Геосистема як предмет ландшафтної екології

Становлення концепції геосистеми.З 60-х років у фізичній географії та екології великої популярності набув системний підхід. Предмети своїх досліджень (ПТК та екосистеми) географи та екологи почали трактувати як системи, знаходити їх системні властивості і описувати в термінах системного підходу. Щоб підкреслити системний характер предмету ландшафтознавства – ПТК, В.Б.Сучава в 1963 р. ввів термін “геосистема”. За В.Б.Сочавою, геосистема являє собою “особливий клас керованих систем; земний простір усіх розмірностей, де окремі компоненти природи знаходяться в системному зв’язку один з одним і як певна цілісність взаємодіють з космічною сферою та людським суспільством” (Сучава В.Б., 1978, С.292).

Геосистема – матеріальний об’єкт; її складають природні елементи, а антропогенні та людина розглядаються як зовнішнє середовище; геосистемою вважається як елементарна ландшафтна одиниця (фація), так і геосфера в цілому; геосистема виділяється як об’єм простору, в межах якого геокомпоненти мають специфічний характер усіх типів зв’язків; існує тільки об’єктивний варіант поділу простору на геосистеми; геосистема – категорія динамічна і проявляється за деякий проміжок часу.

Ландшафтна екологія як природнича наука розглядає лише природні геосистеми. Геосистема – клас полігеокомпонентних природних систем, які виділяються з реального тривимірного фізичного простору як його певний об’єм (реальний чи уявний), у межах якого протягом деякого інтервалу часу природні елементи й процеси завдяки існуючим між ними та з зовнішнім середовищем відношенням певного типу (генетико-еволюційним, позиційним, речовинно-потоковим та ін.) упорядковуються у відповідні цим відношенням структури з характерними інваріантними ознаками та динамічними змінами.

Загальні властивості геосистем.До основних загальних властивостей геосистем належать територіальність – просторовість, поліструктурність, складність, цілісність, відкритість, динамічність, стійкість, стохастичність.

Т е р и т о р і а л ь н і с т ь – п р о с т о р о в і с т ь – це особливість геосистем, яка відрізняє їх від багатьох систем інших класів, зокрема екосистем. Із зовнішнього середовища геосистеми виділяються як певні ділянки території. Кожну геосистему можна описати метричними показниками (площею, лінійними розмірами) і топологічними (характеризують положення даної геосистеми щодо інших геосистем або об’єктів іншої природи). Територіальність геосистем дає змогу ефективно використовувати картографічні методи при їх виділенні, зображенні та аналізі.

До геосистем належать природні системи лише певного просторового інтервалу. Лінійні розміри геосистем найменших рангів – декілька метрів, а географічної оболонки, якщо її вважати за геосистему, -10⁷ – 10⁸ м по горизонталі та –10³ – 10⁴ м по вертикалі. Таким чином, аналіз геосистем виконується в просторовому інтервалі від 10⁰ до 10⁸. Як довів В.О.Боков, порівняно з величинами, відомими в природі (найменші досліджені відстані становлять 10^-22 м, розміри найбільших галактик –10²¹ м), це дуже малий діапазон – тільки 10^-31% інтервалу відомих у природі лінійних відстаней.

Ми схиляємося до виділення 6-ти класів (рівнів) просторового геосистемного аналізу: 1) субтопічний (просторовий масштаб 10⁰ – 10¹ м²); 2) топічний (10² – 10⁴); 3) хоричний (10⁴ – 10⁸ м²); 4) регіональний (10⁷ – 10¹² м²); 5) субглобальний (10¹⁰ – 10¹⁴ м²); 6) глобальний (10¹⁴ – 10¹⁶ м²). Таким чином, просторовий масштаб ландшафтної екології ще вужчий: 10⁰ – 10⁶ м (рис.2).

П о л і с т р у к т у р н і с т ь. Під структурою системи здебільшого розуміють характер поєднання її елементів певного типу відношеннями. Оскільки в тій самій системі можуть мати місце відношення різних типів, то й поєднання ними елементів також буде неоднаковим, тобто в одній системі може бути кілька різних структур. Такі системи називаються поліструктурними. Ними, наприклад, є суспільні системи (у них виділяють статево-вікову, професійну, етнічну та інші структури, які не збігаються).

Відповідно виділяються вертикальний, територіальний та часовий класи структур геосистеми.

С к л а д н і с т ь. Складними вважаються системи, сформовані багатьма елементами різних типів, між якими існують різнорідні зв’язки. Складність геосистем зумовлює специфічні підходи до їх аналізу. Справа в тому, що взаємодія між багатьма різнотипними елементами, навіть за умови точних вимірів значень кожної з їх багатьох характеристик, призводить до значної похибки при оцінці деяких інтегральних та безпосередньо не вимірюваних показників складної системи (таких, наприклад, як ступінь ефективності, стійкість, прогнозні оцінки).

Ц і л і с н і с т ь – властивість систем, яка проявляється в тому, що вилучення з неї певного компоненту призводить до її кардинальної перебудови або взагалі загибелі, а сам цей компонент окремо від системи існувати не може або ж він якісно змінюється.

Геосистеми мають риси цілісності. Так, позбавлення геосистем грунту призводить до їх трансформації в цілому – вони не можуть мати і рослинності, практично щезає трофічна структура, формуються специфічні водний, радіаційний, геохімічний та інші режими.

В і д к р и т і с т ь. Відкритими є системи, частина елементів яких мають зв’язки з елементами, що не належать до її структури. Елементи останнього типу складають зовнішнє середовище геосистеми, а зв’язки, які йдуть від них до системи, називають вхідними, входами, зовнішніми сигналами. Крім вхідних, є й вихідні зовнішні зв’язки системи (синоніми – виходи, відгуки). Системи, які мають лише вхідні зовнішні зв’язки і практично не мають вихідних, називають напівзакритими. Закритими вважаються системи, у яких немає зовнішніх зв’язків, тобто які не залежать від зовнішнього середовища. Щодо геосистем останнього сказати не можна, бо такі вхідні потоки, як надходження сонячної радіації, атмосферні опади тощо – неодмінна умова їх існування. Геосистеми відкриті і до антропогенних навантажень.

Д и н а м і ч н і с т ь. Динамічними називаються системи, значення характеристик яких змінюються в часі. У різні проміжки часу геосистема може перебувати у неоднакових станах, тому її повний опис передбача. Вияв цих станів та послідовності їх змін. Таким чином, геосистеми виділяються не тільки в просторі, але й у часі. Якщо з просторово-територіальної точки зору геосистема вичленовується як деякий територіально локалізований об’єм, то з часової – як певний інтервал часу, протягом якого геосистема виявляє свої основні особливості.

Важливою особливістю динаміки геосистем є те, що різні її характеристики змінюються в часі з різною частотою. Метеорологічні показники дуже мінливі, тоді як властивості геологічної основи геосистеми змінюються дуже повільно. Тому, як і у випадку просторового аналізу геосистеми, запропоновано виділяти різні класи часових розмірностей геосистеми. Прийнято розрізняти добову, сезонну (річну) та багаторічну динаміку (Сочава В.Б., 1978, Н.Л.Беручашвілі, 1985 та ін.).

Ландшафтна екологія досліджує зміни геосистем в інтервалі від кількох хвилин до кількох десятків тисяч років, тобто у діапазоні 10² – 10¹² с (Боков В.О., 1983). Причому між просторовими та часовими масштабами ландшафтно-екологічного аналізу є певні відповідності. Схематично їх зображено на рис.2, на якому також визначено й просторово-часовий об’єм предмету аналізу ландшафтної екології.

С т і й к і с т ь у геосистеми проявляється в багатьох формах і дає їй змогу протистояти зовнішнім впливам, зокрема антропогенним, зберігати при взаємодії із зовнішнім середовищем свою цілісність та інші риси. У процесі еволюції шляхом пристосування геокомпонентів та контактуючих геосистем одна до одної формуються їх стійкі ландшафтно-екологічні взаємовідносини й структури. В умовах інтенсивного втручання людської діяльності в природу ця рівновага часто порушується. Розвиток деградаційних процесів у геосистемах (вимирання видів, ерозія та засолення грунтів, забруднення тощо) є не чим іншим, як результатом втрати ними стійкості до антропогенних навантажень. Тому оцінка стійкості геосистеми до зовнішніх факторів є однією з найважливіших прикладних проблем ландшафтної екології.

С т о х а с т и ч н і с т ь. Стохастичними називаються системи, залежність між характеристиками яких та їхні зв’язки із зовнішнім середовищем не жорстко детерміновані (функціональні), а статистичні, ймовірнісні. На геосистему діє багато зовнішніх факторів суто стохастичної, ймовірнісної природи (наприклад, випадання опадів), що зумовлює ймовірнісний характер її динаміки та еволюції.

Стохастичність геосистем проявляється у статистичному (корелятивному) характері зв’язків між її окремими ознаками (наприклад, між продуктивністю та гумусністю, сумою опадів тощо), відсутності жорсткої прив’язаності одного типу геокомпоненту до іншого (певного виду рослинного угруповання до лише одного певного виду грунту), незбігові природних меж різних геокомпонентів, неоднозначності змін геосистем за певних антропогенних навантажень, імовірнісний характер динаміки, в тому числі прогнозної тощо.

Лекція 2.

ВЕРТИКАЛЬНІ СТРУКТУРИ ГЕОСИСТЕМИ: