Структура ландшафта. Мощность организма

Каждая экологическая система в самой общей форме характеризуется балансами вещества и энергии и структурой. Последний фактор очень важен. При обилии материала и интенсивном притоке энергии физикогеографические процессы могут развиваться в ту или иную сторону, быстро или медленно в зависимости от структуры ландшафта.

Плановое преобразование природы собственно и заключается в создании структуры, которая, используя постоянный приток солнечной энергии, способна эффективно перерабатывать наличный и поступающий запас вещества в полезное сырье и при этом создавать благоприятную для человека среду.

Балансы вещества и энергии — количественные характеристики процессов, протекающих в экосистемах. Но может ли быть количественно охарактеризована структура? Очевидно, да. В условиях естественного ландшафта для этого могут служить такие показатели, как коэффициент использования солнечной энергии, оборачиваемость биомассы, интенсивность размножения (оборачиваемость поколений), в неживой природе интенсивность денудации и т.п.

Если речь идет об эксплуатируемом культурном ландшафте, то к количественным показателям структуры относятся и такие экономические категории, как урожай, получаемая прибыль, быстрота окупаемости капиталовложений и т.д. (Mazur, 1964).

Отдельными механизмами, входящими в состав структуры, являются рельеф, атмосферная циркуляция, почвенный профиль, биоценозы. Энергетический уровень, на котором ’’работает” ландшафт, состоит из двух частей: обменной и накопленной.

Обменная часть - это главным образом приходящая солнечная радиация, но также адвективное тепло и тепло фазовых превращений воды, поступление тепла из земной коры, кинетическая энергия падающих осадков и их потенциальная энергия, остающаяся после выпадения на приподнятые части рельефа (энергия стока).

Накопленная главным образом в ходе тектонических движений энергия это потенциальная энергия горных пород, озер и ледников, покоящихся над базисом эрозии, химическая энергия неорганических соединений с высоким энергетическим уровнем, а также органических соединений в многолетнем запасе биомассы. Накопленная энергия (энергетическая память ландшафта) может освобождаться и принимать участие в развитии ландшафта, только если она освобождена с помощью реле несравненно более слабых источников обменной энергии.

Структура экосистем определяет весь ход их развития. Большая часть саморазвивающихся систем в начале развития характеризуется положительными обратными связями, вследствие чего процесс развития сам себя усиливает. Но затем возникают отрицательные обратные связи, которые тормозят процесс и приводят к его затуханию или даже направляют в обратную сторону. Это процессы типа 3 и 4 (Арманд, 1963, с. 60).

В обоих случаях кривая развития имеет 5-образный перегиб. Указанная закономерность справедлива и для живой и для не живой природы. В самой общей форме она является следствием того, что процесс, изменяя среду и структуру системы, тем самым обусловливает невозможность своего продолжения.

Так, перегиб может вызываться накоплением солей и других вредных веществ в организме животного, накоплением аллювия и выработкой профиля равновесия речной долиной, достижением материковым ледником высоты, при которой осадки становятся меньше абляции (все это тип 3) , или колебаниями популяции хищников, периодически уменьшающих популяцию своих жертв (тип 4).

М. Мазур (Mazur, 1964) описывает процесс, сначала усиливающийся, затем затухающий (процесс типа 3), в применении к организму формулой:

где W - мощность; а₀ - количественный показатель структуры в начале развития; g_f — количество биомассы в момент максимального развития; е - основание натуральных логарифмов; t — время от начала процесса (текущая координата); А - коэффициент старения; Q - коэффициент развития; К - коэффициент пропорциональности (символы нами изменены).

Несмотря на несколько неопределенный характер части входящих в уравнение величин, оно хорошо описывает принципиальный ход процесса. Аналитическая форма уравнения видна на рис. 3. На нем ОМ — энергетический уровень, при котором организм способен к самовоспроизводству (плодоношению); t₁ и t₂ — моменты появления и исчезновения воспроизводящей способности.

Рис. 3. Мощность организма, по М. Мазуру (Mazur, 1964)

Хотя формула (3) предложена для организма, в принципе она может характеризовать некоторые экологические и вообще природные системы. Так, по кривой рис. 3 идет развитие плодового сада, березняка, временно вытеснившего хвойный лес на гари или вырубке, рост оврага. В последнем случае t₁ и t₂ могут означать, например, начало и конец способности временного водотока переносить определенную фракцию наносов.