БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра географической экологии
Бакарасов В. А.
ЭКОЛОГИЯ ЛАНДШАФТОВ
(Курс лекций)
Минск
2004
оглавление
Введение. Экология ландшафтов как фундаментальная и прикладная
научная дисциплина. ……………………………………………………….3
1. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ
ЛАНДШАФТОВ…………………………………………………………… . 6
1.1. Концептуальные основы экологии ландшафтов. …………………….… 6
1.2. Вертикальная структура ландшафта ……………………………………. 11
1.3. Ландшафтные территориальные структуры. ……………………………17
1.4. Границы ландшафтов ……………………………………….…………….23
2. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЛАНДШАФТАХ…………………... 29
2.1. Влагооборот в ландшафтах …………………………………………… . 29
2.1.2. Радиационные условия ландшафтов …………………………………. 33
2.1.3. Тепловые особенности ландшафтов ………………………………… 39
2.1.4. Продукционный процесс в ландшафтах ……………………………. . 44
3. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЛАНДШАФТАХ………………… 49
3.1. Химические элементы в ландшафтах….. …….…………………………. 49
3.2. Миграция химических элементов в ландшафтах……………………….. 52
3.2.1. Механическая миграция химических элементов
в ландшафтах ….. ………………………………………………………..53
3.2.2. Физико-химическая миграция химических элементов
в ландшафтах …………………………………………………………. ...55
3.2.3. Биогенная миграция химических элементов в ландшафтах……….. …61
3.3. Ландшафтно-геохимические системы…………………………………. ...67
3.4. Ландшафтно-геохимические барьеры…………………………………….70
4. ДИНАМИКА ЛАНДШАФТОВ…………………………………. …. ……. 74
4.1. Динамика и эволюция ландшафтов. ……………………………………. 74
4.2. Устойчивость ландшафтов ………………………………………………..79
.4.3. Экологические функции ландшафтов ……………………………….…. 85
3. ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ ЛАНДШАФТОВ…………….. 90
3.1. Ландшафтно-экологическое нормирование антропогенных
нагрузок на ландшафты. …………………………………………………. 90
3.2. Ландшафтно-экологические принципы проектирования
объектов природопользования. …………………………………………... 94
Литература ……………………………………………………………….…… 100
Введение. Экология ландшафтов как фундаментальная и прикладная научная дисциплина
История развития экологии ландшафтов как научной дисциплины. Основы экологии ландшафтов были заложены российских, географов Россиии, Европы и Северной Америки.
Так, Г.Н. Высоцкий (1909) впервые употребил термин «фитотопологические» карты по отношению к картам типов местопроизрастания растительного покрова. На фитотопологических картах показывались не только дробные, но региональные подразделения растительного покрова в связи с условиями его произрастания. Науку, их изучающую, Г.Н. Высоцкий назвал (в 1925 г.) «покрововедением». Этот термин, как и предлагавшийся еще в конце 19 в. термин «геобиология», не привились, но лежащие в их основе идеи в течение первых трех десятилетий 20 в. разрабатывались во многих странах.
В 30-х годах Л.Г. Раменский (после того как А. Тэнсли (1935) ввел понятие «экосистема») в 1938 г. уже давно искавший новые пути экологической трактовки растительного покрова, обосновал концепцию экотопологии. Он же, а затем и А. Тэнсли (1939) начали развивать представление об экотопе. Почти одновременно (1940) В.Н. Сукачевым было заложено начало разработанного им в последствии учения о биогеоценозах. В 30-х годах высказывания Л.Г. Раменского имели наиболее завершенный характер. Под экотопом он понимал учение о внешней обусловленности различных местообитаний и жизненных сред. Наряду с экологией растений Л.Г. Раменский различал экологию земель, что в значительной мере было тождественно экологии ландшафтов.
В 1939 г. вышла статья немецкого географа К.Тролля, в которой впервые был употреблен термин ландшафтная экология (экология ландшафтов, геоэкология), чтобы отразить целесообразность объединения двух подходов – «горизонтального», состоящего в изучении взаимодействия природных явлений (главным образом по материалам аэрофотосъемки), и «вертикального», заключающегося в изучении взаимоотношений между явлениями в рамках определенного экотопа, экосистемы.
В послевоенное время благодаря работам К.Тролля идеи экологии ландшафта распространились сначала в немецкоязычных странах, а с 60-х годов и по всей Европе. Особенно фундаментальные ландшафтно-экологические исследования проводились в Германии (Э.Нееф, Г.Рихтер, Г. Хаазе, Г.Ноймастер и др. – в Восточной Германии и К.Тролль, Ю.Шмютхюзен с его «геосинергетикой» – в Западной Германии).
Концепция ландшафтной экологии в русскоязычных странах исходит от академика В.Б. Сочавы, который разработал теоретические положения учения о геосистемах. Он понимал эту науку как результат сближения экологии и ландшафтоведения на базе системного подхода, введя в ландшафтоведение ряд важных положений экологии (например, климакс, ординация, сукцессия).
На территории бывшего СССР термин «ландшафтная экология» не получил сначала широкого распространения, поскольку ее задачи традиционно решались в рамках ландшафтоведения и биогеоценологии. (Отметим, что, по мнению самого К. Тролля, термины «биогеоценология» и «ландшафтная экология» – синонимы). Однако, начиная с середины 1980-х годов, в русскоязычную литературу словосочетание «ландшафтно-экологические» стало активно проникать. Ландшафтно-экологические исследования проводились при изучении почвенного покрова, сельскохозяйственной организации территории, в процессе природопользования, очень много внимание было уделено им на 8 и 10 ландшафтных совещаниях (Львов, 1988 и Москва, 1997). В начале 1990-х годов начали активно обсуждаться теоретические вопросы ландшафтной экологии, конструктивные задачи ландшафтно-экологических исследований, основные их направления, проблемы ландшафтной экологии как науки.
Важное значение для широкого распространения и популяризации идей ландшафтной экологии среди практиков и лиц, принимающих решения имели работы голландского ученого А. Винка (1968, 1983). Он рассматривал ландшафтную экологию как результат взаимодействия географии и экологии в решении практических вопросов рациональной организации территории, регионального и местного управления.
Анализируя становление и развитие экологии ландшафтов, следует подчеркнуть особую роль Международной ассоциации ландшафтной экологии (IALE), цель которой – углубление сотрудничества между учеными и практиками, занимающимися деятельностью в области природной среды, развитие междисциплинарных природных исследований и популяризации знаний об экологии ландшафтов и возможности их использования. В 1974 г. возникла идея создания этой ассоциации, а в 1982 г. в Словакии состоялся первый ее конгресс. В настоящее время один раз в год проводятся региональные конференции по ландшафтной экологии. В настоящее время в рамках IALE действует несколько рабочих групп.
На рубеже 70-80-х годов 20 века Институт географии Словацкой Академии наук выступил с инициативой создания при Международном географическом союзе рабочей группы «Ландшафтный синтез – геоэкологические основы комплексного управления ландшафтом». Перед группой ставились примерно те же задачи, что и перед Международной ассоциации ландшафтной экологии. Поднимались вопросы изучения структуры и динамики ландшафтов их классификации и т.д.
Тесная координация наладилась с 1976 г. между географами стран Восточной Европы (бывших членов СЭВ) по теме «Экологические основы планирования и развития оптимальных структур ландшафта». Результатом этой работы выразились в издании Толкового словаря «Охрана ландшафтов» (1982).
В настоящее время работы в области экологии ландшафтов ведутся практически во многих странах Европы и Северной и Южной Америки, в Азии, Австралии. С 1987 в США издается журнал «Landscape ecology».
Определение экологии ландшафтов. Как и многие молодые науки, экология ландшафтов развивается, уточняет свой предмет, задачи и методы. Это отразилось в трактовке самого содержания понятия науки – оно меняется в соответствии с эволюцией географии и биологии, на стыке которых и возникла экология ландшафтов. В настоящее время термин «экология ландшафта» используется для обозначения следующих рабочих направлений: 1) изучение ландшафтов путем анализа экологических отношений между растительностью и средой; 2) изучение структуры и функционирования природных комплексов на топологическом уровне; 3) изучение взаимодействия составных частей природного комплекса и воздействия общества на природную составляющую ландшафтов путем анализа балансов вещества и энергии (Охрана ландшафтов, 1982).
На наш взгляд экологию ландшафтов можно определить, как пограничную область исследования, развивающуюся на стыке двух весьма интегрированных наук – географии (ландшафтоведения) и биологии (экологии) и, которая изучает территориальные единства (ландшафты, геосистемы) как целостные образования, используя при этом их теоретические положения и методические подходы.
Объектом исследования ландшафтной экологии служат ландшафты, рассматриваемые как полиструктурные и поликомпонентные природные (и природно-антропогенные) образования. Все это позволяет определить цель экологии ландшафтов – изучение закономерностей организации, функционирования, динамики и пространственно-временного распространения природных и природно-антропогенных ландшафтов. Ключевыми методами познания в экологии ландшафтов стали – сравнительно-географический, картографический, математический, геофизический, геохимический, классификация, ординация, районирование и др.
Место экологии ландшафтов в системе наук. Экология ландшафта – это пограничная наука. Ландшафтно-экологический анализ охватывает все компоненты природной среды. Поэтому экология ландшафтов, имея собственную теорию, методы и сферу приложения, в значительной степени опирается на теорию и практику смежных географических наук. Кроме ландшафтоведения, это география почв (катенарный подход, зонально-провинциальная дифференциация почвенного покрова, почвенно-географическое картографирование и др.), биогеография (география растений, геоботаника), геоморфология (водосборные бассейны, склоновые процессы), гидрология суши (гидрохимия, учение о стоке), климатология (микроклимат, водный и тепловой баланс), картография (экологическое картографирование, географические информационные системы), геохимия ландшафта (геохимический ландшафт, миграция и распространение химических элементов и др.), геофизика ландшафта (физические свойства ландшафтов, физико-механические аспекты обмена веществом и энергией в ландшафтах).
В последние годы экология ландшафтов все чаще привлекается для решения задач по охране природы, в том числе по оценке экологического состояния территории, разработке моделей землепользования, обеспечивающих его оптимизацию и устойчивое развитие. Практическая значимость экологии ландшафтов велика в решении вопросов, связанных с экологическим нормированием и экологической индикации (определение норм устойчивости ландшафтов). Привлекается она и к решению проблем экологического мониторинга, и к разработке геоэкологической экспертизы территорий, и к разработке методологии и методов сохранения ландшафтного разнообразия планеты и ее отдельных регионов.
ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ЭКОЛОГИИ ЛАНДШАФТОВ
1.1. Концептуальные основы экологии ландшафтов
Современная экология – это в первую очередь наука об экосистемах. В ее основе лежат классические представления К. Мебиуса о биоценозе, А. Тэнсли об экосистеме и В.Н. Сукачева о биогеоценозе. Появление термина «экосистема», с одной стороны, помогло вычленить тот уровень организации живого, на котором должна работать экология как наука, с другой – дал возможность осознать всю сложность присущих каждому сообществу вешних и внутренних взаимоотношений. В истории экологии можно проследить постепенное возрастание интереса к взаимодействию человека и природы, к определению его роли в различных экосистемах, а также понимание человека как неотъемлемого элемента биосферы. При этом человек рассматривался как нечто, лежащее вне экосистемы. Когда реальность проблемы места человека в экосистемах была осознана, оказалось, что для ее решения экосистемной концепции недостаточно. Во-первых, по смыслу термин «экосистема» моноцентричен, так как направлен почти исключительно на познание биоты. Во-вторых, он обычно используется в очень широком смысле, им обозначают слишком разные объекты – от биосферы до муравьиной кучи. Традиционное понимание биогеоценоза, наоборот, слишком узко. Как правило, размерность биогеоценоза невелика и, например, для оценки характера воздействия человека, не очень существенна. В реальной иерархии экосистем имеется огромное белое пятно между биосферой и биогеоценозом. Это можно объяснить тем, что рассматривать промежуточные уровни организации экологам трудно – на них сложно или невозможно проследить единство биоты и те явные функциональные связи между компонентами экосистем, которые хорошо определяются для таких размерных противоположностей, как биосфера и биогеоценоз.
Подходящая концепция сложилась в современной географии. Это представление о природном территориальном комплексе, ландшафте. Ландшафт - это широко распространенный интернациональный термин. Обращение науки к этому слову было обусловлено стремлением найти обозначение, пригодное для отражения открытого географией в конце XIX- начале XX в. нового сложного объекта действительности – относительно однородного участка географической оболочки, выделившегося в ходе ее эволюции, отличающегося от других участков своей структурой, т.е. закономерным сочетанием тел и явлений, характером взаимосвязи и взаимодействия между компонентами географической оболочки, особенностями сочетания более мелких территориальных единиц. Ландшафт – один из видов географических систем.
По мере познания наукой сущности этого сложного объекта определение ландшафта менялось, развивалось. В соответствии с этим ядра определений последовательно составляли указания на: 1) однородность территории (в том числе и генетическую); 2) однородность сочетаний компонентов; 3) однородность взаимосвязи компонентов; 4) комплексный характер образования, его единство; 5) однородность пространственного сочетания природных комплексов низшего ранга; 6) однородность обмена веществом и энергией (метаболизма); 7) системный характер образования, его целостность.