Концептуальные основы экологии ландшафтов.

В ландшафтно-экологических исследованиях базовыми являются понятия геосистемы, экосистемы и ландшафта.

В 60-х годах в физической географии и экологии значительную популярность приобрел системный подход. Предметы своих исследований (ПТК и экосистемы) географы и экологи начали трактовать как систему, стали находить в них системные особенности и описывать в терминах системного подхода. Чтобы подчеркнуть системный характер предмета ландшафтоведения – ПТК, В.Б.Сочава в 1963 г. ввел термин геосистема. Под которым он понимал «особый класс управляемых систем; земное пространство всех размерностей, где отдельные компонентов природы находятся в системной связи друг с другом и как определенная целостность взаимодействуют с космической сферой и человеческим обществом» (Сочава, 1978, с. 292). Хотя дефиницию геосистемы В.Б.Сочава сформулировал довольно обще, в ней четко выделяются ключевые позиции концепции геосистемы.

Основное положение концепции геосистемы: геосистема – это материальный объект; её составляют природные элементы, антропогенные рассматриваются как внешние; геосистемой является как элементарная ландшафтная единица (фация), так и геосфера в целом; геосистема выделяется как объект пространства (территории), т.е. это территориальное образование, в границах которого геокомпоненты характеризуются специфическим характером связей; существует только один объективный вариант раздела территории на геосистемы; геосистема категория динамическая.

Важный импульс для развития концепции геосистемы имел выход в 1971 г. книги Р.Чорли и Б.Кеннеди «Физическая география: системный подход» в ней было провозглашена идея о множественности типов систем, которые могут быть предметами физико-географического анализа. К этим типам они отнесли системы морфологические, каскадные, системы типа «процесс – отклик», управляемые. Геосистемы в трактовке школы В.Б.Сочавы по такой классификации относятся к типу морфологических. Н.А.Гвоздецкий (1973) и К.Н.Дьяконов (1975) предложили считать геосистемами территории, в пределах которых существует однонаправленный поток вещества, например, воды, что придавало им каскадный характер. Как геосистемы в такой трактовке рассматриваются склоны, речные бассейны.

Д.Л.Арманд (1975) придал геосистемам функциональное значение. Как геосистему он рассматривал атмосферную циркуляцию (гидрометеорологическая геосистема), круговорот воды и т.д. Такое определение геосистемы близко к определению А.Ю.Ретеюма (1971). Геосистемы Д.Л.Арманда принадлежат к системе «процесс – отклик» и управляемым. С конца 70-х годов все большее распространение получает трактовка геосистемы не как материального объекта, а как его модели, абстрагированного отображения, мысленной конструкции. Такое понимание геосистемы разделяют немецкие ландшафтные экологи, А.Д.Арманд и многие другие.

К основным свойствам геосистем относятся: территориальность; полиструктурность; сложность; целостность, открытость; динамичность; устойчивость; стохастичность.

Территориальность (пространственность) – есть особенность геосистем, которая отличает их от систем других классов, кроме экосистем. Геосистемы  характеризуют определенные участки территории. Геосистему можно описать метрическими характеристиками (площадь, линейные размеры) и топологическими (которые характеризуют положение данной геосистемы среди других геосистем или объектов другой природы). Территориальность геосистем способствует эффективному использование картографических методов при их выделении, изображении и анализе.

Полиструктурность. Под структурой системы понимается характер объединения ее элементов. Поскольку в системе могут иметь место отношения различных типов, то и объединение ими элементов также будет различным. Такие системы и называют полиструктурными. Выделяют следующие основные типы структур геосистемы: 1) вертикальная (или топическая), где элементами выступают различные физические тела геокомпонентов, а взаимоотношения – это вертикальные потоки вещества и энергии, генетико-эволюционные отношения. 2) территориальная структура (или хорическая). Элементами такой структуры являются геосистемы более низкого ранга, а связи между ними осуществляются горизонтальными потоками, позиционным положением, генетико-эволюционными отношениями. 3) временнáя (динамическая) структура - элементы которой выделяются как отрезки времени, а связь – как последовательность их смен.

Сложность. Сложными являются системы, сформированные элементами разных типов, между которыми существуют различные связи. Характеристикой сложности системы является также неоднозначность ее реакции на внешние воздействия. Все эти особенности присущи и геосистемам. Так, элементы их вертикальных структур различаются агрегатным (фазовым) (твердое, жидкое, газообразное), химическим составом, наличием и формой  органической жизни, функцией, положением в геосистеме. Связи между ними также различные и проявляются в таких процессах как потоки вещества и энергии, в конкурентных отношениях и т.д.

Целостностьособенность системы, которая проявляется в том, что исключение из нее определенного компонента приводит к кардинальной перестройке или гибели системы, а сам этот компонент отдельно от нее существовать не может или он качественно меняется. Геосистемы имеют черты целостности. Например, уничтожение почвы в геосистеме приводит к ее трансформации в целом. Такая геосистема не может практически иметь растительности, исчезает трофическая структура, формируется специфический водный, геохимический, радиационный и др. режимы. Такую же радикальную трансформацию претерпевает и территориальная структура. Например, исключение из ее элементов локальной эрозионной сети (геосистем оврагов, балок) приводит к интенсивному заболачиванию территории смене гидрологического и ландшафтно-геохимического режимов геосистем.

Открытость. Различают открытые, полуоткрытые и закрытые системы Открытыми являются системы, часть элементов которых имеют связи с элементами, не принадлежащие ее структуре. Закрытые – это системы, которые не имеют связей с внешней средой, у них нет внешних связей. Системы, которые имеют только связи «вход» и практически не имеют связей «выход», «отклик» называются полуоткрытыми.

Динамичность. Динамичными называются системы, значения характеристик которых изменяются во времени. В разные промежутки времени геосистема может находится в неодинаковых состояниях. С динамической точки зрения геосистема вычленяется как определенный интервал времени, в течении которого геосистема проявляет свои основные особенности.

Важная особенность динамики геосистем является то, что разные ее характеристики изменяются во времени с разной частотой. Принято различать суточную, сезонную и многолетнюю динамику.

Устойчивость у геосистем проявляется во многих формах, что дает ей возможность противостоять внешним воздействиям, кроме антропогенных. При взаимодействии с внешним окружением устойчивость способствует сохранению целостности геосистемы. Неустойчивые в данных условиях геосистемы заменяются на более устойчивые типы. Поэтому устойчивость геосистем в значительной мере обусловлена их генетико-эволюционными особенностями. Оценка устойчивости геосистем к внешним факторам является одной из важнейших проблем прикладной ландшафтной экологии.

Стохастичность. Стохастическими называются системы взаимозависимость между характеристиками которых и их связями с внешней средой не жестко детерминированы (функциональны), а вероятностны. Стохастичность геосистем проявляется в несовпадении, например, границ различных геокомпонентов, неоднозначности изменений геосистем на антропогенные нагрузки, в отсутствии жесткой привязанности одного типа компонента к другому (растительной ассоциации к определенной почве), вероятностный характер динамики, в том числе прогнозной.

В настоящее время сложились несколько групп определений понятия «геосистема», отличающихся в основном характером указаний на состав элементов (субстанцию) системы.

В первой из них геосистема рассматривается как природное образование. Геосистема – «это особый класс управляемых 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» (Сочава, 1978. С.292). Данная трактовка близка по содержанию к понятию ландшафт природный. Некоторые авторы предложили ограничить сферу применения термина «геосистема» лишь теми природными системами, элементы которых связаны однонаправленным потоком вещества.

Во второй группе в качестве геосистем рассматриваются сложные земные образования, включающие в себя одновременно элементы природы, населения и хозяйства. Целостность таких образований определяется с помощью указаний на прямые, обратные и преобразованные связи между хозяйством, населением и природой (Саушкин, Смирнов, 1968).

В третьей группе определений на состав элементов не накладывается ограничений. Термин используется для обозначения территориальных систем: природных, социально-экономических, природно-технических и других. «Любые земные системы (и актуальные и потенциальные), размеры которых находятся в пределах пороговых значений, независимо от их генезиса можно рассматривать как географические системы» (Гофман и др., 1971).

Во всех сложившихся определениях его основу составляет отражение системных свойств - территориальность, полиструктурность, сложность, целостность, открытость, динамичность, устойчивость. стохастичность.

В настоящее время под термином «геосистема» понимается любая территориальная система как природного, так и социального происхождения. Геосистемы могут быть различных типов и выделять их можно по разным основаниям (по разным системообразующим отношениям). Такую трактовку геосистемы разделяют А.Д.Арманд, В.А.Боков, К.Н.Дьяконов, В.С.Преображенский, А.Ю.Ретеюм и др. исследователи.

Отметим, что в немецкой географической литературе для обозначения реальных системных образований используется термин комплекс, а термин «геосистема» применяется для обозначения этих объектов в сфере отражения лишь при применении системного подхода. Для анализа геосистем используются (порознь или совместно) три модели: в моносистемной, топической модели элементами геосистемы выступают компоненты природы или хозяйства; в полисистемной, хорической – геосистемы более низкого ранга; в третьей, динамической, – состояния, временные модификации системы.

Экосистема.  Экологическая система (или экосистема) – это система, в которой в качестве элементов выступают, с одной стороны, организмы, их группы или совокупности (т.е. особи, виды, популяции, ценозы), с другой – среда, совокупность факторов их обитания.

Термин широко используется в биологической и природоохранной литературе. Термин экосистема был предложен в 1935 г. А.Тенсли для систем, состоящих из живых организмов и их среды. Понятие экосистемы получило широкое признание и стало одним из центральных в экологии. Экосистема рассматривается обычно как довольно неопределенное по объему собрание элементов. Наиболее распространенная точка зрения заключается в том, что и биосферу в целом и отдельный организм вместе с его средой можно рассматривать как экосистемы. Они обычно понимаются как функциональные единицы, объединяющие взаимодействующие организмы и абиотическую среду и не имеющие фиксированных границ.

Нередко экосистема рассматривается как чисто операционное понятие, включающее лишь набор элементов, который в том или ином случае необходимо принимать во внимание. С практической точки зрения такой подход оправдан, учитывая трудности выделения границ экосистем. Но все же нельзя считать экосистемы совершенно произвольно выделяемыми системами и не пытаться найти какие-либо рубежи для разграничения.

Отметим, что в основу модели-представления «экосистем» положена идея о принципиальном неравенстве элементов (компонентов), о возможности выделения особой части системы, элемента, по отношению к состоянию, существованию и судьбам которого мы изучаем влияние всех остальных элементов.

Влияние на «хозяина» (ядро системы), связи, направленные на «хозяина» системы, рассматриваются как главные (основные). Факт существования связей между другими элементами теоретически признается, учитывается, но все же главное внимание при исследовании уделяется связям между «хозяином» и средой. Естественно у экологов и биологов в качестве хозяина выступает или растение,  или животное, или все живое – биота.

Другая же часть экосистемы (так называемый «дом»), хотя и связана с хозяином, но в процессе анализа как бы противопоставляется ему. Эта часть экосистемы получила название «среда» - среда растения, среда животного, среда биоты.

Поскольку экологический подход предлагает рассматривать связи, направленные только на ядро системы, то в этом и есть его недостаток (т.к. связи между элементами, направленными не на ядро, остаются вне поля зрения исследователя). При экологическом подходе не рассматривается взаимосвязь таких важных составляющих (гео)системы как воздух, вода, выступающие в качестве главных распространителей загрязнений. Не анализируются процессы, происходящие в тех частях атмосферы, гидросферы и литосферы, которые непосредственно не связаны с биотой, но в конечном итоге они оказывают большое влияние на изменение окружающей среды.

Если фиксировать внимание на составе входящих в экосистему биотических и абиотических элементов, то будет заметно родство экосистемы с природной геосистемой, природным ландшафтом. Однако существует два принципиальных отличия между этими понятиями. 1). В экосистеме анализ связей имеет биоцентрический аспект: т.е. а) выясняется влияние всех факторов на живые компоненты, на хозяина экосистемы; б) при этом особое внимание уделяется трофическим связям, пищевым цепям. При рассмотрении природных ландшафтов и геосистем такого акцента не делается: т.е. все элементы и связи между ними рассматриваются как равнозначные; одинаковое внимание уделяется прямым и обратным связям.

2). Понятие экосистемы (в классическом понимании) неограниченно пространственными рамками, т.е. это безразмерное понятие – оно в равной мере распространяется и на каплю воды, и на биосферу в целом. Географические понятия всегда подразумевают наличие пространственных (горизонтальных) границ.

Ландшафт. Это широко распространенный интернациональный термин. Термин заимствован из общелитературного языка, где он обозначает пейзаж, картину природы, местность и т.д. Обращение науки к этому слову было обусловлено стремлением найти обозначение, пригодное для отражения открытого географией в конце XIX- начале XX в. нового сложного объекта действительности – относительно однородного участка географической оболочки, выделившегося в ходе ее эволюции, отличающегося от других участков своей структурой, т.е. закономерным сочетанием тел и явлений, характером взаимосвязи и взаимодействия между компонентами географической оболочки, особенностями сочетания более мелких территориальных единиц. Ландшафт – один из видов географических систем.

По мере познания наукой сущности этого сложного объекта определение ландшафта менялось, развивалось. В соответствии с этим ядра определений последовательно составляли указания на: 1) однородность территории (в том числе и генетическую); 2) однородность сочетаний компонентов; 3) однородность взаимосвязи компонентов; 4) комплексный характер образования, его единство; 5) однородность пространственного сочетания природных комплексов низшего ранга; 6) однородность обмена веществом и энергией (метаболизма); 7) системный характер образования, его целостность.

При исследовании ландшафтов (последовательно или одновременно) применяются две модели: 1) моносистемная, топическая, в которой внимание сосредотачивается прежде всего на взаимодействии между компонентами, на вертикальных связях, 2) полисистемная, хорическая, где основные элементы – системы более низкого таксономического ранга и взаимодействия между ними (горизонтальные связи).

В первой из них (моносистемной) на передний план выступают как бы вертикальное строение ландшафта и связи, в которых преобладает вертикальная составляющая: между литосферой и атмосферой, атмосферой и гидросферой и т.д. В силу этого у ряда авторов, например Т.П.Куприяновой, эта модель получила название «вертикальной». Принципиально моносистемная группа определений рассматривает свойства ландшафта как однородные по всему занятому ими пространству. Но если быть последовательным, то придется признать, что для этой модели пространство является как бы внешней характеристикой, которая не учитывается самой моделью. Принципиально оно может быть заменено точкой. Не случайно, поэтому в работах немецких географов исследования с помощью моносистемной модели называются «топологическими». Пространство здесь представлено топом» (или местом, точкой).

При использовании моносистемной модели сначала, когда она вводилась, казалось, что любой участок земной территории представляет собой полную копию географической оболочки, простой «сколок», кусочек ее. Принципиально ничем не отличающийся от других.

Позднее, после того как были проведены конкретные исследования в разных масштабах, выяснилось, что среди природных комплексов имеются комплексы не только разных размеров, но и разных рангов.

В результате появилась вторая группа моделей, полисистемная. Модели этой группы анализируют природные комплекс как систему взаимодействующих подсистем (или комплексов более низкого ранга). В полисистемной группе моделей основное внимание уделяется горизонтальной составляющей пространственной организации ландшафтов, т.е. горизонтальным связям.

К настоящему времени сложились несколько групп определений термина. В первой группе определений ландшафт рассматривается только как природное образование. В этой группе выделяется несколько групп определений.

1. Термин используется для обозначения природно-территориального комплекса любого ранга: «совокупность взаимообусловленных и взаимосвязанных предметов и явлений природы, предстающих перед нами в образе тех или исторически сложившихся, непрерывно развивающихся географических комплексов» (Мильков, 1970). Только в таком понимании ландшафт выступает как синоним терминов «природно-территориальный комплекс», «природный комплекс», «природный геокомплекс», «природная геосистема».

2. Термином обозначается одна из таксономических единиц классификации природно-территориальных комплексов, которой приписывается значение «основной». «Конкретная территория, однородная по своему происхождению и истории развития и неделимая по зональным и азональным признакам, обладающая единым геологическим фундаментом, однотипным рельефом, общим климатом, единообразным сочетанием гидротермических условий, почв, биоценозов и, следовательно, однохарактерным набором простых геокомплексов (фаций, урочищ)» (Энциклопедический…, 1968). В литературе обращалось внимание на то, что закрепление термина за комплексными образованиями лишь одного таксономического ранга входит в противоречие со сложившимся использованием производных терминов типа «ландшафтный», «ландшафтное планирование» и т.д.

3. Термин применяют для обозначения отдельных территориально разобщенных участков географической оболочки, имеющих много общих черт. Это так называемая типологическая трактовка. Однако она не нашла широкого распространения, хотя в большинстве словарей упоминается о существовании этой точки зрения.

Во второй группе определений ландшафт рассматривается как территориальная система, в которой взаимосвязаны как природные, так и общественно обусловленные антропогенно-техногенные элементы. В литературе на русском языке это понятие передается с помощью термина антропогенный ландшафт. Появление такой трактовки связано с тем, что во многих районах мира практически не осталось чисто естественных ландшафтов. Вместе с тем характеризуемые этими определениями системными образованиями представляют собой особый тип географических систем, служащий объектом научных исследований. Поскольку геосистемы этого типа участвуют в ресурсовоспроизводстве и воспроизводстве условий среды, они выступают и как объект охраны окружающей человека среды и рационального использования природных ресурсов.

В третьей группе определений термин «ландшафт» применяется для обозначения понятия, охватывающего как не затронутые деятельностью человека чисто природные территориальные системы (природные ландшафты), так и территориальные системы, в которых взаимодействуют природные и антропогенные элементы (антропогенные ландшафты). И те, и другие выступают объектами мероприятий по охране природы.

В географической литературе отмечается тенденция к вытеснению слова «ландшафт» термином геосистема. Однако в сфере практической деятельности, и прежде всего в сфере охраны природы, использование термина «ландшафт», вошедшего в законодательные и нормативные акты, а также в учебные руководства, сохранится, по всей вероятности, на длительный период.

Отметим еще следующее. Модели экосистемы, ландшафта, геосистемы, включающие в свой состав одинаковые элементы, существенно отличаются друг от друга в связи с различной группировкой элементов. Вот почему эти модели не могут заменить друг друга. Они лишь взаимодополняют наш методологический арсенал. Каждая  из этих моделей помогает нам решать особый класс научных и практических задач.