Некоторые задачи и методы физики ландшафта

Место в системе наук. Совещание, которому посвящен настоящий сборник, было созвано для обсуждения проблемы физики ландшафта - новой отрасли или, выразимся осторожнее, нового рабочего направления в системе физико-географических наук.

Физика ландшафта - это учение о физическом взаимодействии компонентов ландшафта, точнее, учение о взаимодействии компонентов ландшафта, анализируемом на уровне и методами современной физики. В анализ входит и человек, но он рассматривается исключительно как геофизический фактор.

Хотя в проблематику нового направления включается взаимодействие между отдельными как неживыми, так и живыми компонентами, т.е. внутри неполных природных комплексов (гидроклиматического, геолого-геоморфологического и биолого-почвенного), преимущественное внимание оно уделяет взаимодействию внутри ландшафта в целом, и в первую очередь обмену веществом и энергией между живой и неживой природой. В углубленном исследовании именно этой проблемы чувствуется особая нужда; именно она была недостающим звеном в системе физико-географических наук.

Теперь рассмотрим, оригинально ли новое направление науки, не решаются ли все его задачи одним из старых направлений, т.е. не существует ли уже физика ландшафта под другим названием?

Взаимодействия природных явлений, всегда сводящихся к передаче и преобразованию вещества и энергии, изучаются в пределах нашей планеты геофизиками. Но геофизики интересуются преимущественно абиотической средой, а если оценивают параметры вещества и энергии при поступлении в организмы и при выбывании из них, например измеряют интенсивность десукции и транспирации, то сам органический мир они рассматривают как включенный в цепь трансформаций ’’черный ящик”, т.е. явление, внутренний механизм которого неизвестен. Наоборот, биологи исследуют только внутренние звенья цепи, задаваясь граничными условиями на входе и выходе из организма.

Изучение цепей превращений, испытываемых веществом и энергией лишь на отдельных отрезках, неполноценно, особенно в практическом отношении. Так, сельскому хозяйству важно знать реакцию растения на изменения среды при любых ее параметрах, но прежде всего при тех, которые, возможны и статистически распределены в данной местности.

Правда, цепи превращений вещества и энергии приходят из космоса и в него уходят, и нет пока науки, которая могла бы проследить их на всем пути. Но нас интересует в первую очередь ландшафтная сфера Земли (географическая оболочка); физическая география изучает ее в целом и во всех подразделениях и поэтому может охватить прослеживаемый участок цепи до ее границ.

Итак, физика ландшафта отличается от геофизики Земли и атмосферы тем, что она изучает только ландшафтную сферу, но в пределах ее не только мертвую природу, но и физические процессы в живой природе и рассматривает не общие физические закономерности, действительные для всей планеты, но их специфику для каждого полного или неполного природного комплекса любого ранга.

Может показаться, что это новое направление физико-географической науки просто синоним экологии. Но это не совсем так. Экология растений и животных уже; в представлении советских экологов она в отличие от физики ландшафта изучает не взаимодействия между живой природой и средой, но лишь воздействие неорганической среды на живую природу, а также связи внутри последней. В центре внимания экологии стоит приспособление организмов к среде, а состояние и изменение самой среды она не изучает (Поплавская, 1948; Шенников, 1950; Наумов, 1955; Раменский и др., 1956).

В понимании зарубежных исследователей экология уже ближе к физике ландшафта. Так, Одум (Odum, 1960) указывает, что экология - это изучение отношения организмов или групп организмов к их среде или взаимоотношение между живыми организмами и их средой и что ее следует определять как изучение структуры и функций природы, имея в виду, что и человечество есть часть природы.

Но в таком широком понимании экология перерастает в учение об экосистемах, которое в настоящее время бурно развивается в зарубежных странах. Предмет и границы этого учения понимаются разными исследователями весьма различно. П. Дювиньо (Duvigneaudet al., 1962) определяет экосистему как функциональную систему, которая включает сообщество живых существ и их среду. Экосистемы могут быть любого масштаба (от пня до биосферы). Из числа живых существ, подлежащих рассмотрению, не исключается и человек.

По П. Дювиньо, эта новая отрасль знания изучает и такие проблемы, как рост и питание населения, ’’географию голода”, загрязнение вод и атмосферы, использование естественных ресурсов — словом, всю сферу взаимодействия природы и общества, науку, которую И.М. Забелин (1963) предложил называть натурсоциологией. Физика ландшафта, напротив, не затрагивает общественных отношений, ограничиваясь рассмотрением чисто физической стороны явлений.

Пожалуй, физика ландшафта ближе всего к биогеоценологии. Однако объекты последней, в понимании ее автора В.Н. Сукачева (1949, 1964), пространственно и типологически очень ограничены. Они мельче фации, которую Л.С. Берг (1945) и Н.А. Солнцев (1949) считали неделимой, и ограничены границами строго однородных фитоценозов.

Природные комплексы, которые должна рассматривать физика ландшафта, могут быть, так же как в учении об экосистемах, разного ранга, разной степени однородности, охватывать как естественный, так и измененный человеком ландшафт. Можно сказать, что физика ландшафта изучает как биогеоценозы, так и любые их системы.

Остается рассмотреть соотношение физики и химии (или геохимии) ландшафта. Это смежные отрасли, провести границу между которыми практически невозможно. По традиции физика как наука отелах в иерархии форм материи стояла над химией как наукой о соединениях молекул и атомов, но физика захватила в свою сферу учение о структуре атома и его ядра. Когда было установлено, что все химические процессы обусловлены электромагнитными, т.е. физическими, силами, химия логически (но не по своей практической значимости) стала разделом физики.

То же можно сказать о разделах физики и химии, изучающих преломление их законов в конкретных условиях разнообразных типов ландшафта. Трудно, например, отделить физику от химии, когда первая изучает цикл воды в ландшафтной сфере и отдельных ландшафтах, а вторая — цикл химических элементов, в том числе водорода и кислорода, эту воду составляющих. Однако химия ландшафта возникла примерно на десять лет раньше, чем физика ландшафта (Арманд, 1964). Методика обеих отраслей, так же как и научные центры их разработки, различны.

Сближение физики и химии ландшафта как в теоретических, так и в практических целях совершенно необходимо. Можно предвидеть, что через несколько лет сформируется физикохимия ландшафта, исследующая современными точными методами все процессы динамики, формирования и развития ландшафта. Однако включать в название объединенной науки и биологию нет надобности. Теперь широко распространено представление, что особые ’’законы жизни” - это не что иное, как особо сложное сочетание простых законов физики.

Другое дело, что для познания наиболее совершенных проявлений их, таких, как процесс размножения, некоторые вегетативные физиологические процессы, инстинкты и рефлексы животных, необходимо применение своеобразных методов, обычно в физике неприменяемых. Но физикохимия ландшафта, как правило, не будет вторгаться в эти области, для познания же органического мира как одного из механизмов, обеспечивающих обмен вещества и энергии в ландшафтной сфере, физических и химических методов исследования достаточно.

Наконец, может возникнуть вопрос, не явится ли физикохимия ландшафта просто новой фазой ландшафтоведения, в свою очередь понимаемого как региональная комплексная физическая география. Если говорить о будущем, то, вероятно, так оно и есть. Вскоре изучение ландшафта иными методами, чем физико-химическими, станет просто непродуктивным, а любая оценка свойств ландшафта в терминах иных, чем термины математической статистики и теории вероятности, покажется безнадежно архаичной.

Ученые будут стремиться не открывать все новые географические законы, а сводить их число к минимуму, доказывать, что тот или иной ранее открытый географический закон есть лишь лемма основных законов физики и математических постулатов.

Найдется ли при новой формулировке задач ландашафтоведения место типологии ландшафта и районированию, которые сейчас часто считаются его альфой и омегой? Безусловно. Нельзя изучать суть процессов, протекающих в ландшафте, не выделив в нем относительные качественные и территориальные единства. Но при таком понимании типология и районирование займут место предварительных операций, подготавливающих решение основных задач науки или прикладных операций, создающих направляющие линии для народнохозяйственного проектирования.

Остановимся теперь на названии новой отрасли. Термин ’’геофизика ландшафта”, уже получивший некоторое распространение, представляется нам неправильным, поскольку под геофизикой понимается физика Земли, т.е. планеты, тогда как предметом новой отрасли является, как уже указывалось, изучение лишь ландшафта, ландшафтной сферы. К тому же словосочетание ’’геофизика ландшафта”, т.е. ’’физика Земли ландшафта”, непонятно и семантически недопустимо. К сожалению, его не так легко изменить, как и столь же нелогично название ’’геохимия ландшафта”, которое пустило глубокие корни в литературе.

Методы собственно физики ландшафта крайне разнообразны. Как и в любой области физической географии, они делятся на методы:
1) сбора фактического материала;
2) систематизации, т.е. приведения к виду, удобному для пользования;
3) научного обобщения (Арманд, 1961а).

Сбор фактического материала проводится на этапах ознакомления с литературными и фондовыми материалами, районирования, маршрутных и стационарных наблюдений. Последние делятся на наблюдения в природе и эксперимент, который в свою очередь может ставиться как в природе путем изменения одного из действующих факторов, так и в лаборатории при полной изоляции моделируемого процесса от случайных воздействий. Некоторые приемы сбора фактического материала были перечислены в нашей более ранней работе (Арманд, 1964, с. 20, пункты 1-4).

В настоящее время при любых методах сбора материала нельзя ограничиваться вольным текстом, заносимым в полевую книжку. В лучшем случае он может служить дополнением кода, фиксируемого на перфокартах, - единственного источника информации, обеспечивающего необходимый минимум сведений и стандартность записи и одновременно облегчающего следующий этап - систематизацию.

Перфокарты особенно удобны для комплексных исследований, когда при каждом наблюдении или в каждом пункте приходится фиксировать множество данных. Это имеет место при отборе библиографических данных, описании маршрутных станций для типологического и регионального районирования ландшафта, описании компонентов ландшафта для составления специальных карт. Журнально-бланковая форма записи может сохраниться для простых количественных измерений, например, при периодической записи показаний приборов.

Бланковый и перфокартный методы открывают возможности частичного слияния этапов сбора материалов и систематизации, так как уже при сборе данные записываются в систематизированном виде (Александрова, 1964).

Географам, желающим обрабатывать свои материалы на счетно-решающих устройствах, необходимо овладеть хотя бы основами программирования. Без этого нужные данные могут быть упущены, составленный макет перфокарты может оказаться неудачным, а задание машине - неверно сформулированным, что сделает невозможным составление алгоритма.