Ландшафтоведение Исаченко А.Г. Ландшафтоведение Исаченко А. Исаченко А. Г и ландшафтоведение и физикогеографическое районирование Учеб. М высш шк, 1991. 366 сил в учебнике систематически излагаются теоретические основы ландшафтоведения,
 Скачать 5.08 Mb.
|
|
• 10 -4 МДж/м 2 При годовом слое стока 300 мм стой же площади работа, произведенная текучими водами, равна Ас = 3*10 6 кг * 9,8 мс * 20 м = 59 МДж/га = 5,9 * 10 -3 МДж/м 2 Преобразование энергии может служить одним из показателей интенсивности функционирования ландшафта. Вопрос о возможности интегральной количественной оценки функционирования ландшафтов с помощью какой-либо единой меры имеет дискуссионный характер. Однако сравнивая ландшафты по отдельным частным показателям функционирования трансформация солнечной энергии, внутренний влагооборот, биологический круговорот веществ и др, мы находим между этими показателями определенное соответствие. Очевидно, интенсивность функционирования ландшафта тем выше, чем интенсивнее в нем внутренний оборот вещества и энергии и связанная с ним созидающая функция, которая выражается прежде всего в биологической продуктивности. В свою очередь, все перечисленные процессы определяются соотношением теплообеспеченности и увлажнения. Однако до сих пор не найдено удовлетворительного способа выражения этого соотношения в виде того или иного коэффициента. Наиболее удачным представляется предложенный Н. Н. Ивановым показатель биологической эффективности климата (ТК) в виде произведения от умножения суммы температур за период со средними суточными температурами выше 10 СТ) на годовой коэффициент увлажнения (К. При этом запредельную величину К принята 1, так как дальнейшее увеличение увлажнения не оказывает положительного эффекта на биологическую продуктивность и на функционирование ландшафта в целом. При всей условности этого коэффициента (основной недостаток его состоит в том, что он не работает в приполярных областях, где не бывает средних температур выше 10 Сон дает достаточно объективное представление об относительной степени тепло- и влагообеспеченности различных ландшафтов и при этом хорошо коррелирует с другими показателями функционирования, в качестве которых в табл. 15 приведены также относительные значения интенсивности внутреннего влагооборота, или, что тоже, затрат тепла на эвапотранспирацию Е, величины чистой первичной продукции фитомассы Б и годового потребления зольных элементов и азота растительностью MN. По всем перечисленным показателям первое место занимают экваториальные ландшафты, для которых значения ТКЕТ а блица. Показатели относительной интенсивности функционирования ландшафтов Типы ландшафтов ТК Б Е NN Экваториальные лесные 100 100 100 100 Субэкваторнальные лесные 96 80 82 80 Тропические лесные 87 80 '77 80 Саванновые влажные и лесосаванновые 69 60 68 60 Субтропические влажные лесные 66 60 68 50 Саванновые типичные 32 35 51 35 Суббореальные широколиственнолесные 28 34 43 26 Суббореальные лесостепные 20 35 41 35 Подтаежные 20 30 39 20 Южнотаежные 17 22 33 15 Суббореальные. степные (северные) 16 28 36 25 Саванновые опустыненные 16 17 35 16 Среднетаежные 14 18 30 10 Суббореальные степные (южные) 12 20 28 12 Северотаежные 11 12 24 8 Лесотундровые 7 11 20 7 Суббореальные полупустынные 7 11 18 10 Субтропические пустынные 5 - 15 - Суббореальные пустынные 4 5 16 5 Тундровые типичные 2 6 10 5 Тропические пустынные 2 <2 6 <2 Арктотундровые 0 4 8 2 Полярнопустынные 0 1 <8 <2 Б и MN приняты за 100. Данные по остальным ландшафтам представлены в виде отношения к 100, те. в процентах по отношению к абсолютным величинам, свойственным экваториальным ландшафтам. В качестве типичных значений для разных зональных типов ландшафтов приняты те, которые наблюдаются в более или менее сравнимых условиях секторности, а именно в умеренно-континентальных секторах. Нетрудно заметить, что по всем принятым в табл. 15 признакам типы ландшафтов располагаются практически в одинаковой последовательности от наивысших значений к наинизшим. Наиболее существенные отклонения имеются лишь в последней колонке, что объясняется главным образом способностью травяных сообществ более интенсивно поглощать элементы питания по сравнению с лесными. В целом же та последовательность ландшафтных типов, которая представлена в табл. 15, может рассматриваться в первом приближении каких ранжированный ряд по относительному убыванию интенсивности функционирования. Годичный цикл функционирования ландшафта Характеристика функционирования ландшафта обычно основывается на средних или суммарных годовых показателях (табл. 5 — 15), и это неслучайно, так как год — это минимальный отрезок 200 времени, в течение которого выявляются все типичные процессы функционирования и для которого может быть составлен полный баланс вещества и энергии в геосистеме. Можно сказать, что годичный интервал — это минимальное время выявления всякой геосистемы. Функционирование геосистем имеет циклический характер и подчинено цикличности поступления солнечной энергии. Каждому компоненту присуща определенная инерционность, те. большее или меньшее отставание ответных реакций на внешние (астрономические) причины внутригодовых изменений, в силу чего эти изменения не синхронны в отдельных процессах и явлениях. Уже тепловой режим приземного слоя воздуха не следует автоматически за высотой солнца над горизонтом, и кривая годового хода температуры сдвинута по отношению к кривым суммарной радиации и радиационного баланса. В тайге Северо-Запада Русской равнины максимум солнечной радиации наблюдается в июне, наиболее высокая температура воздуха — в июле, а нижних горизонтов почвы — только в сентябре в период наибольшего выпадения осадков запасы продуктивной влаги в почве оказываются наименьшими (рис. 41). Под покровом сомкнутого пихтового леса (в Приангарье), где теплообмен сильно замедлен, к тому моменту, когда солнечная радиация достигает максимума, на глубине 3 м наступает годовой минимум температуры. С инерционностью компонентов связан эффект последействия, те. зависимость состояния геосистемы от характера предшествующих сезонных фаз. В тайге весной ив начале лета атмосферное увлажнение недостаточное, однако благодаря зимнему накоплению снега почва получает дополнительный запас влаги, обеспечивающий функционирование биоты. В муссонных ландшафтах, где снегонакопление незначительное, весной наблюдаются засухи. Летние температуры корнеобитаемого слоя в темнохвойных лесах теснее коррелируют со снежностью и мерзлотностью предшествующей зимы, чем с температурой воздуха текущих летних фаз. Термические условия осени влияют на интенсивность стока и запасы почвенной влаги весной (так, сильное осеннее промерзание почвы ухудшает возможность просачивания талых води способствует усилению поверхностного стока и образованию высокого половодья. Цикличность процессов функционирования геосистемы сопровождается определенными изменениями ее вертикальной структуры. В умеренном поясе особенно четко различаются летний и зимний варианты этой структуры. Летний, ассимилирующий зеленый покров с более или менее сложной системой горизонтов (древесный полог, подлесок, травяной ярус и т. п) зимой полностью или частично деградирован, нов это время года появляются снежный покров и мерзлотный почвенный слой. Для любого отдельного момента годового цикла можно получить временной срез, отражающий состояние системы как эпизод непре- 201 Рис. 41. Внутригодовой режим тепла и влаги в Ленинграде Q — суммарная радиация, R — радиационный баланс, t 1 — средняя температура воздуха, t 2 — средняя температура почвогрунта под оголенной поверхностью, t 3 — тоже, под естественным покровом, r — среднее месячное количество осадков, е — средняя месячная величина испарения, q — средний месячный слой стока, b — средний месячный водный баланс (выше нулевой линии — положительный, ниже — отрицательный, С, — средняя высота снежного покрова, Вс — средний запас влаги в снежном покрове, Вп — средний запас влаги в верхнем метровом слое почвы. I — XII — месяцы рывного циклического процесса. В качестве примеров можно привести три подобных эпизода для различных суточных состояний так называемых стексов, по наблюдениям на Марткопском стационаре Тбилисского университета в 1972 — 1976 гг. (табл. 16). Однако Таблица. Некоторые показатели функционирования горных луговостепных фаций Марткопского стационара при трех различных суточных состояниях по Н. Л. Беручашвили, 1986) Типичные суточные состояния Показатели морозно- снежное зимнее) прохладное влажное весеннее) очень теплое влажное летнее) Суммарная радиация, калием 199 416 425 Прямая радиация, кал/см 2 111 ? 225 Рассеянная радиация, кал/см 2 88 ? 200 Альбедо, % 56 18 22 Отраженная радиация, кал/см 2 111 79 94 Радиационный баланс, кал/см 2 18 192 215 Турбулентный теплообмен, кал/см 2 30 104 99 Затраты тепла на испарение, кал/см 2 11 84 114 Теплообмен с почвой, кал/см 2 1 4 2 Испарение 1 , т/га 1,8 17,8 21,8 Масса снега, т/га 260 - - Масса почвенной влаги, т/га 1500 2 2340 2130 Влажность почвы, % 0,36 17,1 16,1 Зеленая фракция фитомассы, т/га - 0,92 10,8 Масса корней, т/га 18,8 3 16,1 Масса ветоши, т/га 5,4 3,4 1,0 Масса подстилки, т/га 6,7 3,3 4,7 1 Зимой — включая сублимацию и таяние, весной — с транспирацией. 2 В том числе 360 т/га в мерзлом состоянии. 3 В том числе 15,3 т/га в мерзлом состоянии. подобные мгновенные срезы каждый в отдельности не дают возможности установить закономерности функционирования системы. На каждом отрывочном отрезке годового цикла отдельные процессы могут быть несбалансированными и создавать впечатление противоречивости (например, интенсивный расход влаги на испарение и транспирацию при полном отсутствии ее поступления или продолжающееся охлаждение почвы при повышении температуры воздуха. Лишь полный анализ интегрального процесса функционирования ландшафта в закономерной последовательной смене внутригодовых состояний может раскрыть его сущность. Фенологии ландшафтоведы предложили различные схемы деления годичного цикла на сезоны, подсезоны, фазы, этапы и т. п. Так, В. А. Фриш различает летний и зимний варианты ландшафтной структуры, а в каждом из них по четыре этапа. На примере Белорусского Поозерья в зимнем варианте выделяются следующие этапы 1) формирование — образование первого снежного и ледового покрова, начало промерзания почв, зимнего покоя растений, спячки животных 2) консолидация — установление постоянного и сплошного снежного и ледового покровов 3) кульминация — пессимальные для биоценозов режимы, самые холодные погоды года 4) деградация — начало разрушения снежного и ледового покровов при радиационных оттепелях в послеполуденные часы, повышенная активность не впадавших в спячку животных. Этапы летнего варианта ландшафтной структуры 1) формирование — начало освобождения поверхности суши и водоемов от снега и льда, начало вегетации, активное состояние животного мира 2) консолидация — начало массового развития листовой поверхности растений 3) кульминация — наиболее оптимальные в году режимы развития биоценозов и максимальное продуцирование органического вещества (между датами последнего весеннего и первого осеннего заморозков); 4) деградация — заморозки в предутренние часы на поверхности почвы и травяного яруса, в котором происходит массовое отмирание годичных побегов, осеннее окрашивание листвы и листопад — подготовка растений к зимнему покою В рамках этапов В. А. Фриш выделяет 35 стадий, в основном связанных с отдельными погодными ситуациями (например, с осадками и без осадков, с метелями, волнами холода и т. п. А. А.Крауклис, основываясь на материалах стационарных наблюдений в южной тайге Средней Сибири, разделил годичный цикл функционирования типичной плакорной фации с пихтовым лесом на 12 фаз. Приводим их краткую характеристику (в скобках указаны средние даты начала фаз. 1. Предвесенняя фаза (20 III). Переход суточного максимума температур воздуха от отрицательных значений к положительным таяние снега идет еще слабо. 2. Ранневесенняя фаза (20 IV). Средние суточные температуры воздуха переходят от отрицательных к положительным часты возвраты холодов на открытых местах снег в основном сходит, нов лесу еще сохраняется его значительное количество интенсивный поверхностный сток. 3. Поздневесеиняя фаза — массовое начало вегетации (в темнохвойном лесу эта фаза в силу позднего схода снежного покрова практически сливается с последующей. 4. Предлетняя фаза (1 VI). Средний суточный минимум температуры воздуха переходит от отрицательного к положительному оттаивает и прогревается корнеобитаемый слой, почва промачивается и заряжается влагой максимальная мобильность минерального 1 См Фриш В. А. Сезонная динамика ландшафтов Белорусского Поозерья// Известия ВГО. 1974. Т. 106. № 1. С. 11 — 17. 2 Динамика геосистем и освоение Приангарской тайги. Новосибирск, 1985. С. 74 — 91. 204 субстрата — оседание, сползание по склонам, размывание днищ и берегов водотоков; интенсивное испарение первые цветущие растения, восстановление надземных частей у летнезеленых видов, набухание и распускание почек у зимнезеленых. 5. Раннелетняя фаза (15 VI). Начало интенсивного увеличения общего количества живой растительной массы — заметный прирост деревьев по высоте ив толщину наиболее интенсивная солнечная радиация, но почва продолжает охлаждаться (на глубине 3 м температура достигает годового минимума влагозапасы в почве убывают из-за интенсивного испарения и транспирации максимум цветущих растений. б. Позднелетняя фаза (20 VII). Прекращение существенного увеличения количества живой растительной массы в почве наступает кульминация прогревания, запасы доступной влаги в корнеобитаемом слоев значительной степени истощены активность биоты затухает, у большинства растений — плодоношение и опадение генеративных частей. 7. Предосенняя фаза (20 VIII). Начало массового отмирания зеленых частей растений. 8. Осенняя фаза (5 IX). Переход суточного минимума температуры воздуха от положительных значений к отрицательным ускоренный опад отмерших частей растений и пополнение запасов напочвенной органики. 9. Предзимняя фаза (5 Х. Переход средних суточных температур воздуха от положительных к отрицательным продолжается опадение листьев и хвои частично замерзает подстилка, появляется снег, нона глубине 3 м еще только наступает температурный максимум. 10. Раннезимняя фаза (10 XI). Суточные максимумы температуры становятся отрицательными устанавливается постоянный снежный покров в корнеобитаемом слое отрицательная температура. 11. Глубокозимняя фаза (5 XII). Существенное замедление общего падения температуры воздуха и наступление самых низких ее значений сильные межгодовые колебания температуры и мощности снежного покрова. 12. Позднезимняя фаза (20 II). Интенсивное повышение дневной температуры воздуха максимум высоты снежного покрова и влагозапасов; вначале фазы — наиболее низкая температура корнеобитаемого слоя, к концу ее — наибольшая глубина сезонного промерзания. Стационарные наблюдения пока еще единичны и охватывают короткие временные ряды, не всегда достаточные для выявления средних многолетних показателей. Притом эти наблюдения относятся лишь к фациями вопрос их экстраполяции, те. перехода от отрывочных локальных материалов к характеристике сезонной динамики собственно ландшафта, остается нерешенным. Поэтому в настоящее время для сравнительной характеристики различных ландшафтов сохраняют силу традиционные массовые фенологические наблюдения, требующие, конечно, определенной ландшафтоведче- 205 ской интерпретации и увязки с другими отраслевыми режимными наблюдениями. Путем обобщения материалов многолетних климатических, гидрологических, фенологических и других наблюдений составлена приведенная ниже характеристика фаз годового цикла для окрестностей Ленинграда (рис. 41, 42). Даты наступления и окончания фаз Рис. 42. Фазы годового цикла и сезонные спектры некоторых явлений для Ленинграда. Зимние фазы З — первая, З — вторая, З — третья весенние фазы В — первая, В вторая, В 1 — третья первая подфаза), В 2 — третья (вторая подфаза), В 1 — четвертая (первая подфаза), В 2 — четвертая (вторая подфаза); летние фазы Л — первая, Л — вторая, Л — третья осенние фазы О — первая, О — вторая, О — третья, О — четвертая. Периоды со средними суточными температурами в пределах t 0 — выше 0 Свыше Свыше Свыше С, t -5 — ниже —5 С. Прочие показатели БМ в — безморозный период в воздухе, БМ п — безморозный период на поверхности почвы. С — период между появлением первого снежного покрова и его окончательным сходом, СУ — период с устойчивым снежным покровом, Л — ледостав, П — половодье, П м — мерзлое состояние почвы, Т р — вегетация трав, Б — активная вегетация березы, Ш — активная вегетация широколиственных деревьев, Б о — осенние фазы вегетации березы (расцвечивание и листопад Ш о — осенние фазы вегетации широколиственных деревьев, Гр — период между началом прилета и окончанием отлета грачей. I — XII — месяцы определены с учетом периодизации, детально разработанной фенологами Зима в умеренном поясе, точнее в условиях континентального бореального и суббореального климата, может быть определена как сезон с устойчивым снежным покровом. Радиационный баланс в это время отрицательный, средняя температура воздуха ниже — 5 ° С. Влагооборот сильно замедлен осадки, испарение, сток характеризуются самыми низкими значениями в году. Реки покрыты льдом. 1 См Шульц Г. Э. Общая фенология. Л, 1981. С. 188. 206 Вегетация исключена. Резко снижается активность животных у холоднокровных — зимняя диапауза, большинство птиц еще осенью улетает на юг. Однако у многих представителей активная жизнедеятельность не прекращается и зимой (волк, лисица, заяц, белка, мышевидные грызуны, глухарь, тетерев, рябчик, некоторые дятлы и синицы, сорока и др. Первая фаза зимы, или раннезимняя фаза, первозимье (6 XII — 15 I). Вслед за образованием устойчивого снежного покрова средняя суточная температура переходит через — 5 ° С (9 XII), около этого же времени максимальная дневная температура переходит через 0 ° С (что соответствует началу устойчивых морозов. Баланс влаги положителен, начинается накопление снегозапасов, однако высота снежного покрова еще невелика, поэтому происходит сильное охлаждение и промерзание почвы, продолжающееся всю зиму. В животном мире завершается подготовка к длительной перезимовке у пушных зверей и копытных летний мех меняется на зимний. Вторая фаза зимы, или |