Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Геохимия ландшафта - теоретическая основа познания динамики геосистем . II
Глава 2. Геосистемы - объекты исследований 19
Глава 3. Познание функционирования геосистем на основе. вещественной составляющей 36
3.1. Изучение фаз вещества геосистем - одна.из задач стационарных географических работ . 36
3.2. Особенности организации пространственно-временных наблюдений 41
3.3. Методика экспериментальных наблюдений . 63
Глава 4. Динамика вещества в геосистемах . 80
4.1. Преобразования твердой: <ф$зй вещества геосистем . 80
4.2. Живое вещество геосистем/-jt«ro преобразования , 112
4.3. Жидкая фаза вещества геосистем - влага и.раство-, ренные в ней компоненты . 151
4.4. Газообразная фаза вещества геосистем . 205
Глава 5, Моделирование динамики вещества в геосистемах . 218
Глава 6. Взаимосвязи характеристик вещества.геосистем и его баланс 242
6.1, Взаимосвязи показателей геосистем 243
6.2. Баланс вещества в геосистемах . 253
Глава 7 Ландшафтно-геохимическая оценка геосистем в целях рационального природопользования . 268
Заключение 289
Литература
- Особенности организации пространственно-временных наблюдений
- Методика экспериментальных наблюдений .
- Жидкая фаза вещества геосистем - влага и.раство-, ренные в ней компоненты
- Баланс вещества в геосистемах
Введение к работе
Актуальность темы. Разработка проблем рационального использования и охраны окружающей среды является важной для нашей науки и практической деятельности, что подчеркнуто решениями ХХУ, ХХУІ съездов КПСС и рядом директивных указаний (Материалы..., 1978; Материалы..., 1981). Методические аспекты проблемы в настоящее время рассматриваются комплексной физической географией. Поскольку основной объект этой науки геосистема, целесообразно глубоко изучить законы, по которым идет управление этими системами. Принимая вещество составляющим (блоком) геосистем, важно выявить значение его в их функционировании, динамике и эволюции. Это достигается постановкой и проведением специальных ландшафгно-гео-химических исследований, одним из результатов которых является определение динамики вещества в геосистемах.
На основе изучения динамики вещества выясняются функционирование геосистем, их пространственно-временная изменчивость, природная и техногенная устойчивость. Эти работы предполагают проведение наблюдений за фазами вещества в многолетнем плане, что позволяет учесть взаимосвязи, взаимообусловленность компонентов геосистем, а также познать геосистемы как целое. Главное в этих исследованиях - выявить пути миграции вещества в различных природных условиях, определить дифференциацию его между геосистемами. Поставленные задачи являются новыми в научном и прикладном отношении для осваиваемых районов Сибири. Это потребовало модификации имеющихся методик, разработки ряда новых подходов. Комплексное проведение работ на стационарах дало возможность много-планово проследить ход природных процессов в годовых циклах, последовательность смен состояний геосистем во времени.
Объекты исследований. В основу диссертации положены многолетние (1963-1982 гг.) стационарные ландшафтно-геохимические иссле - 4 -дования в некоторых регионах юга Сибири (степь Забайкалья, тайга Нижнего Приангарья, степь Минусинской котловины, тайга Западного Саяна, тайга Чарской котловины, лесостепь Назаровской котловины), организованные автором, проводившиеся под его руководством и при личном участии). Выбор указанных регионов обусловлен типичностью природных условий для значительных пространств, контрастностью хода природных процессов, необходимостью хозяйственного освоения подобных районов.
В ландшафтно-геохимическом плане изучены территории макрогео-хор (ландшафтов), многолетние детальные исследования проведены на полигонах-трансектах, пересекающих сопряженные ряды геосистем. По наиболее полной программе работы проведены в степях Забайкалья (Онон-Аргунский ландшафт на площади в 34 тыс. км ), где основным объектом был полигон-трансект в медкосопочнике, пересекающий днище распадка и включающий элювиальные, трансэлювиальные, трансэлювиально-аккумулятивные и трансаккумулятивные геосистемы. Коренные породы здесь представлены юрскими конгломератами пестрого петрографического состава. В автономных условиях преобладают слабо смещенные щебнистые отложения, в подчиненных - делювиальные и продювиальные отложения кайнозойского возраста суглинистого механического состава. В почвенном покрове господствуют черноземы южные, описанные Н.А.Ногиной (1964) как черноземы малогумус-ные мучнистокарбонатные. Их отличают языковатость гумусового горизонта, мучнистые выделения карбонатов, периодическая промытость-почвенного профиля. По механическому составу исследованные почвы в нижней части профиля щебнистые, слабо дифференцированные по валовому составу основных химических компонентов. В растительном покрове доминируют степные ассоциации, относящиеся к криоксеро-морфному варианту настоящий степей, с господством в составе злаковых растений тырсы, востреца, типчака, в разнотравье - пижмы сибирской. В целом ландшафт представлен довольно сложным фаци - б альшш набором геосистем, Элементарные ландшафты, или фации, можно отнести, по М.А.Глазовекой (1964), к импермацидным по строе-нию вертикального профиля. Это подтверждено исследованиями Н.А, Ногиной (1964), указавшей на периодическую промываемость почвенного профиля, случающуюся один раз в 5-7 лет, В коре выветривания не выражен горизонт выщелачивания, но, по-видимому, имеются горизонты обогащения, где растворы, двигающиеся сверху, иссякают.
Климатическим условиям Онон-Аргунской степи свойственны черты экстраконтинентального климата. Средняя годовая температура воз-• духа здесь -2,0°С. Характерны июльский максимум и январский минимум температур. В теплое время выпадает до 90-95$ годовой суммы осадков, которая весьма существенно меняется от года к году (при средней многолетней величине 320 мм). За период исследований годовая сумма осадков колебалась от 150 до 400 мм. При изучении ритмичности в сочетании тепла и влаги выявлено большое разнообразие гидротермических ситуаций, т.е. отмечены годы холодные и влажные, холодные и сухие, теплые и влажные, теплые и сухие,
С учетом наибольшей активности ландшафтно-геохимических процессов в ярусе живого вещества и почвенном главное внимание сосредоточено на надземном ярусе и метровом слое почв.
На стационарах работы велись по методу комплексной ординации В.Б.Сочавы (1970), включающем картографирование, режимные наблюдения, моделирование. Их комплексный характер обогатил проведенные ландшафтно-геохимические исследования, наполнив новым содержанием.
Проблемы и цели исследования. Познание закономерностей миграции вещества в геосистемах принадлежит к "сквозным" направлениям в комплексной физической географии. На стыке географии и геохимии сформировалась новая отрасль - геохимия ландшафта, имеющая к настоящему времени большой опыт исследований и разработанную теорию (Б.Б.Полынов, М.А.Глазовская, А.И.Перельман, В.В.Добровольский и др.). Получили объяснение с ландшафтно-геохимических позиций многие стороны хода природных процессов на основании изу - чения явлений в пространстве. Динамические же проявления поведения вещества в геосистемах исследованы недостаточно. В то же вре мя они служат движущей силой "внутренней жизни" геосистем и ключом к их разгадке на основе специально организованных и осуществленных в природе опытов и экспериментов.
Интерес к исследованиям динамики хода природных процессов проходит через научное творчество многих видных ученых в области физической географии и смежных с нею отраслей знаний - В.В.Докучаева, Л.С.Берга, Г.Н.Высоцкого, Б.Б.Полынова, А.А.Григорьева, В.Н. Сукачева, А.А.Роде, Д.Л.Арманда и др. Динамический крен прослеживается в ландшафтоведении, геофизике и геохимии ландшафтов. Работы динамического плана на высоком научном уровне осуществляются на комплексных географических стационарах, что показал опыт стационарных физико-географических.исследований Института географии АН СССР, Института географии Сибирского отделения АН СССР, Тихоокеанского института географии ДВНЦ АН СССР и других учреждений. Главная цель диссертации - познание динамики вещества в геосистемах (на примере южных регионов Сибири). На основе результатов выполненных в разное время ландшафтно-геохимических работ и с учетом собственного опыта исследований динамики вещества диссертантом поставлены следующие основные задачи: I) развитие теоретических представлений о веществе геосистем; 2) разработка методики исследований динамики вещества геосистем, следующей за изменением гидротермических условий среды; 3) познание преобразований вещества геосистем для выявления локальных и региональных черт природной среды; 4) прогноз состояний геосистем на основе пространственно-временного анализа динамики вещества; 5) поиск оценки изменений вещества геосистем при интенсивном антропогенном воздействии.
Методика исследований заключалась в широком использовании арсенала физико-географических наблюдений с упором на лаядшафтно-геохимический подход с учетом абсолютных запасов вещества в геосистемах. Обычно описание состояния вещества сопровождалось определением комплекса ландшафтно-геохимичееких характеристик, в дальнейшем используемых для выявления динамики вещества геосистем.
Производилось сопоставление динамики вещества в пределах вертикального профиля фаций, фаз вещества между собой в конкретной геосистеме, вещества сопряженных фаций. Это осуществлялось путем использования статистических методов. Коэффициенты корреляции использованы для создания каскадных моделей, на которых изображаются взаимосвязи и взаимовлияния геосистем.
Методика направлена на выяснение дифференциации вещества в геосистемах и определение его путей миграции, характеризующих динамику. Состояние вещества геосистем является емкой их характеристикой, что положено в основу их классификации, что осуществлено как в отношении геомеров разного ранга, так и геохор.
Исходный материал. Для написания диссертации основой послужили личные полевые и экспериментальные исследования, а также результаты комплексных работ, проводившихся в 1966-1982 гг. на Харанор-ском степном физико-географическом и других стационарах Института географии Сибирского отделения АН СССР под руководством автора и при непосредственном личном его участии. Автором выполнялась собственно ландшафтно-геохимическая часть программы стационарных исследований. В работе использованы данные сотрудников стационаров по ряду природных компонентов с соответствующими ссылками в тексте. Некоторые вопросы автор рассматривал совместно со своими сотрудниками, публиковались коллективные работы, что в каждом случае оговорено. Исследование велось в рамках плановой темы "Географические основы прогнозирования, контроля и регулирования динамики геосистем" (номер государственной регистрации 81040327). Работы выполнялись по программе "Сибирь", действующей в Сибирском отделении АН СССР.
Для решения поставленных задач исследования велись в конкретных геосистемах, являющихся исходным объектом для проведения экспериментов в природе и получения материалов по состоянию вещества в геосистемах, что в конце концов после получения данных за ряд временных дат дает возможность определить их динамику. Сопоставление динамических проявлений, характерных для различных фаций, позволяет определить инвариант геосистем с присущими ему элементами устойчивости. Подобная постановка осуществлена на основе репрезентативных рядов сопряженных геосистем, которые выявлены в ходе ландшафтного картографирования и последующего анализа всей природной обстановки и конкретных состояний геосистем.
Режимные наблюдения сопровождались количественными определениями в изучаемых геосистемах ряда ландшафтно-геохимических показателей: запасов надземной и подземной биомассы, почвенной влаги, влаги фитомассы, удельной массы, углекислоты почвенного воздуха, рН, водной вытяжки, гумуса, подвижных форм азота, фосфора, калия, водно-растворимого органического вещества и др. Только на Хара-норском стационаре ежегодно по каждому показателю получены сотни определений. В ходе выполнения работы проанализированы тысячи данных. В диссертации используются также результаты валового и зольного анализов (500 определений), количественного спектрального анализа (600 определений). Анализы выполнялись как в лабораториях стационаров, так и в отделе географии почв и геохимии ландшафтов Института географии СО АН СССР.
Новизна работы. На основе специально организованных и проведенных детальных ландшафтно-геохимических работ обосновывается применимость изучения динамики вещества к выяснению функционирования геосистем. Собраны и проанализированы материалы по изменению главнейших показателей вещества в степных и таежных геосистемах Южной Сибири. Произведено сопоставление динамики показателей состояний вещества геосистем с ходом гидротермических показателей, установлены циклы ландшафтно-геохимических процессов. Предложенные автором специальные пространственно-временные модели позволили по-новому рассмотреть ход природных режимов изученных геосистем. Выявлены показатели, существенно различающиеся по пространственным и временным чертам, важные для характеристики состояния и динамики геосистем.
Научное и практическое значение. Установленные в работе закономерности динамики вещества важны для становления новых разделов физической географии. Полученные материалы раскрывают механизм функционирования и пространственной дифференциации геосистем. Подходы, предложенные в работе, реализованы на ряде стационаров Института географии Сибирского отделения АН СССР, так как наблюдения за ходом ландшафтно-геохимических процессов в них проводились по согласованной программе. Разработки автора использовались в решении проблем охраны природы и оптимизации среды в рамках программы СЭВ, в частности, при выполнении темы "Системный анализ и моделирование элементарных подразделений природной среды". Некоторые результаты исследований диссертанта вошли в учебные пособия для физико-географов. Примененная методика исследований может быть использована в выполнении программы географического мониторинга.
Апробация. Результаты работы по теме диссертации регулярно докладывались в Институте географии СО АН СССР - на заседаниях от - 10 дела географии почв и геохимии ландшафтов, Ученого Совета, на методологических и теоретических семинарах. Они представлялись на международных географических конгрессах (Монреаль, 1972; Москва, 1976; Токио, 1980), на съездах Географического общества СССР (Ленинград, 1970; Тбилиси, 1975; Фрунзе, 1980), международных симпозиумах "Топология геосистем - 71" (Иркутск, 1971), по экологическому исследованию ландшафта (Братислава, 1973; 1976, 1979, 1981), симпозиумах "Методы комплексных исследований геосистем" (Иркутск, 1974), "Биогеохимический круговорот вещества" (Пущино, 1982), всесоюзных совещаниях по вопросам ландшафтоведения (Пермь, 1974), по прикладной географии (Иркутск, 1975, 1979), по районированию (Москва, 1981), географов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1969; Владивосток, 1973; Иркутск, 1978, 1982), на научных чтениях памяти В.Б.Сочавы (Иркутск, 1980, 1983; Ленинград, 1981), Полыновских чтениях по геохимии ландшафта (Москва, 1981), а также на других конференциях и совещаниях, посвященных изучению геосистем.
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 80 научных работ (в том числе І монографія, написанная лично диссертантом, и 3 коллективные, исполненные при его участии), из них в 25 -общим объемом около 30 печатных листов - освещено основное содержание диссертации.
Основные положения, выдвигаемые на защиту.В соответствии с поставленными задачами сформулированы следующие положения, представляющие предмет защиты:
1, Изучение фаз вещества геосистем - путь к познанию их функционирования и динамики.
2. Динамика вещества геосистем - критерий изменения их структуры, оценки устойчивости, отражение гидротермических условий среды.
- II 3. Результаты стационарных ландшафтно-геохимических исследований - вариант выявления локальных и региональных черт природной среды,
4, Данные пространственно-временного анализа динамики вещества геосистем - материал для их моделирования и прогноза.
Особенности организации пространственно-временных наблюдений
Ландшафтно-геохимические работы по изучению динамики вещества в геосистемах проводились на основных стационарах Института географии Сибирского отделения АН СССР, расположенных в различных природных условиях Сибири (см. рис. I). На Харанорском стационаре (организован в 1958 г.) изучались степные геосистемы централь-ноазиатского типа, причем основные работы сосредоточены в Онон-Аргунском ландшафтном округе, в наиболее характерных его фациях; на шоярском стационаре.(организован в 1963 г.) - геосистемы южной тайги Средней Сибири. Южнотаежные геосистемы Западной Сибири - основной объект Нижнеиртышского стационара (создан в 1965 г.), среднетаежные - Тугрского (организован в 1966 г.). По широкой программе работает Южно-Сибирская географическая станция (создана в 1970 г.), на базе которой действуют Новониколаевский степной стационар и Ленский лесной, С конца 60-зГ годов в качестве основного методического приема на стационарах применяется метод комплексной ординации В.Б.Сочавы, предлагающий натурные наблюдения на полигонах-трансектах, обычно пересекающих автоморфные и подчиненные геосистемы.
Система наблюдений на стационарах, расположенных в Западной Сибири, решают задачи, связанные с изменением природных условий в ходе хозяйственного освоения территории - разработкой нефтяных и газовых месторождений, с переброской части стока сибирских рек в южные районы страны. Главная задача исследований в Приангарье - оптимальное использование лесных ресурсов. На стационарах в Минусинской котловине ведется поиск рационального использования.территории в сельском хозяйстве и при промышленном строительстве. Основные задачи исследований на стационарах г- познание природных процессов с целью оптимизации и охраны среды.
По согласованной программе (набор компонентов неодинаков в силу специфичности изучаемых в каждом конкретном случае геосистем) велись ландшафтно-геохимические наблюдения на Харанорском, Нижнеиртышском, Т трском, Новониколаевском и Ленском стационарах. Некоторые результаты получили освещение в печати (Снытко и др., 1974, 1975; Снытко, 1974, 1976, 1978; и др.).
Настоящая работа посвящена ландшафтно-геохимическим исследованиям в южных районах Восточной Сибири, организованным и проводившимся под руководством и при участии автора.
Правильность выбора Харанорского стационара как объекта детальных наблюдений подтверждена временем. Комплексные работы на нем велись с 1958 г.., ландшафтно-геохимические - с 1962 г., в последующие годы их детальность была различной. С созданием метода комплексной ординации (1966 г.) ландшафтно-геохимические исследования были направлены на изучение динамики вещества. В 1969-1980 гг. организованы круглогодичные наблюдения некоторых геохимических показателей, позволяющие учесть динамические проявления природных процессов.
Исследования на стационарах относятся к топологическим (внут риландшафтным), поскольку в процессе их выполнения получаем материал, характеризующий внутреннюю структуру геосистем топологической размерности. При изучении принимается во внимание географический фон, создаваемый геосистемами более высоких рангов (вмещающими рассматриваемую), а также локальные факторы, меняющиеся от места к месту на незначительном расстоянии. Объекты непосредственных, полевых работ - биогеоценозы, характеризующие конкретные фации. Биогеоценозы имеют определенную структуру, представляющую собой совокупность природных компонентов, объединенных посредством внутренних и внешних связей. Связи осуществляются благодаря миграции вещества, перераспределению энергии и передаче информации. Их можно рассматривать как функционирование геосистемы, которое выражается в виде изменчивых природных процессов.
Познание природы функционирования конкретной геосистемы - сложная комплексная задача, решаемая на современном этапе экологами при участии географов. В то же время только в компетенции географов - рассмотрение вопросов функционирования геосистем разных рангов и взаимосвязи между ними.
Биогеоценозы являются выделами фаций - низших единиц ландшафтного членения территории, в пределах которых наблюдается определенная однородность природных условий. Фации - объективно существующие реальные образования, и выделение их на местности основывается на учете всего комплекса природных условий. В первую очередь принимаются во внимание визуальные признаки - характеристика местоположения, почв и растительности. Выделы фаций (биогеоценозы) - основа конкретных фаций. Фации служат основным объектом ландшафтно-геохимических исследований, здесь проводится весь комплекс наблюдений.
Методика экспериментальных наблюдений .
Ландшафтно-геохимические исследования включают полевой и камеральный этапы, которые при стационарных работах совмещаются. Осуществляя наблюдения, мы руководствуемся известными принципами ландшафтно-геохимического сопряженного анализа (Полынов, 1956;
Глазовская, 1964; Перельман, 1966). Как уже отмечалось, ландшафт-но-геохимические исследования входили в комплекс географических исследований, в.процессе которых применялся метод комплексной ор-динации (МКО) В.Б.Сочавы (1970), подразумевающий проведение наблюдений по широкой программе, куда включено также изучение дина-, мики вещества. Следовательно, метод сопряженного анализа можно считать частью МКО, Это тем более правомерно, что при использовании МКО становится возможным учет результатов работ исследователей смежных специальностей. Эти результаты необходимы для решения многообразных экологических задач по выяснению взаимодействия компонентов геосистем, а также взаимодействия и взаимовлияния смежных и сопряженных геосистем.
Первый этап работ - определение объектов эксперимента, причем, особые требования предъявлялись к выбору наблюдательных площадок. Для этого проведено ландшафтное картографирование территории стационарных наблюдений, в процессе которого создана ландшафтная классификация.территории. На основе этой классификации и выбраны объекты работ. Важно исследование главнейших фаций с таким расчетом, чтобы получаемую.информацию можно было распространить на значительные территории. Основное внимание уделено коренным фациям, процессы в которых давно стабилизировались. Практически вопрос ставится таким образом, чтобы детально была исследована эпифация (Сочава, 1974). В целом же основные точки наблюдений и характеризуют главнейшие фации ландшафта. Набор биогеоценозов на полигоне-трансекте свидетельствует о многообразии природных условий изучаемой местности.
В коренной фации и проведены главнейшие эксперименты. Обычно она находится в средних условиях по местоположению - плакорных. В ландшафтно-геохимическом плане она, как правило, представляет собой автономную фацию. Поступление вещества здесь происходит обычно только из атмосфера, т.е. за счет атмосферных осадков и эоловым путем Эти условия можно представить как своеобразное депо, где формируется материал, в дальнейшем включающийся в последующие циклы миграции. Следовательно, в первую очередь наблюдалось состояние фации, т.е. определялись запасы вещества в разных его фазах. При этом особое внимание уделено биологическому круговороту, ибо с ним связано большинство процессов, совершающихся в геосистемах В местах экспериментальных наблюдений постановка опытов продумана таким образом, чтобы в конечном счете был получен репрезентативный материал, характеризующий динамику вещества конкретных биогеоценозов. Получение достоверных результатов - одна из главнейших задач. При планировании экспериментов выбираются наиболее подходящие показатели и доступные методики с учетом того, что основные работы выполняются в полевых условиях. Точность получаемых результатов особенно важна при изучении динамики процессов, происходящих в геосистеме. В этом случае необходимо четко разграничивать природную пространственную вариабельность и динамику того или иного явления (Роде, 1976). Выяснено это специальными опытами в конкретных биогеоценозах. Географические задачи в ходе исследований решаются с учетом пространственных закономерностей.
Полигоны-трансекты включают ландшафтно-экологическне профили, на которых имеется возможность проследить поведение вещества в местном гипергенетическом цикле. Практически эксперименты проводятся в природных образованиях - геосистемах - от элювиальных (независимых) условий до аквалышх (водных, зависимых) местоположений. Рациональными представляются наблюдения в естественных (заповедных) и преобразуемых (используемых) условиях.
Жидкая фаза вещества геосистем - влага и.раство-, ренные в ней компоненты
При изучении жидкой фазы геосистем, как и при исследовании других фаз, важно выявить пространственные и временные закономерности. Нами исследовалась влага, циркулирующая в почвах и растениях, при этом внимание обращалось на растворенные в почвах ком поненты. Специальные наблюдения позволили выявить существование внутриеезонной, внутригодовой и многолетней динамики влаги, что в совокупности дает представление о преобразованиях жидкого состояния вещества в геосистемах.
Роль пополнения запасов влаги в почвах за счет атмосферных осадков общеизвестна. Однако наряду с этим почвы обладают своеобразным механизмом регулирования, благодаря которому содержание почвенной влаги не опускается ниже определенного предела - влажности завядания растений. Последняя представляет собой одну из. категорий, характеризующих почвенную влагу. Приведенные в табл. 31 данные о почвенной влаге основаны на многократных определениях и важны для анализа колебаний почвенной влаги.
В различные периоды года механизм преобразования почвенной влаги в степных геосистемах складывается по-разному. В сухой период основной поставщик влаги - внутрипочвенные накопления. Очевидно, в такое время идет активное внутрипочвенное передвижение влаги снизу вверх. Для исследуемых геосистем чрезвычайно важна роль дли-тельносезонной и частично многолетней мерзлоты, что становится ясным при анализе внутригодовой динамики влаги в почвах и растениях. Нам в ходе наблюдений удалось проследить особенности внут-. ригодовой динамики, а опыты ежедневного учета влаги детом 1971 г. на Харанорском стационаре позволили выявить внутридекадную и внут-римесячную ее изменчивость. Значительные колебания содержания влаги в почвах и растениях обусловлены расходом влаги на жизненные процессы и испарение, а также отчасти связаны с поступлением атмосферных осадков. Активное испарение вызывает поступление влаги к верхней части почвенного профиля. В этом случае пополнение запасов, очевидно, происходит за счет внутренних резервов геосистем. Характерно, что почвенная влага не опускается ниже уровня, именуемого влажностью завядания растений (ВЗ).
Выпадающие летом осадки существенно изменяют запасы влаги. Небольшое количество осадков и ливневый характер их приводят к тому, что содержание влаги увеличивается в приповерхностном слое почв. Интенсивное испарение их в это время года обусловливает быстрое возвращение показателей влаги к исходному состоянию (до ливневых дождей). Колебания почвенной влаги (возвращение к исходному состоянию) могут быть объяснены возможным подтягиванием влаги из нижележащих слоев почв в критические для геосистем моменты.
О внутригодовой динамике почвенной влаги можно говорить с большой достоверностью, поскольку более 15 лет проводились многократные ее учеты. Особенно полно может быть охарактеризован период вегетации - время основных наблюдений. В зимнее время в связи с суровыми погодными условиями и трудностью бурения проведение экспериментов гораздо сложнее, хотя и для характеристики зимнего режима почвенной влаги накоплен значительный материал. Изучались нами и переходные сезоны (весенний и осенний), которые в геосистемах имеют свою специфику.
При исследовании внутрисезонной изменчивости нами принимались во внимание климатические, а не календарные сезоны, по которым осень устанавливается примерно с 20 августа и длится по 20 октября, зима продолжается с 20 октября по 20 апреля, весна - с 20 апреля по 10 июня, лето начинается с 10 июня и заканчивается примерно 20 августа (Алкучанскнй Говин, 1964).
В зимнее время наиболее активны процессы, связанные с механической миграцией вещества, особенно передвижение его жидкой фазы (процессы мерзлотного плана). Осенью прослеживается тенденция к накоплению и сохранению влаги (значительные осадки, умеренные температуры, стремление сохранить накопленное за лето тепло), затяжной характер весны обусловливает постоянный унос влаги физическими процессами, а частое отсутствие осадков в конце весны и начале лета приводит к обычному для.Онон-Аргунской степи недостатку влаги, необходимой для растений. К тому же, если осенью не было нужного запаса влаги, этот недостаток увеличивается. Все это может привести к раннелетнему выгоранию растений. Ежегодные осадки в конце июня - начале июля обычно не всегда могут исправить сложившуюся обстановку, но тем не менее значение их для жизнедеятельности растений несомненно.
Баланс вещества в геосистемах
Динамика вещества в геосистемах слагается из совокупности взаимосвязанных и взаимообусловленных совершающихся в них процессов. Они многообразны и в конечном счете ведут к накоплению или выносу определенных веществ. Ход этих процессов сопровождается постоянным перемещением вещества в пределах геосистемы. Только воздействие на геосистему внешних агентов может нарушить их внутреннее течение.
Основные фазы вещества - твердая, живая, жидкая, газообразная - являются категориями, автономными до определенного предела -перехода из одного состояния в другое. Практически в геосистемах такие переходы совершаются постоянно. Они-то и служат движущими силами развития геосистем. Проникнуть в ход этих явлений пока чрезвычайно трудно, даже экспериментальные подходы в этом направ - 254 лении почти не разработаны. Планомерное накопление данных со временем позволит представить в совокупности все происходящие в геосистемах процессы. Такая постановка исследований отвечает введенному В.Б.Сочавой (1967) понятию об интегральном природном режиме, созвучному концепции А.А.Григорьева (1970) о едином физико-географическом процессе и разрабатывавшемуся им балансовому методу. Сущность последнего состоит в учете происходящих в геосистемах процессов и поиске критериев их оценки. Очевидно, для геосистем разных порядков требуются и различные критерии оценок. Поскольку в настоящей работе главное внимание уделяется топологическому порядку геосистем, нас в первую очередь интересуют оценки, основывающиеся на экспериментальных наблюдениях топогеосистем.
Для нас представляет несомненный интерес воззрения на баланс вещества Д.Л.Арманда (1947, 1975), который указал, что существо метода балансов состоит в нахождении разницы (балансового сальдо) между приходом и расходом какой-либо субстанции по отношению к той или иной системе. Составление баланса может служить трем целям: а) определению динамики изучаемой системы - по знаку и величине балансового сальдо; б) описанию факторов, непосредственным образом определяющих эту динамику, - по перечню и роли статей баланса; в) нахождению неизвестной статьи баланса путем замыкания его уравнения.
Примером рассмотрения конкретных данных с использованием метода балансов служат работы А.В.Дроздова (1974, 1975), который в течение ряда лет детально изучал лесостепные комплексы Нисской равнины. Исследователем получены сведения о превращении вещества, в частности, о его живом состоянии, установлено, что каждая изученная геосистема характеризуется своими размахом запасов вещества и возможностями перехода его в другое состояние. Для увеличения скорости перехода вещества из одного состояния в дру - 255 roe необходим приток дополнительной энергии. А.В.Дроздов подсчитал некоторые статьи баланса лесостепных комплексов. Путем сопоставления различных статей балансов солнечной радиации, тепла, воды и фитомассы он выявил характерный для лесостепной зоны компенсационный тип воздействия тепла и влаги на продуктивность фитоценоза. Особенность взаимодействия биотического и абиотического звеньев ландшафта способствует устойчивости лугово-степных природных комплексов Среднерусской лесостепи. А.В.Дроздовым установлено, что лугово-степным и дубравным природным комплексам балочных склонов свойствен различный характер связей круговорота органики с гидротермическим режимом.
Пример характеристики движений вещества в таежном бассейновом комплексе приводится А.Ю.Ретеюмом (1973), ориентировочно определившим некоторые статьи баланса. Отдельные стороны баланса вещества и энергии в геотехнической системе рассмотрены К.Н.Дьяноно-вым (1973).
Выяснение баланса вещества в геосистемах как одна из задач ландшафтно-геохймических исследований относится к сложнейшим. Баланс устанавливается для определенного промежутка времени и в то же время вычисляется для конкретных биогеоценозов и для их сопряженных рядов. В отдельных биогеоценозах результаты режимных наблюдений могут быть использованы для определения баланса. Можно предположить, что разность показателя двух сроков наблюдений уже представляет собой сальдо баланса. Суммируя сальдо баланса за значительный промежуток времени, можно получить баланс за сезон, год и т.д. Разумеется, для подобных расчетов необходима определенная достоверность используемых данных. При расчетах принимается во внимание толща геосистемы - верхний метровый слой.
Похожие диссертации на Проблемы динамики вещества в геосистемах южных регионов Сибири
