Библиотека ДИССЕРТАЦИЙ
Главная страница Каталог

Новые диссертации Авторефераты
Книги
Статьи
О сайте
Авторские права
О защите
Для авторов
Бюллетень ВАК
Аспирантам
Новости
Поиск
Конференции
Полезные ссылки
СУПЕРОБУЧЕНИЕ
Комната отдыха

Введите слово для поиска

Бурым Юрий Владимирович.
Сезонная динамика ландшафтов Ставропольского края

СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Специальность 25.00.23 — физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: д-р геогр. наук, доцент Братков В.В.

Ставрополь — 2005

Содержание диссертации
Сезонная динамика ландшафтов Ставропольского края

Введение

Глава 1. Теоретические и методические вопросы изучения структуры ландшафтов
1.1. Современные представления о географическом ландшафте
1.2. Методические подходы к изучению сезонной динамики ландшафтов Ставропольского края

Глава 2. Ландшафты Ставропольского края
2.1. Провинция лесостепных ландшафтов Предкавказья
2.2. Провинция степных ландшафтов Предкавказья
2.3. Провинция полупустынных ландшафтов Предкавказья
2.4. Провинция предгорных степных и лесостепных ландшафтов Большого Кавказа
2.5. Провинция среднегорных ландшафтов лесостепей и остепненных лугов Большого Кавказа

Глава 3. Временная структура и сезонная динамика ландшафтов Ставропольского края
3.1. Сезонная динамика лесостепных ландшафтов Предкавказья
3.2. Сезонная динамика степных ландшафтов Предкавказья
3.3. Сезонная динамика полупустынных ландшафтов Предкавказья
3.4. Сезонная динамика предгорных степных и лесостепных ландшафтов Большого Кавказа
3.5. Сезонная динамика среднегорных ландшафтов лесостепей и остепненных лугов Большого Кавказа

Глава 4. Оценка сезонной динамики ландшафтов Ставропольского края для целей сельского хозяйства

Заключение
Литература
Приложения

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИЗУЧЕНИЯ СТРУКТУРЫ ЛАНДШАФТОВ

1.1. Современные представления о географическом ландшафте

Природный ландшафт — одно из ключевых понятий современной физической географии. В его основе лежит идея о взаимосвязи и взаимообусловленности всех природных процессов и явлений земной поверхности. В таком понимании идеи ландшафтоведения развивались в работах его основоположников: Р.И. Аболина, Л.С. Берга, А.А. Борзова, П.И. Бро-унова, Г.Н. Высоцкого, А.А. Григорьева, В.В. Докучаева, Г.Ф. Морозова, Л.И. Прасолова, В.Б. Полынова, Л.Г. Раменского, В.Н. Сукачева и др.

В середине и второй половине ХХ в. исследования С.В. Калесника, Н.А. Солнцева, Н.А. Гвоздецкого, А.Г. Исаченко, В.Н. Николаева, Ф.Н. Милькова и др. позволили сформулировать основные представления о географическом ландшафте. В настоящее время имеются два общепринятых и взаимодополняющих определения ландшафта:
- генетически однородный природно-территориальный комплекс, имеющий одинаковый геологический фундамент, один тип рельефа, одинаковый климат и состоящий из свойственного только данному ландшафту набора динамически сопряженных и закономерно сочетающихся урочищ (Солнцев, 1962);
- природная геосистема региональной размерности, состоящая из связанных генетически и функционально локальных геосистем, приуроченных к одному типу рельефа, одной морфологической структуре и отличающаяся специфичным местным климатом (Николаев, 1979).

Ландшафт — узловая единица в ряду геосистем. С одной стороны, это территориальная интеграция локальных геосистем, создающих характерный для него внутренний узор, или морфологию, а с другой — это начальная ступень регионального уровня. В связи с этим ландшафт занимает узловое положение в системе территориальных физико-географических единиц.

Целостность ландшафта обусловлена потоками вещества и энергии, которые объединяют и компоненты ландшафта, и его морфологические части (фации, урочища и др.) в единую систему.

Что касается термина «геосистема», то его ввел в физическую географию В.Б. Сочава в 1963 г. Несколько позже, в 1978 г., он определил их как особый класс управляющих систем; земное пространство всех размерностей, где отдельные компоненты природы находятся в системной связи друг с другом и как определенная целостность взаимодействуют с космической сферой и человеческим обществом. Данное (геосистемное) направление развивалось также в работах Э. Неефа (Neef, 1962, 1967, 1974) и некоторых других исследователей.

Структура ландшафта — основное понятие теории ландшафта, тесно связанное с представлением об устойчивости и изменчивости ландшафтов, исходное при разработке мероприятий по охране природы.

В. Б. Сочава (1963, с.58) предложил рассматривать структуру ландшафтов как «... совокупность элементарных геосистем (с различными взаимосвязями между их компонентами), характеризующихся сезонным ритмом и образующих серии и ряды трансформации, а также различные мозаичные сочетания». В этом определении удачно сочетаются представления о компонентной, пространственной и временной сущности понятия «структура ландшафтов».

В настоящее время различают следующие аспекты структуры ПТК:
- морфологическая (горизонтальная) структура — упорядоченные системы ПТК более низкого ранга, входящих в состав более крупного;
- вертикальная структура — ярусное расположение слагающих ПТК компонентов;
- временная структура — суточные и сезонные ритмы и многовековые изменения состояний природы (Пашканг и др., 1986).

Полное ландшафтное исследование предполагает познание всех трех аспектов структуры ПТК. А.Г. Исаченко (1991) отмечает, что структура геосистемы — сложное, многоплановое понятие, определяемое как пространственно-временная организация (упорядоченность) или как взаимное расположение частей и способы их соединения.

Для познания структуры ландшафта необходимо изучать не только традиционные пространственные характеристики, но и его динамические особенности.

Под динамикой ландшафта понимается:
- совокупность процессов и изменений, наблюдающихся в ландшафте, от простого механического перемещения вещества под действием силы тяжести до сложных изменений его структуры во времени (развитие). Существенной чертой динамики ландшафта является круговороты энергии и вещества (тепла, влаги, химических элементов, органического вещества). Динамика ландшафта подчинена ритмическим (суточным, сезонным и многолетним) и поступательным изменениям его структуры (Энциклопедический словарь1968);
- движение переменных состояний геосистемы, подчиненные одному инварианту в пределах одной эпифации (Сочава, 1978);
- функциональные, пространственные и структурные изменения, происходящие в природно-территориальном комплексе (Мильков, 1986);
- изменение ландшафта во времени, связанное главным образом с переменными в состоянии отдельных средообразующих компонентов; одна из форм циклических (периодических) изменений в биотическом сообществе (суточных, сезонных, погодно-температурных и т.д.), связанная со сменой сезонов года (динамика экосистемы (биогеоценоза) сезонная (годовая) (Реймерс, 1990).

Сезонная ритмика природы — основная форма проявления динамики ландшафта в целом и его компонентов. Вопросы сезонной динамики каждого из компонентов ландшафта, так или иначе, затрагиваются отдельными отраслями географических и биологических наук.

Сезонная ритмика ландшафта характеризуется с помощью хорошо подобранных индикаторов — фенологических явлений, несущих обширную информацию о многих одновременно протекающих сезонных процессах в различных его компонентах.

Фенологическая периодизация года выражается в сезонной динамике ландшафта и последовательной смене его облика. В отечественной литературе основоположниками географической (ландшафтной или общей) фенологии и фенологической периодизации года были Л.С. Берг (1947); Н.Н. Галахов (1959); С.В. Калесник (1947); Д.Н. Кайгородов (1925); В.А. Фриш и Э.В. Фриш (1970); Г.Э. Шульц (1936, 1981) и др.

В фенологической периодизации года имеется, по меньшей мере, два направления. По мнению Г.Э. Шульца (1981), естественные сезоны — это качественно отличные этапы годичного цикла ландшафтов с однородными взаимосвязями между компонентами природы и однотипной направленностью сезонных процессов. Внешне они проявляются через специальные сезонные аспекты. Естественные сезоны могут быть разного ранга. Наиболее крупные, общепринятые во внетропических широтах сезоны: весна, лето, осень и зима. Каждый сезон подразделяется на несколько подсезонов (субсезонов). Это качественно отличные отрезки годового цикла, но более низкого ранга.

Другое направление развивает В. А. Фриш (1970), который считает, что в умеренном поясе существует два основных, резко отличающихся состояния ландшафта — зимний и летний, соответствующий двум основным временам (сезонам года). Весна и осень характеризуются как время разрушения одного и становления другого состояния. Периоды сезонного развития данный автор классифицирует как этапы становления, полного выражения и разрушения летнего и зимнего состояния ландшафта.

Понятие «состояние ПТК» имеется также в ландшафтоведении. И.И. Мамай (1982) отмечает, что в общем смысле состояние ПТК — это свойства его структуры, которые сохраняются на протяжении более или менее длительного промежутка времени. Н. Л. Беручашвили (1982а, 1982б, 1986, 1990) под состоянием ПТК понимает некоторое соотношение параметров, характеризующих его в какой-либо промежуток времени, в котором конкретные входные воздействия (солнечная радиация, осадки и т. п.) трансформируются в выходные функции (сток, некоторые другие гравигенные потоки, прирост фитомассы и т.д.).

Состояния различаются по своей длительности. Наиболее удобным отрезком времени, связанным как с физическими процессами, так и с повседневной деятельностью человека, являются сутки. Суточные состояния элементарного природно-территориального комплекса (фации), обусловленные сезонной ритмикой, погодными условиями и динамической тенденцией развития, называются стексами (там же). Н.Л. Беручашвили (1989, 1997) считает их узловыми объектами исследования в связи с тем, что они актуальны для тех масштабов времени, в которых происходит конкретная (ежедневная) хозяйственная деятельность человека.

Стексы, таким образом, представляют собой суточные состояния структуры и функционирования ПТК. Функционирование ландшафта является интегральным природным процессом и представляет собой совокупность процессов обмена и преобразования вещества и энергии в ПТК (Исаченко, 1979, 1991; Исаченко, Шляпников, 1989; Макунина, Рязанов, 1988). Функционирование ландшафта тесно переплетается с его динамикой.

1.2. Методические подходы к изучению сезонной динамики ландшафтов Ставропольского края

Нами в качестве теоретической основы использовалась методика выделения стексов, разработанная Н.Л. Беручашвили (1983, 1989 и др.). Она была апробирована на Кавказе и в ряде других регионов (Зирикашвили, 1985; Халатов, 1987; Исаченко, 1988; Чистяков, 1988; Гордезиани, 1989; Ромин, 1989; Бешидзе, 1990; Софадзе, 1990; Братков, 1992; Beroutchachvili, Rougerie, 1991). Указанные работы проводились преимущественно в горных условиях, которые несколько отличаются от условий Ставропольского края. Тем не менее, в результате этих работ (стационарных и полустационарных наблюдений, экспедиционных и аэровизуальных исследований) появилась возможность достаточно точного выделения состояний ПТК на основе данных гидрометеорологической сети. Для Кавказа и его отдельных частей обобщили данные за период 1977-1990 гг. Н.Л. Беручашвили (1995) и В.В.Братков (2002а, 2002б).

Основными критериями для выделения стексов являются тенденции изменения вертикальной структуры ПТК, температурный режим и режим увлажения.

Изменение вертикальной структуры связано как с внешними факторами, так и с внутренним строением и функционированием. Результаты стационарных и полустационарных исследований выявили следующие тенденции изменения вертикальной структуры.

1. Стабилизация структуры — не происходит изменения ни мощности, ни сложности вертикальной структуры и не наблюдается изменения набора геогоризонтов. Она наиболее хорошо выражена в лесных ПТК в летний период, но может наблюдаться в другие периоды (например, зимой) и в других ПТК.

2. Создание структуры — отмечается чаще всего в весенний период, хотя может протекать и в другие время года. Создание структуры отмечается лишь в ПТК с травянистой растительностью и сопровождается быстрым увеличением мощности и сложности вертикальной структуры с развитием новых геогоризонтов и геомасс.

3. Разрушение структуры — процесс, противоположный созданию структуры, хотя может протекать и при катастрофических явлениях, например, при пожарах, наводнениях и т.п.

4. Усложнение структуры — постепенное увеличение мощности и сложности вертикального профиля, иногда увеличение количества геогоризонтов. Данный процесс характерен как для древесных, так и кустарниковых и травянистых ПТК.

5. Упрощение структуры — процесс, противоположный усложнению структуры.

Кроме тенденций изменения вертикальной структуры большое значение имеют внешние факторы. В этом отношении наиболее важны термические условия и условия увлажнения, определяемые через характеристики аэро- и гидромасс.

С точки зрения термических условий выделяются следующие градации стексов.
1. Морозные (криотермальные) — при отрицательных температурах.
2. Очень прохладные (нанотермальные) — низкие положительные температуры (0-5°).
3. Прохладные (микротермальные) — относительно низкие температуры воздуха (5-10°).
4. Умеренно теплые (мезотермальные) — температуры от 10 до 15°.
5. Теплые (макротермальные) — температуры от 15 до 22°.
6. Жаркие (мегатермальные) — температуры выше 22°.

По условиям увлажнения стексы подразделяются на следующие группы:
1. Гумидные — со средним или повышенным содержанием гидромасс во всех геогоризонтах (G).
2. Семигумидные — некоторый дефицит гидромасс в одном или нескольких геогоризонтах (GS).
3. Семиаридные — с одним или несколькими геогоризонтами с недостаточным количеством влаги, вследствие чего отдельные процессы функционирования ПТК лимитированы (S).
4. Аридные — полный дефицит влаги по всему вертикальному профилю, преобладают процессы абиогенного функционирования (A).
5. Экстрагумидные — один или несколько горизонтов с преобладанием гидромасс над остальными геомассами, в том числе нивальные (H) (Беручашвили, 1980, 1983, 1990, 1995);

В целом выделение стексов довольно сложная процедура, поскольку базируется на комплексном наборе параметров, из которых, как уже отмечалось, важнейшими являются условия тепло - и влагообеспечения, а также тенденция изменения вертикальной структуры.

При выделении стексов на основе данных гидрометеосети условия увлажнения определяются при помощи коэффициента увлажнения, который рассчитывается на основе данных о температурах и осадках соответствующего месяца. Для этого количество осадков соответствующего месяца делится на 3 и на температуру соответствующего месяца. Если коэффициент больше 1,00, то условия увлажнения гумидные; значение коэффициента в пределах 0,99-0,50 указывает на семигумидные условия, 0,49-0,10 — на семиаридные, при значениях коэффициента менее 0,10 условия увлажнения аридные.

Гумидные состояния связаны с гумидным климатом; формируются в условиях избыточного увлажнении, когда осадки превышают испарение и просачивание влаги в почву; избыток воды удаляется поверхностным стоком в виде ручьев и рек (Метеорологический..., 1955).

Семигумидные состояния связаны с полувлажным климатом, с количеством осадков меньше, чем в гумидных условиях. Такие состояния характерны для областей со степной и лесостепной растительностью (Четырехъязычный энциклопедический словарь1980).

Семиаридные состояния связаны с полусухим, полуаридным климатом, свойственным пустыням умеренных широт, например, пустыням Средней Азии (Четырехъязычный энциклопедический словарь..., 1980).

Аридные состояния формируются в условиях сухого климата, с количеством осадков, недостаточным для вегетации, они характерны для пустынь. По В. Кеппену климат является аридным, если годовое количество осадков в сантиметрах меньше, чем R/2, причем R=2t, если осадки выпадают преимущественно в холодный сезон, R=2t+14, если осадки выпадают равномерно в течение года; R=2t+28, если осадки выпадают преимущественно в теплый период (Метеорологический1955). Соответственно, в период, когда количество осадков ниже этой величины (R<2t), наблюдается сухой сезон. Сухой сезон с таким соотношением выделятся лишь вне области гор. Для горных условий Альп А.Гессен предлагает выделять также субсухой сезон, когда R<3t (Альпы — Кавказ, 1980).

Для выражения годового цикла ландшафтов Н.Л. Беручашвили (1986) предлагает следующую иерархию состояний: сезон — фаза — циркуляционное состояние — стекс.

Сезонные состояния объединяют 2 и более фазы годового цикла, фактически это тривиальные сезоны (зима, весна, лето, осень).

Фазы годового цикла включают в себя 2 и более циркуляционных состояния и представляют собой подсезоны года.

Циркуляционные состояния выделяются по преобладающему стексу, они связаны с циркуляционными процессами в атмосфере, то есть с вторжениями теплых или холодных масс. Циркуляционные состояния могут быть как традиционными, связанными с сезонной, преимущественно широтной циркуляцией атмосферы на данной территории, так и приводить к прорывам на какую-либо территорию воздушных масс из других климатических поясов. Последнее явление не носит закономерный характер.

Таким образом, под сезонной динамикой, мы, вслед за В.В. Братко-вым (2002), понимаем как динамику ПТК в течение сезонов, так и смену состояний в течение какого-то отрезка времени. С учетом того, что термическая градация стексов позволяет привязывать их к сезонам и фазам годового цикла, стексы группируются на основе одинаковой тенденции изменения вертикальной структуры, общности протекающих процессов функционирования и максимальной продолжительности (встречаемости) в течение месяца в следующие группы: G — гумидные; GS — семигумидные; S — семиаридные; A — аридные; U — переходные; Z — бесснежные состояния холодного периода; H — нивальные; K — криотермальные.

Данные группы состояний характеризуют основные сезоны года:
- зимний — температуры ниже 0°, функционирование биоты практически не происходит, основные процессы текущего функционирования связаны с трансформацией снежной толщи, в связи, с чем выделяются в первую очередь нивальные состояния (H); если снежный покров отсутствует, что отмечается при температурах несколько выше 0°, в ПТК устанавливаются бесснежные состояния холодного периода (Z); криотермаль-ные состояния (K) обусловлены отрицательными температурами и отсутствием снежного покрова, в связи, с чем преобладают процессы морозного выветривания;
- переходный (демисезонный) — температуры от 0 до +15°, функционирование связано с созданием и/или усложнением фитогенной структуры (весенний период), либо с ее разрушением и/или упрощением (осенний период); переходные состояния (U) очень часто смыкаются либо с зимними, либо с летними, поэтому их выделение довольно сложный процесс;
- летний — температуры выше +15°, поэтому процессы, протекающие в биоте, обусловлены количеством влаги, и в зависимости от условий увлажнения, определяемых через коэффициент увлажнения, сюда относятся гумидные (G), семигумидные (GS), семиаридные (S) и аридные (A) состояния.

Наиболее многочисленными группами состояний характеризуются зимний и летний сезоны. Это связано с тем, что в умеренных широтах, несмотря на господство западного переноса, довольно большую роль играет меридиональный перенос воздушных масс, а также их трансформация, особенно в зимнее и летнее время. Поэтому, если весной и осенью эти процессы лишь удлиняют или укорачивают соответствующие структурные состояния, то зимой и летом часто проявляются новые. Так, например, вторжения холодного и относительно сухого арктического воздуха в зимнее время, особенно после оттепелей, часто приводит к установлению криотермальных криогенных стексов. Ландшафтообразующая роль состояний, связанных со снежным покровом и его трансформацией, довольно велика (Нефедова, 1975; Нефедова, Яшина, 1985; Рихтер, 1948; Степанов, 1962; Яшина, 1974 и др.). В летний период, при вторжениях континентального тропического воздуха или трансформации местных воздушных масс, в ландшафтах с гумидным климатом могут встречаться семигумид-ные и даже семиаридные состояния.

С точки зрения встречаемости все состояния можно разбить на несколько групп: абсолютно господствующие (100%), доминирующие (более 50%), преобладающие (30-50%) и циркуляционные (менее 10%). Важное значение имеет также максимальная длительность той или иной группы состояний. Ранжируя группы состояний по встречаемости в течение года можно, таким образом, оценить их вклад в формирование временной структуры конкретных ландшафтов.

Предварительный анализ сезонной динамики ПТК Ставропольского края выявил необходимость адаптации данной методики для исследуемого района.

Во-первых, применялись следующие градации изменения вертикальной структуры:
1 — зимняя стабилизация;
2 — летняя стабилизация;
3 — весеннее создание (для травянистых ПТК) и/или усложнение (для древесных ПТК) фитогенной структуры;
4 — осеннее разрушение (для травянистых ПТК) и/или упрощение (для древесных ПТК) фитогенной структуры;

Во-вторых, зимние бесснежные состояния названы нами бесснежными состояниями холодного периода, поскольку они осенью завершают фазу разрушения фитогенной структуры, в традиционные зимние месяцы носят преимущественно циркуляционный характер, а весной предваряют фазу создания фитогенной структуры. Кроме того, уточнена температурная граница между данными состояниями и нивальными. Так, при температурах ниже +2,5° на территории Предкавказья может устанавливаться неустойчивый снежный покров. В.Лархер (1978) отмечает, что «... растяжение побегов у большинства растений умеренной зоны начинается уже при температуре на несколько градусов выше нуля. Температурные границы для роста корней в длину в большинстве случаев очень широки. У древесных растений умеренной зоны нижний предел лежит между 2 и 5°; поэтому неудивительно, что корни начинают расти еще до распускания почек, и что их рост продолжается до поздней осени...» (с.297-298). Поэтому зимние состояния разделены на бесснежные состояния холодного периода (нанотермальный гумидный стекс стабилизации постфитогенной структуры) и субнивальные (нанотермальный субнивальный стекс), во время которых устанавливается неустойчивый снежный покров. Несмотря на то, что с точки зрения термических условий бесснежные состояния холодного периода следует относить к демисезонным, при анализе групп состояний они не включались в их состав, поскольку биота находится в относительном покое.

В-третьих, для детализации нивальных состояний вслед за А.Г. Исаченко (1990) нами предлагается выделение следующих фаз, не получивших отражения в классификации стексов Н.Л. Беручашвили (1986):
- традиционная зима — устойчивый снежный покров при температурах от 0 до -5°;
- типичная зима — устойчивый снежный покров при температурах от -5° до -10°;
- суровая зима — устойчивый снежный покров при температурах ниже - 10°.

Таким образом, при компьютерной обработке материала обозначение стексов проводилось с учетом градаций термического режима (первая цифра), условий увлажения (вторая цифра) и тенденций изменения вертикальной структуры (третья цифра), описанных выше. Например, криотер-мальный стекс зимней стабилизации нивальной структуры обозначается числом 151, где 1 — морозные (температура ниже 0°), 5 — условия увла-жения (нивальные), 1 — тенденции изменения вертикальной структуры (зимняя стабилизация); 512, где 5 — макротермальные (температура от +15 до +22°), 1 — гумидные условия (Ку> 1,0), 2 — летняя стабилизация фито-генной структуры. Подробная компьютерная кодировка стексов приведена Н.Л. Беручашвили в работе «Кавказ: ландшафты, модели, эксперименты» (1995).

Весь комплекс исследований позволил на основе данных опорных метеостанций провести моделирование суточных состояний (стексов) ПТК Ставропольского края за 30-летний период, то есть за длительный промежуток времени, когда с максимальной вероятностью выявляется весь спектр состояний, характерных для ПТК.

Запрос на диссертацию присылайте на адрес kulseg@mail.ru

Биология
Ветеринария
Геология
Искусствоведение
История
Культурология
Медицина
Педагогика
Политика
Психология
Сельхоз
Социология
Техника
Физ-мат
Филология
Философия
Химия
Экономика
Юриспруденция

Подписаться на новости библиотеки


Пишите нам
X