Методика выявления границ.

В ландшафтно-экологических исследованиях используется ряд подходов к выявлению (проведению на карте или на местности) границ. Как показывает опыт, данная задача не простая. Это объясняется тем, что полученные результаты изучения географических объектов носят альтернативный характер. В силу случайного отбора данных, недостатков любого из выбранных методов каждое решение будет иметь случайную погрешность. Поэтому границы (как результат вероятностного процесса) можно выделить лишь предположительно.

Вопрос о наличии границ, а также о характере связей между объектами обычно рассматривается в рамках статистических гипотез. Он решается на основе специальных методов математической статистики. Отправной точкой при этом является формулировка нулевой гипотезы, суть которой состоит в предположении об отсутствии систематического расхождения между исходными данными и выдвинутой гипотезы. Так, алгоритм разграничения географических объектов был предложен Д.А.Родионовым (1968) и апробирован в физико-географических исследованиях Т.П.Куприяновой (1977) на примере таежных ландшафтов (Архангельская область России). В фитоценологии для выделения границ между двумя гомогенными контурами В.И.Василевич предложил использовать сравнение средних величин некоторого признака растительности для этих контуров по критерию Стьюдента (например, выделение и сравнение зон высокого и низкого обилия видов). Подобные исследования проводились и в почвоведении (Ю.Н.Дмитриев, В.М.Фридлянд и др.).

Необходимо отметить, что избежать субъективности в определении границ практически невозможно. Даже при формализованных подходах часто возникают ситуации, когда просто не бывает единственно возможного положения границы. При математико-статистическом поиске границ не исключены следующие ситуации с положением границ. 1) граница в действительности существует, но статистически не устанавливается; 2) граница в действительности существует, но статистически устанавливается с некоторым случайным смещением; 3) граница в действительности не существует, а устанавливается ошибочно по выборочным данным. Причины возникновения первой и второй ситуации обусловлены тем, что выборка не достаточно полно отображает генеральную совокупность. Для устранения этих причин необходимо провести сгущение сети точек. Третья ситуация может возникнуть из-за неправильного выбора самого алгоритма, который вследствие дихотомического (т.е. последовательное деление целого на две части, затем каждой части снова на две и т.д.) характера деления иногда излишне дробит исходное множество. Поэтому необходимо устранение ложных разграничений.

Критерии проведения границ должны быть четко оговорены. Назовем несколько групп критериев, которые могут быть использованы при проведении границ. Например, конкретные количественные величины для одного или группы признаков. Например, 1) по изолинии 2 градуса – для выделения районов, подверженных ускоренной эрозии (Д.Л.Арманд, 1975); 2) по фоновому содержанию загрязняющих веществ в почве для выделения района загрязнения ландшафтов выбросами металлургического комбината (Дончева, 1978). 3) по  линии наибольших и наименьших градиентов индикационных признаков. (На картах – резкое сгущение или рассредоточение изолиний. Так, например, проводились границы распространения влияния мелиоративных систем (Бакарасов, 1991). 4) по  линии, условно разделяющие районы «плюсового» или «минусового» значения, т.е. такие, где изучаемое явление проявляется или может проявиться, и районы, где оно проявиться не может. Например, руководствуясь этим критерием была установлена граница природно-технической геосистемы в бассейне Можайского водохранилища по его водоразделу, таким образом, установлен ареал, в пределах которого могут перемещаться (главным образом водными потоками) азотсодержащие вещества, внесенные в почву или сброшенные в реки (Лебедева, Хропов, 1988). 5) или существующие границы природных или хозяйственных объектов (например, ландшафтные, административные и т.д.).

Важно не только установить границы, но и оценить их значимость, равноценность, т.е. выявить границы главные и второстепенные. Это может быть осуществлено на основе ряда способов оценивания значимости границ. В настоящее время существует целая система критериев и показателей оценки результатов выделения границ. Например, подходы В.А.Углова (1971); Д.Л.Родионова (1968), В.Е.Шувалова (1982) по предложенными ими формулам позволяют, учитывая большое количество признаков проводить оценку значимости границ. С их помощью можно исключить второстепенные разграничения и определить таксономическую соподчиненность районов (объектов) путем проверки равнозначности границ.

Вертикальные границы геосистем. Если горизонтальные границы геосистем исследованы относительно хорошо, то о верхней и нижней границе ландшафта (фации, урочища) имеется еще мало данных. Поэтому вопрос о том, где проходят вертикальные границы, до сих пор остается дискуссионным. Некоторые сведения об этих границах имеются в работах А.Г.Исаченко (1965, 1991), А.Ю.Ретеюма (1966), К.Н.Дьяконова (1971), В.Б.Сочавы (1978), И.И.Мамай (1978), Н.Л.Беручашвили (1990).

Верхняя граница. А.Ю.Ретеюм (1966) посвятил специальную статью строению ландшафта и его верхней границе. Он считает, что верхняя граница биогеоценоза (фации) чрезвычайно непостоянна и зависит от типа биологического круговорота, радиационного баланса поверхности, ее шероховатости и метеорологических условий. У биогеоценоза с травянистой растительностью она расположена на высоте от нескольких десятков сантиметров (ночью, зимой и вообще при устойчивой стратификации) до 1-3 метров (днем, летом и при сверхадиабатических градиентах температуры). В лесных биогеоценозах (фациях) эта же граница проходит на высоте нескольких десятков метров. Верхний ярус урочищ – это приземный, или, как его иногда называют, квазистационарный слой воздуха. Поэтому высота верхней границы урочища в зависимости от его географического положения, свойств подстилающей поверхности и термической стратификации колеблется от нескольких метров и десятков метров до сотен метров. Вертикальные пределы распространения насекомых и птиц соответствующих биоценозов имеют близкие значения. Ландшафт, благодаря своим размерам, обладает гораздо более мощным верхним ярусом, чем морфологические части и охватывает пограничный слой атмосферы (в котором отчетливо проявляется взаимодействие и взаимопроникновение компонентов ландшафтной оболочки и наблюдается хорошо выраженная суточная периодичность переноса тепла, влаги и примесей). Колебания высоты пограничного слоя обусловлены теми же причинами, что и колебания высоты верхних ярусов морфологических частей ландшафта. Наиболее характерные ее значения 0,8 – 2,0 км.

К.Н.Дьяконов (1971) установил, что для дневного времени суток в условиях антициклональной погоды межфациальные различия  в температуре воздуха в тундре (точнее в фациях  березового редколесья) сглаживаются на высоте 4-5м. Верхняя граница урочищ по этому признаку (внутриурочищных связей) находится на высоте 7-9 м, но эти выводы построены лишь на одном климатологическом показателе, по разовым наблюдениям при одной синоптической ситуации, в условиях одного из сезонов года. Для ландшафтов пока нет даже подобных отрывочных данных.

Противоположную А.Ю.Ретеюму и К.Н.Дьяконову точку зрения высказывает А.Г.Исаченко (1965, 1991), который считает, что многие атмосферные явления (например, облачность, осадки и др.) независимо от того, на какой высоте они формируются, характеризуют в равной степени и зоны, и провинции, и ландшафты и даже морфологические подразделения ландшафта. Поэтому чисто теоретическое предположение, что с увеличением таксономического ранга геосистемы возрастает ее верхний предел в атмосфере, по мнению А.Г.Исаченко, неверно. Он считает, что бесполезно искать верхние пределы географических единиц разных порядков и пытаться разделить тропосферу на части, принадлежащие отдельным фациям, урочищам и т.д. Верхние границы ландшафтов по своей природе неопределенны уже потому, что свойства воздуха над тем или иным участком земной поверхности обусловлены не только физико-географическими условиями данного участка, но также воздействием других ландшафтов, нередко очень отдаленных. Кроме того, согласно А.Г.Исаченко, если бы мы даже и могли их установить, то они бы быстро изменялись. Поэтому по его мнению поиски верхних границ ландшафта вряд ли следует считать актуальной задачей.

Тем не менее, идея увеличения мощности ландшафта (расстояния от верхней до нижней границы) при увеличении его таксономического ранга остается привлекательной до сих пор. Так, по В.Б.Сочаве (1978) вертикальная мощность фации – 0,02-0,05 км, ландшафта –1,5-2,0, ландшафтной провинции – 3,0-5,0 км, широтного пояса – 8-17 км. Однако подобные чисто теоретические суждения эмпирически трудно доказать. В таком понимании ландшафт представляется матрешкой, в которой фации «вложены» в урочища, последние в местности и т.д.

Нижняя граница. До настоящего времени остается неясным вопрос о нижних рубежах геосистем различного таксономического уровня. Нижнюю границу геосистем чаще всего проводят по основанию зоны гипергенеза (Ф.Н.Мильков, С.В.Калесник, Д.И.Криволуцкий и др.).

Для определения нижней границы К.Н.Дьяконов (1971) выбирает положение изотермы 00С (т.е. слоя мерзлоты в лесотундре). Различия между фациями наблюдаются до глубины 2 м, а урочищами - до 4 м.

Н.Л.Беручашвили, А.А.Крауклис на основании градиентных наблюдений определяют нижние границы фаций по слою постоянных температур, проходящих на глубине 15-18 м. Сходных взглядов придерживается В.Б.Сочава. И.И.Мамай  нижнюю границу проводит по глубине проникновения влаги и биотических компонентов. Например, глубина проникновения корней в лесной зоне достигает 7 м, микроорганизмов 7-13 м. А.Г.Исаченко опускает нижнюю границу ландшафтов на несколько десятков метров. Так, согласно А.Г.Исаченко внутригодовые колебания температуры сказываются до глубины 20-30 м. Пределы проникновения свободного кислорода в земную кору обычно совпадают с верхним уровнем грунтовых вод. Наибольшая мощность зоны окисления составляет около 60 м. Мощность коры выветривания измеряется величинами от нескольких до десятков метров. Основная масса живого вещества подземных частей растений, микроорганизмов, беспозвоночных сосредоточена в почве и отчасти в коре выветривания, в пределах верхних дециметров. Некоторые грызуны проникают на глубин 5-6 м, дождевые черви - до 8 м. Корни растений могут проникать в материнскую породу на несколько десятков метров в глубину.

Таким образом, нижние пределы проявления важнейших процессов функционирования ландшафта сравнительно близки, хотя и не совпадают между собой. Поэтому, по мнению А.Г.Исаченко, трудно отдать предпочтение одному из многих показателей, однако порядок величины, характеризующей нижние границы ландшафтов можно определить десятками метров, относя к ландшафтам зону гипергенеза. Практически нет оснований искать особые критерии для установления нижних границ фаций и урочищ – по существу они также, если не в большей степени укладываются в указанные пределы. М.А.Глазовская проводит нижнюю границу ландшафта по нижней границе потока грунтовой воды.

Н.Л.Беручашвили при проведении нижней границы геосистем отмечает простые и сложные случаи выделения нижних границ. При простых случаях границы проводят по контакту двух разных коренных пород, границе коренных и аккумулятивных пород или по мощности кор выветривания, по слою вечной мерзлоты или уровню грунтовых вод. Однако простые случаи встречаются редко и приходится рассчитывать уровень, на котором затухают годичные колебания температур, и границу так называемого нейтрального слоя принимать за нижнюю границу фации. Но и этот подход неприемлем для ряда геосистем, в которых приходиться искать границу на основании специфичных для нее признаков. Особенно сложно выявит положение нижней границы для более крупных морфологических частей и ландшафта в целом.

Из приведенных взглядов ученых ясно, что до сих пор нет четкого, единого представления о верхней и нижней границе геосистемы. Это неудивительно, так как непосредственно у земной поверхности, там, где находится область прямого соприкосновения, взаимодействия и взаимопроникновения различных компонентов природы, наблюдается максимальное проявление физико-географических процессов и максимальное разнообразие физико-географических явлений. Земная поверхность – это своего рода фокус географической оболочки. В обе стороны от этой поверхности наблюдается уменьшение разнообразия. В оценках вертикальной мощности ландшафтов много сугубо предположительного и неопределенного, поскольку пока нет комплексных данных и даже теоретически достаточно четко разработанных критериев для установления верхней и в особенности нижней границы геосистем разных иерархических уровней. Это пока весьма сложная задача комплексных экспериментальных исследований.