СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1.ОСНОВНЫЕЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ГЕОГРАФИИ
1.1Основные задачи физической географии. Этапы научногопознания
Основныезадачи.
Этапынаучного познания.
1.2Развитие методов в физической географии
Традиционныеметоды.
Картографическийметод
Историческийметод
Методыисследований, используемые с 30 — 50-х гг. XX в.
Методыисследований, применяемые с 60 — 80-х гг. XX в.
2.ОБЪЕКТИССЛЕДОВАНИЙ
2.1Географическая оболочка и природные территориальные комплексы
2.3Взаимодействие природных и природно-антропогенныхгеосистемс глобальными факторами
2.4Классы задач, решаемых в процессе комплексных физико-географических исследований
3.ПОЛЕВЫЕКОМПЛЕКСНЫЕ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
3.1Постановка задачи, изучение литературных и фондовых материалов
3.2Работа с топографическими, аэрофото-, космическими идругими материалами для предварительного выделения ПТК
Работас топографическими картами.
Краткоесодержание метода поконтурного изображения рельефа.
Работас аэрофото- и космическими материалами и отраслевымикартами.
3.3Полевая документация
3.4Рекогносцировка и выбор участков для детальных исследований
3.5Точки наблюдений, ключевые участки, пробные площади,учетные площадки, почвенные шурфы
3.6Комплексное физико-географическое описание
Фиксациярежима миграции вещества, увлажнения.
Описаниерастительности.
Описаниетравянистой растительности.
Описаниелеса
Описаниепочв.
Типыпочвенных структур
3.7Прочие дополнительные наблюдения
Геологическиенаблюдения
Специальныегеоморфологические наблюдения
Микроклиматическиенаблюдения
Гидрологическиенаблюдения
Дендрохронологическиеисследования.
3.8Сбор образцов и других натурных экспонатов
Гербарийи образцы растений.
3.9Ландшафтное профилирование
3.10Полевое ландшафтное картографирование
ВВЕДЕНИЕ
В последней четверти XX столетия резко усилилось воздействие человека наприроду. В этих условиях односторонний и недостаточно комплексный подход крешению вопросов, связанных с природопользованием, приводит к большим, частоневосполнимым потерям, к возникновению конфликтных ситуаций и экологическихпроблем, обусловленных тем, что нагрузка на природу стала превышать допустимыепределы. Это породило проблемы взаимоотношений человека и природы, достигшиепланетарного масштаба. Из них наибольшее беспокойство вызывают такие, какисчерпаемость ресурсов продовольствия, сырья для промышленности, загрязненностьводы и воздуха, истощение земель, возникновение локальных и региональных экологическихпроблем, общее ухудшение экологической обстановки, создающее угрозусуществованию человечества.
С целью поддержания экологического равновесия на планете Земля напороге третьего тысячелетия была выработана международная концепция устойчивогоразвития. Россия входит в число стран, поддержавших эту концепцию. Экологическаядоктрина Российской Федерации была одобрена распоряжением Правительства РФ от31 августа 2002 г. (№ 1225-р). В соответствии с этой доктринойприродопользование, опирающееся на принципы устойчивого развития, должнообеспечить не только охрану природы и качества окружающей среды, но исохранение ландшафтного потенциала России (приказ министра природных ресурсов №711 от 23 октября 2002 г.). Одной из важнейших задач сохранения ландшафтногопотенциала России должно быть построение территориальной организации жизниобщества, адекватной целям сохранения и использования ландшафтного потенциала.
Все виды деятельности человека приурочены к определенным территориям,иными словами, являются территориально организованными. Характер этойорганизации зависит от того, какими ресурсами обладает территория и каковыусловия жизни и деятельности человека на ней (экологические условия). А они, всвою очередь, обусловлены свойствами тех природных территориальных комплексов(ПТК), из которых состоит данная территория. Особенности строения ифункционирования тех ПТК, на которые направлено воздействие человека,определяют реакцию природы на данное воздействие и возможности воспроизводстваресурсов. Поэтому организация охраны ландшафтов и рациональногоприродопользования должна опираться на знания о ПТК, о взаимосвязях междуслагающими их компонентами, о ресурсах, которыми они обладают, об ихустойчивости к разнообразным воздействиям человека. Для выбора оптимальноговарианта природопользования на любой территории надо хорошо знать природу вовсем ее многообразии и сложном переплетении взаимосвязей, знать законы ееестественного развития и уметь предвидеть, будет ли сохраняться в процессеприродопользования экологическое равновесие, будет ли исправно и плодотворнодействовать вновь создаваемая природно-техническая система, или неизбежныпотери, возможно ли их предотвратить или уменьшить их размеры. Поэтомукомплексные физико-географические исследования, направленные на изучениеприродных территориальных комплексов, должны стать строгой научной основой проектированиялюбого воздействия на природу во всех сферах хозяйственной деятельности.
Общенаучные физико-географические исследования, помимо непосредственноговклада в познание материального мира, создают надежный фундамент длявсевозможного вида прикладных исследований. Востребованность подобныхисследований возрастает. Недаром в ряде европейских стран (Германия, Франция,Великобритания, Нидерланды, Австрия, Испания, Скандинавские страны) все большееразвитие получает ландшафтное планирование как инструмент подготовки базовойинформации для учета экологических аспектов в различных видах территориальногопланирования. Правда, в разных странах оно имеет различные названия исодержательные аспекты.
Возрождается потребность в прикладных физико-географических исследованияхи в нашей стране, о чем свидетельствуют результаты немецко-российскогосотрудничества в области ландшафтного планирования в Байкальском регионе иинтерес к ним, проявляемый в других регионах России. В основе ландшафтногопланирования должны лежать общенаучные комплексные физико-географические исследования.
Выпускники географических факультетов университетов должны бытьготовы к решению сложных проблем взаимодействия человека и природы, природы иобщества, они должны овладеть теорией и методами науки. Наша цель — раскрытьсодержание методов комплексных физико-географических исследований какнеотъемлемой части общегеографических исследований, включающих тесновзаимосвязанную триаду — природу, население, хозяйство.
ЛЕКЦИЯ 1ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ Физической географии 1.1 Основные задачи физической географии. Этапы научного познания Основные задачи
Главная цель физико-географических исследований — познаниеландшафтной сферы Земли и ее структурных частей. Задачи исследованийвесьма разнообразны. Они могут быть чисто научными: изучение процессов (флювиальных,оползневых, климатообразования, почвообразования и др.) и явлений (мерзлоты,заболоченности и т.д.), отдельных компонентов природы (рельефа, климата, почв,растительности и др.), их характерных черт, изменений в пространстве и вовремени, взаимосвязи и взаимообусловленности с другими компонентами;установление особенностей тех или иных компонентов, процессов и явлений наконкретной территории. Исследования могут быть направлены на изучение природыЗемли как среды обитания человеческого общества (природные условия) и источникаприродных ресурсов, влияния природы различных регионов на возможности тех илииных видов хозяйственной деятельности и обратного влияния хозяйственнойдеятельности на природу, а также на изучение антропогенных изменений природы.Это — уже прикладные задачи.
Особое место в современной физической географии занимают комплексныефизико-географические исследования, цель которых — изучение целостных природныхобразований — природных территориальных комплексов разного ранга и разнойстепени сложности, созданных в результате взаимосвязи и взаимодействияразличных компонентов природы на определенной территории. Комплексныеисследования обеспечивают возможность изучения совокупного влияния природы начеловека и ответных реакций природы на вмешательство человека в ход природныхпроцессов и исторически сложившиеся природные взаимосвязи. Эти исследованияприобретают все большее значение в связи с резко возросшим воздействиемчеловека на природную среду и возникновением угрозы экологической катастрофы.
На повестку дня наряду со ставшими уже традиционными прикладнымиисследованиями встают такие направления, как оценка ресурсного потенциала,возможностей и ограничений хозяйственного использования ПТК;ландшафтно-экологическая оценка их состояния и прогноз развития; проектированиекультурного ландшафта и т. д.
В данном курсе, посвященном комплексным физико-географическимисследованиям, рассматриваются как общенаучные, так и некоторые виды прикладныхисследований. Необходимо отметить, что разделение исследований на общенаучные(фундаментальные) и прикладные довольно условно. Вся история развития нашейнауки связана с решением определенных практических задач, будь то открытиеновых земель, изучение рельефа, источников питания рек или выявлениезакономерностей размещения пушных зверей. Все прикладные исследования, образноговоря, являются надстройкой над чисто научным изучением особенностей природытого или иного региона, так как именно они определяют возможности ицелесообразность развития определенного вида деятельности человека наконкретной территории и особенности его обитания. По сути дела, общенаучные иприкладные исследования — это различные стадии (этапы) изучения региона илипроблемы. По Б.М. Кедрову, любая наука состоит из взаимосвязанных элементов, рассматриваемыхв трех аспектах: предметном (что познается?), методологическом (как познается?)и субъективно-целевом (для чего познается?). В процессе развития она проходитстадии фундаментальных и прикладных исследований. В этом смысле физическаягеография не является исключением: развитие прикладных исследований,расширяющих поле деятельности географов, является закономерным.
Этапы научного познания
Философы различают двауровня познания — эмпирический и теоретический. К первому относятся:
1.Наблюдение и составление протоколов наблюдения.
2.Анализ протоколов наблюдения и нахождение эмпирических
зависимостей (алгоритмов поведения).
3.Нахождение по начальным данным и эмпирическим зависимостямповедения изучаемого объекта, т. е. предсказание.
Ко второму уровню относятся:
4.Выработка основных идей и нахождение основных соотношений, лежащихв основе объяснения, т.е. формирование теории.
5.Развертывание сформированной теории.
6.Нахождение по эмпирическим зависимостям соответствующихутверждений теории, т.е. объяснение; в частном случае — нахождение по алгоритмуповедения механизма системы, реализующей данный алгоритм.
7.Процесс, обратный предыдущему, т. е. нахождение по теоретическимутверждениям эмпирических зависимостей, в частном случае — нахождение по схемесистемы алгоритма ее поведения.
Отметим некоторые особенности двух выделенных уровней познания всовременной физической географии.
Наблюдение и составление протоколов наблюдений и сейчас еще вомногом традиционны. Н.М. Пржевальский вел полевой дневник; ведем его и мы, и,наверное, не лучше, чем это делалось во времена его путешествий по ЦентральнойАзии. Не лучше, но иначе. Теория дала нам представление о природныхтерриториальных комплексах, физическая география обрела в них объектисследования. Значит, и программы современных исследований строятся на этомтеоретическом базисе, и в дневник надо записывать не все подряд, а то, чтоимеет отношение к распознаванию объекта исследований в сложном переплетенииприродных и антропогенных явлений, к его характеристике как целостногообразования, подвижного (развивающегося), со сложной структурой и сложнойсистемой внутренних и внешних связей. Дневника при этом оказалось недостаточно.Появились бланки с множеством обязательных для заполнения граф, ужесточилисьформы фиксации картографического материала.
Недостаточно оказалось и самого экспедиционного поля. Потребовалисьстационары. Наземные наблюдения дополнились дистанционными. Поток добываемойинформации многократно возрос, и это заставило обратиться для ее обработки ксчетно-вычислительным устройствам, а затем и к компьютерам. И все этоприсутствует уже на эмпирическом уровне, который сам до неузнаваемостиизменился.
Создание классификаций, научно обоснованного районирования, выявлениенаиболее общих закономерностей, присущих природным единствам, прогнозированиеих естественного развития или направленного человеком преобразования — все этовопросы более высокого теоретического уровня познания по сравнению снепосредственным изучением и картографированием ПТК и первичным выявлениемприродных взаимосвязей, свойственных эмпирическому уровню.
Теоретическое осмысление результатов комплексныхфизико-географических исследований в настоящее время сильно возросло, и это неслучайно, это требование времени, связанное с научно-технической революцией иусилившимися коллизиями во взаимоотношениях между обществом и природой.
Имеет ли физическая география свою развернутую теорию? Такойвопрос, в частности, поднимал В.С. Преображенский. Безусловно, да. Докучаевскоеучение о зонах природы; понятие об иерархичности природных комплексов; учение огеографическом ландшафте и о глобальном, региональном и топологическом(локальном) уровнях физико-географической дифференциации; представление оМировом океане как о природном аквальном комплексе высшего ранга; понятие оприродно-техногенных системах или, еще шире, о взаимодействии природы иобщества — все это и многое другое есть составные части физико-географическойтеории.
Появились опыты теоретической разработки и моделирования процессасложных междисциплинарных исследований взаимодействия общества иприроды. Географы уже берутся за решение задач, связанных с прогнозированиемповедения природных и природно-технических систем. Физическаягеография, по-новому осознавшая объект своего исследования, получила широкиевозможности для своего дальнейшего развития, для формирования новыхтеоретических построений и выработки новых методов исследования, для все болееширокого и многогранного развития прикладных физико-географических исследований. 1.2 Развитие методов в физической географии
Метод науки — это «общий способ достижения адекватного и всестороннегоотражения предмета исследования, раскрытия его сущности, познания его законов».В каждой науке методы исследования формируются в процессе ее развития взависимости от предмета и цели исследования, уровня развития теории, и в то жевремя сами способствуют дальнейшему развитию теории.
Множественность методов, используемых при научных исследованиях,требует определенной их систематизации. Б.М. Кедров все научные методы в естествознанииделит на три основных группы: общие, особенные и частные.
Общие методы используются всеми естественными науками при изучениилюбого из их объектов. Наиболее общим методом исследования природы является диалектический,который конкретизируется в двух различных формах: в виде сравнительного метода,с помощью которого раскрывается всеобщая связь явлений, и исторического, служащегодля раскрытия и обоснования принципа развития в природе.
Особенные методы тоже находят применение во всем естествознании и неограничиваются рамками одной какой-либо формы движения материи. Однако оникасаются не всего исследуемого объекта в целом, а лишь одной определенной егостороны (явления, количественной стороны и т.д.) или же определенных приемовисследования, таких как наблюдение, эксперимент, измерение, индукция и дедукция,анализ и синтез, формализация, моделирование и т.д.
Частные методы — это специальные методы, связанные со специфическимхарактером той или иной формы движения материи (химические, физические, биологические,геологические). Одни из них применяются только в пределах отдельных естественныхнаук, другие используются при изучении объектов в смежных науках, но на уровнеопределенной формы движения материи.
Таким образом, в основу классификации методов Б.М. Кедров положилстепень их универсализации. В согласии с этим принципом мы можем предложить дляметодов комплексных физико-географических исследований следующую классификацию:
общие, представляющие собой конкретизацию диалектического метода, — сравнительно-географическийи историко-географический (исторический);
особенные, используемые во всех географических науках, — картографический,математический, моделирования, прогнозирования, районирования, эксперимента;
частные, применяемые во всех естественно-географических(физико-географических) науках, — геохимический, геофизический,палеогеографический, аэрометоды, космические методы.
Для экономико-географических наук характерен иной набор частныхметодов.
Рангами ниже являются специфические и конкретные методы (илипростые методы и методические приемы). Они существуют как бы внутри общих,особенных и частных методов.
Специфические методы формируются в процессе решения определенныхнаучных задач и в последующем применяются для решения задач данного класса. Вкомплексной физической географии это методы: ландшафтный, комплекснойординации, физико-географического районирования и т.д. Некоторые изспецифических методов комплексной физической географии могут использоваться и вдругих науках, но уже в виде определенных модификаций. Например, ландшафтный методв виде ландшафтно-индикационного находит все более широкое применение вгеологии, географии почв, мерзлотоведении, гидрогеологии и т.д.
Конкретные методы — это составные части специфического метода,простые методы и приемы решения частных задач. Например, метод сбора образцовдля ландшафтно-геохимических или других видов исследований, конкретные методыфиксации материалов наблюдений или их обработки и т.д.
Множественность методов исследования порождает попытки их классификаций(Д.Л.Арманд, В.С.Преображенский, и др.). К.К. Марков особо выделял такназываемые «сквозные» методы — сравнительно-описательный, геофизический,геохимический, палеогеографический, картографический и математический,применяемые во всех физико-географических науках.
Представляет известный интерес и его классификация методов физическойгеографии по истории их становления. Различают методы: традиционные(сравнительно-географический, историко-географический, картографический),зародившиеся на заре человеческой культуры; новые (геофизические,геохимические, аэрометоды), применяемые в физико-географических исследованиях с30 — 50-х гг. XX в.; и новейшие (космические, математического моделирования,геоинформационные и др.), появившиеся в физической географии в 60 — 80-х гг. XX в.
Методы исследований динамичны. Каждый из них со временем приобретаетновые черты. Набор применяемых методов существенно меняется на разных уровняхисследования — глобальном, региональном и локальном. Меняется он и при решенииконкретных задач физико-географических исследований. Традиционные методы
Едва ли не самым древним и широко распространенным методом географическихисследований является сравнительно-географический. Основы егобыли заложены еще античными учеными (Геродотом, Аристотелем), однако в Средниевека в связи с общим застоем науки методы исследований, применявшиеся ученымиантичного мира, были забыты. Основоположником современногосравнительно-географического метода считают А. Гумбольдта, применившего егопервоначально для изучения связей между климатом и растительностью. Географ ипутешественник, член Берлинской Академии наук и почетный член ПетербургскойАкадемии наук, Гумбольдт посетил в 1829 г. Россию (Урал, Алтай, Прикаспий). В России были опубликованы его монументальный пятитомный труд «Космос» итрехтомник «Центральная Азия».
«Исходя из общих принципов и применяя сравнительный метод, Гумбольдтсоздавал физическую географию, призванную выяснять закономерности на земнойповерхности в ее твердой, жидкой и воздушной оболочках».
Широко использовал сравнительный метод в географии и К. Риттер.Его наиболее известные труды — «Землеведение в отношении к природе и к историичеловека, или Всеобщая сравнительная география», «Идеи о сравнительном землеведении».
В настоящее время сравнение как специфический логический приемпронизывает все методы географических исследований, но вместе с тем оно давновыделилось в качестве самостоятельного метода научных исследований — сравнительно-географического,который приобрел особенно большое значение в географии и биологии.
Природа Земли столь разнообразна, что только сравнение различныхприродных комплексов позволяет выявить их особенности, их наиболее характерные,а потому и наиболее существенные черты. «Сравнение способствует выделению изпотока географической информации особенного и потому главного». Выявлениесходства и различия ПТК позволяет судить о причинной обусловленности сходства игенетических связях объектов. Сравнительно-географический метод лежит в основелюбой классификации ПТК и других объектов и явлений природы. На нем базируютсяразличного рода оценочные работы, в процессе которых свойства ПТКсопоставляются с требованиями к ним, предъявляемыми тем или иным видом хозяйственногоиспользования территории.
На первых этапах своего применения сравнительный метод исчерпывалсязрительным сопоставлением объектов и явлений, затем стали анализироватьсясловесные и картографические образы. В обоих случаях сравнивалисьпреимущественно формы объектов, их внешние признаки, т.е. сравнение было морфологическим.В дальнейшем, с развитием геохимического, геофизического и аэрокосмическихметодов, появилась возможность и необходимость использования сравнительногометода для характеристики процессов и их интенсивности, для изучениявзаимосвязей между различными объектами природы, т.е. для изучения сущности ПТК.Возможности и надежность сравнительного метода, глубина и полнота получаемых сего помощью характеристик, точность и достоверность результатов постоянно возрастают.Массовость географической информации заставляет ужесточать требования к ееоднородности. Достигается это путем строгой фиксации наблюдений в специальныхбланках и таблицах. На непродолжительном этапе (в 60 — 70-х гг. XX в.) для анализа большогоколичества материалов использовались перфокарты. В настоящее времясравнительный метод неразрывно связан с математическим и с использованиемкомпьютерной техники.
Особенно велика роль сравнительного метода на этапе нахождения эмпирическихзависимостей, но фактически он присутствует на всех уровнях научных исследований.
Различают два основных аспекта применениясравнительно-географического метода. Первый аспект связан сиспользованием умозаключений по аналогии (метод аналогий). Он заключается всопоставлении слабо изученного или неизвестного объекта с хорошо изученным.Например, в ландшафтном картографировании еще в камеральный период и в процессерекогносцировочного ознакомления с территорией выделяются группы сходных посвоему характеру ПТК. Из них детально обследуются лишь немногие, на остальныхобъем полевых работ весьма сокращенный, некоторые вовсе не посещаются, а иххарактеристика в легенде карты дается на основании материалов хорошо изученныхПТК.
Второй аспект состоит в исследовании одинаково изученных объектов. Возможныдва пути сравнения таких объектов. Можно сравнивать объекты, находящиеся на одинаковойстадии развития, что позволяет установить их сходство и различие, искать инаходить факторы и причины, обусловливающие их сходство. Это позволитсгруппировать объекты по сходству, а затем применить характеристики однотипныхобъектов для рекомендаций по их использованию, прогнозированию их дальнейшегоразвития и т.д. Другой путь заключается в сравнении объектов, существующиходновременно, одинаково изученных, но находящихся на разной стадии развития.Этот путь дает возможность раскрыть стадии развития близких по генезисуобъектов. Такое сравнение лежит в основе эргодического принципа Больцмана, позволяющегопо изменениям ПТК в пространстве проследить их историю во времени. Например,развитие эрозионных форм рельефа от промоины до балки и долины ручья. Этимпутем сравнительный метод логически и закономерно привел географию к историческомуметоду исследования. Картографический метод познания действительности столь жешироко распространенный и такой же (или почти такой же) древний, как исравнительно-географический. Прародителями современных карт были наскальныерисунки древнего человека, рисунки на коже, резьба по дереву или кости, позже — первые примитивные «карты» для мореплавания и т.д. Первым осознал значениекартографического метода и ввел его в обиход еще Птолемей. Картографический методпродолжал интенсивно развиваться даже в Средние века. Достаточно вспомнитьфламандского картографа Меркатора, который создал цилиндрическую равноугольнуюпроекцию карты мира, до сих пор используемую в морской картографии.
Особенно большое значение и развитие картографический методприобрел в эпоху Великих географических открытий. Первоначально картыиспользовались исключительно для изображения взаимного размещения и сочетанияразличных географических объектов, сопоставления их размеров, с цельюориентирования, оценки расстояний. Тематические карты для научных исследованийпоявились лишь в XIX в. А. Гумбольдт был одним из первых создателей карт, на которыхизображались абстрактные понятия. В частности, он ввел в науку новый термин«изотермы» — линии, позволяющие изобразить на карте распределение на территориитепла (невидимого на местности). В.В. Докучаев в почвенном картографированиитакже не только изображал пространственное размещение почв, но и строил легендыкарт с учетом генетического принципа и факторов почвообразования. А.Г. Исаченкописал, что с помощью карт может изучаться не только состав и структурагеографических комплексов, но и элементы их динамики, развития.
Постепенно картографический метод стал неотъемлемой частью самыхразнообразных географических исследований. Л.С. Берг отмечал, что картаявляется началом и концом географического изучения, описания и выделенияландшафта. Н.Н. Баранский также утверждал, что «карта есть «альфа и омега»(т.е. начало и конец) географии. От карты всякое географическое исследованиеисходит и к карте приходит, с карты начинается и картой кончается». «Карта…способствует выявлению географических закономерностей». «Карта является как бывторым языком географии...».
По К.А. Салищеву, картографический метод исследования заключаетсяв использовании разнообразных карт для описания, анализа и познания явлений,для получения новых знаний и характеристик, изучения процессов развития,установления взаимосвязей и прогноза явлений.
На начальных этапах познания картографический метод — метод картографирования— используется как метод отображения объективной реальности. Карта служитспецифической формой фиксации результатов наблюдений, накопления и хранениягеографической информации.
Своеобразным протоколом полевых наблюдений является карта фактическогоматериала, дальнейший анализ которой позволяет создать первичную тематическую(специальную) карту. Легенда к карте представляет собой результат классификацииизображенных на ней объектов. Таким образом, в создании тематической картыиспользуется не только картографический, но и сравнительный метод, применениекоторого позволяет провести классификацию фактических данных, выявитьопределенные закономерности и на их основе выполнить генерализацию, т.е.перейти от конкретного к абстрактному, к формированию новых научных понятий.
На основе карты фактического материала может быть составлен целыйряд специальных карт, главной из которых служит ландшафтно-типологическая карта- итог полевого ландшафтного картографирования.
Ландшафтная карта, представляющая собой уменьшенное генерализованноеизображение ПТК на плоскости, — это, прежде всего, пространственная знаковаямодель природных территориальных комплексов, полученная по определеннымматематическим законам. И как всякая модель она сама служит источником новойинформации о ПТК. Картографический метод исследования как раз и направлен наполучение и анализ этой информации с целью более глубокого познания объектов иявлений.
Источником информации в этом случае служит не сама объективнаяреальность, а ее картографическая модель. Результаты таких опосредованных наблюденийв виде разнообразных качественных или количественных данных фиксируются в видесловесного описания, таблиц, матриц, графиков и т.д. и служат материалом длявыявления эмпирических закономерностей с помощью сравнительного, исторического,математических и логических методов.
Еще более широкие перспективы для изучения взаимосвязей и зависимостеймежду объектами, установления основных факторов их формирования и причиннаблюдаемого размещения открываются при сопряженном изучении нескольких картразличного содержания. Сопоставляться могут карты одинакового содержания, носоставленные и изданные в разное время, либо карты, составленные одновременно,но фиксирующие разные моменты времени (например, серия карт среднемесячныхтемператур, серия палеогеографических карт и т.д.). Главная цель сравненияразновременных карт — изучение динамики и развития изображенных на них объектови явлений. При этом большое значение имеют точность и достоверность сравниваемыхкарт.
Совершенствуются не только картографические методы и составляемыекарты, но и методы их анализа. В недалеком прошлом основным и едва ли неединственным приемом анализа карт был визуальный анализ. Его результат —качественное описание объектов с некоторыми количественными характеристиками,которые могли быть прочтены с карты или оценены глазомерно и представлены ввиде отдельных показателей, таблиц, графиков. Важно при этом не ограничиватьсяпростым изложением фактов, а постараться вскрывать связи и причины, даватьоценку изучаемым объектам. Затем появился и стал широко применяться графическийанализ, который заключается в составлении по данным, полученным с карт,различных профилей, разрезов, графиков, диаграмм, блок-диаграмм и т.д. идальнейшем их изучении. Графоаналитические приемы анализа картзаключаются в измерении по картам количественных пространственных характеристикобъектов: длин линий, площадей, углов и направлений. На основании результатов измеренийрассчитываются разнообразные морфоаналитические показатели. Графоаналитическиеприемы часто называют картометрией, или картометрическим анализом.
Картографический метод исследования особенно широко используетсяна начальных этапах познания (при сборе и фиксации результатов наблюдений вприроде и их систематизации), а также для отражения выявленных в процессеизучения эмпирических закономерностей и получения с готовых карт новойинформации, переработка которой с помощью других методов позволяет не толькополучать новые эмпирические закономерности, но и формировать теорию науки.Картографирование результатов исследований — неотъемлемая часть комплексныхфизико-географических исследований. Исторический методпознания природы также один изтрадиционных методов географических исследований, хотя он сформировалсязначительно позднее сравнительного и картографического методов и в значительноймере опирается на них.
Возникновение исторического метода стало возможным лишь в XVIII столетии, когдараспространилось представление об изменчивости природы поверхности Земли.Основоположниками его были немецкий ученый И. Кант, создавший небулярнуюкосмогоническую гипотезу, и наш великий соотечественник М.В. Ломоносов. Всемизвестно замечательное высказывание Ломоносова в его труде «О слоях земных»:«И, во-первых, твердо помнить должно, что видимые телесные на Земле вещи и весьмир не в таком состоянии были с начал от создания, как ныне находим; но великиепроисходили в нем перемены, что показывают История и древняя География, снынешнею снесенная...».
Признание изменчивости природы Земли требовало ее изучения.Попытки использовать для решения этой проблемы уже существовавшие методыпривели к их трансформации в связи с появлением новых аспектов их применения,решением новых задач и использованием новых приемов, в результате чего исформировался исторический метод.
Современный исторический метод базируется на положении диалектическогоматериализма о непрерывном движении и развитии материи. Исторический методиграет решающую роль во всех случаях, когда исследуемые объекты и процессытребуют своего рассмотрения в развитии и становлении, поэтому он является однимиз основных методов комплексной физической географии. Еще в 1902 г. Д.Н. Анучинписал, что «представление об эволюции, о ходе развития, о процессах и силах,которыми это развитие вызывалось и обусловливалось», необходимо иметь «дляболее осмысленного понимания настоящего». Исторический метод позволяет «познатьнастоящее в его развитии», является ключом к пониманию современныхзакономерностей природы и помогает дать прогноз ее развития в будущем.
Задача исторического анализа в комплексных физико-географическихисследованиях — проследить становление современных черт природы Земли,установить исходное состояние того или иного ПТК и ряд его конкретныхпереходных состояний (стадий развития), изучить современное состояние какрезультат произошедших изменений, выявить движущие силы и условия процессаразвития. Однако при историческом анализе чаще всего используются не самисостояния природных комплексов, а разнообразные «следы» когда-то существовавшихсостояний. Ретроспективный анализ, основанный на изучении «следовсостояний» ПТК, дает возможность познать взаимосвязи между различнымикомпонентами и комплексами в историческом аспекте, т.е. создать пространственно-временнуюхарактеристику ПТК.
В.А.Николаев обращает внимание на то, что при комплексныхфизико-географических исследованиях и ретроспективный анализ должен быть достаточнокомплексным, т.е. должен включать не только литогенные, но и биогенныекомпоненты, которые фиксируют наиболее поздние этапы становления ПТК и поэтомудают ценный материал для установления тенденций дальнейшего развитиякомплексов. Насколько глубоко такой анализ может проникнуть в прошлое ПТК инасколько достоверен и детален он будет, зависит от возраста, обилия иразнообразия таких «следов состояний».
Наряду с ретроспективным анализом структуры современных ПТК дляпалеогеографических реконструкций используется ряд других методов:спорово-пыльцевой, карпологический, палинологический, фаунистические анализы,изучение погребенных почв и коры выветривания, археологический,радиоуглеродный, стратиграфический, минералогический, гранулометрический и т.д.
Глубина палеогеографического анализа в очень большой степени зависитот ранга изучаемого природного комплекса. Чем крупнее комплекс, чем он устойчивее,тем более длительный отрезок времени требуется проанализировать при изучениипроцессов его становления. Чем мельче комплекс, чем он моложе, тем он мобильнееи тем короче временной отрезок его формирования. Чаще всего палеогеографическийанализ применяется для изучения четвертичной (антропогеновой) истории, но можетприменяться и для более отдаленных периодов.
В настоящее время все чаще «сравнение состояний во времени», т.е.исторический метод, используется в сочетании с геофизическим и геохимическимметодами для исследования наиболее простых и динамичных комплексов, дляизучения самих комплексов и факторов, формирующих или формировавших их внедалеком прошлом. Такое изучение базируется на непосредственных наблюдениях,преимущественно на стационарах, за современными процессами, протекающими в ПТК,либо на анализе картографических и аэрофотоматериалов. В.С. Преображенскийвыделяет этот аспект применения исторического метода в качестве самостоятельнойсоставной его части — динамического метода.
Стоит упомянуть также возможность проведения анализа на основеизучения исторических документов. Такой анализ может быть назван собственноисторическим.
Таким образом, с развитием науки расширяются рамки примененияисторического метода, постоянно совершенствуются технические приемы сбораданных и способы обработки информации, позволяющие в настоящее время получатьне только качественную характеристику, но и точные количественные показатели.
В современной физической географии мы можем выделить три основныхаспекта исторического метода: палеогеографический, основанный наизучении самых разнообразных «следов» бывших состояний ПТК; собственноисторический, базирующийся на изучении исторических документов о бывшихсостояниях ПТК (в том числе и отраженных в географических названиях итерминах), и динамический, изучающий современные изменения состояний,фиксируемые преимущественно в процессе стационарных исследований. Из этих трехаспектов самым ранним был, очевидно, собственно исторический, позже появился иактивно развивался палеогеографический. Совсем недавно, с появлениемкомплексных физико-географических стационаров (60-е гг. XX в.), зародился и успешноразвивается динамический аспект.
Таким образом, кратко рассмотрев современное состояние традиционныхметодов географических исследований, мы видим, что они находят широкое иразнообразное применение в комплексной физической географии. Методы исследований, используемые с 30 — 50-х гг. XX в.
Из этих методов особенно большую популярность получили аэрометоды— исследование территории с помощью летательных аппаратов. Ониподразделяются на аэровизуальные и различные виды съемок, из которых вфизико-географических исследованиях находит применение аэрофотосъемка.
Аэровизуальные наблюдения представляют собой обзор местности с самолета иливертолета с целью изучения природных особенностей территории и степениизменения ее человеком. Они применяются для рекогносцировки (особенно втруднодоступных районах), для картографирования и дешифрирования аэрофотоснимков.В последнем случае аэровизуальные наблюдения сочетаются с наземными на ключевыхучастках. Весьма эффективны аэровизуальные наблюдения для изучения сезонныхизменений природы в пространстве.
Аэрофотосъемка — это фотографирование местности с летательныхаппаратов. Результат съемки — аэрофотоматериалы, представленные в виде снимков,репродукций накидного монтажа, фотосхем и фотопланов. Первые аэрофотосъемки дляпроизводственных целей (лесоустройства, землеустройства, дорожногостроительства) были проведены в нашей стране в 1924 г. В 30-х гг. XX в. аэросъемкой уже былипокрыты огромные пространства, ее материалы использовались для топографическихцелей, изучения Арктики и лесов. Имелись первые опыты применения их дляизучения рельефа, болот, рек. Все более очевидной становилась большая научнаяценность аэрофотосъемки, однако до окончания Великой Отечественной войны продолжалсяпериод широкого, но недостаточно глубокого использования материалов аэрофотосъемки.Изучались лишь те объекты, которые находили непосредственное отображение нааэрофотоматериалах.
Лишь в послевоенные годы повысился интерес к методам дешифрированияаэрофотоизображения. Географы увидели в аэрофотометодах новый многообещающийспособ быстрого сбора информации на большой территории. Аэрофотометоды сталииспользовать во всех географических науках и в ряде смежных наук. Этомуспособствовало появление новых видов аэрофотосъемки: черно-белойспектрозональной, цветной и цветной спектрозональной, а также совершенствованиеметодов дешифрирования аэрофотоизображения.
Советские географы выработали свой, весьма эффективный методдешифрирования аэрофотоснимков — ландшафтный. Сущность его заключается втом, что «путем анализа фотоизображения того или иного географическогокомплекса в целом устанавливается та его составная часть, которая непосредственнона аэрофотоснимках не отобразилась». Ландшафтный метод постепенно становитсяосновным при различных территориальных исследованиях с применением аэрофотоматериалов.
Дешифрирование основывается на анализе прямых дешифровочныхпризнаков: тона (или цвета), структуры, формы и размера фотоизображения, атакже отбрасываемой объектами тени. Но по прямым признакам могут бытьотдешифрированы лишь компоненты, непосредственно изображенные на снимках(растительность, рельеф на безлесных участках, водные объекты, незадернованныегорные породы), однако и для них эти признаки позволяют получать весьма скудныеданные.
Значительно возрастает объем информации, получаемой с аэрофотоснимков,при использовании косвенных дешифровочных признаков. Такими признаками являютсявзаимосвязи объектов и явлений в пространстве и во времени.
Косвенные признаки разнообразны, и большинство из них имеет местноезначение, поэтому выявление их требует знания природных условий исследуемогорайона, внимательного изучения взаимосвязей между отдельными компонентами ПТК.Косвенные признаки обычно выявляются путем наземного дешифрированияаэрофотоснимков на ключевых участках, а затем используются при камеральномдешифрировании снимков на остальную территорию. Например, растительный покровслужит для определения глубины залегания грунтовых вод в пустыне, а в леснойзоне переход от пойменных лугов и черноольшаников к сосновым лесамсвидетельствует о смене поймы террасой и т.д.
Сочетание методов качественного анализа аэрофотоматериалов с количественными(фотометрическим, фотограмметрическим, стереограмметрическим) являетсянаилучшим вариантом применения аэрофотометода, позволяющим полностьюиспользовать богатое содержание аэрофотоснимков.
Аэрометод — это метод исключительно первого этапа познания — сборафактического материала и получения информации о природных комплексах.Последующая обработка собранных данных производится уже с применением другихметодов: математических, сравнительного, исторического и т.д. Однако, несмотряна это, значение его в географических исследованиях чрезвычайно велико.
Дальнейшее развитие и совершенствование аэрометодов идет по путиавтоматизации дешифрирования, а также в рамках аэрокосмических методов.
Геофизический метод почти столь же старый и традиционный, каксравнительный и картографический, тем не менее относится к новым точным методамисследования. Дело в том, что долгое время география и геофизика развивалиськак одна наука. В дальнейшем геофизические методы в географии использовалисьлишь при изучении наиболее динамичных компонентов — воздушных и водных масс.Применение их к изучению таких сложных динамических систем, включающих в себяразные уровни организации материи, как природные территориальные комплексы игеографическая оболочка, в целом стало качественно новым этапом в развитиигеофизического метода в географии.
Геохимический метод, напротив, довольно молод. Он зародился лишь вначале XX в. на стыке химических наук и наук о Земле. Оба эти методаактивно внедряются в современные комплексные физико-географическиеисследования, поэтому в дальнейшем они будут рассмотрены более детально. Методы исследований, применяемые с 60 — 80-х гг. XX в.
Космические методы географических исследований начали развиваться набазе аэрометодов с 1960 г., когда был запущен первый метеорологический спутники получен первый космический снимок Земли. Обладая основными достоинствамиаэрометодов, космические методы имеют перед ними преимущество в том, что даютвозможность получать в короткие сроки сопоставимую глобальную информацию оземной поверхности. Это позволяет реально перейти к целостному изучениюгеографической оболочки Земли и слагающих ее компонентных оболочек, а также кустановлению глобальных географических закономерностей.
Как и аэрометоды, космические методы относятся к дистанционнымметодам исследования. В настоящее время проводится несколько различных видовкосмических съемок (фотографическая, телевизионная, спектрометрическая, микроволноваяи др.). Использование многообъективных камер делает доступным получениемногозональных снимков.
Основным отличием космических снимков от аэрофотоснимков являетсяих намного большая обзорность, зависящая, как известно, от высотного положениялетательного аппарата. Если съемка с высотных самолетов производится с высоты10 — 20 км, то с помощью ракет она ведется уже с высоты 80 — 250 км.Оптимальная высота фотографирования Земли со спутников — 200 — 1500 км. Первоеглобальное изображение Земли (полушарие в целом) было получено искусственнымспутником «Молния» с высоты 20- 40 тыс. км.
С помощью космических методов получают информацию предельнообъективную, массовую, разнообразную, синхронную по обширным участкамгеографической оболочки. Это дает возможность изучать пространственно-временныеизменения географической оболочки, современную структуру и динамику ПТКпланетарного (глобального) и регионального уровней. Тщательный анализкосмических снимков позволяет не только познавать эмпирические закономерности,но и подняться на уровень теоретических обобщений.
Космические методы наиболее тесно связаны в своем использовании скартографическим и математическими методами. Метеорология и геология пока ещеостаются главными потребителями информации из Космоса. В комплексной физическойгеографии также постепенно накапливается опыт применения космических методов.Несомненно, что космические методы будут развиваться дальше и широкоиспользоваться в географии. Однако одной из сложных проблем их использованияявляется огромнейший, буквально лавинный поток информации, требующий обработкии осмысления.
Математические методы издавна применялись в ряде отраслевыхгеографических наук: климатологии, гидрологии, океанологии. О необходимости ихиспользования в физической географии писал еще в середине 30-х гг. А.А.Григорьев. Однако пионером внедрения математических методов в комплекснуюфизическую географию, безусловно, стал Д.Л. Арманд.
Объективные трудности применения математических методов к изучениюПТК заключаются в сложности структуры объектов исследования, в чрезвычайнослабой формализации ландшафтных понятий и недостаточной математическойподготовке географов.
Известно, что ПТК представляют собой сложные динамические системысо множеством прямых и обратных связей как внутри комплекса (между егосоставными частями), так и с окружающей ПТК средой. Это делает ПТКпринципиально вероятностными системами, для изучения которых мало подходят теразделы математики (дифференциальное и интегральное исчисление), с которымиобычно были знакомы географы. Развитие новых разделов математики, специальнопредназначенных для изучения сложных динамических систем, и накопленный опыт ихиспользования в биологии и геологии облегчили внедрение математических методовв географию.
Переломным в математизации географии был 1960 г., когда на Международномгеографическом конгрессе в Стокгольме советские географы выступили с рядомдокладов о математических методах в географии. После этого появился буквальнопоток работ по применению математических методов в географии, охвативший икомплексную физическую географию.
Кроме методов математической статистики и теории вероятности, широкоиспользуемых в настоящее время в физической географии, применяются такжематематический анализ, теория множеств, теория графов, матричная алгебра и др.Особенно большие надежды возлагаются на использование теоретико-информационныхметодов и кибернетики.
А.Д. Арманд (1975) считал, что не так интересен вопрос о том,какие разделы математики применяются в решении тех или иных географическихзадач, как важно проследить, какие математические методы используются на разныхступенях географического исследования, на разных этапах познания.
Существует также мнение о том, что не только сами географы должнывыбирать для решения своих задач те или иные математические методы, а что болееестествен и продуктивен путь приспособления самого математического аппарата кмышлению географа для облегчения выполнения наиболее часто повторяющихсяопераций.
До сих пор еще в географии наиболее широко используются вероятностно-статистическиеметоды, необходимые для анализа протоколов наблюдений и систематизации фактическихданных, т.е. на эмпирическом уровне познания. Однако при переходе натеоретический уровень для обобщений и выявления основных закономерностейгеографы все больше начинают использовать математический и векторный анализ,теорию информации и теорию множеств, теорию графов и теорию распознаванияобразов, теорию вероятности и теорию конечных автоматов. При этом резковозрастает роль таких познавательных операций, как идеализация, абстракция,гипотеза. Получение результатов исследования в виде карт, графиков,математических формул и т.д. по сути дела уже является моделированием.
Дальнейшие перспективы развития теоретического уровня в географиисвязаны с использованием математических и логических методов, а также методовмоделирования и кибернетики.
Моделирование как метод исследования в последнее время приобретаетвсе более широкое распространение. Оно представляет собой естественный приемпознания и практической деятельности, особую форму опосредования. Примоделировании между исследователем и интересующим его объектом ставитсянекоторое промежуточное звено — модель. Модель должна быть похожа на оригинал,но она всегда должна чем-то отличаться от оригинала (размерами, формой,субстратом, структурой, скоростью процессов и т.д.), так как при полномсовпадении модели с оригиналом исчезает сам смысл моделирования, ибо модельперестает выполнять свои функции.
В течение столетий люди пользовались моделями без специальноготеоретического обоснования. Возникновение моделирования как методатеоретического познания связано с появлением в конце XVII в. учения И. Ньютона оподобии. Дальнейшее его становление произошло только в XIX в., после открытиязакона сохранения и превращения энергии. Но свои более развитые формымоделирование приобрело в теоретическом естествознании лишь в XX в.
В 60-70-х гг. XX в. проблемам моделирования посвящено большоеколичество работ, в том числе географических. В физической географии понятие«модель» трактуется очень широко. «Моделью может быть и теория, и закон, игипотеза, и идея, обладающая определенной структурой. Моделью может быть такжеи роль, соотношение, уравнение или синтез данных. Для географии особенно важно,что моделями можно считать и суждения о реальном мире, получаемые с помощьюпереносов в пространстве (пространственные модели) и во времени (историческиемодели)». А.Д. Арманд также называет моделью «любую систему, подобную другойсистеме, которая принимается за оригинал и служит для кого-то в чем-тозаместителем оригинала».
Модели и моделирование в таком понимании не являются чем-топринципиально новым для географии. Буквально с первых шагов развития географиив ней использовались элементы моделирования и простейшие модели в видеописаний, зарисовок, а позднее схем и карт. По сути дела любые формы фиксациирезультатов наблюдений (протоколы наблюдений) — описания, рисунки, таблицы,профили, схемы, графики, фотографии, карты, уравнения и т.д. — являются моделямиПТК.
Классификацию моделей в применении к природным комплексам разработалА.Д. Арманд. Он различает модели природных комплексов по назначению(теоретические, поисковые, портретные);.по логическому пути построения(дедуктивные, индуктивные); по степени отражения действительности (статические,кинематические, динамические); по применению числового материала (качественные,количественные); по характеру реализации (физические, символические,идеальные); по учету случайных отклонений (детерминированные, вероятностные);по учету физической сущности моделируемого процесса (обмен веществом, обменэнергией, обмен информацией).
Значение моделирования для комплексной физической географии заключаетсяв том, что оно позволяет в процессе упрощения изменить масштаб размерности,масштаб времени и масштаб сложности. С масштабом размерности географы имелидело с давних времен при построении карт. Изменение временного масштаба вкомплексной физической географии начало практиковаться значительно позже всвязи с изучением динамики ПТК. Наиболее интересным и одновременно наиболеетрудным является моделирование масштабов сложности ПТК.
Моделирование как процесс познания включает в качестве обязательногоэтапа исследование построенной модели. Например, ландшафтная карта как модельдолжна не просто отражать результаты полевой проверки и уточненияпредварительной ландшафтной карты, составленной еще до выезда в поле, но идавать дополнительную информацию, допустим, о морфологической структуре ПТК.Здесь уже на первый план выдвигается не образность модели, а ее способностьвыступать в качестве заместителя оригинала в определенных пределах, важных дляисследования. Чтобы моделирование выполняло свою функцию в полной мере,необходима экстраполяция результатов изучения модели на оригинал и последующаяпроверка полученной информации путем сравнения с природой, с содержаниемизучаемого объекта.
На разных этапах комплексных физико-географических исследованиймоделирование играет различную роль, и применяются, как правило, разные модели.На этапе сбора фактического материала используются преимущественно портретныесимволические модели, репродукционные, аналоговые. Эти модели применяются давнои широко.
На этапе получения эмпирических закономерностей, в науке обычновозрастает роль физических моделей. Это приемлемо для тех отраслевых географическихнаук, которые занимаются изучением неживой природы. Создание же физическоймодели ПТК невозможно как минимум до тех пор, пока не будут созданы моделиживых организмов — составных частей ПТК. Поэтому в комплексной физическойгеографии на этапе получения эмпирических закономерностей используются другиемодели: символические портретные и поисковые, среди которых все большеезначение приобретают математические модели. Находят применение такжемодели-представления.
На теоретическом этапе познания должны прежде всего использоватьсяидеальные модели, модели-представления. Перспективным для дальнейшего развитиякомплексной физической географии представляется использование преимуществкибернетического моделирования как метода теоретического осмысления сложныхдинамических систем. Оно опирается на принцип статистической связи функции иструктуры и является функциональным. Центральное место в нем занимает нерассмотрение сложной динамической системы самой по себе, а зависимостифункционирования системы от среды, характеристика ее поведения в определеннойсреде. Этот аспект кибернетического моделирования особенно привлекает географовв связи с разработкой географических прогнозов.
Таким образом, модели в географии используются давно, однако в настоящеевремя резко возросла роль теоретического моделирования, почему и методмоделирования отнесен к новейшим.
С проблемой моделирования тесно перекликается задача построения банкагеографических данных, который должен представлять собой автоматизированнуюсистему обработки и анализа информации. Нужно, чтобы такая система позволялахранить, накапливать, систематизировать, комбинировать и перерабатыватьгеографические данные для любых целей и в любой последовательности.
ЛЕКЦИЯ 2ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Географическая оболочка и природные территориальные комплексы
Объектом изучения комплексной физической географии являютсягеографическая оболочка как целостное природное образование, особая планетарнаясистема и слагающие ее природные территориальные и аквальные комплексы разнойразмерности, которые обособились в процессе развития географической оболочки.
Являясь целостным образованием, географическая оболочка неоднороднавнутри себя. В вертикальном направлении она распадается на ряд компонентных(частных) оболочек (литосферу, гидросферу, атмосферу, биосферу, педосферу), вкаждой из которых преобладает вещество в определенном агрегатном состоянии илиформе его организации. Вещество частных оболочек формирует различные компонентыприроды: рельеф с образующими его горными породами, почвы с корой выветривания,водные и воздушные массы, сообщества растений и животных (биоценозы). Междукомпонентными оболочками происходит обмен веществом, энергией и информацией,объединяющий эти разнокачественные оболочки в качественно новое целостное единство,свойства которого не сводятся к свойствам суммы слагающих его частей. Изучениемкомпонентных оболочек как составных частей более сложного целого занимаютсяотраслевые физико-географические науки (геоморфология, гидрология,климатология, почвоведение, биогеография), материалы которых физико-географыиспользуют в своих исследованиях.
Горизонтальнаянеоднородность географической оболочки выражается в существовании природных территориальных и природныхаквальных комплексов (соответственно ПТК и ПАК) — исторически обусловленных и территориальноограниченных закономерных сочетаний взаимосвязанных компонентов природы. Ихобособление связано с территориальной дифференциацией энергии, обусловленнойформой и происхождением планеты Земля: различным количеством лучистой энергии,поступающей из Мирового пространства, и внутренней энергии Земли, получаемойтем или иным участком географической оболочки.
И вертикальная, и горизонтальная неоднородность географическойоболочки возникла в процессе ее формирования и развития, но вертикальнаядифференциация (на геосферы) обусловлена, прежде всего, дифференциацией вещества,а горизонтальная (на ПТК) связана главным образом с пространственнойдифференциацией энергии. Так как подавляющая часть энергии поступает вгеографическую оболочку извне и подвержена значительным изменениям впространстве и во времени, горизонтальная дифференциация менее устойчива, болеединамична и постоянно усложняется в процессе развития географической оболочки.В результате этого в пределах географической оболочки сформировалось большоеколичество ПТК разной величины и различной степени сложности, как бы вложенныхдруг в друга и представляющих собой систему соподчиненных единиц, определеннуюиерархическую лестницу, так называемую таксономическую систему. Чемкрупнее комплекс, чем выше его ранг, тем больше неоднородность внутри него, темболее заметно его внутреннее многообразие, тем ярче выражена его индивидуальность,неповторимость, непохожесть на соседние комплексы.
Общепринятой таксономической системы ПТК в физической географиипока еще нет. Наиболее широко распространенной является следующая системакомплексов: географическая оболочка – суша – материк – страна — зона (горнаяобласть) — провинция – район – ландшафт — урочище — фация. Наряду с нейсуществуют и другие системы, в том числе и двухрядные, имеющие на своих верхнихступенях самостоятельные системы зональных (географический пояс – зона — подзона)и азональных (суша – континент — субконтинент — страна) единиц.
Каждый более мелкий комплекс возникает и обособляется в процессеразвития вмещающего его более крупного ПТК, поэтому, чем мельче комплекс, темон моложе, тем проще устроен и тем более динамичен. Исключение составляют лишьреликтовые комплексы, входящие в состав более крупных, но более молодых.
Представление о природных территориальных комплексах зародилось вгеографии в конце XIX столетия и сформировалось в первой половине XX в. Оно связано с именамитаких ученых, как В.В. Докучаев, А.Н. Краснов, Г.Н. Высоцкий, Г.Ф. Морозов,Л.С. Берг, Б.Б. Полынов, И.В. Ларин, Р.И. Аболин, Л.Г. Раменский, А.А. Борзов идр. Разные исследователи называли изучаемые комплексы по-разному: ландшафтныезоны и географические комплексы, ландшафты и микроландшафты, фации и эпифации,эпи-морфы и урочища. Разной была степень внутренней сложности изучаемыхобъектов, а иногда просто названия, но сущность объектов сохранялась: в любомслучае это были территориальные сочетания взаимосвязанных компонентов природы — ПТК.
Естественно, в процессе развития науки и накопления материалов поизучению ПТК представление о них уточнялось, дополнялось, совершенствовалось,уточнялись иерархия и диагностические признаки. Одно из последних новейшихопределений термина ПТК принадлежит А.Г. Исаченко. Он определяет ПТК как «пространственно-временнуюсистему географических компонентов, взаимообусловленных в своем размещении иразвивающихся как единое целое». Наряду с термином ПТК в качестве синонимаиногда используются названия «геокомплекс», «геосистема», «географическийкомплекс», «ландшафтный комплекс» и даже «ландшафт». Можно дискутировать поповоду полного или неполного совпадения этих терминов, но от использованиятермина «ландшафт» в качестве синонима ПТК следовало бы отказаться, так какмногие исследователи под ландшафтом понимают не любой ПТК, а одну строго определеннуюединицу в ряду соподчиненных ПТК. Такой трактовки ландшафта придерживаемся имы.
Объектами полевых комплексных физико-географическихисследований обычно служат относительно небольшие и достаточно простоустроенные ПТК — ландшафт и его морфологические единицы.
Простейший, элементарный ПТК называется фацией. Поопределению Н.А. Солнцева, «фация — это природный территориальный комплекс,на всем протяжении которого сохраняется одинаковая литология поверхностныхпород, одинаковый характер рельефа и увлажнения, один микроклимат, однапочвенная разность и один биоценоз». Из определения следует, что основнымдиагностическим признаком фации служит пространственная однородность слагающихее компонентов. Эта однородность может нарушаться только воздействием человека,в результате чего возникают антропогенные модификации фаций, занимающие целикомили частично природные фации.
Причиной обособления фаций чаще всего бывает изменение рельефа,т.е. изменение местоположения. В связи с тем, что рельеф земной поверхностиочень неровный, его изменение происходит на небольших расстояниях, и фацииимеют, как правило, малые площади.
Обычно фация занимает элемент или часть формымикрорельефа. Примерами фаций могут быть склон оползневого бугра сосинником крупнотравным на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах;центральная часть суффозионной западины с влажнотравно-осоковым лугом надерново-глеевых тяжелосуглинистых почвах и т.д. Часто встречаются фации, занимающиечасть элемента формы мезорельефа, например подножие делювиальногосклона, притеррасную избыточно влажную часть поймы, верхнюю выпуклую частьморенного холма, межложбинное пространство на приба-лочном склоне и т.д. Иногдафация занимает весь элемент формы мезорельефа или целиком всю формумикрорельефа. В качестве примера можно привести фацию неглубокойблюдцеобразной западины, отличающуюся от окружающего ее выровненногопространства несколько повышенным увлажнением, глееватостью почвы, болеевлаголюбивой растительностью. При этом ровная поверхность междуречья приоднородной литологии и одинаковом почвенно-растительном покрове также будетявляться фацией, хотя и более обширной по размерам.
Иногда обособление фаций может быть вызвано сменой литологиислагающих пород. Так, если овраг прорезает толщу пород разного литологическогосостава, то на частях склона, сложенных различными породами, формируются свои,отличные друг от друга фации. В обособлении фаций определенную роль можетиграть крутизна или экспозиция склона, которая обусловливает различия винсоляции, а, следовательно, в нагревании склонов разной экспозиции.
Как видим, первопричиной фациальной дифференциации являетсяизменение литогенной основы. Оно, в свою очередь, вызывает изменение тепловогорежима, глубины залегания грунтовых вод, баланса влаги и т.д. Это приводит квозникновению новых условий местообитания (экологических условий) иформированию нового биоценоза.
Подурочище — это ПТК, состоящий из ряда фаций, приуроченных к одномуэлементу формы мезорельефа. Фации, слагающие подурочище, отличаются ярковыраженной общностью местоположения, связаны генетически и динамически ивследствие этого имеют много общего в отношении природных свойств и процессов,их изменяющих (гравитационных, поверхностного стока и др.). Следовательно,основным диагностическим признаком подурочища является приуроченность копределенному элементу формы мезорельефа одной экспозиции: к склону оврага,вершине моренного холма, плоской поверхности террасы и т.д. Все фации, входящиев подурочище, обладают, таким образом, топологическим единством (единствомместоположения), следствием которого является их сходство в отношениипоступающего тепла и света. Нередко фации подурочища обладают и литологическойобщностью, так как все пространство в границах подурочища может быть сложеноодной литологической разновидностью поверхностных отложений: аллювиальнымипесками, балочным аллювием, делювиальными суглинками, опесчаненной мореной ит.д. Однако литологическая общность фаций подурочища не является обязательной.В пределах подурочища пофациально могут варьировать механический состав почв,условия почвенно-грунтового увлажнения и водного режима почв, а подчас илитологический состав пород. Это обусловливает разную степень смытости,оглеенности, оподзоленности почв, существование различных группировок растенийи т.д.
Примерами подурочищ могут служить покатый прибалочный склонсеверной экспозиции, сложенный с поверхности покровными суглинками, с серымилесными средне- и тяжелосуглинистыми почвами слабой и средней смытости,распаханный; коренной склон долины реки, сложенный покровными суглинками,подстилаемыми мореной, залегающей на известняках карбона, поросший лесом; склонморенного холма южной экспозиции, покрытый берёзово-еловым лесом, сдерново-подзолистыми почвами разной степени оподзоленности и завалуненности.
Урочище — более сложный ПТК, представляющий собой системугенетически, динамически и территориально взаимосвязанных фаций и подурочищ.Как правило, урочища бывают четко обособлены в пространстве, так как каждое изних обычно занимает целиком всю форму мезорельефа. Особенно четкооконтуриваются урочища в условиях расчлененного рельефа с частым чередованиемположительных и отрицательных форм: холмов и котловин, балок и межбалочных пространств,гряд и ложбин и т.д.
Пространственное совпадение урочищ с определенными формами рельефаявляется важнейшим диагностическим признаком при их выделении.
Кроме рельефа, причиной обособления урочищ может явиться изменениегеологического строения (глубины залегания и характера коренных пород,подстилающих рыхлые наносы, состава рыхлых отложений и т.д.) или глубинызалегания грунтовых вод. Если по простиранию одной формы мезорельефанаблюдается смена подстилающих пород, вскрываемых этой формой, то урочище будетзанимать лишь часть, вернее отрезок формы мезорельефа, характеризующийсяодинаковым геологическим строением. Например, если овраг в верховьях прорезаеттолько покровные суглинки, в средней части, прорезав суглинки, врезается вморену, а в низовьях вскрывает и подстилающие морену известняки, то в егопределах формируются три различных урочища. Верховье будет представлять собойсухой полузадернованный овраг в покровных суглинках; средняя часть — сыруюбалку со склонами, сложенными в верхней части покровными суглинками, а в нижней- мореной; нижняя часть — сухую балку со ступенчатыми склонами. Внутренняя структуратакого оврага будет неизменно усложняться при движении от верховья к его устьевойчасти.
Что касается приуроченности биокомпонентов к ПТК ранга урочища, тоони не могут являться диагностическим признаком при выделении урочищ. Почвы ирастительность в пределах урочища могут существенно изменяться от фации к фации(пофациально) вплоть до принадлежности к различным типам. Так,осоково-пушицевые низинные болотца с торфянисто-глеевыми почвами днищ балокмогут сменяться злаковыми степными ассоциациями на черноземах или дубравами насерых лесных почвах по склонам балок. В Притомье влажнотравные луга илиивняковые заросли днищ балок нередко сменяются еловыми или берёзовыми лесами посклонам.
В связи с тем, что каждое урочище представляет собой закономерноесочетание слагающих его фаций, выделение урочищ может производиться путемизучения их внутренней структуры. Особенно важен такой подход к изучению урочищв условиях однообразного слабо расчлененного рельефа, где основнойдиагностический признак (рельеф) визуально улавливается плохо, поэтомуоказывается недостаточным для разграничения урочищ.
В зависимости от своего морфологического строения урочища делятсяна простые и сложные. Если в урочище каждый элемент формы рельефазанят только одной фацией, мы имеем дело с простым урочищем. Если же хоть одиниз элементов занят группой фаций (подурочищем), такое урочище будет сложным.Наиболее сложным является урочище, в котором каждый элемент рельефа представленподурочищем.
В любом ландшафте встречаются весьма разнообразные урочища, но невсе они в равной мере определяют внешний облик и природные свойства ландшафта.Урочища, наиболее часто встречающиеся в ландшафте и определяющие его структуру,называют основными. Среди них выделяются фоновые урочища, или доминанты,занимающие наибольшие площади в ландшафте и образующие его фон. Обычнофоновыми являются урочища междуречных пространств, т.е. исходной поверхноститерритории, в большей или меньшей степени измененной последующими процессами.
Наряду с урочищами-доминантами в ландшафте часто встречаются болеемелкие урочища, вкрапленные в основной фон, которые тоже играют важную роль вего морфологическом строении, хотя и не занимают больших площадей. Это — субдоминанты.Они более молоды, чем фоновые, так как возникли на исходной поверхности подвлиянием более поздних геологических и рельефообразующих процессов, изменяющихэту поверхность. Субдоминантами часто бывают урочища растущих оврагов и мокрыхбалок, карстовых воронок, степных западин и т.д. Если фоновое урочище в каждомландшафте часто одно, то субдоминантных может быть и два, и три. Встречаютсяполидоминантные ландшафты, в которых фонового урочища (доминанты) нет.
Состав основных (фоновых и субдоминантных) урочищ и их взаимноерасположение характеризуют происхождение ландшафта, направленность современныхпроцессов и типичные черты различных компонентов, поэтому его изучениечрезвычайно важно для познания ландшафта.
Кроме основных урочищ в каждом ландшафте имеются урочища, малораспространенные или встречающиеся единично. Они не определяют морфологическойструктуры ландшафта, но придают ей своеобразные черты. Это — дополняющие иливторостепенные урочища. Среди них выделяются редкие и уникальные.Часто такие урочища проливают свет на историю развития ландшафтов изучаемойтерритории (реликтовые урочища) и раскрывают тенденции их будущего развития.
Характерные сочетания закономерно повторяющихся урочищ образуютболее крупные ПТК — местности и ландшафты.
Местность в иерархии ПТК занимает положение между урочищем и ландшафтоми состоит из закономерного сочетания урочищ. Как и подурочище, этофакультативная единица. Местности могут встречаться в пределах одного ландшафтаи отсутствовать в другом.
Происхождение местностей связано с некоторыми изменениями литогеннойосновы на пространстве ландшафта. Эти изменения не столь велики, чтобы вызватьформирование различных ландшафтов, но достаточны, чтобы придать некоторыеспецифические черты отдельным его частям. Обособление местностей может бытьвызвано варьированием на пространстве ландшафта литологического составаповерхностных отложений (покровные суглинки — водно-ледниковые пески и т.д.),характера подстилающих пород (известняки — глины), комплексов форм рельефа(гривисто-ложбинная — бугристо-западинная пойма), интенсивности современныхрельефообразующих процессов (интенсивная овражная эрозия на приречной равнине — замедленное развитие овражно-балочной сети на удаленных от рек участках ландшафта)и т.д.
Каждый из таких вариантов отличается от соседних участков либо наборомурочищ, либо их специфическими чертами, либо особенностями их размещения,например крупнохолмистый и мелкохолмистый участки в пределах холмисто-моренноготаежного ландшафта. Нередко фоновые урочища остаются теми же, а изменениякасаются субдоминантных или второстепенных урочищ.
В основе обособления внутри ландшафта местностей лежатгенетические причины, вполне объяснимые в каждом конкретном случае.
Ландшафт представляет собой довольно крупный (площадью в десятки исотни квадратных километров) и сложный ПТК, состоящий из динамическисопряженных и закономерно повторяющихся в пространстве основных ивторостепенных урочищ. Ландшафт обладает генетической однородностью, имеетодинаковый геологический фундамент, один тип рельефа и одинаковый климат, что иопределяет специфику его морфологической структуры (набора и взаимногорасположения морфологических единиц).
Все эти особенности ландшафта включены в его определение, данноеколлективом ландшафтной лаборатории МГУ: «Ландшафт — это генетическиоднородный природный территориальный комплекс, имеющий одинаковый геологическийфундамент, один тип рельефа, одинаковый климат и состоящий из свойственноготолько данному ландшафту набора динамически сопряженных и закономерноповторяющихся в пространстве основных и второстепенных урочищ». Уже в самомопределении намечен путь к практическому распознаванию ландшафтов, их изучениюи картографированию, впервые указанный Н.А. Солнцевым в 1947 г.
Основным диагностическим признаком ландшафта является его морфологическаяструктура, которая придает ландшафту характерный внешний облик(физиономические черты), позволяющий отличать один ландшафт от другого. В связис этим изучение любого ландшафта в поле должно начинаться с изучения егоморфологической структуры. Такой подход позволяет не только вскрыть наиболеесущественные особенности ландшафта и взаимосвязи между его составными частями,но и провести границы ландшафта. В отличие от фаций и урочищ, границы которыхобычно хорошо улавливаются визуально, ландшафты оконтуриваются, как правило, похарактерному сочетанию урочищ на основании анализа его морфологическойструктуры, так как визуальное проведение границ комплекса, занимающего площадьв десятки и сотни квадратных километров, оказывается весьма затруднительным, аподчас просто невозможным.
При работе в поле исследователь может быть уверен, что находится впределах одного ландшафта до тех пор, пока видит однотипное сочетание одних итех же урочищ. Как только появляются новые урочища или изменяютсязакономерности размещения тех же самых урочищ, нужно быть очень внимательным,ибо где-то здесь проходит граница ландшафтов или их крупных морфологическихчастей — местностей. Чтобы окончательно решить вопрос о ранге разделяемыхграницей комплексов, нужно проанализировать весь фактический материал,характеризующий территорию исследования.
Представляя собой систему взаимосвязанных сравнительно простых ПТК(перечень которых может не исчерпываться рассмотренными выше единицами),ландшафт в то же время сам является составной частью более сложных ПТК и, вконечном счете, частью географической оболочки. Из этого исходил, давая своеопределение ландшафта, А.Г. Исаченко: «Ландшафт — это генетическиобособленная часть ландшафтной области, зоны и вообще всякой крупнойрегиональной единицы, характеризующаяся однородностью как в зональном, так и вазональном отношении и обладающая индивидуальной структурой и индивидуальнымморфологическим строением».
Зонально-азональная однородность находит свое выражение в общностифундамента ландшафта, макрорельефа и климата. Она включает и генетическоеединство, так как лишь в результате всей предшествующей истории развитияформируется современный облик ландшафта.
Таким образом, оба приведенных определения исходят из одних и техже черт ландшафта и как бы дополняют друг друга. В 1991 г. А.Г. Исаченко далблизкое по смыслу краткое определение ландшафта, базирующееся на системном подходе:«Ландшафт — генетически единая геосистема, однородная по зональным иазональным признакам и заключающая в себе специфический набор сопряженныхлокальных геосистем».
Примером ландшафта может служить западная часть Томь-Яйскогомеждуречья, расположенная на правом берегу р. Томь — притока Оби.
Ландшафт занимает в ряду соподчиненных ПТК особое (узловое) положение.Это отмечали в своих работах Н.А. Солнцев, А.А. Григорьев, А.Г. Исаченко, В.Б. Сочаваи ряд других исследователей. Н.А. Солнцев считал ландшафт основной единицейгеографии, с которой собственно и начинается система таксономических единиц,а более мелкие, чем ландшафт, комплексы он называл морфологическими частямиландшафта,
А.А. Григорьеву принадлежит мысль о том, что зональность и азональностькак основные закономерности дифференциации географической оболочкипрослеживаются лишь до уровня ландшафта. Позднее ее развивал А.Г. Исаченко,отмечая, что все более мелкие ПТК обособляются в соответствии с местнымизакономерностями, изменяющимися от ландшафта к ландшафту.
Согласно В.Б. Сочаве, ландшафт (макрогеохора), с одной стороны,венчает ряд ПТК топологического уровня, а с другой — им начинается ряд единицрегионального уровня, а на стыке единиц регионального и планетарного уровняподобное ландшафту узловое положение занимает физико-географическая страна, илиобласть, по терминологии В.Б. Сочавы.
Таким образом, в единой иерархической системе таксономическихединиц намечаются три уровня организации — планетарный (глобальный),региональный и топологический (локальный), обусловленные разнымизакономерностями дифференциации географической оболочки на каждом из этихуровней. Это положение признается сейчас многими физико-географами. Наиболеерезко против него выступал лишь Д.Л. Арманд, считая, что природа нераздельна, апоэтому таксономическая система не имеет «площадок» или «основных единиц».
Закономерности физико-географической дифференциации на разныхуровнях и ступенях выявлены еще далеко не достаточно, что приводит кпараллельному созданию таксономических систем ПТК, отличающихся как поколичеству ступеней, так и по их соподчиненности.
В зависимости от масштаба работ в центре внимания исследователямогут быть не только ландшафты и их морфологические единицы, но и более крупныеприродные территориальные комплексы: физико-географические районы,провинции, зоны (отрезки зон внутри равнинных стран, называемые частозональными областями) или горные области, физико-географические страны. Комплексыпланетарного уровня вплоть до географической оболочки в целом вместе саквальными комплексами также изучают физико-географы.
Разные уровни организации ПТК влияют и на специфику их исследования.Изучение ПТК топологического уровня (ландшафта и его морфологических единиц)базируется главным образом на первичной информации, собираемойнепосредственно в поле, и ведется преимущественно индуктивным методом(от частного к общему). Планетарный уровень исследования строится в основном наиспользовании метода дедукции (от общего к частному) и вторичной (переработаннойи обобщенной) информации о всей географической оболочке в целом и оботдельных компонентных оболочках. Комплексы этого уровня изучаются вкамеральных условиях. При изучении ПТК регионального уровня исследованиеведется путем сочетания дедуктивного (от более крупных единиц к болеемелким, обособившимся в их пределах) и индуктивного (анализа внутреннейструктуры изучаемых ПТК) методов и основывается преимущественно на вторичнойинформации о различных компонентах природы и ПТК планетарного итопологического уровней. Исследование ПТК регионального уровня проводитсяпреимущественно в камеральных условиях, доля полевых исследований при этомсокращается по мере возрастания ранга изучаемых комплексов. Основным методом ихизучения является физико-географическое районирование.
В связи с тем, что специфика более крупных ПТК определяется особенностямиландшафтов, их слагающих, изучение любых комплексов регионального уровня неможет производиться на основе только компонентного анализа без внимательногорассмотрения ландшафтной структуры территории, раскрывающей степеньразнообразия и внутреннее строение каждого региона.
В понятие структура ПТК входит не только состав егоэлементов, но и связи — вещественные, энергетические, информационные.Каждый ПТК обладает своей специфической структурой — устойчивойупорядоченностью свойств, сохраняющейся при различных внутренних и внешнихизменениях. Внутренние связи ПТК — связи между его структурными(составными) частями, т.е. между компонентами природы и между входящими в егосостав более мелкими комплексами — определяют целостность и индивидуальностьПТК. Внешние связи — это связи между соседними одноранговыми комплексами,между изучаемым комплексом и вмещающим его более сложным ПТК и т.д. Ониобеспечивают связи изучаемого комплекса с окружающей средой.
Следовательно, каждый ПТК любой размерности — открытая система,получающая вещество, энергию и информацию извне (от своей среды, окружения) ипередающая ее другим ПТК (геосистемам). Различают связи прямые и обратные.Обратные связи в свою очередь делятся на положительные и отрицательные.При положительных связях эффект внешнего воздействия усиливается системой иможет привести к ее быстрому разрушению, ибо она сама работает на разрушение.Примером может служить образование лавин. Отсюда и выражение — лавинообразныйпроцесс. При отрицательной обратной связи эффект внешнего воздействияослабляется, «гасится» системой, а сама система продолжает оставаться впределах своего инварианта. Отрицательные обратные связи — этосопротивление системы внешнему воздействию. Они обеспечивают устойчивость ПТК,его способность оставаться самим собой, несмотря на внешние воздействия.
При вычленении ПТК необходимо руководствоваться как закономерностямивнутренних взаимосвязей комплекса, создающих его качественную определенность,так и взаимодействиями изучаемого комплекса с окружающими его ПТК.
Внутренние закономерности лучше прослеживаются при ближайшемрассмотрении и детальном изучении ПТК. Чтобы их познать, исследователь долженнаходиться внутри комплекса. А чтобы обнаружить его отличие от соседнихкомплексов, нужно взглянуть на него со стороны, сравнить с другими комплексами,охватить единым взглядом весь комплекс на фоне окружающих его ПТК. Долгое времятакой «взгляд со стороны» оказывался возможным лишь в отношении самых мелкихПТК — фаций, подурочищ и урочищ. В то же время достаточно крупные ПТК можнобыло изучать, лишь находясь внутри комплекса и не имея возможности взглянуть нанего с некоторого расстояния, увидеть его на фоне окружающих ПТК.
Использование авиации позволило исследователям «подняться над»крупными урочищами, местностями и ландшафтами, следствием чего явилась большаяобъективность в проведении границ этих комплексов. И лишь выход человека запределы географической оболочки, в Космос, позволил даже на такие крупныекомплексы, как физико-географические страны, взглянуть «со стороны» как начасти географической оболочки, увидеть их в сравнении друг с другом, врезультате чего многие границы между довольно крупными и сложными ПТК, которыепри наземных исследованиях считались переходными полосами, оказались хорошозаметными, четкими, линейными на аэрофото- и космоснимках.
Таким образом, сложность разграничения ПТК заключается в том, чтоисследователь должен одновременно учитывать множество как внутренних, так ивнешних связей комплекса.
Стремление глубже познать отдельные специфические черты ПТК иливлияние определенного фактора на его особенности нередко заставляетисследователя сосредоточить внимание на ограниченном наборе свойств и связейкомплекса. В связи с этим появилось представление о различных структурах ПТК: пространственных,временных, функциональных и др. Внутри каждой отдельной структуры связитеснее, чем между разными структурами. Именно этим и вызвано относительноеобособление самих структур, их вычленение из сложного клубка разнообразныхсвязей ПТК, относительная их самостоятельность. В то же время все структуры вПТК тесно переплетены между собой, взаимосвязаны и взаимообусловлены. Ониобразуют не случайный конгломерат структур, а единую интегральную структуру.Благодаря ей и возникает качественная определенность и пространственнаяограниченность ПТК, его внутренняя упорядоченность и своеобразие. Эта сложная интегральнаяструктура ПТК, включающая все многообразие его связей, может быть названа ландшафтнойструктурой.
Сложность и многоплановость ландшафтной структуры создают объективныепредпосылки для возникновения разных направлений ее исследования, обусловливаютнеобходимость сочетания различных аспектов изучения ландшафтной структуры дляглубокого познания сущности ПТК, разработки научно обоснованных географическихпрогнозов и рекомендаций по рациональному использованию различных ПТК. 2.3 Взаимодействие природных и природно-антропогенныхгеосистемс глобальными факторами
Как отмечал Н.А. Солнцев, геолого-геоморфологическая основа играетособую роль в ПТК. Она квазистационарна (почти постоянна) для остальныхкомпонентов. Как твердое тело, она довольно стабильна, и в случае превышенияэнергетического порога воздействия разрушается катастрофически. Разрушенияносят необратимый характер, причем как для разрушения, так и для восстановлениятребуются максимальные, по сравнению с другими компонентами, энергетическиезатраты. Биота — живая часть геосистемы. Геома и биота — главные составляющиеПТК, при этом вторая гораздо более мобильна, чем первая. Поэтому, приступая ккартографированию геосистем, мы в первую очередь обращаем внимание нагеолого-геоморфологическую основу. Но мы были бы неправы, унаследовав на всевремена и все случаи жизни лишь результат, а не методы его получения.
Метод, благодаря которому Н.А. Солнцев сделал свои выводы, — этометод попарного сравнения компонентов, исследования на максимум и минимум ипротивопоставления их прямо противоположных свойств. В чем «сила» геомы? Вбольшой потенциальной энергии связей твердого вещества, в том, что период ееизменения по отношению к длительности человеческой жизни стремится к оченьбольшим числам (для нас как бы к бесконечности). Мы можем сейчас наблюдать наземной поверхности породы, образовавшиеся миллиарды лет назад. Наоборот, многиепредставители биоты способны дать несколько поколений в день. Период измененийочень мал, но частота (величина, обратная периоду) также может стремиться кбольшому числу. Да еще их продукцию надо умножить на количество организмов.Таким образом, «сила» биоты заключается в скорости ее изменения, в частотеповторения циклов размножения. Следует проводить эту операцию в каждом конкретномслучае, уметь переходить от абсолютных утверждений типа «биота всегда слабее» котносительным, по отношению к определенному периоду, определенным объектам.Геосистема взаимодействует со всеми глобальными факторами. Внешние воздействияна геолого-геоморфологическую основу передаются ею всем другим компонентам ПТКне только непосредственно, сразу (как, например, нагрев поверхности Солнцем),но и большей частью через какое-то время в суммированном виде, значительнопреобразованном участием других компонентов (например, изменениеморфологической структуры ландшафта под влиянием эрозии).Геолого-геоморфологическая основа наиболее самостоятельна (наиболее независимаот глобальных факторов в пределах характерного времени существованиябольшинства конкретных ПТК) и более инерционна (опять-таки, смотря в каком случае).
Похожими чертами обладает почва. Однако это принципиально другое,биокосное тело, обладающее свойствами как неживого, так и живого вещества(биохимический продукт, как тесто для хлеба). Почва есть функция от солнечноготепла на поверхности Земли, при активном участии биоты. Она способна ксамовосстановлению (до известного предела), однако менее самостоятельна,разрушается не только механически, но и может потерять биоту («стерильная»почва). Время инерции почвы (реакции на изменение среды), как правило,значительно меньше, чем у геолого-геоморфологической основы в целом. Остальныекомпоненты еще менее самостоятельны: они все время зависят от состоянияциркуляции атмосферы и влагопереноса. Самое малое время инерции у атмосферы.
Под «давлением жизни» (выражение В.И. Вернадского) имеется в видувсеобщая распространенность жизни по поверхности Земли, способность организмовк размножению, к заселению свободных мест, к занятию «экологических ниш»,иногда даже как бы вопреки неблагоприятным условиям существования. Именно из-завысокой частоты циклов размножения «давление жизни» может быть оченьсущественным.
За счет работы механизма обратных связей в цикле биологического(биогеохимического) круговорота природная геосистема и особенно ее «центр»,«фокус» (насыщенная биологическими объектами тонкая среда раздела ивзаимопроникновения земля – вода — воздух) как бы «сама себя строит», создаетсвою вертикальную (компонентную) и горизонтальную (морфологическую) структуру.Влияние глобальных факторов на геосистему огромно, но и геосистема, в своюочередь, влияет и на земную поверхность, и на атмосферу, и на банк организмов.И хотя это влияние от каждой отдельной геосистемы в короткий промежуток временинезначительно, оно может суммироваться как в пространстве (если много геосистемоказывают одно и то же воздействие), так и во времени, приобретая значениефактора, определяющего дальнейшую эволюцию ландшафтной оболочки. Именно этот кумулятивныйэффект работы относительно «слабых», но «устойчивых» связей, привел к созданиюатмосферы и всех геологических осадочных пород. Таким образом, мы должныучитывать сумму, или интеграл по времени и (или) по пространству. Н.А. Солнцевпредупреждал о необходимости не путать интегрированное и мгновенное значение.Мгновенное, «сиюминутное» значение, наблюдаемое при однократном экспедиционномпосещении объекта, превращается в некоторый отрезок времени при стационарныхнаблюдениях. Это уже другие методики. От абсолютных значений приходится переходитьк работе с приращениями: со скоростями процессов, с ускорениями, т.е. к первойи второй производным от каждой переменной. В этом случае обнаруживаетсянеточность жесткой абсолютизации «силы» и «слабости» компонентов.
В связях отдельных природных геосистем (ПТК) с общим вещественно-энергетическимобменом в масштабе всей Земли управляющим блоком служит земная поверхность, исодержание картографической модели этого блока меняется в зависимости отмасштаба карты (глобального, регионального или локального). Реальная иерархиявложенных и объемлющих геосистем более сложная и может быть разная в различныхрегионах. Она изучается методами систематизации, классификации, районирования.Названные три ранга — наиболее общие, бесспорные. Сейчас можно не стремитьсясовместить в одной карте все три модели — глобальную, региональную и локальную,так как для этого есть ГИС. В то же время желательно каждую карту снабжатьврезками более крупного («ключевые» участки) и более мелкого (схемы районирования)масштабов.
Если мы захотим отразить взаимодействие природно-антропогеннойгеосистемы (антропогенно измененного ПТК) с глобальными факторами, то нужнодобавить аналогично «давлению жизни» еще блок «антропогенного давления». Этобанк видов культурных растений и других организмов, в том числе самогочеловека, энергетическое и вещественное воздействие (перераспределение веществаи энергии). Под «социально-экономическим давлением» также имеются в видусоциально-экономические условия, которые заставляют как человечество в целом,так и отдельные государства, группы людей взаимодействовать с природой определеннымобразом.
Например, нельзя перестать обрабатывать землю вообще, но можно этоделать иначе, в зависимости от научно-технических достижений и материальныхсредств; можно ослабить нагрузку на конкретных участках и на определенноевремя, хотя возможность такого локального маневра все уменьшается. Часто (нодалеко не всегда) «давление жизни» оказывает действие, противоположное действию«социально-экономического давления»; таким образом оно как бы «залечиваетраны», нанесенные антропогенным воздействием географической оболочке. Еслипонимать ноосферу по В.И. Вернадскому как разумное сосуществование и управлениеприродой в условиях социальной справедливости, то этого на Земле еще нет. Номожно понимать ноосферу как социально-экономическое давление.
Антропогенный прессинг — это и есть пример взрывного по геологическиммеркам развития «слабого» компонента — биоты, меняющего все остальныекомпоненты, когда к достаточно высокой частоте циклов размножения добавилосьновое качество — повышенная способность к передаче опыта. В результате этогопопуляция научилась «уплотняться». Во время узкоспециализированной охоты намамонта, чтобы прокормить одного человека, требовалась территория около 100 км2,при подсечно-огневом земледелии — около 10 га, теперь, по разным подсчетам, — 0,35 — 0,40 га.
Природно-антропогенный комплекс понимают в основном как ПТК, укоторого изменен хотя бы один компонент. Классификация таких ПАТК впервыеразработана Ф.Н. Мильковым. За ее основу взят традиционный для географии,казалось бы, самый простой признак: степень измененности в баллах (слабая,средняя, сильная; градаций может быть и больше), и характер воздействия разныхотраслей человеческой деятельности (промышленной, лесохозяйственной,сельскохозяйственной, рекреационной и т.д.).
Еще выделяют обратимые и необратимые изменения, т.е. может геосистемапри снятии нагрузки вернуться к прежнему своему состоянию или ее развитие пошлопо другому пути. Это уже системные, кибернетические понятия. Такие категорииопять-таки не абсолютны. Например, обратимо или необратимо изменены территориигородов, если они зачастую сохраняют даже все водосборы? Обратимо илинеобратимо изменена географическая оболочка, если человек вынужден изыматьресурсы и поддерживать режимы геотехнических систем?
Возможно, более конструктивными были бы классификации по вещественно-энергетическомупринципу, т.е. по материало- и энергоемкости воздействия. Однако мешают,по-видимому, не только трудность определения геомасс, неточность и трудоемкостьбалансовых методов, но и все еще слабая освоенность системных, информационныхподходов. Здесь ключевым является осознание механизма цикла, включающегопонятия «системный регулятор» и «обратная связь».
География как комплексная, синтетическая наука вынуждена много заимствоватьиз смежных дисциплин. Рационально было бы из естественных наук заимствоватьметоды, а из гуманитарных оформление, например драматургию, красоту описаний. Ксожалению, нередко бывает наоборот: из естественных берется внешняя оболочка(формулы, сложные новые термины), а их объяснение не из первоисточника, а изгуманитарных, художественных трактовок. Такой путь может привести к созданиюпсевдонауки, либо потребует долгих усилий по освоению термина. Классическийпример — понятие обратной связи, которую подавляющее большинство географоввоспринимали лишь как ответную реакцию, что было даже закреплено в справочнике.Недоразумение остается и до сих пор, поэтому требует тщательного разбора, какключевое.
Обратная связь — не просто однократный акт ответной реакции. Главное,что благодаря этой связи реализуется алгоритм цикла, т.е. программа, по которойдействие может неограниченно повторяться. Вся изюминка в том, что с помощьюэтой связи замыкается причинно-следственная цепочка: результат первого прохожденияцикла (следствие) влияет на свою же причину в следующем обороте цикла.Результат, полученный в следующем витке, опять подмешивается в начальные условияи т.д.
На плоском листе бумаги обычно рисуют один оборот цикла, потому-топроцесс как бы приходит «обратно», в исходную точку. Однако следует рисовать некруг, а объемную спираль, растянутую во времени. На самом деле эта связьникакая не обратная, поскольку время необратимо. С этой точки зрения, ни одинцикл, круговорот не может быть замкнутым, не только потому, что всегда естьвещественно-энергетические потери уже в одном обороте, но и потому, что«никогда нельзя войти в одну и ту же воду». Хотя в технических системах мыможем видеть возврат в исходное состояние, если не учитывать износ.
Осознание роли обратной связи началось с внедрением кибернетики.Вся компьютерная индустрия фактически основана на операторе цикла. Цикличноработают многие системы неживой природы, а уж органическая жизнь тем более: мыходим, дышим автоматически. Сама способность к размножению половым ли способом,как у высших животных, либо спорами или вегетативным «почкованием» обусловленаавтоматическим алгоритмом.
В методической литературе распространено неверное представление обобратной связи между преподавателем и учеником: вопрос преподавателя — этосвязь прямая, а ответ — обратная, так как направлена в другую сторону(обратная, значит, ответная). На самом деле и то, и другое — это связь прямая:одно действие порождает другое. Обратной связь можно назвать только в томслучае, если она замыкает цикл, если с ее помощью организуется повторениенескольких циклов. Например, услышав ответ ученика, преподаватель корректируетсвой следующий вопрос, т.е. следствие из первого цикла служит причиной длявторого.
Алгоритм работы обратной связи в цикле был подробно описан влитературе, в том числе и на большом количестве географических примеров.
Изучая структуры геосистем в пространстве, мы еще нечетко осознаемструктуры во времени (время разнообразных циклических, производственныхпроцессов, время инерции восстановления и т.д.). Не так давно было введенопонятие характерного времени. Его можно определить как среднее времясуществования (индивидуума, вида, процесса, явления) или как время одногооборота цикла. Для человека характерное время — около ста лет, для однолетнейтравы — год и меньше, для грозового разряда — секунды, для циклонического вихря- дни, для восстановительной сукцессии в тайге — около сотни лет.
Пока шли споры о том, непрерывна или дискретна природа, оказалось,что континуальность и дискретность — лишь частные случаи фрактальности.Фрактальные структуры (система кровеносных сосудов человека, эрозионные иречные системы, иерархическая система природных комплексов) есть «запись» былыхциклических процессов. Структура пространственная — это отражение прошедшей«временной структуры». Хотя время, по-видимому, всегда течет равномерно, но мыизмеряем его процессами разной периодичности.
Для своего существования человечество вынуждено поддерживатьвременные режимы нужной формы функционирования природно-антропогенныхкомплексов. Одно дело — однократные, эпизодические вмешательства, другое — сельское хозяйство, со строго упорядоченной очередностью воздействий, и третье- постоянное поддержание инженерных сетей, зданий, твердого покрытия в городах(которое, кстати, прерывает биологический круговорот в бывших наиболее«плодородных» ПТК). Мы не всегда задумываемся над тем, что затраты надоумножать на время, на количество циклов.
Каждая отдельная геосистема, природная или в той или иной степениантропогенно измененная, связана с глобальной системой географической оболочкипосредством множества циклов (в том числе иерархически вложенных один внутридругого) и находится в поле «социально-экономического давления»,осуществляемого также посредством циклов и посредствомвещественно-энергетического воздействия на системные регуляторы. Освоениекибернетических законов идет трудно, но только оно позволит нам работать болееосознанно. По мере осознания потребуется и выработка новых методов. 2.4 Классы задач, решаемых в процессе комплексныхфизико-географических исследований
Все многообразие задач комплексных физико-географическихисследований может быть сгруппировано в четыре основных класса в зависимости оттого, какой аспект ландшафтной структуры в каждом конкретном случае важен(табл. 1).
Первые три класса задач направлены на изучение внутренних связейПТК — вещественных, энергетических, информационных, т.е. на изучение еголандшафтной структуры и ее изменение во времени под действием внутренних ивнешних факторов. Они раскрывают свойства и особенности ПТК как целостныхобразований, вопросы их происхождения, специфику функционирования и динамики,тенденцию будущих изменений. Все это — общенаучные исследованияпространственно-временной организации ПТК, цель которых — все более глубокоепознание сущности ПТК безотносительно каких-либо требований.
Четвертый класс задач — исследования для прикладных целей.Здесь изучаются внешние связи ПТК с обществом в рамках сложной суперсистемы«природа-общество». ПТК любого ранга выступают уже как элемент в системе болеевысокого уровня организации, для изучения связей которого с другим элементом(структурным подразделением общества) нужно кроме знания свойств самого ПТК,получаемых в процессе общенаучного исследования, учитывать также требованияобщества к этим свойствам и способность ПТК их удовлетворять. Это уже аспект нечисто физико-географический. Все большую роль в прикладных исследованияхначинает играть экологическое обоснование хозяйственной деятельности, т.е.оценка воздействия проектируемых объектов на окружающую среду (ОВОС) иэкологическая экспертиза.
Последовательность в перечне основных классов задач не случайна,она определяется их логической и исторической связью. Задачи каждогопоследующего из общенаучных классов могут быть решены достаточно полно иглубоко лишь на основе использования результатов предыдущих исследований.Поэтому перечисленные классы задач могут рассматриваться как определенные этапывсе более глубокого проникновения в сущность ландшафтной структуры ПТК.
Что касается прикладных исследований, то они могут«надстраиваться» над любым из этих этапов в зависимости от того, какого родазнания о ПТК окажутся достаточными для решения стоящей перед исследователемпрактической задачи.
Первый класс задач. Исторически раньше других начал изучаться пространственныйаспект ПТК, т.е. первый класс задач. Само представление о ПТК возникло наосновании визуального анализа сходства и различия отдельных участков земнойповерхности, на выявлении их качества. Первоначально изучались те свойства ПТК,которые буквально лежат на поверхности, видны невооруженным глазом и придаютучасткам территории своеобразный внешний облик (физиономические черты):сходство или различие в строении, в морфологии (при этом внимание в основномобращалось на вертикальное, покомпонентное строение).
В связи с тем, что визуально легче всего улавливаются различия врельефе и растительности, выделение и обособление ПТК основывалось накачественной однородности именно этих компонентов. Конечно, при посещенииобширной, контрастной в природном отношении территории наиболее резко бросаютсяв глаза именно контрасты, а слабоконтрастные участки кажутся пространственнооднородными. Однако при более детальном ознакомлении казавшаяся ранееоднородной территория также обнаруживает качественную неоднородность, но чтобыуловить ее, нужно охватить разнокачественные участки единым взором. Именнопоэтому в процессе полевых исследований прежде всего стали выделяться мелкие,просто устроенные ПТК ранга фаций и урочищ, которые можно визуально выделить попризнаку однородности строения. Различия между комплексами фиксировались попути следования — по маршруту.
При кратковременном маршрутном посещении внешний облик ПТКвоспринимался как нечто устойчивое, постоянное, т.е. ПТК рассматривался встатике, в отрыве от процессов, его сформировавших. Исследование носилохарактер описания, что давало представление лишь о качественном своеобразии ПТКи их пространственном размещении. Описание ПТК — основная цель егомаршрутного исследования.
Стремление получить дополнительно к качественным описаниям какие-токоличественные характеристики, объяснить наблюдаемое обусловило более детальноеизучение отдельных «точек», «площадок», «станций», «ключей», на которых нарядус тщательным описанием всех компонентов комплекса, его вертикального строения,производились измерения. Собираемый материал позволял уже в общей формеответить на вопрос, как взаимосвязаны между собой компоненты вкомплексе, т.е. дать простейшее эмпирическое объяснение.
При детальном изучении отдельных комплексов обнаруживаются те илииные свойства или особенности строения, находящиеся в противоречии ссовременными условиями, с характером современных связей: черноземы под лесом,сфагновые болота в лесостепной зоне, торфяно-перегнойная почва на хорошодренируемой поверхности, аллювиальные отложения на водоразделе, вдали отсовременной речной сети и т.д. Такие следы предыдущих состояний, проливающиесвет на пути становления данного комплекса, привлекают все более пристальноевнимание исследователей. Изучение их дает возможность ответить на вопрос, почемуи какими путями сформировался данный комплекс.
Повторное посещение территории позволяет фиксировать некоторыесвидетельства протекавших между посещениями процессов (эрозии, пожаров,заболачивания, осушения, залесения, проседания и т.д.), т.е. дает представлениео современных изменениях комплексов, о динамичности, подвижности ПТК.
Так, полевое изучение пространственной структуры постепенно дополняетсяэлементами генетического и функционального анализа, что позволяет глубжепознать ПТК, а маршрутный способ сбора фактического материала дополняетсяключевым. Однако основное внимание в процессе этих исследований по-прежнемуобращено на природные особенности отдельных комплексов и их пространственноеразмещение, поэтому основными методами систематизации материала продолжаютоставаться классификация и картографирование, входящие в состав специфическогометода ландшафтного картографирования.
Изучение свойств и пространственного размещения более крупных исложных ПТК, которые не могут быть охвачены единым взором исследователя-полевика,производится на основе пространственного анализа слагающих их достаточнопростых комплексов, изучаемых в поле. Для того чтобы выделить, ограничить этикомплексы, их тоже нужно одномоментно охватить взором, только тогда можно найтикакие-то закономерности в пространственной неоднородности. Эта задача решаетсяс помощью аэровизуальных наблюдений, материалов аэрофото- или космическойсъемки, либо составленных в поле ландшафтных карт, изучение которых позволяетувидеть территорию в уменьшенном виде и тем самым как бы подняться над ней, посмотретьна нее со стороны. Таким образом, достаточно сложные ПТК могут быть выделены поих территориальной структуре, т.е. здесь изучение пространственной структурывыступает уже как метод выделения ПТК, когда выделение комплексовпроизводится не по принципу однородности, а по принципу закономернойнеоднородности. Этот метод обычно называют методом районирования наландшафтной основе. В настоящее время для изучения ландшафтной структурыначинает использоваться компьютерный анализ космических и аэрофотоснимков, атакже топокарт.
Для более глубокого понимания современных особенностей ПТК необходимоизучить пути его становления и развития, а для этого нужно прежде всего четкоопределить сам объект исследования, выделить и охарактеризовать изучаемыйкомплекс. Таким образом, уже сама постановка задачи второго класса требуетпредварительного решения задачи первого класса.
Второй класс задач. В основе решения задач этого класса лежит генетическийаспект изучения ПТК, заключающийся в рассмотрении смены разнокачественныхПТК во времени, обусловленной эволюционным развитием комплекса. Восстановлениеистории формирования и развития ПТК базируется на следах его предшествующихсостояний, предыдущих этапов развития, которые сохраняются в отдельныхкомпонентах комплекса (во флоре, в морфологическом строении почв, вповерхностных отложениях, в определенных формах рельефа), либо в существованиицелых комплексов-реликтов (более мелких, чем изучаемый, входящих в его состав),либо, наконец, в их пространственном размещении (солонцовые луга не впонижениях рельефа, а на приподнятых участках; выровненные поверхности серниковой тундрой не ниже древних каров, а над их стенками и т.д.), т.е. в ихвертикальной или горизонтальной структуре.
В связи с тем, что эволюционные смены происходят постепенно, поддействием процессов большой продолжительности, а результаты развития фиксируютсяв современной пространственной структуре комплексов, сбор фактическогоматериала для решения задач второго класса производится путем экспедиционных исследований.
По ходу маршрута фиксируются визуально наблюдаемые следыпредыдущих состояний и определяются участки или комплексы, наиболее информативныедля восстановления истории развития тех комплексов, в пределах которыхзакладываются ключевые участки для детального изучения и отбораобразцов. Объектами наиболее пристального внимания исследователя являются приэтом торфяники и погребенные почвы, так как по сохранившимся в них спорам ипыльце растений может быть достаточно полно восстановлена природная обстановкапериода их формирования.
Богатый материал для восстановления смен ПТК во времени дает изучениеныне существующих комплексов, находящихся на разных стадиях развития.
Сбор фактического материала для решения задач первого и второгоклассов может производиться в ходе одного и того же экспедиционного исследования,но при этом нельзя упускать из вида, что аспект исследования накладываетотпечаток и на сбор полевых материалов. Иногда требуется изучениедополнительных ключевых участков, на которых, кстати, собирается основная массаматериала, и прежде всего образцов с использованием методов частных географических,а также смежных наук. В других случаях расширяется круг наблюдаемых явленийлибо возрастает детальность изучения определенного компонента или комплекса.
Лабораторный анализ собранных в поле образцов и дальнейшая интерпретацияполученных результатов позволяют раскрыть палеогеографическую историютерритории исследования в целом. Для того же, чтобы проследить историюопределенных ПТК, необходимо палеогеографические материалы дополнить ретроспективныманализом современной структуры изучаемых комплексов. Таким образом,генетический аспект изучения ПТК ориентирован на восстановление особенностей ихформирования и развития, на установление возрастных стадий комплексов, наобъяснение их современного состояния, но в то же время позволяет сделать ипредположение о перспективах развития комплексов. Однако для более точногопредсказания будущего развития ПТК генетический подход должен сочетаться сфункциональным, направленным на изучение современных процессов, протекающих вПТК, их функционирования и динамических изменений.
Третий класс задач. В основе решения задач этого класса лежит функциональныйаспект изучения ПТК. Он позволяет глубже проникнуть в сущность взаимосвязейи взаимодействий в комплексе. Решение задач данного класса получило развитиелишь с 60-х гг. XX столетия, когда появился ряд комплексных физико-географическихстационаров. Это связано с тем, что изучение функционирования комплексов идинамических циклов краткой продолжительности требует регулярных наблюдений,обеспечить которые возможно лишь в условиях стационаров.
Некоторый материал для изучения современных природных процессовисследователь может, конечно, собрать и в экспедиционных условиях. Например,при маршрутных исследованиях могут быть зафиксированы некоторые следы стихийныхявлений: прохождения лавин (по наличию сломанных и вывернутых с корнемдеревьев, ориентированных вниз по простиранию склона) или селей (по наличиюконуса выноса грязекаменного потока), появления новых оползней (по свежимстенкам отрыва), усиления линейной эрозии после ливня или весеннего снеготаяния(по наличию свежих эрозионных форм, обвалов в верховьях оврагов или на их склонах)и т.д.
На ключевых участках могут быть поставлены более или менее продолжительныемикроклиматические наблюдения, а также наблюдения над процессами стока. Нафиксированных геохимических профилях можно отобрать образцы в установленнойповторности для изучения биогенной и водной миграции химических элементов.Однако все эти эпизодические наблюдения не дают возможности познатьфункционирование НТК, а также медленно протекающие процессы средней и большойпродолжительности, обусловленные воздействием внешних факторов.
Чтобы проследить нормальное функционирование ПТК, не вызывающеезаметных изменений, нужны длительные регулярные наблюдения. Чем больше длительностьпериода наблюдений, тем надежнее и достовернее получаемые выводы. Поэтомунаблюдения ведутся на постоянных специально выбранных точках в пределахопределенных комплексов.
Сбор и обработка материалов стационарных наблюдений очень трудоемкийпроцесс, поэтому число точек наблюдения на любом стационаре ограничено и оченьважно их рациональное размещение. Чтобы экстраполировать полученные результаты,нужно хорошо знать, какие ПТК они характеризуют и на какой стадии развития этиПТК находятся. Это значит, что предварительно должно быть проведено выделение исистематизация ПТК, составлена ландшафтная карта территории стационара иприлегающего района, а также установлены возрастные стадии изучаемыхкомплексов, т.е. решены задачи первого и второго классов.
Основной метод изучения функционирования и динамики ПТК — методкомплексной ординации, разработанный сотрудниками Института географии СОРАН, позволяющий количественно характеризовать взаимосвязи между отдельнымикомпонентами внутри ПТК и между различными комплексами, изучатьпространственные и временные изменения различных природных процессов.
Накапливаемые массовые данные обрабатываются и систематизируютсяпри помощи статистических методов и метода балансов.
Детальное изучение функционирования и динамики ПТК позволяетпознать сущность комплексов и дать надежный прогноз их дальнейшего развития.
Таким образом, последовательное рассмотрение различных аспектовландшафтной структуры природных комплексов дает возможность постепенноуглубляться в познание сущности ПТК: от описания современных свойств ипространственного размещения комплексов через познание путей их становления квыявлению и количественной характеристике связей и взаимодействия (объяснению),а далее к функционированию комплексов и предсказанию путей их дальнейшегоразвития. Так осуществляется тщательное и всестороннее изучение комплексов,являющееся надежной основой для оптимального их использования человеком.
Пути использования предполагают постановку конкретных прикладныхисследований четвертого класса задач.
Далее в лекциях более или менее подробно освещаются методы решенияпервого, третьего и четвертого классов задач. Изучение становления ПТК (второйкласс задач), несмотря на всю важность этой проблемы, здесь почти незатрагивается. Дело в том, что представление о генезисе ПТК, его возникновениии становлении в значительной мере базируется на геолого-геоморфологических,палеогеографических, палеоботанических, палеофаунистических, археологических итому подобных материалах. В процессе же полевых экспедиционных исследованийсведения о генезисе могут лишь несколько пополняться, например, по наблюдениямза реликтовыми элементами ПТК, проливающими свет на их происхождение. Крометого, исследования, специально направленные на решение задач второго класса,требуют привлечения весьма специфичных методов палеогеографического анализа,дать которые в кратком курсе оказывается затруднительным, а число исследователей,занимающихся их решением, не столь велико. Большинство физико-географов решаетзадачи остальных трех классов, которые мы и рассматриваем.
Лекция 3ПОЛЕВЫЕ КОМПЛЕКСНЫЕФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Законченныйцикл экспедиционных комплексных физико-географических исследований включает всебя три этапа работ: подготовительный, полевой и камеральный. Попродолжительности эти этапы традиционно относились друг к другу примерно как1:1:2.
Впоследние десятилетия проявилась тенденция к сокращению сроков полевых работ иудлинению подготовительного и камерального периодов.
Этотпроцесс вполне закономерен. Он отражает растущую техническую оснащенностьэкспедиций и дальнейшее совершенствование методов и приемов полевых работ. Всебольше увеличивается объем информации, которую можно использовать в процессеподготовки к полевым работам (более подробные и качественные топографическиекарты, аэрофото- и космические материалы, материалы предшествующих отраслевых икомплексных исследований); расширяется программа камеральных работ за счетусиления их аналитической части, применения математических методов анализаполевой документации, использования компьютеров для математической обработкиматериалов и построения различных графических моделей, включая составлениеландшафтных карт и карт физико-географического районирования.
Соотношениеэтапов исследования по времени может меняться и в зависимости от задачисследования, и масштаба работ. Так, по А.А. Видиной, для крупномасштабноголандшафтного картографирования подготовительный период (предполевой), полевой икамеральный (послеполевой) относятся друг к другу в среднем как 2:1:3.
Этозначит, что примерная доля полевого периода, традиционно составляющая 25 %общего объема работы, в условиях более высокой обеспеченности различнымиматериалами при крупномасштабном картографировании может составлять уже около15 %. Вероятно, среднемасштабное ландшафтное картографирование, а тем болеемелкомасштабное, может производиться с еще более сокращенным полевым периодом.3.1 Постановка задачи, изучениелитературных и фондовых материалов
Началом исследования является получение или самостоятельная постановказадания, которое достаточно ясно определяет основную цель исследования иразработку программы.
Далее производится поиск (мобилизация) материалов, касающихсяизбранной территории и направления работ. Все обнаруженные опубликованные ифондовые источники фиксируются на библиографических карточках (или инымспособом) еще до начала полевых работ, чтобы избежать ненужного дублирования иболее целеустремленно организовать собственные исследования. Большую помощьможет оказать микрофильмирование, ксерокопирование, сканирование, созданиекомпьютерной базы данных, содержащей графические, цифровые и текстовыематериалы. Для непосредственного фиксирования полевого материала уже началиприменяться портативные компьютерные аппараты Notebook («Блокноты» или«Записные книжки»), в том числе с дополнительными устройствами дляавтоматической фиксации координат точек, удобные как для камеральных работ, таки для поля.
После мобилизации материалов производится их изучение. Особоевнимание уделяется выявлению закономерных связей между геологическим строением,включая тектонику, и рельефом; рельефом, климатом и водами; рельефом,литологией и почвами; почвами и растительностью и т.д. Помимо обычного длялюбой работы конспектирования или копирования источников производятсясопоставления, как указано выше, и, таким образом, уже в подготовительныйпериод выявляются типичные для территории природные территориальные комплексы(ПТК), а при наличии соответствующих сведений отмечается и их хозяйственное использование.
При изучении литературных и фондовых источников разного времени иразных авторов неизбежно встречаются противоречивые данные. Такие случаи берутсяна заметку для полевой проверки.
В составляемых конспектах важно фиксировать не только наличие наизучаемой территории тех или иных объектов (природных комплексов, форм рельефа,типов почв, характерных пород, видов растений и т.д.), но и их физиономическуюхарактеристику, чтобы узнавать их в поле. Необходимый для полевых работкартографический материал с отображением различных компонентов природы илиприродных комплексов следует отсканировать либо ксерокопировать,сфотографировать или скопировать на кальку, если нет возможности взять в полеоригинал. Предпочтение отдается более новым картам и картам по масштабу болееблизким к масштабу исследования. Впрочем, старые источники нередко представляютинтерес, особенно при рассмотрении изменения природной среды в результатехозяйственной деятельности человека. При этом о достоверности источников, ихобъективности и точности передачи фактического материала приходится помнитьвсегда — и при использовании старых источников, и при знакомстве с новыми материалами.
Вместо копирования картографического материала можно рекомендоватьтакже «укладку» этого материала на основы, приготовленные для работы в поле.Это занятие более сложное, чем простая копировка, но целесообразное, так каксводит разрозненные материалы к одному масштабу, облегчая их сопоставление. Наэти же карты можно наносить некоторые данные, взятые из текстовых описаний. Всеэто можно с успехом делать с помощью компьютера. Многие материалы уже введены вгеоинформационные системы. Имеются специальные программы для их обработки.
Перед работой в поле полезно ознакомиться с гербарием растений,образцами почв и пород, характерных для будущего района исследования.
Завершением предполевого изучения материалов может явиться предварительнаяландшафтная карта или карта физико-географического районирования, составленнаяв камеральных условиях и позволяющая более целеустремленно проводить полевыеисследования.
Процесс составления ландшафтной карты — это многократно повторяющиесяциклы анализа и синтеза: анализ компонентов и процессов и синтез природныхтерриториальных комплексов как целостных систем с постоянной корректировкой ихконтуров.3.2. Работа с топографическими,аэрофото-, космическими и другими материалами для предварительного выделенияПТК
Рельеф является главным фактором перераспределения тепла и влагина поверхности Земли. К литогенной основе, и, в первую очередь, к рельефуприспосабливается биота, от него же зачастую прямо зависит и характерпочвообразующих процессов. Поэтому границы ПТК очень часто совпадают сграницами форм или элементов форм рельефа. Отсюда и особый интерес к анализутопографической карты при подготовке к ландшафтному картографированию.
Основой составления предварительной ландшафтной карты являетсяперевод изображения рельефа поверхности Земли с помощью горизонталей, как этоделается на топографических картах, в другую модель — в изображение рельефаконтурами, свойственное большинству отраслевых карт. Затем производитсянаполнение этих контуров содержанием и составление легенды. Контуры вырисовываются,в первую очередь, по топографической основе, а также по аэрофото- икосмоснимкам и корректируются по отраслевым картам. По этим же материаламраскрывается, насколько это возможно в камеральных условиях, и их содержание.
Работа с топографическими картами
Изображение рельефа горизонталями, применяемое на топографическихкартах, — замечательный способ передачи объемов на плоскости, своего роданепрерывное изображение, тогда как карта форм рельефа в контурах — чистоплоскостное дискретное изображение. По ней сложнее оценить динамику, особенногравитационных (эрозия, сток) и других процессов. В идеале на ландшафтной картелучше было бы совместить оба способа рисовки рельефа, но это трудно осуществитьпо техническим причинам, и, прежде всего, потому, что ландшафтная карта сама посебе часто получается очень загруженной и трудно читаемой.
Весьма полезно перед началом работы с топографическими картамипросмотреть «Альбом изображения рельефа на топографических картах» (1968), гдекаждый фрагмент карты сопровождается еще стереопарой аэрофотоснимков и текстом.Примечательно, что по топографической карте в сочетании с аэрофотоснимкамизачастую хорошо читается не только строение поверхности, но и состав пород,генезис отложений и форм рельефа. Краткое содержание метода поконтурного изображения рельефа
Сначала на топографической основе выделяют речную и эрозионнуюсеть: оконтуривают речные долины, овраги, балки, лощины. Затем оставшиесяучастки междуречий разделяют по степени крутизны на контуры с примерноодинаковым сгущением горизонталей.
Как показывает практика, труднее всего дается первый шаг: «оторватьсяот горизонтали», т.е. понять, что контур эрозионной формы всегда пересекает горизонтали,а не идет вдоль них.
Последующее изложение является ключом к пониманию азов техникиландшафтного картографирования. Поэтому рекомендуется, прочитав его,попробовать самостоятельно выполнить подобную работу, при необходимости сновавозвращаясь к изучению текста и иллюстраций. Полезно иметь несколько вариантовучебных карт на плотной бумаге, где мягким карандашом можно было бы опробоватьразные варианты решений. Этот текст должен быть проработан досконально, включаявсе подписи к рисункам.
Удобнее всего начинать учиться рисовать контуры, во-первых, на картахкрупного масштаба 1: 10000 (или крупнее), в крайнем случае — на 1:25 000 и,во-вторых, на картах с изображением эрозионного рельефа, где хорошо показанабалочная сеть и ярко выражены уклоны.
Для учебных занятий обычно готовят несколько вариантовкарт-бланковок, где вся топографическая нагрузка снята, кроме рельефа вгоризонталях. Таким образом, снимаются все факторы, кроме эрозионного. Этоделается, чтобы быстрее приобрести навыки формальной рисовки сначала безпривлечения других отраслевых карт и аэрофотоснимков. Научиться «чувствоватьрельеф» полезно для географов всех специальностей.
«Решив» такую задачу на нескольких фрагментах топокарт, т.е. «выловив»и оконтурив все эрозионные формы и разделив остальную территорию по степеникрутизны, можно начать привлекать аэрофото- и различные отраслевые материалы,попытаться дать характеристику каждого полученного выдела, раскрыть егосодержание. С этого момента и начинается процесс анализа-синтеза — искусствооптимального воплощения в картографическую модель всех своих знаний. Скореевсего, первоначальную рисовку контуров при этом придется несколько изменить.
Формальная рисовка ландшафтных контуров не столь уж сложна (приприобретении первоначального навыка), и поддается автоматизации. Однако, на нашвзгляд, только карты самого крупного масштаба дают более или менее реальноеизображение рельефа и соответственно выделенных контуров ПТК. На картах жесреднего и мелкого масштабов генерализация топографической основы и рисовка поней контуров природных компонентов или комплексов приводят к искажению какхарактера самих контуров, так и соотношения площадей различных видовкартографируемых природных объектов.
Влияние рельефа на формирование ПТК, как указывалось выше, заключаетсяв первую очередь в перераспределении им влаги и тепла.
Поэтому, если при разделении склонов на части по крутизне поверхностивстречаются случаи, когда какой-то значительный участок склона мог бы быть выделенпо крутизне в определенную категорию, но в его средней части имеется небольшаяполоска более пологого склона, выделять эту полоску отдельно нецелесообразно,так как стекающая по поверхности влага не успеет существенно уменьшить скоростьдвижения и как бы проскочит эту полоску. Также нецелесообразно выделять отдельнуюнебольшую полоску склона с большей крутизной, оказавшейся внутри значительнойего части, выделяемой в категорию с меньшей крутизной.
Экспозиционные различия по теплообеспеченности на крутых склонахпроявляются ярче, чем на пологих, на южных (и юго-западных) и северных (исеверо-восточных) лучше, чем на западных и восточных. Поэтому при составлениипредварительной карты ПТК крутым склонам северной и южной экспозиций следуетдавать разные номера. Выпуклые склоны как на профиле, так и плане отличаются отвогнутых по увлажнению, и это тоже надо учитывать при рисовке контуров ПТК.
Мы рассмотрели лишь частные примеры выявления контуров форм иэлементов рельефа в условиях эрозионных равнин средней полосы Русской равниныпри крупном масштабе картографирования. В иных физико-географических условияхвозникнут новые вопросы. Например, в условиях холмисто-грядового моренногорельефа, чередующегося с водно-ледниковыми поверхностями, где эрозионная сетьможет быть слабо развитой, для первого, наиболее общего разграничениятерритории на разные природные комплексы А.А. Видина рекомендует раскраситькарту в горизонталях по разным высотным уровням. И действительно, этот приемпозволяет без особого труда разобраться в сложном «переплетении» моренных иводно-ледниковых образований. На моренных холмах могут выявиться вершинныеповерхности, полого-наклонные или с мелкими всхолмлениями, а на водно-ледниковыхравнинах будут видны террасовидные поверхности разных уровней. Впрочем, этотприем ярусной раскраски по горизонталям может оказаться полезным и наэрозионно-расчлененной территории. В обоих случаях это позволяет выявитьярусность ПТК, в частности склоновую микрозональность.
От масштаба карты зависит и ранг ПТК, выделяемого в самостоятельныйконтур. Например, на карте масштаба 1:10 000 в пойме более или менеезначительной реки хорошо читается по горизонталям гривистый рельеф, и каждуюгриву и межгривное понижение (урочища) можно выделить контуром. На картахмасштаба 1: 25 000 это уже не всегда возможно и часто выделяется целикомучасток гривистой поймы, т.е. целая совокупность взаимосвязанных урочищ. Накарте же масштаба 1: 200 000 даже целиком всю пойму практически невозможнопроследить по горизонталям, так как сечение горизонталей 20 м, а относительныепревышения террас над поймой могут составлять 5 — 10 м.
В этом случае помогают другие косвенные признаки, читаемые по топографическойкарте, например граница луга и пашни (хотя пойма может тоже оказатьсяраспаханной, а терраса луговой). Иногда вдоль реки на карте показаназаболоченность, позволяющая «нащупать» пойму. Может помочь и размещениенаселенных пунктов, которые, как правило, находятся вне поймы. Во всякомслучае, многоэтажной застройки на пойме не будет нигде, если только это неискусственная насыпь на бывшей пойме. Шоссейная дорога «без нужды» также непойдет по пойме, а пойдет по террасе или коренному берегу. Если же онапересекает речную долину, то ее отрезок на пойме выделится знаком насыпи.Скотный двор или водонапорная башня в пойме реки почти однозначно отмечаютостровок надпойменной террасы, не выразившийся в горизонталях карты и т.д.
Рисовка контуров ПТК по топографической основе чаще всего идетпараллельно с работой над аэрофото- и космоматериалами, а также над отраслевымикартами, поэтому многие вопросы снимаются. Отметим лишь, что при работе стопографическими картами среднего и мелкого масштабов хорошо иметь и болеекрупномасштабные карты для более уверенной и точной рисовки. Работа с аэрофото- и космическими материалами и отраслевымикартами
Использование аэрофотоматериалов можно рекомендовать как длякрупного, так и для среднего масштабов исследований. Космические снимки удобныдля работ мелкого и среднего масштабов, а при условии их увеличения и для крупного.
Обычно при крупномасштабных исследованиях используются черно-белыеконтактные отпечатки аэрофотоснимков разных масштабов (чаще 1:17 000 и 1:12000, но возможны и другие — от 1: 5000 до 1:60 000) в зависимости от наличия вфондах Госгеонадзора готовых негативов, так как заказывать специально новуюаэрофотосъемку часто невозможно из-за финансовых соображений. Выбираютсяматериалы более свежих полетов, лучше начала лета, когда контрастность вувлажнении разных ПТК фиксируется наиболее четко.
На аэрофотоснимках обычно хорошо просматриваются типы местностейсо специфичной для них урочищной структурой. Можно распознать на них иподурочища, и отдельные крупные фации. На космических снимках, охватывающихбольшую территорию, видны уже разные ландшафты, приуроченные к определеннымтектоническим структурам, или, может быть, «просвечивают» тектоническиеструктуры через разный рисунок ландшафтов.
По возможности используются цветные или спектрозональные снимки,особенно для дешифрирования растительности, а также (дополнительно) аэрофотоснимкипрежних лет разной давности, по которым можно проследить скорость протеканиянекоторых процессов (например, эоловых, эрозионных, заболачивания, зарастания,смену угодий, изменений в размещении населенных пунктов и т.д.). Практикуетсятакже просмотр парных снимков под стереоскопом. На снимках выявляются контуры,отличающиеся по форме, фототону, рисунку (структуре) фотоизображения, его тени.
Выявляются, в первую очередь, естественные границы, связанные сизменениями природного характера. Резкая смена фотоизображения по прямолинейнымграницам часто отражает результаты хозяйственной деятельности человека (сменуугодий, полей севооборота и др.). Такие границы интересны как границыпроизводных (антропогенных модификаций) фаций и урочищ, обычно они тожефиксируются, но иным способом, чем природные (например, точечным пунктиром).
При дешифрировании используются как прямые признаки объектов,непосредственно видимые на аэрофотоснимке, так и косвенные, базирующиеся назакономерных связях, существующих в ПТК. Например, если на террасеотдешифрирован сосновый лес, то вполне вероятно, что она песчаная. Или, еслираспаханный участок вблизи бровки балки имеет более светлый тон, чем соседние,то, скорее всего, его почвы значительно эродированы, и т.д.
Зачастую изменение рисунка либо тона вполне объяснимо и соответствуетили изменению растительности, или увлажнения, или же слагающих поверхностьпород, или сразу нескольких компонентов, в чем можно убедиться, сверившись стопокартой и (или) отраслевыми природными картами. Но нередко в камеральныхусловиях объяснить причину изменения характера изображения на аэрофотоснимке неудается, и расшифровка его откладывается на полевой период.
Результаты дешифрирования вырисовывают на матовой пленке,наложенной поверх аэрофотоснимка, мягким простым карандашом и (или) гуашью.Можно сразу переносить их на топооснову, дополняя или уточняя те контуры,которые на ней уже были отрисованы по горизонталям как формы и элементы формрельефа. Параллельно составляют табличную (рабочую) легенду, где для каждоговыделенного и пронумерованного контура раскрывают его основное содержание:местоположение и рельеф, породы, увлажнение, почвы, растительность. Впримечании указывают, необходимо ли полевое уточнение свойств ПТК, и чего именно(опознание слагающих пород, почв и т.д.).
Составление предварительной ландшафтной карты среднего масштабаотличается меньшей степенью детальности дешифрирования. Известные трудностивозникают при этом в связи с разномасштабностью материалов. Как правило,масштаб аэрофотоснимков намного крупнее составляемой карты. В связи с этимудобнее пользоваться не отдельными контактными отпечатками, а накиднымимонтажами или, еще лучше, фотосхемами, либо увеличенными космоснимками (икосмопланами с нанесенными на них горизонталями), позволяющими обозреватьодновременно большую территорию, выявлять на ней природные территориальныекомплексы, и укладывать их на топографическую основу избранного масштаба или наналоженную на нее кальку (пленку). Просмотр всей массы контактных отпечатковаэрофотоснимков под стереоскопом в этом случае практически невозможен из-заслишком большого их количества. Однако в отдельных случаях это вполнецелесообразно, например, при выявлении границ, совпадающих с перегибами склоновкоренных берегов речной долины, террас и др.
Как правило, в учебных планах физико-географов — ландшафтоведовесть специальные курсы по дешифрированию аэрофото- и космических снимков,поэтому мы не будем на этом останавливаться.
При любом масштабе работ для наполнения контуров конкретнымсодержанием одновременно с анализом аэрофото- и космоматериалов используютсяимеющиеся по изучаемой территории специальные (компонентные) карты: почвенная,четвертичных отложений, дочетвертичных отложений, структурно-тектонические,гидрогеологические, инженерно-геологические, геоморфологические, карты (планы)лесной таксации и другие, показывающие растительный покров. Однакорастительность — компонент, как правило, наиболее измененный человеком. Этиизменения могут быть недолговечны и случайны, а сами карты (и планы) частослишком мозаичны, что затрудняет их использование. Поэтому материалы порастительному покрову территории используются уже после всех других. Особоевнимание обращается на типы местообитаний, для чего пользуются шкалами Л.Г.Раменского, В.В. Погребняка (в переработке А.А. Видиной), экологическимирядами, с тем, чтобы за сегодняшней картиной сильно измененной растительностиразглядеть ее коренные варианты.
В случае несоответствия контуров специальных карт с характеромфотоизображения предпочтение отдается аэрофотоматериалам, однако возникшийвопрос фиксируется для дальнейшего выяснения.
Составленные по аэрофото- и (или) космоматериалам и специальнымкартам (геологическим, геоморфологическим и др.) предварительные ландшафтныекарты имеют, как правило, довольно хорошую рисовку контуров, но схематичнуюлегенду, еще недостаточно полную и точную по содержанию.
Однако, несмотря на всю неполноту, легенда предварительной ландшафтнойкарты не должна представлять собой хаотичный перечень контуров различного содержания.Уже в подготовительный период надо стремиться систематизировать материал,произвести первоначальную классификацию ПТК, соблюдая структурно-генетическийпринцип и избегая логических ошибок.
В процессе полевой работы основная задача заключается в раскрытиисодержания выявленных контуров (по их типологическим группам) и в выясненииспорных вопросов, возникших при анализе разнородных материалов. Границы жеконтуров ПТК обычно мало изменяются после полевых работ, так как аэрофото- икосмоматериалы позволяют положить их на карту даже с большей степенью точности,чем при непосредственном наблюдении в поле.
По предварительной ландшафтной карте еще до выезда в поле рекомендуетсяразработать сеть маршрутов и наметить точки комплексных описаний. А.А. Видинасчитает возможным для крупного масштаба работ (1: 10 000 — 1: 25 000) в леснойзоне средней полосы России задавать одной рабочей паре (специалист и рабочийили коллектор) на однодневный маршрут протяженностью 2 — 3 км 20 — 23 точки комплексногоописания (полного на основных точках и сокращенного на картировочных). Влесостепной зоне при большей сложности описания почвенных профилей серых лесныхпочв и черноземов дневная норма снижается до 12-15 точек на рабочую пару, ноодновременно увеличивается длина полевого маршрута до 3 — 4 км. Последнеесвязано, по нашему мнению, с меньшей сложностью морфологической структурыландшафтов эрозионно-денудационных равнин лесостепи по сравнению с ландшафтамиморенных и моренно-водноледниковых равнин лесной зоны, что позволяет делатьсеть точек более разреженной.
На 1 км2 может быть задано от 2-3 до 20-25 точек. Всреднем необходимая плотность точек на 1 км2 в лесной зонесоставляет 10-15, в лесостепной 6 — 8, а на ключевых участках до 10-12 точек ибольше. Это несколько более высокие нормы, чем приведенные ниже расчеты,заимствованные из опыта почвенной съемки. Может быть, это и правомерно, так какландшафтная съемка, по-видимому, сложнее почвенной, по крайней мере, по мнениюИ.И. Мамай, указанные выше нормы занижены. Ландшафтоведы давно уже отказалисьот практиковавшегося ранее в отраслевых исследованиях регулярного размещенияточек по сети квадратов, так как использование аэрофотоснимков, хорошихтопографических карт и других материалов и составление предварительныхландшафтных карт позволяет сделать эту сеть более рациональной — разреженной накрупных контурах относительно однородной территории и более густой на площадяхс мелкоконтурными и разными по характеру ПТК. Однако использование компьютернойтехники при составлении ландшафтных карт вновь вынуждает нас признатьправомерность метода регулярного размещения точек наблюдения.
Нормативы отдельных видов работ ландшафтных исследований еще невыработаны. Для комплексного дешифрирования аэрофотоснимков при составленииландшафтной карты масштаба 1:10 000 на среднеосвоенную территорию среднейполосы Русской равнины А.А. Видина определяет норму в 5 — 8 км2 (или5 — 8 дм2 в масштабе карты) на одного человека в день. Наш опытработы показал, что для масштаба 1: 100 000 можно за это же время отдешифрировать100 км2 (или 1 дм2 в масштабе карты). Но как бы ни былизначительны затраты времени на составление предварительных ландшафтных карт,они оправдываются существенным повышением качества всей работы в целом и болеесжатыми сроками полевых работ. 3.3 Полевая документация
Фиксация материалов полевых наблюдений производится в полевомдневнике, а также в журналах, бланках и прочих документах, которые разрабатываютсяисходя из целенаправленности, масштаба работ и других специфическихособенностей экспедиции.
Дневник (наряду с полевой картой и бланками) — один из основных документов,требующих тщательного хранения и аккуратного обращения. На правой сторонестраниц простым мягким карандашом предельно четко ведутся текстовые записи походу наблюдений, на левой стороне делаются зарисовки, составляютсясхематические планы, колонки геологических обнажений, записываются фотокадры,вносятся поправки, относящиеся к тексту правой стороны.
Полевой дневник в первый же день работы должен иметь заполненныйтитульный лист, на котором указываются: название организации, экспедиции, номерполевого дневника, фамилия, имя, отчество исследователя, дата начала ведениядневника и номер точки, с которой начата работа, а позже — дата окончанияработы и номер последней точки. В конце титульного листа записывается почтовыйадрес и телефон для того, чтобы в случае утери дневника нашедший мог бысвязаться с его автором. По окончании дневника в начале или в конце его дается«Содержание» с названиями маршрутов и перечнем точек, описанных в каждом изних. Впрочем, лучше «Содержание» составлять в процессе полевых работ, по мереокончания каждого из маршрутов, с указанием страниц (дневник должен бытьзаранее пронумерован).
Если основная часть полевого материала документируется на бланках,то в дневниках записываются лишь специализированные точки (см. раздел 3.7),наблюдения по маршруту между точками, поконтурная характеристика выявленныхПТК, более сложных, чем фация (она описывается на бланке). Необходимежевечерний просмотр полевых записей с целью контроля их полноты и правильностии первичных обобщений материала.
Обычно при работе в среднем и особенно в крупном масштабах наблюденияна точках носят массовый характер, и их фиксация производится на бланках.Преимущество бланков перед полевым дневником заключается в строго определенномперечне фиксируемых сведений. Бланк — своего рода сокращенная программанаблюдений. Чем строже будет соблюдаться требование единообразия и сравнимостисобранного материала, тем более правильные и точные выводы могут быть сделанына основании их обработки. Другое преимущество бланков — удобство «сортировки»материала по нужным признакам описанных фаций. Недостатки бланка — егопривязанность к «точке» (фации) и некоторая его «формалистичность». Последнеекачество уже упоминалось как положительное, помогающее обработке полевого материала,но жесткая форма не всегда вмещает в себя все. Обстановка может требоватьзаписей дополнительных фактов, не предусмотренных графами бланков. Вот почемудаже при наличии бланков ведение полевого дневника остается обязательным для исследователя.
Форма бланка (бланков) вырабатывается в экспедиции в подготовительныйпериод или заимствуется из имеющихся образцов. Она может и должна изменяться взависимости от направления исследований и от условий района работ. Применениеуниверсальных бланков «на все случаи жизни» неудобно. Однако разнообразие формбланков не должно быть беспредельным, иначе материалы полевых исследованийразличных экспедиций могут оказаться плохо сопоставимыми. Чтобы получитьсравнимые материалы, необходима максимально однородная информация. И вдневнике, и в бланках нельзя ничего стирать, можно лишь зачеркивать и писатьзаново. Нельзя уничтожать бесследно записи, показавшиеся ошибочными, чтобы нелишить себя возможности вновь подумать над неясными вопросами. К тому же правкапо стертому может вызвать у кого-либо сомнение в достоверности написанного.Полевой бланк, полевая карта, дневник — это документы и отношение к ним должнобыть соответствующим. 3.4 Рекогносцировка и выбор участков для детальных исследований
Прежде чем начать полевые исследования, руководство экспедициипроводит предварительную разведку — рекогносцировку.
Исследования мелкого масштаба, как правило, охватывающие весьмаобширные территории, нередко проводятся без рекогносцировки, так как сами ониносят характер маршрутных наблюдений, в меньшей степени — ключевых. Труднопредпослать этим исследованиям еще более быстрый предварительный осмотртерритории. В этом случае наиболее эффективны аэровизуальные наблюдения ссамолета или вертолета, но это далеко не всегда возможно.
При среднемасштабных исследованиях рекогносцировка необходима.
Первая ее задача — предварительное ознакомление с территорией и выборключевых участков, подлежащих детальному изучению и охватывающих по возможностивсе разнообразие ландшафтов, представленных на изучаемой территории.
Вторая задача — выявление степени соответствия картографического иаэрофотоматериала и сведений, полученных из литературных и фондовых источников,действительной обстановке на местности. Это может касаться и границ лесныхмассивов, пашни, луговых угодий, и наличия или отсутствия дорог и населенныхпунктов, и характера грунтов и т.д. Если в процессе такой проверки окажется,что имеющиеся материалы полноценны, и им можно доверять, то это существеннооблегчит работу и, возможно, позволит сделать несколько более разреженной сетьмаршрутов, запланированную ранее. В противном случае объем работ увеличивается.
Третья задача — выработка единой для всей экспедиции методики наблюденийи фиксации их результатов, согласование применения терминов и наименований приопределении форм рельефа, цвета пород и почвенных горизонтов, механическогосостава почв в пробах на скатывание, полных названий природных территориальныхкомплексов и т.д. Для этого очень важно, чтобы в рекогносцировке участвовали,кроме начальника и научного руководителя экспедиции, по крайней мере, всеначальники отрядов, если нельзя обеспечить участия всех полевых работников. Самже процесс работы представляет собой обычно совместные наблюдения на точках ипо маршруту, закладку типичных профилей, пробную съемку одного или несколькихключевых участков. Начинающие исследователи одновременно проходят свою первуюстажировку.
При крупномасштабных исследованиях съемка ведется методомсплошного картографирования, благодаря чему роль ключевых участков здесь менеезначительна. В основном же задачи остаются теми же, которые перечислены выше.
Что касается выяснения степени соответствия материалов действительности,то при любом масштабе работ в задачу рекогносцировки не входит сплошнаяпроверка. Выясняется лишь степень соответствия и наиболее слабые местаматериалов. В процессе рекогносцировки целесообразно также описание некоторыхгеологических обнажений и типичных для территории форм рельефа (см. раздел3.7).
Еще один вид работы начинается во время рекогносцировки, а позжепродолжается в процессе всего полевого периода — сбор фондовых материалов наместах и получение устных сведений от местных жителей, специалистов сельского илесного хозяйства и других лиц. Чем крупнее масштаб работ, тем большенеобходимости в сборе данных, получить которые в подготовительный период простоневозможно. Например, книгу истории полей можно увидеть только у агрономахозяйства. Он же может рассказать о многом, что касается местных различий всроках полевых работ на отдельных участках, о конкретной урожайностисельскохозяйственных культур в разных подурочищах и фациях. Местные жителивспомнят о катастрофических половодьях, подскажут собственные названия ручьев,лесных и луговых урочищ и т.д.
Результатом проведенной рекогносцировки должны быть откорректированныемаршруты дальнейшей полевой работы, нанесенные на предварительной ландшафтнойкарте, выбранные линии опорных профилей, переработанная легенда к карте,унифицированная методика наблюдений, фиксации материалов и сбора образцов.Обычно также после рекогносцировки еще раз просматривается и корректируетсяпрограмма исследований в соответствии с конкретной обстановкой. 3.5 Точки наблюдений, ключевые участки, пробные площади,учетные площадки, почвенные шурфы
Точки наблюдений. Наблюдения на точке дают основной полевойфактический материал при любом масштабе работ. Различают точки комплексныхописаний — основные, картировочные, опорные и точки описания отдельных объектови явлений (обнажений, родников, участков развития дефляции и т.п.) — специализированные.
Каждая комплексная точка характеризует фацию и ее положение в системеединиц более высокого ранга — доминирующее в таком-то урочище, подурочище; субдоминантное;редкое; уникальное.
Основные точки наиболее часто описываются при ландшафтном картографировании.Их выбирают в типичных местах с тем, чтобы добытые на точке сведения могли бытьраспространены на значительную территорию либо на небольшие, но частоповторяющиеся ПТК (на доминантные или субдоминантные природные комплексы). Наосновных точках делают описание рельефа, закладывают и описывают почвенныйразрез и геоботаническую площадку, фиксируют характер и степень увлажнения. Принеобходимости уточнения диагностики или характеристики почв отбирают ихобразцы; собирают для гербария незнакомые растения; определяют полное названиефации; записывают некоторые другие данные.
Картировочные точки также предназначены для картографирования, ноэто точки очень сжатых наблюдений и фиксирования материала в специальнойсокращенной (картировочной) форме бланка или же в полевом дневнике. Все записина такой точке сведены до минимума. Для определения почвы делают лишьнеглубокую прикопку. Фитоценоз записывают по доминирующим видам без заложенияплощадки. Картировочные точки служат для экстраполяции данных, полученных наосновных точках, на аналогичные по внешнему облику участки крупного контуралибо на другие подобные контуры, где основные точки можно и не закладывать.
Опорные точки отличаются от основных и картировочных особой подробностьюнаблюдений и описания. При большой мощности покрова рыхлых поверхностныхотложений почвенный шурф может достигать глубины 3 — 5 м и сопровождатьсяручным бурением на его дне (на основных точках это производится не часто). Ноглавное не это, а то, что опорные точки (их нередко называют ключами)используют для изучения геофизических и геохимических характеристик ПТК,позволяющих выявлять процессы функционирования и динамики природных комплексов.На опорных точках, как правило, берут образцы на сопряженные анализы (почв ипочвообразующих пород, растений, вод), дают качественную и количественнуюхарактеристику горизонтов, с особой тщательностью и детальностью производят всеописания. При выполнении работ по методу Н.Л. Беручашвили производят качественноеи количественное описание каждого геогоризонта: крон деревьев, их стволов, корневойсистемы, кустарников, кустарничков, травяного покрова и его корневой системы,мхов, лишайников, почвенных горизонтов и почвенной фауны, почвообразующих и подстилающихпород, грунтовых вод. Однако это особый вид ландшафтно-геофизических, отчасти иландшафтно-геохимических, исследований, разработанных Н.Л. Беручашвили и опубликованныхв его трудах, а также в учебнике Н.Л. Беручашвили, В.К. Жучковой.
Порядок нумерации точек в каждой экспедиции может быть своим, нообязательно таким, чтобы исключалась путаница в собранных материалах. Принятыйпорядок должен строго соблюдаться и при нанесении точек на карту, и в бланках,и в дневниках, этикетках, описях образцов. Во избежание путаницы нерекомендуется менять номера точек. Обычно полевым парам исследователей выделяютсвои десятки или сотни номеров. Если в экспедиции несколько отрядов, то укаждого может быть своя нумерация, но с добавлением перед номером первой буквыфамилии начальника отряда или другого индекса. Если же наложение номеров покакой-либо случайности все же произошло, то лучше к дублирующим номерамдобавить буквенные индексы, чем менять сам номер. Пропуск в номерах не опасен,но может принести дополнительные хлопоты (поиск «исчезнувших» точек).
Поэтому все случаи пропусков номеров точек описания следуетфиксировать на левой стороне страницы полевого дневника.
Ключевые участки, пробные площади, учетные площадки, почвенныешурфы. Выбранныев процессе рекогносцировки ключевые участки исследуются более детально,чем остальная территория.
В практике комплексных физико-географических исследований, направленныхв основном на ландшафтное картографирование, под ключевым участкомподразумевается площадь, не связанная в своих рамках с границами ПТК. Он можетиметь любую форму и располагаться в одном ландшафте или включать в себя участкидругих ландшафтов. Картографирование на ключевом участке производится в болеекрупном масштабе и с большей подробностью описаний (почти все точки основные, анекоторые опорные). Основное назначение ключевых участков — получение болееточных и полных сведений о ПТК с целью их более глубокого познания иэкстраполяции выявленных характеристик на менее изученные ПТК.
Пробные площади закладываются для изучения фитомассыдревесно-кустарниковых растений. Их границы не должны выходить за пределы изучаемогоПТК.
Учетные площадки. На них производится укос травяной фитомассы исбор мортмассы ветоши, валежника и подстилки. Форма площадок квадратная, размер- 1 х 1 м или 0,5 х 0,5 м; реже форма прямоугольная, а размер 1 х 0,5 м или 2 х1 м. В простых ПТК иногда закладывается по одной учетной площадке. Частопрактикуется трех-пятикратная повторность. В пределах пробной площади учетныеплощадки закладываются в типичных или резко контрастных местах с повторностью,которая должна обеспечить достаточную точность наблюдений. Величина ошибкимассы укоса не должна превышать 10 %.
Почвенные шурфы служат для описания почвы и отбора почвенных образцов,а также для определения влажности и других характеристик почвы, почвообразующейи подстилающей пород.
Для описания почвы закладываются шурфы размером 1,5 х 0,7 х 1,5 мили 1 х 0,5 х 0,5 м. В горах выходы горных пород или большая каменистость почвычасто не позволяют углубиться даже до 0,5 м, тогда приходится довольствоватьсяприкопками глубиной в первые десятки сантиметров. 3.6 Комплексное физико-географическое описание
Комплексное физико-географическое описание необходимо при ландшафтномкартографировании и профилировании, при создании карт и характеристикфизико-географического районирования и обобщающих монографий о природе тех илииных регионов, при обосновании проектов различных видов природопользования ит.д. Мы остановимся здесь на полевых описаниях преимущественно для ландшафтногокартографирования.
Основное время при этом уходит на описание фаций на точках наблюдений,для чего, как правило, используются специальные бланки. Уже в бланках обычноесть графы, частично раскрывающие окружение описываемой фации. Но и этогобывает недостаточно для полной характеристики выделенных на карте контуровобычно более высокого ранга, чем фация. Необходимый материал дополняется (ификсируется в дневнике) на этой же описываемой точке с использованиемаэрофотоснимка и топографической карты, а также при переходе от одной точки кдругой.
Охарактеризуем кратко основные методические приемы описания фациина основной точке комплексных описаний.
Адресная и физико-географическая привязка. Наблюдения и описания наточках начинаются с того, что их местоположение наносится на карту иобозначается номером. На карте рекомендуется ставить небольшой крестик,наиболее четко обозначающий положение точки. Одновременно на аэрофотоснимке всоответствующем месте делается прокол тонкой булавкой, а на обороте снимкаместо прокола обводится карандашом, ставится номер точки и делаетсясхематическая зарисовка ее положения по отношению к ближайшим ориентирам.
Для правильного нанесения на карту выбранной точки описания необходимохорошо ориентироваться на местности. На первых порах на это нельзя жалетьвремени, так как в спешке неправильная ориентировка может свести на нетрезультаты целого дня работы.
Каждый бланк автор описания обязательно датирует и подписывает.Для этого в бланке отведены специальные графы. Заполнение бланка производятпростым карандашом или шариковой ручкой. Ни одна графа бланка не должна бытьпропущена. В некоторых графах могут быть проставлены прочерки или вписанызамечания «нет», «не достигнута», «не наблюдалась». Не должно быть толькопустого места, так как впоследствии при обработке материалов пропущенные графыприводят к ненужным сомнениям и снижают ценность собранных материалов.
Записав на бланке дату и номер точки, нужно дать ее адрес, т.е.положение по отношению к двум постоянным ориентирам. Если направление ирасстояние указывают от населенного пункта, то необходимо обязательно записать,от какой его части — центра, какой-либо окраины, водонапорной башни, если онапоказана на карте. Нельзя давать адрес, опирающийся на предыдущие точки. Ссылкана них может служить лишь дополнением к основному адресу. Нельзя такжепривязывать точку к непостоянным и ненадежным ориентирам, например к полевымдорогам, которые часто перепахиваются.
При крупномасштабном картографировании практикуется даватьадресные данные по системе квадратов. При исследовании лесистой территории дляадресовки удобно дополнительно использовать нумерацию лесных кварталов. В рядеслучаев необходимо также давать административно-хозяйственную привязку(название лесхоза и лесничества, сельскохозяйственного предприятия,административного района, области и т.п.).
Если в бланке не отведено специальных граф, то дополнительно к адресудают указания на принадлежность описываемой фации к определенному генетическомутипу поверхности, а по возможности и к типу (роду) ландшафта или к конкретномуландшафту.
Геологические и геоморфологические наблюдения. Общие сведения огеологическом строении территории собирают еще в подготовительный период изопубликованных и фондовых источников. Широко распространены геологические картымасштаба 1:200 000 и более мелких масштабов. На многие территории имеютсяматериалы крупномасштабной геологической съемки. Полевое описание геологическихобнажений (обычно в дневнике) носит вспомогательный характер, но практикуетсядовольно часто.
Геоморфологические характеристики также могут быть получены изопубликованных и фондовых источников, так как геологические карты обычносопровождаются геоморфологическими. Но обычно этого бывает недостаточно, иописание рельефа в поле делают со всей тщательностью. Формы рельефа по своейразмерности подразделяются на мега-, макро-, мезо-, микро- и наноформы.
Мегаформы имеют площадь во многие сотни тысяч квадратных километров.К ним относятся, например, целые горные страны, такие, как Алтай, Урал идругие, или же Западно-Сибирская равнина. Макроформы имеют площадь от сотен додесятков тысяч квадратных километров (например, хребты и впадины горной страны,возвышенности и низменности на равнине, долины крупных рек). Мезоформы могутзанимать весьма различную площадь — от нескольких десятков квадратныхкилометров до сотен и десятков квадратных метров, например междуречныеповерхности, моренные гряды, долины ручьев, балки, овраги, озерные котловины,барханы, карстовые воронки, западины и т.д. Микроформы — это неровности,осложняющие поверхность мезоформ, например небольшие карстовые воронки,западины, эрозионные рытвины, кочки, выбросы кротов и т.д. Наноформы — очень мелкиенеровности рельефа, например, приствольные повышения, рябь на поверхностипесчаной дюны, струйчатые размывы и т.д.
В бланке фиксируется положение точки в пределах макро- и мезоформырельефа, но основное внимание обращается на описание элемента мезоформы, впределах которого заложена точка, и на микрорельеф. Сама характеристика макро-и мезоформ рельефа и представление об их генезисе не могут быть составлены понаблюдению на одной точке. Первоначально они складываются в процессепредварительного ознакомления с литературой и топографическими картами, а затемпутем ряда наблюдений на точках и по маршруту; фиксируются эти наблюдения вдневнике. Положение точки по отношению к элементам крупных форм рельефа должнобыть указано в бланке возможно более точно, например: плоская поверхностьцентральной части междуречья, горная вершина, вершина холма или увала, склондолины или междуречья (и какая именно его часть), основная поверхность террасы,высокая пойма, дно балки и т.д.
На практике чаще всего приходится иметь дело с наклоннымиповерхностями. Для них обязательны указания крутизны (в градусах) и экспозиции.При этом если программой не предусмотрена особая точность, достаточно указыватьэкспозицию в восьми измерениях по странам света: западная, северо-западная, севернаяи т.д.
Для равнинных стран наиболее употребимы следующие градацииповерхностей по крутизне уклона:
Плоские (субгоризонтальные)0 — 10
Слабонаклонные равнины (очень пологие склоны) 1 — 3°
Склоны пологие (наклонные равнины) 3 — 5°
Слабопокатые5 — 7°
Покатые……………………………………7- 100
Сильнопокатые…………………………….10- 150
Крутые……………………………………..15 — 200
Очень крутые 20 — 40°
Обрывистые >40°
Для горных стран могут быть приняты иные градации:
Плоские и почти плоские поверхности0 — 4°
Пологие склоны4 — 10°
Покатые склоны10 — 20°
Склоны средней крутизны20 — 30°
Крутые склоны30 — 45°
Очень крутые склоны45 — 60°
Скалистые (обрывистые) склоны60 — 90°
Кроме экспозиции и крутизны необходимо также дать описание общейформы и характера поверхности склона (выпуклый, вогнутый, прямой, волнистый,террасированный, бугристый, испещренный рытвинами и т.д.), а также указать, вкакой части склона расположена точка (верхняя часть, средняя, нижняя, уподножия склона, вблизи бровки). Положение точки на склоне при большой егопротяженности не всегда легко определить без помощи карты. Что же касаетсяостальных сведений о склоне, то их непосредственно получают в процессе полевогонаблюдения и записывают.
В характеристике рельефа отмечают также абсолютную и (или) относительнуювысоту точки над местным базисом эрозии (по топографической карте илизамеренную анероидом и вычисленную с учетом поправок). Абсолютные отметкивсегда необходимы при работе в горах, где это имеет существенное значение приопределении характера высотной зональности, и где высота нередко может служитьодним из ориентиров для привязки точки.
Особое внимание обращают на описание микрорельефа. Необходимо точнодать описание формы и характера распределения микроповышений, понижений, уступов,прибегая к количественным определениям размеров и частоты встречаемости.Например, склон пересекают эрозионные рытвины шириной 1 — 2 м и глубиной до 50см; на участке склона длиной в 1 км их насчитывается до 30. Или: ровнаяповерхность испещрена западинами диаметром в 20 — 30 м, глубиной до 40 см;площадь, занятая ими, составляет около 20 %.
Указывая положение точки на элементе рельефа, необходимо уточнить,расположена ли она на относительно ровном участке или же в микропонижении (наповышении) и в какой его части (в центре, ближе к окраине). Для лучшейнаглядности рекомендуется здесь же сделать небольшую схематическую зарисовку,иллюстрирующую положение точки по отношению к элементам рельефа и микрорельефа.Нередко это предусматривается непосредственно формой бланка (отводитсяспециальное место для зарисовок).
Для более точного количественного определения размеров и частотывстречаемости микроформ прибегают к различным способам. Если микроформы хорошопросматриваются на аэрофотоснимках, то на опорных точках (или же на некоторыхосновных) их можно измерить и приблизительно подсчитать прямо по снимку.
Можно проделать эту работу непосредственно на точке наблюдения,применив метод линейной таксации. Он состоит в следующем. Небольшуюплощадку, в средней части которой находится точка описания, пересекаютпараллельными ходами, на протяжении которых делают подсчет расстояний (обычнопар шагов), пройденных по ровной поверхности и по микропонижениям (либоповышениям). Затем суммируют все расстояния, пройденные вне микроформы и помикроформам. Условно общая длина ходов берется за 100%, а доля ходов,приходящихся на ровную поверхность и микроформы, — за процент площади, занятойсоответственно ровной поверхностью и микроформами. Если микроформы имеютлинейную протяженность, то важно, чтобы ходы были заложены поперек этих форм.
В зависимости от необходимой точности наблюдения могут быть болееили менее сложными. Можно, например, предпринять глазомерную или дажеинструментальную съемку разбитого вокруг точки участка, и все дальнейшиерасчеты производить уже по полученному крупномасштабному плану.
Однако чаще всего такая степень точности не требуется, и нет возможностиуделять таким измерениям много времени. Следует с самого начала работы узнатьдлину собственного шага и выработать наиболее удобную систему измерения расстоянийшагами с простым пересчетом шагов в метры (например, пара шагов — 1,5 м или тришага – 2 м). Удобно также сделать на полоске миллиметровой или клетчатой бумагипереводную масштабную линейку (шагов в метры), чтобы не делать всякий разлишних вычислений. Подобные линейки удобно также сделать для топографическойкарты и аэрофотоснимка, используемых в полевом исследовании, чтобы быстро переводитьмиллиметры и сантиметры карты или снимка в метры и километры на местности.Следует также тренировать глаз на примерном определении расстояния, высоты,глубины, крутизны, площади тех или иных объектов. Это нужно не только приописании рельефа, но и в процессе всей работы, хотя злоупотреблять глазомерныминаблюдениями взамен точных измерений также не следует.
Не следует применять слишком часто фразу: «Микрорельеф не выражен».За ней нередко скрывается неумение или нежелание видеть то, что есть в природе.Правда, на практике, микрорельеф и нанорельеф описывают в одной графе бланка,но непременно с указанием размеров формы.
Необходимо, но далеко не всегда просто определить тип рельефатерритории, к которой относится точка описания. Следует, однако, избегатькатегоричного суждения о генезисе форм рельефа, если нет убедительных томудоказательств.
Общие представления о генетических типах рельефа и о классификацияхформ рельефа можно получить из геоморфологических карт, из классического трудаИ.С. Щукина, работ А.И. Спиридонова, О.К. Леонтьева и Г.И. Рычагова, Ю.Г. Симонова,С.И. Болосова и др.
Изучению современных геоморфологических процессов, оказывающихсильное влияние на функционирование и состояние природных территориальныхкомплексов, уделяется особое внимание. Наиболее распространенные из них — осыпи, обвалы, сели, снежные лавины, глубинная и плоскостная эрозия, нивация(образование на склоне ниш вследствие длительного залегания снега), карстовыепроцессы, оплывание, солифлюкция, дефляция, децерация (оплывание дернины насклоне по мерзлому грунту), абразия и др. В бланке недостаточно указать тольконазвание геоморфологического процесса, необходимо дать его характеристику.Фиксация режима миграции вещества,увлажнения.
Полевые ландшафтно-геохимические исследования могут быть самостоятельнымразделом комплексных физико-географических исследований. Однако один изважнейших ландшафтно-геохимических показателей — режим миграции вещества, тесносвязанный с рельефом, породами и условиями увлажнения, — следует отмечать накаждой точке полного комплексного описания.
Увлажнение ПТК фиксируется в бланке (дневнике) двумя показателями — типом(характером) и степенью (интенсивностью).
Выделяются следующие типы увлажнения: атмосферное, грунтовое безнапорноеи напорное (последнее в случае наличия на территории ПТК источника), натечное,или делювиальное (за счет поверхностного стока), пойменное (за счетполоводий и паводков).
Очень часто источников увлажнения два или несколько, при этом атмосферноеприсутствует повсеместно и в случае наличия других типов и их большойзначимости его можно не указывать. Например, писать «пойменное» или«грунтово-натечное» вместо «атмосферно-пойменное» и «атмосферно-грунтово-натечное».
Характер увлажнения в некоторых природных территориальныхкомплексах в течение года меняется и зависит от состояний. Например, при однихсостояниях оно бывает атмосферным, а при других — пойменным.
Еще в большей степени, чем тип, может изменяться степень (интенсивность)увлажнения. В связи с этим различают: недостаточное увлажнение — почваочень сухая; слабое — почва свежая; нормальное — почва влажная; обильное(или повышенное) — почва сырая; избыточное — почва мокрая.
При фиксации степени увлажнения в момент наблюдения необходимооговаривать погодные условия, так как обычно сырая или мокрая почва может статьсухой в жаркий период, а сухая или свежая — мокрой или сырой после дождя. Этоозначает, что следует отличать увлажнение в момент наблюдения от интегральногоувлажнения, определяющего характер растительности и почвы.
Следует также обращать внимание на наличие свежих отложений —аллювия, делювия, эоловых и др. и фиксировать результаты наблюдений в бланкеили в дневнике.
При характеристике увлажнения дополнительно указывают также его режим,постоянное (устойчивое) и переменное (неустойчивое), а также глубинузалегания грунтовых вод (верховодки) по появлению воды в стенке или на днешурфа либо по близлежащему колодцу, урезу воды в реке.Описание растительности.
Что раньше описывать — почвенный разрез или растительность, не имеетособого значения, так как оба компонента теснейшим образом взаимосвязаны ивзаимообусловлены и зависят от рельефа, состава пород, увлажнения,микроклимата. Часто рытье шурфа рабочим и описание растительности специалистомпроизводятся одновременно.
Методические приемы описания растительности, как в сущности идругих компонентов, принципиально ничем не отличаются от приемов, употребляемыхпри соответствующих отраслевых исследованиях. Они могут быть лишь менеедетальными, да и то не всегда (в зависимости от программы работ).
С классическими приемами изучения растительного покрова и биоиндикацииможно ознакомиться по трудам Л.Г. Раменского, С.В. Викторова и др., С.В.Викторова и А.Г. Чикишева. Немало работ имеется по геоботаническомукартографированию, например Д. Д. Вышивкин.
На основной точке дается подробное описание ботанической площади.Для луговой или болотной растительности принятый размер площади 100 м2или 10 х 10 м. Не нужно подходить к этому формально и стремиться во что бы тони стало соблюдать квадратную форму и указанный размер площади. Важно, чтобыона была по возможности близка к указанному размеру, а главное — располагаласьв пределах одной фации. Нельзя в одну и ту же площадь включать обычный луг смезофильным травостоем и мокрую западину с осокой. Описание травянистой растительности
Для выбранной площади составляется список растений, в которомобычно сначала перечисляются злаки, потом осоки, бобовые, разнотравье. Однакострогого порядка здесь соблюсти не удается, так как список непрерывнопополняется новыми обнаруженными растениями.
Каждое растение записывается двойным названием (род и вид)по-русски и по-латыни. При плохом знании латыни латинские названия вписываютсяв бланк при вечерней обработке материала (из определителя). В случае еслирастение неизвестно исследователю или есть сомнение в его определении, этомурастению дается рабочее название (любое, но такое, чтобы оно хотьсколько-нибудь соответствовало его внешнему виду и легко запоминалось). Само жерастение берется в гербарий для последующего определения.
Далее записывается высота, обилие, проективное покрытие,фе-нофаза, жизненность, характер распределения (последовательность может менятьсяв зависимости от избранной формы бланка).
Высота берется средняя для экземпляров данного вида (без генеративныхорганов) и указывается в сантиметрах либо дается в виде дроби, где в числителепоказана высота всего растения, включая генеративные органы, в знаменателе — без них.
Обилие обычно отмечается по шкале О. Друде:
сорз (copiosae — очень обильно) — растения почти сплошьзакрывают почву; проективное покрытие 70-90 %;
сор2 (обильно) — растений много, перекрытия нет;проективное покрытие 70 -50 %;
сор1 (довольно обильно) — растений значительно меньше;проективное покрытие 50 — 30%;
sp (sparsae — рассеянно, в небольшом количестве) — растение приходитсяискать; проективное покрытие 30-10 %;
sol (solitariae — единично) — растения обнаруживаются при тщательном осмотреплощади; проективное покрытие менее 10 %;
un (unikum — единственный экземпляр) — на всей площади обнаружено лишь однорастение данного вида.
В качестве дополнительного обозначения после знака обилия можетставиться знак gr (grigarie) — если растения распределены по площади неравномерно иместами образуют плотные группы.
Фенофаза отмечается значками или же буквенными обозначениями,например:
пр- растение прорастает;
р- росток;
вег- растение вегетирует;
б- бутонизация;
ц1 — зацветание;
ц2 — полное цветение;
ц3 — отцветание;
п1 — плоды (семена) незрелые;
п2 — плоды (семена) зрелые;
п3 — осыпание плодов (семян);
отр — отрастание после плодоношения;
отм — отмирание.
Жизненность обычно определяют по трехбалльной системе: полная (растенияимеют нормальный рост, цветут и плодоносят), средняя (растения среднегороста, цветут не все экземпляры) и пониженная (растения низкорослые, нецветут, имеют угнетенный вид). Другими словами, это состояние растений:хорошее, удовлетворительное, угнетенное (плохое).
Среднюю высоту травостоя дают в сантиметрах в конце описания, тамже указывают общее проективное покрытие и покрытие по доминирующим видам.
Проективное покрытие определяют на глаз и отмечают в процентах отобщей площади описываемого участка. Хорошо иметь с собой для сравнения рисункивариантов проективного покрытия для разных по характеру листовых пластинок растительныхсообществ.
На опорных точках (не на основных, а выборочно) производят количественныйучет растительной массы. В разных частях площади выбирают четыре участкаразмером по 1 м2 (или по 0,25 м2). С этих участковбольшими ножницами или садовыми секаторами выстригают все растения на высоте 5 — 7 см над поверхностью земли. Растительную массу взвешивают: сырую, в сухомвиде, целиком и разобранную по отдельным группам растений (злаки, осоки,бобовые, разнотравье, несъедобные или ядовитые растения и т.д.).
Затем производится пересчет и определение урожайности луга в центнерахна 1 га с поправочным коэффициентом за счет того, что на лугах никогда не косяттак, как можно состричь с площадки. Поправочный коэффициент и определяют изсравнения полученных результатов с тем, что известно для данного луга из опытаего хозяйственного использования.
Если определение растительной массы делается не на каждой основнойточке, то так называемое культуртехническое состояние угодья надо отмечатьна всех основных точках. При этом указывают закустаренность (в процентах),наличие деревьев, пней, кочек (штук на 1 га), кротовых куч, пятен выбитойрастительности, ядовитых растений. Отмечают также, как используется участок (подсенокос, выпас или частично как сенокос, а частично как выпас), производилисьли когда-либо мероприятия по улучшению, когда и какие.Описание лесаОписание леса производится на площади от 400 м2 (20x20 м), если описывается одна фация, до 1 га (100 х 100 м). Описание видового состава леса дают по ярусам.
Для каждого вида указывают формулу древостоя с учетомобилия по 10-балльной системе (например, С8Д2: сосна обыкновенная — 8, дубчерешчатый — 2); среднюю высоту, средний диаметр ствола на высоте1,3 м; высоту прикрепления крон. Для всего древесного полога дают общую сомкнутостькрон в долях от единицы (0,5; 0,8 и т.д.). При необходимости можно ввести вбланк оценку класса бонитета по принятой в лесоводстве системе, а такжеи запаса древесины (в м3/га). Класс бонитета — это функциядвух переменных — возраста и высоты дерева; отражает жизненность древостоя.
После описания всех ярусов древостоя в бланк заносят сведения о подросте(молодых древесных растениях); о кустарниковом и травяно-кустарничковомярусах (название видов, обилие, высота, фенофаза, жизненность, характерраспределения); о мохово-лишайниковом покрове (обилие, название видов,жизненность, распределение). Отмечают также общий характер, облик, проективноепокрытие (в процентах) для каждого из ярусов.
При описании культурных посевов в бланке даютназвание культуры, фенофазу, жизненность и особо перечень сорняков с указанием степенизасоренности культур. Последнюю определяют на глаз либо взвешиванием. Дляэтого на площади 10 х 10 м выбираются четыре площадки по 0,25 м2. Наплощадках посев выстригают и взвешивают. Затем сорняки выбирают и взвешиваютотдельно. Посев считается слабозасоренным при доле сорняков до 10 %, среднезасореннымпри 10 — 25%, сильнозасоренным, если вес сорняков составляет 25 % иболее от веса общей, массы укоса.
Приемы описания растительности и перечень фиксируемых сведений могутизменяться в зависимости от программы работ. В качестве общей рекомендацииможно посоветовать при описании растительности (особенно на первых порах)меньше доверять глазомерному определению размеров, частоты встречаемости и т.п.и чаще производить непосредственные замеры с вычислением средних величин. Вконце описания дают название ассоциации по преобладающим видам и группамрастений. Это название может быть двух- и трехчленным. При этом на последнееместо ставят преобладающее растение или группу растений, например:разнотравно-мятликовый луг или мятликово-бобово-разнотравный луг. В первомслучае в ассоциации преобладает мятлик, во втором — разнотравье. Этот жепринцип сохраняется и для названия лесной ассоциации с дополнительным указаниемна особенности мохового, травяно-кустарничкового покрова или подлеска,например: дубрава влажнотравная, липово-дубовый лес с лещиной,ельник-зеленомошник-черничник и т.д.
На карте рядом с точкой ставят индекс растительности, состоящий изнескольких значков. Каждый значок изображает определенный вид, например: дубчерешчатый, кукушкин лен, мятлик луговой, донник лекарственный, лютик едкий;или группу растений: осоки, злаки, бобовые, разнотравье, широкотравье, зеленыемхи, лишайники и т.д. Значковые обозначения дают в обратном порядке в отличиеот словесной записи названия ассоциации (на первом месте ставят значокпреобладающего растения, а затем в порядке убывания два-три других значка).
Система значковых обозначений вырабатывается в экспедиции передвыездом в поле, а в процессе полевой работы пополняется. Можно воспользоватьсятакже таблицей индексов растений (см. приложение 9). Описание почв
Почва — зеркало ландшафта, компонент, стоящий на грани живой имертвой природы, как бы синтезирующий в себе основные особенности рельефа,литологии, гидрологических и климатических особенностей территории, еерастительности и отчасти животного мира. Почва более консервативна, чемрастительный покров, и после уничтожения или изменения растительности еще долгосохраняет малоизмененными свои основные свойства.
Изучение и описание почв производят по почвенным разрезам: ямам(шурфам), полуямам, прикопкам. Можно описывать почву также по естественномуобнажению обрывистого берега реки, склона оврага или края карстовой воронки ит.д. Однако брать образцы для анализов в таких местах не рекомендуется, так какпочвенный профиль может оказаться не совсем типичным в связи с длительнымпроцессом боковой миграции элементов. Кроме того, не следует далекораспространять описанную в обнажении разность почв, так как эта разность можетбыть свойственна лишь узкой прибровочной полосе.
Рекомендуется осматривать и описывать свежие искусственные выемки- силосные ямы, траншеи трубопроводов, канавы под фундамент различныхпостроек и др. Безусловно, эти выемки могут дать лишь дополнительный материал кзаранее намеченной сети наблюдений на точках, но пренебрегать им нельзя.Траншеи и канавы могут дать очень интересные данные по изменению почвенногопокрова в разных условиях рельефа и микрорельефа, а силосные ямы, заложенные,как правило, на повышенных местах междуречий, дают обычно глубокий разрезтипичных для территории почв и могут иногда служить вместо опорных шурфов. Впределах населенных пунктов верхние горизонты почвенного профиля часто бываютнарушены, и использовать искусственные выемки здесь для описания почвенныхразрезов нецелесообразно.
На равнинах на основной точке закладывают почвенный разрез глубиной1,5 — 2,0 м (до почвообразующей породы), длиной также 1,5 — 2,0 м и шириной 0,7- 0,8 м. Наиболее хорошо освещенную стенку оставляют прямой (по ней и будетпроизводиться описание разреза), противоположная спускается ко дну ступенями.Глубину разреза можно менять в зависимости от типа почв и породы, можноизменять его длину и ширину (они должны быть такими, чтобы удобно было копатьразрез, описывать и брать из него образцы).
Копать разрез надо аккуратно, выбрасывая землю по обеим сторонамне слишком далеко, чтобы не делать лишней работы и не засорять большой площади,и не слишком близко, чтобы избежать обратного осыпания земли. Рекомендуетсягумусовый горизонт не смешивать в выбросах с другими горизонтами, чтобы призакрытии разреза его можно было снова положить сверху. Копая разрез, не следуетзабывать о том, что его необходимо будет также аккуратно засыпать, чтобы не портитьугодий и не создавать опасности для людей и животных. Прямую (лицевую)стенку оберегают от обрушения и излишнего засорения. В сторону прямойстенки землю не выбрасывают, не складывают там и полевое снаряжение (обычно онолежит в стороне или позади ямы), к ее краю близко не подходят.
В процессе копки разреза последовательно снимают слой за слоемземлю, углубляясь всякий раз на штык лопаты. При этом вскрываются различныегоризонты, что бывает уже очевидным при самом рытье ямы. Рекомендуется изкаждого нового горизонта отложить в сторону лопату земли — это будет еще необразец для анализа, а просто материал для предварительного или дополнительногопросмотра.
Когда разрез готов, с его дна откладывается на бумагу образец, таккак в дальнейшем на дно ямы будет насыпано много смешанного материала, чтозатруднит взятие самого глубокого образца.
В условиях близкого стояния грунтовых вод или залегания вечной(многолетней) мерзлоты глубина почвенного разреза лимитируется этими факторами,как в горах близким залеганием скальных пород или сплошной массыгрубообломочного материала.
Выделение генетических горизонтов почв значительно облегчается,когда исследователь сам копает шурф: тогда все, даже не очень яркие особенностиструктуры, плотности, цвета, увлажнения становятся очевидными. Не останутсянезамеченными и включения, новообразования, которых может быть и немного, такчто на стенках шурфа, при его описании, их можно и не увидеть. Это не можетсчитаться обязательным правилом, но для начинающих исследователейсамостоятельная копка шурфа может быть очень полезной.
Имея уже готовый разрез, необходимо зачистить его лицевую стенкулопатой, повернув ее при этом так, чтобы зачистке не мешала насаженнаярукоятка. Можно зачищать и ножом. Одну сторону лицевой стенки сверху донизупрепарируют легким втыканием ножа, чтобы лучше проследить изменение структурыпочвы, ее плотности, цвета по граням отдельностей. Вторая часть стенки длясравнения остается гладкой.
После этого к верхнему краю лицевой стенки подвешивают на булавкесантиметр и на ней выделяют (прочерчивают ножом) генетические горизонтыпочвы по совокупности наблюдаемых признаков (цвет, структура, плотность ит.д.). Весь профиль проверяют на вскипание от десятипроцентного раствора солянойкислоты. Это следует делать во всех случаях, в том числе на разрезах сдерново-подзолистыми почвами, хотя, как правило, карбонаты там вымыты набольшую глубину. Могут встретиться неожиданные случаи концентрации карбонатов ив дерново-подзолистых почвах, если близко к поверхности залегает элювийизвестняка либо другие карбонатные породы, либо имеет место подпитывание почвыжесткими грунтовыми водами, если не сейчас, то в прошлом.
М.А. Глазовская рекомендует выделение горизонтов производить какзаключительный этап описания разреза, после того как каждый из наблюдаемыхпараметров (цвет, влажность и т.д.) будет описан в отдельной графе и зарисовантакже в отдельных колонках. Рекомендуется кроме опробывания соляной кислотойсделать по всему профилю полевое определение кислотности и легко растворимыхсолей (для Cl и SO4).
Далее составляют описание почвенного профиля по генетическим горизонтам.В бланке делают схематическую зарисовку профиля (желательно с натурными мазкамииз всех горизонтов). Горизонты индексируют, записывают их мощность (глубинуверхней и нижней границ от поверхности почвы в сантиметрах) и все другиепоказатели в следующем порядке: цвет (окраска), влажность, механическийсостав, структура, плотность, сложение, новообразования, включения, наличие иобилие корней растений, следы деятельности животных, мерзлота (многолетняя илисезонная), граница и характер перехода в нижележащий горизонт.
Приведем (с небольшими дополнениями) индексировку генетическихгоризонтов почв, разработанную еще В.В. Докучаевым, широко используемую и внаше время, правда, в публикациях мы нередко встречаемся и с иными индексамипочвенных горизонтов. Оговоримся также, что в настоящее время уже разработанановая классификация почв, но она еще не получила широкого применения.
Горизонт а0 — верхняя частьпочвенного профиля — подстилка, войлок, грубый гумус, образовавшиеся врезультате разложения опада растений. Этот горизонт, в свою очередь, разделяетсяна:
а0I — свежий, не теряющий своей первоначальной формыопад;
А0II — полуразложившиеся органические остатки с сильноизмененной первоначальной формой;
А0III — полностью разложившаясягомогенная подстилка.
Горизонт А (А1 А1I, А1II) — гумусовый, наиболеетемноокрашенный в почвенном профиле; в нем происходит накопление органическоговещества в форме гумуса, тесно связанного с минеральной частью почвы.
Ад — дерновый горизонт — часть горизонта А,густо пронизанная корнями травянистых растений;
Ап — перегнойный горизонт — разложившаясяорганическая масса;
Ат — торфянистый горизонт.
Апах и А(пах) — пахотный горизонт и бывшийпахотный могут включать как гумусовый, так и ближайшие нижележащиегоризонты.
Горизонт А2 — горизонт вымывания (подзолистый или осолоделый,элювиальный), формирующийся под влиянием кислотного или щелочного разрушенияминеральной части. Расположен под а0или а1. Цвет обычно более светлый; обеднен гумусом и другимисоединениями, в том числе и илистыми частицами за счет вымывания их внижележащие слои. Относительно обогащен остаточным кремнеземом.
Горизонт А2В — соответствует элювиальной зоне (без четкихграниц), переходный между элювиальным и иллювиальным горизонтами.
Горизонт В — горизонт вмывания (иллювиальный) располагается подэлювиальным горизонтом. Это бурый, охристо-бурый, красновато-бурый,уплотненный, более тяжелого механического состава, хорошо оструктуренныйгоризонт, где накапливается ряд веществ за счет вымывания их из вышележащихгоризонтов.
В почвах, где не наблюдается существенных перемещений веществ впочвенной толще, горизонт В является переходным слоем к почвообразующей породе.В этом случае он может записываться в скобках (В). По гумусовой окраскегоризонт В может подразделяться на: В1 — с преобладающей илизначительной гумусовой окраской, В2 — с более слабой и неравномернойгумусовой окраской и В3 — подгоризонт окончания гумусовых затеков.Впрочем, гумусовой окраски может и не быть, но коллоидные пленки, показывающиестепень вмывания в горизонте В, всегда присутствуют и, если их окраска неодинаковой интенсивности, то можно также выделить подгоризонты В1, В2и т.д.
Горизонт Вк — карбонатный, с вторичным выделениемкарбонатов в виде новообразований: мучнистой присыпки, налетов, прожилок,псевдомицелия, белоглазки, дутиков, журавчиков.
Горизонт G — глеевый, характерен для почв с постоянным избыточнымувлажнением, с сизой, серо-голубой или грязно-зеленой окраской, нередко сржавыми и охристыми пятнами (особенно в сухое лето).
Горизонт С — почвообразующая (материнская) порода, на которой(правильнее, из которой) сформировалась данная почва, не затронутая специфическимипочвообразующими процессами (аккумуляцией гумуса, элювиированием и т.д.).
Горизонт Д — подстилающая горная порода, залегающая под почвообразующейи отличающаяся от нее по своим свойствам (главным образом по литологическомусоставу). Иногда горизонтом Д называют подстилающие плотные породы.
В случае переходного характера горизонтов, как это отчастиотмечалось выше, их обозначают комбинированными индексами, например: А1А2,А2В, ВС.
Кроме основных индексов применяется еще целый ряд дополнительных (некоторыеиз них уже указывались выше).
Индексы, показывающие аккумуляцию: h — иллювиальный гумус; f — иллювиальное железо, t — иллювиальная глина.
Индексы, показывающие следы аккумуляции некоторых солей: са — карбонатов кальция; cs — сульфатов кальция, sa — прочих растворимых солей.
Индексы, показывающие локальную или общую цементацию: сп — наличиежелезистых, марганцовистых или фосфатных конкреций; m — наличие плотныхмассивных слоев; si — наличие цементации силикатных продуктов.
Используются и другие индексы, например: См — почвообразующая порода мерзлая; A2g — подзолистый горизонт спризнаками оглеения; A2(g) — то же, с признакамислабого оглеения; Bt — иллювиальный горизонт с аккумуляцией глины; Bf — иллювиально-железистыйгоризонт; Вк — иллювиальный карбонатный горизонт и т.д. В случаеобнаружения погребенного горизонта индекс последнего ставят в квадратные скобкиили же сопровождают дополнительным индексом — погр.
Предусмотреть в этой работе все случаи различной индексации, как иразличных особенностей почв, невозможно. Необходимо до выезда в полеознакомиться с диагностическими признаками и индексацией тех почв, которыемогут встретиться в районе работ. Если же в поле встретится что-то новое илинепонятное, рекомендуется как можно более тщательное описание горизонтов (пустьвременно не индексированных или не совсем правильно индексированных) и взятиеобразцов, по которым в дальнейшем можно будет определить почву.
Мощность горизонтов, как указывалось выше, записывают по положениюверхней и нижней его границ по отношению к поверхности в сантиметрах. Например:a00-2 см, а1 2-12 см, А2 12-25 см и т.д.По такой же системе указывается в бланке глубина взятия образцов. Если мощностьгоризонта по лицевой стенке значительно колеблется, то система записи усложняется.Например: А1 2-12(20), А2 12(20)-25(30) см и т.д.
Приведем порядок описания горизонтов почв по классическому труду«Почвенная съемка» (1959). В более новых источниках часто повторяется то жесамое, иногда с небольшими вариациями, иногда с опусканием некоторыхподробностей.
Цвет, окраска. Можно рекомендовать следующие наименования цветов.
Основной цвет: черный — интенсивно-черный, серовато-черный, серо-черный,буровато-черный, буро-черный; белый — желтовато-белый, палево-белый,розовато-белый, зеленовато-белый; желтый — буровато-желтый, охристо-желтый,зеленовато-желтый; серый — буро-серый, темно-серый, светло-серый,белесо-серый, зеленовато-серый, голубовато-серый, сизый; бурый — черно-бурый,серо-бурый, темно-бурый, светло-бурый, желто-бурый, красно-бурый,зеленовато-бурый; красный — малиново-красный, ржаво-красный.
Цвет почвенного горизонта — очень важный диагностический признак,зависящий от генезиса почвы: от породы, на которой она формируется, отклиматических условий, от уровня залегания грунтовых вод, растительности,словом, от всех тех факторов и процессов, которые приводят к возникновениюопределенных разновидностей почв с характерными для них горизонтами.
Есть замечательная книга А.Е. Ферсмана «Цвет в природе», с которойкаждому исследователю природы следует ознакомиться. О цвете почвы (почвенныхгоризонтов) хорошо сказано у В.В. Добровольского. Он в доходчивой формепоясняет: черный цвет и его интенсивность связаны с процессом разложенияорганического вещества и накоплением гумуса, перегноя, торфа; бурый — снакоплением окислов железа; коричневый — с одновременным накоплением гумуса ижелеза; сизый — с закисными соединениями железа; белесость и белая присыпкамогут быть связаны с элювиальными процессами — выносом растворимых веществ инакоплением аморфного кварца или же, напротив, с иллювиальныминовообразованиями углекислого кальция — мучнистой присыпки. Последнюю легкоопределить по вскипанию от соляной кислоты или же уверенно предположить ееприсутствие, исходя из общей зональной ситуации.
Кроме названных цветов можно употреблять и другие: коричневый,палевый или, например, ржавый, кирпичный, шоколадный. Желательно иметь вэкспедиции образцы цветовых шкал Манселла.
Влажность почвы записывают после (или до) характеристики цвета, так какцвет почвы меняется при разном увлажнении. За основу можно принять следующиеградации: сухая почва — пылит; свежая — не пылит, слегка холодитруку; влажная — обнаруживает признаки влажности, сжимается рукою вкомки, бумага, приложенная к почве, быстро сыреет; сырая — увлажняетруку и прилипает к ней; мокрая — из стенок шурфа сочится вода.
Рекомендуется также отмечать погодные условия в момент описания инезадолго до того. Например, «ясная погода, накануне был сильный дождь» или«ясная погода, неделю не было дождя».
Механический состав при описании почвенного разреза определяетсяобычно пробой на скатывание. Для этого пробу (при необходимости) слегкаувлажняют. Существуют следующие градации механического состава: глинистый,суглинистый, супесчаный, песчаный. Остается добавить скелетный, когдапроба состоит из обломков плотных пород (хряща, щебня, гальки, валунов),смешанных с мелкоземом. Если отбросить крупные (скелетные) частицы, тоостальная почвенная масса обнаруживает свойства одной из перечисленных вышегрупп.
Суглинки делятся на легкие, средние и тяжелые. Последниеприближаются к глинам и могут давать очень тонкие и острые концы шнура, которыепри скатывании долго крутятся, не отрываясь от основной массы. Для среднихсуглинков характерны более тупые концы шнура и меньшая пластичность. Легкиесуглинки дают короткий шнур с рваными концами, слабо пластичный.
Вязкость и пластичность глины, сыпучесть песка такжеотносятся к характеристике механического состава.
Структура почвы — ее способность распадаться на отдельности определеннойформы. Очень хорошо прослеживается при рытье шурфа, когда сбрасываемый с лопатыматериал рассыпается мелкими зернами, угловатыми комочками, плитками, глыбами ит.д.
Обычно для определения структуры берут из каждого горизонта ножомили лопатой куски почвы и, подбрасывая их на ладонях или разламывая при слабомнажатии, смотрят, какую форму и какие размеры имеют образовавшиеся отдельностии насколько они прочны. Структуру можно рассмотреть и при препарировании стенкишурфа, а также в выбросах из него и в отложенных для просмотра образцах.
Ниже приводится развернутый перечень типов почвенных структур суказанием размерностей почвенных агрегатов. Начинающим полевые исследованиянеобходимо иметь его при себе и не экономить время на измерение структурныхотдельностей. С приобретением опыта необходимость в этом отпадает. Типы почвенных структур
I тип. Структурные отдельности развиты равномерно по всем тремперпендикулярным осям (общая форма отдельностей округло-многогранная).
А. Грани и ребра выражены неясно, отдельности плохо оформлены Структура Диаметротдельностей, смГлыбистая
крупноглыбистая более 10
мелкоглыбистая 10 — 5
крупнокомковатая 5 — 3Комковатая
среднекомковатая 3 — 1
мелкокомковатая 1 – 0,5
Б. Грани и ребра хорошо выражены, отдельности ясно оформлены
Структура Диаметр отдельностей, мм
крупноореховатая 20 — 10
Ореховатая ореховатая 10 — 7
мелкоореховатая 7 — 5Зернистая
крупнозернистая 5 — 3
зернистая 3 — 1
пороховидная 1 – 0,5
II тип. Структурные отдельности более развиты по вертикальной оси(общая форма отдельностей призмовидная, вытянутая вверх).
А. Верхушки отдельностей закруглены
Структура Поперечник отдельностей, см
крупностолбчатая более 5
Столбчатаястолбчатая 5 — 3
мелкостолбчатая менее 3
Б.Верхушки отдельностей ограничены плоскими гранями
СтруктураПоперечник отдельностей, см
крупнопризматическаяболее 5
Призматическаяпризматическая 5 – 3
мелкопризматическая3 – 1
тонкопризматическаяменее 1
III тип.Структурные отдельности более развиты по двум горизонтальным осям и укороченыпо вертикальной оси (общая форма отдельностей уплощённая).
СтруктураТолщина (вертикальная ось), мм
сланцеватаяболее 5
Плитчатаяплитчатая 5 – 3
пластинчатая3 – 1
листоватаяменее 1
скорлуповатаяболее 3
Чешуйчатаягрубочешуйчатая 3 – 1
мелкочешуйчатаяменее 1
крупнолинзоваяболее 10
Линзовиднаямелколинзовая 10 – 3
чечевичнаяменее 3
Почвенные агрегаты менее 0,5 мм относятся к микроструктуре. Почвыс такими мелкими отдельностями в поле условно считаются бесструктурными.
Плотность почвы, как и структура, хорошо определяется при копкеямы и прослеживается по стенке шурфа. При ее определении можноруководствоваться следующим:
очень плотная или слитная почва — копать невозможно, приходитсядолбить, острие ножа не входит в почву, нож оставляет на стенке тонкую глянцеватуючерту;
плотная почва копается с трудом, кончик ножа при нажиме входит в почву на1 — 2 см, черта от ножа более глубокая, с тусклым отблеском;
слабоуплотненная почва легко копается и при выбросах рассыпаетсяна отдельности, нож входит в стенку довольно свободно, на несколькосантиметров, черта от ножа глубокая, ровная или шероховатая, без блеска;
рыхлая почва сыплется;
пухлая почва при надавливании легко сжимается, нога оставляет глубокийслед (например, свежеобработанные почвы садов и огородов, пухлые солончаки ит.д.).
Сложение — порозность (или трещиноватость) почвы. Понятие порозностивключает как размерпор или трещин, пронизывающих почву, так и их обилие. Это трубочки, канальцывнутри структурных отдельностей или сплошной почвенной массы.
По размеру пор различают:
Сложение Диаметр пор, мм
тонкопористое менее 1
пористое 1 — 3
губчатое 3 — 5
ноздреватое или дырчатое 5 — 10
ячеистое более 10
В том случае, если почва обладает тонкопористым сложением, удобнопользоваться лупой. По обилию пор различают:
Пористость почвы (обилие пор) Промежутки между порами, см
Слабопористая 1,5 и более
Пористая 1
Сильнопористая 0,5 и менее
По размеру трещин различают:
Сложение Ширина трещин, мм
тонкотрещиноватое менее 3
трещиноватое 3 – 10
щелеватое более 10
Трещины располагаются между структурными отдельностями или вбесструктурной почвенной массе.
Новообразования возникают в почве в процессе ее формирования ипредставляют собой различные формы скопления веществ, выделяющихся на общем фонепочвенной массы. Новообразования сульфатов, хлоридов, гипса, карбонатов, окисейжелеза, алюминия и др., закиси железа, кремнезема имеют разную окраску иразнообразные формы.
Легкорастворимые соли — хлориды (NaCl, MgCl2, KC1) и сульфаты (Na2SO4 и MgSO4) дают новообразованиябелого цвета — налеты и выцветы, корочки, крапинки, «червячки», жилки, щеточки «инея». Выделениягипса также могут давать белые крапинки, «точки», жилки, натечные «бородки»,кристаллы, друзы и целые прослойки (коры).
Карбонаты (СаСО3 и MgCO3) дают белого цвета «сединку», «плесень»,псевдомицелий (или лжегрибницу), белоглазку, журавчики, дутики, желваки,«бородки», сплошное или пятнистое пропитывание почвенной массы.
Окислы (Fe2O3, A12O3, МnО4, Р2О5) образуют ржавые,охристые, красные, бурые и черные образования в виде натеков, примазок,псевдофибров, рудяковых зерен, дробин, желваков, полос, прослоек и плит(ортштейн, жерства).
Закиси железа дают сизые или зеленоватые пленки, примазки, разводы,буреющие на воздухе, или белые жилки вивианита, приобретающие на воздухе синююокраску.
Кремнезем образует белую присыпку, пятна, тонкие прожилки и «бородки».
Несмотря на обилие и разнообразие форм новообразований, полевое ихопределение в подавляющем большинстве случаев не очень сложно. Знание процессовпочвообразования и характерных новообразований для разных зональных условий иразных типов почв позволяет избегать многих ошибок. Кроме того, всеновообразования углекислого кальция (карбонаты) легко распознаются по реакциина соляную кислоту. Что же касается множества названий, употребляемых дляопределения разных форм новообразований, то в случае затруднений следует своимисловами описать размеры, форму, плотность, цвет новообразований, не давая имсобственного названия.
Включения — валуны, гравий, галька, кости, черепки, кирпичи и т.д. — предметы, встречающиеся в почве, но не связанные непосредственно спочвообразованием. Наличию в почве каменистого материала приходится уделятьспециальное внимание: в горных условиях, а часто и на равнине (в моренныхобластях, на зандровых равнинах, в местах выходов на поверхность или близкогозалегания скальных или полускальных пород).
При визуальном определении степени насыщенности почвыкамнем можно принять следующие градации каменистости почв: 5-10% — слабокаменистые,10 — 20% — среднекаменистые, 20- 40 % — сильнокаменистые, более40 % — очень сильнокаменистые.
Для более точного определения каменистости выбирают учетные площадкиразмером 1 — 4 м2, на которых в 30-сантиметровом слое почвыопределяют объем каменных включений (не менее 5 см в диаметре).
Следует также указывать размеры каменных включений и их состав.
Корневую систему и формы жизнедеятельности организмов (ходычервей и их выбросы — капролиты, ходы грызунов — кротовиныидр.) тоже можно рассматривать как включения. Их можно описывать как в каждомгоризонте, так и в конце всего описания, но обязательно с указанием, где наблюдаетсянаибольшее сосредоточение корней, кротовин, капролитов и пр. Приландшафтно-геохимических исследованиях важно определить хотя бы ориентировочнопроцент корней, содержащихся в каждом горизонте от общего их объема. Например,объем корней в горизонтах: А1 — 50 %, В — 30 %, С — 20 %, что всумме составляет 100 %.
Мерзлота может быть явлением сезонным либо постоянным. Наличие и формыпроявления мерзлоты указывают в бланке наряду с другими признаками почвенныхгоризонтов.
Описание каждого горизонта почвенного профиля заканчивается указаниемчеткости и формы его границы с нижележащим горизонтом. По степенивыраженности границы можно подразделить на: резкие — измененияпроисходят в слое менее 5 мм, четкие — в слое 5 — 25 мм, ясные — вслое 25 — 60 мм, постепенные — в слое 60-130 мм, расплывчатые(диффузные) — изменения происходят в слое более 130 мм. Можно принять иболее простую шкалу, переход: резкий — 2 — 3 см, ясный — 3 — 5 см, постепенный — более 5 см.
По форме границы могут быть сглаженные (с небольшими неровностями),волнистые (граничная поверхность имеет широкие при их небольшой глубинеотносительно правильные «карманы»), неровные (граничная поверхностьимеет «карманы», глубина которых превышает ширину), разорванные (прерывистыеграницы). Могут встретиться границы мелкоязыковатые и языковатые, прикоторых языки вышележащего горизонта (часто А2) могут разрыватьграницы нескольких горизонтов, проникая далеко в глубь почвенного профиля.Такие явления необходимо также фиксировать с указанием размеров языков.
Все перечисленные свойства почв, определяемые в поле визуально,дают подробную характеристику, позволяющую по сочетанию генетических горизонтови степени их развитости назвать почву.
Полное название должно включать наименование типа и подтипа почвы;разновидность механического состава по верхнему горизонту; составпочвообразующей и подстилающей породы в случае близкого ее залегания к поверхности.Например: почва дерново-среднеподзолистая супесчаная на флювиогляциальныхпесках, подстилаемых моренным суглинком. При почвенной съемке профиль почвысчитается двучленным, когда подстилающая порода залегает на глубине до 1 м отповерхности. В ландшафтных исследованиях подстилание, по возможности, указываюти при более глубоком залегании другой породы (примерно до 1,5 м), так как и притакой глубине смена пород оказывает существенное влияние на процесспочвообразования и на весь природный комплекс.
На карту также наносят индекс почвы по принятой системе. Например,индекс Пд2сс/ПС150… означает, что этодерново-среднеподзолистая среднесуглинистая почва на покровных суглинкахглубина шурфа 150 см. В случае подстилания мореной индекс может получитьследующий вид: Пд2сс/ПС120+ Мсугл150...,т.е. дерново-среднеподзолистая среднесуглинистая почва на покровных суглинках,подстилаемых с глубины 120 см моренным суглинком. Многоточие после цифрыглубины ставят тогда, когда порода не пройдена до ее нижней границы. Можетвстретиться и трехчленный и еще более сложный почвенный профиль.
При частом чередовании слоев (например, песков, супесей,суглинков) допустимо выделение всей пачки слоев в один почвенный горизонт, еслипо другим признакам (гумусированности, ожелезнению и т.д.) он не делится начасти. Такая ситуация часто встречается в поймах рек, где могут быть широкораспространены пойменные слоистые легкосуглинистые глееватые почвы на слоистомсупесчано-суглинистом аллювии. Почвенный индекс при этом может иметь такой вид:Адсл г1 лс/Асуглпесч 100...
В завершение описания необходимо дать краткое, но в то же времяполное название фации, а также отметить современные природные процессы и ихинтенсивность; влияние смежных ПТК; выраженность границ фации и ее дешифровочныепризнаки; место фации в структуре урочища (подурочища); антропогенное влияниена свойства фации. Если в подготовленных бланках таких граф не окажется, то всеэто следует записать в дневнике.
Выше отмечалась краткость описаний на картировочных точках и говорилосьо том, что вместо шурфов там делают неглубокие прикопки. Но даже они далеко невсегда обязательны, если умело пользоваться методами ландшафтной индикации.Работая в том или ином регионе, мы должны всякий раз особое внимание уделятьтесноте взаимосвязей между почвой и растительностью, растительностью и уровнемзалегания грунтовых вод, выходом на поверхность карбонатных пород или засоленныхгрунтов и т.д. Тогда по растительным сообществам зачастую можно будет увереннопредположить наличие на точке наблюдения определенной почвы, не тратя времени исил на рытье шурфов и подробное описание почвенного профиля. Наиболее интересныв этом отношении публикации С.В. Викторова.
Аэрофотоснимки также помогают выявлению сходных или отличных другот друга ПТК и их особенностей. Например, на них легко различимы луговая поймаи покрытая сосновым лесом надпойменная терраса. Если же нет сосны, то по тому,как меняется общий фототон и его структура и как грунтовая дорога сильноосветленного тона разветвляется, можно заключить, что в этом месте уже непойма, а песчаная надпойменная терраса. Ландшафтному дешифрированию принадлежитособая роль. И аэрофотоснимки необходимы на всех этапах исследования — и вовремя подготовительного периода, и в поле, и при камеральной обработке материалов. 3.7 Прочие дополнительные наблюдения Геологические наблюдения
производятся в основном на специализированных точках — естественныхобнажениях (по крутым берегам долин рек и ручьев, в оврагах и реже в балках)либо в антропогенных комплексах (карьерах, свежевырытых канавах и ямах, вырытыхдля трубопроводов, силосования, закладки фундаментов зданий и других целей).Назначение геологических наблюдений — ознакомление с конкретной геологическойобстановкой в дополнение к сведениям, почерпнутым из литературных и фондовыхисточников. Производят описание выходов пород, их состава и условий залегания,делают зарисовки на левой стороне листов полевого дневника и фотографирование.Самостоятельного значения эти наблюдения, как правило, не имеют, но какдополнение к уже имеющимся геологическим данным их используют постоянно.
Описание обнажений, сложенных рыхлыми и (или) плотными не метаморфизированнымипородами, начинается с тщательной его зачистки лопатой и (или) ножом (чемудобнее). Если обнажение больших размеров и частично заросло или покрытоосыпями, приходится делать расчистку в нескольких местах, передвигаясь сверхувниз и в ту или другую сторону, одновременно следя за тем, чтобы каждаянижележащая расчистка в своей верхней части повторяла (хотя бы частично) нижнийгоризонт вышележащей расчистки. Если это не удается, то в зарисовке разреза«неопознанные горизонты» оговаривают особо с указанием причины разрывапоследовательного описания горизонтов. Описание, как правило, производят сверхувниз. Для каждого горизонта записывают: его мощность в метрах или сантиметрах,измеряемую (по вертикали) обычным швейным сантиметром либо рулеткой или рейкой;название породы и ее характеристику (цвет, структуру, плотность, пористость,трещиноватость, наличие и обилие, а также характер распространения включенийдругих пород); характер границы или постепенного перехода. А.И.Спиридоноврекомендует сделать также плановую зарисовку (или фотографирование) обнажения.Разумеется, если в обнажении встретились неопознанные породы, то следует взятьсмотровые образцы для консультации со сведущими специалистами непосредственно врайоне полевых работ или же по возвращении с поля.
Следует также отметить, что выходы коренных пород или их элювиямогут встретиться и на междуречных пространствах, нередко на пахотных землях.Их тоже нужно обязательно показывать на полевой карте и фиксировать в дневнике.Непосредственная близость к дневной поверхности или выход на нее коренных породможет существенно изменить геохимическую обстановку, а вслед за этим процессыпочвообразования и характер естественной растительности или агрофитоценозов. Специальные геоморфологические наблюдения
также необходимы в комплексных физико-географических исследованияхи ландшафтном картографировании. Как и геологические, их нередко проводят всамом начале полевых работ, в процессе рекогносцировки, но могут осуществлять ипозже. Более раннее изучение форм рельефа и геологического строения территориицелесообразно потому, что именно литогенная основа является главным факторомперераспределения тепла и влаги, что, в свою очередь, в большой степени влияетна биокомпоненты и, в конечном счете, на формирование природных территориальныхкомплексов.
Геоморфологические наблюдения нацелены на первичное ознакомление вполе с основными формами рельефа разного генезиса, рассмотренными ранее вподготовительный период по имеющимся текстовым характеристикам и картам. Вдневнике записывают общий вид тех или иных форм рельефа, параметры размеров,характер и крутизну склонов, по возможности, и состав слагающих их пород илисостав пород, в которых образовались исследуемые формы (для отрицательных формрельефа). А.И. Спиридонов рекомендует наряду с фотографированием делатьконтурные и штриховые зарисовки, которые могут достаточно выразительно и полноизобразить рельеф: характер его эрозионного расчленения, форму склонов,террасированность поверхности и другие особенности. Он советует одну и ту жетерриторию фотографировать в разных планах (общем, среднем и крупном), а такжес разных сторон для более полной передачи характерных особенностей рельефа.Применение широкоугольных объективов и телеобъективов дает возможностьзапечатлеть обширную местность в довольно мелком масштабе или же небольшойучасток крупным планом. В настоящее время большую популярность приобрелицифровые фотокамеры, имеющие большие преимущества по сравнению с обычнымифотоаппаратами. Микроклиматические наблюдения Микроклиматические наблюдения наиболее интересны по профилю — ландшафтной катене. Приэтом основной их принцип — единовременность определения метеорологическихэлементов на разных точках, расположенных в различных физико-географическихусловиях. Это практикуется чаще на стационарах (требуется много приборов илюдей одновременно), но иногда и в экспедиционных условиях.
На стационарах удобно вести срочные наблюдения, непрерывнуюзапись, а также вертикальный срез метеохарактеристик: профиль скорости ветра,профиль температуры, влажности и т.д. над каждой точкой в приземном слоевоздуха.
Полученные данные можно с известной уверенностью распространять назначительную площадь, обладающую аналогичными физико-географическими условиями. Гидрологические наблюдения Гидрологические наблюдения в полевой период комплексных физико-географическихисследований производят на малых естественных гидрологических объектах и наколодцах. Большие реки и озера, как правило, хорошо изучены регулярными наблюдениямигидрометеослужбы, и разрозненные замеры случайного сезона мало что могутприбавить к тем систематическим характеристикам, которые уже имеются по этимобъектам. К тому же исследования на них слишком специальны и не могутпроизводиться одновременно с комплексным физико-географическим изучениемтерритории, а требуют особой программы, других видов снаряжения, оборудования исредств передвижения.
В то же время наблюдения над малыми объектами почти всегда даютмного нового материала, нигде еще не зарегистрированного, или, может быть,повторяют такие же кратковременные и редкие наблюдения гидрометслужбы и темсамым дают более надежную характеристику объекта. Для родников записываютусловия выхода вод на поверхность, породу водоносного и нижележащеговодоупорного горизонтов, замеряют расход воды. В ручьях и небольших речкахзамеряют скорость течения и расход, записывают сведения о ширине и глубиневодотоков, отмечают следы подъема вод в половодье, характер донных наносов,наличие и видовой состав водных растений.
Для озер описывают форму и глубину, а также донные отложения ирастительность.
Во всех случаях фиксируют цвет, запах, мутность, вкусовыекачества воды. Разумеется, что водный объект нельзя «вынимать» изокружения, поэтому его характеристику дополняют краткими сведениями о берегах иприлегающей территории, а также о прямом или косвенном антропогенном воздействии.
Внимательному изучению подвергаются колодцы. В них замеряютглубину зеркала воды и дна колодца, определяют качество воды. В отдельныхслучаях производят пробную откачку для замера дебита. Работа над колодцем,более чем всякая другая, может вызвать недовольство местных жителей. Поэтомунеобходимо получить на нее разрешение владельца или органа общественной власти.
В зависимости от масштаба работ и программы экспедиции водныеисточники обследуют сплошь по всей территории (крупный масштаб, мелиоративнаяориентация работ) или же выборочно, в наиболее типичных местах. Записипроизводят в дневниках или специальных бланках, журналах.
Зоогеографические наблюдения
могут являться частью комплексных физико-географических исследований,но они также очень специфичны по своей методике, требуют особой подготовки,почему и проводятся обычно не попутно, а специально. Однако пренебрегатьпопутными зоогеографическими наблюдениями все же не следует. Рекомендуетсяотмечать не только животных, птиц и других представителей фауны, встреченных наточках описания или по маршруту, но и следы их пребывания. Например, помет лосяили следы его кормежки (обглоданные стволы и ветки осины и других деревьев),пятна разрытой кабанами земли, выбросы крота, гнезда птиц и т.д. Дендрохронологические исследования
В настоящее время появилось достаточно много работ, освещающихиспользование дендро-хронологического метода в комплексныхфизико-географических исследованиях. Этот метод незаменим при исследованиипространственно-временной изменчивости функционирования геосистем и выявленииприродных и антропогенных факторов такой изменчивости. Поэтому наряду страдиционными разделами дендрохронологии — дендроклиматологней,дендрогидрологней, дендрогляциологией, дендроархеологией и т.д. — можноговорить о становлении нового направления — дендроландшафтологии, илиландшафтной дендрохронологии (термин Ю.Г. Пузаченко).
Базовые методологические принципы дендрохронологических исследованийбыли сформулированы X. Фриттсом. Первым из них является принцип лимитирующегофактора. На рост растения наибольшее влияние оказывает тот фактор среды,который является наиболее ограниченным или недостаточным, т. е. находится вминимуме. Например, если таким фактором является годовое количество осадков, товеличина радиального прироста древесины в наибольшей степени будет зависеть отколичества осадков, выпавших за исследуемый год. Данный принцип являетсячастным проявлением известного закона фактор-минимума К. Либиха.
Следующий принцип — принцип совместного действия факторов ростадерева. Очевидно, что каждая серия приростов древесины является совокупным«продуктом» действия различных факторов среды как природных, так иантропогенных, которые постоянно воздействуют на прирост. Например, прирост (R) за один год (t) является функциейсовокупного действия следующих факторов:
нормального годового прироста соответствующего возрасту дерева (А);в благоприятных условиях приросты в молодом растении незначительны, ноувеличиваются с годами, достигая максимума и оставаясь большими в течение всегопериода приспевания; в спелом состоянии прирост уже несколько ослаблен, а вперестойном существенно снижен;
гидроклиматических факторов, влияющих на прирост в течение данногогода (С);
проявления возмущающих факторов внутри лесного сообщества,например вспышки размножения насекомых-вредителей, вызывающей снижение приростов(D1);
проявления внешних для лесного сообщества возмущающих факторов,например вырубки, ветровала (D2);
случайного процесса (Е), не входящего в перечисленные.
Суммируя все факторы, получим уравнение
Rt= Аt+ Сt+ δD1 + δD2 + Еt,
где δ перед D1 и D2обозначает отсутствие (0)или наличие (1) возмущающего сигнала. Таким образом, если необходимо усилитьсигнал одного из факторов среды, влияние других факторов должно быть ослаблено.Например, при изучении воздействия на прирост климатических факторов намнеобходимо избавиться от влияния фактора возраста, а также внутренних и внешнихдля данного дерева и сообщества возмущающих процессов. Такая процедура носитназвание стандартизации. Устранение посторонних факторов производитсяразличными статистическими методами, для чего разработаны специальныекомпьютерные программы, например ARSTAN.
Принцип экологической амплитуды. Этим принципомопределено, что растения бывают наиболее чувствительны к факторам окружающейсреды на широтных и высотных границах ареалов их распространения. Этим необходиморуководствоваться при отборе образцов, особенно для видов с широкойэкологической амплитудой.
В соответствии с принципом выбора местообитания для отбораобразцов необходимо выбирать такие фации, в которых прирост древесины наиболеечувствителен именно к тому фактору, который будет изучаться. Из этого следует,что для изучения повторяемости засух образцы для датировки следует отбирать врайонах с недостаточным увлажнением.
Принцип перекрестного датирования. Данный принцип позволяет,сопоставляя серии приростов нескольких образцов, выявить одинаковые серии,относящиеся к одному и тому же времени. Например, год постройки деревянногостроения можно определить, сопоставляя серии приростов образцов древесины,взятых из этого строения, с сериями приростов живых деревьев. Перекрестно датируяживую, умершую и погребенную древесину, отобранную в одном районе, можнопостроить довольно продолжительные региональные дендрошкалы. В настоящее времяв мире построено несколько абсолютных непрерывных хронологий до 10 — 12 тыс.лет.
В неблагоприятных местообитаниях часто наблюдается выпадениегодичных колец, т.е. прирост древесины отсутствует в пределах отдельной частиили всей окружности ствола. Поздние и ранние заморозки, временные засухи идругие условия, сопровождающиеся последующим возобновлением прироста, частоприводят к образованию множественных колец, состоящих из нескольких «ложных». Спомощью перекрестного датирования образцов, взятых из разных деревьев, но водном местообитании, мы можем выявить такие кольца и избежать ошибки. Для этоготакже разработаны специальные компьютерные программы, например COFECHA.
Принцип массовости заключается в том, что чем больше образцов взятос одного конкретного дерева и с большего количества деревьев в пределахместообитания, тем более точными с точки зрения статистики будут полученныеданные. С.Г. Шиятов, Е.А. Ваганов и др. рекомендуют отбирать образцы с 15 — 30деревьев в пределах одного местообитания (в экстремальных условиях ростадостаточно 10 — 15), а с каждого дерева — по двум радиусам. Опыт показывает,что в пределах многих фаций, особенно болотных, количество деревьев можетсоставлять всего 3 — 5 единиц. В таких случаях отбирают керны из всехсуществующих деревьев.
Ландшафтно-дендрохронологическое исследование делится на пятьэтапов.
На первом этапе важно четко определить основные цели и задачибудущего исследования: какие факторы, влияющие на прирост деревьев, необходимовыявить в первую очередь, какова должна быть продолжительность хронологии ит.д. Полевые работы при ландшафтно-дендрохронологических исследованиях могутвыполняться самостоятельно, а могут выступать как одно из направлений прикомплексных физико-географических исследованиях.
Второй этап — выбор места отбора образцов и определение породыдеревьев. В зависимости от поставленной задачи выбирают пробные площади. Онимогут быть привязаны к доминирующим фациям разных ландшафтов, чтобы пополученным результатам можно было выявить синхронность (или асинхронность)колебаний прироста древесины в изучаемых ландшафтах в зависимости от общихизменений климатических условий. Очень часто пробные площади располагают полинии профиля, особенно когда основyая цель — выявление реакции древостоя наколебание уровня грунтовых вод (подтапливание или осушение) и местных илимикроклиматических условий под воздействием геотехнических систем (водохранилищили осушительных каналов). При выборе площадей необходимо руководствоватьсяпринципом лимитирующего фактора, принципом экологической амплитуды и принципомвыбора местообитания.
Выбор породы деревьев — также очень важный момент, поскольку породыразличаются между собой продолжительностью жизни, плотностью древесины,выраженностью годичных колец. Чаще всего для изучения временных измененийприроста древесины на территории Восточно-Европейской равнины используют хвойныевиды: сосну обыкновенную (PinussylvestrisL.), ель европейскую, илиобыкновенную (Piceaabies(L.) Karst.), ель сибирскую (PiceaobovataLedeb.), лиственницу сибирскую(LarixsibiricaLedeb.) и европейскую, илиопадающую (L. deciduaMill.), пихту сибирскую (AbiessibiricaLedeb.). Их древесина обладаетневысокой плотностью, а границы колец видны хорошо. В горных районах это могутбыть сосна горная (Pinusmontana(L.) Mill.), стланиковые древесныепороды. Возможно использование дуба, ясеня, в меньшей степени березы, чернойольхи, осины (в связи с затрудненностью прослеживания и измерения годичных колец).
На третьем этапе осуществляют отбор образцов — кернов. Керны(цилиндрики древесины) для дендрохронологического анализа берутся возрастнымбуром Пресслера. Для хвойных и лиственных пород применяют разные буры,отличающиеся маркой стали. Кроме того, буры различаются по диаметру и длине;сейчас наиболее распространенными являются буры диаметром 5 и 12 мм и длиной20, 25, 30, 40, 45, 50, 60 и 75 см. Если радиус дерева очень большой, тосначала берут керн буром длиной до 40 см, а затем в это же отверстие вставляютболее длинный бур. Керны берутся на высоте 1,0-1,3 м от земли. Сверлениепроизводится строго перпендикулярно к продольной оси дерева и так, чтобы бурпрошел через сердцевину или вблизи нее. Не рекомендуется брать керны с деревьевбольных, поврежденных или гнилых, за исключением тех случаев, когда выясняютвлияние вредителей, заболеваний, механических травм, пожаров и т.п. на приростдревесины. Количество образцов, взятых с одного местообитания и из каждогодерева, устанавливают принципом массовости. Необходимо отметить, что для каждойфации, в которой производится отбор образцов приландшафтно-дендрохронологическом исследовании, обязательно выполняется комплексноефизико-географическое описание.
Керны очень хрупки, поэтому для их хранения и транспортировкисуществуют различные приспособления. Из бумаги или полиэтилена изготавливаютспециальные контейнеры, внутренний диаметр которых на 2 — 3 мм больше диаметраобразца, затем их помещают в картонные коробки. Можно использоватьфотографические кюветы, вставленные одна в другую, с днищами, покрытыми тонкимслоем пластилина.
В некоторых случаях, когда из-за трещин и гнилей невозможно отобратькерны (сухостой, валеж, полуископаемая, строительная древесина), приходитсябрать поперечные спилы деревьев. Раньше спилы отбирались и со здоровыхдеревьев, однако в настоящее время это практикуется крайне редко. Кроме того,наиболее старые одиночные деревья и лесные насаждения в европейской частистраны, как правило, находятся под особой охраной.
На четвертом этапе производят первичную обработку данных: измерениеширины годичных колец, верификацию измерений методом перекрестного датирования(устранение ложных и фиксация выпавших колец), а также стандартизацию хронологии,т.е. устранение посторонних факторов (главным образом фактора возраста дерева).В результате получают не абсолютные значения, а так называемые индексыприростов, которые анализируют на заключительном этапе.
Для подсчета ширины годичных колец существуют специальносконструированные полуавтоматические комплексы, включающие бинокулярныймикроскоп, двигающийся столик с подключенным к нему приспособлением,преобразующим электронный сигнал в цифровой, прерыватель сигнала и компьютер соспециальным программным обеспечением. Чтобы измерить ширину кольца,предварительно отшлифованный наждачной бумагой керн или спил закрепляют настолике. Вертикальную линию измерительной линейки микроскопа совмещают сграницей первого кольца, делают отметку, а затем перемещают столик с образцомдревесины до границы следующего кольца и снова делают отметку. Данныеавтоматически заносятся в компьютер. Точность измерений составляет от 0,01 до0,05 мм. Соответствующее программное обеспечение не только принимает измеренияот столика, но позволяет сразу провести первичную обработку и получить индексыприростов. Однако такая аппаратура стоит очень дорого и имеется пока не во всехнаучных учреждениях.
В обычной практике отшлифованные керны сканируют сканером с разрешениемне менее 600 dpi. Изображение можно корректировать, изменяя яркость, контрастностьи другие параметры, чтобы границы колец были максимально различимы. С помощьюспециальных программ исследователь обозначает эти границы «мышью», а ширинаколец (расстояние между отметками) рассчитывается уже автоматически. Данныепредставляют в виде колонки с абсолютными значениями приростов. Верификацию истандартизацию хронологий проводят специальными компьютерными программами, напримеруже упомянутыми COFECHA и ARSTAN. Эти две программы предоставляются бесплатно через сеть Интернет.
Существуют и еще нередко применяются простейшие методы подсчета иизмерения ширины годичных колец по кернам с помощью бинокулярной лупы(микроскопа) МБС-1 с 16- или 8-кратным увеличением, позволяющим достигнутьточности 0,05 — 0,1 мм. Этот метод достаточно трудоемкий, поскольку полученныеданные вводят в компьютер вручную, однако его можно применять и в полевыхусловиях для получения предварительных результатов.
На последнем, пятом, этапе производится статистическая обработкаполученных индексов прироста. Выбор методов и способ представленияокончательных результатов зависит от поставленных на первом этапе целей изадач. Как правило, для сравнения хронологий между собой вычисляют коэффициентыкорреляции, ковариации, синхронности и чувствительности. Применяют такжекластерный, регрессионный и другие виды анализа. По материаламфизико-географических описаний, а также используя метеоданные, производятфакторный анализ, позволяющий выявить факторы динамики приростов.
Результаты исследования представляют в виде графиков хронологий — кривых прироста. Строят как индивидуальные, так и сводные кривые, которыеполучают путем осреднения данных по фациям и урочищам. Хронологии для ПТК рангаместности и ландшафта строят на базе хронологий доминирующих фаций. Для каждоговида деревьев строят отдельные кривые приростов.
В отчет о ландшафтно-дендрохронологических исследованиях включаюттакже данные статистического анализа (таблицы, графики, дендрограммы и т.д.).Точки отбора образцов целесообразно нанести на ландшафтный профиль илиландшафтную карту. На карту могут быть нанесены и результаты исследований ввиде изолиний одинакового прироста за определенный период (изоэпидоз).
Наблюдения на точках дают фактический материал, по мере накоплениякоторого у исследователя складывается представление об основных взаимосвязяхмежду отдельными компонентами природы и между разными ПТК, а также об условияххозяйственного использования территории.
Маршрутные наблюдения между точками комплексных описаний дополняютпоследние и фиксируются в дневнике. По своему содержанию и объему они могутбыть очень различными в зависимости от масштаба и целевого назначенияисследований. При крупном масштабе точки комплексного описания зачастую закладываютсяв соседних комплексах. По маршруту отмечают те небольшие изменения, которые удаетсязаметить по сравнению с уже описанной точкой, размеры и конфигурацию ПТК, характерперехода к другому комплексу. Если маршрут проходит через природные территориальныекомплексы, в которых не запланировано комплексное описание точек вследствиетого, что аналогичные комплексы уже были описаны ранее, то по маршруту делаюткраткую дневниковую запись вновь встреченных ПТК с элементами сравнения с ужеописанными.
Средний и мелкий масштабы работ характеризуются «разбросанностью»точек, значительными расстояниями между ними, поэтому роль маршрутныхнаблюдений усиливается. Большое внимание уделяется морфологической структуреприродных территориальных комплексов, активным ландшафтообразующим процессам,характеру хозяйственного использования и антропогенным изменениям природныхкомплексов. 3.8 Сбор образцов и других натурных экспонатов
Сбор образцов в поле не может носить случайный характер, так каккаждый образец должен быть документирован (снабжен этикеткой и записан в бланкили дневник), тщательно упакован, транспортирован, а это требует и времени, исредств. Поэтому надо всегда определять заранее, для чего и сколько будетсобрано образцов и экспонатов.Гербарий и образцы растений.
Если отряд не имеет особого задания по сбору гербария для музея,кабинета, лаборатории, то по ходу самих комплексных физико-географическихисследований в гербарий берут лишь те виды растений, которые требуют определения.Каждый вид собирают в нескольких экземплярах (не менее трех) и укладывают впапку, в стандартные листы бумаги (30 — 40 см). На этикетке записывают название экспедиции, номер точки, условия местообитания, дату сбора и фамилиюсобравшего. Сушку производят в туго перевязанных гербарных сетках, подвешенныхна воздухе в тени. В первое время ежедневно меняют не только прокладки, но исами «рубашки», в которых лежат растения (обычно это сдвоенные листы склапаном). Позже, когда растения уже существенно подсохнут, можно ограничитьсясменой только прокладок. Впрочем, процесс сушки зависит от того, какие растениязасушивают. Злаки, как правило, высыхают быстро, не доставляя хлопот, а какие-нибудьсуккуленты будут мокнуть, чернеть, плесневеть и т.д., и избежать этого оченьтрудно.
При сборе растений в гербарий следует соблюдать общепринятые правила:каждое растение берут целиком, включая верхнюю часть корневой системы; еслирастение слишком крупное, то в гербарий закладывают его отдельные характерныечасти. По возможности в гербарий должны попасть и цветы, и семена (плоды) илихотя бы что-то одно.
Собранные растения сохраняют под условными названиями до полногоих определения. Если можно надеяться определить некоторые растения самим спомощью определителя или агронома, то вместо гербария можно принести на базуобразцы в букете, поместив его в полиэтиленовый пакет, чтобы растения неслишком завяли.
Растения и растительные остатки могут быть собраны и для другихцелей. Так, на опорных точках могут браться образцы для сопряженных геохимическиханализов, могут понадобиться спилы и керны деревьев для дендрохронологическихисследований. Для таких сборов необходимо ознакомиться со специальными методиками.
Почвенные образцы, как правило, собирают в значительном количестве.При крупномасштабных исследованиях, ориентированных на оценку сельскохозяйственныхземель, количество образцов, подлежащих различным видам анализов, определяетсяинструкцией почвенной съемки. В других случаях образцы могут быть собраны вином объеме, предусмотренном программой работ. Часть образцов берется толькодля повторного просмотра на базе (смотровые образцы). Они могут иметьпроизвольные размеры и упаковку, сокращенную документацию. Образцы же,предназначенные для анализов, должны быть весьма тщательно документированы,высушены и упакованы.
Почвенные образцы берут из каждого генетического горизонта, но нереже, чем через 50 см. В случае большой мощности горизонта из него берутдва-три образца. Образец вырезают ножом, а если почва рыхлая, то его насыпают вспециальные мешочки или заворачивают в крафтовую бумагу. По вертикали образецне должен быть более 10 см. Исключение делается только для пахотного горизонта,который берется на всю его мощность. В бланке записывают номер образца иглубину от поверхности его верхней и нижней границы, например: 1) 0 — 22; 2) 25- 30; 3) 35 — 45 и т.д. Размеры (вес) образца зависят от того, для какиханализов он предназначен. Если это генетические образцы, которые будутподвергнуты довольно полному анализу, то их размеры должны быть не менее 1 дм3.Если же это массовые агрохимические образцы, взятые на гумус, кислотность,азот, фосфор, калий из одного или двух верхних горизонтов, то их объем можетбыть в два раза меньшим.
В этикетке записывают название экспедиции, номер точки, мощностьгоризонта и глубину взятия образца (в виде дроби), дату, фамилию собравшего.Этикетку заполняют простым карандашом, свертывают внутрь написанным и кладуттак, чтобы она минимально пострадала при перевозке. Если образец упаковывают вбумагу (обычно в крафтовую), то этикетку заворачивают в угол листа илизакладывают иначе, но так, чтобы она не соприкасалась непосредственно собразцом. В мешочках этого избежать не удается.
Геологические сборы тоже должны иметь определенную цель. Образцымогут брать для уточнения (или определения) состава, генезиса, возраста пород,для сопряженных геохимических анализов. Часть сборов может иметь временныйхарактер (для повторного просмотра). Образцы для анализов тщательнодокументируют и упаковывают.
Археологические или единичные интересные фаунистическиенаходки также следует документировать и транспортировать на местокамеральных работ для передачи заинтересованным организациям и лицам. Если жешурф попал на древнюю стоянку или захоронение, то раскопку вести нельзя, анужно сообщить о находке археологам.
Палеогеографические образцы собирают в том случае, если обследуемоеобнажение или разрез представляют особый интерес для установления стратиграфииотложений и палеогеографии четвертичного периода (ископаемые торфяники, озерныеотложения). Здесь своя методика взятия образцов, с которой надо ознакомиться.Основное же правило состоит в том, чтобы брать в качестве образца как можноболее тонкий слой породы (чтобы не захватить в один образец разновозрастныегоризонты). Очень велика также требовательность к чистоте образца (для упаковкииспользуют пергамент или кальку). Большая частота взятия образцов по обнажению— также необходимое условие их полноценности. Размеры образцов могут быть оченьнебольшими.
Образцы воды берут для сопряженных геохимических анализов либо просто дляхарактеристики вод территории. Нередко пользуются стеклянными бутылками объемом0,5 л. На каждой точке обычно берут 2 л, т.е. четыре бутылки. Тщательно вымытыебутылки в последний раз ополаскивают водой из того источника, откуда будетвзята проба, заливают доверху и закрывают резиновой соской. К горлышкупривязывают этикетку. Транспортируют бутылки в обычных деревянных или металлическихящиках с ячейками. В последнее время стали широко применять полиэтиленовыеканистры и фляги. Для некоторых видов анализов требуется особая консервацияводы, а иногда и больший объем проб.
Образцы для сопряженных геохимических анализов (почв, пород, растений,вод) берут, как правило, не на одной точке, а на нескольких, по катене — отэлювиальных фаций до супераквальных.
Образцы почв, в отличие от описанного выше способа, применяемого вландшафтном профилировании и картографировании, для ландшафтно-геохимическиханализов берут не из средней части генетического горизонта, а по всей егомощности. Рекомендуется бороздчатый способ, при котором каждый образецвыскребается или вырезается ножом от верхней границы горизонта до нижней. Чемменьше мощность горизонта, тем шире и глубже должна быть борозда, чтобы общаямасса образца достигала 0,5 кг. При очень малой мощности горизонта бороздывообще не получается, приходится выбирать почву ножом по всей ширине лицевойстенки, строго следя за тем, чтобы не захватить лишнего материала из смежныхгоризонтов.
От образца, предназначенного для различных видов анализов (механического,минералогического, валового химического и др.), отбирают среднюю пробу в 50 гдля спектрального полуколичественного анализа. Отдельно отбираютновообразования, по возможности в таком количестве, чтобы можно было сделатьшлифы для изучения минералогического состава, а также произвести валовой испектральный анализы.
Если в программе работ предусмотрен микроморфологический анализ,то для него берут образцы с ненарушенной структурой. Это должны бытьмикромонолиты, помещенные в маленькие коробочки. После просушки образцасвободное пространство в коробочке закладывают ватой или бумагой для сохраненияструктуры почвы при транспортировке.
Для каждого почвенного горизонта рекомендуется определить объемныйвес и полевую влажность почвы. Знание объемного веса необходимо при последующихпересчетах данных химических анализов из весовых процентов в объемные и дляполучения величин общего объема отдельных элементов в ярусах природногокомплекса. Определение объемного веса и полевой влажности позволяет такжерассчитать соотношение твердой, жидкой и газообразной фаз в профиле изучаемой фации.
Образцы растений берут таким образом, чтобы сухая масса составлялане менее 300 г. Наиболее сложен отбор проб древесной растительности. Необходимоотдельно отбирать листья или хвою, тонкие ветви до 1 см в диаметре, болеетолстые ветви, кору на высоте около 1 м от земли, корни (отдельно тонкие — до 1см в диаметре и толстые), шишки, желуди, сережки, образцы древесины ствола.Последние берут из модельных деревьев. Из каждого отрезка ствола отпиливают дляанализов пластинку толщиной 1 — 2 см, массой 1,5 — 2 кг. Она же служит длявыявления процесса роста дерева (по годовым кольцам). Образцы кустарников берутпо тому же принципу, что и древесных пород.
Для определения аналитических данных смешанного травяного покроваможно использовать укосы пробных площадок. Помимо этого представляет интересвзятие проб отдельных видов растений, особенно доминантов. Из более редкихрастений предпочтение отдается тем, у которых развита глубокая корневаясистема. При этом у кустарничков и полукустарничков с одревесневшими стеблямистебли берут отдельно от листьев.
Корни лучше собирать после срезания надземной массы растений. Ихосторожно подкапывают и вытаскивают, несколько раз (по мере сушки) отряхиваютот земли, чистят мягкой щеткой, но не моют, чтобы избежать выщелачивания частивеществ. Толстые и тонкие корни, как отмечалось, берут отдельно. Все образцыэтикетируют, сушат, затем измельчают ножницами или руками.
Пробы воды берут из шурфа, а также из родника, ручья, реки, озера,расположенных в нижней части изучаемой катены.
Донные отложения и образцы водных растений (и животных) отбираютпосле комплексного описания водоема (с профильной зарисовкой). Их быстропросушивают, чтобы остановить микробиологические процессы, могущие повлиять нарезультаты анализов.
Фотографии, сделанные в поле, могут служить дополнительным документальнымфактическим материалом. Основное требование при этом — точная привязка идатировка кадров (где и когда сделан снимок). Эти сведения обычно записывают вдневнике вместе с замечаниями о содержании кадра.
Возможности получения точной документальной информации с помощьюфотографий непрерывно возрастают вместе с развитием техники фотографирования(различные системы фотоаппаратов, широкоугольные объективы, телеобъективы,насадочные кольца для макросъемок, цветная фотография, приспособления для получениямоментального фотоизображения и т.д.). Применяются также кино- и видеосъемка. 3.9 Ландшафтное профилирование
Ландшафтное профилирование — один из основных методов комплексныхфизико-географических исследований. На комплексных профилях особенно ярко выявляютсяландшафтные катены — ряды сопряженных фаций и урочищ, составляющихморфологическую структуру ландшафтов, определяются доминирующие, субдоминантныеи дополняющие урочища и их приуроченность к формам рельефа, литологии, уровнюзалегания грунтовых вод и т.д. По конкретным наблюдениям на профиле возможновыявить закономерности, присущие более крупным ПТК.
Составление комплексных физико-географических профилей, изучениена их примере сложных и многосторонних взаимосвязей в природе, истории развитияи современной динамики ПТК может явиться либо самостоятельной задачей, либовспомогательным этапом работ в целях ландшафтного картографирования илифизико-географического районирования.
Выбор линии профиля производят так, чтобы профиль пересек все наиболеехарактерные для исследуемой территории формы рельефа, отразил разнообразиегеологического строения и современного растительного покрова.
Наиболее типичное заложение профиля, по М.А. Глазовской, — отместного водораздела к водоприемнику (ручью, речке, озеру). М.А. Глазовскаярекомендует закладывать необходимый и достаточный минимум точек, где помимокомплексных описаний отбирают образцы для сопряженного геохимического анализа.Такие точки необходимо разместить в элювиальных условиях — одну при хорошейдренированности междуречной поверхности или две в случае чередованияэлювиальных и элювиально-аккумулятивных (часто гидроморфных) фаций. На склонезакладывают две точки (в трансэлювиальной и трансэювиально-аккумулятивнойфациях) или одну, если аккумуляция не выражена. Ниже закладывают точки всупераквальной фации поймы и далее — в субаквальной фации водоема. Если естьнадпойменная терраса, то, как минимум, одну точку закладывают на ее основнойповерхности (неоэлювиальная фация). Всего на профиле в зависимости от сложностиего строения может быть от четырех до десяти точек, на которых будут отбиратьсяобразцы. Большее количество точек может отвлечь на детали и затушевать основнуюкартину изменения распределения элементов в вертикальном профиле катенарно сопряженныхфаций.
Линии традиционных ландшафтных профилей выбирают по такому жепринципу, но помимо точек отбора образцов для сопряженных геохимическиханализов (эти точки, очевидно, следует считать опорными) закладывают рядосновных точек полного комплексного описания, с тем, чтобы охватить всеразнообразие встречающихся по профилю ПТК. Профиль может включать не одну, анесколько катен, и тогда для геохимических исследований надо будет выбратьнаиболее типичную для данной местности точку, а на других ограничиться комплекснымописанием и на некоторых из точек отбором почвенных образцов.
Гипсометрическая кривая профиля, к которой привязывают все данныенаблюдений, в зависимости от заданной точности может быть составлена потопографической карте (с полевым уточнением) или получена путем инструментальнойсъемки.
Точки комплексных описаний закладывают на основных элементахрельефа, полученные на них данные записывают в бланки и наносят условнымиобозначениями на гипсометрическую кривую профиля. При прохождении профиля важноне только произвести описания на точках, но и выявить все природныетерриториальные комплексы в их иерархическом соподчинении. Описание комплексов,более сложных, чем фация, и характера границ производят в полевом дневнике какдополнение к бланковым описаниям фаций.
Сам профиль изображают в дневнике схематически, но непременно наносятна него все точки комплексных описаний, данные о геологическом строении, почвахи почвообразующих породах, растительности, грунтовых водах, а также границыПТК. При вечерней обработке материалов на базе (или временной стоянке) линиюпрофиля вычерчивают в избранном масштабе на миллиметровке и наносят всеимеющиеся данные, в том числе данные бурения и др.
Профиль может быть дополнен плановой полосой с изображениемна ней природных территориальных комплексов. На комплексном профиле могут бытьпроизведены микроклиматические наблюдения, являющиеся одним из традиционныхвидов геофизических исследований. Нанесенные в соответствующем порядке надлинией профиля метеоданные помогут выявить закономерности изменения ПТК, связанныес экспозицией и крутизной склонов, относительными превышениями.
В зависимости от масштаба работ меняется и характер профиля, егопротяженность, частота расположения точек описания и взятия образцов наанализы. При мелком и среднем масштабах исследования профиль может сопровождатьсяна отдельных участках фрагментами более крупного масштаба, более детальновскрывающими связи между компонентами природы и более мелкими комплексами.Крупномасштабные профили сами по себе достаточно детальны, но при необходимостии они могут «раскрываться» более подробно на отдельных характерных участках.
Метод профилирования применяется не только для изучения структурыПТК и картографирования, но и для прослеживания процессов функционирования идинамики природных комплексов. Применение компьютерной технологии дляматематической обработки материалов профилирования потребовало регулярного шагаобследования большой частоты, что и осуществляется в настоящее время на рядестационаров.
Главная цель составления профилей — выявление взаимосвязей внутриприродных территориальных комплексов и сопряженности комплексов друг с другом.Эти задачи наиболее успешно могут быть решены с применением геофизических,геохимических и математических методов исследований. Окончательные ответызачастую зависят от результатов обработки полевых данных.3.10 Полевое ландшафтное картографирование
Ландшафтные карты (при крупном и среднем масштабах работ) иликарты физико-географического районирования (при мелком масштабе) являютсянередко основным результатом комплексных физико-географических исследований.
Начинается эта работа с заложения на местности опорного ландшафтногопрофиля. На этом профиле производятся наиболее тщательные и детальные наблюдения,поэтому почти все точки этого профиля основные и одна или несколько — опорные.В зависимости от сложности строения территории может быть заложен один илинесколько опорных профилей.
Дальнейшая работа по картографированию заключается в закладке менеедетально изучаемых рабочих профилей и в равномерном заполнении территории точкаминаблюдений, выбранными в типичных фациях, в рисовке или в проверкеотдешифрированных ранее контуров ПТК и в описании природных комплексов болеесложных, чем фация. Маршруты прокладывают таким образом, чтобы они равномернопокрыли территорию и пересекли все типы выявленных контуров. Еслипредварительного дешифрирования не производилось или отдешифрированные контурынедостаточно дробны, в поле производят поиски и наносят границы ПТК. Задача этане всегда простая, так как степень выраженности природных границ можетбыть очень разной и порой совсем не резкой (особенно на сильно окультуренныхтерриториях).
По степени выраженности различают границы: резкие, ясные и неясные(постепенные переходы). Резкие границы природных территориальныхкомплексов обычно совпадают с геолого-геоморфологическими рубежами. Такиеграницы хорошо видны на местности, и вся задача заключается в том, чтобы какможно точнее положить их на карту. Допустимая погрешность в случае резкихграниц составляет 2 мм, однако при хорошей картографической основе возможно ихнанесение с графической точностью до 0,2 мм. Ясные границы наносятся накарту с точностью до 4 мм, неясные — до 10 мм.
На местности неясные границы могут быть установлены методомсближения точек наблюдения. Он заключается в следующем. Посрединерасстояния между двумя точками, характеризующими разные природныетерриториальные комплексы, закладывают третью. Третья точка по своейхарактеристике должна быть близка либо первой, либо второй; тем самым интервалдля поиска границы сократится вдвое. Посредине оставшегося для поисков участказакладывают следующую точку, и так до тех пор, пока расстояние между соседнимиточками на местности не уменьшится на карте до 10 мм. После этого поискиграницы прекращают, а саму границу проводят на карте либо посредине оставшегосяотрезка, либо ближе к одной из точек с учетом пусть даже слабо выраженногоизменения фототона или рисунка изображения на аэрофотоснимке, небольшого перегибав рельефе, заметного на глаз по смене растительности или цвета пашни и т.д.Практически метод сближения точек для поиска границ применяется очень редко.
При полевом картографировании нужно преодолевать тенденцию«оттягивания» момента проведения границы. Полевые (или проверенные в поле ранееотдешифрированные границы) не подлежат в последующем изменениям. В видеисключения может быть допущено изменение контуров, если лабораторные анализы показали,что один контур надо разбить на два или же необходимо уточнить границу междусоседними комплексами.
Как должны проходить маршруты и сколько точек потребуется заложитьна единицу площади, ориентировочно определяют еще до выезда в поле и прирекогносцировке, исходя из масштаба работ, степени сложности территории,качества картографической основы и наличия или отсутствия достаточнокачественных аэрофотоматериалов. Основное требование при этом — необходимоеколичество точек, нанесенных на карту для характеристики всех контуров,изображение которых рационально для данного масштаба.
Разрешающая способность изображения мелких контуров на крупномасштабныхкартах очень велика, и практически использовать ее до конца не всегдарекомендуется, так как при этом создается излишняя дробность контуров,учитывать которую в хозяйственной деятельности не представляется возможным. Измелких природных территориальных комплексов на карту следует наносить (либо вмасштабе, либо внемасштабными значками) лишь те, которые характерны дляландшафта или выделяются в лучшую или худшую сторону по возможностихозяйственного использования.
Из табл. следует, что при крупномасштабной съемке не рекомендуетсядо конца использовать разрешающую способность карты, чтобы не перегружать ееизлишне мелкими контурами. В то же время средний и мелкий масштабы даются уже сполной нагрузкой. Отметим, что в атласах, где преобладают мелкомасштабныекарты, нередко допускается изображение природных контуров мельче «достижимых»величин.
Методика составления карт разных масштабов различна.
При крупном масштабе (1: 200 — 1: 100 000) производятсплошную съемку. Начинается она с заложения опорного комплексного профиля и осуществляетсядалее путем пеших маршрутов с заложением дополняющих профилей и отдельных точекфациальных описаний (основных и картировочных) с последовательной отработкойвсех участков картографируемой территории. Размещение точек при этом должнобыть лишь относительно равномерным. Важно, чтобы не оставалось крупных «белыхпятен» и чтобы на каждый вид ПТК было составлено подробное и достоверноеописание. На участках со сложной морфологической структурой густота заложенияточек, естественно, возрастает. Материалы аэрофотосъемки достаточно ярко выявляютоднородные или неоднородные в природном отношении участки территории и помогаютрационально разместить точки описаний.
При среднем масштабе (1: 200 000 — 1: 1 000 000) съемкупроизводят на детально исследуемых ключевых участках (также с применением профилирования)и ведут маршрутные исследования, в процессе которых выявляют (или проверяютранее отдешифрированные) границы ПТК и составляют характеристики природныхкомплексов по пути следования. На остальную территорию карту составляют вполукамеральных условиях на базе экспедиции с использованием полевых наблюденийи имеющихся картографических и аэрофотоматериалов.
При мелком масштабе (мельче 1:1 000 000) карту составляютпрактически целиком в камеральных условиях. В поле лишь выявляют или проверяютте участки границ, которые могут быть пересечены маршрутом. Сеть точек наместности гораздо более разреженная. Масштаб карты обусловливает возможностьотображения на ней ПТК различных рангов. Так, фациальное картирование возможнотолько для самых крупных масштабов, не мельче 1:2000. В масштабах 1: 5000 — 1:25 000 изображают подурочища и урочища. В обобщенных крупных масштабах (1: 50000 — 1: 100 000) уже не каждое урочище может быть изображено на карте. Частоприходится объединять контуры в группы урочищ или картографировать местности.То же относится и к среднемасштабным картам (1:200 000 — 1:1000 000). Мелкиймасштаб (мельче 1:1 000 000) дает возможность изображать либо ландшафты, либоих типологические группировки.
Способ размещения точек по регулярной сети квадратов, по нашемумнению, не рационален. Во-первых, в ячейки квадратов могут «провалиться» малыесубдоминантные или дополняющие ПТК, без которых характеристика вмещающего ихкомплекса будет неполноценной. Во-вторых, на обширных по площади доминирующихПТК густота точек, заложенных по квадратам, может оказаться избыточной иприведет к излишней трате времени и средств на полевое обследование. Крометого, надо дифференцировать автономные (элювиальные) и подчиненные(аккумулятивные) комплексы. Сетку квадратов применяют в особых случаях, когданеобходимо абстрагироваться от уже известной нам ландшафтной структуры (исследоватькак бы неизвестную территорию или территорию с незаданными параметрами), либо,наоборот, когда территория очень хорошо известна. Например, геоинформационныесистемы представляют собой сетки квадратов, в которых каждый квадратик (пиксел)охарактеризован во всех слоях ГИС. И тем не менее лучше и для ГИС использоватьландшафтную карту, так как она способствует выявлению связи структуры сфункционированием ландшафта, хороша для согласования контуров отраслевых карт.
Для почвенной съемки принята выработанная в процессе картографирования(в основном сельскохозяйственных земель) определенная степень обеспеченноститочками наблюдений при разных масштабах работ в условиях различной сложностистроения территории. Эту же степень обеспеченности весьма ориентировочно можнопринять и для комплексных физико-географических исследований (табл.).
Разделение территории по степени сложности почвенной съемки(в порядке нарастания сложности) имеет следующий вид:
Iкатегория: степные и пустынно-степные территории сравнинным, очень слабо расчлененным рельефом и однообразным почвенным покровом.Контуры почвенных комплексов (участков с мелко раздробленным сочетаниемразновидностей почв) занимают не более 10 % от площади обследования.
IIкатегория: а) степные территории с рельефом,расчлененным на ясно обособленные элементы с однообразным на них почвеннымпокровом. Контуры почвенных комплексов занимают не более 10 %; б) территории I категории с площадью почвенныхкомплексов 10 — 20%.
III категория: а) степные и лесостепныетерритории с волнистым расчлененным рельефом, разнообразными почвообразующимипородами, неоднородным почвенным покровом; б) территории I категории с площадью почвенныхкомплексов 20-40%; в) территории II категории с площадью почвенных комплексов 10 — 20 %; г) лесные районы, значительно освоенные под земледелие, с яснорасчлененным рельефом и наличием заболоченных площадей не более 20 %.
IV категория: а) лесные районы, малоосвоенные под земледелие, с наличием 20 — 40% заболоченных мест; б) степные ипустынно-степные территории с сильным развитием комплексности почвенногопокрова (40-60% комплексов); в) поймы, плавни, дельты рек с несложным почвеннымпокровом, с залесенностью и закустаренностью меньше чем на 20 % площади; г)незалесенные горные и незалесенные сильно расчлененные предгорные территории;д) тундры.
Vкатегория: а) лесные территории с большим количеством болот(более 40 %); б) залесенные горы и предгорья; в) поймы, плавни, дельты сосложно неоднородным почвенным покровом (пестрый механический состав, засоление,заболоченность) или с залесенностью более 20 % площади.
Определение категорий сложности территории для целей ландшафтнойсъемки по приведенным критериям не просто, поскольку у исследователя могутотсутствовать данные о степени комплексности почвенного покрова. Поэтомуследует пользоваться и другими материалами. Так, топографическая карта даетхорошее представление о рельефе территории, степени лесистости, заболоченности.Ее анализ позволяет сразу же «отсечь» одну-две категории, например, первую ипятую. Если еще использовать карты физико-географического районирования иландшафтные (обычно более мелкого масштаба), то выделить контуры оставшихсятрех категорий окажется несложно.
Опыт показал, что общее число точек на единицу площади примерносоответствует тому, что указывается для почвенной съемки.
Ландшафтоведам необходимо выработать свои критерии сложноститерритории, исходя из сложности морфологической структуры ПТК. Такие попыткиимеют место, но в виде утвержденных инструкций они пока отсутствуют. Так чтодля предварительных расчетов требуемого времени и средств для ландшафтнойсъемки можно пользоваться разработками почвоведов. Однако комплексное описаниефации сложнее, чем описание почвы, поэтому средняя норма выработки на ландшафтнойсъемке меньше, чем на почвенной.
Впрочем, нормы эти тоже еще не разработаны и не установлены. А.А.Видина считает, что, составляя карты крупного масштаба, один съемщик можетсделать в день 10-12 полных комплексных описаний, а вместе с картировочнымиточками до 20 — 23. Количество описаний точек сокращается до 7-8, еслинеобходимо совершать значительные переходы. И при больших, и при малыхпереходах съемщик обеспечен рабочим.
При среднем и мелком масштабах работ, когда значительное времязатрачивается на переезды и наблюдения между точками количество ежедневноописываемых точек еще более сокращается.
Отметим, что разные ландшафты (равнинные или горные, пустынные илитундровые, плакорные или пойменные и т.д.) обладают разными вариантами иерархическойорганизации, т.е. разными степенями фрактальности. Поэтому в однихслучаях выявляют лишь количество соподчиненных единиц (фаций, урочищ, подурочищи т.д.), в других картина оказывается более простой, поскольку выпадаюткакие-то единицы (например, подурочища или местности). Или, напротив, строениеусложняется, и уже не хватает каких-то промежуточных единиц, пока еще невошедших в принятую иерархическую систему ПТК.
В последнем случае не следует «втискивать» реально выявленнуюсложность строения ландшафта в заведомо тесные для нее рамки, а надо найтиспособ наиболее адекватного отражения реальности на карте и в пояснительномтексте.