Смена парадигм в ландшафтоведении

• Понятие «парадигма». Роль парадигм в развитии науки

• Парадигмы ландшафтной науки:

1. Геокомпонентная (ландшафт — как комплекс взаимосвязанных компонентов, основное понятие ПТК)

2. Геокомплексная (ландшафт — система комплексов. Основные понятия: единицы морфологической структуры ландшафта и др.)

3. Экологическая (экология ландшафта)

4. Геоструктурная (ландшафт некая структура, состоящая из отдельных блоков. Основные понятия ПХС, ПТС, ТХТС, среда-общество, человек-прироода,

5. Геосистемная (ландшафт — как геосистема со своими целостными свойствами)

6. Синергетическая (ландшафт — как открытая, нелинейная, саморазвивающаяся система)

7. Коадаптивная парадигма (ландшафт — целостная система, в которой хозяйственная подсистема должна быть согласована с пространственными и временными свойствами развития естественной подсистемы)

8. Эниологическая

9. Ноосферная

1. Общенаучное представление о системах. Понятие "система".

В науке до средины ХХ в. господствовали аналитические методы. Потребности практики и логика развития науки привели к внедрению системной концепции.

Первыми концепциями общей теории систем были:

• «Общая феноменология» Петровича (1922);

• «Тектология» (учения о организации) Богданова (1925);

• начало широкому распространению теории систем положено Н.Винером, П.Берталанфи, Эшби, Чорли;

• Общая теория систем была сформирована Людвигом фон Бертоланфи в лекциях, прочитанных им в Чикагском университете (1937 – 1938 г.).

• По Бертоланфи «система — это комплекс взаимосвязанных компонентов, образующих целостность». В настоящее время существует около 40 определений понятия «система»

• С 60-х, 70-х годов одним из самых распространенных терминов в науке стали понятия «система», «системный подход», «системный анализ».

• Главное в теории систем представления о целостности. Системы выделяются своими целостными свойствами. Представления о целостности известно еще с античности (представления Эмпидокла, Гегеля).

• «Целое не равно сумме своих частей». Целостные свойства — это те свойства системы, которые не присущи отдельно взятой ее части, но присущи свей системе. Целое может быть больше, меньше или равно сумме своих частей. Пример Богданова.

• Различие между системным подходом и системным анализом.

Становление системной парадигмы в географии.

• Идеи В.В.Докучаева в своей основе были системными. «Наши степи прежде и теперь» (1892).

• Первые работы в ландшафтоведении на базе общей теории систем появились в средине ХХ в. В.Б.Сочава, В.Н.Солцев, В.С.Преображенский, НееФ, Чорли, Кеннеди, Хорвей, Демек.

• Системные исследования в географии проводили:

  • Институт Географии Сибири и Дальнего Востока (В.Б.Сочава, А.А.Крауклис. Иркутский стационар. Метод комплексной ординации на полигонах трансектах),

  • Институт Географии АН СССР (В.С.Преображенский, А.Ю.Ретеюм, А.Д.Арманд. Курский стационар. Метод балансов),

  • МГУ (В.Н.Николаев, В.Н. Солнцев, Ю.Г.Саушкин, А.М.Смиирнов)

  • Тбилисский университет Н.Л.Беручашвилли (Марткопский стационар).

Понятие "геосистема".

Термин предложен В.Б.Сочавой (1963). Геосистема — целое, состоящее из взаимосвязанных компонентов природы, подчиняющееся закономерностям, действующим в географической оболочке».

В настоящее время термин геосистема является родовым.

Для сравнения ПТК — пространственно ограниченный набор компонентов, объединенных относительно тесным взаимодействием (Арманд, 1975).

Свойства целого, в том числе геосистем

• Целое выделяется своими свойствами:

  • Целостность

  • Структура

  • Полиструктурность

  • Иерархичность

  • Гетерохронность

  • Организация

  • Связь (внутренние и внешние, прямые и обратные, обратные положительные и обратные отрицательные, непосредственные и опосредованные, вещественные, энергетические, информационные)

  • Устойчивость

  • Обособленность от среды

Модели систем (геосистем)

• Системы в зависимости от типов связи бываю закрытые, открытые и полузакрытые. Геосистемы — открытые системы

• Блоковые модели – это графические модели, в которых представления об окружающей среде представляется в виде отдельных блоков.

Блоковые модели выделяют:

• Моносистемные – отражают взаимосвязь компонентов системы (мс. Рис.1.)

• Полисистемные – отражают взаимосвязь подсистем в пределах системы (см. рис. 2).

Сущность синергетического подхода: синергизм, нелинейность, организация и самоорганизация.

• Термин “синергетика” (от греческого " synergia") совместное или кооперативное действие ввел Г.Хакен (Штутгарский университет), но впервые его предложил во второй половине ХIХв. английский физиолог В.С. Шеррингтон. Акцентируется внимание на согласованности взаимодействия частей при образовании структуры как целого. Становление cинергетики как науки произошло благодаря работам Г.Хакена (1980,1985), И.Пригожина (1982, 1986), С.П.Курдюмова (1983, 1992), В.Эбелинга (1079), И.Стенгера (1990), А.М.Жаботинского (1974) и др. Синергетика базируется на таких понятиях как синергизм, нелинейность, когерентность, открытость, энтропия, хаос, вероятностных процессах, устойчивость и неустойчивость, бифуркация, диссипация, организация и самоорганизация, флюктуация и др.

Синергетика - это теория самоорганизации сложных нелинейных неравновесных диссипативных открытых систем.

• Синергетические свойства геосистем:

• Свойство самоорганизации. Наиболее известный с начала века эксперимент получил название эффекта Бенера - самоструктурирования в виде ячеек минерального масла при его нагревании. (рис.1.c).

Ландшафтным система свойственны свойства организации и самоорганизации

• Свойство нелинейности. Особенность синергетической парадигмы состоит в нелинейности мышления. Нелинейные системы обнаружены в гидродинамике, физике лазеров, химической кинетики, астрофизике и физике плазмы, в геофизике, географии и экологии. Нелинейность в математическом смысле означает вид уравнений, содержащих искомые величины в степенях больше единицы, или коэффициенты, зависящие от свойств среды. Нелинейные уравнения могут иметь несколько качественно различных решений.

Нелинейность проявляется многовариантностью событий (точка бифуркации, см. рис.2), их неопределенностью, наличием свойства размытости систем.

• Ландшафт — это нелинейная система. Свойство фрактальности. В классической науке не так давно разработана теория фракталов. Классическим примером является гипотетический остров Коха (рис.3). Длина побережья этого острова бесконечна. Теоретически такая фигура возможна, если представить себе равносторонний треугольник, потом на каждой стороне достроить по треугольнику, сторона которого в три, а значить, площадь в девять раз меньше, чем у исходного. И так далее. То, что получится после бесконечного количества таких шагов, и называется островом Коха. Острова Коха имеет ограниченную площадь и бесконечный периметр.

• Сложноорганизованным системам нельзя навязывать пути и тенденции их развития. Скорее необходимо понять, как способствовать их развитию. В связи с этим проблема управляемого развития приобретает форму проблемы самоуправляемого развития. Для сложных систем существует несколько альтернативных путей развития.

• Настоящее состояние системы определяется не столько ее прошлым, но и строится, формируется из будущего, в соответствие с грядущим порядком.

^{Географические системы отличаются свойством фрактальности. Например, организация речной сети, (рис.4) или эолового рельефа (рис.5)}

• Нелинейные системы обладают очень интересным свойством, которое выражается понятием “аттрактор”. В большинстве случаев под аттрактором понимается изображение относительно устойчивых состояний системы в фазовом пространстве. Если фазовая точка, символизирующая состояние системы, вошла в область аттрактора, она уже не покинет его никогда. Аттрактор (от анг. to attract - притягивать). (см. рис.6).

Системно-синергетические принципы изучения ландшафтов

• Принцип системности нацеливает на рассмотрение ландшафта как целостной системы. Главное установить его целостные свойства.

• Принцип уникальности требует обязательного учета особенностей конкретного ландшафта.

• Принцип кумулятивности состоит в том, что результат одновременного или разновременного воздействия нескольких факторов на геосистему неравнозначен сумме результатов, вызываемых теми же факторами, если они действуют по отдельности. Этот принцип уже используется в экологических исследованиях при изучении загрязняющих веществ (эффект суммации).

• Принцип синергизма проявляется в том, что совместное действие элементов системы приводит к возникновению качественно иных свойств и структур.

• Принцип ограничения - необходимое условие существования и развития геосистем. В естественных геосистемах этот принцип проявляется как принцип самоограничения, который реализуется в результате взаимодействия подсистем и гибели или угнетения неконкурентоспособных их вариантов. В антропогенных - необходимо устанавливать параметры их использования, нормативно-законодательные ограничения.

• Принцип сохранения (стабилизации) - вытекает из того, что отрицательная обратная связь определяет возможность возврата геосистемы в свое исходное положение. Недоучет действия отрицательной обратной связи приводит к ошибкам. Например, выводы, полученные на основе линейной зависимости увеличения температуры атмосферы в связи с увеличением концентрации углекислого газа в ней, являются, скорее всего, неточными.

• Принцип неустойчивости обусловлен наличием в геосистеме положительной обратной связи, которая определяет ее нестабильность. Роль положительной обратной связи двойственна. С одной стороны, она ведет к деструктивным процессам, упрощению геосистемы и ее возможной гибели, но с другой - содержит элемент развития.

• Принцип нелинейности развития. Учет принципа нелинейности при экологической экспертизе – многогранный процесс: это не только господство нелинейных процессов, но и наличие блока неопределенности в функционировании геосистем, прогноз ее развития и возможных точкек бифуркации др.

• Принцип ведущего процесса. В геосистеме чаще всего имеется процесс, который как бы "подчиняет" себе все остальные. В соответствие с этим принципом ведущий процесс может быть положен в основу изучения ландшафта. Интенсивность ведущего процесса в системе должна быть периодичной, иначе система развивается по ускоренному режиму, что ведет к ее переформированию и возможной гибели.

• Принцип самоорганизованной критичности состоит в том, что геосистемы при изменении внешней среды, ведущей к деградации, способны сохранять свое состояние при дальнейшей тенденции изменения среды, т.е. деградация геосистем происходит не континуально, а через некие устойчивые стадии, которые могут сохраняться достаточно долго и отграничиваются друг от друга порогами критического состояния. Для физических систем этот принцип разработан П.Баком и К.Ченом (1991).

• Принцип согласованности. Природные геосистемы развиваются по законам самоорганизации, и им нельзя навязывать искусственные пути, несогласованные с их внутренним развитием.

• Принцип малых воздействий. Реакция геосистемы на внешнее воздействие не всегда адекватна (пропорциональна) силе воздействия. Оказывается, что главное это не сила, а правильная топологическая конфигурация, архитектура воздействия на сложную систему. Малые, но правильно организованные, резонансные воздействия на систему чрезвычайно эффективны (даосизм Лао-дзы: слабое побеждает сильное, мягкое побеждает твердое, тихое побеждает громкое и др. Ошибки в природопользовании часто связаны с привычкой линейного мышления далеко экстраполировать выводы экспериментов, произведенных в малых пространственно-временных масштабах.

Основные пространственно-временные организационные уровни геосистем: локальный, региональный, планетарный

• Единство прерывности и непрерывности ландшафтной сферы

• Свойства геосистем, способы их изучения (методы исследования) и организация природопользования зависят от их размеров (ландшафтная сфера, ландшафтная зона, степной ландшафт склона).

• Пространственно-временные (П-В) уровни: глобальный, региональный, локальний (топологический) различают Neef, 1963, 1974, Сочава, 1967, 1975, Schmithusen, 1967, Гаазе, 1971, А.Г. Исаченко, 1972, В.А.Николаев, 1979 и др.

• Планетарный — ландшафтная сфера и ее крупнейшие подразделения ландшафты материков т океанов;

• Региональный — ландшафтные страны (Восточно-Европейская равнина, Горный Крым), ландшафтные провинции (Причерноморская южно-степная, в горах — не выделяют) ландшафтные области (Степная область равнинного Крыма, южнобережная) ландшафтные районы (Крымское Присивашье, западный южнобережный);

• Локальный (топологический) — ландшафт, местность, урочище, фация;

Эти П-В уровни выделяются не по геофизическим или геохимическим критериям, а эмпирически.

1. Понятие ландшафт

В самом общем виде можно сказать, что ландшафт - сложная природная (или природно-антропогенная) геосистема.

Ранее мы давали определение: ландшафт — это трехмерная пространственно-временная целостная система, обособившаяся в пределах ландшафтной сфере, в результате взаимодействия компонентов природы и отличающаяся друг от друга своими свойствами.

Ландшафт отличается относительной однородностью

• Компонентов ландшафта:

• черт геологического строения

• одинаковым климатом

• геоморфологическим строением

• почвами

• биоценозом

• условиями увлажнения

• истории развития

• характером антропогенного использования

• другими целостными свойствами (разнообразием, структурой, устойчивостью, продуктивностью, динамикой, эстетическими свойствами и т.д.).

Однозначного определения термина «ландшафт» нет.

1. Три трактовки термина «ландшафт»: общее, индивидуальное и типологическое

• Общее. Ландшафт понимается как синоним термина геосистема, т.е. ландшафт это территория любых размеров не зависимо от объема и таксономического ранга. (Л.С.Берг, Ф.Н.Мильков, Д.Л.Арманд, Г.Е.Гришанков и др.), Большая часть зарубежных ученных понимает ландшафт в общем значении. Общее понимание характерно для употребления ландшафта в общекультурном значении (литература, архитектура, медицина и др.).

Например, ландшафт равнинного Крыма, ЮБК, Русской равнины, Поволья, окрестностей г.Симферополя, долины р.Салгир, куэстовий ландшафт, лесной ландшафт.

• Индивидуальное. Базируется на понятии единичного.

В соответствии с индивидуальной трактовкой ландшафт понимается как неповторимая территориальная единица, часто имеющая свое географическое название и в структурном отношении совпадает с морфологическими единицами ландшафта (Л..С.Берг, Л.Г.Раменский, А. А. Григорьев, С.В.Колесник, Н.А.Солнцев, К.И.Геренчук и др.)

• ЛАНДШАФТ – это генетически однородный ПТК, имеющий одинаковый геологический фундамент, один тип рельефа, одинаковый климат и состоящий из свойственных только данному ландшафту набора динамически сопряженных и закономерно повторяющихся в пространстве основных и второстепенных урочищ (Н. А. Солнцев).

• ЛАНДШАФТ – это ПТК с закономерно построенной системой морфологических частей (фаций, урочищ, местностей), образованных на общей структурно-литологической основе. Он отличается своим климатом, характером растительного покрова, почв, индивидуальной морфологической структурой, которая дает возможность отличить один ландшафт от другого (К. И. Геренчук).

• Типологическая трактовка ландшафта заложена работами А. Н. Пономарева, М. А. Первухина, Б. Б. Полынова, С. С. Невструева, частично Л. С. Берга, В.А.Николоаева. Активным защитником и пропагандистом этой трактовки является Н. А. Гвоздецкий.

Типологическая трактовка предполагает понимание ландшафта как некой классификационной единицы, имеющей в зависимости от своего таксономического ранга лишь совокупность некоторых общих типичных свойств. Это не сама территория как в индивидуальном подходе.

Понятие ландшафта в типологическом понимании в смысле словоупотребления аналогично понятию почвы. Можно сказать “степная почва”, “степной ландшафт”, но нельзя говорить “почва Русской равнины”, “почва Кавказа”. По мнению представителей типологического направления, ландшафт существует в таком понимании и на тех же правах как тип, подтип, вид и т. д. почвы в почвоведении, как тип рельефа в геоморфологии и др.

Классификация ландшафтов

В ландшафтной географии используются две основные клас­сификационные модели.

• Первая представляет собой иерархичес­кую таксономию природных геосистем в соответствии с их пространственно-временными масштабами - от фации к ландшафту и далее вплоть до ландшафтной оболочки. Ее логическим основани­ем служит соотношение части и целого (см.рис.1).

• Вторая классификационная мо­дель - типологическая. Каждая природная геосистема, будь то фа­ция, урочище или ландшафт— географический индивид. Но в то же время она элемент некоторой типологической совокупности. Диалектическое понимание соотношения индивидуального, особенного и общего, типического — основа типологической классификации (см. табл. 1).

Ландшафтное картографирование. Ландшафтные карты. Отличие ландшафтных карт от общегеографических. Масштабы картографирования.

Географическая карта - одна из древнейших научных моделей. Карта относится к числу семиотических моделей, так как использует образно-знаковые приемы. Главная функция карты - отображение пространственной организации географических объектов посредством определенной системы условных обозначений.

Помимо карт физических, топографических, гипсометрических, административно-политических и др.) в географических исследованиях используются специализированные, или тематические, отображающие природные и социально-экономические особенности территории. К числу природных тематических карт относим: геологические. геоморфологические, климатические. гидрологические. почвенные, геоботанические, зоогеографические, ландшафтные и др.

Среди большого разнообразия ландшафтных карт различают карты общенаучные, отображающих ландшафтную структуру регионов как таковую, и специализированные, решающие определенную научно-методическую или прикладную задачу (оценочные, прогнозные, проектные и др. ландшафтные карты). Общенаучные карты выступают как базовые для построения всей совокупности специализированных карт.

Ландшафтные карты выступают как исходные модели для физико-географического районирования, картометрического и картографо-математического анализа ландшафтных структур, всевозможных прикладных оценок земель, экспертиз хозяйственных объектов, районных планировок, прогнозных построений и др.

Вывод: тематическое географическое картографирование, в том числе и ландшафтное, служит важным, но лишь промежуточным итогом научного исследования. Оно является отправной точкой дальнейшего научного анализа.

Существует зависимость между масштабом карты и классификационным типологическим рангом изображаемых на карте геосистем. Классификационные ранги ландшафтов приведены в табл. 1

. Одно дело составить карту видов ландшафтов, другое - родов, типов или классов ландшафтов. Многое зависит от размеров территории, представленной на ландшафтной карте (локальная, региональная или планетарная). Известна эмпирическая закономерность, согласно которой географическое пространство порождает ландшафтное разнообразие: в малом пространстве количество видов может быть относительно не велико, по мере перехода к более крупным пространствам (регионального уровня) оно возрастает экспоненциально.

Таким образом существует прямая и обратная зависимость между элементами ландшафтного картографирования: а) масштабом карты; б) площадью картографируемой территории - локальным, региональным или планетарным характером карты; в) иерархическим рангом картографируемых геосистем (фаций. урочищ, местностей, ландшафтов); г) типологическим таксоном (вид, род, тип, класс). принимаемым за основу легенды.

Ландшафтные карты материков как правило составляют на уровне типов ландшафтов, реже - рода (подрода), но не вида; мелко- и среднемасштабные карты административных областей, краев, физико-географических провинций - на уровне видов и подвидов ландшафтов и местностей; карты ограниченных территорий (с.-х. предприятий, лесхозов, научных полигонов и др.) составляют на уровне видов урочищ и даже индивидуумов

Развитие представлений о компонентной структуре ландшафта.

• Представления о компонентах ландшафта.

Компонент от лат. componens — составляющий, исходные составные части ландшафта, образованные самим ландшафтом в результате взаимодействия его со средой.

• Развитие представлений о компоненте ландшафта:

1. В.В.Докучаев, Д.Л.Арманд, Г.Н.Высоцкий, К.И.Геренчук к компонентам ландшафта относили: горные породы и минералы, воздух, воду, животный и растительный мир.

2. А.А.Григорье (1966), С.В.Колесник (1970), А.А.,Крауклис (1979) под компонентами ландшафта понимали части отдельных сфер, относительно однородные по вещественному составу (верхняя части литосферы и гидросферы, нижняя часть атмосферы, биосферу). Это самые далекие от действительности представления.

3. Н.А.Солнцев (1963) к компонентам ландшафта относил: земную кору, воздух, воды, растительность и животный мир.

4. Согласование между этими точками зрения пытается найти С.В.Преображенский (1982): компоненты представлены фрагментами отдельных сфер географической оболочки (лито-, гидро-, атмо-, биосферами). К этим фрагментам относит горные породы, поверхностные и подземные воды, воздух, почвы, растительный и животный мир, почвы и антропогенные компоненты.

Генезис компонентов ландшафта

Представление о происхождении компонентов ландшафта Г.Е.Гришанкова

Ф.Н.Милькова (1987). Исходили из понимания истинной целостности ландшафта. Ландшафт сам формирует свои компоненты и достраивает недостающие (такие как почвы).

Геокомпонентная (компонентная) структура

Природная геосистема как совокупность взаимосвязанных компонентов: горных пород, воздушных газов, водных растворов, почв, экосистем, население и техновещества (см. табл.1).

Таблица 1. Компоненты современного ландшафта (Позаченюк, 1999)

Подсистемы компонентов	Блоки компонентов	Компоненты ландшафта
Природная	абиотический	горные породы ландшафтные газы водные растворы
	биокосный	почвы
	биотический	экосистемы
Хозяйствен- ная	антропогенный	население технические сооружения

Компоненты представляют собой сложные системы, организацию которых можно описать теорией размытых множеств.

Свойства компонентов. Вещественные, энергетические и информационные связи компонентов ландшафта

Свойства компонентов: вещественные (физико-химические параметры), энергетические (потенциальная и кинетическая энергия), организационные) информационные (см. табл.2).. Элементы компонентов.

Вещественно-фазовая (геомассовая) структура. Пространственно-объемная (геогоризонтная) структура ландшафта (Л.Н.Беручашвили).

Вещественно-фазовая (геомассовая). Аэромассы, гидромассы, педомассы, литомассы, фитомассы, зоомассы, мортмассы. Элементы геомасс. Классификация геомасс.

Под геомассами он считает компонент ландшафта в котором господствует вещество в одном агрегатном состоянии.

Пространственно-объемная (геогоризонтная). Геогоризонт — сравнительно однородные слои, характеризующиеся целым рядом ландшафтно-геофизических признаков, из которых наиболее важны специфический набор и соотношение геомасс. Аэрогоризонт, гидрогоризонт, педогоризонт, литогоризонт, фитогоризонт, зоогоризонт .

Понятие о природных факторах пространственной дифференциации ландшафтов и соответствующих закономерностях их организации

Фактор — это нечто внешнее по отношению к ландшафту (другие геосистемы или условия), которые обуславливают организацию ландшафта в соответствии с действием фактора и внутренними условиями самого ландшафта.

Факторы:

• Планетарно-космические (положение Земли в солнечной системе, шарообразность Земли, наклон земной оси к плоскости эклиптик; отношение планеты Земля к другим космическим объектам)

• Абсолютная и относительная высоты

• Уровень грунтовых вод

• Структурно-тектоническая и литологическая неоднородность

• Позиция

• Влияние других геосистем (воздушных, водных, биоценотических и иных потоков вещества, энергии и информации; воздействие человека (антропогенный фактор) и др.)

Закономерности ландшафтной организации на макрорегиональном уровне

1. Зональность

• Закон зональности (1898 г.) в трактовке В.В.Докучаева «…Благодаря известному положению нашей планеты относительно Солнца, благодаря вращению Земли, ее шарообразности, климат, растительность и животные распределяются по земной поверхности с правильностью, допускающей разделение земного шара на пояса — полярный, умеренный, подтропический, экваториальный и пр.» (1948, с.22).

По В.В.Докучаеву все на территории Земного шара зонально.

Изменение трактовки закона зональности В.В.Докучаева его учениками (Сибирцевым и др.), выделение азональных и интразональных ландшафтов.

• Иные трактовки закона зональности:

• Г.Н.Высоцкого и Н.Н. Иванова: К_ув.= r/E, где

К_ув. — коэффициент увлажнения, r — годовая сумма осадков, E — испаряемость годовая

При К_ув более 1 — тундра и лесные зоны;

К_ув. от 1,0 до 0,6 — лесостепь;

К_ув. от 0,6 до 0,3 — степь;

К_ув. от 0,3 до 0,12 — полупустыни;

К_ув. менее 0,12 — пустыни.

• М.И.Будыко и А.А.Григорьев: I = R/Lr, где

I — индекс сухости; R — годовой радиационный баланс; L — скрытая теплота испарения; r — годовая сумма осадков.

При I более 1/3 — тундра;

I от 1/3 до 1 — леса умеренного, субтропического и экваториального пояса;

I от 1 до 2 — степи;

I от 2 до 3 — полупустыни;

I более 3 — пустыни

• Закон зональности в трактовке Г.Е.Гришанкова

Выделяет ландшафтные уровни (гидроморфный, плакорный, предгорный, среднегорный, высокогорный), а в пределах каждого уровня формируется своя система зон в зависимости от нескольких факторов.