речь идет о результатах различного вида дистанционных съемок (фото, тепловой, лазерной, радарной). Они, бесспорно, выступают для исследователя моделями – заместителями местности. В то же время — это модели особого рода. Отделение существенных и несущественных черт осуществляется в них с помощью приборов, разрешающая способность которых определяет меру «замещения» местности. Снимки богаты содержанием. Но все, же пока они чаще занимают место в ряду: местность – блоковая модель – снимок – карта. Иными словами, они выполняют функцию модели-инструмента, модели-протокола.

В пределах объемных моделей можно выделить три вида: стереоскопические, блок-диаграммы, голографические. Динамические модели в свою очередь подразделяются на: кинематографические, мультипликационные, диафильмы.

Математические модели представляют собой набор символов. К ним должна быть приложена программа для дальнейшей обработки данных на ЭВМ. Эти модели широко применяются в ландшафтоведении. Особенно интенсивно этот процесс стал развиваться в 80-е гг. ХХ-го столетия, что связано с внедрением персональных компьютеров, позволяющих оперативно обрабатывать получаемую разнородную информацию и выдавать ее потребителю в удобном для него виде.