Питання для самостійного розгляду.

1. Коли сформувалась ландшафтна екологія як самостійна наука?

2. Які проблеми повинна розв’язати ландшафтна екологія на сучасному етапі?

3. Які методи дослідження використовує ландшафтна екологія?

4. У чому різниця між поняттями геосистема і екосистема, навколишнє середовище і ландшафтне довкілля?

Лекція 2: Топічна ландшафтна екологія

4. Основні положення вертикальної структури геосистем.

5. Основні способи декомпозиції.

6. Вертикальні межі геосистем.

При аналізі вертикальної (топічної) структури геосистеми вважається, що вона однорідна у територіальному відношенні (тобто так приймають), але «по вертикалі» розкладається на різнорідні частини (рослинність – грунт – гірські породи – тощо або різні яруси рослинності – горизонти грунту – верстви гірських роді тощо), які пов’язані між собою певними відношеннями.

Геосистема є поліструктурною у вертикальному відношенні. Це означає, що в одній егосистемі можна виділити кілька вертикальних структур різних типів.

Оскільки внутрішньогеосистемних зв'язків дуже багато, то можливо визначити деякі загальні типи вертикальних структур геосистеми. Така можливість грунтується на близькості багатьох процесів за їх фізичною суттю, характером перебігу, змінами геосистеми, які зумовлені цими процесами. З цієї точки зору всю множину внутрішньогеосистемних зв'язків умовно можна поділити на такі типи: генетико-еволюційні; зумовлені потоком енергії та її трансформацією; зумовлені речовинними потоками (міграцією речовин); відношення тісного кореляційного або інформаційного зв'язку характеристик геосистеми.

Отже можна розрізняти принаймні три загальних підходи структуризації геосистеми та відповідно три типи її вертикальних структур:

• геокомпонентний (поділ вертикального розрізу геосистеми за компонентами природи і далі за їх генетично однорідними частинами);

• рєчовинно-фазовий (структурні частини виділяються як тіла, однорідні за фазовим станом, фізико-хімічними та іншими властивостями речовини);

• просторово-об'ємний (вертикальний профіль геосистеми поділяється на деякі однорідні шари, точніше - об'єми).

Елементи вертикальних структур геосистем залежать від типу, підходу структуризації геосистеми, від мети та детальності аналізу. Елементарним об’єктом системи може бути рослинність взагалі, певна екологічна група видів рослин, окремий вид і окрема рослина, і навіть її окремі морфологічні органи.

Основні способи декомпозиції.

І. Геокомпонентний спосіб. Традиційним для ландшафтознавства поділом геосистеми (ПТК) па складові частини є виділення в ній компонентів природи (геокомпонентів), кожний з яких є представником окремих геосфер, що складають географічну оболонку. Це гірські породи (представники літосфери), поверхневі та грунтові води (гідросфери), повіт­яні маси (атмосфери), грунти (педосфери), рослинність, тварини, мікроорганізми (представники біосфери). Усі ці компоненти є матеріальними тілами. До геокомпонентів не належать рельєф і клімат (це не тіла, а їх властивості) та антропологічні об’єкти як тіла неприродного походження (враховуються як зовнішній по відношенню до геосистем фактор).

Геокомпонентами є тверді маси землі, повітряні маси атмосфери, поверхневі та грунтові води, грунти, рослинність, тварини, мікроорганізми. Вони складні тіла й мають свої власні властивості. Вважається, що вони займають проміжне положення між простими дискретними тілами (мінералами, газами, окремими організмами) та геосистемами.

У гірських породах окремими елементами є окремі літолого-стратиграфічні верстви, у грунті – його генетичні горизонти. Грунтові води розрізняють за шаром порід, які їх вміщують. Елементами рослинності та тваринного світу вважають окремі ценопопуляції, або навіть окремі вікові групи одного виду.

ІІ. Речовинно-фазовий (геомасовий) спосіб. Він використовується при аналізі потоків певних речовин, їх взаємопереходів та інших форм взаємодії, розглядається складна композиція речовин, різних за фазовим станом, фізичними властивостями, хімічним складом. Взаємодії між цими речовинами зумовлюють різні процеси в геосистемі (наприклад, продукційний, засолення грунтів тощо) і тому розглядаючи різні речовини як окремі елементи геосистеми можна досліджувати внутрішньогеосистемні зв’язки.

При речовинно-фазовій структуризації геосистеми геомаси слід розглядати як окремі компоненти її вертикальної будови, оскільки їх частини відрізняються за фізичними, хімічними та іншими показниками. Так, фітомаса представлена такими частинами як зелене листя рослин, корені, гілки та стовбури, генеративні органи тощо. Тому при детальному аналізі геосистем геомаси поділяються на елементи залежно від агрегатного складу, функціонального призначення, хімічного складу та інших властивостей. Ступінь детальності поділу на елементи залежить від завдання ландшафтно-екологічного аналізу.

Крім цього геомаси поділяють на типи, роди і види. Типи геомас виділяються на основі відмінностей у функціональному призначенні в геосистемі, щільності та швидкості зміни в часі і переміщені в просторі. При диференціації на типи педомас (грунту) за основу прийнято відмінності в механічному складі: глинисті, суглинкові, піщані типи тощо. На роди їх поділяють за вмістом гумусу (високо-, середньо- та малогумусні). Види геомас поділяють з урахуванням метричних характеристик їх елементів (форми, розмірів, орієнтації тощо).

ІІІ. Просторово-об’ємний (геогоризонтний) спосіб. Геокомпоненти дають певне уявлення про ярусну будову геосистеми, але ці елементи накладаються один на одне, крім цього вони неоднорідні по вертикалі. У геосистемі визначають яруси, шари хорогоризонтів або біогеогоризонтів. Геогоризонт є комплексне утворення, в яке входять усі геомаси, що містяться в певному шарі геосистеми. Суттєвими ознаками при виділенні й характеристиці геогоризонтів є ландшафтно-геофізичні параметри: текстура, щільність, об’єм, колір та ін. Кожний геогоризонт стисло описується в індексній формі і його можна віднести до певного класу, типу, роду та виду. Генетичні горизонти змінюються протягом року, мінлива не тільки їх потужність, а й кількість (наприклад узимку щезає геогоризонт, основний об’єм якого складають листя).

Вертикальні межі геосистем. Вертикальні межі відокремлюють геосистему від її зовнішнього середовища, тобто від нижніх верст літосфери та верхніх шарів атмосфери. Залежно від мети аналізу геосистеми розрізняються й критерії виділення меж. Якщо геосистема досліджується як фізичний об’єм природної реальності її межами будуть деякі поверхні, при цьому треба чітко визначати їх глибину та висоту щодо земної поверхні. Інколи, при аналізі схематизованої моделі склад елементів геосистеми задається заздалегідь і вертикальні межі визначаються самі собою.

На сьогодні прийнято вертикальні межі проводити по тому рівну, на якому щезають горизонтальні відмінності між геосистемами.

Характерні особливості верніх меж геосистем – це їх мінливість у часі залежно від пори року, погодних умов та стану розвитку фітоценозу, а також слабка вираженість цих меж зумовлена відкритість геосистем у вертикальному напрямку. Фітокліматичними та стаціонарними дослідженнями геосистем встановлено, що їх вплив на значення метеоелементів сягає в 1,5-2 раз більшої висоти, ніж висота рослинного ярусу. Взимку вплив засніженої поверхні геосистеми на атмосферу набагато менший і загалом не перевищує кілько метрів. Ці орієнтири і приймають при визначені верхніх меж геосистем топічного та хоричного рівнів, але треба пам’ятати, що це положення мінливе в часі і може змінюватися як протягом року так і доби.

При дослідженні біотичних процесів геосистеми, її продуктивності, за верхню межу можна прийняти межу верхнього рослинного ярусу (аерофітогоризонту); теж саме при дослідженні грунтових процесів, зокрема міграції та акумуляції різних речовин.

У нижні межі геосистем включають ті товщі гірських порід, які зумовили становлення даної геосистеми. Нижню межу геосистем при їх генетико-еволюційному аналізі проводять по гірських породах, які є субстратом формування сучасного рельєфу. В Україні це породи, які залягають під лесовою товщею (вапняки, середньо-верхньопліоценові глини тощо). Причому при генетико-еволюційному аналізі не обов’язково чітко встановлювати місцеположення нижньої межі, достатньо лише вказати, в якій саме верстві гірських порід вона знаходиться.

При аналізі міграційних потоків у геосистемі положення її нижньої межі визначається глибиною можливого проникнення мігруючої речовини. Ця глибина залежить від хімічних властивостей речовини-мігранта, характеру зони аерації (її фільтраційних властивостей, наявності ландшафтно-геохімічних бар’єрів та ін.), глибини проникнення коренів рослин у грунт та інших факторів.

При балансових дослідженнях нижньою межою геосистеми вважають:

• для водного балансу – рівень грунтових вод,

• для теплового балансу – рівень, починаючи з якого зникає річна амплітуда температури грунту. Глибина його залежить від температуропроводимості грунту та амплітуди температур на його поверхні ( в Україні від 10 до 17-20 м),

• для колооберту органічної речовини – межа між геогоризонтами, які охоплюють процеси гуміфікації та де такі процеси вже не відбуваються. Частіше вона знаходиться у верхньому шарі грунтоутворюючої породи або між нею й материнською породою, хоча в окремих геосистемах корені рослин можуть досягати й більш глибоких шарів, а деякі гризуни й дощові черви здатні жити на глибині 60-70 м й далі.