Закономірності організації ландшафтних фацій

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. І.І. МЕЧНИКОВА

УДК 911.2-551.4

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора географічних наук

ЗАКОНОМІРНОСТІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЛАНДШАФТНИХ ФАЦІЙ

(оптимізація і конструктивне використання)

11.00.11.- конструктивна географія і раціональне

використання природних ресурсів

ПЕТЛІН ВАЛЕРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ

Одеса - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському державному університеті ім. І.І. Мечникова Міністерства освіти України

Науковий консультант:

доктор географічних наук,професор Швебс Генріх Іванович,

завідуючий кафедрою фізичної географії і раціонального природокористування Одеського державного університету ім. І. Мечникова

Офіційні опоненти:

доктор географічних наук, професор Боков Володимир Олександрович

завідуючий кафедрою геоекології Симферопільського державного університету;

доктор географічних наук, професор Польовий Анатолій Миколайович

завідуючий кафедрою агрометеорології Одеського гидрометеоінституту;

доктор геолого-мінералогічних наук, професор Адаменко Олег Максимович

завідуючий кафедрою геоекології Івано-Франківського університету нафти і газу.

Провідна установа: Інститут географії НАН України, м.Київ.

Захист відбудеться 28 квітня 1999 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.41.051.03. в Одеському державному університеті ім.І.І.Мечникова (270058, м.Одеса, Шампанський провулок, 2).

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Одеського державного університету ім.І.І.Мечникова (270026, м.Одеса, вул.Пастера 13).

Автореферат розісланий 25 березня 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

к.г.н., доцент Жанталай П.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

топологічний фаціальний прикладний ландшафтний

Актуальність теми. Дослідники, що безпосередньо працювали в польових умовах практично завжди виходили на елементарний - "клітинний" рівень організації природи. Прикладом можуть послуговувати роботи Раменського (1935, 1938); Полинова (1925, 1956); Диліса (1969, 1973); Герасімова, Глазовської (1966); Перельмана (1970); Позняка (1997) та багатьох інших. В кожному з цих досліджень глибоко проаналізовані механізми і закономірності утворення та просторово-часового функціонування того чи іншого компоненту природи: грунтового покриву, фітоценозу, біогеоценозу тощо. Практично в усіх випадках схема одна. Центральне місце займає компонент дослідження, а переферійне інші системоформуючі компоненти.

Ландшафтні дослідження надзвичайно тісно з попередніми пов'язані, оскільки розглядається той самий набір природоформуючих компонентів-факторів. Разом з тим, тут відсутній "центристський" підхід до їх аналізу. Тому ландшафтні схеми більш адекватно відбивають реальні природні системоформуючі процеси. Звідси і їх підвищена прикладна значимість. Більш того, галузеві (покомпонентні) дослідження виконані в межах ландшафтних контурів, як показує практика, характеризуються підвищеною детальністю, більш обґрунтованими зв'язками з іншими компонентами і відповідно більшими можливостями реального використання.

Надзвичайно важливою проблемою є співвідношення природного і антропогенного в динаміці, розвитку, структурі ландшафтних систем. Специфіка сучасного стану природи в тому, що, як правило, розглядаються природні комплекси з набором певної антропогенної діяльності. Більш того, на оцінку останньої спрямовані основні зусилля ландшафтознавців. Важливим теоретичним питанням при цьому є науково обґрунтоване трактування таких систем..

Сучасні ландшафтні дослідження, в переважній більшості, не опускаються нижче рівня урочищ, в кращому випадку - підурочищ.

Разом з тим, значна фаціальна неоднорідність таких утворень (особливо це стосується гірських територій) створює відповідну мозаїчність функціональних властивостей і, відповідно, реакцій на антропогенні навантаження. Це є першочерговою причиною складності, наприклад, врахування меж поширення певних шкідливих процесів, розрахунків складності ландшафтних систем, прогнозних строків появи певних станів тощо. На думку М.Печі(1976) останнім часом виник реальний суспільний та економічний запит на дослідження ландшафтних фацій. Крім того, ландшафтну структуру на рівні регіону неодмінно слід досліджувати, грунтуючись на її топічних властивостях (Haase, 1977). Це потрібно для того, щоб мати впевненість в об'єктивній повноті знань про природні територіальні системи.

Саме визначення ландшафтних фацій як абсолютно гомогенних утворень стало певною перешкодою в справі дослідження таких систем. В даний час недостатність знань про топічний рівень організації природи вже стає суттєвою перешкодою для розвитку ландшафтознавства в цілому і конструктивної його частини зокрема. Нерозуміння формування просторово-часових властивостей фацій неначе по ланцюговим зв'язкам передається на більш великі територіальні системи, створюючи функціональну зону не визначеності. Як наслідок, на порядок денний вийшла проблема формування теоретичної бази топології ландшафту на основі відомих природних закономірностей, в першу чергу, всього теоретичного багажу ландшафтознавства. Здійснюватись це повинно з допомогою таких загальнонаукових методів як: моделювання, формалізація, системний підхід та ін.

Основна проблема в дослідженні ландшафтних комплексів фаціального рівня полягає у цілковитій невизначеності щодо механізмів організації подібних систем. В першу чергу, це стосується їх внутрішньоструктурної будови. Відсутні знання навіть про існування внутрішньої структури фацій.

Експериментальні дослідження за даною проблемою проводились стаціонарним методом в Чорногірському ландшафті; напівстаціонарними - Бескидах; експедиційними - інших регіонах Українських Карпат. Крім того, напівстаціонарні дослідження були проведені в Криворізькому фізико-географічному районі і експедиційні у лісотундровому Надимському ландшафті (Росія).

Зв'язки роботи з науковими парадигмами, планами, темами. Представлена дисертаційна робота мала тісний зв'язок з ландшафтними дослідженнями, що проводились на кафедрі фізичної географії Львівського державного університету спрямованими на вивчення екологічних проблем західного регіону України; розробку ландшафтознавчих основ оптимізації природокористування і створення ландшафтно-екологічної інформаційної системи західного регіону України.

Певні розділи виконувались в рамках державної програми розвитку Карпатського регіону України;міждержавних угод щодо Карпат; угодою між органами регіонального самоуправління прикордонних областей України, Польщі, Угорщини, Словаччини про створення Асоціації "Карпатській Єврорегіон" (Асоціація функціонує з 1993 р.);Міжурядовою угодою між Польщею, Словаччиною та Україною про міжнародний біосферний заповідних "Східні Карпати".

Мета і завдання дослідження. Мета роботи полягає у розкритті механізмів просторово-часової організації ландшафтних систем фаціального рівня на основі відомих закономірностей природи.

Відповідно до даної мети дослідження були спрямовані на вирішення наступних завдань:

1. З'ясування загальнонаукових аспектів проблеми.

2. Обґрунтування базової парадигми та визначення загальної стратегії.

3. Конкретизація змісту топологічного аналізу та його прикладного напрямку.

4. Розробка понятійного апарату.

5. Синтез топологічних і традиційних ландшафтних уявлень.

6. Аналіз сучасних системних концепцій.

7. Виявлення основних закономірностей механізмів просторово-часової організації топічних ландшафтних систем.

8. Апробація виявлених закономірностей на території України та за її межами.

Об'єкт дослідження. Об'єктом дослідження топології ландшафту виступають ландшафтні системи представлені комплексами топічного рівня - фаціями, та їх просторові поєднання, теоретичні і методичні положення ландшафтознавства (в першу чергу, геофізики ландшафту), концепції природних територіальних і антропогенно-модифікованих комплексів.

Предмет дослідження: поняття, категорії, закономірності, підходи, методи топології ландшафта, перш за все, просторово-часової організації ландшафтних фацій, властивості топічних систем.

Наукова новизна дослідження:

- доводиться необхідність в новому ракурсі розглядати такий напрямок ландшафтознавства як топологія ландшафту;

- виявлений і теоретично визначений новий об'єкт дослідження - міжфаціальна взаємодія, встановлене його місце в загальній структурі природного ландшафту, його функції у створені цілісності всієї ландшафтної піраміди;

- розробляється уявлення про внутрішньотопічний і функціональнотопічний простори;

- детально досліджені закономірності виникнення і проходження процесів функціонування, динаміки і розвитку структури топічних систем;

- показана загальна основа виникнення стійкості топічних систем, закономірності формування їх рівноваги; показані закономірності формування топічних границь, їх структури і ролі у загальному механізмі функціонування фацій;

- детально досліджена структурна організація геотопів: механізми, структурна організація, структурна впорядкованість та програмні властивості;

- виявлені форми і закономірності виникнення симетрії та асиметрії фацій;

- досліджені процеси саморозвитку та самоорганізації ландшафтних систем топічного рівня, їх взаємозв'язок та взаємозалежність;

- виявлені та досліджені особливості просторово-часового функціонування таких структурних об'єктів міжфаціальної взаємодії як ландшафтні вузли, показана їх роль у структурно-функціональній організації самих геотопів;

- показана роль антропогенного фактору в організації топічнихт систем, особливості функціонування антропогенно-модифікованих комплексів.

Предметом захисту є: 1) концепція топології ландшафту; 2) сукупність закономірностей щодо просторово-часової організації ландшафтних систем топічного рівня; 3) закономірності антропогенної модифікації властивостей геотопів.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ, ЩО ВИНОСЯТЬСЯ НА ЗАХИСТ

1. Теоретичні основи топології ландшафту

1.1. Базавою парадигмою є геосистемна концепція яка всебічно використовує системний підхід. При цьому, вся існуюча різноманітність топічних систем розглядається як наслідок взаємодіючого комплексу міжфаціальних та внутрішньофаціальних системоформуючих зв'язків. Різновидові геосистемні взаємодії, їх просторові і часові переплетення створюють відповідну внутрішню організаційну структуру ландшафтних фацій, яка чітко прослідковується у просторовій диференціації кількісних характеристик ландшафтоформуючих компонентів. В межах просторового поєднання трьох і більше топічних систем утворюються ландшафтні вузли, певна частина яких з достатньою ймовірністю може бути вузлами первинного енергетичного поля Землі. Самі вузли виступають не тільки в ролі стрижневого каркасу, але і виконують певну частку функціонального керування системами.

1.2. Функціонування, динаміка і розвиток структур топічних систем проявляється у закономірній зміні їх функціональних і динамічних станів. При цьому, перші є причиною виникнення других. Кожен з динамічних станів фацій характеризується тільки йому притаманним проміжком складності внутрішньої структури.

1.3. Блок закономірностей, що розкриває роль ландшафтного оточення систем є однім з основних у життєдіяльності фаціальних комплексів. Так, відносна рівновага систем пов'язана з певною "демократичністю" контролюючого механізму в якості якого виступає довкілля.Останнє не задає конкретного фізіономічного стану, а ставить вимогу щодо спрямованості, інтенсивності і якості речовинно-енергетичного обміну між ним і системою. Всі стани, які задовольняють цим вимогам будуть врівноважені. Багаторівневі ієрархічні системи відзначаються асортативною рівновагою, під якою розуміється поступова (еволюційна) зміна видового складу систем нижчих морфологічних рівнів у вищому, при якому зберігається баланс речовинно-енергетичного та інформаційного обміну. Для самої появи нових ландшафтних систем тісної взаємодії між компонентами природи недостатньо. Необхідною умовою виступають взаємодії між вже існуючими територіальними об'єктами. Якщо внаслідок їх функціонування виникає необхідність (як правило, для розвантаження, збереження стану рівноваги), відбувається поділ певної системи або виникнення нової в її межах. Механізм який забезпечує відносну врівноваженість систем є зовнішньо-неоднорідний просторово-збалансований і, разом з тим, неврівноважено-врівноважений. Даний механізм тісно пов'язаний з принципом сусідства - у одновидових ландшафтних систем існує близький набір оточуючих ландшафтних комплексів, який виконує спрямовано-контролюючу і формуючу роль щодо властивостей певної частини внутрішніх структурних елементів (зовнішнього оточення) територіальних єдностей через процеси вбудованості. З особливостями довкілля пов'язаний механізм виникнення та реалізації програми життєдіяльності фаціальних комплексів. Навіть механізм їх саморегулювання являє собою систему процесів у вигляді речовинно-енергетичних зв'язків, що носять інформаційний характер між сполученими топічними комплексами , спрямованих на підтримання динамічної рівноваги між ними. При цьому зв'язки носять відцентрово-зовнішній характер.

Загалом контролюючим фактором інваріантно можливих змін в таких системах виступає механізм ландшафтних амплітуд. При цьому значною мірою фактором стабілізації виступає механізм від'ємних зворотних зв'язків. Всі ці закономірності об'єднуються в механізмі самоорганізації систем, під якою розуміється сукупність процесів в межах певного територіального об'єкта, спрямованих на зв'язок між його структурними частинами з метою реалізації спільної програми. Зв'язки при самоорганізації носять зовнішньо-доцентровий характер.

1.4.Часова організація топічних ландшафтних систем проявляється у периодичних, циклічних і ритмічних змінах які діють одночасово. При цьому, одні з них містять цілі серії інших. Зміни завжди проявляються у вигляді мінливості станів систем, границями яких є періоди встановлення стабільного співвідношення параметрів їх структури і її дестабілізації. Явище інваріантної складності структури фаціальних об'єктів є фактично набором функціональних складових структур в межах характерного динамічного часую. Безпосередньо просторово-часова організація систем є взаємозв'язаною сукупністю структур з фіункціональним часом існування в межах мінімального динамічного часу з поступальними еволюційними змінами обмеженими характерним динамічним часом. Сама можливість реалізувати комплексом свій потенціал в часі і просторі залежить від співвідношення усереднених функціонального і мінімального динамічного часу з характерним динамічним часом.

1.5. Системно-структурними ознаками стійкості топічних ландшафтних систем виступають: цілісний характер параметру, ієрархічна підпорядкованість, адаптованість щодо середовища, саморегуляція. Основним механізмом при цьому виступає вимога загального врівноваження відносин між всіма структурними елементами взаємодіючих ландшафтних систем.

1.6. Формування ознак дискретності і континуальності ландшафтних границь залежить від взаємодії балансу переміщення речовини та енергії між поєднаними системами та часових станів в яких ці об'єкти знаходяться. Їм притаманна бар'єрність у вигляді бар'єрів-мембран. В якості останніх виступають і межі зони зовнішньої неоднорідності та стійкого центру.

1.7. Закономірності виникнення такого явища як симетрія і дисиметрія в фаціальних системах пов'язана з існуванням прадавнього енергетичного каркасу Землі. В даних системах існує індивідуальний вид такого явища - симетрія внутрішніх зв'язків.

1.8. Конструкція антропогенно-модифікованих ландшафтних систем з позиції оптимізації повинна підпорядковуватись прнципу еквівалентності, за яким, територіальна структура, яка повинна виникнути внаслідок людської діяльності, за своїми просторово-часовими, функціональними зв'язками була еквівалентною попередній структурі. В таких системах механізм стабілізуючих зворотніх від'ємних зв'язків має своєрідний проміжковий стан комплексу, який послуговує ліквідації самого антропогенного навантаження. Можливості просторово-часової мінливості антропогенно-модифікованих систем у порівнянні з системами в спонтанному режимі функціонування в чотири рази зменшена, що і приводить до існування таких комплексів в стані квазістабільності.

Описані закономірності є каркасом нового напрямку ландшафтознавства - топології ландшафту.

2. Принципи і методи прикладного застосування топологічних закономірностей

2.1. Антропогенні модифікації топічних систем (зміни, як правило, деструктивні, структури зв'язків ландшафтних систем) можуть вважатись таковими до тих пір, поки існуюча система міжфаціальних зв'язків не буде врівноважена.

2.2. Серед методів функціональної оцінки з метою практичного використання геотопів виділяються метод функціонального розсіювання та оціночних спектрів. Перший використовується для прогнозування просторового розсіювання певних хімічних сполук з допомогою графо-аналітичних методів, другий - являє собою розгорнуту в часі системну оцінку певного антропогенного навантаження.

2.3. Дослідження структурних особливостей топічних систем доцільно здійснювати методами мікропрофілювання та суцільного дослідження простору фацій. Оптимальний вибір кількості і місць розташування точок дослідження розраховується шляхом:

N = n + n_в + 1

(де N - необхідна кількість точок дослідження; n - кількість суміжних фацій; n_в - кількість зовнішніх ландшафтних вузлів).

Практичне значення одержаних результатів. Теоретичні і практичні результати досліджень ввійшли у звіти держбюджетних і госпдоговірних тем кафедри фізичної географії Львівського держуніверситету ім. Ів. Франка, які виконані при участі і під керівництвом автора у 1989 - 1998 р.р.

Представлена дисертаційна робота мала тісний зв'язок з ландшафтними дослідженнями, що проводились на кафедрі фізичної географії Львівського державного університету спрямованими на вивчення екологічних проблем західного регіону України; розробку ландшафтознавчих основ оптимізації природокористування і створення ландшафтно-екологічної інформаційної системи західного регіону України.

Певні розділи виконувались в рамках державної програми розвитку Карпатського регіону України;міждержавних угод щодо Карпат; угодою між органами регіонального самоуправління прикордонних областей України, Польщі, Угорщини, Словаччини про створення Асоціації "Карпатській Єврорегіон" (Асоціація функціонує з 1993 р.);Міжурядовою угодою між Польщею, Словаччиною та Україною про міжнародний біосферний заповідник "Східні Карпати". Наукові розробки дисертації використані в процесі виконання держбюджетних тем - "Основи оптимізації природокористування в територіальних системах західних регіонів України" (1997 - 1999 р.р.).

Одержані результати опубліковані у ряді навчальних посібників і використовуються в навчальному процесі Львівського держуніверситету при читанні курсів: "Прикладне ландшафтознавство", "Ландшафтно-екологічна експертиза", а також при виконанні дисертаційних робіт аспірантами і пошукувачами.

Запропонована система закономірностей по просторово-часовій організації топічних ландшафтних систем є внеском у теорію ландшафтознавства та його прикладних розділів. Наукове використання результатів досліджень корисне для розвитку медичної географії, організації метеоспостережень, покомпонентних досліджень. Проведені дослідження і одержані результати сприяють розвитку системних і сіненергетичних концепцій в географії, синтезу природних і суспільно-географічних знань.

Теоретичні, методологічні і методичні підходи топології ландшафту можуть бути використані при дослідженнях в інших регіонах України, близького і далекого зарубіжжя.

Особистий внесок здобувача. Теоретико-методичні і прикладні роботи пов'язані з топологією ландшафту одержані автором на основі польових досліджень протягом 1978-1998р.р. Положення викладені в спільних науково-практичних посібниках "Стаціонарні дослідження динаміки і розвитку ПТК (1985)", "Напівстаціонарні і експедиційні дослідження ПТК (1985)", за винятком підрозділів "Ландшафтно-геохімічні дослідження в ПТК", "Фіксація польового матеріалу", "Використання бланку "Динаміка" розроблені дисертантом.

Матеріали, що висвітлюють ландшафтну структуру Надимської лісотудри були зібрані за участю у польових дослідженнях співавторів по виконанню відповідної госпдоговірної теми.

Апробація результатів дисертації. Результати і положення роботи доповідались і обговорювались на 1Х-му (Казань,1990) з"їзді Географічного товариства СРСР; V1-му (Одеса,1990) і V11-му (Київ,1995) з"їздах Географічного товариства України; Х-й ландшафтній конференції (Москва, Росія,1997); міжнародній науково-практичній конференції з проблем національних парків (Яремча,1990); ХV міжнародній конференції з метеорології Карпат (Ужгород,1991); 1-й республіканській науковій конференції з природно-ресурсного потенціалу України (Чернівці,1991);

міжнародній науково-практичній конференції Карпати - українській міст в Європу: проблеми і перспективи (Львів,1993); міжнародній науково-практичній конференції "Сучасні проблеми природокористування" (Мінськ,1993); міжнародній науково-практичній конференції Екологічні основи оптимізації режиму охорони і використання природно-заповідного фонду (Рахів,1993); науковій конференції Проблеми географії України (Львів,1994); науковій конференції Проблеми становлення і функціонування новостворених заповідників (Гримайлів,1995); міжнародній науковій конференції WAYS TO SOLVE INTERCONECTEP PROBLEMS OF THE NATVRAL ENVIRONMENT AND DEVELOPMENT OF BORDER TERRANS IN UKRAINE, POLAND, SLOVAKIA (Lviv,1995); міжнародній науковій конференції LANDSCAPE TRANSFORMATION IN EUROPE (Warsaw - Poland,1996).

Результати роботи обговорювались на наукових конференціях географічного факультету Львівського університету в 1980-1998 р.р.

Публікації. Результати публікації опубліковані в монографії, науково-практичному посібнику, 20 статтях у наукових журналах, 5 матеріалах і 11 тезах наукових конференцій.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Теоретичні аспекти оптимізації і конструктивного використання ландшафтних фацій

Теоретичною основою конструктивного підходу в ландшафтознавстві є вчення про природно-господарські територіальні системи (ПГТС) (Швебс, 1995). При цьому, навіть на локальному рівні зберігаються природні ознаки (в тому числі структурні) або первинних ландшафтних комплексів, або тих, що виникли під дією антропогенного фактора. Структура і стан керуючої підсистеми в ПГТС відбивають той стан основної системи, який повинен реалізуватись і підтримуватись керуванням. Основне завдання конструктивного використання ландшафтних систем полягає у правильній вбудові ПГТС в їх ландшафтне оточення, вірніше, у всю складність речовинно-енергетичних і інформаційних зв'язків між територіальними системами.

2.Загальні риси організації топічних ландшафтних систем

Зміни в природних територіальних комплексах відбуваються завдяки взаємодії їх частин як між собою, так і з зовнішніми об'єктами середовищем. Для них характерним є уявлення простору, яке містить не тільки певні відомості про геометричні параметри та конкретну (географічну) прив'язку систем, але і розкриття закономірностей їх місцеположення, що базуються на поняттях взаємозв'язків та взаємозалежності. Обов'язковою умовою є розуміння їх як цілісних об'єктів. Цілісність ландшафтних систем є проявом внутрішньої єдності, обумовленості, індивідуальності. Разом з тим, цілісність виступає умовою наявності взаємодії систем між собою.

Характерною особливістю концепції відкритих територіальних ландшафтних систем є акцентація на проявах їх відносної взаємо-врівноваженості. Під рівновагою розуміється сформований під впливом зовнішніх факторів і процесів самоорганізації та саморегулювання такий стан, при якому досягається баланс речовинно-енергетичного та інформаційного обміну між внутрішніми складовими системи і її оточенням. Рівновага топічних територіальних систем - поняття відносне. Це пов'язано з певною "демократичністю" контролюючого механізму. В якості останнього виступають зв'язки з оточенням. Вони не задають фізіономічного стану, а тільки ставлять вимогу щодо спрямованості, інтенсивності і якості між ним і системою. Всі стани, які задовольняють вимоги, будуть врівноваженими. Але оскільки для таких систем характерна ієрархічність, це вимагає наявності у територіальних поєднань вищих морфологічних рівнів асортативної рівноваги (термін запропонований Е.С.Уілсоном (1969) для біологічних систем). Під нею необхідно розуміти поступову (еволюційну) зміну видового складу систем нижчих морфологічних рівнів у вищому (поява нових і поступове відмирання старих), при якому зберігається баланс речовинно-енергетичного та інформаційного обміну. Асортативна рівновага забезпечує закономірну еволюцію складних територіальних поєднань.

Як ландшафтознавству в цілому, так і топічному його аспекту властива значна увага до вивчення генетичних властивостей своїх систем. Сутність топічного підходу полягає в уявленні про те, що тісної взаємодії між компонентами природи явно недостатньо для виникнення територіальної системи. Необхідною умовою виступають взаємовідношення між вже існуючими єдностями. Якщо внаслідок їх еволюції виникає необхідність (як правило у критичні моменти) збереження або збільшення врівноваженості, відбувається поділ певної системи, або виникнення на її місці нової. Вона бере на себе роль енергетичного розвантаження оточуючих комплексів. Що стосується знищення, а фактично ліквідації територіальних об'єктів, то такий процес є не чим іншим, як засобом збереження оточенням стану відносної рівноваги.

Як вірно зауважує М.Д.Гродзинський (1993), модель геосистеми поліцентрична. Жоден з компонентів комплексу не розглядається як центральна ланка. Але це стосується компонентної моделі ландшафтних єдностей. Моделі топічних ландшафтних систем не компонентні, а геосистемні. Така модель є вже моноцентричною. В ній кожен природний комплекс, що розглядається, виступає в ролі центральної ланки, а оточуючі комплекси - в ролі його взаємодіючого довкілля.

Н.Л.Беручашвілі (1990) зазначав: "Структурно-функціональні особливості ландшафтів ще тільки починають досліджуватись. Це пов'язано з тим, що відсутня концепція просторової організації елементарних ПТК". Для вирішення даної проблеми дослідник повинен піднятись від компонентного до системного не тільки рівня узагальнень, але і всіх етапів досліджень. В центрі проблеми знаходяться механізми масенергообміну між природними комплексами як цілісними системами. В поєднані з внутрішніми механізмами, які контролюють особливості внутрішньокомплексних структур, вони за довгий час еволюційного розвитку ландшафтних систем створили всю їх різноманітність і відносну функціональну врівноваженість.

Топічні ландшафтні системи обов'язково повинні характеризуватись підвищеною внутрішньою гомогенністю. Абсолютна відмінність показників в просторі їх виділу не повинна перевищувати таких в суміжних комплексах. Повинна виконуватись умова:

t0max c - t0min c [ t0max(min) c - t0min(max) 0 ]

де t0max(min) c - максимальне і мінімальне значення показника системи; t0min(max) 0 - мінімальне і максимальне значення показника ландшафтного оточення.

В мофолого-генетичному ряду ландшафтних комплексів (фація, підурочище, урочище, місцевість, ландшафт) даній вимозі відповідає лише фація.

3. Структурні особливості ландшафтних компонентів як індикатор структурної організації топічних ландшафтних систем

Під структурною організацією в роботі розуміється впорядковане просторово-часове функціонування структур. Впорядкованість, в даному випадку, це не стільки показник "притертості" компонентів, скільки узгоджене функціонування системи зі своїм оточенням.

Незначні площі фаціальних виділів дозволяли досліджувати всю генеральну сукупність практично всіх параметрів. Одержані дані переконливо засвідчують наявність внутрішньофаціальної структурної неоднорідності, яка з віком комплексів стає все більш чітко окресленою.

Ґрунтовий покрив геотопів - цей своєрідний "похідний" компонент за своїми функціональними властивостями і структурно-організаційним положенням - органічно зливається з компонентами крайнього місцеположення в ряду Солнцева - зоо і фітоценозами та літогенною основою. Але якщо для перших це їх консервативна складова, то для другого - динамічна. Тим самим, грунт надає стабільності біоті і динамізму геомі. В обох випадках виконує роль стабілізуючого фактора. Для біоти він виступає в якості інваріантного гаранта, а для геоми (в першу чергу, літогенної основи) - в якості механізму пружності, який бере на себе переважну більшість зовнішніх впливів. Стає зрозумілим, що в ґрунтовому покриві повинна реалізовуватись значна частина механізмів загальної структурної організації ландшафтних систем. Так було виявлено, що формування компонентів природних територіальних комплексів в процесі їх розвитку здійснюється від центру топів (стійкого центру) до периферії (зони зовнішньої неоднорідності).

Не дивлячись на значну динамічність такого компоненту як приземна частина атмосфери, як показали дослідження, він чітко індикує (поряд з іншими компонентами) структурні особливості ландшафтних топів. Найбільш чітко простежується своєрідна внутрішня перехідна зона. Розташована в проміжку між стійким центром і зоною зовнішньої неоднорідності, вона характеризується поступовим вирівнюванням показників. Найбільш чітко проявляється у безпосередньому контактному прошарку (до висоти 1,0 м) всіх ландшафтоформуючих компонентів.

Значні корективи у розташуванні та функціонуванні структурних частин ландшафтних топів вносить сніговий покрив. В самій структурі снігового покриву спостерігається наявність всієї палітри структурних елементів геотопів. Разом з тим, часто на місці перехідних зон утворюється розширення зони зовнішньої неоднорідності. Характеризуючись значними ізоляційними властивостями, сніговий покрив значно спрощує внутрішню структуру фацій (в першу чергу, над його поверхнею). Якщо під снігом чітко прослідковуються відособлені ділянки (за функціональними ознаками) в місцях поєднання кількох комплексів, то над снігом вони зникають. При цьому, площі стійких центрів фактично наближаються до зафіксованих за параметрами фітоценозів.

Враховуючи, що найбільш адекватним балансовим показником щодо специфіки всіх ландшафтоформуючих компонентів є температури, дана характеристика систем повинна виступати результуючим параметром, який відбиває внутрішні структурні особливості природних територіальних утворень. Температурне поле в даному ракурсі розуміється як геоенергетичний простір певної ступені гомогенності виражений через одиниці температури. Розгляд внутрішньотопічних структур температурного поля в репрезентативних системах достатньо значного регіону (Карпатський регіон, Криворізький фізико-географічний район, Надимська тундра) показав, що загальний набір структурних елементів повторювався. Це дозволяє стверджувати, що закономірності їх організації були ідентичні.

Серед структурних елементів топічних ландшафтних систем виділяються надзвичайно локалізовані своєрідні утворення - так звані ландшафтні вузли, які виникають в місцях поєднання трьох і більше ландшафтних фацій. Ширина прояву даної структури обмежується часто півметровим радіусом, що може пояснити відсутність в науковій літературі розгляду подібних явищ. Складається вона з двох структурних частин: центральної ділянки (представленої більш низькими, ніж оточуючі системи, температурами і меншими показниками напруженості електростатичного поля ґрунту) і зовнішньої ділянки (де температури не менш інтенсивно зростають і відповідно збільшується напруженість електростатичного поля ґрунту).

Кожен зовнішній вузол супроводжується вузлом-дублером. Він неначе тінь супроводжує головний вузол. Розташований такий вузол-дублер на стику двох різнорідних сегментів зони зовнішньої неоднорідності і стійкого центру. Його внутрішня структура подібна до структури головного вузла, але коливання показників в ньому здійснюється лише в межах кількох десятих відсотка (Рис).

Дуже ймовірно, що подібна вузлова структура виконує роль своєрідних штирів на яких з певною жорсткістю тримається вся сітка ландшафтних комплексів. Дослідження і аналіз кількості ландшафтних вузлів в межах ландшафтних фацій (проаналізовано понад 500 фацій Карпатських і Надимського ландшафтів) показали, що основу складають системи, які мають від 3 до 5 вузлів (гірські - 86,2%, рівнинні - 80,0%). Разом з тим, не зустрічались комплекси з кількістю зовнішніх вузлів більше 8. Це може, певною мірою, говорити про те, шо початкове силове поле Землі, в решітці якого були сформовані ландшафтні системи, мало ячеїсту структуру у формі багатогранників, найбільшим з яких був восьмикутник.



Рис. Модель структурної організації топічної ландшафтної системи.

1 - стійкі центри; 2 - зони зовнішньої неоднорідності; 3 - вузли-дублери; 4 - зовнішні ландшафтні вузли; -____ - межі систем; ----- межі структурних елементів.

Таким чином, дослідження по вивченню структурних особливостей топічних ландшафтних систем (фацій) показали, що закономірності їх організації ідентичні і не залежать від місця їх розташування (в тому числі висотного і широтного). Весь комплекс досліджуваних характеристик компонентів-факторів в межах ландшафтних топів має дуже близьку структурну будову в горизонтальному і вертикальному простяганні. Таке явище не тільки наслідок безперервного речовинно-енергетичного та інформаційного обміну між поєднаними ландшафтними системами, це також і явище внутрішньотопічних відносин, а також спрямовано-коректуючої дії ячеїстого енергополя Землі.

4.Функціонування, динаміка і розвиток топічних систем

В даній роботі під функціонуванням розуміється стійка послідовність постійно діючих процесів передачі енергії, речовини і інформації в ландшафтах, що забезпечує збереження того, або іншого характерного для значного відрізку часу стану...(Охрана ландшафтов,1982).

Динаміка - закономірно-поступальні (незворотні) зміни ландшафтних систем в межах одного інваріанту.

Розвиток - якісні зміни в територіальних системах, наслідком яких є їх трансформація (руйнування) і заміна одних комплексів іншими.

Під структурою топічних ландшафтних систем розуміється загальний порядок підпорядковано-функціональних кількісно детермінованих зв'язків, які об'єднюють і диференціюють комплекс. При цьому, складністю даної структури є різноманітність підпорядковано-функціональних зв'язків комплексу, яка характеризується певною кількістю інформації.

Стани топічних ландшафтних систем - це стабільні співвідношення параметрів їх структури в конкретний проміжок часу. Зміна таких станів відбувається в межах певних періодів, циклів і ритмів. Як правило, періодичні, циклічні і ритмічні процеси діють в топічних системах одночасно. Зміна станів є поведінкою природних систем. Така поведінка має чітку ієрархічну підпорядковану структуру. Природні ритми відбуваються на фоні спрямовуючої і стабілізуючої (дестабілізуючої) діяльності відповідного циклу. В свою чергу, ритми виконують таку ж роль по відношенню до періодів.

Границями станів топічних ландшафтних систем є періоди встановлення стабільного співвідношення параметрів їх структури і її дестабілізації. Стани природних систем, які не характеризуються наявністю стабільного співвідношення параметрів, носять перехідний характер. Для них притаманне динамічне, рухливе співвідношення параметрів структури систем в певний проміжок часу. Таким чином, функціонування топічних ландшафтних систем є єдністю взаємопов'язаних статично-часових (скелет) і динамічних станів, що носять спадковий характер. Міжстанові явища являють собою певний структурний блок в схемі загального функціонування топічної ландшафтної системи, який виконує чіткі, тільки йому притаманні завдання. Вони входять складовою частиною у загальну функціональну структуру топічних систем. Міжстанові явища - це не тільки механізми зв'язку двох поєднаних станів територіальних комплексів, а цілісна система, яка характеризується власною внутрішньою структурою. У просторово-часовому функціонуванні ландшафтних систем міжстанові явища - блоки, які виступають у ролі механізму пружності зв'язку, своєрідної мембрани. Завдяки наявності ефекту пружності міжстанові явища здатні гасити зовнішні негативні впливи. Прямим призначенням міжстанових явищ є механізм зв'язку між двома сусідніми системами, при цьому виникає ефект мембрани. Мембранність міжстанових явищ виявляється у можливостях відбору енергетичних і речовинних потоків, які проходять через даний блок, при цьому дестабілізаційні потоки в значній мірі гасяться. Сказане дозволяє говорити про те, що міжстанові явища відносяться до структурно-функціональних блоків топічних ландшафтних систем, які відповідають за їх стійкість.

В структурних елементах геотопів спостерігається певна пульсація, в першу чергу, у вигляді добових і сезонних змін. У добовому функціонуванні найменшою мінливістю відзначаються стійкі центри топів. В середньому їх площі зростають вночі і зменшуються вдень в межах 22%. Зони зовнішньої неоднорідності, характеризуючись подібною тенденцією, не реалізують її, оскільки між 8 і 10 годинами в системах інтенсивно нарощують площу перехідні смуги, частково за рахунок стійких центрів, але в основному за рахунок зони зовнішньої неоднорідності. В межах 19 години (умови Чорногірського ландшафту) ситуація стабілізується. Тенденція практично повторюється в межах сезонного ритму. Грудень, січень, лютий відповідають нічним станам; березень, квітень - перехідним ранковим; травень, червень, липень, серпень і вересень - денним; жовтень, листопад - перехідним вечірнім. Відмінності полягають у більш глибоких змінах, що говорить про більш відчутні відмінності в масенергообміні між сезонними станами. При раптових змінах стану комплексу, наприклад, внаслідок проходження зливи, спостерігається попереджувальне (в середньому за 2 години до явища) зростання площ перехідних смуг. Після адаптації системи до дестабілізуючого явища співвідношення площ внутрішньоструктурних елементів повертається до норми. Таким чином, геотопи використовують перехідні смуги як захисний механізм стійкого центру при виникненні раптових спонтанних загроз.

Пізнання динамічних змін в структурі геотопів здійснюється в часовій розгортці значної протяжності. Одним з основних при цьому виступає динамічний час - часовий відрізок між початком стану зародження системи і кінцем стану руйнування. В даному ракурсі інваріантна складність структури топічних систем є набором функціональних складових структур в межах характерного динамічного часу.

В межах ландшафтної сфери існує достатньо чисельна група систем топічного рівня, в яких горизонтальна і вертикальна структури взаємодіючих поєднаних систем мають обернений характер. Така взаємодія носить ускладнений характер. В її просторі виникає постійно існуюча ділянка нестабільності, представлена своєрідним структурним внутрішньо топічним утворенням - зоною поєднаного простору. Це найбільш нестійка структурна частина природних територіальних систем. Внаслідок наявності перпендикулярно спрямованих масенергетичних потоків одного виду (наприклад, вертикальних) вона ніби "випадає" з загального механізму функціонування взаємодіючих фацій. Внутрішня межа даної зони є потенційною площиною відриву де виникають зсуви та обвали. Що стосується вузлової ландшафтної зони поєднаного простору, то вона також характеризується ускладненою структурою у вигляді строго локалізованого (зменшеного в 3-4 рази у порівнянні з невузловою взаємодією) додаткового елементу нестабільності, яка певним чином нейтралізується активністю самої вузлової структури.

Специфіка ландшафтоформуючих компонентів в значній мірі залежить від їх ландшафтного оточення: чим більша різноманітність ландшафтного оточення, тим більш сприятливі умови для їх розвитку. При цьому, така системна характеристика як температура не індикує видову приналежність геотопів, а вказує на однорідність їх ландшафтного оточення. Дана залежність знаходиться в межах 100%. Сама різноманітність ландшафтного оточення може не відбиватися на складності структури зв'язків систем (як внутрішніх, так і зовнішніх). Вона тісно пов'язана з просторово-часовою стійкістю комплексів. Більш складне оточення дозволяє при порушені нормальних амплітуд функціонування однієї з суміжних систем перерозподілити навантаження і тим забезпечити комплексу нормальне, стійке функціонування. Методичною необхідністю, в даному випадку, є вимога порівнювати не будь-які системи, а тільки одновидові. Тим самим, принцип необхідної різноманітності оточення говорить про те, що серед одновидових топічних ландшафтних систем стійкіші ті, в яких більша різноманітність їх ландшафтного оточення. Дана закономірність більш чітко проявляється в комплексах з антропогенно модифікованим існуванням.

5.Стійкість топічних ландшафтних систем

Стійкість - один з основних параметрів систем. Вона є наслідком складного розвитку територіального комплексу в часі і просторі., відбиває сутність життєдіяльності системи в межах свого середовища. Системно-структурними ознаками стійкості топічних ландшафтних систем виступають: цілісний характер параметру, ієрархічна підпорядкованість, адаптованість щодо середовища, саморегуляція. Структурна стійкість (Дж. Касті, 1982) відображає поведінку системи по відношенню до поведінки аналогічних систем. В даному випадку, стійкість комплексу і його структурна організація - тісно взаємопов'язані поняття. Раніше було показано, що топічні ландшафтні системи спонтанно ускладнюють структуру внутрішніх зв'язків (Петлін, 1989, 1993). Те ж саме відбувається і в оточуючих системах. Але якщо швидкість даного процесу в системі вища, або оточення природно знизило складність структури зв'язків (наприклад, в разі трансформації одного, або декількох поєднаних комплексів), стійкість починає падати. Основним механізмом, при цьому, виступає вимога загального врівноваження відносин між взаємодіючими ландшафтними комплексами.

Територіальне збігання меж таких одиниць як фація і біогеоценоз дали можливість провести порівняння їх стійкості, визначеної за відповідними методиками (Дылис, 1969; Міллер, Петлін, 1985). Одержані дані показують, що суттєвих розходжень в одержаних показниках за різними методиками не спостерігається. Для природних систем з корінними та умовно корінними фітоценозами характерна практично абсолютна тотожність, що свідчить про тісний корелятивний зв'язок складності парцелярної будови фітоценозів з балансовими характеристиками переміщення речовини між поєднаними системами.

З поняттям стійкості тісно пов'язане поняття рівноваги. Рухлива врівноваженість систем забезпечується внутрішньою самодетермінацією поведінки всіх її елементів і її самої як цілісного об'єкту.Цю рухливість, що проявляється у вигляді коливань станів систем, зв'язки в яких взаємодіють, Ешбі (1959) назвав гомеостазом. Рівновага топічної ландшафтної системи - це відносно стійкий (квазіврівноважений) їх стан, який формується під впливом як зовнішніх факторів, так і процесів внутрішнього саморегулювання. Кожна топічна система представлена певним набором таких станів. Кожному динамічно-поступальному стану системи відповідає тільки їй притаманний стан рівноваги. Кількість динамічних станів рівноваги обмежується інваріантними особливостями комплексів. За межами своїх інваріантних можливостей система неврівноважена. Практично всі існуючі топічні ландшафтні системи (за винятком тих, що знаходяться на стадії трансформації) є відносно врівноваженими. Це досягається двома взаємопов'язаними механізмами. Перший з них зовнішньонеоднорідний просторово збалансований - полягає у постійному виводі системи з стану наближеного до повної рівноваги, що заставляє їх "пульсувати" навколо нього з чітко визначеною інваріантними можливостями амплітудою. Інший механізм діє в системах, які по своїй суті є неврівноважено-врівноваженими. Таке діалектичне протиріччя існує у всіх яскраво виражених ерозійних та акумулятивних комплексах. Речовинно-енергетичний дисбаланс є їх характерною ознакою. Збалансованість (прихід дорівнює, або наближений до витрат) для них є деструктивним явищем. Їх стійкість чітко залежить від можливості підтримки зовнішньої неврівноваженості.

6. Границі топічних ландшафтних систем

Границі топічних ландшафтних систем являють собою складну замкнуту, лінійну поверхню, що відокремлює якісно відмінні природні утворення (Миллер, Петлин, 1989). Через них здійснюється взаємозв'язок природних систем шляхом переміщення речовини та енергії, при цьому на границях вони часто змінюють інтенсивність і напрямок. Із збільшенням балансу речовинно-енергетичного обміну на границях геотопів збільшується дискретність останніх у випадку, коли системи знаходяться на зрілій стадії свого розвитку.

Порівняння територіальних комплексів за їх балансовою стійкістю і ландшафтно-геофізичним поєднанням дозволило виділити шість варіантів взаємодії систем на стадіях різних динамічних станів, яким відповідають певні відхилення від усереднених величин ширини їх смуги вирівнювання. Існує чітка залежність між шириною смуги вирівнювання поєднаних територіальних систем на різних часових стадіях їх розвитку і інтенсивністю речовинно-енергетичного обміну з оточенням. При балансі взаємодії двох природних систем в 4 бали (середня за інтенсивністю взаємодія) вплив речовинно-енергетичного переносу і динамічних станів комплексів на формування властивостей границь топічних ландшафтних систем взаємоврівноважується. При зменшенні інтенсивності взаємодії зростає роль динамічних станів і навпаки, при її збільшенні - роль речовинно-енергетичного переносу. Але у будь якому випадку дані фактори діють одночасно і безперервно.

7.Структурна організація

Проблема організації топічних ландшафтних систем по суті є проблемою їх закономірного розвитку. Як відмічав В.С.Преображенський та ін.(1988), сучасний стан ландшафтознавства характеризується:"...відсутністю сукупності закономірностей ландшафтної організації". Круг проблем, які належать до компетенції організації топічних систем, можемо звести в три групи: просторової організованості; закономірностям існування, в тому числі часовим; вбудованості в ландшафтне оточення. Кожна з даних груп складається з значної кількості внутрішніх проблем, які тісно між собою скорельовані, взаємозалежні і взаємоврівноважені, що стосується і самих груп вцілому. Все це разом формує специфічне дослідницьке поле навколо питання організації систем. В такому полі центральне місце належить проблемі організації зв'язків. Під організацією зв'язків розуміється сукупність процесів або дій, що ведуть до утворення і вдосконалення взаємозв'язків між частинами в межах цілого , або між самими цілісними топічними ландшафтними системами. Просторова організація топічних ландшафтних систем має два аспекти: власне внутрішню просторову організацію систем і зовнішню організацію, яка відбивається в принципі сусідства (у одновидових топічних територіальних систем існує близький набір оточуючих ландшафтних комплексів). Даний набір виконує спрямовано-контролюючу і формуючу роль щодо властивостей певної частини (зовнішнього оточення) територіальних єдностей через процеси вбудованості. Внутрішня впорядкованість проявляється у перерозподілі ролей життєдіяльності системи між окремими її структурними частинами та їх поєднаннями (наприклад, зовнішнього оточення вцілому). Це впритул підводить нас до розгляду таких явищ як саморегуляція і самоорганізація систем. Всі ці явища розвиваються, вдосконалюються, трансформуються, підпорядковуються певним ритмам тобто мають часову організацію.

Організація геотопічних систем проявляється у впорядкованості, узгодженості їх складових. Таке становище не є статичним. В його межах виникають процеси і властивості, що у кінцевому підсумку приводять до зміни, а часто і знищення такого стану і виникнення вже іншого в рамках тієї ж організації систем. Виникають різні рівні організації, які самі виступають в якості причини і наслідку їх розвитку. Тому об'єктивне існування топічних ландшафтних систем є складною сукупністю реальних відношень рівнів організації. М.Д.Гродзинський (1993) розглядає поняття ландшафтно-екологічної амплітуди. Для територіальних систем фаціального рівня дане поняття набуває двох значень. Зовнішня ландшафтна амплітуда - діапазон впливу оточуючих ландшафтних систем, до якого пристосовані геосистеми певного виду. Фактично такий дозований вплив виступає інваріантним показником. Його зміна вбік збільшення або зменшення обов'яково приводить до порушення інваріанту комплексу і подальшої трансформації самої системи. При цьому на її місці виникає комплекс, для якого нова за інтенсивністю амплітуда зовнішнього впливу буде інваріантною. Внутрішня ландшафтна амплітуда - це діапазон складності структури внутрішніх зв'язків, що притаманний певному динамічному стану геосистеми.

З підвищенням рівня організації фізичних об'єктів посилюється автомізація речовини і полей у просторово-часовому відношенні (Круть, 1978). В фаціальних системах речовинно-структурні елементи складають їх тіло, а енергетичні поля, пов'язані з цими елементами, виходять за межі систем і відповідають за просторову вбудованість, рівновагу з ландшафтним оточенням. Це своєрідний механізм організації просторової стійкості комплексів.

Важливим принципом просторової організації топічних територіальних систем є доцільна впорядкованість обміну речовиною та енергією з оточуючими ландшафтними комплексами. Ця впорядкованість проявляється в наявності і властивостях зони зовнішнього оточення комплексу: її ширині, ритмічності, абсолютних показниках. Завдяки доцільному впорядкуванню структур, функцій і процесів масенергообміну створюються умови для реалізації принципа інтеграції (Солнцев,1986) топічних систем. В її основі знаходиться підпорядкування частин цілому - така взаємодія частин і цілого при якій підтримується інтеграція на двох рівнях: внутрішньосистемному і міжсистемному. В першому випадку інтегрують структурні елементи комплексів, в другому - комплекси між собою. Наслідком міжсистемної інтеграції може бути "вибраковка" окремих комплексів з наступним їх знищенням і заміною іншими. Поняття структури рівнозначно поняттю впорядкованості, когерентності. Під просторовою когерентністю, в даному випадку, розуміється взаємно скорельоване (в просторі і часі) розташування структурних елементів в системі. Дана відповідність проявляється між різними структурними частинами ландшафтних систем як по горизонталі, так і по вертикалі. Сюди відносяться розміри і "спеціалізація" - поділ функцій. Важливою закономірністю при цьому виступає той факт, шо співвідношення площ стійкого центру та зони зовнішньої неоднорідності в межах топічних ландшафтних систем одного виду при нормальних ритмах функціонування є величиною сталою.

...