Полевые комплексные физико-географические

I

I

I внутри комплекса. При таком подходе теряется сущность и гео-I графический смысл протекающих в природе процессов, для по-.; знания которых важно изучать не только внешние потоки, но и внутренний оборот, так как от него зависят многие свойства ПТК, в том числе и его устойчивость по отношению к внешним воздей­ствиям. Внутренние потоки по своей интенсивности намного пре­восходят внешние.

Количественная оценка соотношения между внешним и внут-' ренним массо- и энергообменом ПТК и в целом его функциони­рование даются в виде баланса вещества и энергии. Следователь-, но, балансовые уравнения ПТК — это средство их физического I описания. Активным сторонником метода балансов в физической ■ географии был Д.Л.Арманд (1947, 1975). Важное значение этого I метода неоднократно подчеркивал и А. А. Григорьев, считавший, что приходо-расходные балансы вещества и энергии являются внеш- [ ним выражением качественных различий физико-географическо-I го процесса.

Метод балансов позволяет рассматривать потоки вещества и энергии, поступающие в ПТК и выходящие из него, а также внут-I ренние преобразования и связи процессов внутри комплекса. Не-I достаток этого метода — неполное отражение сущности природ-| ных процессов. Для составления балансов надо знать величины I поступления разных видов вещества и энергии в ПТК, их внутрен-I него обмена, метаболизма и аккумуляции, а также выноса за пре-| делы ПТК. Материалов для расчета баланса конкретных ПТК на- ': коплено еще очень мало, поэтому приходится пока пользоваться [ не всегда однородными, часто отрывочными или косвенными дан-t¹ ными.

Радиационный баланс. Основным источником энергии многих I природных процессов является лучистая и тепловая энергия Солн-| ца, которая по плотности многократно превосходит все другие [ источники энергии в географической оболочке (внутреннее тепло Земли, энергия других космических тел и др.). Способная превра­щаться в другие виды энергии (тепловую, химическую и механи-[ ческую), солнечная радиация наиболее эффективна для функцио­нирования ПТК. За ее счет происходят внутренние обменные про­цессы в природном комплексе, включая влагооборот и биологи­ческий круговорот. Следовательно, все вертикальные и многие го­ризонтальные связи ПТК прямо или косвенно связаны с транс­формацией солнечной энергии. Поэтому важнейшее значение при геофизических исследованиях имеет определение радиационного и теплового балансов ПТК. Они измеряются в ккал/см² или кДж/м² (единицы СИ) в год, либо в кал/см² в минуту. Радиационный баланс рассчитывается по формуле

Оно весьма существенно изменяется от комплекса к комплексу и является важнейшей геофизической характеристикой ПТК. Это обусловлено зависимостью альбедо от особенностей деятельной поверхности, которая является продуктом формирования комплекса и отражает его специфику. Так, альбедо сухого свежевыпавшего снега составляет 0,80 — 0,95, чистого влажного снега — 0,60 — 0,70, загрязненного снега — 0,30 — 0,50; светлых горных пород — 0,20— 0,40, темных горных пород — 0,05 — 0,10; сухих светлых песчаных почв — 0,35 — 0,45, влажных серых почв — 0,10 — 0,20, темных почв — 0,05 — 0,15; густого зеленого травостоя — 0,20 — 0,25, тра­вяной ветоши и болот — 0,15 — 0,20, ерниковой и мохово-лишай-никовой тундры — 0,15 — 0,25, лиственного леса в период вегета­ции и пожелтения — 0,15 — 0,20, хвойного леса — 0,10 — 0,15. При расчетах радиационного баланса относительно мелких ПТК значе­ние некоторых альбедо может быть взято из табл. 8.

Эффективное излучение определяется по формуле

где Е_г — тепловое излучение земной поверхности; Е_а — встречное тепловое излучение атмосферы, направленное к деятельной по­верхности.

Эффективное излучение зависит от температуры излучающей поверхности, облачности и влажности воздуха, поэтому тоже из­меняется от комплекса к комплексу, порой весьма существенно.

Особенности радиационного баланса ПТК зависят не только от его географического (широтного) положения, режима облачно­сти и запыленности атмосферы, которые могут быть одинаковы на значительных пространствах, но и от многих местных (локаль­ных) факторов: экспозиции и крутизны склона, альбедо деятель­ной поверхности, теплоемкости литогенной основы и т.д., поэто­му радиационный баланс даже рядом расположенных фаций мо­жет существенно отличаться.

Для определения составляющих радиационного баланса обыч­но используют актинометр (для измерения прямой радиации), альбедометр (для измерения суммарной, рассеянной и отражен­ной радиации), балансомер (для измерения радиационного балан-

Г са деятельной поверхности). Все они работают в паре с гальвано­метром ГСА-1. Эффективное излучение либо измеряется при по­мощи пиргеометра, либо рассчитывается по данным метеорологи­ческих наблюдений за температурой, влажностью воздуха и облач­ностью (К.Н.Дьяконов и др., 1996. — С. 132— 133).

Радиационный баланс выражает то количество солнечной энер­гии, которое задерживается (поглощается) земной поверхностью, Преимущественно растительностью и почвой. Чрезвычайно инте­ресно проследить дальнейшие пути поглощенной энергии в при-

родном комплексе, где она преобразуется в другие виды энергии, главным образом в тепловую и лишь в малой дозе и временно — в химическую энергию органического вещества.

Тепловой баланс. Пути преобразования поглощенной энергии в ПТК можно проследить с помощью его теплового баланса. Основ­ной приходной статьей баланса является поглощенная солнечная радиация (R). Второстепенной статьей, доля которой столь мала, что в подавляющем большинстве ПТК ею можно пренебречь, слу­жит внутренняя теплота Земли. Главными статьями расхода явля­ются турбулентный обмен теплотой между подстилающей поверх­ностью и атмосферой (Р_А) и затраты теплоты на испарение как физическое (LE), так и транспирацию растений (LT), где L — скрытая теплота парообразования. Соотношение этих двух статей в общих чертах подчинено закону зональности. В гумидных районах затраты теплоты на испарение превышают затраты на турбулент­ный обмен, а в аридных основная часть теплоты расходуется на турбулентный поток теплоты в атмосферу (табл. 9). Обе эти статьи могут менять свой знак в разное время суток и в отдельные сезоны года, т.е. вместо испарения может происходить конденсация влаги (LC) в виде росы или инея. А турбулентный поток теплоты может быть направлен не только от земной поверхности в атмосферу, но и из атмосферы к поверхности Земли.

На другие статьи расхода тратится лишь небольшая часть теп­лоты, тем не менее они играют значительную роль в функциони­ровании ПТК. Особой статьей расхода являются затраты теплоты на биохимическую реакцию фотосинтеза, в результате которой про­исходит накопление солнечной энергии в растительной массе. Со­держание энергии в образовавшейся фитомассе (энергетический эквивалент) определяется по калорийности (теплоте сгорания) органического вещества. В среднем она близка к 4,5 ккал на 1 г сухого вещества, но существенно варьирует у разных сообществ, видов и отдельных органов растений (табл. 10). На долю этой ста­тьи приходится всего 1 — 2% поступающей в ПТК теплоты, но принципиальное значение ее очень велико.

Еще одной статьей расхода является теплообмен с почвой (А), имеющий переменный знак: в теплое время года и днем он направ­лен от поверхности в глубь почвы, а в холодное время и ночью — в противоположном направлении, но за годовой цикл в среднем

многолетнем этот поток равен нулю. При отрицательном потоке в некоторых местах образуется мерзлота, а при положительном про­исходит разогревание земной поверхности. Интенсивность этого теплообмена наибольшая в континентальных условиях с резкими колебаниями температур воздуха и поверхности почвы. Его вели­чина зависит также от влажности и механического состава почво-грунтов, от растительного покрова.

К.Н.Дьяконов (1996) приводит следующее уравнение теплово­го баланса ПТК:

В этом балансе не учтен расход теплоты на таяние снега, льда, сезонной мерзлоты в почве и деятельного слоя многолетней мер­злоты. Однако при расчете годового баланса он должен учиты­ваться, так как на таяние снега, льда и сезонной мерзлоты в об­щей сложности расходуется в умеренных и высоких широтах до 2 — 5% теплоты (при замерзании воды затраченная теплота вы­деляется).

Как уже отмечалось, важнейшими расходными статьями теп­лового баланса являются расход теплоты на турбулентный обмен и на суммарное испарение (физическое и транспирацию влаги рас­тениями).

Для расчета турбулентного теплообмена между поверхностью почвы и атмосферой существует несколько формул (для устойчи­вой и неустойчивой атмосферы, ветреной и безветреной погоды), основанных на использовании характеристик метеорологических элементов в приземном слое воздуха. Они могут быть взяты из «Ру­ководства по тегагобалансовым наблюдениям» (Л., 1977).

Определение суммарного испарения вызывает наибольшие слож­ности, но значение этой статьи теплового баланса очень велико, так как она во многом регулирует энергетический баланс при­земного слоя воздуха и является важнейшей частью водного ба­ланса.

Существует несколько методов определения испарения: весо­вой, водно-балансовый, градиентный теплобалансовый, расчет­ный (по данным метеорологических наблюдений). При использо­вании весового метода в местах наблюдений специально устанав­ливаются испарители, которые позволяют определять величину ис­парения за любые промежутки времени путем взвешивания моно-

; литов почв. Количество выпавших осадков за период между взве­шиваниями определяется почвенными дождемерами, осадкомером Голубева или другими приборами.

Для определения испарения за год используется уравнение вод­ного баланса. При этом испарение (Е) вычисляется как разница между годовой суммой осадков (г) и годовым суммарным стоком (г). Этот способ достаточно точен и обеспечен массовыми данны­ми наблюдений гидрометеослужбы, но он не позволяет опреде­лять испарение за короткие промежутки времени (декады, меся­цы, сезоны) и совершенно непригоден для расчета испарения мелких ПТК (фаций, урочищ, а иногда и для ландшафтов).

Чаще всего для расчета затрат теплоты на испарение исполь­зуется градиентный теплобалансовый метод, который позволяет определять также величину турбулентного теплообмена и тепло-поток в почву за любые интервалы времени (час, сутки, неделю,

| месяц, сезон и т.д.).

В основу расчета затрат теплоты на испарение этим методом положены данные срочных наблюдений за температурой и влаж-

t ностью воздуха на двух высотах (чаще всего на высоте 2 и 0,5 м от

' поверхности). Одновременно фиксируется значение радиацион­ного баланса (К) и определяется поток тепла в почву (А). В этом

I случае затраты теплоты на испарение определяются по формуле

Этот метод позволяет выявить разницу величины испарения для различных фаций, определить средние дневные величины испаре­ния, а также уловить некоторые особенности хода испарения в за-

4 Жучкова 97

висимости от субстрата и растительности, характеризующие до не­которой степени соотношение тепла и влаги в конкретных фациях.

Имеются специальные формулы для расчета величины ис­парения с поверхности снега и льда (К.Н.Дьяконов, 1996. — С. 137-138).

Важным членом уравнения теплового баланса за короткие отрез­ки времени (сезоны года, время суток) является теплообмен с поч­вой (А). Расчет его основан на измерениях температуры на поверх­ности почвы и на разных глубинах и производится по формуле

Как видим, интенсивность потока теплоты во многом зависит от теплоемкости сухой почвы, которая определяется ее механи­ческим составом и остается постоянной для изучаемого комплек­са, а также от ее влажности.

Необходимо отметить, что затраты теплоты на почвообразова­ние не исчерпываются притоком в почву солнечного тепла. Оно поступает и с гумусом, представляющим собой продукт ассими-

ляции солнечной энергии, т. е. в процессе массообмена. Энергети­ческий баланс почвы достаточно детально рассмотрен в работе В.Р.Волобуева(1974).

Полевые наблюдения для расчета теплового баланса ПТК долж­ны включать определение радиационного баланса; температуры и влажности воздуха, а также скорости ветра на высотах 0,5 и 2 м; температуры на поверхности почвы и на глубинах 5, 10, 15, 20 см, а иногда до 80 см; влажности и объемной теплоемкости (для слоя 0—20 см или 0 — 80 см) почвы; удельной теплоемкости сухой части почвы. На стационарах он определяется раз в три года.

ПТК могут быть описаны абсолютными значениями состав­ляющих теплового баланса (суммарной радиации, радиационного баланса, затратами тепла на испарение и турбулентный теплооб­мен, а для некоторых сезонов и величины потока теплоты в поч­ву) либо относительными, которые принято называть показателя­ми структуры теплового баланса (отношением затрат теплоты на

Последние показатели обычно используются для сравнения зо­нальных ПТК.

Водный баланс. Большой интерес при изучении ПТК представ­ляет его водный баланс, так как посредством потоков влаги про­исходит основной минеральный обмен внутри ПТК и с окружа­ющей средой (через поступление влаги в природный комплекс и сток). Перемещение влаги сопровождается формированием раство­ров, коллоидов и взвесей, транспортировкой и аккумуляцией хи­мических элементов.

Годовой запас влаги в пределах ПТК образуется за счет жидких и твердых атмосферных осадков и конденсации водяного пара в почве. Конечно, часть осадков, попадающих на деятельную поверх­ность, испаряется и выносится поверхностным стоком, но осталь­ное фильтруется в почво-грунты и образует наиболее активную составляющую внутреннего влагооборота. Расходные статьи ее рас­пределяются следующим образом: часть влаги уходит на подзем­ный сток, другая при иссушении почвы поднимается по капилля­рам к поверхности и испаряется, небольшая часть тратится на абио­тические процессы, но основная ее масса в большинстве ПТК всасывается растениями и вовлекается в продукционный процесс.

Структура и интенсивность влагооборота зависят от энергообес­печенности и количества осадков, поэтому имеет зональные и сек­торные изменения (табл. 12).

I ca почвенной влаги, расходуемой растениями, идет на транспира-цию. В ПТК с хорошо развитым растительным покровом транспи-рация намного превышает физическое испарение. Растительность ' прямо или косвенно способствует уменьшению стока, т. е. изыма-нию влаги из внутреннего влагооборота. Там, где в ПТК имеется мощная подстилка из растительных остатков, поверхностного стока практически не происходит.

Естественно, влагооборот существенно изменяется в пространст­ве (от комплекса к комплексу) и во времени (суточные, погодные, сезонные режимы). Это связано как с распределением осадков (вет­ровая экспозиция склонов, близость водных объектов), так и с изменениями структуры расходной части, зависящей от уклона поверхности, состава грунтов, характера растительности. При изу­чении внутреннего влагооборота ПТК важнейшее значение имеют суммарное испарение, фильтрация и капиллярный подъем влаги в I почве. Движение влаги в ПТК зависит от водопроницаемости грун-. тов, их капиллярности (и то и другое обусловлены механическим I составом почв), а также от удельной поверхности: с ней связано I количество пленочной влаги, которое может содержать почва.

Методы изучения водного баланса в основном эксперименталь-■ ные или расчетные. Для изучения водного баланса относительно простых ПТК (фаций, подурочищ) организуют наблюдения на ^ц стоковых площадках, на которых при помощи испарителей, ней-; тронных индикаторов влажности, лизиметров, инфильтрометров, почвенных дождемеров и других приборов определяют поверх­ностный, внутрипочвенный, почвенный сток, осадки, испарение, величину инфильтрации влаги.

Баланс вещества. Изучение баланса твердого вещества в ПТК затруднено его малой подвижностью. Правда, некоторые относя-I щиеся к нему процессы (пыльные бури, движение оползней, эро-; зионные процессы, поступление веществ с атмосферными осад­ками, например со снегом или кислотными дождями и т.д.) про­текают достаточно быстро и исследуются сравнительно простыми средствами. Изучением составляющих баланса твердого вещества разработанными для этого методами занимаются представители многих географических наук.

Приходными статьями баланса твердого вещества в автоном­ном ПТК являются его поступление с атмосферными осадками, воздушными потоками, тектоническими процессами, с подзем­ными водами, а расходными — вынос вещества поверхностным и подземным стоком, воздушными потоками и транспирацией, гра­витационными процессами. Важной составляющей внутренних потоков вещества в ПТК служит растительный опад.

Современная ситуация в комплексной физической географии сложилась так, что массообмен в ПТК изучается преимуществен­но геохимическими методами.

Баланс биомассы. Специфическим направлением исследования ПТК является изучение их биоэнергетики, но им занимается пре­имущественно биогеоценология: изучением фотосинтеза и связан­ных с ним энергетических потоков (Ю.Одум, 1975), анализом пи­щевых цепей и трофических уровней (П. П. Второв, Д. А. Криволуц-кий и др.). Биологический круговорот характеризуется многими показателями, в том числе и относящимися к внутренним обмен­ным процессам в самом биоценозе. Изучается он методами геохи­мии ландшафта.

При комплексных физико-географических исследованиях наи­больший интерес представляют взаимосвязи биоценоза как цело­го с другими компонентами ПТК, зависимость биогенных пото­ков и биологической продуктивности от географических факто­ров, его роль во внутреннем механизме функционирования и внеш­них связях ПТК. Исходя из этого важнейшими показателями биоло­гического круговорота являются его емкость и интенсивность, оп­ределяемые запасами фитомассы и величиной годовой первичной продукции, а также количеством опада и аккумулируемого мерт­вого органического вещества. Для оценки интенсивности биологи­ческого круговорота используются относительные показатели: от­ношение чистой первичной продукции к запасам фитомассы, от­ношение живой фитомассы к мертвому органическому веществу.

Основной приходной статьей баланса биомассы является обра­зование органического вещества из углекислого газа атмосферы, зольных элементов и азота, поступающих с водными растворами из почв, в процессе фотосинтеза. Около половины этого вещества окисляется в самих зеленых растениях в процессе дыхания и воз­вращается в атмосферу в виде СО₂. Оставшаяся чистая первичная продукция частично потребляется растительноядными животными, но основная ее масса более или менее длительное время находится в ПТК, участвуя в его функционировании и претерпевая различ­ные превращения.

Величина чистой первичной продукции и запасы фитомассы в том или ином ПТК определяются его природными условиями и биологическими особенностями тех видов и жизненных форм рас­тений, которые образуют фитоценоз. Наибольшими запасами фи­томассы характеризуется лесная растительность (табл. 13), так как деревья способны накапливать живое вещество в течение многих десятилетий и даже столетий. Запасы фитомассы многолетних тра­вянистых растений определяются их подземной частью. У однолет­них же растений корни являются однолетними органами и с на­ступлением зимы поступают в опад. Обычно у сообществ расте­ний, состоящих из аналогичных жизненных форм (древесных, кус­тарниковых, травянистых и др.), запасы биомассы тем больше, чем лучше теплообеспеченность и чем ближе к оптимальному со­отношение тепла и влаги. В величине ежегодной биологической

■ продукции наблюдаются большие колебания не только от комп-

I лекса к комплексу, но и от года к году.

Отношение чистой первичной продукции к запасам фитомассы

I наибольшее в травянистых сообществах, у которых нет многолет-

1 них надземных органов, а самое низкое — в лесных.

Значительная часть ежегодной продукции отмирает и разруша­ется, меньшая часть образует истинный прирост (табл. 14). Таким образом, основной статьей расходной части баланса биомассы яв­ляется ее отмирание и последующее разрушение животными-сап-рофагами, бактериями, грибами, актиномицетами. Конечным про­дуктом разрушения органики микроорганизмами являются прос­тейшие минеральные соединения, которые возвращаются в атмо­сферу (летучие соединения), водные растворы и твердую часть поч­вы (зольные элементы и азот). Однако отмершее органическое ве­щество минерализуется не полностью, часть его аккумулируется в ПТК в разных формах (подстилка, торф, гумус и т.д.). Скорость разложения органики, как и ее образование, зависит от соотно­шения тепла и влаги. Чем ближе оно к оптимальному, тем более сбалансировано продуцирование и разложение органики. В этих

условиях основная часть органических остатков преобразуется в почвенный гумус. Так, в черноземах луговых степей запасы гумуса достигают 600—1000 т/га, в почвах широколиственных лесов — около 300 т/га, в подзолистых почвах тайги — около 100 т/га, а в тундровых — около 70 т/га. При недостатке тепла значительная часть отмершей органики накапливается в ПТК в виде неразло-жившихся органических остатков. В тайге, например, велики запа­сы подстилки, валежника, мертвых корней, сухостоя и др. Чрез­мерное увеличение влаги в комплексе также замедляет процессы минерализации. В этих условиях накапливается торф.

Одним из показателей биологического круговорота служит от­ношение годовой первичной продукции к запасам мертвых расти­тельных остатков. Этот показатель существенно изменяется в раз-

| ных ПТК. В тундре он равен 0,02, в лесных комплексах — 0,15, в i луговых степях — 0,9, в пустынях — более 25.

Мертвое органическое вещество и запас биомассы в растениях служат резервом питательных веществ, обеспечивающим устойчи­вость биоты к колебаниям параметров внешней среды. В лесных сообществах резерв минеральных веществ, позволяющий поддер-^: живать биологический круговорот в условиях интенсивного абио­генного выноса элементов зольного и азотного питания, сосредо­точен в живом веществе и подстилке, где накапливаются элемен-| ты-органогены, а в степях, где интенсивно протекает гумифика­ция, — в почвенном гумусе.

Для характеристики вклада биоты в функционирование ПТК I важны такие биогеохимические показатели, как емкость биологи-, ческого круговорота и его химический состав, возврат элементов | с опадом и закрепление в истинном приросте, накопление в под-f стилке, потеря на выходе из ПТК и компенсация на входе.

Емкость биологического круговорота веществ непосредственно (• связана с величиной первичной биологической продуктивности и |: с биологическими особенностями доминирующих видов растений, I а его химический состав зависит от избирательной способности | растений фитоценоза к поглощению тех или иных элементов. Важ-¹ нейшими элементами биологического круговорота являются Na, 1 К, Са, Si, P, Mg, S, Fe, A1. Все они участвуют в минеральном [ обмене между растительностью и почвами. Однако основная часть I живого вещества строится из элементов, которые поступают в i растения из атмосферы (С и О), поэтому важную роль в биологи-; ческом круговороте играет углеродный обмен между живыми орга-| низмами и атмосферой, с которым связана биогенная трансфор-, мация солнечной энергии. Именно ей, а также роли биоты в вод- I ном балансе ПТК уделяется основное внимание при изучении био-[ логического круговорота с позиций геофизики ландшафта. В изу- I чении же биогенного звена функционирования ПТК ведущую роль играет ландшафтно-геохимический метод.

Изучение состояний ПТК. Неравномерное поступление солнеч- _г ной энергии и характер циркуляции атмосферы вызывают ритми­ческие (суточные, сезонные, годовые) и циклические (погодные) изменения функционирования ПТК — набора и интенсивности природных процессов, протекающих как в самом ПТК, так и между комплексом и его окружением.

Минимальным отрезком времени, в течение которого выявля­ются все типичные процессы функционирования ПТК, является год, поэтому обычно для характеристики функционирования ис­пользуют средние и суммарные годовые балансы и другие показа­тели. Однако для любого ПТК в тот или иной момент его суще­ствования можно получить временной срез его функционирова­ния, отражающий состояние ПТК в данный момент. Каждое такое

I

состояние характеризуется определенным природным режимом, т. е. набором процессов, их интенсивностью и длительностью.

В последние десятилетия изучение состояний ПТК привлекает все большее внимание исследователей. Существует несколько оп­ределений этого термина. Наиболее полное из них принадлежит, на наш взгляд, И. И. Мамай: «состояние ПТК — более или менее длительный отрезок его существования, характеризующийся опреде­ленными свойствами структуры комплекса» (1992, с. 31). Относи­тельно кратковременные внутригодовые состояния, отражающие функционирование ПТК, по продолжительности, обусловленной причиной, которая вызывает соответствующие состояния, могут быть подразделены на внутрисуточные, суточные, погодные, внут-рисезонные, сезонные и годовые. С внутригодовыми состояниями ПТК В. Б.Сочава (1978) справедливо связывал устойчивость ПТК. Тем не менее необходимо отметить, что каждое из состояний вно­сит какие-то, порой совсем незначительные изменения, приво­дящие в конечном итоге к смене во времени одного ПТК другим. ' Многолетние состояния, измеряемые десятками и сотнями лет, — подфазы и фазы — результат совместного действия функ­ционирования и направленных процессов, ведущих к смене ПТК.

При изучении состояний ПТК разные исследователи центр тя­жести переносят на различные состояния. Н. Л. Беручашвили (1976, 1986 и др.) в качестве основного (узлового) объекта исследований рассматривает суточные состояния структуры и функционирова­ния ПТК (стексы) ранга фации. Именно они изучались на Март-копском стационаре Тбилисского университета. На стационарах Института географии Сибири изучаются внутрисезонные состоя­ния (фазы) фаций. А. А. Крауклис (1985) в годовом цикле функцио­нирования плакорной фации Приангарской тайги выделил 12 фаз. В.А.Фриш (1974) при изучении динамики ландшафтов Белорус­ского Поозерья отдал предпочтение погодным состояниям, выде­лив на их основании 35 стадий. И. И. Мамай считает, что на дан­ном этапе развития ландшафтоведения важнейшее значение име­ет изучение динамики ландшафта — основной географической еди­ницы, хотя и признает, что конкретные работы ведутся на самом малом ПТК — фации. В монографии «Динамика ландшафтов» (1992) она детально рассматривает организацию наблюдений над состоя­ниями ПТК и методику выявления внутрисуточных, суточных, погодных, внутрисезонных и сезонных состояний ПТК, а также методику выявления многолетних состояний, смен и антропоген­ной измененности ПТК.

Изучение состояний позволяет познать не только режим функ­ционирования ПТК (для этой цели, на наш взгляд, особенно важ­но изучение погодных и внутрисезонных состояний), его устойчи­вость и изменчивость (по среднему многолетнему годичному цик­лу, диапазону колебаний отдельных годичных циклов и многолет-

них периодов), но и направленность развития (по многолетним состояниям).

Таким образом, ландшафтно-геофизический метод находит все более широкое применение в комплексных физико-географиче­ских исследованиях для познания ПТК как целостных объектов и механизма их функционирования.

Сбор фактического материала. Как уже отмечалось, надежность геофизических показателей зависит от длительности и массовости наблюдений, поэтому основным методом сбора фактического ма­териала служат стационарные наблюдения над процессами, про­текающими в природе, однако некоторые данные для ландшафт-[: но-геофизического анализа могут быть получены и во время экс-| педиционных работ.

Основным и непременным условием сбора фактических дан­ных для изучения взаимосвязей в ПТК ландшафтно-геофизиче-I ским методом является синхронность (единовременность) наблю-■ дений, измерений, взятия проб по всем параметрам в различных | фациях исследуемой территории, проводимых с определенной s повторностью.

При стационарных исследованиях для проведения системати­ческих наблюдений на изучаемой территории закладывают несколь-, ко площадок, которые могут располагаться разобщенно на типич-f ных участках фаций, но лучше, если они будут приурочены к ¹ определенной профильной полосе (полигону-трансекту), которая пересекает ряд фаций, относящихся к нескольким различным уро­чищам. Это позволяет использовать возможности геофизического метода не только для анализа внутрифациальных связей, но и про­следить взаимосвязи между разными комплексами, входящими в то или иное урочище.

Количество площадок для наблюдения может быть различным I и зависит прежде всего от фациального разнообразия изучаемого участка или профильной полосы. Частота наблюдений на площад­ках определяется динамичностью того компонента или процесса, над которым ведется наблюдение.

Для сбора фактических данных по изучению энергетического, теплового и водного балансов на площадках проводится достаточ-но широкий комплекс измерений с помощью разнообразных фи­зических приборов, ставится полевой эксперимент для определе­ния скорости впитывания и фильтрации влаги в почву, отбира­ются образцы для определения удельного веса и максимальной гигроскопичности почв. Для изучения баланса органического ве­щества ведется определение запасов биомассы, биологической про­дуктивности и осеннего опада и др.

При маршрутных исследованиях геофизические наблюдения целесообразнее всего проводить по линии ландшафтного профиля. Конечно, в таких условиях не может проводиться комплекс осо-

бенно сложных и длительных наблюдений. Для измерений в марш-ругах могут применяться лишь сравнительно простые в использо­вании портативные приборы. Часто наблюдения ведутся по сокра­щенной программе.

Обычно результаты этих измерений используются не для коли­чественной характеристики конкретных комплексов, а для уста­новления поправочных коэффициентов, вывода закономерностей. Расчет основных показателей производится при этом по различ­ным формулам с использованием корреляционных связей между разными показателями. Например, определение составляющих вод­ного и теплового баланса производится не на основе разнообраз­ных измерений, характерных для стационарных исследований, а по величине температуры и влажности воздуха. Во всех случаях, когда имеется несколько вариантов определения различных пока­зателей, для маршрутных исследований выбирается тот из них, который требует минимального количества наиболее простых из­мерений, пусть он будет и несколько менее точным.

Иногда при геофизических исследованиях одноразовых наблю­дений оказывается явно недостаточно. Необходимые повторные (многократные) наблюдения сосредоточиваются на профилях клю­чевого участка, где становится возможным проведение полустацио­нарных наблюдений.

Однако необходимо отметить, что геофизические исследова­ния при маршрутной съемке применяются пока значительно реже геохимических. Вероятно, поэтому и методика таких наблюдений, и сам объем возможных наблюдений остаются еще недостаточно разработанными. Чаще всего маршрутные исследования дополня­ются просто кратковременными (а иногда и одноразовыми) мик­роклиматическими наблюдениями на профилях. Они дают возмож­ность установить территориальные (от комплекса к комплексу), но не временные различия в тех или иных показателях.

Таким образом, при сборе фактического материала для ланд-шафтно-геофизических исследований используются методы наблю­дения, измерения, полевого эксперимента и отбора образцов для последующей обработки.

ГЛАВА 3

Дата добавления: 2015-05-09