Производительность ландшафта. Периодический закон зональности

За последние десятилетия в СССР получила распространение практика произвольного использования ландшафта. Она заключается в стремлении преобразовывать ландшафт без достаточного его изучения, без учета существующих природных взаимосвязей и без попыток прогноза последствий, вызываемых вмешательством человека. Вид использования ландшафта определялся исходя из общих потребностей, которые устанавливались плановыми органами и проектными институтами.

Между тем эти учреждения, не располагавшие кадастрами ресурсов, часто не учитывали всеобщность природных и хозяйственных взаимосвязей. Они, не имея в своем составе специалистов с географическим и биологическим образованием, сплошь и рядом преследовали лишь узкую непосредственную цель и, стремясь к ее достижению, совершали грубые ошибки, из-за чего отрицательный эффект возникал там, где его меньше всего ожидали.

В качестве примеров можно привести сплошное сведение лесов на огромных, в том числе водоохранных, площадях, распашку эрозионно опасных склонов и дефляционно опасных легких почв, нерасчетливый отвод лучших сельскохозяйственных земель под застройку и затопление, создание бесполезных государственных лесных полос и шаблонное (без геофизического расчета) проектирование полезащитных полос, массовое строительство прудов на карсте, продвижение на север теплолюбивых культур и создание ирригационных систем без планации полей.

Несомненно, что власть человека над природой велика и постоянно растет, несомненно, что социалистический строй раскрывает исключительные возможности направленного преобразования природы. Однако целесообразность каждого отдельного мероприятия, выбор времени, места и способа его проведения должны проверяться экономическим расчетом, а структура хозяйства - проектироваться с установкой на наибольшую отдачу.

Интересы государства именно в том и заключаются, чтобы все природные механизмы работали с наивысшим коэффициентом полезного действия, а вопросы использования естественных ресурсов решались комплексно, на основе расширенного воспроизводства и с дальним прицелом. Именно на этих принципах должно строиться государственное и районное планирование.

В наше время человек может в любом месте построить почти любое сооружение или вырастить любые культуры. Но когда это строительство производится без учета природных условий и ресурсов, оно требует огромных и неоправданных затрат и часто приводит к отрицательным последствиям.

Правильный же подход к использованию ландшафта заключается в том, чтобы дать с затратой малых средств природным процессам толчок в нужном направлении, использовав их скрытые возможности и тенденции, и в дальнейшем заставить природу саму работать на себя бесплатно. Но для этого необходимо хорошо знать внутренний механизм природных явлений, материальные и энергетические ресурсы. Одним из средств этого познания и может стать физика ландшафта.

Подготовка ландшафта к использованию бывает весьма различной: от минимальных изменений, например, при использовании под охотничье угодье до полной перестройки при добыче полезных ископаемых или городской застройке. Даже в последнем случае изучение свойств и ресурсов ландшафта, в том числе роли его полностью уничтожаемых компонентов, весьма важно, так как эта перестройка может привести к косвенным последствиям, при которых горные работы будут крайне затруднены (например, затоплением грунтовыми водами), а условия жизни в новом городе окажутся антисанитарными.

Тем более необходимо познание природных связей при использовании ландшафта для сельского и лесного хозяйства, когда его основные компоненты - микроклимат, рельеф, почвы — подвергаются лишь ограниченной перестройке.

В настоящее время географы стремятся овладеть умением предсказывать последствия воздействия хозяйственной деятельности на ландшафт. Аналогично и задачей географа должно быть не прогнозирование, а программирование ландшафта, обладающего заданными свойствами и производительностью. В применении к сельскому и лесному хозяйству основой программирования явится обеспечение ландшафта источниками питания и факторами развития растений в должных пропорциях.

Рецептура этого сочетания зависит от технических возможностей и эффективности мелиораций, предпринимаемых для внесения корректив в существующий природный комплекс. Выбор сочетания свойств преобразованного ландшафта должен осуществляться, как и при всяком проектировании, путем расчета ряда вариантов, причем этот расчет может заключаться как в проверке разных гипотез использования угодий, так и в определении выгодности различной глубины преобразования при реализации того или иного варианта.

А. А. Григорьев и М.И. Будыко (1956) показали, что продуктивность плакорных ландшафтов примерно следует ходу радиационного индекса сухости IR = R/Lr (R - сумма приходящей радиации; r - годовые осадки; L - скрытая теплота испарения), который колеблется в пределах от 0,2 до 3 с лишним. Продуктивность сперва возрастает до IR = 0,8 + 1,0, затем вновь падает. Кроме того, она увеличивается от цикла к циклу с ростом энергетической базы.

Если следовать от полюса к экватору, величина трижды проходит через максимум. Однако от такого упрощенного представления о подобии всех трех циклов следует отказаться. Как видно из рис. 4, индекс сухости в среднем секторе Евразии и Северной Африки (для которых только и можно проследить его ход вдоль меридиана) в направлении на юг в умеренном поясе нарастает, в субтропическом убывает скачкообразно до 1, минуя малые значения, затем вновь возрастает до максимума и постепенно падает до минимума в экваториально-тропическом поясе, причем, как установлено А. В. Дроздовым, в последнем случае падения продуктивности растительности не происходит, так как место мезофитов, максимум продуктивности которых лежит около IR = 1. занимают, как указал В. Д. Лопатин (1959), гигрофиты, приспособленные к значительно большей влажности.

Рис. 4. Периодический закон зональности. Пояса: I — умеренный; II — субтропический; III — экваториально-тропический; 1- тундра; 2 — тайга; 3 — лиственный лес; 4 — лесостепь; 5 — степь; 6 — полупустыня; 7 — пустыня умеренного пояса; 8 - вечнозеленые леса; 9 — субтропическая степь; 10 — то же, полупустыня; 11 — то же, пустыня; 12 — тропическая пустыня; 13 - опустыненная саванна; 14 - сухие кустарники и саванна; 15 - леса саванновые; 16 - тоже, субэкваториальные; 17-гилея

При всем принципиальном значении периодического закона географической зональности его явно недостаточно для определения предела урожайности культур или естественных растительных сообществ, хотя бы потому, что площадь плакоров с типичными зональными почвами в балансе сельскохозяйственных земель ограничена. Изменение крутизны склонов, солнечной и ветровой экспозиции, снегозаносимости, водных свойств почв и других характеристик малых участков местности существенно изменяет соотношение и потенциал главных факторов плодородия - солнечной радиации и влаги.

Поэтому насущной задачей физики ландшафта являются видоизменение для малых территорий формулы индекса сухости и разработка методов его определения. Изменение для этого случая формулы IR=R/Lr необходимо потому, что средние многолетние осадки, постоянные на больших площадях, недостаточно тесно коррелируются с фактическим увлажнением почвы отдельных угодий.

Увлажнение зависит не только от абсолютной величины осадков, но и от их перераспределения по площади, связанного, во-первых, с метелевым переносом снега, во-вторых, с неравномерным увлажнением дождями склонов различной ветровой экспозиции. Далее осадки, практически попавшие на почву, могут в зависимости от упомянутых выше почвенно-геоморфологических факторов по-разному распределяться между стоком, фильтрацией и полным испарением.

Возможно, что именно последнее слагаемое расходной части водного баланса лучше всего коррелируется с продуктивностью фитомассы и должно служить показателем количества влаги, получаемой растительностью в измененной формуле индекса сухости. При этом на низких элементах рельефа, получающих дополнительное питание от грунтовых вод, испарение может быть больше осадков. Наконец, для малых участков необходимо учитывать, что R в формуле IR изменяется в зависимости от уклона и экспозиции склонов.

Важность для сельского хозяйства агрохимических карт теперь широко признана и поставлена цель довести дифференциацию их контуров до отдельного угодья и элемента рельефа. Однако необходимость дифференциации приемов ведения сельского хозяйства в соответствии с вариацией на малых площадях индекса сухости и его ингредиентов - солнечной радиации и увлажнения - из внимания упускается. Интересно отметить, что в холмистых районах некоторых стран эта разница в инсоляции и осадках учитывается вековым опытом земледельцев, причем на склонах различных экспозиций практикуются разные севообороты, агротехника и нормы удобрений.

На Курской полевой экспериментальной базе Института географии АН СССР начаты работы по крупномасштабному типологическому ландшафтному районированию нового типа с целью изыскания путей к устранению указанного недостатка. В основу типологии угодий кладутся количественные градации основных параметров, определяющих степень благоприятности среды для произрастания полезных растений.

Предусматривается, что районирование будет трехступенчатым. На первой ступени выделяются участки (ареалы типов ландшафта), получающие равные, т.е. лежащие в пределах принятого интервала, количества приходящей лучистой энергии. На второй ступени они делятся по обеспеченности влагой, на третьей - по содержанию в почве минеральных и органических элементов питания. Факторы, не менее важные для растений, но мало изменяющиеся в масштабе отдельных землепользований (адвективное тепло и содержание С0₂ в воздухе), на данном этапе районирования не учитываются.

Это ландшафтное районирование рассматривается как синтетическая темам. Данные климатических, гидрологических, снежных и почвенных исследований должны быть привязаны к определенным элементам рельефа и обеспечить последние балансовыми характеристиками. По геоботаническим и геозоологическим данным должно быть установлено, какое количество биомассы может быть произведено при том или ином сочетании физических и химических факторов.

Чтобы данные по отраслевым исследованиям могли быть использованы для составления ландшафтной картины, они должны быть целеустремленно запланированы и методически согласованы друг с другом, в частности, в отношении места и сроков наблюдений, единиц измерения и форм записи. Можно думать, что упорядочение системы бланков и перфокарт сыграет существенную роль во взаимной увязке наблюдений.

Как было сказано выше, районированием результаты исследований по физике и химии ландшафта не исчерпываются. Изучение отдельных его структур и механизмов имеет также самостоятельную теоретическую ценность и может найти разнообразное практическое применение.

В настоящее время ведется работа над первой (верхней) ступенью районирования. В методике выявления количественных характеристик второй и третьей ступеней еще много неясного. Получение количественных характеристик для всех элементов рельефа путем непосредственных измерений очень трудоемко и может осуществляться только на стационарах научных учреждений.

Впоследствии необходимо разработать упрощенные методы составления ландшафтных карт на основе данных метеорологической сети, крупномасштабных топографических и почвенных карт, планшетов аэросъемки и планов землеустройства.

Такие карты, составленные на обширные территории, могут рассматриваться как кадастровые и, соединяя в себе содержание микроклиматических, почвенно-эрозионных и агрохимических карт, смогут послужить научным основанием мелиорации, качественной оценки земель, организации территории и объективного планирования сельского и лесного хозяйства.

Такие карты практически являются паспортами участков, позволят наиболее выгодно использовать их естественные ресурсы и условия и реалистически оценить возможности освоения и увеличения производственного потенциала ландшафта.