Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Эколого-географическая оценка склоновых геосистем (в средней части бассейна р. Луги)

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Эколого-географическая оценка склоновых геосистем (в средней части бассейна р. Луги)"

Р Г 5 ОД

1 о ^

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УШНЕРСИТЕТ им. А.И. ГЕРЦЕНА

На пра?ач рукописи

ГОСТИЛОВА ГМИНА НИКОЛАЕВНА

ЭК0Л0Г0 -ГЕОГРАФИЧ ЕСКАЯ ОЦЕНКА СКЛОНОВ® ГЕОСИСТЕМ (в средней части бассейна р. Луги)

Специальность II.00.01 - физическая гпогряфир, геофизика

и геохимии ландшафтов

А р т о р е ф с г, а т

диссертации на соис-'йниг ученой степени качдид-зта географически* наук

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.И. ГЕРЦЕНА

На прар.ах рукописи

гостом

ГАЛИНА НИКОЛАЕВНА

ЭКОЛОГО -ГЕОГРАФИЧ ЕСКАЯ ОЦЕНКА СКЛОНОВЫХ ГЕОСИСТЕМ (в средней части бассейна р. Луги)

Специальность II.00.01 - физическая география, геофизика

и геохими.т ландшафтов

Авторе ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени кандидата географически:-: наук

iV.^jna выполнена на ка;едре физической географии к сгки Российского государственного иедагогичосклго

; :ип^г)сите."а им. я.И. Горпена

Науиый рукоьсдлгель: доктор географических наук,

профессор И.В. Игнатенко

Официальные сппзнентн: доктор биологических наук

З.Т, Ярмишко

кандидат географических наук B.ji. Разумовский

Ведуыая организация: Главная геофизическая обсерватория им. Воейкова

Защита оосr_/J_ " в /¿час!

на заседании one визированного совета К 113.05.09 по присуждению ученой (;т'='!';Нг1 кандидата географических наук в Российском государственном ;.-аагогичвском университете йм. А.И. Герцена (191156, Санкт-Петербург, набережная р. Ыойки, 48, корп. 12).

С днссер".hi:>!-:"1 можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке УНИНЙТЭГИ''" 1.

Автореферат -.дослан " 8 " 1994 г.

Ученк:"' секретарь Специалиаи¡.-ованного совета, ^

профессор Соколов

актуальность темы. Оптимизация отношений в спсти/е " а. :се.ч-Окружащая среда" требует глубокого понимания структуры /. ^ункни-онироэзния геосистем /ГС/ всех уровней - от глобального до локаль^ ного. С ускорением з последние десятилетия темпов антропогенной деградации природы, особую актуальность приобретает проблема устойчивости ГС, решению которой служит эколого-геогра^кчаскья одой-ка ландшафта.

¿клоны - поверхности, на которых основное значение имеют гравитационные процессы, занимаю* большую часть суши. В гутадных ус-ловлях деятельность человека приурочена к ник воледстаик высокой их дренированности, продуктивности, контрастности.Склоновые 1С максимально выявляют биопотенциал территорий. Уязвимость крутых склонов долин и придолинно./ эрозионной сети традиционно учитывается в снижении хозяйственных и рекреационных нагрузок. 3 то же время они испытывают влияние хозяйствования ь пойме и на. междуречье, что повышает актуальность комплексного мониторинга этого информативного звена природной среды, которое до оих пор изучалось в рамках отраслевых дисциплин / геоморфологии, геочииики, геохимии, почвоведения/.

а качестве объекта исследования выбраны склоновые Г.; 1<родго-нкого происхождения в средней части бассейна реки .;.уги, отноаяси-есн к -.укско-Плюсской озерно-ледниковой равнкне, хзрзк?ериэуюс,ей-ся высокой заболоченностью л иэдешей в основном .г.есо •.озяйстиенное использование.

Предметом исследования явились взаимосвязи а подсистеи.о ''рас-тктелъкостъ-ночвк-рельеф", определяющие основные направления псо-цессов саморазвития 1'С и отражающие влияние географической соеды в ее топологическом преломлении.

Основная пель исследовании - выявление факторов, определяющих изменчивость и устойчивость склоновых 1 озосновэиле стабилизируюдей роли бяотссы в их а ункшюаигсвакии.

сто предопределило постановку и решение олелушид зад&ч:

- опенка влияния географйческих ¡¡акторов па иормкрование -и функционирование. склоновых ГС;

- анализ воздействия экологических условий на пространс! зоннузз и Функциональную структуру отдельных ГС;

- выявление путей и форм взаимодействия ГС;

- определение основных функций склоновых парагенетических коми-

лексов ь системе "водораздел - склон - дно речной долины"; - разработка концептуальной модели эколого-географической оценки иункцконировапия ГС топологического уровня.

Теоретической и методической основами исследования явились гоосистачньй подход /Сочава, 1978/ и общесистемные положения, используемые в работах Г.Ф.Хильми /1%6/, А.Д.Арманд /197Ь,10вЬ/,

л.л., ьаконовс. /1961, 1991/. Основой выбора экспериментальных площадок послужил геотопологический подход /ласточкин, 19с?, 1991/. Оценка потенциального разнообразия геофизических параметров среды и нолевые наблюдения проводились в соответ-стйпу с рекомендациями но изучению микроклимата /Романова, 1977, [йен/. Геохимические аспекты функционирования рассматривались с привлечением представлений о направлениях и силе потоков вещества и энергии в элементарных геохимических ландшафтах /Долынов, 18СЗ; Ьерельман, 1УС6/. Изучение растительной биомассы велось по стандартной методике /Ьазилевич, Титлянова и др., 1978/. Анализ почвенно-геоморфологических. процессов основывался на представлениях й. АЛ лазовской /19ь4/, С.С.Воскресенского /1971/, А.Дж.Лдер-рарда /1984/.

источники информации. Решение задач исследования основано на полевых материалах, собранных в 1991-1993 гг. с использованием разнообразных методик изучения микроструктуры ночвенно-расти-тельного покрова, микроклимата, картографирования, учетов надземной и подземной биомассы в пяти ГС ландшафта, приуроченных к склонам различных экспозиций. Маршрутные исследования сопровождались ландшафтным профилированием и дешифрированием крупномасштабных аэрофотоснимков, и работе использованы материалы отдела А4С Северо-йападного лесоустроительного предприятия, фондов ВСЕГЕИ, учтены рекомендации сотрудников ВНИИшШа, ЕИНа РАН, ШбГУ.

Научная новизна, впервые для Северо-Запада России проведены всесторонние исследования наиболее распространенных склоновых ГС. Получены данные по структуре почвенно-растительного покрова, произведены учеты обшей растительной массы в пяти фитоценозах.

Разработана концептуальная модель функционирования ГС топологического уровня. Выявлены взаимосвязи между основными блокани функциональной и звеньями пространственной структур, определены

факторы их изменчивости и устойчивости. Обоснованы главные функции склонов в системе "водораздел-долина". Оригинальными также являются использованные в работе метод оценки изменчивости параметров и интегральный показатель сходства различных ГС.

Практическая значимость. Разработанная автором модель и метод интегральной эколого-географической оценки ГС могут быть полезны для различных аспектов природопользования.целесообразно применение полученных материалов и результатов оценки склоновых ГС как исходных при проведении экологического мониторинга района, а также при обучении студентов географических факультетов.

Апробация -работы. Отдельные материалы обсузде.-..;. -.с-, .■•уп' -кр^ктячссук конференциях в Горно-Алтайске /1992/, Пензе /Г?Э2/, Нижнем Новгороде /1593/, Пущино /1393/. Основные результаты и выводы исследования были предста&яены на Герценовоких чтениях в РГПУ им. А.И.Герцена /1953, 1954 гг./.

По теме диссертации опубликованы пять работ.

Объем и структура работы, диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. она включает страниц машинописного текста, £0 "аблиц и *2<Грисунков. Список литературы содержитнаименована,-.

ОСНОШЫЕ ПОлОКЕНИЬ й ЗЫЗОДЫ ¿КССЕРТАцИ»'!.

I. Концептуальная модель эколого-геогрьлической оценки функционирования ГС топологического уровня. Модель оценки зклю-чает два аспекта: географический, или фоновый, характеризующий среду формирования и функционирования ГС з пределах одного ландшафта; топологический, в котором географические факторы предстают в многообразии конкретных экологических условий.

Первый предполагает нормирование плока ик?орагации о разнообразных потоках вещества и энергия. Экзогенная энергия /солнечная радиация/ определяет границы максимально возможного проявления процессов рельеао- и почвообразования, синтеза органического вещества на данной территории; эндогенная /тектоническая/ - предел максимального проявления гравитационных процессов, минеральная компонента предопределяет сус-стратнке и геохимические свойства ландшафта, значение гидрологического режима обусловлено такими свойствами воды как повсеместное присутствие, высокая теплоемкость, растворяющая спосооность и подвижность. Таким образом, географический /фоновый/ аспект раскрывает потенциал террито-

рии, тот диапазон возможностей, который предстоит реализовать формирующимся ГС.

Второй блок модели - местоположение, где географические условия предстают в качестве экологических. В геотопологической оценке ГС важное значение имеют гравитационная илнсоляционная экспозиции, которые обусловливают энергетические и кинематические показатели потоков вещ~':тва и энергии, их трансформацию"и баланс, определявшие геофизическое и геохимическое своеобразие элементарных поверхностей. Огромную роль в этом играет изучение внутренних процессов ГС, основными из которых являются рельефо-, почвообразование и накопление биомассы, т.е. обмен и перераспределение вещества и энергии гравигенными и биогенными потоками.

При таком подходе, под ГС понимается органический сплав общего и частного, внешних и внутренних влияний, географических условий территории и индивидуальных экологических черт местоположения , предпосылок /потенциала, иногда накапливающегося длительно/ и их конкретного во времени и пространстве воплощения, в совокупности дающих новое качество.

2. Оценка географического Фона в средней части бассейна реки Дуги. Литогенной основой служат девонские пески, перекрытые сверху озерно-ледниковыми и моренными песчано-супесчаными отложениями, что определяет высокую водопроницаемость почвогрунтов и сказывается на свойствах почв, характере стока /на соотношении поверхностного и подповерхностного/, выраженности эрозионных форм рельефа. Неглубокому врезу речных долин и относительной вы-положеиности склонов /особенно северной экспозиции/, а также преобладанию северо-западной ориентации в ландшафтном рисунке способствует относительно спокойный тектонический режш/' территории.

Сток определяется гумидностью климата. Пик миграционных процессов весной усиливает внешние и внутренние связи ГС. Его ослабление способствует процессам накопления. Наибольшей стабильностью отличается увлажнение подножий склонов, что связано с высоким уровнем'грунтовых, выклиниванием внутрипочвенных вод и перераспределением осадков в условиях близости дренирующих понижений.

Потенциальные различия микроклиматов ГС связаны с экспозицией крутизной, формой и положением поверхности. Наиболее распространенной формой профиля склонов является выпукло-вогнутая.

Топологическое разнообразие укладывается в рамки четырех элементарных геохимических ландшафтов: элювиального, транзитного, тран-зитно-аккумулятивного и делювиально-аккумулятивного.

3.Особенности склоновых ГС. Характерными типами местоположений являются крутые коренные и пологие подножные части склонов. В них были заложены пять репрезентативных экспериментальных площадок, соответствующих разным фациям ландшафта, где проводились комплексные полевые наблюдения. Базовыми для сопоставления результатов явились ГС дренированной части междуречий.

Ельник мертвопокровно-зеленомошный с сосной на подзолах аль-фегумусовых /контрольная площадь, № I/ занимает автоморфное местоположение на приподнятом крае водораздельной равнины, ограниченное сосняками разной степени заболоченности и бровкой склона речной долины. й«у свойственны низкий уровень почвенно-грунтовых вод, элювиальный геохимический режим, инергопотенциал ГС определяется средней для расчленннного рельефа теплообеспеченностью поверхности /сумма прямой радиации 39,5 ккал/см^в год/ и средними значениями ФАР /950 МДж/м2 за безморозный период.

Песчаный механический состав почв определяет большую их скважность и водопроницаемость, промывной водный режим и господство в профиле окислительных процессов. Низкая влагоемкость и хороший дренаж обусловливают относительную сухость корнеооита-емых горизонтов, усиливаемую перехватом осадков кронами елей и достаточно глубоким прогреванием поверхно/.ти на полянах и под кронами сосны. Почвы характеризуются сильнокиолой реакцией, высокой гидролитической кислотностью /16-20 мг-экв. на Юи г/, низким содержанием подвижных форм железа и алюминия, обменных оснований, доступных растениям аорм х^О / 4 мг/ЮО г/ и РмЛ- /' 1 мг/ЮО г/, слабой гумусированностью /

Общая масса древостоя равна 146 т/га, из которых У0% приходится на ель и осину, 1Ь% на березу и на сосну. Структура биомассы различается в соответствии с возрасток, состоянием и биологическими особенностями пород. Ь среднем для насаждения масса стволов составляет ьЗ/0, ветвей 11',», листьев /хвои/ о,ор, корней 20,5$.

неоднородность гидротермического режима под пологом дрнво-стоя определяет пестроту напочвенного растительного покрова, представленного четырьмя микрогруппировками АГ/: мертвопокров-

но-зеленомошной '26% от общей площади/, зеленомошной /10%/, луго-виково-зеленомошной /'¿Ь%/ и чернично-зеленомодшой /2Ъ%/, составляющих соответственно 2, 24, 39 и 34% от общей массы 5,6 т/га. В надземной части выделяется три фитогоризонта /ФГ/: зеленомош-ный /0,9 т/га/, кустарничковый /0,8 т/га/, луговиковый /0,4 т/га/.

В распределении подземной части также проявляется ярусность: корни трав и кустарничков сконцентрирован;!: главным образом в лесной подстилке, древесные корни - в оторфованной подстилке и верхней части подзолистого горизонта. Корни лиственных пород обычно более углублены по сравнению с елью. В целом наблюдается неглубокое освоение минеральной толщи: С0% корней концентрируется в горизонте около ЗО/Й - в А2, менее 10% приходится на верхнюю часть горизонта В, глубже 40 см уходят отдельные якорные корни, проникающие до глубины 100 см и глубже.

Особенность микроклимата ельника мертвопокровно-зеленомошно-го в сравнении с сосняками и болотами междуречья заключается в большей стабильности суточных и сезонных изменений гидротермического режима, что выражается в снижении амплитуд температур по -верхности, почв и воздуха, а также росте среднесуточных температур по мере увеличения бонитета древостоев и сомкнутости крон.

Главным фактором внутренней неоднородности ГС является структура и ценотические отношения биокомпонентов двух парцелл: ель-, ника мертвопокровного и сосняка мелколиственно-зеленомошного. Сукцессия, вызванная улучшением условий дренированности междуречья, выражается в расширении площади и увеличении эдиаикатор-ной роли ели.

липняк широкотравный с ссрольшаником на примитивных транса элювиальных почвах /экспериментальная площадка ^ 2/ занимает крутой /20-35°/, волнистый в плане склон речной долины восточной экспозиции. По теплообеспеченности он близок к предыдущей ГС /39,1 ккал/см'"' в год/, а по значению ФАР несколько превосходит ее /'960 ¡.¡¿ж/'м^ за б.м. период/. Большой уклон вызывает преобладание латеральной миграции поверхностных вод над вертикальной, что ограничивает развитие процессов, вызывающих дифференциацию почвенных профилей, их онодзоливание. С этим связана менее кислая, чем у почв "контроля" реакция верхних горизонтов /рН водный 4,4-5,5 мг-экв./, меньшая гидролитическая кислотность /5,51-10,3 мг-экв./', более высокое содержание в них обменных оснований /5,В-

12 мг-окв./', подвижных форы р20(г и К20 /соответственно 8 и 6 иг/ 100 г/, аморфных форм железа /0,3%/ и алюминия /0,11-0,14%/.

Чередование выпуклых и вогнутых в плане форм создает неоднородность геохимического режима поверхности, "а выпуклых, более крутых элементах, латеральные потоки расходятся радиально, их высокая скорость ограничивает инфильтрацию, способствует горизонтальному перераспределению вещества в нижней части склона. Энергичный плоскостной смыв вызывает постоянное омоложение почвенных профилен, их примитивное строение /отсутствие подстилки, маломощность и т.д./, близость подстилающих коренных пород.

На вогнутых, более выположенных элементах, конвергенция латеральных потоков увеличивает их емкость и силу, однако быстрое снижение скорости приводит к частичной аккумуляции поступающего вещества и инфильтрации, что реализуется в некотором увеличении мощности делювиальных отложений и почвенных профилей.

Общая биомасса древостоя достигает 170 т/га. Она образована на 52% ольхой, на 34% липой и вязом, на 14% хвойными и мелколиственными породами перестойного возраста, продукционная структура насаждения близка к значениям,полученным на водоразделе: стволы 68%, ветви 10%, листья /хвоя/ 6%, корни 16%.

Общая масса напочвенного покрова 2,3 т/га. Распределение ее по площади связано с разнообразием экологических условий: 5о.% массы приходится на широкотравные МГ, занимающие опту.адымше ~о оезещескости выпуклые элементы рельефа /о2% от общей площади/; 27% - на разреженные широкотравные МГ на затененных, склонами и верхними фитогоризонтами вогнутых участках /22% площади/; 22% составляют разнотравно-злаковые МГ верхних частой склона /2Ь> площади/.

В характере наполнения почв корнями имеется ряд отличий от контроля. Прежде всего, в подземной масее лиственных пород доля собственно корней выше, чем у хвойных. Уровень максимальной загруженности опускается до глубины 20-40 см. Возросшее участие травянистой растительности увеличивает массу ежегодного корневого опадз. Богатая мезо- и микрофауна обеспечивает интенсивное разложение'его во всех горизонтах. Ьолее равномерное и глубокое освоение почв обеспечивает тесный контакт с материнскими породами, их разрыхление и обогащение гумусом.

Интенсивному освоению почв, а также выживанию сеянцев широ-

колиственных пород и сохранению вегетативных частей /корневищ и луковиц/ неморальных видов способствуют особенности микроклимата: хорошее увлажнение почв /запасы продуктивно" влаги в 2-6 раза выше, чем в ельнике водораздела/, глубокое прогревание их летом и слабое промерзание зимой, большая стабильность суточных и сезонных температур воздуха, которые определяются значительным уклоном поверхности и сомкнутостью многоярусного экрана зеленой массы.

Основой выделения двух подсистем является неоднородность геохимического режима поверхности: на выпуклых участках с транзитным режимом формируется липняк широкотравный, на вогнутых с транзктно-аккумулятивным - серольшаник с липой разреженно-широ-котравньм. Большая сложность первого проявляется в комплексности травянистого покрова в связи с изменением дизико-химических свойств почв вниз по склону. Характерная для данного местоположения высокая устойчивость латерального потока, определяющая постоянство поступления вещества и энергии из соседних ГС и выраженную энтропию среды, обусловливает сложность структуры и интенсивность функционирования рассматриваемой ГС, стимулирует накопительные и структурные процессы в подножье.

Липняк снытиево-широкотравный с подростом ели /экспериментальная площадка ЛЬ/ на дерново-перегнойных делювиально-аккумулятивных ожелезненных почвах занимает размытую эрозионно-аккуму-лятивную надпойменную террасу в подножье крутого склона восточной экспозиции. ГС характеризуется средней теплообеспеченностью /39,5 ккая/са/ в год прямой радиации/, но сниженной ФАР /640 МДж/м'У. Слабый уклон /Ъ-7°/ и небольшие относительные высоты поверхности вызывают замедление скорости латеральных потоков и преобладание вертикальной внутрипочвеннок миграции.

Делювиально-аккумулятивный геохимический режим обеспечивает большой накопительный потенциал ГС, проявляется в мощности повер' хностнкх отложений к повышенном содержании илистых частиц, обусловливает влагоемкость, структурность, высокую поглотительную способность почв, ее насыщение обменными основаниями /17-40 мг-экв./, подвижными К^О и Р^О^ /5-12 и 7-15 ыг/100 г соответственно/, близкую к нейтральной реакцию среды /рН водный 6,4-ь,7/, низкую гидролитическую кислотность /Ь,8-5,4 мг-экв./, резкое повышение гумусированности /Ь,7-И,Ь%/ и накопления аморфного желе за /о,2-6,0%/.

Общая биомасса древостоя /104 т/га/ образована на 50$ липой, €9% - березой, 11$ --вязом и елью. Основная ее часть представлена стволами /65%/ и ветвями /12%/, меньшая - листьями и хвоей / Ь,Ъ%/ и корнями /1Ъ%/. Напочвенный растительный покров по видовому составу, структуре и запасам /2,1 т/га/ сходен с ГС соседнего коренного склона. В кем выделяется три МГ: на вогнутых в плане элементах поверхности - разреженно-широкотравная /46$ площади/, на выпуклых - снытиево-широкотравная иод липой /2?$/ и па-поротниково-широкотравная, затененная елью /21%/, составляющие соответственно 51$, '¿4% и 15$ от общей массы.

Микроклимат летом отличается повышенными температурами при пасмурных и низкими - при ясных типах погоды, глубоким прогреванием почв, наибольшими запасами продуктивной влаги; зимой - хорошим снегонакоплением и слабым промерзанием почв.Причинами значительно постоянства гидро-термического режима ГС являются высокий уровень и выклинивание почвенно-грунтовых вод и стабилизирующее влияние биокомпонентов.

Отличительными чертами ГС подножья являются: усложнение вертикальной структуры за счет негэнтропийных процессов в почвенно-минеральной подсистеме /накопление делювия, зрелость и дифферен-цированность почвенных профилей, "фильтрация" приходящих сюда почвенно-грунтовых вод, консервация погребенных гумусовых горизонтов/ ; упрощение горизонтальной структуры /изменения затрагивают только отдельные свойства почвенного и напочвенного растительного покрова/; замедленное накопление биомассы.

Ельник мертвопокровно-зеленомошный на подзолах и смытых опод-золенных трансэлювиальных почвах склона южной экспозиции лога /экспериментальная площадка I 4/ характеризуется высокой тепло-обеспеченностью /49,4 ккал/см^в год/, высокими значениями ФАР /1060 МДк/м2/ и большим уклоном поверхности /25-35°/, Сохранению прямой формы и крутизны способствует постоянный русловой водоток на дне лога, относительная сухость верхней и средней частей склона, развитие мощных лесных подстилок.

Волнистая в плане форма создает разнообразие гидро-термического и геохимического режима поверхности и лежит в основе горизонтальной неоднородности почвенно-растительного покрова: к выпуклым элементам рельефа приурочены ельники мертвопокровно-зеле-номошные на маломощных оподзоленных трансэлювиальных почвах, к

вогнутым - ольники кустарничково-зеленомошные, под которыми развиваются различные подтипы и виды существенно более влажных подзолов трансэлювиальных.

Почвы выпуклых участков отличаются от почв водораздельной площадки /Ш/ меньшей гидролитической кислотностью /8-14 мг-экв./, повышенным содержанием обменных оснований /Ь-8 мг-экв./, гумуса /1,з-£,0$/, подвижных Р2О5 и К^О /соответственно 1,2-5,2 и 2,39,0 мг-экв./ и аморфного железа /0,2-0,4$/. На вогнутых участках с хорошо выраженным промывным режимом значения рН водного, гидролитической кислотности, содержания гумуса, а также подвижных форм калия и фосфора понижены, тогда как содержание обменных оснований и аморфного железа и алюминия повышено по сравнению с выпуклыми элементами,рельефа.

Микроклимат ГС формируется повышенным приходом солнечной радиации в условиях неполной сомкнутости крон древостоя. В летний период его отличает сухость и интенсивное прогревание почв, высокие значения максимальных и амплитуды суточных температур воздуха / особенно в ясную погоду/. Зимой снежный покрбв имеет минимальные показатели мощности, площади покрытия, запасов воды; его сход опережает оттаивание почв весной. Высокая энергообеспеченность способствует ускорению продукционных и сукцессионных процессов.

Древостой имеет наибольшие /из всех изученных/ запасы биомассы /223 т/га/, образованные в основном елью /Ы%/ и сосной /29£>/.В его составе ЬЪ% приходится на стволы, 12% - ветви, 5,6% - хвою и листья, 14% - корни, основная масса последних сосредоточена на глубине 35-40см /подобно ГС склона речной долины/. На экспериментальной площадке выделано три ¡¿Г напочвенного растительного покрова: зеленомошнал /52,8/ь от общей площади/, чернично-зе-леномошная /1Ь,2%/ и мертвопокровная /3455/. В них накоплено 4,9 т/га рстительной массы, состоящей на Ь9$ из зеленых мхов и на 28% из кустарничков. Значительное накопление биомассы ГС в однородной зрелой части древостоя свидетельствует о достижении им равновесного состояния.

Ельник мертвопокровно-кислично-зеленомошный на подзолах трансэлювиальных склона северной экспозиции лога /экспериментальная площадка № 5/ характеризуется сниженной теплообеспеченностыо /26,1 ккал/см2 в год/, средними значениями ФАР /940 МДж/м2/, от-

носительно выположенной поверхностью /18-20°/.

Усиление промывного режима почв фиксируется развитием•элювиальных горизонтов и глубиной профилей. В отличие от водораздела почвы имеют пониженную гидролитическую кислотность /5,0-12,0 мг-экв./, повышенное содержание гумуса /1,8-6,0 %/, обменных оснований /1,9-2,9 мг-экв./, подвижных форм калия и фосфора /3,2 и 1,7-3,9 мг-экв./, аморфного железа /0,14-0,57 %/. В отличие от склонов южной экспозиции несколько снижены показатели гидролитической кислотности, суммы обменных оснований и содержание подвижного калия и фосфора.

Общая биомасса древостоя 164,9 т/га , из которых 55$ составляет ель, 41$ - мелколиственные породы, 4$ - сосна. 3 среднем на стволы приходится 68%, на ветви - 12%, корни ~1А%, листья и хвою - 5,6% массы. Распределение корней сходно с водоразделорл, большая часть сконцентрирована в верхнем 20-ти см слое почвы. Плотная сомкнутость крон /=1/ создает значительное затенение, следствием которого является наименьшая /из рассматриваемых/ биомасса напочвенного растительного покрова /1,1 т/га/. Ее распределение по поверхности отражает нарастание влажности и богатства почв к подножью: 43$ площади под мертвопокровной МГ дают 19%' общей массы, столько же под кислично-зеленомошной - 47$, а 14% площади черннч-но-зеленомошной - 34$.

Микроклиматические различия с противоположным склоном лога проявляются главным образом в значениях максимальных температур. Летом при ясной погоде среднесуточные температуры воздуха на Н -= 0,2 м на 1-2° ниже. В то же время в пасмурную погоду склон северной экспозиции часто оказывается теплее за счет инерции остывания более влажных почвогруцтов и плотной сомкнутости крон. Зимой глубокое промерзание почв связано с затенением поверхности.и сдува-нием снега о выпуклых частей склона.

Физиономическое сходство и инвариантность структуры придо-линно-водораздельных ГС елово-зеленомошного типа позволяет расположить их в возрастной ряд: наиболее зрелая — на северном,-моладая- на южной склоне лога. Снижение биомассы в среднем звене /на краю водораздельной равнины/ противоречит закономерности ее сукцессионного накопления и позволяет предполагать ее антропогенную нарушенность или лимитирующее влияние экологических условий,на проявление биопотенциала поверхности.

Содоставление природных комплексов. Сравнение ГС основано ни материалах комплексных наблюдений. База данных включает определение средних значений ЬО различных параметров, характеризующих местоположение, пространственную и функциональную структуры ГС и объединявшихся в группы биотических /качественных и количественных/, почвенных /по генетическим горизонтам/, микроклиматических /температура и влажность почв и воздуха/ и топологических /уклон и теплообеспеченность поверхности и др./.

Интегральным критерием сходства является декартово растоя-ние между объектами в декартовом ¡«-мерном пространстве, координатами которого служат М предварительно отобранных и пронорми -рованных параметров. Общая формула для вычисления "расстояний":

где - множество параметров, по которым производится сравнение;

а,в - номера сраниваемых вариантов;

р£В - значения ¿-го параметра для сравнения вариантов;

К - коэфициент значимости ¿-го параметра.

Оценка сходства имеет два основных аспекта: первый характеризует место склонов в системе зональных природных комлексов, второй - положение отдельных ГС в склоновом типе местности.

Для обработки экспериментальных данных была использована электронная таблица ЗирегСавс4 на ПЗВм 1ВМ РС/АТ.

Сравнение с контрольной группой параметров /вариант I/ дает представление о сходстве и различиях склоновых ГС /варианты : 2, 3, 4, 5/ с типичным?, для ^-г.кстзежной подзоны ельниками мертво-покровно-зеленомошными. Сравнение по отдельным группам параметров /биотической, почвенной и др./ позволяет уточнить их роль в формировании топологических различий структуры и функционирования склоновых геосистем.

Наибольшим сходством с комплексами междуречий обладают ГС логов: склоны северной экспозиции - но большинству групп и сумме параметров, склоны южной экспозиции - по гидро-гермическому режиму и свойствам А0 и А^. Наименьшее сходство с контрольными показателями имеют склоны речной долины, их крутые части подчеркивают микроклимаитческие различия, а подножья - особенности почвен-но-раститального покрова.

Интегральная оценка по суше всех показателей позволяет выделить три^группы сходства: большого /1-5, 1-4/, среднего /2-ь, 4-Ь и др./Т минимального /3-4/. Аналогичную, хотя и менее детализованную оценку сходства ГС дает использование суммы визуально определяемых в иол^ параметров, что служит подтверждением достоверности менее трудоемких и дорогостоящих экспресс-методов.

5. Основные Факторы изменчивости структуры и функционирования склоновых ГС в топологическом пространстве. Для характеристики пространственной изменчивости отдельных параметров структуры и функционирования использован относительный показатель - процент от среднего значения для группы ГС. Совмещение .графиков, построенных по относительным величинам позволяет проследить и сопоставить особенности микроклимата, свойств почв, запасов и структуры растительной массы и других показателей в различных местоположениях.

Главным фактором внутренней неоднородности склоновых Г'С является гравитационная экспозиция элементов рельефа и их положение по отношению к основной дренирующей системе территории-долинному комплексу. Так, стабильность увлажнения склонов речной долины, особенно их подножий, обеспечивает оптимальные условия гидро-термического режима почв, уменьшение амплитуды суточных и сезонных температур на поверхности, снижение кислотности химической среды, что способствует поселению или сохранению на них требовательных к экологическим условиям широколиственных пород.

Положение на профиле склона определяет кинематические характеристики потоков, перераспределяющих вещество, баланс процессов транзита и аккумуляции. Плоскостной и внутрипочвенный смыв геохимических мигрантов с крутых частей и накопление их на выполо-женных и вогнутых частях, постоянное обновление верхних гори -зонтов обусловливают пространственную неоднородность почв. Перераспределение осадков и холодного воздуха влияет на микроклиматические особенности частей склонов.

Ълияние формы поверхности в плане, задающей направление латеральных потоков, проявляется в повышенном увлажнении вогнутых частей, отличающихся в логах большой мощностью лесных подстилок и пбдзолистых горизонтов, снижением рН водного, усилением выноса гумуса, подвижных форм калия и фосфора.

Инсоляпионная экспозиция в гумидных условиях при значитель-

ном облесении не имеет существенного влияния на различия ГС. Полярность теплообеспеченности южных и северных склонов проявляется лишь в некоторых микроклиматических и миграционных особенностях, не выходящих за пределы одного инварианта. Слабая асимметрия склонов в значительной мере унаследована от перигляциальных условий, в которых начиналось формирование логов.

дополнительная солнечная энергия, поступающая на склоны южной экспозиции, способствует ускорению продукционных и сукцесси-онных процессов, но основной причиной резкого увеличения запасов биомассы в ГС служит возрастная структура древостоя, на четвертую перестойную часть которого приходится &2>% общей массы.

Большую роль в формировании пространственной неоднородности ГС играют запасы и структура биомассы. Выявлено четыре типа изменчивости. 1/. Общее видовое разнообразие коррелирует с параметрами химической реакции среды, богатством почв и определяется количеством видов в подлеске и напочвенном покрове /в т.ч. неморальных и субнеморальных элементов/. Высокими значениями отличаются ГС речной долины, особенно крутой коренной склон, низкими - водораздельные. 2/. Обилие бореальных элементов сопутствует типично таежным условиям. 3/. Разнообразие ксероморфной растительности присуще теплообеспеченным несомкнутым древостоям. 4/. Однородность верхнего кронового х'оризонта характерна для более динамичных и зрелых 1'С. В целом, верхние фитогоризонты играют средообразующую роль и позволяют определить состояние ГС, а нижние - определяют видовое разнообразие и служат индикаторами экологических условий.

Характер распределения биомассы играет большую роль в формировании микроклиматических различай. В частности, в ГС речной долины зимой прозрачность крон широклолиственных пород и густой подлесок способствуют накоплению снежного покрова, а весной -быстрому прогреванию поверхности. Обильный листовой опад зимой оказывает утепляющее влияние. Летом многократное перекрытие фи-тогоризонтов экранирует вертикальные потоки вещества и энергии, обеспечивая большую стабильность экологических условий.

Влияние биокомпонентов на почвообразовательные процессы связано с составом растительных опадов и характером их разложения. 'Гак, опад широколиственных пород и широкотравья на склоне речной долины характеризуется высокой зольностью, что способствует быст-

рому разложению с участке... сьгатои ые?о- к микрофаунь., микрофлоры. Зто определяет несплошиой покров и маломощность лесных подстилок /горизонт А0/, мулевый характер гумуса и развитие гумусово-акку-мулятивных горизонтов Ар В ГС хгюйно-зеленокошнэго типа опалы низкозольны и богаты дубильными веществами, восками и смолами, следствием чего является их медленное разложение, накопление в виде подстилок разной мощности, а также образование гумуса типа "кодер" и подзолистых горизонтов А2 под Ац.

В пространственной дифференциации запасов напочвенного покрова прослеживается компенсаторность функционирования по отношению к условиям увлажнения и освещения, что проявляется в обратной корреляции с показателями распределения биомассы верхних дитого-рияонтов, определяющих световой и гидро-термический режим поверхности.

Общие запасы древостоев в разных ГС в общем близки. Значительная корреляция процентного распределения биомассы обследованных древостоев по фракциям /ассимилирующей, скелетной и подземной частям/ свидетельствует о сходстве их продукционной структуры и позволяет говорить об инвариантности продукционного процесса в условиях хорошо дренированного края водораздельной равнины и склонового комплекса. Значительные видовые вариации выступают в качестве приспособительной реакции ГС в достижении равновесия.

Стремление к достижению максимально возможной биомассы, независимо от таких параметров среды, как крутизна и теплообеспе-ченность /гравитационная и инсоляционная экспозиции/, объясняется ее функциональным значением. Биомасса опр:доляет радиус освоения пространства. Так, по сравнению с напочвенным растительным покровом, древонтой своим пологом осваивает лучшую в энергетическом отношении часть приземного слоя атмосферы, а корнями - большую площадь питания и водоснабжения. Вместе с тем, древесная масса - это запасы воды и минеральных веществ, используемые при необходимости. ¡¿оятому лес не только не испытывает дискомфорта при большем диапазане изменений экологических условий, но и в значительной мере формирует их. 1олее того, он оказывает известное стабилизирующее влияние на климатические и гидрологические параметры географической среды.

ь. Аспекты устойчивости ГС. Оценивая соотношение тенденций изменчивости и устойчивости в аднкционировании ко^плеса склоно-

вых ГС, мы ислодим из того, что если во временном аспекте устойчивость относительна, а изменчивость абсолютна, то в пространственном /топологическом/ - наоборот, изменчивость относительна, а имеет подчиненное значение и направлена на достижение устойчи -вости и сохранение динамического равновесия ГС.

Интегральным фактором изменчивости среды является латеральный поток /сток/, скорость и направление которого определяют пути миграции вещества и энергии, связи между ГС одного порядка и включение их в систему глобального геологического круговорота веществ. Сложность структуры и динамизм ГС в обобщенной форме являются функцией скорости латерального потока, они затухают по мере выравнивания поверхности и удаления от основного канала вещества, анергии и информации - реки. Ь этом же направлении снижаются ег.'хо-ть и скорость биологического круговорота, что проявляется в накоплении неразложившегося органического вещества. Примером этого могут быть болотные ГС. Даже незначительное увеличение скорости латерального потока активно используется био -компонентами, стремящимися к накоплению массы, повышающей их сопротивляемость, способность к освоению и изменению окружающей среды. Дальнейшее повышение скорости латерального потока способствует выявлению биопотенциала географической среды, достигающему максимума на крутых склонах речной долины. Смена инвариантов и их модификаций при этом рассматривается в качестве приспособительной реакции ГС для достижения устойчивости в конкретных экологических условиях.

Н объяснении механизма стабилизации мы основываемся на положении, связывающем инерцию тел и систем с их массой, которое применительно к 1С имеет следующий смысл: биомасса - мера устойчивости ГС, так как ока определяет объем и интенсивность освоения среды, является наиболее динамичной, гибкой, чуствительной к изменениям, обладает повышенной способностью к накоплению вещества , энергии, /ли орьсашш.

Стабилизирующая роль оиокомнснеятов в зависимости от ситуации проявляется ио-рьзноку. Ь условиях ¡максимальной скорости латерального потока /н.-. крутом склоне речной долины/ активная энтропия среды служит основой для максю.нйасик негэнтропии живого вещества. Накопление еиомьссь, ее равномерное распределение по горизонтам, большая мощность аикого слоя становятся конструк-

тивным ректором стабилизации всех параметров ГС: литогенной основы, микроклимата и др.

В условиях нзкоторого снижения скорости, силы«-и постоянства латерального потока /в логах переменного увлажнения/ накопление биомассы замедляется. Восстановительная сукцессия ельников включает даже промежуточное звено, когда временно устойчивость ГС поддерживается массой мелколиственных пород. Компенсаторное недостатку интенсивности биологического круговорота стабилизирующее действие оказывает масса мертвой органики /горизонт А0/, медленное разложение которой делает ее временным накопителем-вещества и энергии, средой для организмов, броней для склонов. Велико ее экранирующее воздействие и на вертикальные потоки. На болоте стабилизация ГС целиком переходит к мертвому органическому веществу, которое выполняет эту функцию пассивно, обладая наибольшим сопротивлением к разложению и огромным накопительным потенциалом. Живая часть редуцирована до минимума, необходимого для ассимиляции и воспроизведения. Это деструктивный тип поддержания устойчивости.

В ряду "склон-водораздел"можно проследить эволюционные эта -пы совершенствования способов достижения устойчивости: от пассивного - создание достаточно стабильной среды массой органических накоплений, которая отличается консервативностью, сниженной чувствительностью к "шуму", до активного, основанного на концентрации в ГС /в биомассе/ богатой информации, гибкости ее использования, высокой чувствительности и скорости реакции. 13идовой состав ГС отличается по участию /доле в биомассе/ низших и высших растений, а среди последних соотношением голос менных и покрытосеменных. Можно сказать, что общая эволюционная продвинутость ГС широколиственного типа обеспечивает им преимущество в борьбе за оптимальное в экологическом отношении пространство.

Вце один пассивный тип сохранения устойчивости проявляется при снижении потенциальной и кинетической энергии латеральных потоков /в подножьях склонов речной долины/. Он основан на гравитационной стабилизации и негэнтропийнкх процессах в неорганической части внутренней -:редь ГС. ¿.сш-шуа рель аде;: играет сезонное пересечение и смыкание потоков во время весеннего снеготаяния и половодья.

Из всех перечисленных способов достижения и сохранения ус-

тойчивооти наиболее элективным в функциональном отношении следует считать конструктивный. Несмотря на то, что ГС такого типа самые ранимые, от-. обладают самым большим восстановительным потенциалом, т.к. их динамизм обеспечивает достаточно быстрое воззврашенке к равновесию, если воздействие не превышает пороговых нагрузок.

?. Роль склоновых ГС в ландшафте. Парагенетические комп-ле! оы сроков речной долины и логов образованы сочетанием ГС двух типов: вимжолис-венного и елово-зеленомошного. Естественными границами пространственной и функциональной целостности изучаемых ГО следует считать с:/ону геохимических режимов, приуроченную к перегибам в рельефе /оровка склона речной долины, переход к подножью, гресневые и килевые линии/', iipn этом отдельные компоненты /например, растительность/ могут не изменятся, подчеркивая однонаправленность процессов саморазвития ГС. Внешние границы /с поймой и заболоченны/ междуречьем/ проявляются з перестройке всех компонентов, внутреннюю связь и сходство ГС эрозионного происхождения и цулогонаклокного края водораздельной равнины определяет дренировашюсть.

.lora язляются основными канглами связи межлу водораздель -ной равниной и долинок реки. Транзит вещества осуществляется во всех .:ориах и агрегатных состояниях: хидком, твердое, ионном, газообразном. с водораздела иереносктзя большое количество тепла Vi\ временное накопление связано с шзкдо гиппод '.-тоическкм волоке ние:-.' днии;, и;п;рх;не;: остывании влажных грунтов, нестабильным ре-ядоо» увлажнения устьевых участков. Накопление генетической at-sj-c ..i. ..-• сбескечено относительно высоким видовым разнообразие».- и хорошим плодоношением вксокоболитетногс древостоя.

Склоны речной долины также осуществляет транзитную иушсшвп, чему в значительно}: мере скоаосствуют кр;>тизна, элементы микро-гелье-io /делди/, ¿снгакт с -грунювь?.;;; водами, г.роме того, переувлажненные почвы подножки способны удерживать тепло, а зимняя прозрачность крон н густо»: подлесок оооскечиза&т накопление сне га. Спепк-'.кка экологических условии позволяет сохраняться редким к тедлолюсивь'м видам растительности, что делает ГО речной долины банке:/ генов, значение которого монет проявиться при изменении географических условий, высокая скорость и емкость биологического 'круговорота служит "ловушкой" для микеса.'ьных эле-

ментов. Барьерная роль подножий обусловлена низким гравитационным потенциалом, особой химической средой, выходами водоупоров. 3 качестве наиболее древних и относительно устойчивых накопите.-лей, о чем свидетельствуют сохранившиеся участки реликтовых почв и погребенные гумусовые горизонты, подножья способны выполнять функцию "памяти" ландшафта.

КРАТКИЕ ВЫВОДА.

1. Метод эколого-географической оценки склоновых ГС позволяет выделить их инварианты, выполняющие сходные природные и социальные функции /что необходимо учитывать при построении региональной стратегии природопользования/ и предполагает следующий алгоритм действий:

- формирование двух блоков информации, характеризующих фоновую географическую /ландшафтную/ среду и топологические различия формирования и функционирования ГС;

- в соответствии с представлениями о многомерности географического пространства, сходство между ГО определяется по сумме параметров их структуры и функционирования /координат/, позволяющих найти "декартово"расстояние при попарном сравнении ГС. Полученная матрица расстояний служит основой для объединения ГС по степени сходства в группа /число которых определяется задачами исследования/ ;

- для определения специфики выделенных групп целесообразно сопряженное изучение пространственной дтгж/лт. отдельных параметров, их корреляционный анализ, позволяющий определить вес отдельных факторов дифференциации, лежащих в основе изменчивости ГС. С этой целью удобно использовать относительный показатель - процент от среднего для значений данного геотопологического ряда;

- заключительным этапом оценки является характеристика способов достижения и сохранения ГС динамического равновесия с условиями внешней среды, определение их функций.

Важнейшими показателями устойчивости ГС следует считать характер накопления и распределения биомассы, определяющей глубину пространственного освоения среды и, следовательно, массу ГС.

2. Использование предлагаемого метода при изучении склоновых ГС эрозионного происхождения в средней части бассейна р.Луги позволило сделать ряд теоретических и практических обобщений:

- впервые, наряду с транзиткой и аккумулятивной функциями склоно-

вьх перагонетических комплексов .г-шлеляется "оОо,лочечна^"роль в л^ндаадте, осноьанная на активности биогенной трансформации зе~ шества и энергии, барьернкх /в гравитационное и геохимическом отжизешшх/ свойствах иодкожий. Они представляют собой контактное »вено на границе меа /речий с речными системами, связывающими их в единый организм ландшафта. Сходство склонов с другими "оболочечными" /мембранными/ системами усиливается такими их сво стьами как избирательная проницаемость и непрерывность; - ооосновывается значительная информационная роль склоновых ГС, определяемая устойчивостью гравигенных и биогенных потоков веще ва и энергии, контрастностью и разнообразием их частей. Б Фукщ нальном отношении важна генетическая информация, основанная на ейновом разнообразии, в социальном - информация о биопотенциал« -акшакит», значение которой повышается в условиях антропогенно; деградаций природы междуречий, в гносеологическом - информация о прежних состояниях ландшафта, заключенная в структуре иине-и;шкэ/. почвенной к растительной подсистем, отражающей лишь н «¿алее значительные флуктуации внешней среды.

предпринята попытка выявления взаимосвязи внутренних процессов ГО к внешних фоновых влияний на теоретической двух-I. акторной модели "накопление биомассы - интенсивность латераль геохимических потоков" , показавшей их прямую зависимость, инд капионное значение показателей биомассы в различных местополо» ниях, закономерное выявление предельных ее величин в склоновы? 1С значительной крутизны, хотя при достижении критического ар? ла рьзруактелъной активности латеральных потоков начинает про* лятся обратная зависимость.

Наиболее важными выводами дмсеепташюнного иследоваиия м< но считать: I/ выявление основного актора изменчивости геог] ,1ической среды к ее горизонтально,- неоднородности, какшг квля< ся латеральный гео^иш.ческии поток - ориентированны»! лараллел: поверхности гравигеннки поток вещества к энергии, определявши сиециспику иункционировсг-.ия. организующий структуру ландшафта его частей на всех уровнях; 2/ обоснование стабилизирующей р ли биомассы, изменчивость накопления и распределения которой обеспечивает устойчивость ГС в различных географических и эко гических условиях и активное воздействие на них.

■ШлЖ Ь> . /1, 01Ш-МК0ЬляйоЛ Iv ТЬШ ДИССЕРТАЦИЙ

Гостилсвя - .г.., Киров к.-л., »¡гнзтенко И.И., Сушка-.еколдлна И.В. ¡лизоль Ai-Fe-iy.iyco.4bie юга ленинградской олв^з-•и и проблемы использования их j интенсивном земледелии /, ,,.оли-ке ученые - сельскохозяйственному производству. Пенза. \<;<:i. 1. 2Ь-2ъ.

2. Игнатенко 'А.Ъ., цекблдина И.и., ¡остилова I.ii. и снеци-ике склонового почвообразования и классификации горных г.очб /7 езисы per. сов. Состояние, освоение и проблемы экологии лянд-афтов Алтая. Горно-Алтайск, ГЛ-2. J.V-8.

3. Гостилова Г.Н., Семенова А. .ч., цеколдина И. И. Прост-анственный рисунок как индикатор состояния геосистем //.'ксло-ическое образование студентов педвузов в целях зсочной cjot-wk бучения. Н.Новгород,1993. С.27-29.

4. Игнатенко К.В., Гостилова i'.ji. Оценка функционисон-'шия клоновых геосистем //экология и землепользование. Тез. ¿ок;:.

1 Всерос. форум« почвоведов. Пущино,iS93. U.I7.

b.- Игнатенко И .В., Гостилова I.H. Склонов;.е геосисч с-к i, J;.'--;: его Полужья /Деограддея и геоэкология: Co. иг":., доложенных на онаеренции "ГерценОБеххе чтеьжл" .л-jg сг:ргл>: г. ;„;•

. 18-^.