Функционально-динамические аспекты учения о ландшафте Структура и функционирование ландшафта

Общее определение структуры как пространственно-временной орга­низованности геосистемы, естественно, имеет силу и применительно к ландшафту. Понятие структуры ландшафта имеет три аспекта, соответствующие трем этапам разви­тия и усложнения этого понятия. Первоначальное представление сводилось к тому, что под структурой понималось взаимное располо­жение составных частей. В этом представлении заключен лишь чисто пространственный аспект структуры. При дальнейшем развитии по­нятия возник его функциональный аспект, который требует обра­щать внимание на способы соединения частей системы, т.е. на внутренние системообразующие связи. Однако представление о структуре ландшафта оставалось статичным, пока не появился третий, динамический, или временной, аспект, т.е. структура лан­дшафта стала рассматриваться не только как некоторая организо­ванность его составных частей в пространстве, но и как упорядо­ченность смены его состояний во времени.

Таким образом, для познания структуры ландшафта следует в первую очередь четко определить все его составные части, а затем изучить «механизм» их взаимосвязей, памятуя при этом о динамиче­ском подходе. Если представить структурную модель ландшафта в виде графа, то вершины последнего будут соответствовать струк­турным частям, а ребра — связям между ними. Структур­ная модель ландшафта существенно отличается от модели фации своей многоплановостью, или полисистемностью (по выражению В.С. Преображенского). Структурными элементами фации служат ее географические компоненты, а пространственная упорядоченность структуры (мы пока не будем касаться динамического аспекта) выражается в закономерном расположении компонентов по вертика­ли и существовании между ними вертикальных же потоков вещества и энергии. Изучение горизонтальной (плановой) внутрифациальной структуры, вообще говоря, не относится к задачам ландшафтоведения и географии, исключая случаи «зарождения» новых фаций, которые были рассмотрены нами ранее.

В ландшафте, как мы знаем, различаются две системы внутрен­них связей — вертикальные и горизонтальные (латеральные), при­чем межкомпонентные (вертикальные) связи как бы опосредованы через латеральную структуру ландшафта, через сопряжение входя­щих в него элементарных геосистем.

Локальные геосистемы разных порядков служат элементами ла­теральной структуры ландшафта, его блоками, или субсистемами. Следовательно, латеральная, или горизонтальная, структура ланд­шафта — это то же, что морфологическая структура.

Что касается вертикальной структуры ландшафта, то ее состав­ными частями обычно принято считать отдельные географические компоненты — твердый фундамент, почву, биоту и т.д. Поскольку своими предельными (однородными) пространственными подразде­лениями они представлены в составе фации, ландшафт выступает как некоторая сложная интегральная система элементарных верти­кальных структур. Однако если говорить о функциональном подходе к структуре, то анализ межкомпонентных связей не есть единственно возможный путь. Во-первых, далеко не всегда достаточно рассмат­ривать каждый компонент как единое и неделимое целое, и в анализ приходится вовлекать определенные части, или элементы, компо­нентов, которые по отношению к геосистеме представляют структур­но-функциональные подразделения второго порядка. Так, для пони­мания роли биоты в ландшафтном «механизме», в системе географических связей, важно различать три функционально разнокачественные (трофические) группы организмов — продуценты, консументы и редуценты. Далее, рассматривая функционирование в ландшафте основной, наиболее активной части биоты, представленной зелеными растениями, важно вычленить из нее всю совокупность ассимилиру­ющих органов, а также подземную часть (корни) и массу транспортно-скелетных органов. Специфическую роль в ландшафтной структу­ре играет мертвое органическое вещество, сосредоточенное в под­стилке, хотя в традиционном перечне географических компонентов подстилка отсутствует и обычно присоединяется к почве на правах ее нулевого горизонта.

Во-вторых, компоненты в общепринятом значении этого слова, строго говоря, не вполне соответствуют составным частям верти­кальной структуры ландшафта, которые должны иметь упорядочен­ное расположение в вертикальном профиле геосистемы в виде яру­сов, или горизонтов. Поэтому предпринимались попытки расчленить геосистему по вертикали на особые структурные части — «хорогоризонты», или «геогоризонты».

Согласно Н.Л. Беручашвили, элементарными структурно-функциональными частями ПТК служат так называемые геомассы — качественно разнородные тела, характеризующиеся определенной массой, специфическим функциональным назначением, а также ско­ростью изменения во времени и (или) скоростью перемещения в пространстве. Таковы аэромассы, фитомассы, зоомассы, мортмассы (массы мертвого органического вещества), литомассы, педомассы, гидромассы. Геомассы отличаются от компонентов большей вещественной однородностью. Например, под педомассой подразуме­вается не почва, а только почвенный мелкозем вместе с гумусом, т.е. органо-минеральная смесь, куда не входят почвенная влага, почвенный воздух, скелетная часть почвы, корни растений и почвен­ные животные. Под аэромассой имеется в виду «сухой воздух», т.е. смесь атмосферных газов без водяного пара и других примесей. Таким образом, компонент геосистемы в обычном понимании — это более сложное образование, чем геомасса: в нем присутствуют элементы всех геомасс, но одна из них преобладает, служит его основным субстратом.

Однородные слои в пределах вертикального профиля ПТК, характеризующиеся специфическими наборами и соотношениями гео­масс, Н.Л. Беручашвили называет геогоризонтами. Основные из них: аэрогоризонт, аэрофитогоризонт (приземный слой атмосферы, пронизанный растениями), мортаэрогоризонт (с растительной ве­тошью), снежный горизонт, педогоризонт, литогоризонт. Каждый из них может быть подразделен в зависимости от количественного соотношения геомасс на геогоризонты второго порядка (например, в аэрофитогоризонте — горизонты с кронами, транспортно-скелетными органами, травяным ярусом, моховым покровом; в педогоризонте — с разным содержанием почвенной влаги и корней).

Надо заметить, что понятия «геомассы» и «геогоризонты» разра­ботаны применительно к элементарной геосистеме — фации и, следо­вательно,— к изучению первичных вертикальных связей в ландшаф­те. Поскольку геомассы и геогоризонты специфичны для разных фаций, установить их единую систему для ландшафта как целого практически невозможно, и поэтому традиционные компоненты со­храняют более универсальное значение при структурно-функцио­нальном изучении геосистем разных уровней.

Состав и взаимное расположение частей — важные элементы понятия о структуре ландшафта, но сами по себе они еще не объяс­няют способа соединения частей, т.е. того, что составляет главное в представлении о структуре. Между геосистемами и между их блоками существуют крайне многообразные связи, которые можно классифицировать по их физической природе, направленности, зна­чимости, тесноте, устойчивости и другим признакам. Первооснову этих связей составляет обмен энергией, веществом, а также инфор­мацией. Геосистемы пронизаны вещественно-энергетическими пото­ками разного происхождения и разной мощности. Следует различать потоки внешние (входные и выходные) и внутренние. Считается, что собственно системообразующее значение имеют внутренние потоки (т.е. потоки между блоками системы), которые по своей интенсивно­сти намного превосходят внешние. Как уже отмечалось, известны два типа внутренних связей (потоков) — вертикальные и горизон­тальные, последние играют организующую роль в интеграции про­стых геосистем в более сложные (геохоры).

Связи между частями системы могут быть односторонними и двус­торонними, прямыми и обратными. При этом, по-видимому, помимо обмена веществом и энергией, особую роль играют сигнальные формы связи, пока еще недостаточно изученные. Как известно, обратные связи бывают положительными и отрицательными. При положитель­ной обратной связи процесс, вызванный действием того или иного фактора, сам себя усиливает. Примером может служить образование лавин (отсюда выражение — лавинообразное усиление процесса). При отрицательной обратной связи начавшийся процесс сам себя гасит. Так, оледенение возникает в результате воздействия климата при определенных гидротермических условиях, но ледниковый покров создает антициклон, ведущий к уменьшению осадков, питания ледни­ка и его дальнейшего развития. Аналогичные явления можно наблю­дать в формировании и развитии озер, болот, оврагов. С отрицатель­ными обратными связями связана способность геосистем к саморегу­лированию, о чем подробнее пойдет речь в дальнейшем.

Таким образом, существо взаимосвязей в ландшафте не исчерпы­вается простой передачей вещества или энергии между компонента­ми или подчиненными геосистемами топологического уровня; ве­щественно-энергетические потоки подвергаются преобразованию (трансформации), входные воздействия вызывают различные ответ­ные реакции в каждом блоке геосистемы, при этом последняя при­обретает новые качества.

Совокупность процессов перемещения, обмена и трансформации вещества и энергии в геосистеме называется ее функционированием, функционирование ландшафта — интеграль­ный природный процесс; близкий смысл А.А. Григорьев вкладывал в понятие «единый физико-географический процесс».

Функционирование ландшафта слагается из множества элемен­тарных процессов, имеющих физико-механическую, химическую или биологическую природу (например, падение капель дождя, растворе­ние газов в воде, поднятие почвенных растворов по капиллярам, испарение, фотосинтез, разложение органической массы микроорга­низмами и т.п.). Все географические процессы могут быть, в конеч­ном счете, сведены к подобным элементарным составляющим, но это означало бы редукцию, не отвечающую задачам познания геосисте­мы как целого, и привело бы к потере этого целого.

Возможны разные подходы к географическому синтезу природ­ных процессов и разные уровни этого синтеза. Один из них состоит в интеграции процессов раздельно по формам движения материи, т.е. в рассмотрении их на уровне физических, химических и биологи­ческих закономерностей и методами соответствующих наук. Такой подход вполне закономерен, на нем основано формирование особых направлений в науке — геофизики ландшафта, геохимии ландшафта и биотики ландшафта (биогеоценологии). Все они изучают функцио­нирование ландшафта с позиций соответствующих фундаментальных наук. Однако в географической реальности элементарные природные процессы, связанные с отдельными формами движения, переплета­ются и переходят друг в друга. С точки зрения географа, их расчле­нение искусственно и условно. Уже в отраслевых географических дисциплинах делается шаг к их синтезу. Так называемые частные географические процессы, например, сток или почвообразование, нельзя считать только физическими, только химическими или биоло­гическими. Физическая сущность стока элементарна — это всего лишь движение воды под действием силы тяжести. Однако географи­ческий смысл стока вовсе не сводится к простым законам механики. Сток — это одновременно процесс гидрологический, геоморфологи­ческий, геохимический и географический в широком смысле слова.

Сток, в свою очередь, служит лишь звеном еще более сложного и комплексного процесса — влагооборота. Рассматривая влагооборот как единый процесс, мы делаем еще один шаг к географическому синтезу, к познанию функционирования геосистем как целостных образований. Влагооборот — важная составная часть механизма взаимодействия между компонентами геосистем и между самими геосистемами, его можно определить как одно из главных функциональных звеньев ландшафта. Другим звеном является минеральный обмен, или геохимический круговорот. В совокупности влагооборот и минеральный обмен (вместе с газообменом) охватывают все вещественные потоки в геосистеме. Но перемещение, обмен и пре­образование вещества сопровождаются поглощением, трансформа­цией и высвобождением энергии — массообмен тесно связан с энер­гообменом, который также следует рассматривать как особое фун­кциональное звено ландшафта.

Таким образом, мы получили три главных составляющих функци­онирования ландшафта. Но это лишь один подход к его изучению, который должен быть дополнен с учетом иных важных аспектов функционирования. В каждом из названных звеньев необходимо различать биотическую и абиотическую составляющие. Во влагообороте, например, с биотой связаны такие существенные потоки, как десукция и транспирация, участие воды в фотосинтезе, а также задержание части осадков листовой поверхностью и др. Биотический обмен веществ («малый биологический круговорот») — наиболее активная часть минерального обмена. Биологический метаболизм осуществляется, как известно, за счет использования солнечной энергии. Продукционный процесс и связанное с ним вещественно-энергетическое взаимодействие биоты со всеми остальными компо­нентами геосистемы — настолько важная составляющая в механиз­ме функционирования ландшафта, что вполне закономерно выделять ее в особое функциональное звено, как бы перекрывающее три исходных звена, намеченных ранее. Подобное перекрытие служит доказательством единства функционирования геосистемы как цело­го. В сущности, перекрытия имеются между всеми звеньями. Тран­спирация, например, — составной элемент влагооборота и одновре­менно биологического метаболизма и энергетики геосистемы. Любое расчленение единого процесса функционирования на звенья условно и служит лишь методическим приемом в целях познания.

Далее, в каждом звене важно различать внешние (входные и выходные) потоки и внутренний оборот. Функционирование геоси­стем имеет квазизамкнутый характер, т.е. форму круговоротов с годичным циклом. Степень замкнутости цикла может сильно варьировать, представляя важную характеристику ландшафта. От интенсивности внутреннего энергомассообмена зависят многие ка­чества ландшафта, в частности его устойчивость к возмущающим внешним воздействиям.

Для количественной оценки функционирования и соотношения между внешним и внутренним вещественно-энергетическим обменом необходимы данные по балансам различных видов вещества и энер­гии, т.е. нужно знать величины их поступления в систему, внутренне­го обмена, трансформации и аккумуляции в системе и потерь за счет выноса во внешнюю среду (по выходным каналам). Изученность ландшафтов в этом отношении крайне недостаточна и неравномерна, так что пока еще приходится пользоваться отрывочными, не всегда однородными, а также косвенными данными.