5.2. Экспедиционные (полевые) лàндшàфтные исследовàния

5.2.1. Ландшафтное профилирование

Во время полевого периода проводятся ландшафтная съемка территории и сбор материала для составления тематических карт и карт агроэкологических, ландшафтно-оценочных, геоэкологических.

Основными полевыми методами изучения геосистем являются комплексное физико-географическое (ландшафтное) профилирование и площадное ландшафтное картирование. Ландшафтный, или комплексный физико-географический, профиль наиболее наглядно и объективно отражает взаимодействие и взаимосвязь отдельных компонентов геосистем и показывает взаиморасположение морфологических частей ландшафта (фаций, урочищ), их границы.

При профилировании важно правильно выбрать линию профиля, на котором закладываются точки полевых комплексных описаний. Желательно, чтобы она пересекала водораздел, долины рек, ручьи, местоположения геологических скважин и обнажений.

Основой для построения ландшафтного профиля служит изображение линии гипсометрического профиля, проложенного на местности. Направление линии профиля от начальной точки определяется по компасу или буссоли с учетом всех перегибов, если профиль представляет собой ломаную линию. Протяженность отрезков профиля между точками комплексного описания может измеряться рулеткой, полевым циркулем или шагами.

Для определения колебания высот топографической поверхности или превышении точек местности служат различные виды нивелирования. Выбор способа нивелирования зависит от характера рельефа и протяженности линии профиля. На крутых сравнительно коротких склонах проводится ватерпасовка. Нивелирование линии значительной протяженности на пересеченной местности можно провести с помощью барометра-анероида, хотя точность барометрического нивелирования сравнительно невысокая (3-5 м).

По линии профиля на основных элементах рельефа с учетом растительности, типа угодий намечаются точки комплексного описания природы. Основное условие при выборе точки — ее типичность для геосистемы. Так как объектами изучения являются фации и урочища, то точки комплексного описания должны закладываться в пределах типичных фаций того или иного урочища.

Комплексное описание точек на линии ландшафтного профиля проводится по следующему плану: указываются номер и адрес точки, характеризуются геологическое строение, рельеф, условия увлажнения, почвенный и растительный покров, хозяйственное состояние и использование участка. Микроклиматические наблюдения обычно не проводятся, так как единичные данные по разным элементам погоды не позволяют установить закономерности в распределении тепла, влаги и света по геосистеме вдоль линии профиля. Затруднено изучение и животного мира.

Однако в том случае, когда можно выявить особенности в распространении животных по отдельным геосистемам, эти наблюдения нужно зафиксировать в дневнике.

1. Номер точки описания. Каждая точка комплексного описания нумеруется арабскими цифрами. Отмечается ее местоположение относительно устойчивых объектов на местности (населенных пунктов, рек, дорог и т. д.) с указанием расстояния и азимута, а также расстояний и превышение относительно пре наносятся на схематическую линию профиля, вычерченную на карте и в дневнике. Геологическое строение. Для характеристики поверхностных горных пород описываются естественные или искусственные геологические обнажения, расположенные по линии профиля или вблизи от нее. Обнажениям присваиваются порядковые номера и отмечается их местоположение в рельефе и по отношению к ориентирам на местности. Каждый слой описывается в следующей последовательности: название породы, цвет, структура (с указанием размера и окатанности обломочного материала), состав (петрографический и минералогический), текстура, примеси, мощность слоя. После описания всех слоев обнажение фотографируется и схематически зарисовывается.

При отсутствии геологических обнажений сведения о составе и генезисе верхних слоев горных пород можно получить из описания почвообразующих и подстилающих пород в почвенных разрезах, углубленных на 2-3 м с помощью почвенного бура.

3. Рельеф. Даются общая характеристика мезоформы (плакор, речная долина, балка и т. д.), ее морфологические и морфометрическне показатели: относительная высота, ширина, длина, форма склонов (прямой, выпуклый, вогнутый, сложный) и описывается их характер (волнистый, террасированный и т. д.). Указывается местоположение точки на мезоформе (нижняя часть склона северной экспозиции холма). При наличии микроформ рельефа (воронки, западины, промоины и т. д.) необходимо отметить их размеры и частоту встречаемости на площади 100 м2 или 1 га.

Условия и степень увлажнения определяются в почвенном разрезе. Отмечаются тип увлажнения (атмосферный, грунтовый, пойменный, натечный и др.) и степень увлажнения (недостаточная — грунт пылит; нормальная — грунт свежий; сезонноповышенная — почва глееватая; постоянно повышенная — грунт липкий; постоянно избыточная — на поверхности вода). Здесь же измеряется глубина залегания верховодки или грунтовых вод, если они были вскрыты почвенным разрезом.

4. Почва. Методика определения почв приводится в пособии «Полевая практика по географии почв» // Исаченков В.À. и др. «Полевые практики по географическим дисциплинам». М.: Просвещение, 1980.

5. Растительность. Если точка расположена в лесу, то для описания растительности берется площадка размером от 100 м² до 2500 м². Конфигурация площадки может быть различной в зависимости от конфигурации геосистемы. По углам площадки ставятся колышки и между ними натягивается тонкий шпагат. Описание площадки начинается с определения формулы древостоя, то есть выявления количественного соотношения в лесу различных пород деревьев в баллах от общей суммы десять (например, если на площадке 80 % сосны и 20 % березы, то формула древостоя будет 8с2б). Устанавливается ярусность леса и дается видовое описание всех ярусов: древесного (может быть 2-3 яруса), подроста (возобновление древостоя), подлеска (кустарников) травянисто-кустарничкового и мохово-лишайникового покрова.

Описание лесной растительности обычно начинается с верхнего яруса, причем в перечне видов указывается наиболее часто встречающаяся растительность. Высота деревьев в редком лесу определяется методом равнобедренного прямоугольного треугольника. В густом лесу высота дерева устанавливается на глаз путем сравнения его с рядом стоящим человеком. Возраст деревьев рассчитывается по годовым кольцам, а у хвойных — по мутовкам, при этом к количеству мутовок прибавляется 3-4 года, так как мутовки начинают образовываться лишь на 4-5-м году жизни.

При характеристике древесного яруса устанавливается его сомкнутость. Сомкнутость крон определяется визуально: если сквозь кроны деревьев видны участки неба, занимающие столько же места, сколько и кроны деревьев, то сомкнутость древесного полога составляет 50 %.

При описании травянисто-кустарникового яруса наряду с названием растений отмечается и их обилие. Обилие определяется визуально по градациям: единично, редко, изредка (рассеянно), обильно, очень обильно. После описания растительности леса определяется его тип.

В название растительной ассоциации включаются основные виды древостоя, подлеска и травянисто-кустарничкового или моховолишайникового ярусов, например дубрава папоротниково-крапивная и др.

При описании растительности степи, луга выбирается площадка размером 25-100 м². Отмечаются тип луга (суходольный, пойменный и др.), средняя высота основной массы травостоя, покрытие травостоем, закустаренность и замшелость в процентах, флористический состав по группам (злаки, бобовые, осоки, разнотравье), фенофаза, обилие и кормовая ценность. В заключение дается название ассоциации, причем не более чем по трем ведущим растениям, из которых преобладающее ставится в конце.

Если точка комплексного описания расположена на пашне, то отмечаются выращиваемая культура, фаза ее развития, перечисляются сорняки и степень засоренности. Дается характеристика пашни, мощность гумусового горизонта, структура, каменистость, смыв и намыв почв, вымерзание, вымокание и т. д., а также рекомендации по ее улучшению.

При завершении комплексного описания точки дается название фации, например, фация пологого придолинного склона на флювиогляциальных песках, подстилаемых моренным суглинком с супесчаными черноземными почвами и псаммофильной растительностью.

Одновременно с ландшафтной съемкой производится сбор материалов для составления ландшафтно-экологических карт, агроэкологических карт. Набор таких карт может быть различным в зависимости от особенностей природы и хозяйства изучаемой территории. Учебной программой рекомендуется составление карт фактического хозяйственного использования, площади обрабатываемых участков, экспозиции и крутизны склонов, распространения неблагоприятных для сельского хозяйства природных явлений, относительного плодородия полей. Выполняются они в том же масштабе, что и ландшафтная карта, могут использоваться для составления оценочных и прикладных карт. В зависимости от местных условий возможно составление и других карт.

При создании ландшафтно-экологических карт предвари тельно на копии плана землепользования нумеруются обрабатываемые участки и залежи, а затем все сведения о них, полученные путем опроса агрономов и других работников сельского хозяйства, знакомства с производственной деятельностью, собственных наблюдений, записываются в журнал.

Построение ландшафтного профиля

Полевые ландшафтные исследования осуществляются двумя методами: путем ландшафтного профилирования и методом площадного (сплошного) ландшафтного картирования.

Непосредственная работа на профиле складывается следующим образом.

Полевое определение границ геосистем. Студенты проходят весь профиль, закрепляя на карте и на местности его конец и одновременно наблюдая намеченные ранее границы. Во время первого знакомства с профилем акцентируется внимание студентов на границах геосистем, важности их изучения и вместе с тем сложности их обнаружения в поле.

Одним из самых распространенных методов является метод так называемого ведущего фактора. Под ведущим фактором обычно понимают какой-либо признак природного территориального комплекса, который в конкретных условиях изучаемого ландшафта наиболее ярко отображает его структуру. Таким образом, это какой-либо компонент, который в наибольшей степени определяет пространственное распространение и характер большинства элементов данной геосистемы. Этот компонент, как правило, является наиболее физиономичным и легче всего обнаруживается при полевых исследованиях. Чаще всего такими ведущими компонентами являются геолого-геоморфологические, гидрографические и порой растительные рубежи, на которые обычно и опирается исследователь при визуальном разграничении природных комплексов. Так, в разных регионах ведущими могут быть различные факторы (например, в пересеченных местностях — геолого-геоморфологические, в равнинных — гидро-климатические или почвенно-биологические и т. д.).

Другой, еще большей сложностью является вопрос выраженности границ в пространстве. Здесь необходимо учитывать, что в формировании границ ландшафтов и их морфологических единиц участвует не один, а все компоненты. Их развитие как во времени, так и в пространстве взаимообусловлено, но происходит с разной скоростью. По мнению À.Г. Исаченко, это объясняется неодинаковой степенью подвижности компонентов благодаря тому, что каждому из них свойственна специфичного рода инерция по отношению к зональным и азональным факторам, формирующим все процессы, происходящие в ландшафтной оболочке [5].

Дифференциация ландшафтной оболочки, вызванная разнообразными факторами, приводит к различного рода изменениям компонентов, а в конечной итоге и к формированию различных комплексных рубежей. Так, планетарно-космические изменения вызывают в первую очередь изменения климата, вслед за которыми изменяются биогеографические, а затем и орографические рубежи. Их совпадение происходит очень медленно. В таком случае комплексные границы выражены на местности в виде постепенных переходов.

Действие экзогенных сил вызывает изменения геолого-геоморфологической основы, которая, влияя на местные гидро-климатические условия, определяет размещение растительных сообществ и почвенных разностей. Эти изменения совершаются относительно быстро и чаще всего образуют более четкую, а в ряде случаев близкую к линейной ландшафтную границу.

Поскольку ландшафт или его морфологические части являют собой комплекс и границы их носят комплексный характер, то в силу специфичности отдельных покомпонентных рубежей в различных условиях границы геосистем могут быть либо резкие, линейные, либо постепенные, переходные. В первом случае они наблюдаются тогда, когда все компоненты образуют резкие, совпадающие друг с другом границы. В других случаях переходы от одной геосисетмы к другой совершаются постепенно.

Под структурой ландшафта, кроме других его особенностей, подразумеваются также и важнейшие черты сезонной ритмики и динамики ландшафта. И именно эти процессы динамики (например, сезонные и иные колебания климата, колебания гидрологического режима, смена фенологических аспектов, развитие процессов эрозии, денудации и др.), при которых вслед за изменением одного компонента неизбежно (в силу взаимодействия) меняются и остальные компоненты, лишний раз свидетельствуют о том, что ландшафтные границы далеко не всегда являются четкими. Природные рубежи не статичны; ежемесячные, ежегодные, вековые изменения геосистем в силу различной инертности отдельных компонентов вызваны то сближением между собой их границ, то их «распространением».

В природе наблюдается как разнообразие географических комплексов, так и многообразие их рубежей. Существуют, с одной стороны, довольно резкие границы, с другой — постепенные переходы. Резкие границы характерны главным образом для внутриландшафтных единиц и наблюдаются, как правило, в сильно пересеченных местностях. Значительно чаще исследователь сталкивается с тем, что границы не имеют четкого и резкого характера. Тогда возникает необходимость выделения различных пограничных полос. Постепенными чаще бывают границы крупных комплексов; наибольшей расплывчатостью и шириной отличаются они на равнинах, не обладающих заметными орографическими рубежами.

Выявление границ между смежными геосистемами осуществляется в ходе маршрутной съемки, во время работы на профиле.

Обычно рубежи улавливаются путем выявления на местности изменений наиболее физиономичных, ведущих компонентов, которые предопределяют изменения других особенностей всего геокомплекса в целом. В этих случаях очень важен правильный выбор этого ведущего фактора. Важна также не только фиксация перехода, а глубокое и тщательное его изучение. В пограничной зоне иногда можно вскрыть такие тенденции современного развития природного комплекса, которые остаются неуловимыми в центральной его части.

Следовательно, изучение ландшафтных границ необходимо не только для разграничения геосистем, но и в «целях познания их динамики, взаимодействия во времени и пространстве».

При обособлении урочищ ведущим фактором служит рельеф, который, выступая как распределитель тепла и влаги, оказывает большое влияние на процессы пространственной дифференциации других компонентов и всей геосистемы в целом.

В пределах урочищ выявляются границы фаций. Последние в поле фиксируются по изменениям растительности, которая является наиболее чутким индикатором, отражающим все изменения географической среды: особенности микрорельефа, литологии, условий увлажнения, степени интенсивности эрозионных процессов, характера почвенного покрова и т. д.

В ходе ландшафтного профилирования, когда ведется маршрутная съемка, трудно заниматься изучением границ. Оно проводится при детальных исследованиях на ключевых участках. Здесь исследователь выявляет или уточняет границы, указывая на их характер и нанося их на полевую карту. Расстояния, на которые от границы до границы протягиваются фации или урочища, измеряются рулеткой или выверенными шагами, углы наклона, превышения — горным компасом.

Одновременно в поле делается эскизный, черновой набросок разреза профиля, показывающий расположение фаций относительно друг друга, их сопряжение, характер границ фаций и урочищ. Выявление, закрепление на местности и нанесение на карту намеченных ранее естественных границ являются лишь первым этапом работ на профиле.

Следующий, наиболее важный этап — характеристика выявленных геосистем. Однако прежде чем начинать полевое описание географических единиц, студенты должны сделать необходимые полевые записи, касающиеся всего профиля (привязка профиля, его порядковый номер, азимутальное направление, количество выявленных по профилю урочищ и фаций), а также обозначить дату начала работы на профиле и фамилию бригадира. Описание природных единиц должно быть комплексным.

В пределах выявленных фаций, в наиболее характерных их участках, производится тщательное описание компонентов (рельефа, геологического строения, условий увлажнения, растительности, почв), сопровождаемое при необходимости сбором образцов.

Наиболее удобно вести записи по заранее заготовленным бланкам (см. прил. 6-8). В дневнике одновременно указывается номер описания (номер бланка), название фации и урочища, в которое входит данная фация, дается общая ее характеристика, взаимодействие с соседними фациями, а также отмечаются некоторые процессы, которые можно проследить путем визуальных наблюдений. На бланке и в дневнике должна стоять дата и фамилия наблюдателя.

Помимо точек описаний, в ходе прохождения профиля устанавливаются соотношения между характером рельефа, литологическим составом, особенностями увлажнения, почвенным и растительным покровом. Особенно это важно для пограничных участков фаций, где нередко наблюдается нарушение типовых взаимосвязей природных компонентов, частичное несоответствие их друг другу, свидетельствующее о современной динамике фаций. Все эти наблюдения также систематически записываются в полевом дневнике.

Обычный комплекс ландшафтных исследований по профилю может быть дополнен микроклиматическими и геохимическими наблюдениями, дающими возможность изучить закономерности распределения тепла и влаги, а также миграцию микроэлементов в пределах выделенных природных геосистем.

Полевой сбор образцов проводится по всем компонентам (коренные породы, природные воды, почвы, растительность).

В каждой фации по линии профиля наблюдатель производит такой отбор, используя при этом соответствующие методики, разработанные для различных компонентов географического комплекса. Затем эти образцы направляются в лабораторию для последующей их обработки и производства спектрального и химического анализа. Конечным результатом работы на профиле является ландшафтная карта (крок), составленная на полосу, вдоль которой он протягивается.

Большой интерес представляет также графическое изображение всех компонентов ландшафта и их изменений, наблюдаемых по профилю. Этот графический разрез профиля предусматривает изображение по горизонтали связи между морфологическими единицами ландшафта (то есть локальными геосистемами), а по вертикали — между отдельными его компонентами.

Таким образом, любой компонент может быть охарактеризован как через его положение относительно морфологических единиц данного ландшафта, так и через ряд взаимосвязанных с ним компонентов.

Камеральная обработка материалов ландшафтных профилей.

Вслед за полевыми исследованиями необходимо сразу же произвести камеральную обработку всех материалов, собранных на профиле. Эти материалы должны быть обобщены в виде карты фактического материала, графического разреза профиля, ландшафтной карты и объяснительной записки.

Карта фактического материала (см. рис. 3) практически выполняется непосредственно в поле. На имеющейся топооснове уточняется линия профиля, а в процессе работы наносятся все точки описаний и наблюдений с обозначением их номера.

В камеральный период студенту остается лишь вычерчивание чистового варианта этой карты. Обычно это делается на кальке, куда прежде всего наносятся горизонтали. Затем толстой линией (лучше цветной) обозначается профиль. Стрелка указывает его азимутальное направление. Точки описаний также для наглядности обозначаются яркими цифрами и значками. Различными значками следует указать специфические наблюдения (например, геохимические, над эрозией почв, микроклиматические и др.), то есть те наблюдения, которые производятся не в каждой точке, а дополняют обычный полевой комплекс.

Рис. 3. Карта фактического материала ландшафтного профиля:

а — линия профиля, б — номер точки наблюдения

Легенда этой карты предельно проста. В ней указываются лишь линия профиля да обозначения точек описаний и различ построения такой карты очевидна. Она дает представление об объеме проделанной в поле работы, является фактической основой для составления последующих картосхем и, наконец, помогает (при сопоставлении с дневником) проверить полевую работу исследователя.

Графический разрез ландшафтного профиля призван с наибольшей степенью наглядности показать соотношения основных географических компонентов и их изменений по мере продвижения по линии профиля.

Основная линия профиля, характеризующая собой гипсометрическую кривую, непосредственно снимается с топографической карты. Графическое ее построение следующее. В зависимости от соотношения высот выбираются горизонтальный и вертикальный масштабы. В этих масштабах (обычно на миллиметровке) по оси абсцисс откладываются расстояния между горизонталями, по оси ординат — высоты. Соединение этих точек и дает гипсометрическую кривую, показывающую последовательную смену высот, местоположений по линии профиля. В изображении остальных компонентов по возможности нужно соблюдать последовательность их соотношений друг к другу, наблюдаемую в природе. Так, непосредственно под линией профиля показываются почвы (либо в виде узких цветных полос, либо миниатюрными разрезами). Под ними отмечается геологическое строение: коренные и четвертичные отложения (в общепринятых условных литологических обозначениях). В зависимости от глубины залегания водоносных горизонтов их уровни также фиксируются в пределах соответствующих компонентов (почв или наносов) различными условными знаками. Геохимические константы — содержание микроэлементов в почвах и грунтах — также даются под линией профиля. Они обозначаются либо комплексом кривых, либо столбцами, каждый из которых показывает процентное соотношение соответствующего химического элемента.

Над линией профиля показывается растительный покров (основные растительные группировки даются в общепринятых геоботанических значках). Различными кривыми, в масштабе показывающими соотношение тепла и влаги (ход температур, относительную и абсолютную влажность воздуха, количество осадков), в отдельных точках наблюдений над линией профиля обозначаются результаты микроклиматических наблюдений. Здесь же стрелками с оперением можно показать направление и скорость ветра.

На профиле обозначаются важнейшие компоненты ландшафта, которые можно изобразить в рамках избранного масштаба. Обязателен на профиле также показ границ геосистем — фаций, урочищ. Это делается вертикальными линиями (различной толщины, конфигурации или цвета, выбранными в зависимости от их характера для каждой таксономической единицы), секущими все компоненты вдоль их ландшафтных рубежей.

Дополнительные данные, которые нельзя изобразить вдоль линии профиля концентрируются в таблице, помещаемой непосредственно под всем профилем и располагающейся таким образом, чтобы каждая ее вериткальная графа (и весь вертикальный спектр) соответствовала определенной фации, показанной на профиле. Количество горизонтальных граф в таблице определяется количеством наблюденных процессов и явлений (см. прил. 5).

В таблице можно детализировать сведения обо всех компонентах геосистем (см. прил. 4). Так, например, в графе о рельефе дополнительно указать характер микрорельефа, степень и глубину эрозионного расчленения, крутизну склонов и т. д.

Непосредственно на профиле можно только показать растительные ассоциации. Все остальные сведения о растительном покрове: видовой состав, ярусность, фенологическое состояние, аспект, обилие, встречаемость, производительность фитоценоза и др. — указываются в таблице. То же касается и других компонентов. Например, в графе, посвященной почвам, можно детализировать их механический состав, структуру, влажность, химические свойства. Дополнительные гидрологические и микроклиматические данные в виде дебитов источников, расходов рек, скоростей их течения, химических свойств водоемов, величин испаряемости и другие также находят свое отражение в соответствующих графах таблицы. И, наконец, очень важной графой надо считать ту, где дается качественная оценка территории, ее современное хозяйственное использование.

Естественно, что легенда к такому профилю очень велика и сложна. Унификация ее должна идти как за счет применения общепринятых условных знаков, так и за счет некоторого единообразия в изображении профильного и табличного материала.

Таким образом, графический разрез профиля — это весьма наглядное и полное изображение всех собранных по маршруту данных как об отдельных компонентах и их изменениях в пространстве, так и о встречаемости в пределах профиля различных геосистем. В связи с этим легенда к профилю одновременно должна содержать сведения как по отдельным компонентам, так и общую характеристику геосистем.

Однако более четкое изображение морфологического строения ландшафта в пределах профиля можно получить при составлении его плановой полосы в виде ландшафтной карты (ландшафтного крока) этой территории. В черновике эта карта также составляется в поле. В камеральных же условиях на ватманскую бумагу прежде всего переносятся горизонтали. Затем производится вторичное камеральное дешифрирование ÀКС, дающее более полный эффект после полевой съемки и полевого дешифрирования. Систематизируется легенда, производится ее унификация и вслед за этим на карту наносятся границы урочищ, а в их пределах фации, иногда объединенные в группы.

Каждый тип урочищ изображается определенным цветом, фации — внемасштабными значками или штриховкой. Здесь внимание не отвлекается на отдельные компоненты, а фиксируется на самих геосистемах того или иного порядка и их классификационных объединениях.

Легенда этой карты должна быть предельно краткой и не подменять физико-географического описания каждой геосистемы. В ней не следует останавливаться на всех компонентах. Чаще всего достаточно указать лишь на ведущие на данной стадии подразделения. Таковыми, как отмечалось выше, для урочищ будут литогенные компоненты, для фаций (в пределах того или иного урочища) — биогенные.

Завершает обработку материалов профиля объяснительная записка, в которой дается физико-географическая характеристика территории, по которой проходит его трасса. Это характеристика включает в себя как общие сведения о всем профиле, так и анализ всех выделенных геосистем.