методы исследований, книга. Высшее профессиональное образование
 Скачать 11.53 Mb.
|
|
ГЛАВА 6 СТАЦИОНАРНЫЕ И ПОЛУСТАЦИОНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 6.1. Назначение стационарных и полустационарных методов исследований и их особенности Экспедиционные исследования дают возможность наблюдать и | изучать ПТК в определенный фиксированный момент времени, [т.е. в статике. О существовании взаимосвязей и взаимодействий [ между различными компонентами природы и между более мелки-[ ми комплексами, слагающими изучаемый ПТК, которые опреде-I ляют его существование как целостного образования, исследова-I тель судит по совокупному эффекту, отражающемуся во внешнем I облике самого ПТК и различных компонентов, в пространствен-|ной структуре комплекса и т.д. Эти внешние, физиономические I признаки ПТК являются индикаторами протекающих в нем про-I цессов и скрытых внутренних связей, но не позволяют достаточно I глубоко познать сами связи и взаимодействия. Взаимодействие между различными структурными частями ПТК I и взаимосвязи комплекса с окружающей средой осуществляются в |.виде разнообразных процессов, посредством которых происходит I обмен веществом, энергией и информацией, лежащий в основе I целостности ПТК, его функционирования. Поэтому для глубокого
Естественно, что кратковременные экспедиционные исследо- I вания, фиксирующие состояние изучаемой территории на момент [ посещения, не могут дать необходимого материала для познания взаимосвязей между компонентами комплекса и самого комплек- ! са с окружающей средой, так как о связях между различными струк- [турными частями ПТК и ее характере нельзя судить по единич- |ным наблюдениям. Для этого нужен массовый материал, нужны [многолетние круглогодичные наблюдения над протекающими в IПрироде процессами и характером взаимосвязей во времени, т.е. I Необходимо стационарное изучение ПТК. 227     Стационарные наблюдения. Их проводят на сравнительно неболь-1 ших участках в условиях по возможности типичных для более или] менее обширной территории. На стационарах ведут наблюдения за процессами двух видов: за направленным, поступательным изменением, за развитием природы, т.е. за эволюционными процессами; за сезонными изменениями, происходящими ежегодно, и су-; точной ритмикой, т. е. за динамикой. Длительные регулярные наблюдения позволяют проследить не только характер и интенсивность этих изменений, определить их количественно, но и установить относительное значение различных связей и факторов в слож- \ ных и многообразных взаимодействиях, отделить существенные j связи от второстепенных и проследить своеобразные взаимовлия-1 ния, выделить главные, определяющие направление и скорость 1 изменения и развития комплекса.Программа работ стационаров может быть различной в зависи-1 мости от тематики, природных условий территории и обеспечен-1 ности кадрами. Оборудование стационаров зависит от программы работ, а также от материальных возможностей организации, со-1 здавшей стационар. В настоящее время существует довольно много стационаров, \ ведущих изучение отдельных компонентов природы или процессов (климата, стока, эрозии и т.д.). К таким стационарам относят-1 ся метеостанции, гидрологические станции и посты, воднобалан- j совые, лимнологические, агрометеорологические, эрозионные, ] снеголавинные, селестоковые, опытно-мелиоративные, агрохими- ] ческие, лесные опытные станции и т.д. Все эти стационары ведут \ наблюдения по своей методике, разработанной соответствующей отраслевой географической дисциплиной. Более комплексные ис-| следования проводят на биогеоценологических стационарах, где ] основное внимание концентрируется вокруг биотических связей (И. П. Герасимов и др., 1972; А. Г. Исаченко, 1980). В круг их наблю- I дений входят состав и строение биоты, трофические связи, био-.] продуктивность, биологический круговорот веществ. Однако свя- j зям между биогеоценозами уделяется недостаточно внимания, как : и изучению абиогенных факторов (климата, рельефа, отложений, вод). Недостатком этих исследований, с точки зрения физико-гео- I графа, является и то, что из-за своей трудоемкости их выполняют лишь для отдельных объектов, часто не связанных между собой (И.И.Мамай, 1992). Среди стационаров особое место принадлежит заповедникам, где до относительно недавнего времени занимались главным обра-зом изучением, охраной и восстановлением отдельных видов рас- j тений и животных. Ныне некоторые из них расширили свои задачи до изучения и охраны ПТК, приближаясь тем самым к комплекс- 1 ным физико-географическим стационарам. Во многих заповедни- I ках ведутся наблюдения по программе «Летопись природы». В био- 3 ] сферных заповедниках (а их сейчас в России 21), включенных в сеть мониторинга, ведутся наблюдения за изменениями природы, за современными природными и антропогенными процессами. Программа работ некоторых заповедников приближается к программам биогеоценологических стационаров. В изучении отдельных компонентов природы и природных процессов или их групп (климатических, гидрологических, биологических, почвенных) на отраслевых стационарах достигнуты значительные успехи, но взаимосвязи между различными природными процессами, проявляющимися совместно в пределах определенного ПТК, их суммарный эффект, который является движущей силой саморазвития ПТК, остаются нераскрытыми или анализируются недостаточно. Однако при решении вопросов рационального использования природных ресурсов, регулирования природных процессов или преобразования природы необходимо хорошо знать именно суммарный эффект многочисленных и разнообразных процессов, протекающих в ПТК, закономерности саморазвития различных комплексов и особенности их реакции на антропогенные воздействия, т. е. необходимо изучение всей совокупности природных процессов в их взаимовлиянии, изучение функционирования ПТК, его динамических и эволюционных изменений. Подобное изучение возможно лишь на комплексных физико-географических стационарах, которых пока еще слишком мало, но они представляют наибольший интерес с точки зрения изучения природы. Заметное возрастание интереса физико-географов к стационарным исследованиям наблюдалось в 60 — 70-х гг. XX столетия одновременно с обращением к функциональному аспекту изучения ПТК. Это было связано прежде всего с участием географов в решении практических задач, требующих конкретной количественной информации о ПТК для обоснования различных проектных разработок, и с постановкой проблемы комплексного географического прогнозирования. Кроме того, усиление системной ориентации в научных исследованиях требовало максимально полного анализа и синтеза связей, формирующих ПТК и определяющих его специфику как целостного образования. Для решения этой задачи также необходим большой объем разнообразной количественной информации о ПТК. Таким образом, интересы дальнейшего развития географии и практического использования результатов географических исследований все настоятельнее требовали постановки стационарных исследований для углубленного изучения ПТК. Неудивительно, что в Институте географии Сибири и Дальнего Востока СО АН СССР, где активно развивалось функционально-динамическое направление изучения ПТК, было создано больше всего стационаров (шесть) в разных регионах Сибири. Программа работ комплексного географического стационара включает в себя наблюдения над отдельными компонентами, пре- 229  досматриваемые обычно и отраслевыми стационарами, а также изу- iчение различных процессов, протекание которых обусловлено бла-,| гоприятным сочетанием свойств ряда компонентов. Программа рас-; считана на круглогодичные наблюдения, характер которых изменя-ется в соответствии с сезонными изменениями в природе (образование снежного покрова и снеготаяние, вегетация растений, осен-1 ний листопад и т.д.). Все наблюдения ведут многократно на одной и той же территории по единой программе, составленной таким образом, чтобы наблюдения за различными природными процессами были легко сопоставимы и направлены на раскрытие взаимодействия, взаимообусловленности и суммарного эффекта. Таким образом, важнейшей задачей комплексных физико-географичес-< ких стационаров, которая не решается на отраслевых стационарах, является познание закономерностей интеграции природных процессов ■ в ПТК и возникающего в результате этого суммарного эффекта.В настоящее время на большинстве стационаров ведется изуче- ' ние функционирования ПТК и лишь на некоторых из них (Март-копский, Лесуново) изучаются состояния ПТК. В отличие от экспедиционных исследований, фиксирующих пространственные изменения ПТК, стационарные наблюдения направлены главным образом на изучение временнш связей, поэтому в процессе их основное внимание акцентируется на наиболее подвижных компонентах, на мобильных и биотически активных элементах. Основным объектом изучения на стационарах являются прежде всего гомогенные ПТК — фации. Это обусловлено двумя причина-ми. Во-первых, относительной простотой структуры фации, все внутренние связи которой представлены лишь одним типом — вер-] тикальными связями и взаимодействиями между компонентами природы. Все горизонтальные связи с одноранговыми ПТК (фациями) и вмещающими его гетерогенными комплексами различного ранга выступают как внешние связи, связи фации с окружающей средой и могут рассматриваться в своей совокупности, без расчле-нения на составляющие. Это облегчает разработку методики изучения ландшафтообразующих связей на начальном этапе. Во-вторых, фации в силу их минимальной функциональной обособленности и сильного воздействия внешней среды являются обычно самыми динамичными, самыми изменчивыми комплексами. И в этом отношении представляют собой наиболее подходящий объект для изучения временных изменений, так как требуют ' самого короткого периода наблюдений для установления закономерностей функционирования и динамики по сравнению со всеми другими более устойчивыми комплексами. В процессе стационарного изучения фаций отрабатывается методика сопряженного количественного учета совокупности важнейших составляющих ПТК, разрабатывается функционально-динами- 230 цеский метод исследования. Обращение к изучению с помощью количественных методов более крупных гетерогенных в пространственном отношении комплексов, по мнению А. А. Крауклиса (1979), на первых порах малоэффективно, ибо трудно охватить изучением сразу все многообразие формирующих эти комплексы связей. Позднее стали проводиться (Московским, Саратовским, Тбилисским и другими университетами) исследования и более сложных ПТК, правда, пока только полустационарными методами. Для познания ландшафтообразующих связей фации, определяемых характером и интенсивностью обмена веществом и энергией между компонентами, необходим дифференцированный подход и количественная оценка основных природных режимов фации. По определению В. Б. Сочавы (Южная тайга..., 1969. — С. 20), под «природным режимом понимается характерная для ПТК упорядоченность изменения природных явлений в годичном цикле в течение всего времени существования его современной структуры». К числу основных природных режимов относится прежде всего радиационный режим фации, характеризующий ее энергетическую базу. Радиационный режим заметно варьирует вблизи физической поверхности Земли, поэтому каждой фации присущи свои показатели радиационного баланса, которые изменяются во времени. Изучение радиационного режима на стационарах должно быть направлено на вскрытие закономерностей формирования радиационного баланса в различных фациях по сезонам года и количественное определение суточной и сезонной ритмики. Большую роль в динамике ПТК играет тепловой режим, который во многом определяется адвекцией тепла под влиянием ветров в приземном слое воздуха, промерзанием почвы зимой и продолжительностью безморозного периода. Для детального изучения расходной части теплового баланса необходимы режимные наблюдения над другими компонентами, расходующими тепло, прежде всего, над водным режимом. Радиационный, тепловой и водный режимы характеризуют мобильную составляющую ПТК, которая «выполняет обменные и транзитные функции, связывает внутренние части геосистемы и объединяет последние с ее внешним окружением» (А.А.Краук-лис, 1979. — С. 54). Изучение этих режимов базируется главным образом на использовании геофизических методов и разработанных гидрометеослужбой методик. Более сложно изучение режима химического состава вещества, находящегося в обороте, так как вещество присутствует в комплексе в различных фазах (твердой, жидкой, газообразной и живой) и проходит сложные пути преобразований в ходе динамики геосистем (В. А. Снытко, 1978). Круговорот химических элементов в различных фациях характеризуется достаточно четко выраженной сезонной динамикой, закономерности которой должны быть вскры- 231  ты в процессе исследования. Одновременно выявляются и закономер-И ности динамики органического вещества, его биоты. Для изучения 1 внутренних механизмов перераспределения химических элементов! между компонентами фации на стационарах проводят специаль-1 ные ландшафтно-геохимические исследования (В.А.Снытко, 1978).!Для познания закономерностей интеграции природных режи- 1 мов особое значение имеют биотические режимы: наземной расти- 1 тельной массы, наземных живых организмов, животного населе- 1 ния почвы, почвенных микроорганизмов. Высокая интегрирующая 1 роль биотических режимов обусловлена чисто биологическими качествами биоты и прежде всего высокой избирательностью жи-1 вых организмов к внешним условиям, благодаря чему биота вы- I ступает как важнейший внутренний фактор саморегуляции ПТК (В. Б. Сочава, 1974). Для изучения биоты наряду с геофизическими ! и геохимическими методами широко используют биологические! методы исследования. На ход природных процессов систематическое воздействие ока- 1 зывает человек. Спонтанные процессы в результате хозяйственной \ деятельности человека модифицируются и устанавливаются природ- | но-антропогенные режимы. Существование природно-антропоген- 3 ных режимов должно находить отражение и в программе режимных наблюдений на комплексных физико-географических стационарах. ] Комплексный подход к изучению отдельных природных режи- j мов и взаимодействия различных режимов друг с другом требуют j четкой согласованности в выборе участков для наблюдения и сро- \ ков их проведения. Сами наблюдения над природными режимами должны быть поставлены так, чтобы в дальнейшем эти режимы можно было сопоставлять друг с другом, т.е. должны быть сопря- \ женными. Необходимым условием для изучения интеграции природных режимов является точный количественный учет хода процессов и воздействующих на них сил. Для установления закономерностей интеграции проводится статистическая обработка и камеральный синтез массовых данных по количественной характеристике различных природных режимов, в том числе и по самым изменчивым свойствам ПТК, полученных в процессе стационарных исследова- ; ний. Однако синтез данных по изучению режимов отдельных компонентов недостаточен для глубокого познания интеграции природных режимов. Для этой цели необходимы и некоторые дополнительные наблюдения в поле, направленные на выявление тех свойств ПТК, которые не являются принадлежностью отдельных его компонентов, а возникают в результате их взаимодействия. Сравнительный анализ организации стационарных исследований географами Института географии РАН и Института географии Сибири СО РАН и результатов их работ провел в своей докторской диссертации А. М. Грин. 232 Многолетние наблюдения в условиях стационаров дают надежный материал для установления закономерностей сезонной ритмики и динамики ПТК, позволяют судить о развитии ПТК во времени. Однако трудоемкость работ и необходимость привлечения к ним большого количества исследователей ограничивают возможности создания разветвленной сети комплексных физико-географических стационаров, а радиус действия эмпирических закономерностей, полученных путем стационарных исследований, определяется границами тех ландшафтов, в которых проводились наблюдения, так как «фация сохраняет свои структурно-динамические черты в пределах определенной макрогеохоры» (Топологические..., 1974. — С. 62). Поэтому в настоящее время целесообразно шире использовать в ходе экспедиционных работ полустационарные исследования (непродолжительные повторные наблюдения). Полустационарные исследования. Естественно, они не дают полного представления о природных режимах в ПТК, так как фиксируют лишь определенное состояние либо его изменение в какой-то краткий отрезок времени. Однако такие наблюдения обогащают характеристики комплексов, позволяют получить некоторые данные о суточной цикличности и сезонной ритмике ряда процессов, поэтому их целесообразно проводить во всех случаях, когда имеются соответствующие условия. Полустационарные исследования бывают различными. Это могут быть выезды экспедиционного отряда на отработанный летом ключевой участок в разные сезоны года для проведения снегомерной съемки, для наблюдения за весенними процессами (скоростью таяния снега, оттаиванием и подсыханием почвы, эрозией, солифлюкцией) и т.д. Такие сезонные наблюдения проводят некоторые университеты на базах студенческих практик. К этой же категории могут быть отнесены организованные в процессе летних полевых работ длительные микроклиматические наблюдения, наблюдения над стоком и влажностью почв, над водной и ветровой эрозией и т.д. на ключевых участках. В полевой период экспедиционных исследований полустационарные наблюдения проводятся иногда на ландшафтных профилях. Линии таких профилей должны быть выбраны особенно тщательно, чтобы они были наиболее репрезентативными для определенного вида ландшафтов. Полустационарные исследования должны включать довольно разносторонний набор наблюдений, который позволил бы составить достаточно полную характеристику ПТК и получить ряд количественных показателей, но в то же время мог быть выполнен небольшой группой исследователей. Чаще всего в наиболее типичных точках по линии профиля ведут микроклиматические наблюдения, определяют запасы и прирост надземной и подземной биомассы, влажность почв, отбирают образцы для геохимических ана- 233 лизов и т.д. Продолжительность и частота наблюдений на точках 1 профиля зависят от временной изменчивости того компонента, j который изучают, обеспеченности отряда необходимыми для на- 1 блюдений приборами, численности сотрудников и тех задач, ко-1 торые решаются полустационарными наблюдениями. Например, 1 для определения сравнительной биологической продуктивности | разных фаций достаточно разовых наблюдений, а для изучения 1 зависимости прироста биомассы от климатических особенностей j необходим ряд наблюдений в одних и тех же точках.Непременным условием массовости полустационарных наблю- | дений, их широкого внедрения в практику экспедиционных иссле- 1 дований является применение таких методов, которые обеспечи- I вали бы простоту и надежность выполнения всего комплекса pa- j бот, использование портативных приборов и экспресс-методов (по ] определению влажности почв, запасов надземной биомассы и т.д.). | Правильно организованные полустационарные наблюдения | позволяют получить достаточно надежный фактический материал ■ с количественными показателями, что очень важно для понима- ] ния направленности и скорости ландшафтообразующих процес- I сов, хотя и не обеспечивают той глубины и полноты характери- j стики разнообразных связей ПТК, которая может быть получена при стационарных наблюдениях. |