ЛАНДШАФТНЫЙ И ГЕОХИМИЧЕСКИЙ ПОДХОДЫ В ИЗУЧЕНИИ МЕЖКОМПОНЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ ЛАНДШАФТА

Философский подход предполагает изучение ландшафтов через категорию взаимодействия. В данном случае, взаимодействие отражает процесс воздействия различных компонентов ландшафта друг на друга, их взаимную обусловленность, обмен веществом, энергией, информацией, особенности функционирования. Взаимодействие является объективной и универсальной формой движения и развития, определяющей существование и структурную организацию ландшафта. Результатом взаимодействия компонентов ландшафта является их взаимосвязь, что позволяет исследовать структуры-состояния (т. е. ситуации в ландшафте на определенный момент времени). В то же время, не умаляя значения диалектики как метода для анализа структур-состояний, современное мышление требует применения гриалектики для изучения структур-процессов, т. е. функций (Каширин, 1998). Диалектико-триалектическая парадигма открывает возможность связать воедино структуру и функцию, и решить некоторые вопросы, касающиеся целостности ландшафта с использованием моносистемных и биоэкосистемных моделей (Шальнев, 2007).

Биогеохимические исследования по изучению межкомпонентных связей ландшафтов впервые стали использоваться после работ Б. Б. Полынова в геохимии ландшафтов (катенные ряды, коэффициенты концентрации, биологического поглощения, дискриминации и др.). Однако исследований многообразия взаимосвязей разных типов геосистем, разработанных школой В. С. Преображенского и других авторов (Охрана..., 1982; Райх, 1979) и отражающих объект-объектные и субъект-объекгныс отношения, не проводилось. Особенно многофакторных корреляционных зависимостей всех компонентов. На это обратила внимание в своем исследовании горных ландшафтов Ю. В. Си-воконь (2013). Исследования проводились на уровне фаций, которые являются наименьшими морфологическими единицами ландшафта с корреляционными связями между компонентами различных структурных уровней организации материи (абиотической, биокосной и биотической). Фация обычно приурочена к одному элементу мезорельефа или отдельной форме микрорельефа, обладает однородными условиями увлажнения и инсоляции (тепловлагообменом) и, как следствие, включает один или несколько близких биоценозов, часто с наличием в горах элементов микрокомплексности (Шальнев, 2004). Она является элементарной ландшафтно-геохимической единицей. Ученые-геохимики давали им разные наименования. У Б. Б. Полынова это был «элементарный ландшафт», у И. В. Ларина-«микроландшафт», у Л. С. Берга и Н. А. Солнцева - «фация», у В. Н. Сукачева - «биогеоценоз». М. А. Глазовская такие единицы называет «элементарными ландшафтно-геохимическими системами» и считает, что их целостность обеспечивается более тесными внутренними миграционными связями, чем между соседними элементарными системами. Фациальный подход позволяет изучать не только взаимосвязь структур-состояний (в нашем случае линейных и интегральных), отражающих особенности геохимических природных условий, но и структуры-процессы с помощью биоэкосистемных моделей, характеризующие состояние и качество сложившейся геохимической среды.

Эмпирический этап исследования межкомпонентных связей проводился на Западном Кавказе, на территории Карачаево-Черкесской республики в долинах рек Гондарай и Джалпак-Кол. Образцы отбирались в течение ряда лет в пределах Гондарайского среднегорного ландшафта хвойных лесов и Акско-Джалпаккольского высокогорного ландшафта субальпийских и альпийских лугов. Экспериментальные площадки были заложены в доминантных урочищах и фациях по высотному профилю с диапазоном высот 1600-2800 м.

Особенности геохимических условий изучались с использованием линейной модели, для которой типично признание равенства всех компонентов, равнозначность всех их связей. Такая модель традиционна в геохимических исследованиях и отражает вертикальные связи между компонентами в фациальном пространстве. Здесь можно проследить парные связи между компонентами фаций и выявить зависимости распределения элементов в последовательной биогеохимической цепи: горные породы —> почвы (кларк концентрации Кк, Вернадский, 1934); почвы —> растения (коэффициент биологического поглощения Кб, Перельман, 1975); растения —> насекомые-фитофаги (коэффициент дискриминации Кд, Ковальский, 1974).

Таблица 1

Коэффициенты последовательной зависимости парных взаимосвязей

Типы фаций

Коэффициент

РЬ

Cd

Си

Zn

Еловая фация днища долины Гондарай

Кк

0,85

2,97

1,02

0,50

Кб

0,33

0,96

0,37

0,40

Кд

0,98

0,80

0,44

0,77

Сосновая фация на склоне троговой долины доминантного лесного пояса

Кк

0,64

4,77

0,45

0,34

Кб

0,19

1,36

0,47

0,38

Кд

0,32

0,04

0,47

1,42

Сосновая фация в переходном поясе экотона верхней границы леса

Кк

0,88

1,43

0,37

1,62

Кб

0,30

1,33

0,53

0,13

Кд

0,16

0,16

0,47

0,45

Фация березового криволесья экотона верхней границы леса

Кк

1,29

1,67

0,69

1,50

Кб

0,14

1,44

0,35

0,11

Кд

0,34

0,34

0,45

0,45

Субальпийские луга экотонного пояса верхней 1раницы леса

Кк

0,88

1,44

0,42

1,61

Кб

0,20

1,37

0,66

0,12

Кд

0,38

0,62

0,42

0,51

Типы фаций

Коэффициент

РЬ

Cd

Си

Zn

Субальпийские луга на склоне цирка

Кк

0,55

1,23

0,21

1,29

Кб

0,26

1,08

0,60

0,14

Кд

0,23

0,23

0,65

0,37

Альпийские луга на конечной морене цирка

Кк

0,53

1,17

0,32

1,21

Кб

0,22

0,86

0,48

0,14

0,27

0,27

0,41

0,38

В большинстве полученных результатов наибольших величин достигают кларки концентрации, что говорит о довольно сильной связи почвенного компонента с материнской породой. Далее, при миграции химических элементов в растительный компонент коэффициенты биологического поглощения значительно ниже, чем кларки концентрации. В то же время наблюдается тенденция увеличения коэффициентов дискриминации в сравнении с коэффициентами биологического поглощения. Исключением является распределение кадмия, у которого все коэффициенты постепенно убывают, что говорит о снижении роли этого токсичного элемента при его передвижении от абиотических компонентов к биокосным и биотическим (табл. 1).

Закономерности в перераспределении химических элементов можно выявить на примере геохимических диаграмм вещества в пространстве фации. Подобные диаграммы для примера построены для фаций сосновых лесов доминантного лесного пояса исследуемых ландшафта (рис. 20).

Пирамидальная структура последних показывает перераспределение свинца, меди и частично цинка от материнской породы к фитофагам. Такая структура созвучна с законом пирамиды энергий Р. Линдемана (Реймерс, 1990). Исключением является кадмий, показывающий аномальность распределения элементов, и накопление в почвах и растениях.

При использовании многофакторной модели возможно проведение корреляционного анализа, который определяет биогеохимическую структуру ландшафта как состояние, возникающее в результате многовариантного и неоднозначного поведения взаимосвязей раз личных компонентов, которые развиваются вследствие открытости, притока энергии извне, нелинейности внутренних процессов. В таких сложных образованиях системообразующими являются корреляционные связи, а не причинно-следственные. Они образуют сложные структурные уровни организации материи. Такие, например, как ландшафты, включающие в себя биотическую, биокосную и абиотическую составляющую. По мнению В. С. Лямина (2001), они относятся к корреляционным системам. В настоящее время в математической статистике корреляция представляется как вероятностная или статистическая зависимость, не имеющая строго функционального характера. Корреляционная зависимость возникает тогда, когда один из признаков зависит от второго.

РЪ

Насекомые фитофаги

Растения

Почва

Cd

  • 0,08
  • 1,9
  • 1.4
  • 0,3 м/кг
Геохимические диаграммы перераспределения элементов в компонентах фаций сосновых лесов доминантного лесного пояса

Рис. 20. Геохимические диаграммы перераспределения элементов в компонентах фаций сосновых лесов доминантного лесного пояса

Насекомые фитофаги

Рас те гм я

Zn

Почва

  • 8.8
  • 6.2
  • 16 7
  • 49,0 м/кг

В таких системах невозможно проследить всю множественность связей при помощи только парных коэффициентов корреляции. Здесь приходится иметь дело с многофакторными зависимостями. Многофакторная модель вскрывает особенности и моделирует географическую реальность ландшафта более подробно (Елисеева, Юзбашев, 2004). Многофакторная корреляция характеризует также устойчивость ландшафта и его природных условий, а, следовательно, отражает и устойчивость взаимосвязей в нем и его морфологиче ских единицах. Величина данной корреляции может варьироваться от 0 до 1. Чем ближе результат к 1, тем выше многофакторная корреляция геосистемы и тем устойчивее взаимосвязи между компонентами в ландшафте.

Коэффициенты многофакторной корреляции по содержанию химических элементов в компонентах для различных типов фаций И.ф отражены в таблице 2.

Таблица 2

Ранжирование коэффициентов многофакторной корреляции взаимосвязи компонентов фаций

Цф от 0,01 до 0,1 (слабая связь)

Цф более 0,1 (сильная связь)

Фации березовых криволесий в экотонном поясе верхней границы леса

Иф=0,02

Еловые фации в лесном поясе Цф=0,12

Субальпийские фации на конусах выноса Иф=0,10

Сосновые фации в лесном поясе 1<ф=0,34

Альпийские фации на морене Иф=0,03

Сосновые фации в экотонном поясе верхней границы леса 1<ф=0,11

В целом показатели множественной корреляции в фациях горных ландшафтов невелики и не превышают 0,34. Однако они позволяют проследить определенные закономерности межкомпонентных связей при формировании геохимических условий. Во-первых, слабая геохимическая связь между компонентами наблюдается в фациях с альпийской и субальпийской растительностью (Яф колеблется от 0,03 до 0,1), что объясняется наличием большого количества внешних факторов с неблагоприятными природными условиями для развития биоты (короткий вегетационный сезон, низкие температуры, длительный криосферный сезон и др.). Низкие показатели здесь определяются также антропогенным фактором - ведется длительный выпас скота. Самая низкая многофакторная корреляция, и, как следствие, неустойчивые геохимические условия характерны для фаций березовых криволесий в экотонном поясе верхней границы леса (Яф=0,02), где сложная структура растительного сообщества (древесно-кустарниковое и травянистое сообщество с осыпями) и отмечаются лавинные процессы.

Более высокие коэффициенты многофакторной корреляции наблюдаются для лесных фаций: сосновых в поясе экотона (0,11), еловых (0,12) и сосновых (0,34) доминантного лесного пояса. Растительность этих фаций длительное время существует в условиях относительной стабильности (рис. 21).

Схема ранжирования коэффициентов многофакторной корреляции взаимосвязи компонентов фаций по высотным поясам

Рис. 21. Схема ранжирования коэффициентов многофакторной корреляции взаимосвязи компонентов фаций по высотным поясам

Согласно проведенному ранжированию, были выделены типы взаимосвязей по геоботаническим поясам, определяющих устойчивость геохимических условий фаций:

  • • неустойчивые (в высокогорных луговых геоботанических поясах);
  • • слабоустойчивые (в поясе экотона верхней границы леса);
  • • относительно устойчивые (в поясе хвойных лесов).

В биоэкосистемной модели межкомпонентные связи изучаются с позиций ландшафтной экологии. Для этой модели характерна направленность связей со стороны природных компонентов «среды» на главный элемент - «хозяина» (субъект). Как следствие, здесь складываются субъект-объектные отношения, сущность которых строится по принципу эксцентрических прямых и обратных связей, а эмерджентные свойства проявляются в формировании инвариантных свойств качества природной среды жизни биоты. В процессе обмена химическими элементами в субъект-объектных отношениях происходит формирование геохимической среды.

Определение качества геохимической среды проводилось при помощи вычисления усредненного коэффициента субъект-объектных отношений в парных связях субъекта (фитофагов) с компонентами среды (табл. 3).

Таблица 3

Коэффициенты субъект-объектных отношений в различных типах фаций

Тип фации

Величина коэффициента

Еловая фация в днище реки Гондарай

0,61

Сосновая фация на склоне троговой долины

0,38

Сосновая фация в переходном поясе экотона верхней границы леса

0,41

Фация березового криволесья экотона верхней границы леса

0,50

Субальпийские луга экотонного пояса верхней границы леса

0,29

Субальпийские луга на склоне цирка

0,36

Альпийские луга на конечной морене цирка

0,35

Полученные коэффициенты такого взаимодействия в фациальном пространстве позволяют судить об определенных особенностях и качестве геохимической среды и выявлять разнообразие типов сред фаций. Здесь геохимическая среда выступает как эмерджентное свойство биоэкосистемной модели, формирующееся в субъект-объектных отношениях. В этом случае геохимические природные условия трансформируются в понятие геохимической среды фаций.

Проведенное исследование позволило сформулировать некоторые положения понятийного аппарата, касающегося геохимических закономерностей взаимосвязей в ландшафте. Полученные данные подтвердили возможность выделения в понятийном аппарате таких понятий как геохимические условия, отражающих субъект-объект-ные отношения парных и многофакторных корреляционных связей, и геохимическая среда как эмерджентное свойство коллективного эффекта субъект-объектных связей в биоэкосистеме ландшафта (Си-воконь, Шальнев, 2014).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >