Функционирование и динамика ландшафта

Функционирование  и динамика ландшафта

 

Белорусский государственный  университет

Минск, Беларусь

Идея о том, что  ландшафты находятся в постоянном  развитии существует с середины 20в. Движущей силой развития тогда  считали: рельеф (Крашенинников), климат и рельеф (Полынов), климат (Григорьев), растительность (Гожев). Во 2-й половине 20в  выяснено наличие внешних и внутренних факторов развития, обратимых и необратимых изменениях,  признано  саморазвитие л-та  (Берг, Солнцев, Григорьев).В конце 20в признано, что л-т находится в постоянном развитии, основой которого составляют взаимосвязи между компонентами и морфологическими частями, в процессе  чего осуществляется обмен веществом, энергией и информацией.  
   
    

Функционирование  л-та

 

• Наличие взаимосвязей между компонентами способствует вертикальному перемещению вещества и энергии. Беручашвили предложил при изучении фаций усложнить структуру компонентов и выделять внутри них  геомассы (аэромассы, фитомассы, зоомассы, педомассы, гидромассы) и геогоризонты (аэрогоризонт, аэрофитогоризонт, мортаэрогоризонт, педогоризонт, литогоризонт).
• Совокупность всех процессов перемещения, обмена и трансформации вещества и энергии в л-те называют функционированием. Этот  сложный интегральный процесс протекает благодаря ряду элементарных процессов: физико-механических, химических и биологических

Функционирование  л-та

 

• Функционирование л-та осуществляется в форме круговоротов (геохимического, энергетического, биологического, водного) с годичным циклом. Перемещение вещества сопровождается поглощением, трансформацией и высвобождением энергии.
• Наиболее изучен водный круговорот

 Круговорот  воды в лесном л-те

Круговорот  воды в лесном л-те

 

• В лесную экосистему поступает 700мм осадков, из них 450мм расходуются на испарение, 250мм на поверхностный и подземный сток. Соотношение между внутренним и внешним влагооборотом есть коэффициент стока (0,35 для РБ), который показывает, какая часть воды уходит за пределы л-та.
• Внутриландшафтный круговорот: 10% (70мм) воды испаряется кронами деревьев, 380мм всасывается корнями деревьев, участвует в фотоситезе и испаряется в атмосферу. В растении остается около 0,75% воды.

    Биогенный  круговорот

 

• Первичные продуценты – наземные растения, которые поглощают двуокись углерода из воздуха и с помощью воды и тепла осуществляют фотосинтез, в процессе которого выделяется кислород. Создаваемая первичная продукция консервируется в растении и частично потребляется растительноядными животными (закон 10% Р.Уиттекера). На самом деле в лесах животные потребляют 4-7% продукции, в пустыне и тундре -2-3%, в степях и саваннах 10-15%. 90% энергии растительности уходит на выполнение жизненных функций (рост, размножение). Круговорот завершается отмиранием биомассы и возвращением в атмосферу CO2 и в почву NO.

 

Биогенный  круговорот

 

• Биологический метаболизм хар-тся   запасами фитомассы и величиной годичной первичной продукции. Макс. Запасы фитомассы типичны для лесной растительности, особенно влажных субтропических и экваториальных лесов (450-500т/га).
• Максимальная продуктивность свойственна лесостепным л-там (умеренный пояс 10-13т/га/год), влажным субтропическим лесам(24) и влажным экваториальным лесам (30-40т/га/год)

Биогенный  круговорот

 

• Важная функция биоты – газообмен с атмосферой. Связывание СО2 в процессе фотосинтеза сопровождается выделением О2, значительная часть которого поступает в атмосферу
• В умеренном поясе максимальное кол-во О2 поступает в атмосферу  из еловых таежных лесов и тундровых экосистем

Энергетический  круговорот

 

• Источник поступления энергии – солнечная радиация. На тер.РБ радиационный баланс составляет 1500-1800МДж/м2/год.Подавляющая часть энергии затрачивается на испарение и нагрев воздуха. На фотосинтез растения затрачивают от 1,5 (дождевые тропические леса) до 0,2% (в тундре, степях и саваннах) солнечной радиации
• В живой биомассе суши сосредоточено 5% годовой суммарной солнечной радиации, но в темнохвойных таежных и широколиственных лесах до 40%, в экваториальных лесах – 24%
• В торфе,  гумусе тучных черноземов накоплено 1000 МДж/м2 энергии.                  

Абиотическая  миграция вещества

 

• Эта миграция характеризует внешние связи л-та,  осуществляется по законам гравитации и не имеет характера круговорота. Осуществляется в виде: 1. выноса твердых продуктов разрушения, 2. водорастворимых  веществ, 3. переноса вещества ветром
• Вид 1.Степень интенсивности движения и аккумуляции вещества зависит от структуры элементарных л-ов (ЭЛ), рельефа, грунтов, уровня распаханности и залесенности

Абиотическая  миграция вещества

 

• В возвышенных л-тах РБ преобладают процессы интенсивного разрушения  и смыва веществ(4,8-8,8мм/год), частичной аккумуляции (15-40%) и выноса их в соседние л-ты, чему способствует значительная глубина расчленения рельефа (10-15м), водоупорные грунты (коэффициент фильтрации 0,05м/сут.), высокая (50-60%) распаханность , господство элювиальных л-ов (80%).

Абиотическая  миграция вещества

 

• В средневысотных л-тах типичны процессы слабого смыва(0,8мм/год), транзита (57%) и частичной аккумуляции (17%). Этому способствует господство элювиальных ЭЛ (60%), слабое расчленение рельефа ((2-3м), высокий Кф песчаных грунтов (до 1м/сут.), высокая лесистость(30-50%).

Абиотическая  миграция вещества

 

• Тип 2. Перемещение твердого вещества водными потоками -  модуль твердого стока (Мт)  в зоне смешанных лесов 10-20т/км2/год, лесостепи – 150 т/км2/год. С тер. Суши ежегодно выносится 22-28млрд т/год твердого вещества
• Мировой ионный сток составляет дополнительно 2,5-5,5 млрд т/км2/год, т.е.средний показатель модуля ионного стока (Ми)=20,7т/км2/год

Абиотическая  миграция вещества

 

• Тип 3. Воздушная миграция изучена слабо. Максимальное внимание уделяется миграции загрязняющих веществ, особенно в трансграничных  областях, и  в связи с потеплением климата

Абиотическая  миграция вещества

 

• В низменных л-тах: слабый транзит (70%), вынос (21%пл.), аккумуляция (12%) и инфильтрация, что обусловлено господством супераквальных л-ов (63,3%), слабым расчленением рельефа (1-2м), высоким Кф (>1м/сут.), высоким уровнем залесенности (>50%)

 

Динамика ландшафта

 

• Обратимые изменения л-та, сопровождающие  суточные,   сезонные и годовые климатические изменения и не ведущие к смене одного л-та другим,  характеризуют его динамику
• Сочава считал, что динамика есть изменение состояний л-та в пределах одного инварианта. Инвариант - совокупность свойств л-та, сохраняющимися неизменными в процессе динамики (вертикальная или горизонтальная структура л-та или их элементы – рельеф и др

Динамика ландшафта

 

• Состояние л-та – это элемент временной структуры л-та. По мнению Исаченко, состояние ПТК – это упорядоченное соотношение параметров его структуры и функций в определенный промежуток времени. Состояние есть показатель функционирования и динамики ПТК
• Параметрами функционирования являются тенденция (тренд), амплитуда и ритм смен

Динамика ландшафта

Динамика ландшафта

 

• Состояния разделяются по  их продолжительности: кратковременные (суточные или стексы), средневременные (до 1 года), длительновременные (более 1 года)
• Устойчивость – (показатель динамики л-та) способность сохранять структуру и характер функционирования при изменяющихся условиях внешней среды, включая антропогенные воздействия. Механизм поддержания устойчивости – саморегуляция, которая осуществляется благодаря системе прямых и обратных связей. Важнейшим фактором устойчивости л-та являются обратные отрицательные связи, наличие которых обеспечивается биотой

 

Эволюция ландшафта

 

• Необратимые смены л-та, сопровождающиеся изменением инварианта, составляют сущность развития или эволюции ПТК. Движущая сила этих процессов – космические или тектонические факторы.
• По Мамай (2002)  развитие л-та осуществляется в 3 фазы: 1. зарождения и становления,  2.устойчивого существования и развития, 3.смены
• Формирование нового л-та происходит на месте прежнего, вступившего в фазу смены. Она хар-тся процессами разрушения геомы и постепенно переходит в фазу зарождения, которая хар-тся формированием новой геомы и биоты

Эволюция ландшафта

 

• Фаза устойчивого существования длится десятки тысяч лет, в течение которых формируется структура, вертикальные и горизонтальные связи ПТК
• В результате в л-те присутствуют разновозрастные элементы – реликтовые (Геолог. отложения, формы рельефа, погребенные почвы), консервативные (современные свойства л-та), прогрессивные (элементы,  указывающие на тенденцию развития ПТК – эрозионные формы рельефа, степные виды растений в пойме Припяти и Горыни)

История  формирования  ландшафтов в антропогене

 

• Зона широколиственно-хвойных лесов (т.е.тип л-та) сформировалась на тер.РБ в плиоцене (N период). В рельефе господствовали  денудационные равнины с абс.отметками <100м (равнинный класс л-та)
• Наревский ледник преобразовал эту поверхность: здесь стали преобладать зандровые равнины с невысокими моренными образованиями и абсолютн. отметками около 100м
• В результате Березинского оледенения поверхность приобрела трехъярусное строение: абс. Отм. 50-70м занимали озерно-ледниковые и озерно-аллювиальн. низины, 100м-зандровые равнины, >100м – морен.  возв-ти – т.е. заложена основа групп родов л-тов

 

История формирования  ландшафтов

 

• Днепровский и сожский стадиальные ледники сформировали литогенную основу родов л-тов южной и центральной частей РБ, а поозерский ледник – многих  л-тов севера страны.
• Начиная с муравинского межледниковья стала формироваться речная сеть и оживились эрозионные процессы, что привело к формированию литогенной основы видов л-тов . Этот процесс продолжался в перигляциальной зоне поозерского ледника и повсеместно - в голоцене.
• В голоцене сформировалась геома лессовых, аллювиальных террасированных (1 надпоймен.терр.), озерно-болотных, пойменных л-ов.

 

 

 

История формирования  ландшафтов

 

• В голоцене на тер. РБ восстановилась зона широколиственно-хвойных лесов и растительность приобрела современный облик.
• Возраст л-та – проблемный вопрос в науке, на него есть разные точки зрения: 1. возраст л-та совпадает с временем формирования литогенной основы л-та, 2. возраст л-та совпадает с временем заселения его растительностью
• Современная точка зрения: возраст л-та можно оценить с учетом филогенетического и онтогенетического подходов.Ф. подход позволяет оценить возраст геологической основы, О.- нацелен на учет времени формирования геомы и биоты.