Ярусы, горизонты, контуры

Структура экосистемы отражает современное состояние ее мaccы - экомассы, которая включает три составные части: био­массу, некромассу и минеральную массу. Экомасса экосистемы ха­рактеризуется анизотропностью, Т.е. разной изменчивостью пара­метров в вертикальном и горизонтальном направлениях. Для вер­тикального направления характерна слоистость структуры, а для горизонтального - пятнистость. Слоистость вертикального сложе­ния экосистемы представлена надземными и подземными ярусами

фитоценоза и генетическими горизонтами педоценоза (рис. 1). Ка­ждая экосистема имеет свой набор структурных слоев, отличаю­щихся размерами к качественным составом. Именно эти характе­ристики обычно используются для идентификации экосистем. Они положены в основу их классификации и диагностики.

Вертикальная структура экосистемы формируется в процес­се использования автотрофной и гетеротрофной биотой ресурсов­

экотопа. Вертикальные надземные ярусы фитоценоза фор­мируются в результате конкуренции растений за энергию света, а подземные - за ресурсы влаги, кислорода и элементов мине­рального питания (ЭМП). Надземные ярусы лесных экосистем размещаются в слое атмосферы 20-30 м, а подземные - в слое почвы 1,5-2,0 м. Ярусы типичных лесных экосистем формируют­ся по градиенту освещенности из следующих жизненных форм: высокие и низкие деревья, высокие и низкие кустарники, высо­кие и низкие травы, напочвенные мхи и лишайники.

Деревья верхнего яруса имеют преимущество в максималь­ной освещенности, но вынуждены раСХ9довать много энергии на доставку из почвы на большую высоту влаги и ЭМП. Травяни­стые растения нижнего яруса испытывают недостаток освещен­ности, но избыток СО₂ в приземном слое компенсирует дефицит света (Культиасов, 1982). Кроме того, травам не нужно расходо­вать вещество и энергию на синтез стволовой древесины.

Подземные ярусы фитоценоза приурочены к генетическим горизонтам почвенного профиля (педоценоза), которые облада­ют различными запасами ЭМП, режимом увлажнения и аэрации. В лесных экосистемах подземная фитомасса составляет пример­но 30% общей фитомассы, а в травянистых экосистемах подзем­ная фитомасса преобладает, достигая 70% общей фитомассы. Ос­новная часть подземной фитомассы лесных экосистем (до 70%) приурочена к горизонту А почвенного профиля, мощность кото­рого колеблется в пределах 20-30 см. В луговых и степных эко­системах горизонт максимального скопления подземной фито­массы достигает 50-70 см. При этом корни отдельных растений достигают глубины 5-1 О м.

Вертикальная структура педоценоза формируется в процессе минерализации отмершей биомассы - некромассы. Горизонты почвенного профиля представляют собой различные сочетания начальных, конечных и промежуточных продуктов катаболизма экосистемы, который сочетает процессы минерализации и гуми­фикации отмершей биомассы. Различная скорость минерализа­ции и гумификации фракций некромассы способствует их диф­ференциации во времени и в пространстве. Почвенный профиль можно сравнить с хрома то графической колонкой, где разные ве­щества имеют свои координаты в пространстве.

Каждый тип вертикальной структуры имеет конкретную строго ограниченную площадь распространения. В горизонталь­ном направлении структурные элементы экосистем выглядят как дискретные участки различных размеров и конфигураций с одно­типной вертикальной структурой. К элементам горизонтальной структуры экосистем относятся натурные и картографические

выделы растительного и почвенного покрова: парцеллы, экоси­стемы, типы почв, фитоценозов, ландшафтов, провинций, зон, биомов и других территориальных единиц с однотипной верти­кальной структурой данного масштаба. Горизонтальная структу­ра экосистем характеризуется площадью выдела и его конфигу­рацией. Значимость конфигурации контуров как структурной характеристики экосистем значительно повышает объективность проведения границ контуров на местности и на карте. Однако на практике для оценки горизонтальной структуры используется только площадь контура экосистем разного масштаба.

И.Н. Степанов (2006) разработал метод морфоизограф, кото­рый позволяет точно и объективно проводить границы конту­ров. В результате картографирования этим методом конфигура­ция контура приобретает информативность. Оказывается, в каж­дой природной зоне существует ограниченное число характер­ных конфигураций почвенных и геоботанических контуров, при­уроченных к определенным сочетаниям факторов среды. Каж­дый тип рисунка контуров характеризует определенную катего­рию природных объектов. Незначительный объем типичных конфигураций позволяет формализовать их для широкого при­менения в практике картографирования.

Структура экосистемы (вертикальная и горизонтальная) ха­рактеризуется одновременно и относительной устойчивостью и изменчивостью. Устойчивость экосистем формируется благода­ря устойчивому сочетанию факторов среды на определенном участке земной поверхности. Автотрофная и гетеротрофная био­та адаптируется к этому сочетанию и формирует конкретные ти­пы экосистем. Устойчивость структуры относительна, но она по­зволяет идентифицировать экосистемы в континууме экологиче­ского пространства, классифицировать многообразие экосистем в стройную иерархическую систему дискретных таксонов.

Изменчивость экосистем обусловлена непрерывным измене­нием факторов среды в суточном, годовом и многолетнем цик­лах. Она позволяет экосистеме адаптироваться. к постоянно ме­няющимся условиям среды без существенных нарушений меха­низма функционирования. Структура каждой экосистемы фор­мируется и поддерживается конкретным биологическим сообще­ством в процессе его функционирования под влиянием опреде­ленного сочетания факторов среды на конкретном участке территории.

Отбор видов и их соотношений в биоценозе осуществляется таким образом, чтобы максимально использовать ресурсы эко­топа для синтеза биомассы. Сочетание факторов среды на кон­кретной территории служит ограничителем видового разнообра­зия

экосистемы. Структуру биологического сообщества форми­руют виды, для которых данное сочетание условий среды являет­ся оптимальным. В оптимальном диапазоне факторов среды фи­зиологические процессы биоты осуществляются в соответствии с генетической программой каждого вида и все стадии онтогенеза проходят без отклонений от нормы. При изменении сочетания факторов среды видовой состав меняется соответственно. Виды, для которых новые условия оказались менее благоприятными, уступают место видам, более приспособленным к новым услови­ям. В итоге структура экосистемы корректируется так, чтобы максимально использовать ресурсы экотопа. ,

Устойчивость структуры экосистемы стабилизирует про­странственную, картину почвенно-растительного покрова' кон­кретной территории (урочища, экологического региона, природ­ной зоны, биома, биосферы). Изменчивость структуры экосисте­мы во времени, позволяет ей безболезненно реагировать на изме­нения факторов среды, сохраняя режим функционирования. Это означает, что изменение видового состава экосистемы - это нор­мальная реакция экосистемы на изменения факторов среды. Од­нако структура экосистемы может изменяться и при относитель­но стабильных условиях среды.

Сукцессии Экосистем.Очень часто в практике полевых ис­следований структуру экосистемы заменяют структурой фитоце­ноза, поскольку ее гораздо легче измерить и оценить, чем струк­туру педоценоза, скрытую от глаз наблюдателя. Однако границы почвенных и геоботанических контуров не всегда совпадают в пространстве. Главная причина несовпадения заключается в раз­ной инерционности реакций фитоценоза и педоценоза на измене­ния факторов среды. При существенных изменениях факторов среды сначала изменяется структура фитоценоза, его фитомасса и видовой состав. Для изменения структуры педоценоза необхо­димо длительное существование нового фитоценоза на данной почве. Этот период реагирования зависит от характерного вре­мени (ХВ) данной почвы. По нашим расчетам ХВ подзолистой почвы составляет 50-70 лет, серой лесной почвы -100-120 лет, а чернозема - 300-500 лет.

При почвенном картографировании довольно часто обнару­живается несоответствие типа почвы типу растительности: бе­резняки оказываются на подзолах, а ельники - на дерново-подзо­листых, а иногда даже на серых лесных почвах. Такое несовпаде­ние не обязательно указывает на миграцию границы природной зоны под влиянием изменений климата. Чаще всего это происхо­дит в результате долговременной сукцессии после уничтожения лесного полога пожаром или сибирским шелкопрядом. Ввиду то­го,

что пожарам и инвазиям в большей степени подвержены при­спевающие или спелые древостои, можно предположить, что этистихийные бедствия являются естественным завершением стадии климакса экосистемы и началом сукцессии.

Наличие подзолов под березовыми лесами может означать, что сукцессия проходит ускоренными темпами с короткопериод­ной сменой пород, при которой почвенный профиль не успевает изменить морфологические признаки до такой степени, чтобы изменить таксономическое положение.

В том случае, когда под ельниками обнаруживаются серые или темно-серые лесные почвы, можно говорить о крупных эко­логических катастрофах и длительной задержке сукцессии на на­чальных безлесных стадиях. Все это время почва, лишенная лес­ного полога, находится в условиях иного микроклимата с другим растительным покровом и другой активностью почвенной био­ты. Новые сочетания факторов среды изменяют режим функци­онирования экосистемы и формируют свойства и признаки почв, характерные для почв открытых пространств. Если это средняя и южная тайга, то подзолы становятся дерново-подзолистыми почвами, а дерново-подзолистые переходят в серые и даже тем­но-серые лесные почвы. Если это происходит в северной тайге, то на месте подзолов могут сформироваться дерново-глеевые или лугово-болотные, а иногда и торфяно-болотные почвы. Это указывает на естественную изменчивость горизонтальной струк­туры экосистем без вмешательства человека.

Кроме явной изменчивости структуры экосистем существует скрытая изменчивость, которую наблюдатель не замечает вслед­ствие большой разницы времени изменений структуры и време­ни жизни наблюдателя.

Нам удалось описать такие явления в разных биоклиматиче­ских регионах: Западная Сибирь, Прикаспийская низменность и Восточное Забайкалье. Ниже изложены результаты полевых на­блюдений.

Изменчивость контуров таежных экосистем Западной Сибири мы наблюдали в южной тайге Обь-Енисейского междуречья. Здесь на самом юго-востоке Томской области севернее г. Ачин­ска и совсем близко от п. Боготол расположены знаменитые Долгоунские гари площадью примерно 150 ТЫС. га, где в начале ХХ века (1908-1910 гг.) произошла крупная экологическая ката­строфа - инвазия сибирского шелкопряда. Миллиарды гусениц шелкопряда на огромной территории уничтожили хвою деревьев и обрекли их на гибель. Через два-три года после нападения мо­гучие хвойные леса превратились в склад сухой, древесины, заросшей малиной, кипреем и другим высокотравьем. Малейшее воз­горание

становилось очагом крупного лесного пожара, при кото­ром выгорала не только мертвая древесина, но и живой напоч­венный покров с остатками куртин лесных пород.

Общая площадь гарей составляла около 300 тыс. га. Она включала отдельные выгоревшие участки леса разного размера: от небольших полян площадью 5-10 га до огромных безлесных пространств площадью 5-10 тыс. га. Мелкие поляны "елани" сравнительно быстро зарастали сначала березовым, а потом и еловым или пихтовым лесом. Крупным безлесным массивам ме­шали зарастать ежегодные пожары, которые чаще всего возни­кали осенью, когда сухая ветошь высокотравья провоцировала обширные пожары, аналогичные по интенсивности степным по­жарам. В результате таких часто повторяющихся пожаров унич­тожался весь древесный подрост и сукцессия задерживалась на первой стадии. Незначительное возобновление шло от границ лесных массивов. Особенно интенсивно выгорали восточные участки Долгоунских гарей, благодаря активному вмешательству человека.

Дело в том, что гари каждый год зарастали кипреем, который является очень хорошим медоносом. И красноярские пчеловоды до сих пор держат на Долгоунских гарях огромные пасеки в не­сколько сот ульев и собирают сотни тонн прекрасного кипрейного меда, который славится нежным ароматом, приятным вкусом и от­сутствием цвета. Почему именно красноярские, а не томские пче­ловоды хозяйничают на этом участке Томской области объясняет­ся тем, что из Томска сюда можно добраться вертолетом, а из Красноярска, Ачинска и других ближних городов на автомашине. Этим же объясняется тот факт, что каждой осенью кипрейные за­росли полностью выгорают. Пчеловоды, покидая богатые угодья, пускают палы, поджигают сухую траву для того, чтобы весной здесь снова вырос кипрей. Поэтому до сих пор в бассейне речки Долгоун в таежной зоне можно наблюдать огромные безлесные массивы с одиноко торчащими "остолопами" - обугленными ство­лами когда-то могучих хвойных деревьев.

Здесь интересно проследить изменение картины почвенного покрова. Здесь под коренными пихтовыми и еловыми лесами сформировались сильно подзолистые, глубоко-подзолистые и дерново-подзолистые почвы с небольшим гумусовым горизон­том. Очень часто в профиле подзолистых почв обнаруживается яркий, хорошо выраженный второй гумусовый горизонт, о про­исхождении которого споры не утихают до сих пор.

В центральной и восточной части Долгоунских гарей под за­рослями кипрея, малины и высокотравья, а также под березовы­ми куртинами разного размера залегают серые и темно-серые

лесные почвы с мощным, темно окрашенным и оструктуренным гумусовым горизонтом. Мы предполагаем, что за истекшие 100 лет на месте подзолов сформировались серые и темно-серые почвы - почвы другого типа. Произошел почвенный метамор­фоз, вследствие изменения факторов среды, благодаря уничто­жению полога леса. Если прекратить ежегодное выжигание кипрея и позволить сукцессии возобновить коренной тип леса, то через

100-150 лет можно обнаружить под молодыми хвойными лесами те же серые и темно-серые почвы, а через 200-300 лет там будут уже подзолы, чаще всего со вторыми гумусовыми го­ризонтами.

Опыт полевого картографирования лесных почв показывает, что случаи соответствия и несоответствия типов почв типам леса встречаются примерно с одинаковой частотой. И ничего удиви­тельного в этом нет. Просто мы привыкли идеализировать пред­ставление о лесном пологе как гомогенном пространстве одно­типного состава. На самом деле любой лесной массив, а тем бо­лее, лесная зона, представляет собой мозаику фитоценозов самого широкого спектра, характерного для данного гидротермического пояса.

У геоботаников существует так называемая GАР-парадигма. А. Уатт (Watt, 1925, 1947). В.Н.Коротков, 1991, с. 7-8. Цит. по Г.С. Розенберг, д.п. Мозговой, Д.Б. Гелашвили. Экология. Эле­менты теоретических конструкций современной экологии. Сама­ра, 1999. 396 с. (с.290).

Она описывает принцип "мозаичного возобновления" лесных сообществ, который включает следующие основные положения:

- вне зависимости от географического положения и флори­стического состава естественные леса имеют сходные принципы мозаично-ярусной организации;

- естественные леса представляют собой сукцессионную мозаику разновозрастных элементов мозаично- ярусной структуры;

- элементы мозаично-ярусной структуры выделяются по скоплениям синхронно развивающихся популяционных локу­сов древесных видов, скопления, в свою очередь, формируются в естественных лесах после нарушений, приводящих к обра­зованию прорывов в сплошном пологе леса (размеры проры­вов (gaps - окон) в пологе леса определяют видовой состав ус­пешно возобновляющихся древесных видов и их количествен­ные сочетания);

- онтогенез древесных видов в лесных ценозах, включающий стадии молодости, зрелости, старения и смерти, определяет попу­ляционную жизнь видов подчиненных синузий автотрофов и, в некоторой степени, популяционную жизнь гетеротрофов;

- устойчивое существование лесного массива возможно лишь при условии закономерного сочетания элементов мозаично-ярус­ной структуры, находящихся на разных стадиях развития.

По всей вероятности, гомогенный лесной полог не более, чем абстракциях. Растительный покров должен быть пятнистым хотя бы для того, чтобы обеспечить регулярное обновление и поддер­жание ресурсов экотопа. В отличие от животных, которые пере­мещаются по территории в поисках необходимых организму пи­щевых ресурсов, растения для смены "пастбища" вынуждены пе­ремещаться во времени. На конкретном участке территории ре­гулярно происходит чередование типов леса (стадии сукцессии) аналогично чередованию культур в севообороте. Коренной тип леса регулярно меняет место обитание, перемещаясь в пределах ареала. Он возвращается на свое прежнее место после экологи­ческой катастрофы; через строго определенное время (период сукцессии). В "течение этого времени другие типы растительно­сти готовят экотоп, приводят, его в соответствие с требованиями эдификатора коренного типа леса.

Иначе говоря, на территории конкретного экологического региона (Природной зоны, провинции) В каждый данный" момент времени МШI(НО обнаружить все стадии сукцессии коренной зо­нальной экосистемы (фитоцено:за). Каждая стадия сукцессии представлена определенным типом фитоценоза, занимает опре­деленную площадь данного региона и существует определенное время. Затем, переходит в другую стадию. Общая площадь лесно­го массива и соотношение площадей, занятых всеми стадиями сукцессии почти не меняется во времени, его можно считать по­стоянным.

Однако, если провести повторное картографирование этой территории в том же, масштабе, по той же методике и с той же точностью через 50 или 100 лет, то окажется, что многие типы леса, сохранив свою относительную площадь, сменили местопо­ложение перешли на другое пастбище. Остальные участки явля­ются разными стадиями этого перехода. Коренной тип леса за­вершает сукцессию и он же начинает ее, когда истощает экотоп. Деревья конкретного вида эдификатора, закончившие биологи­ческий цикл на конкретном участке территории могут вернуться на этот участок только спустя определенное время, необходимое для обновления экотопа. В тропических лесах это относится к ка­ждому дереву, а в бореальных ко всей популяции.

По многолетним наблюдениям В.В. Фуряева (Фуряев, 1996) средняя повторяемость лесных пожаров на дренированных тер­риториях данного региона составляет 60 лет. Примерно с такой же периодичностью эта территория подвергается нападению сибирского

шелкопряда. Это значит, что каждые 60 лет спелые лесные массивы выгорают и на их месте начинается сукцессия. В зависимости от интенсивности пожара и экологических условий восстановительного периода восстановительная сукцессия может пойти либо по коротко-производному типу, либо по длительно­производному.

Обобщенная схема стадий коротко-производной смены по­род в ходе после пожарной сукцессии лесовозобновления выгла­дит так (Фуряев, 1996, с. 114):

- горельники с полностью разрушенным материнским древо­стоем, 5 лет;

- травяно-кустарничковые, часто кипрейные ассоциации, 20 лет;

- сомкнувшиеся лиственные молодняки, осинники или берез­няки разнотравные, 40 лет; ,

- сомкнувшиеся лиственные молодняки с подростом темно­хвойных, 80 лет;

- лиственные насаждения со вторым ярусом хвойных, 120 лет;

- смешанные темнохвойно-лиственные насаждения с преоб­ладанием в составе лиственных, 160 лет;

- смешанные лиственно-темнохвойные, 180 лет;

- чистые темнохвойные сообщества, 200 лет.

Приведенная схема говорит о том, что при самых благопри­ятных условиях восстановление коренного типа леса можно ожи­дать не раньше, чем через 200 лет. Причем почти половину это­го периода почва функционирует без лесного полога или под раз­реженным пологом молодого лиственного леса. Это стимулиру­ет процесс гумусонакопления и сдерживает процесс оподзолива­ния. Поэтому режим функционирования почвы в первую половину восстановительной сукцессии значительно отличается от оп­тимального режима коренной климаксной экосистемы. В такомслучае и результативность функционирования должна быть дру­гой, отличной от оптимальной. Этим и объясняются несовпадения типов леса типам почвы при почвенном картографировании.

Допустим, что большой массив коренного типа леса Обь­-Енисейского междуречья ельник кисличник был уничтожен в ре­зультате повреждения сибирским шелкопрядом и прохождения сильных многократных лесных пожаров. Экзогенная сукцессия продолжалась 200 лет и завершилась полным восстановлением ис­ходного типа леса. На протяжении всего периода сукцессии

сменилось пять промежуточных типов леса. Первая стадия бурьянистая продолжалась 3 года. Вторая стадия березового жердняка ­20 лет, третья стадия березняка разнотравного - 50 лет. Четвертая

стадия березо-ельника с багульником - 100 лет. И последняя пя­тая стадия ельника черничника - 150 лет. После этого полностью восстановилась структура коренного типа леса и климаксная ста­дия продолжается в настоящее время и существует уже 50 лет.

Теперь посмотрим, как менялась общая картина в пространст­ве всего лесного массива, общей площадью 100 тыс. га. Прежде всего, следует отметить, что шелкопрядом и пожарами были унич­тожены только хвойные деревья, а массивы березовых и осиновых лесов с подростом хвойных пород, занимавших примерно 30% тер­ритории, почти полностью сохранились. Поэтому через 50 лет эти массивы перешли в ранг хвойных лесов с примесью березы и оси­ны. За это время их статус приобрели массивы первой и второй стадии сукцессии. Еще через 50 лет исходные березняки перешли в стадию ельника черничника. Бывшие гари перешли в стадию березо-ельника. А часть хвойных массивов пострадала от очередно­го нападения (инвазии) сибирского шелкопряда и лесных пожаров, превратившись в гари. Этот беглый анализ говорит о том, что на данной территории экзогенная сукцессия проходит постоянно, все ее стадии присутствуют на территории массива в каждый данный момент. Соотношение площадей, занятых разными стадиями сукцессии меняется незначительно. Однако местоположение отдель­ных пятен меняется во времени. .

Упомянутая выше GАР-парадигма мозаичного возобновле­ния проявляется не только в лесных сообществах. Ее можно на­блюдать в полупустынных ландшафтах Прикаспийской низмен­ности. Это особенно хорошо видно при сопоставлении полевых наблюдений с материалами аэрофотосъемки или космической съемки.

На территории северной части Прикаспийской низменности нам удалось наблюдать такую же тенденцию изменчивости кон­туров природных экосистем, которая характерна для лесных эко­систем. По существу она представляет.. собой поверхность дна Каспийского моря, обнажившегося в результате отступления вод Каспия до современных границ его акватории. За истекшие пять тысячелетий на этой поверхности сформировался уникальный полупустынный ландшафт бессточной равнины с характерной пятнистой мозаикой почвенно-растительного покрова.

Почвенный покров Прикаспийской низменности представля­ет собой пеструю мозаику, состоящую из ярко выраженных пя­тен, сочетающихся в комплексы довольно однообразного соста­ва компонентов: каштановые солонцеватые, лугово-каштано­вые, солонцы (от корковых ДО глубоких), лиманные солоди, со­лончаки. В пространстве меняются только количественные соот­ношения отдельных компонентов комплекса. Чаще всего на поч­венных

картах разных районов Прикаспийской низменности вы­деляются четырехчленные комплексы: каштановые, лугово-­каштановые, солонцы и перерытые почвы сусликовых бугорков (бутанов). Лиманные солоди и солончаки образуют, как правило, достаточно крупные самостоятельные контуры.

Главной причиной своеобразной и характерной для данного региона пестроты почвенного покрова принято считать пестрый суффозионный рельеф территории, благодаря которому проис­ходит перераспределение влаги редких дождей и маломощного

снежного покрова на идеально ровной., поверхности бессточной равнины. По мнению многих исследователей именно дифферен­циация влаги в пространстве создает такую пестроту почвенного и растительного покрова.

Рельеф Прикаспия - это регулярное чередование отрица­тельных просадочных и положительных бугорковых форм мик­ро- И мезорельефа с амплитудой вертикальных отметок не более 2 метров. К элементам микро- и мезорельефа довольно строго приурочены соответствующие типы почв и растительности. От­рицательные элементы рельефа - блюдца, падины, лиманы ­почти всегда изометричны, имеют в плане форму правильного круга. Положительные формы рельефа представлены межблюд­цевыми плоскими участками неправильных очертаний и суслико­выми бугорками (бутанами), довольно густо рассредоточенными по территории по одиночке или граппами.

Степные блюдца - это округлые понижения диаметром 3-5 метров и глубиной 20-50 см, занятые темноцветными лугово-­каштановыми почвами и злаковниками с обязательным кустом та­волги в центре. Падины - более обширные понижения менее пра­вильной формы размером 10-50 м, глубиной до 100 см, занятые лугово-каштановыми слабо солонцеватыми или осолоделыми почвами со злаковой степной растительностью. Самые крупные понижения - лиманы достигают довольно больших размеров от100-500 м до 3-5 км в диаметре и до 1-2 м глубины. Их почвенный покров представлен лиманными солодями в комплексе с каштано­выми солонцеватыми или осолоделыми почвами. Пределом вели­чины суффозионных понижений Северного Прикаспия можно считать бессточные круглые мелководные солевые озера Эль­тон - 25 км и Баскунчак - 15 км в диаметре.

Эта характерная для Прикаспийской низменности мозаика хорошо видна как в натуре на местности, так и на аэрофотосним­ках. Большинство исследователей считает эту мозаику неизмен­ной и статичной, поскольку существует она уже много тысячеле­тий. Однако есть основания утверждать, что пятна мозаики до­вольно быстро меняются во времени и даже регулярно переме­щаются

в пространстве. Но происходит это фактически незамет­но для исследователей. Они постоянно фиксируют на карте или аэрофотосъемке мозаичный почвенный покров, без детального сопоставления границ контуров в пределах конкретного участка. Если же через 50-100 лет, при повторной съемке точно сопоста­вить границы конкретных падин и лиманов, то можно обнару­жить смещение в пространстве не только их границ, но и границ солонцовых комплексов и даже отдельных почв, обнаружить иные очертания, пятен в комплексах почвенного покрова.

Вероятно, существует какая-то ритмичность этих смен, пери­одически повторяющиеся циклы изменения пятен мозаики. Од­нако обнаружить их трудно вследствие несоответствия времени жизни наблюдателя и периодичности смен мозаики. Наблюда­тель в любое время видит одну и ту же мозаичную картину пят­нистости почвенно-растительного покрова. Но он не в состоянии оценить пространственную изменчивость конкретных пятен мо­заики, их взаимного расположения по прошествии ста или тыся­чи лет. Поэтому для решения такой задачи необходимо использо­вать методы математического и физического моделирования с последующей экспериментальной проверкой Точности результа­тов моделирования материалами наземной и дистанционной съемки контрольных, строго фиксированных в пространстве участков территории.

Можно представить изменчивость во времени структуры почвенного покрова на территории Прикаспийской низменности в виде постоянно повторяющегося явления - "мерцания мозаи­ки". Внешне это явление будет выглядеть как непрерывный про­цесс зарождения и увеличения размеров отрицательных форм рельефа, в результате которого пятна мозаики будут укрупнять­ся, сливаться с соседними пятнами и, наконец, почти полностью исчезнут, превратившись в большое гомогенное пятно крупного понижения рельефа - лиман. Затем, в границах этого большого гомогенного пятна, начнут зарождаться мелкие пятна-повыше­ния, которые постепенно будут разрастаться до нового макси­мального предела. Размер пятен может изменяться от несколь­ких метров до нескольких километров.

Для оценки этого уникального явления в настоящее время можно использовать косвенные методы: сравнительно-геогра­фический анализ и математическое моделирование механизма этого уникального явления с последующей экспериментальной проверкой на аэрофотоснимках и на местности.

Сравнительно-географический метод позволяет подобрать в естественном пространстве такие ситуации, которые можно представить как этапы последовательной смены во времени процесса

развития почвенного покрова на данной территории - эко­генетической сукцессии.

На местности и на аэрофотоснимке легко обнаружить все ос­новные структурные элементы почвенно-растительного покро­ва, которые можно представить как стадии единой сукцессии: тип растительности здесь довольно точно совпадает с типом почвы.

- свеженасыпанный остроконечный сусликовый бугорок (бутан);

- группа соседствующих и сливающихся в единый массив бу­танов с сохранением индивидуальных границ;

- бутаны с про севшей вершиной;

- просевшие бутаны с черной полынью в центре;

- западинка с белой полынью и злаками;

- степное блюдце, заросшее типчаком с кустом таволги в центре;

- слившиеся воедино несколько блюдец, образовавшие пади­ну с заметными очертаниями границ некоторых бывших блюдец;

- слившиеся воедино несколько падин, образовавшие лиман с очертаниями границ некоторых бывших падин;

- лиман с многочисленными светлыми пятнами на поверхности; - явная пятнистость в границах бывшего лимана.

Все эти формы рельефа связаны между собой единым меха­низмом сукцессии. На местности и на аэрофотоснимках отчетли­во видны переходные формы, когда внутри крупного понижения прослеживаются исчезающие границы более мелких понижений, а сусликовые бугорки группируются в массивы.

Основа механизма сукцессии - геологический процесс суф­фозии, а инициатором сукцессии является биологический зооген­ный фактор - активная деятельность землероев - сусликов, туш­канчиков и других животных, плотно заселивших данную терри­торию.

Процесс суффозии - это вымывание из почвы или рыхлой породы легко растворимых солей: (хлоридов, сульфатов, карбо­натов), вынос их вместе с тонкодисперсными частицами в ниже­лежащие горизонты или грунтовые воды. Вследствие этого про­цесса происходит постепенная просадка поверхности почвы и об­разование замкнутых понижений: блюдец, воронок, падин, лиманов. Перечисленные отрицательные формы рельефа, отличающиеся размерами, становятся последовательными стадиями еди­ного процесса - прогрессирующей суффозии. Чередование ста­дий во времени происходит в строго определенной последова­тельности.

Сначала на ровной поверхности солонца появляется суслико­вый бугорок, состоящий из материала карбонатного и гипсового горизонтов, залегающих непосредственно под солонцовым. Со­лонцовый водоупорный горизонт суслики используют в качестве водонепроницаемой крыши для своего жилища.

Гипс, содержащийся в массе бугорка, замещает натрий поч­венного поглощающего комплекса солонцового горизонта об­менным кальцием и способствует коагуляции коллоидов. В ре­зультате этой реакции солонцовый горизонт теряет свою высо­кую плотность и набухаемость, которые делали этот горизонт непроницаемым водоупором.

После разрушения солонцового горизонта и вымывания та­лыми водами растворимых солей из сусликового бугорка начина­ется его просадка. В процессе просадки зарождается и развивает­ся малое понижение: сначала образуется западинка, потом она превращается в воронку и блюдце. Затем понижение увеличива­ется в размерах, сливается с другими такими же или более круп­ными понижениями, образует обширные падины со злаково-разнотравной растительностью. Падины увеличивают площадь пу­тем слияния с другими падинами и постепенно превращаются в лиманы. В лиманах на их обширной территории (до 3-5 км) исче­зают, как бы растворяются, все мозаичные структуры, в резуль­тате чего образуется совершенно плоская поверхность с гомоген­ным почвенным и растительным покровом из лиманных солодей.

Со временем, под влиянием застоя теплых весенних талых вод, происходит заиливание и вторичное засоление лиманной со­лоди. При многократном и длительном затоплении весенними та­лыми водами, солоди превращаются в солончаки или солончако­вые солонцы. В режиме обычного затопления и обсыхания (2-3 нед.) на месте лиманной солоди, под влиянием весенней ак­тивизации биологических процессов, формируются солонцы или каштановые солонцеватые почвы. В результате таких превраще­ний на поверхности однородного лимана образуются новые со­лонцовые комплексы, и появляется новая мозаика с другими очертаниями компонентов, с другим их местоположением. При этом общая картина мозаичности почвенного покрова сохранит­ся и будет казаться неизменной. Все компоненты налицо, а пере­мещение их в пространстве осталось незамеченным.

Многократное повторение этого цикла постепенно снижает общий уровень дневной поверхности территории. В локальных местах скопления подземных сильнозасоленных вод образуются залежи каменной соли (подземные купола) и поднимают выше­лежащую толщу рыхлой породы, образуя возвышенности. Впол­не возможно, что поверхность Прикаспийской низменности в ре­зультате

таких регулярных изменений когда-нибудь опустится до такой степени, что вызовет новую (очередную) трансгрессию Каспийского моря на север.

Возможен и противоположный вариант развития событий, при котором суффозионные процессы будут способствовать подъему уровня Прикаспия и образованию повышенных форм рельефа. Изучив механизм этого уникального явления, можно будет с высокой степенью достоверности прогнозировать пове­дение большой геосистемы.

Инициаторы суффозионных процессов - грызуны-землерои, в первую очередь суслики. Высокая численность популяции сус­лика обыкновенного на территории Северного Прикаспия и своеобразная морфология солонцового профиля - главные дви­гатели механизма естественной сукцессии почвенно-раститель­ного покрова в этом регионе.

Суслик устраивает свое жилище в норе под сводами водоне­проницаемого солонцового горизонта. В процессе рытья норы он выгребает на поверхность рыхлый материал карбонатного и гипсового горизонтов, которые залегают непосредственно под иллювиальным горизонтом солонца. В сухом состоянии солонцо­вый горизонт представляет очень плотные, монолитные струк­турные отдельности (столбики, призмы, глыбы), разделенные широкими трещинами усыхания. При увлажнении весенними талыми водами или во время редких летних ливней, солонцовый го­ризонт сильно разбухает, становится вязким, гомогенным и не пропускает влагу в нижележащие горизонты почвы. Карбонат­ный и гипсовый горизонты находятся в сухом состоянии круглый год и жилище суслика гарантировано от затопления.

Разбухание солонцового горизонта происходит за счет пепти­зации коллоидов почвенного поглощающего комплекса, обога­щенного катионами натрия. В практике сельского хозяйства, для мелиорации солонцов с целью улучшения их сельскохозяйствен­ных свойств используется гипсование - внесение в почву или на ее поверхность гипса. При взаимодействии гипса с солонцовым горизонтом происходит замещение натрия почвенного поглощающего комплекса кальцием гипса и последующее вымывание вновь образованного легко растворимого сульфата натр