Проблемы дифференциации вещества и организация геосистем Семенов, Юрий Михайлович

Введение к работе

Актуальность темы исследований. В условиях усиливающегося воздействия общества на природную среду важное значение приобретают вопросы ее оптимизации и создания систем природопользования на основе разработки стратегии взаимодействия человека со средой его обитания. Местом, где сталкиваются интересы общества и природной среды, является ландшафтная оболочка Земли. Регионализация природопользования, направленная на максимальный учет конкретной природной обстановки, должна опираться на знания о строении, развитии и функционировании объектов использования, в качестве которых выступают подразделения ландшафтной оболочки - геосистемы - природные единства различных уровней, "где отдельные компоненты природы находятся в системной связи друг с другом и' гак определенная целостность взаимодействуют с космической сферой и человеческим обществом" (Сочава, 1978, с.292).

В настоящей работе рассматриваются результаты изучения роли дифференциации вещественной составляющей геосистем в их организации. Под организацией геосистем понимается их внутренняя упорядоченность (строение) и взаимосвязанное функционирование отдельных морфологических частей и компонентов. Это понятие широко используется как в теоретических системных исследованиях, так и в системном анализе природных объектов. По отношению к природных образованиям оно основывается на признании причинности дифференциации ландшафтной оболочки и предполагает нахождение факторов, обусловливающих ее.

Как известно, вся иерархия геосистем формировалась в процессе исторического развития (Сочава, 1978), поэтому современная ландшафтная оболочка представляет собой полигенетическое геторохрошюе образование, и говорить о конкретных ее участках как о самостоятельно сформировавшихся ландшафтных индивидуумах невозможно.

Важнейшую роль в ее формировании сыграла вековая геохимическая миграция, а сама история развития ландшафтов представляет собой непрерывную дифференциацию вещества (Ковда, 1973). Этот терлии - "дифференциация вещества" -объединяет процесс и результат миграции и понимается как распределение и перераспределение вещества.

Дифференциация вещества на путях его миграции приводит к определенной последовательности изменения вещества геосистем, приводя к новым пространственным сочетаниям его показателей. Поэтому дифференциация ландшафтной оболочки Земли, интеграция ее отдельных частей и их совместное функционирование так или иначе отражаются в дифференциации их вещественной составлящей.

Использование же показателей вещества для объективизации классификаций, познания механизмов интеграции и выявления тенденций' развития природных образований к настоящему времени не получило еще достаточного распространения, хотя и признается многими исследователями как имеющее несомненные перспективы.

Ландшафтоведение и геохимия ландшафтов пока не могут объяснить с достаточной степенью достоверности, какова связь между организацией геосистем и их вещественными показателями, что требует в первую очередь познания закономерностей дифференциации вещества, отражающих различные стороны ландшафтной организации.

В этой основной проблеме, на разрешение которой были направлены исследования, выделяется ряд других, подчиненных ей:

1. нахождение зависимостей между распределением вещества и дифференциацией ландшафтной оболочки (ландшафтно-геохимический анализ);

2. определение вещественных показателей интеграции геосистем (ландшафтно-геохимический синтез);

3. выяснение роли движения и трансформации вещества в динамике и эволюции геосистем (ландшафтно-геохимический диагноз);

4. выявление изменений поведения вещества при усилении техногенного воздействия на природную среду и их временная экстраполяция (ландшафтно-геохимический прогноз);

5. картографирование и оценка геосистем с использованием показателей вещества для выработки ландшафтно-геохимических подходов к их оптимизации на основе взаимодействия природных и техногенных потоков (ландшафтно-геохимическая оценка).

Масштабность и сложность проблем не позволяют, естественно, разрешить их в одной работе, поэтому исследования были направлены на теоретические и методические аспекты выявления взаимосвязей характеристик вещества и организации природных образований .

Основной цолыо -работы является разработка и обоснование но-

вого научного подхода к познанию организации геосистем для оценки их как объектов природопользования.

В соответствии с целью работы в задачи исследований входило:

изучение распределения запасов вещества в элементарных ландшафтно-геохимических бассейнах, иерархических подразделениях геохор и геомеров топологического и регионального уровней;

разработка методов классификации геосистем с использованием показателей дифференциации вещества;

изучение режимов ландшафтно-геохимических показателей в компонентах условно естественных геосистем и их трансформации под воздействием антропогенных факторов;

определение тенденций развития геосистем и диагностика их динамических состояний;

разработка методики ландшафтно-геохимического прогнозирования с использованием экспериментального моделирования взаимодействия природных и техногенных потоков вещества;

ландшафтное и ландшафтно-геохимическое картографирование для оценки природно-ресурсного потенциала геосистем в целях выбора путей оптимизации природопользования.

Исходя из цели и задач работы, принципиальная логическая схема ландшафтно-геохимического изучения организации геосистем в целях оптимизации природопользования представляется следующей (рис.1).

Научцая новизна. На основании многолетних исследований (1971-1989 гг.) в геосистемах топологической и региональной размерностей оценена дифференциация вещества, показана ее роль в организации геосистем. Сформулированы принципы ландшафтно-геохимического анализа, синтеза, диагноза, прогноза и оценки; показана принципиальная возможность их применения и рассмотрена практическая реализация на примере степных и лесостепных геосистем.

Определены запасы вещества, выявлены их амплитуды для каждого иерархического ранга, установлены различия внутри таксонов геоыеров топологического уровня. Показана роль радиальной дифференциации вещества в тппизащш геомеров и латеральной дифференциации в интеграции геохор. Рассмотрены изменения вещества геосистем в процессе их динамики, эволюции и антропогенной трансформаций. Оценены с ландшафтно-геохимических позиций пути использования изученных геосистем.

~~ДиаТноз

Рис.1. Логическая схема изучения геосистем в целях их оптимизации.

Разработаны методы типизации геомеров, интеграции геохор и диагностики динамического состояния геосистем, сопряженного ландшафтного картографирования с одновременным отображением геомеров и геохор, оценки природно-ресурсного потенциала в целях оптимизации природопользования на основе изучения дифференциации вещества.

Практическая значимость работы определяется возможностью использования результатов исследований дифференциации вещества и организации природных образований юго-восточного Забайкалья и территории формирования Канско-Ачинского топливно-энергетического комплекса (КАТЗК) при разработке экологического обоснования региональных систем рационального природопользования. Материалы автора использованы в научных записках и отчетах Института географии СО АН СССР и Научного совета СО АН СССР по проблемам окружающей среды, направленных в плановые, проектные и научно-исследовательские учреждения, советские и партийные органы. Они используются при разработке проектов районных планировок, комплексов мероприятий по оптимизации использования природных ресурсов и охране среды обитания, минимизации негативного воздеііствия создаваемых объектов КАТЭКа и нормированию антропогенных нагрузок на геосистемы. Почвенная, ландшафтная,

ландшафгіго-геохимическая, ландшафтно-оценочные карты, схемы почвенного и физико-географического районирования включены в серии карт для планирования и охраны окружающей среды КАТЭКа.

Объекты и методы. В диссертационную работу вошли результаты исследований автора, проведенных по плановым темам в лаборатории географии почв и геохимии ландшафтов Института географии СО АН СССР. Объектами изучения служили"степные геосистемы юго-восточного Забайкалья и лесостепные геосистемы территории формирования КАТЭКа в центральных районах Средней Сибири.'

дифференциация вещества геосистем изучалась в полевых и лабораторных условиях с использованием методов физической географии, геохимии ландшафтов, картографии и смежных отраслей знания. Основополагающими моментами при этом служили идеи учения о геосистемах (Сочава, 1978) и геохимии ландшафтов (Полы-нов, 1956; Глазовская, 1964; Перелылан, 1975). Определение количеств вещества в компонентах геосистем проводилось в соответствии со стандартными методиками.

диссертационная работа основана на результатах собственных исследований автора и интерпретации материалов, полученных под его руководством.

Апробация и публикация результатов исследований. Материалы диссертационной работы докладывались и обсулздались на заседаниях лаборатории географии почв и геохимии ландшафтов, собраниях и полевых симпозиумах Канско-Ачинской экспедиции Института географии СО All СССР, совещании "Топологические аспекты изучения поведения вещества в геосистемах" (Иркутск, 1973), научной конференции по тематическому картографированию (Иркутск, 1977), УТ, УП и УШ совещаниях географов Сибири и Дальнего Востока (Иркутск, 1978, 1982; Владивосток, 1986), ІУ Всесоюзном совещании по прикладной географии (Иркутск, Ї979), ГУ и УІ Всесоюзных совещаниях по структуре почвенного покрова (Кишинев, 1980; Минск, 1986), заседании, посвященном 75-летию со дня рождения академика В.Б.Сочавы (Ленинград, 1981), I и .П Всесоюзных совещаниях по микроморфологии почв (Харьков, 1981; Тарту, 1983), Всесоюзном научномсимпозиуме "Методы исследования антропогенных ландшафтов" (Воронеж, 1982), научно-технической конференции "Картографичес-

кое обеспечение региональных народнохозяйственных программ" (Иркутск, 1983), Всесоюзной научной конференции "Почвы речных долин и дельт, их рациональное использование и охрана" (Москва, 1934), I Всесоюзном совещании "Геохимия техногенеза" (Иркутск, 1985), Всесоюзной конференции по развитию производительных сил Сибири (Барнаул, 1985), научных чтениях памяти В.Б.Со-чавы (Иркутск, 1985), конференции "Природно-ресурсный потенциал Восточной Сибири и проблемы формирования аграрных и промышленных комплексов" (Иркутск, 1986), Всесоюзном совещании "Прогноз природоохранных проблем" (Москва, 1987); УШ Всесоюзной межвузовской конференции по природному и сельскохозяйственному районированию СССР (Москва, 1987), УШ Всесоюзной конференции по мелиоративной географии (Таллинн, 1988), научном совещании по стационарным исследованиям геосистем (Иркутск, 1988), Международном научном симпозиуме по теме СЭВ Ш.2 "Экологические основы управления и планирования ландшафта" (Бад Сааров, ГДР, 1989), конференции "Научно-технический прогресс и окружающая среда" (Иркутск, 1989).

По теме диссертации опубликовано 90 работ, в том числе 2 монографии в соавторстве и разделы в 2 коллективных монографиях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Работа изложена на 355 страницах, включая 46 таблиц, 21 рисунок, подписи к ним и список использованной литературы из 453 наименований.

Перечисленные выше результаты исследований явились основой для-формулирования основных положений, представляемых в качестве предмета зашиты.

1. Дифференциация геосистем определяется радиальной дифференциацией вещества: каждому иерархическому уровню геомеров соответствуют определенные амплитуды запасов вещества в почвах и фитомассе, возрастающие от низших таксонов к высшим, а внутри таксонов геомеры различаются по абсолютным количествам тех или иных химических элементов и их радиальной дифференциации.

2. Интеграция геохор обусловливается литеральной дифференциацией вещеотва: каждый ранг геохор топологической размерности имеет определенные пределы колебаний абсолютных количеств вещества в компонентах подчиненных геомеров; всем рангам геохор соответствуют конкретные ранги геомеров с определенными запасами вещества.

3. Развитие геосистем определяется миграцией вещества и сопровождается изменением его количеств и состава: динамика отражается в масштабах миграции подвижных соединений, а эволюция приводит к коренной трансформации состава вещества.

4. Ландшафтно-геохимический прогноз должен основываться на познании эволюции геосистем, диагностике их современных состояний и временной экстраполяции тенденций развития с учетом возрастающего влияния антропогенного фактора путем изучения взаимодействия природных и техногенных потоков вещества в стационарных условиях с использованием экспериментального моделирования процессов.

5. Основным инструментом и документом оценки геосистем как единого природного ресурса в целях оптимизации природопользования является серия природных тематических карт и схем районирования, отражающих дифференциацию, интеграцию и динамику природной среды.