306 Глава 16 ГЕОЭКОЛОГИЯ И ЛАНДШАФТНАЯ ЭКОЛОГИЯ

Глава 16
ГЕОЭКОЛОГИЯ И ЛАНДШАФТНАЯ ЭКОЛОГИЯ
Современные экологические исследования должны проводиться с
учетом особенностей взаимодействия сложных территориальных
образований. Для решения этих задач на границе экологии и географии обособились новые научные направления – геоэкология и ландшафтная экология.
16.1. ГЕОЭКОЛОГИЯ
В территориальных системах множество элементов гео-, экои социосистем пересекаются. Пространство, в котором они находятся
во взаимодействии, составляет объект геоэкологических (=географо-экологических или эколого-географических) исследований.
Геоэкология – наука о взаимодействии географических, биологических (экологических) и социально-производственных систем. Особое внимание геоэкология
обращает на отрицательные последствия хозяйственной деятельности человека, разработку рекомендаций
по рациональному природопользованию и охране природы.
Систему географических наук можно изобразить в виде стопки
дисков, где каждый диск – частная географическая дисциплина (рис.
16.1). Осью, связующей всю стопку, являются идеи докучаевской
географии, а в современных условиях – экологическая парадигма.
Сегмент, вырезанный из стопки, – это региональный объект
геоэкологических исследований. Он включает природно-территориальный комплекс (ПТК) с присущими ему биоценозами и территориально-производственный комплекс (ТПК) с его социально-экологическими проблемами.
Требует уточнения вопрос о соотношении таких направлений
общей геоэкологии, как ландшафтная экология и социоэкология. Подобно тому как, ратуя за единство географий, мы все же признаем
самостоятельность объектов и методов физико-географических и
306
Рис. 16.1. Объект геоэкологических исследований.
Объяснения см. в тексте
экономико-географических исследований, в общей геоэкологии также выделяются два направления: геоэкология в узком смысле, или
ландшафтная экология, и социоэкология, ищущие пути гармонизации
человеческой деятельности в конкретных географических условиях.
Итак, объектом геоэкологии на региональном и топологическом уровнях являются находящиеся во взаимодействии географические, экологические (биологические) и социосистемы (природнохозяйственные). В глобальном масштабе – это триединство географической оболочки, биосферы и техносферы. Данному определению
геоэкологии соответствует методологический принцип равнозначности системообразующей роли элементов каждой группы множеств:
гео-, эко- и социосистемы взаимосвязаны и взаимно определяют друг
друга. Из этого следует вывод о географическом детерминизме:
социосистемы зависят от природных условий, в которых они формируются. Точно так же существует социальный детерминизм: природные системы меняются под воздействием человеческой деятельности.
307
16.2. ЛАНДШАФТНАЯ ЭКОЛОГИЯ
Немецкий географ К. Тролль в 1939 г. обозначил науку, лежащую на рубеже географии (ландшафтоведения) и биологии (экологии), ландшафтной экологией. Основополагающим положением
ландшафтной экологии является утверждение, сформулированное
В.Б. Сочавой, что пространственная неоднородность биосферы определяется пространственной неоднородностью географической оболочки: системе геохор (природно-территориальных комплексов –
ПТК) соответствует адекватная ей система биохор.
При средне- и крупномасштабных геоэкологических исследованиях синэкологические (экосистемы, биогеоценозы) и ландшафтные объекты – ландшафты и их морфологические единицы – тесно
взаимосвязаны. Учитывая неоднозначность толкования термина ландшафт, отметим, что при экологических исследованиях, предпочтительнее его региональная трактовка.
Ландшафт – объективно существующая часть земной поверхности, представляющая собой самостоятельный природно-территориальный комплекс, который качественно отличается от других. Каждый ландшафт как региональное природное образование имеет индивидуальный внешний облик и внутреннюю
структуру. Он имеет конкретное положение на земной поверхности и границы. Динамика и эволюция ландшафта определяются его энергетической базой, спецификой массообмена и функций живого вещества. С
антропоцентрических позиций ландшафт рассматривается как ресурсосодержащая и ресурсовоспроизводящая система, как среда жизни и деятельности человека, как система, хранящая генофонд, как природная
лаборатория научных исследований, как место отдыха и эстетического вдохновения.
Основоположник науки о ландшафтах В.В. Докучаев, первый
на рубеже XIX-XX вв. обосновал необходимость изучения взаимосвязей между разными природными факторами, особенно между
неорганической и живой природой. Как уже отмечалось, для обозна308
чения целостных природных комплексов в современной географии
используется термин геосистема. По своей сущности он близок понятию экосистема. Отличие состоит в том, что в первом случае
взгляд исследователя полицентричен, он с одинаковым вниманием
устремлен как на биотические, так и на абиотические компоненты
системы. Во втором случае взгляд исследователя биоцентричен, он
устремлен прежде всего на сообщества живых организмов, а компоненты среды рассматриваются как система экологических факторов, определяющих характер местообитания (биотопа).
Итак, каждому местообитанию соответствует своя группировка организмов; сообщества животных и растений закономерно повторяются всякий раз при сочетании определенных типов рельефа и
почво-грунтов с определенными же гидротермическими и другими
условиями жизни. Поэтому для углубленного изучения закономерностей распределения организмов возникает необходимость изучать
не только сами организмы, но и ландшафты, в которых они обитают.
16.2.1. Морфологическая структура природных
ландшафтов
Ландшафтноэкологический подход ориентирован, прежде всего, на крупномасштабные исследования, объектом которых служат
природно-территориальные комплексы (ПТК) внутриландшафтной
размерности, т. е. морфологические единицы ландшафта. Они
рассматриваются экологами как местообитания. Остановимся на
двух главных объектах ландшафтно-экологических исследований фации и урочище.
Фация – наименьший элементарный природно-территориальный комплекс. Занимает одно местоположение – форму микрорельефа или одну элементарную поверхность мезорельефа; сложена одной литологической
разностью покровных отношений; занята одним растительным сообществом, одним почвенным контуром.
В качестве иллюстрации рассмотрим фации таежного ландшафта на озерно-ледниковой равнине правобережья р. Оки (рис. 16.2).
309
Рис. 16.2. Фации таежного ландшафта на озерно-ледниковой равнине
правобережья р. Оки
Условные обозначения. Фации: I – сосново-еловый кустарничковый зеленомошный лес на песчаных подзолах; II – заболоченный сосновый
кустарничковый сфагновый лес на торфяно-болотных почвах в понижении рельефа; III – верховое сфагновое болото с угнетенными формами
сосны в понижении рельефа с близким залеганием водоупорных суглинков. Грунты: 1 – торф; 2 – песок; 3 – суглинок; 4 – шурфы
На профиле хорошо видно, что каждая фация представляет собой
связное целое формы рельефа, почвы и растительного сообщества.
Фация – первичная ячейка, в которой совершаются процессы
обмена веществом и передачи энергии компонентами экосистемы.
Главную роль здесь играют жизнедеятельность организмов, их взаимоотношения между собой и со средой. С биоцентрических позиций фация трактуется как биогеоценоз.
Рассмотрим карту фаций ключевого участка южнотаежного
сельгово-ложбинного ландшафта Северо-Западного Приладожья,
Карельский перешеек (рис. 16.3). Как видим, при выделении фаций
учитываются как особенности абиотических факторов, так и компонентов биоты – растительности.
Пространственная организация фациальной структуры территории во многом определяется вещественно-энергетическими потоками (геопотоками), как вертикальными (между различными природными компонентами), так и горизонтальными, или латеральными
310
311
Рис. 16.3. Карта фаций ключевого участка, по А. Г. Исаченко:
I. Группа сельговых фаций: 1 – с к а л ь н ы е ф а ц и и. Выходы гранитов;
мелкозем только в трещинах и микропонижениях; увлажнение резко неустойчивое; комплексный мохово-лишайниковый покров с редкой сосной IV –
V бонитета; 2 – ф а ц и и к р у т ы х с к л о н о в. Уклоны свыше 10 – 15°;
незначительный и неравномерный слой мелкозема; увлажнение неустойчивое; редкостойные сухие сосняки брусничные и вересковые; 3 – ф а ц и и, в
ы р о в н е н н ы х в е р ш и н (уклоны до 5°) и в е р х н и х с к л о н о в (уклоны
5 – 10°). Маломощный слой элювиально-делювиального материала; сосняки
брусничные и чернично-брусничные на мало мощных слабоподзолистых
почвах; 4 – ф а ц и и н и ж н и х с к л о н о в ю ж н о й э к с п о з и ц и и. Уклоны
3 – 10°, значительный слой делювия, сосняки южнотаежного типа на слабоподзолистых почвах; 5 – ф а ц и и н и ж н и х с к л о н о в с е в е р н о й э к
с п о з и ц и и. Уклоны 5 - 10°; значительный слой делювия; ельники южнотаежного типа на слабоподзолистых почвах; 6 – ф а ц и и п о д- н о ж и й с е л
ь г. Сероольховые опушки. II. Группа фаций ложбин и низких террас, сложенных ленточными суглинками. А. Облесенные и заболоченные ложбины. 7 –
ф а ц и и о б л е с е н н ы х л о ж б и н. Уклоны до 2°; обильное слабопроточное
увлажнение; сосново-березово-сероольховый лес на дерново-слабоподзолистых (частью оглеенных) почвах; 8 – ф а ц и и з а б о л о ч е н н ы х л о ж б
и н. Уклоны до 2°; застойное увлажнение; редкостойные сфагново- олгомошные березняки на торфянисто-глеевых почвах. Б. Окультуренные ложбины и
низкие озерные террасы с сетью дренажных канав, с различными вариантами злаково-разнотравных лугов и перелогами на дерново-скрытоподзолистых почвах. 9 – ф а ц и и п р и о п у- ш е ч н ы е. Уклоны обычно свыше
5°; 10 – ф а ц и и с к л о н о в т е р р а с. Уклоны свыше 5°; 11 – ф а ц и и н и
з к и х т е р р а с о т к р ы т ы х л о ж б и н. Уклоны 2 – 5°; 12 – то же. Уклоны
до 2°. 13 – ф а ц и и у з к и х п л о с к и х л о ж б и н. Уклоны до 2°; 14 – ф а
ц и и з а м к н у т ы х л о ж б и н с в о г н у т о й п о в е р х н о с т ь ю. Уклоны
до 2°. III. Группа фаций зарастающих озер. 15 – п е р е х о д н ы е ф а ц и и п
р и б р е ж н ы х г и г р о ф и т о в (вдоль меженного уреза воды); 16 – ф а ц
и и х в о щ е в ы е. Глубины до 0,5 м; растительный покров сомкнутый; 17 –
ф а ц и и х в о щ е- в оо с о к о в ы е. Глубины 0,5 – 1,2 м; растительный покров
сомкнутый; 18 – ф а ц и и к у в ш и н к о в о – к у б ы ш к о в ы е. Глубины от
1,2 до 2 – 3 м: покров несомкнутый.
(между самими ПТК). Оба типа потоков всегда пространственно
совмещены и неразделимы, однако в каждом случае удается выявить доминирующее значение одного из них в ландшафтной организации. М.А. Глазовская назвала элементы такой организации ландшафтно-геохимическими звеньями; Ф.Н. Мильков – парагенетичес312
кими и парадинамическими комплексами. В зарубежной литературе
подобное пространственное объединение фаций получило название
катены.
На пестрой литогенной основе, при чередовании грунтов с различными физико-химическими свойствами, при пересеченном микрорельефе, формируется мозаичная фациальная структура территории.Внутренняя структура фаций может осложняться также
образованиями, которые Б.Б. Полынов назвал предельными структурными элементами. Размеры их колеблются от нескольких сантиметров до нескольких метров. Их особенность состоит в том, что
сама природа определяет их небольшие размеры – это сурчины или
микрозападины в степи, болотные кочки, приствольные или прикустовые бугры и т. п. Предельные структурные элементы создают
подчас весьма пеструю внутреннюю структуру фации, растительного сообщества, биогеоценоза.
Особую категорию фациальной структуры образуют серийные
фации, которые представляют собой последовательный ряд стадий
развития фаций в условиях относительно быстрого течения географических процессов. В естественных условиях это, например, серия
фаций, сменяющих друг друга в процессе формирования поймы; в
условиях антропогенного воздействия – смены фаций, сопровождающие процесс зарастания отвалов горных пород, стадии дернового
процесса на заброшенном поле и т. п.
Природные (коренные) фации испытывают сильные изменения
в результате воздействия человека. Хозяйственная деятельность
особенно сильно изменяет растительный покров и животное население фации, а также почвы, водный режим и т. п. При сельскохозяйственном освоении земель часто не учитываются мелкоконтурные
фациальные различия и создаются сельскохозяйственные угодья,
раскинувшиеся на больших площадях.
Однако распашка, например, не может полностью нивелировать
различия на участках, занимающих разные местоположения. Это
сказывается прежде всего на урожайности сельскохозяйственных
культур. Таким образом, производные варианты фаций всегда обнаруживают связь с коренными типами, и эта связь должна учитываться в хозяйственной деятельности.
313
Урочище истолковывается как участок с хорошо выраженными границами, отличающийся от окружающей
местности. Наиболее надежным является выделение
урочищ по характеру литогенной основы, т. е. мезоформам рельефа, однородным по происхождению, сложенным одинаковыми по составу породами. Урочища могут
выделяться на равнине, где мезоформы выпуклостей и
вогнутостей рельефа отсутствуют. В этом случае разные урочища будут формироваться на отличающихся
физико-химическими свойствами породах.
В качестве иллюстрации рассмотрим несколько ситуаций, когда различия литогенной оснвы служат причиной обособления урочищ (рис. 16.4).
Рис. 16.4. Типы урочищ, по Г. С. Макуниной:
Смена урочищ в пространстве, предопределенная: I – разной мощностью
рыхлых отложений; II – тем же с дополнительным влиянием грунтовых
вод; III – разным литологическим составом рыхлых отложений; IV – разным литологическим составом коренных пород; V – положением на элементах рельефа разной крутизны и экспозиции и выходами разных пород; 1–5 – разные типы урочищ
314
Литогенная основа является важным экологическим фактором.
Физико-химические свойства пород влияют на характер почвообразовательного процесса, режим увлажнения, аэрацию, богатство почв,
их засоленность и т. п. От рельефа зависят распределение стока (латеральных геопотоков), экспозиция склонов, энергия процессов денудации, микроклимат.
Урочище – более устойчивое к антропогенному воздействию
образование. Даже уничтожение почвенно-растительного покрова и
замена его на техногенный покров может не изменить существа литогенной основы того или иного урочища, например речной террасы,
на которой построен жилой массив города. Вместе с тем человек,
вооруженный современной техникой, может преобразовывать или уничтожать целые урочища, создавать новые рукотворные – искусственные террасы, карьеры горных выработок, терриконы.
Морфологические ПТК не всегда четко выделяются в ландшафте. С постепенными переходами между морфологическими единицами и целыми ландшафтами связано свойство континуальности
(непрерывности) географической оболочки. В этом случае между
соседними ПТК выделяется переходная полоса – экотон (рис. 16.5).
Рис. 16.5. Переходная полоса (экотон) между степным и лесным
ландшафтами
315
Фации, как уже отмечалось, могут образовывать мозаику, не
подчиняющуюся какой-либо пространственной закономерности. Растительный покров в этом случае будет характеризоваться комплексностью, сочетанием разнородных по составу и строению фрагментов растительных сообществ. Таковы, например, мелкобугристые пески в пустыне. В этом случае бывает трудно выделить урочище как систему определенным образом организованных фаций.
Размеры фаций и урочищ могут сильно варьировать. На однородном субстрате формируются значительные по площади фации
(фации тростниковых плавней по плоским отмелым берегам Северного Каспия). В то же время четко выраженная гранитная сельга,
возвышающаяся над низкими озерными террасами, даже небольших размеров, может рассматриваться как фрагмент урочища (см.
рис. 16.2). Иногда природно-территориальные комплексы образуют
постепенный ряд от небольших до значительных. Переход от солончакового понижения в Прикаспийской полупустыне фациальной размерности к размерности солончака, представляющего собой полноценное урочище, зачастую совершается постепенно.
В практической работе следует обращать внимание прежде
всего на выделение однородных по природным и экологическим
условиям участков земной поверхности (иногда повторяющееся сочетание разнородных элементов может рассматриваться как однородность). Определением же ранга ПТК, что это – фация или урочище, можно пренебречь.
16.2.2. Природно-хозяйственные системы
Морфологические ПТК – луга, леса, болота и т.п., используются человеком. На их месте создаются сельскохозяйственные угодья: пашни, сады, лесопосадки, сенокосы и пастбища, а также разного рода техногенные комплексы: города, промышленные предприятия, транспортные магистрали и т. д. Хозяйственное использование
природного угодья может меняться, но принадлежность его к определенному природному типу остается неизменной, за исключением
тех случаев, когда техногенное воздействие коренным образом изменяет его природу.
316
Назовем три типа антропогенно преобразованных экосистем.
Первый тип преобразования состоит в повышении биологической продуктивности природных экосистем без изменения их типа.
Примером может служить внесение удобрений на естественных пойменных лугах, рубки ухода в лесу, исключающие, однако, превращение одного типа экосистем в другой.
Второй тип антропогенных преобразований преследует цель
замены одного типа экосистем другим, что бывает обусловлено конкретными хозяйственными задачами. В качестве примера можно
привести вырубку леса с последующей заменой его лугом или пашней, превращение лугов в пахотные земли и т. п.
Третий тип преобразований приводит к полному разрушению
естественных экосистем, что имеет место при отводе земель под
города и села, заводы и фабрики, горнорудные разработки, транспортные артерии и т. п.
Существуют различные классификации по характеру и степени
изменения природных ландшафтов человеком В табл. 16.1 приведена классификация Е. А. Востоковой.
Каждому виду человеческой деятельности соответствуют различные территориальные структуры. Это положение привело
Г.И. Швебса к концепции природно-хозяйственных систем (ПХС),
согласно которой в зависимости от природных условий, вида хозяйственных объектов, их плотности, интенсивности обмена веществ и
других факторов формируются вторичные по отношению к исходным ландшафтам природно-хозяйственные системы разного ранга.
В современных условиях, когда биосфера сильно трансформирована
человеком, географ-эколог чаще имеет дело не с естественными экосистемами и ландшафтами, а с природно-хозяйственными системами. В объекте исследования неизбежно сливаются воедино природная и социальная среда.
На топологическом уровне Г. И. Швебс обосновывает выделение трех категорий природно-хозяйственных (ПХ) территориальных
единиц: контуров, массивов, местностей.
Природно-хозяйственный контур – элементарная единица,
приуроченная преимущественно к одному элементу рельефа, однородная по технологии использования техногенного покрова и хозяйственного функционирования. Примеры: селитебный контур (квартал городской застройки); рекреационный контур (городской сквер);
317
промышленный контур (заводская территория); сельскохозяйственный контур (пахотные, садовые, сенокосные угодья – рис. 16.6).
Природно-хозяйственный массив – группа ПХ- контуров, приуроченная к смежным элементам рельефа, образующая единую систему с преобладанием одного типа техногенного покрова и хозяйственного функционирования. Примеры: селитебный массив (жилой
район); сельскохозяйственный массив (группа пахотных угодий).
Природно-хозяйственная местность – сочетание природнохозяйственных массивов, объединяемых общими историко-ландшафтными предпосылками развития, со своим типом архитектурно318
планировочной организации,
функционирования, од-нотипным подходом к оптимизации
природопользования. Примеры: селитебно-про мышленная
местность (планировочный
район); лесохозяйственная местность (сочетание лесхозов и
лесничеств); лечебно-рекреационная местность (санаторно-курортная зона).
Хозяйственная деятельность вызывает появление новых ПХ-систем. Однако природные границы при этом не
исчезают. Они рассекают хоРис. 16.6. Контуры сельскохозяйзяйственные контуры на учаственных угодий в окрестностях
стки с разными свойствами.
поселка, по И. Шмитхюзену
При переходе через естественную границу меняется весь комплекс природных условий.
Вопросы для самостоятельных занятий
1. Предмет и задачи геоэкологических исследований.
2. Региональная трактовка понятия “ландшафт”. Представление о
его морфологической структуре.
3. Географическая фация:
– вертикальные и латеральные вещественно-энергетические потоки, определяющие фациальную структуру ландшафта;
– мозаика фаций;
– предельные структурные элементы фаций;
– динамические серии фаций.
4. Географическое урочище. Ведущая роль литогенной основы, рельефа в их обособлении.
5. Трудности, возникающие при определении таксономического ран га морфологических единиц ландшафта.
6. Система природно-хозяйственных территориальных единиц.
7. Классификация современных ландшафтов по степени и характеру их изменений человеком.
319
16.3. АКСИОМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОЭКОЛОГИИ
Порядок рассмотрения теоретических основ геоэкологии устанавливается исходя из требований системного анализа: сначала формулируется аксиома о целостной системе, затем даются положения
об ее элементах, системообразующих отношениях, структуре и иерархии систем и, наконец, об их границах.
Аксиома Докучаева – Вернадского: географическая
оболочка, биосфера представляют собой целостную
природную систему, в которой живое вещество взаимодействует с элементами литосферы, гидросферы,
атмосферы и техносферы.
Руководствуясь этой аксиомой, геосферу-биосферу определяют как природную систему высшего ранга. Аксиома ДокучаеваВернадского имеет фундаментальное значение для развития теории
геоэкологии. Из нее вытекают важные положения об элементах, системообразующих отношениях и структуре природных систем.
Положение о составе элементов. К элементам географической оболочки относится множество предметов
и явлений, входящих в состав отдельных геосфер: биосферы, литосферы, гидросферы, атмосферы и техносферы.
Действительно, в любой природной системе – на суше или в
океане присутствуют хотя бы в незначительных количествах и в своеобразной форме элементы любой геосферы. Например, в ландшафтах вод Мирового океана вещество литосферы представлено растворами и взвесями минеральных веществ; в ландшафтах морского дна
вещество атмосферы присутствует в виде растворенных в воде газов. Внешне безжизненные пустыни тропиков, полярных стран или
высокогорий несут в себе множество зародышей живого вещества,
подтверждая мысль В. И. Вернадского о “всюдности” жизни. Все
шире распространяются элементы техногенеза – города и сельскохозяйственные угодья, горные выработки и дороги и т. д., оказывающие прямое или косвенное воздействие на природные системы.
320
Способность природных
элементов образовывать целостные системы раскрывает модель трех начал геосистемы,
предложенная А.А. Крауклисом (рис. 16.7).
Устойчивое (инертное) начало, к которому относятся горные породы и рельеф, выступает как “скелет” геосистемы.
Оно придает ей фиксированное
местоположение на земной поверхности и известную проРис. 16.7. Три начала геосистемы,
по А. А. Крауклису:
странственную обособленность,
Стрелками
обозначено
взаимодействие
связывая с геологическим прочастей
геосистемы
шлым данного участка.
Подвижность (мобильность) в геосистему вносят, с одной стороны, энергия Солнца, процессы, возбуждаемые силой земного притяжения, а также скрытые в самой экосистеме источники разных
видов энергии; с другой – источником мобильности является вещество, у которого силы молекулярного сцепления относительно слабы
и которое пребывает в геосистеме в основном в виде потоков. Это
главным образом воздушные и водные массы. Мобильная составляющая выполняет обменные функции, связывает внутренние части
геосистемы и объединяет последнюю с ее внешним окружением.
Она постоянно размывает и передвигает пространственные границы.
Совокупность живых организмов (биота) частично принадлежит обеим рассмотренным выше составляющим, но, кроме того, еще
выполняет и самостоятельные функции. В деятельности биоты особую роль играют высокая избирательность по отношению к внешним
условиям, способность к самовоспроизведению, размножению и росту. Именно в активности и пластичности основная сила биоты как
самостоятельной части геосистемы. Взаимодействуя с остальными компонентами, биота выступает как важнейший внутренний фактор саморегуляции, восстановления, стабилизации. Оптимальное
насыщение геосистемы биотой – первостепенное условие и способ
321
успешного управления экосистемами и рационального использования их природного потенциала.
Системообразующая значимость элементов неравнозначна.
В.И. Вернадский ведущую роль отводил живому веществу: “На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом”.
Оценивая роль элементов в формировании геосистем, Н.А. Солнцев ранжирует их в определенный ряд. На первом месте стоит земная кора с ее структурными формами, омоложенными новейшими
тектоническими движениями, затем следуют поверхностные воды,
метеорологические условия; завершают этот ряд почвенно-растительные комплексы и животный мир.
Рассматривая элементы окружающей среды как экологические факторы, В.В. Мазинг предлагает следующий иерархический ряд.
На первое место среди факторов, влияющих на главное звено экосистем – растительный покров, он ставит количество теплоты (сумму солнечной радиации) как фактор, определяющий широтную зональность. На второе место – количество осадков и их сезонное распределение; аналогичное значение имеет деление зон по степени гумидности (океаничности) и аридности (континентальности). Третье
место занимает водный режим, зависящий от вышеназванных факторов, а также от стока и свойств почв; одновременно с водным
режимом почв отмечаются их богатство и характер минерализации
(засоления).
Подчеркивая значение сильных элементов, следует отдавать
должное роли слабых взаимодействий, без которых целостность и
устойчивость системы невозможна. Сильные воздействия не всегда играют решающую роль в управлении системой. Одно из правил
кибернетики гласит, что вовремя и к месту приложенное слабое воздействие может оказаться решающим в управлении системой.
Познание элементного состава экосистем отвечает аналитическому пути познания. В ходе исследования из генерального множества элементов, отображающего реальное пространство биосферы,
руководствуясь эвристическими решениями или мнениями экспертов, формируют операционное признаковое пространство, которое
представляет собой перечень наиболее существенных элементов и
их свойств, присущих конкретным биогеоценозам. Заметим, что для
322
разработки моделей экосистем главным является исследование
изменчивости признаков, характеризующих объекты. В этом смысле справедливо утверждение Д. Харвея о том, что элементы системы суть состояние вещей, а не сами вещи.
Сравнив элементный состав природных систем, можно говорить об их различии или сходстве. Несмотря на сложность и уникальность реальны системы, пересечение свойств которых помогает выявлять область общих элементов. Наличие общих свойств позволяет находить классы изоморфных систем, в пределах которых
действуют единые методы описания их структуры, состояния и поведения. Инварианты структуры, присущие изоморфным системам,
представляют собой наиболее ценный фонд географо-экологических
исследований. Понятие об инварианте рассматривается как ключевое в познании всех экологических закономерностей.
Исследование систем допускает прием сознательного отбрасывания отдельных элементов, роль которых с точки зрения конкретной задачи исследования несущественна. Этот прием отвечает
принципу ограничения разнообразия информации; его еще называют
принципом “бритвы Оккама”.
Принцип “бритвы Оккама”: не следует делать посредством большего то, чего можно достичь посредством
меньшего.
Руководствуясь этим принципом, процедуру описания главных
свойств системы можно существенно упростить.
Положение о системообразующих отношениях. Обязательным атрибутом природных систем, как следует
из аксиомы Докучаева – Вернадского, являются связи
или отношения, заданные на множестве их элементов.
Связи между элементами составляют характерную черту природной системы любого ранга (рис. 16.8). Простейшей формой отношений являются отношения ряда, связывающие элементы необратимой связью. Это типичный пример четких причинно-следственных отношений. Например, сухость климата ведет к снижению
биологической продуктивности.
323
Рис. 16.8. Формы отношений и причинно-следственных связей между
элементами геосистем, по Д. Харвею:
а – параллельные отношения; б – отношения обратной связи; в – комбинирование различных форм связей; г – причинно-следственные связи типа
множественности причин; д – причинно-следственные связи типа множественности следствий
Параллельные отношения отражают воздействие элементов
xi и xj на некоторый другой элемент xk (рис. 16.8, а). Например,
богатство почв (xi) и благоприятный режим увлажнения (xj ) повышают биологическую продуктивность (xk ).
Отношения обратной связи составляют характерную черту
саморегулируемых систем. Они отражают ситуацию, при которой
один элемент, влияя на другие, одновременно опосредованно воздействует сам на себя (рис. 16.8, б). Обратная связь может быть положительной или отрицательной. Например, высокая биопродуктивность
степных экосистем способствует накоплению гумуса в почве, что
повышает ее плодородие и ведет к дальнейшему увеличению продукции растительной массы.
В основе саморегуляции экосистем лежат отрицательные обратные связи. Положительные обратные связи, подобные рассмотренным, вызывают быстрое, взрывное развитие определенных процессов. Так, интенсивное нарастание растительной массы в степи
ведет к уплотнению дернины и, в конечном счете, к обеднению видового состава и снижению продуктивности сообщества.
324
Высокая продуктивность степных экосистем в естественных
условиях поддерживается благодаря воздействию на растительный
покров копытных животных. Стада травоядных постоянно обкусывают и разбивают дернину копытами, т. е. частично разрушают растительный покров и открывают почву для всходов новых растений.
Если поголовье станет слишком большим, наступит ухудшение состояния пастбища, продуктивность растительности снизится, часть
животных погибнет от голода. Таким образом, продуктивность растительности и поголовье копытных поддерживаются в естественных условиях на оптимальном уровне.
Комбинирование различных форм связей приближает нас к
отображению структуры реальной гео- или экосистемы во всей ее
сложности (рис. 16.8,в).
Характерная черта структурообразующих связей – их причинно-следственный характер: всякий природный процесс, хозяйственная деятельность человека являются причиной, вызывающей изменение связанных с ними элементов. Поэтому важным дополнением
к рассмотренным выше формам отношений служит анализ основных типов причинно-следственных связей.
Причинно-следственные (каузальные) цепи А →В →С →...
задаются последовательностью отношений ряда. Отношения ряда
позволяют выводить свойства конечного члена каузальной цепи из
свойств ее начального члена.
На этом строится практика индикации различных компонентов
окружающей среды. Например, карбонатная (известковая) горная
порода определяет карбонатность отложений, на которых развиваются почвы с высокими значениями рН, что обусловливает появление во флоре специфичных растений. Пользуясь отношениями ряда,
мы можем рассматривать определенные виды растений в качестве
индикатора карбонатных горных пород.
Множественность следствий – это отношение, представляющее композицию ряда и параллельных отношений (рис. 16.8,д).
Например, Солнце (xa) определяет световой режим на Земле (xb);
последний влияет на радиационный баланс (xf), температурный режим (xm) и интенсивность фотосинтеза (xp); суммарное воздействие
этих факторов обусловливает продуктивность растений (xt) и животных (xn).
325
Положение о причинно-следственном характере отношений является фундаментальным для теории геоэкологии и ландшафтной
экологии. Связи типа ряда или каузальных цепей позволяют построить наиболее простые и ясные модели. Однако ввиду сложности
структуры реальных природных систем отношения между ее элементами наиболее полно раскрываются с помощью моделей множественных причин и множественных следствий. При моделировании подобных структур невозможно проследить и учесть абсолютно
все связи. В результате характер экологического воздействия отдельных факторов носит неопределенный, вероятностный характер.
Важные аспекты взаимодействия природных систем с окружающей средой раскрывает принцип симметрии П. Кюри. Его главные
положения заключаются в следующем. Симметрия рассматривается как состояние пространства, характерное для среды, где происходит данное явление. По сути дела, все сводится к положению, согласно которому углубленное изучение реальных систем требует
хорошего знакомства с той средой, в которой они образовались. На
вопрос, как отражается влияние среды на формирующемся в ней
объекте, П. Кюри отвечает следующим образом: симметрия среды
как бы накладывается на симметрию тела, образующегося в этой
среде. Получившаяся в результате форма тела сохраняет только те
элементы своей собственной симметрии, которые совпадают с наложенными на него элементами симметрии среды. Применительно
к объектам геоэкологических исследований принцип симметрии
П. Кюри проявляется, например, в узоре растительного покрова, характер которого контролируется факторами внешней среды, и прежде всего рельефом.
При системном анализе принцип симметрии П.Кюри может
быть использован для объяснения формирования структуры природной системы под воздействием факторов окружающей среды. В этом
случае результатом наложения факторов окружающей среды на
структуру системы будет сохранение таких системообразующих
элементов и связей между ними, которые совпадают с определенными элементами среды. Например, состав и структура растительного сообщества, как правило, адекватны экологическим условиям.
Другими словами, растительное сообщество и среда симметричны.
Наряду с симметрией П. Кюри придавал особое значение явлениям дисимметрии – исчезнувшим элементам собственной сим326
метрии данного объекта. По его убеждению, для предсказания новых явлений дисимметрия более существенна, чем сама симметрия.
Аксиома о иерархии природных систем: природные
системы организованы в виде множества территориальных систем различной размерности.
В самых общих
чертах можно говорить о территориальных единицах местного (топологического), регионального,
континентального и
глобального уровней
(рис. 16.9). Территориальные единицы
низкого уровня последовательно, как
матрешки, вклады- Рис. 16.9. Модель иерархических уровней природных систем: точками разграничены системы ловаются в единицы
кального, пунктиром – регионального, сплошной
более высокого ран- линией – глобального уровней
га. Конкретные системы объединяются в территориальные единицы – геохоры и биохоры, которые образуют иерархический ряд, т. е. могут быть расположены в порядке от низших, меньшей размерности, к высшим, более крупным (рис.16.10).
Применительно к решению задач ландшафтно-экологических
исследований, следуя рекомендации Б. В. Виноградова, условимся
различать пять иерархических уровней биохор и отвечающих им подразделений географической оболочки – геохор:
– микрохоры и мезохоры – биогеоценозы, входящие в состав
морфологических единиц ландшафта размером 10-1 – 10-2 км2;
– макрохоры – биогеографические (геоботанические) районы,
охватывающие территорию конкретных ландшафтов размером 10 –
102 км2;
– мегахоры – единицы биогеографического (фитогеографического) районирования размером 103 – 105 км2;
327
Рис. 16.10. Иерархия геохор-биохор, по T. T. Forman
– гигахоры – главнейшие элементы биосферы и географической
оболочки: океаны и материки, зональные типы биомов размером более
106 км2.
Принцип размерности – один из главнейших в теории ландшафтной экологии. Следуя ему, необходимо четко задавать территориальный уровень, на котором должны вестись исследования экосистем и разрабатываться модели экологических связей. Переход от
одного структурного уровня к другому сопровождается качественным изменением свойств системы. Практическое значение этой закономерности заключается в том, что использование модели ограничивается тем рангом системы, для которого она разработана.
328
Аксиома о границах географических, экологических
и природно-хозяйственных систем: каждая система
занимает определенную площадь и объем и отделена
от соседних систем границами.
Географическая оболочка и биосфера как планетарные системы обладают свойствами непрерывности (континуальности) и прерывистости (дискретности).
Границы между территориальными системами обладают барьерными свойствами, они разделяют потоки вещества и препятствуют распространению организмов. Вместе с тем латеральные
потоки связывают соседние ПТК в парадинамические системы.
Континуальный характер переходов вызывает явление экотона – краевого эффекта, обусловливающего тенденцию к увеличению разнообразия и плотности организмов на окраинах двух соседствующих
ландшафтов.
В каждом конкретном случае границы между территориальными системами могут быть линейными или расплывчатыми, четко
выраженными или затушеванными, стабильными или подвижными,
однако они объективно существуют независимо от того, обнаружены они или нет. Проведение границ есть начало и конец каждой географо-экологической работы.
Вопросы для самостоятельных занятий
1. Системообразующая и экологическая роль элементов геосфер.
2. Принципы ограничения разнообразия при выделении инварианта природной системы.
3. Три начала геосистемы.
4. Формы отношений и причинно-следственных связей между элементами экосистем.
5. Действие принципа симметрии П. Кюри в экологии.
6. Иерархические уровни природных систем и принцип иерархической определенности в географо-экологических исследованиях.
7. Границы гео- и экосистем.
8. Свойства континуальности и дискретности географической оболочки и биосферы.
329