Ландшафтная динамика восстановительных сукцессий

Это последовательная смена состояний геосистемы, направленная на ее стабилизацию в окружающей среде. Динамика саморазвития природных геосистем (динамика восстановительных сукцессий) после катаклизмов (обвалов, селей и т.д.) сопровождается следующими стадиями. 1). Зарождение геосистемы на новой литогенной основе (например, осушенное дно озера после прорыва завала, свежая осыпь у подножья склона, отложения селя в долинах горных рек и у подножий гор, промоины на склоне и мощные пролювиальные наносы после экстремальных ливневых осадков и т.п.). 2). Становление геосистемы, характеризующееся повышенной функциональной и структурной изменчивостью, возникновением растительного и почвенного покрова. 3). Стадия зрелости (климакс) геосистемы, характеризующаяся ее стабилизацией и соответствием всех элементов ее структуры существующим условиям среды. 4). Отмирание одной и зарождение на ее месте новой геосистемы (на месте зарастающего озерного геокомплекса возникает низинное болото, оно сменяется верховым, а верховое болото может смениться заболоченным лесом). То есть после эпизодических катастрофических нарушений геосистемы проходят серии определенных стадий саморазвития или восстановительных сукцессий (восстановление древостоя и почв на месте пожарищ или вырубки). Итак, последовательное стадийное изменение ландшафта после прекращения природных или антропогенных его нарушений от начала восстановления или зарождения до устойчивого эквифинального состояния (климакса) называется динамикой восстановительных сукцессий.

Первоначально термин «сукцессия» был применен в геоботанике, где им обозначалась закономерная смена временных, нестабильных растительных сообществ в процессе формирования, восстановления или разрушения устойчивого стабильного фитоценоза. Причинами сукцессий выступают как саморазвитие биоценозов, так и внешние природные и антропогенные воздействия (пожары, вытаптывание, рубки и т.д.).  Представление о сукцессиях было перенесено в экологию ландшафтов К.Троллем. Используется оно при изучении динамики ландшафтов.

Представления о сукцессиях как последовательных сменах состояний в рамках инварианта положены в основу динамической модели ландшафта: серийные ряды фаций, последовательно связанные с коренной фацией представляют собой одну из форм отражения сукцессии ландшафта. Под сукцессией ландшафта понимается и процесс смены переменных состояний ландшафта в направлении к коренному или близкому к нему динамическому состоянию. В естественных условиях это, например, серия фаций, сменяющих друг друга в процессе формирования поймы; в условиях антропогенного воздействия – смены фаций, сопровождающиеся процесс зарастания отвалов горных пород или стадии дернового процесса на заброшенном поле и т.д.

Одним из центральных вопросов при анализе сукцессий является вопрос о том, чем характеризуются заключительные стадии сукцессии, которые мы привыкли называть коренными сообществами, или в соответствии с зарубежной терминологией климаксовыми сообществами. Единственное, что можно сказать с уверенностью о климаксовых геосистемах, это то, что они более устойчивы, способны длительное время существовать на одних участках. Смены геосистем неизбежно приводят к устойчивому состоянию и объяснение этому весьма тривиально, а именно все, что неустойчиво довольно быстро сменяется другим.  Как отмечает А.А.Ляпунов (1970), цель живой природы, разумеется, условная, - это стремление к самосохранению; те части живой природы, которые этим свойством не обладают, оказываются неустойчивыми и быстро отмирают.

Существующие классификации сукцессий довольно сложны и разнообразны. Прежде всего, можно выделить первичные и вторичные сукцессии. Первичные сукцессии начинаются с оголенного субстрата, то есть по сути дела «с чистого листа», а вторичные связаны с нарушенной геосистемой, в которой сохранился хотя бы один, а чаще несколько блоков. Кроме того, различают так называемые дигрессионные и демутационные сукцессии. Дигрессия (деградация) – процесс, обычно противоположный нормальной сукцессии развития, связанный с упрощением структуры геосистем и часто приводящий к их конвергенции; демутация – это восстановительная сукцессия, обычно (но не всегда) эквифинальная с нормальной сукцессией развития. Для разных типов восстановительной сукцессии используют термины – постэксарационная – для залежной сукцессии и постпирогенная – для сукцессии, начинающейся на пожарищах. В каждой сукцессии можно выделить инициальные (начальные) и терминальные (конечные) стадии – это обычно климакс или антропогенный субклимакс. Пионерным видам, заселяющим ландшафты на начальных стадиях сукцессий, обычно свойственно минимальное характерное время, в течение которого вид осваивает новую территорию.

Теория сукцессионных процессов фактически до сих пор не создана из-за недостаточности долговременных наблюдений. Одной из первых моделей была детерминистская модель Ф.Клементса, предполагавшего наличие в каждом в каждом регионе строго определенного временного ряда, заканчивающегося климаксом. Подобным представлениям противоположно полное отрицание каких-либо закономерных смен ландшафтов или их компонентов.

Характерные времена сукцессий имеют широкий диапазон – от десятков до тысяч лет (Тишков, 1986). В них вовлекаются все без исключения компоненты геосистемы. Каждый из компонентов биоты имеет свой «сукцессионный статус», т.е. занимает определенное положение в цепочке временных изменений геосистем. Достаточно вспомнить этапы зарастания водоема или залесение залежи, где на смену одним сообществам растений и животных приходят другие, преобразуя среду для других организмов (одна модель сукцессии) или исчерпывания свои возможности существования в данных условиях (другая модель сукцессии).

Можно говорить, что каждая ландшафтная зона, регион или даже конкретный ландшафт характеризуется наличием определенной сукцессионной смены. В большинстве случаев сукцессионные ряды заканчиваются климаксными геосистемами, но климакс может быть не один, а кроме того, далеко не всегда сукцессионный процесс (на который, в частности, накладываются флуктуации) доходит до финальной стадии.

Существуют так называемые антропогенные субклимаксы – это устойчивые состояния ландшафтов, связанные с деятельностью человека. Примеры таких субклимаксов – верещатники атлантической Европы, суходольные луга, пирогенные сосняки.

Для реконструкции картины сукцессионных процессов важно также представление о ландшафтно-генетических рядах, основанное на использовании принципа пространственно-временных аналогов, или эргодичных преобразований, то есть на выявлении пространственных рядов ландшафтов, отражающих их смену во времени. По мнению А.С.Викторова (1987), широко распространены ряды, члены которых сопряжены в пространстве в той же последовательности, в которой они сменяют друг друга во времени.

Антропогенная динамика геосистем обусловлена хозяйственными воздействиями на природную среду. Этот вид динамики проявляется следующим образом: а) вырубка и другие виды механического уничтожения древесно-кустарниковой растительности, сопровождающиеся сокращением площади и изменениями качества лесов, распахивание степей и лугов; б) ускоренная сельскохозяйственная эрозия и дефляция почв, связанные с механическим повреждениями растительного и почвенного покровов, дигрессия пастбищ и развеивание песков, опустынивание, изменения рельефа и ландшафтных геосистем в целом карьерно-отвальными комплексами, деградация и коренные преобразования ландшафтов в городах и промышленных зонах и т.д.; в) заболачивание подтопленных водохранилищами побережий и вторичное засоление почв на орошаемых землях в аридных районах; г) загрязнение природной среды и сопровождающие его нарушения растительности, почв, животного мира.

Антропогенная динамика геосистем в большинстве случаев осуществляется природными процессами (эрозия, дефляция, заболачивание), но процессы, вызванные хозяйственной деятельностью и ведут к деградации, разрушению ландшафтных геосистем. Например, интенсивная эрозия почв и кор выветривания в горах после сведения лесов (Древняя Греция); дефляция почв, эоловое рельефообразование, опустынивание после сильной дигрессии пустынных или степных пастбищ (Калмыкия и др.); усыхание, отмирание и изменение растительности в городах и загрязняемых промышленных зонах (Мончегорский комбинат).

Таким образом, различают несколько видов ландшафтной динамики: 1) динамика функционирования; 2) динамика развития; 3) эволюционная динамика; 4) динамика природных катастроф или революций; 5) динамика восстановительных сукцессий; 6) антропогенная динамика.

Эти виды динамики накладываются друг на друга. Динамики функционирования и восстановительных сукцессий стабилизируют геосистемы (стабилизирующие динамики), повышают их устойчивость. Они характеризуются относительной обратимостью изменений состояний геосистем в пределах их инварианта.

Динамики эволюции и развития, характеризующиеся трендами, а также динамика природных катастроф и антропогенная динамика ведут к резким, необратимым качественным изменениям и преобразованиям ландшафтов.

Все виды динамики, накладываясь друг на друга, неразрывно связаны между собой и характеризуют прошлое, настоящее и будущее геосистем. Динамика развития и функционирования геосистем – это конкретный современный этап ландшафтной эволюции.

Таким образом, динамику ландшафта можно определить как совокупность изменений состояний ландшафта, имеющих как обратимый (стабилизирующий), так и необратимый (преобразующий) характер, обусловленных внешними и внутренними факторами. Одной из внутренних причин, порождающих динамику эволюции и развития геосистем, является разная инерционность их природных компонентов и геокомплексов. То есть они реагируют на изменения внешней среды с разной скоростью. Наиболее мобильны воздух, воды и биота. Почва перестраивается медленнее, сохраняя в своей структуре элементы, предшествующих гидротермических эпох. Наиболее инертна литогенная основа, особенно равнинных ландшафтов. А.А.Крауклис (1979) делит природные компоненты по их динамическим свойствам на три группы: а) инертные (литогенная основа, определяющая фиксированный каркас геосистемы), б) мобильные (воздушные и водные массы, характеризующиеся относительно слабыми силами молекулярного сцепления и выполняющие роль рабочего тела большинства обменных процессов геосистем), в) активные (биота как фактор саморегуляции стабилизации геосистем). Метахронность (разновозрастность) развития и эволюции разных компонентов геосистем сказывается на всех видах их внутренней (спонтанной) динамики.

Хороший пример метахронности вертикальной (компонентной) структуры ландшафтов подзоны смешанных лесов Восточно-Европейской равнины приводит в своих работах В.А.Николаев (1979). Литогенная основа междуречных холмисто-моренных равнин в основе своей сформирована в эпоху средне плейстоценового – московского оледенения (около 100 тыс. лет назад), а перекрывающие морену «покровные безвалунные суглинки» – это кора выветривания перигляциальной эпохи плейстоцена (20-30 тыс. лет назад). Почвенный покров имеет голоценовый возраст (2-5 тыс. лет назад). Он сформировался в мерзлотных условиях верхнеплейстоценового перигляциала. В растительном покрове сочетаются лесные фитоценозы: а) широколиственных лесов, частично сохранившихся с более теплых эпох голоцена: атлантической (4-6 тыс. лет назад) и бореальной (3-4 тыс. лет назад); б) таежного типа, то есть преимущественно еловых лесов, широко расселившихся в более холодную и влажную субатлантическую эпоху голоцена, возраст которой 2,5 тыс. лет. То есть возрастной диапазон компонентной структуры ландшафтов Восточно-Европейской равнины достигает нескольких десятков тысяч лет. За 20-30 тыс. лет здесь на мало изменившейся литогенной основе из-за климатических изменений ландшафты менялись от тундровых до широколиственных и смешано лесных. Причем биота и почвы все еще продолжают приспосабливаться к литогенному каркасу и изменившимся климатическим условиям.

Рассмотрим метахронность (разновозрастность) разных элементов морфологической (горизонтальной) структуры ландшафта по возрастным оценкам В.А.Николаева (1979). Обычно древнее бывают доминантные урочища, а субдоминантные или редкие урочища как бы накладываются на их общий фон. Например, степные лессовые плакоры часто бывают осложнены относительно молодыми суффозионно-просадочными западинами с лугово-степной растительностью. Лесостепные ландшафты Среднерусской возвышенности осложнены густой сетью субдоминантных овражных урочищ, возраст которых всего 2-3 сотни лет, а генезис связан с распашкой территории.

Следовательно, метахронность структур характерна как для геосистем одного иерархического уровня, так и для геосистем разных масштабов и уровней организации, а это порождает их внутреннюю динамику развития и эволюции. Под возрастом ландшафта понимают отрезок времени с момента сформирования ландшафтом своей полной компонентной структуры, сохранившейся до настоящего времени. То есть по времени формирования растительного покрова, соответствующего широтно-зональным и геолого-геоморфологическим особенностям исследуемой территории. Например, возраст холмисто-моренных смешанно-лесных ландшафтов Восточно-Европейской равнины – 2-3 тыс. лет (поздний голоцен) исчисляется с момента сформирования на ней широколиственно-хвойных лесов. Если взять древние ландшафты экваториальной и субэкваториальной зон, то их возраст исчисляется 15-20 млн. лет и восходит к неогеновому периоду.

Исследования показывают, что для перестройки зонального растительного покрова требуется около 1-2 тыс. лет, зонального почвенного покрова 5-10 тыс. лет, господствующих типов рельефа – несколько десятков тысяч лет и больше. Эти периоды времени характерны для геосистем региональной размерности. Для локальных геосистем они будут значительно меньше, для планетарных больше.