Ландшафтно-экологические методы исследований

На плоском листе бумаги обычно рисуют один оборот цикла, потому-то процесс как бы приходит «обратно», в исходную точку. Однако следует рисовать не круг, а объемную спираль, растянутую во времени. На самом деле эта связь никакая не обратная, поскольку время необратимо. С этой точки зрения, ни один цикл, круговорот не может быть замкнутым, не только потому, что всегда есть вещественно-энергетические потери уже в одном обороте, но и потому, что «никогда нельзя войти в одну и ту же воду». Хотя в технических системах мы можем видеть возврат в исходное состояние, если не учитывать износ.

Осознание роли обратной связи началось с внедрением кибернетики. Вся компьютерная индустрия фактически основана на операторе цикла. Циклично работают многие системы неживой природы, а уж органическая жизнь тем более: мы ходим, дышим автоматически. Сама способность к размножению половым ли способом, как у высших животных, либо спорами или вегетативным «почкованием» обусловлена автоматическим алгоритмом.

В методической литературе распространено неверное представление об обратной связи между преподавателем и учеником: вопрос преподавателя - это связь прямая, а ответ - обратная, так как направлена в другую сторону (обратная, значит, ответная). На самом деле и то, и другое - это связь прямая: одно действие порождает другое. Обратной связь можно назвать только в том случае, если она замыкает цикл, если с ее помощью организуется повторение нескольких циклов. Например, услышав ответ ученика, преподаватель корректирует свой следующий вопрос, т.е. следствие из первого цикла служит причиной для второго.

Алгоритм работы обратной связи в цикле был подробно описан в литературе, в том числе и на большом количестве географических примеров.

Изучая структуры геосистем в пространстве, мы еще нечетко осознаем структуры во времени (время разнообразных циклических, производственных процессов, время инерции восстановления и т.д.). Не так давно было введено понятие характерного времени. Его можно определить как среднее время существования (индивидуума, вида, процесса, явления) или как время одного оборота цикла. Для человека характерное время - около ста лет, для однолетней травы - год и меньше, для грозового разряда - секунды, для циклонического вихря - дни, для восстановительной сукцессии в тайге - около сотни лет.

Пока шли споры о том, непрерывна или дискретна природа, оказалось, что континуальность и дискретность - лишь частные случаи фрактальности. Фрактальные структуры (система кровеносных сосудов человека, эрозионные и речные системы, иерархическая система природных комплексов) есть «запись» былых циклических процессов. Структура пространственная - это отражение прошедшей «временной структуры». Хотя время, по-видимому, всегда течет равномерно, но мы измеряем его процессами разной периодичности.

Для своего существования человечество вынуждено поддерживать временные режимы нужной формы функционирования природно-антропогенных комплексов. Одно дело - однократные, эпизодические вмешательства, другое - сельское хозяйство, со строго упорядоченной очередностью воздействий, и третье - постоянное поддержание инженерных сетей, зданий, твердого покрытия в городах (которое, кстати, прерывает биологический круговорот в бывших наиболее «плодородных» ПТК). Мы не всегда задумываемся над тем, что затраты надо умножать на время, на количество циклов.

Каждая отдельная геосистема, природная или в той или иной степени антропогенно измененная, связана с глобальной системой географической оболочки посредством множества циклов (в том числе иерархически вложенных один внутри другого) и находится в поле «социально-экономического давления», осуществляемого также посредством циклов и посредством вещественно-энергетического воздействия на системные регуляторы. Освоение кибернетических законов идет трудно, но только оно позволит нам работать более осознанно. По мере осознания потребуется и выработка новых методов.

2.4 Классы задач, решаемых в процессе комплексных физико-географических исследований

Все многообразие задач комплексных физико-географических исследований может быть сгруппировано в четыре основных класса в зависимости от того, какой аспект ландшафтной структуры в каждом конкретном случае важен (табл. 1).

Первые три класса задач направлены на изучение внутренних связей ПТК - вещественных, энергетических, информационных, т.е. на изучение его ландшафтной структуры и ее изменение во времени под действием внутренних и внешних факторов. Они раскрывают свойства и особенности ПТК как целостных образований, вопросы их происхождения, специфику функционирования и динамики, тенденцию будущих изменений. Все это - общенаучные исследования пространственно-временной организации ПТК, цель которых - все более глубокое познание сущности ПТК безотносительно каких-либо требований.

Четвертый класс задач - исследования для прикладных целей. Здесь изучаются внешние связи ПТК с обществом в рамках сложной суперсистемы «природа-общество». ПТК любого ранга выступают уже как элемент в системе более высокого уровня организации, для изучения связей которого с другим элементом (структурным подразделением общества) нужно кроме знания свойств самого ПТК, получаемых в процессе общенаучного исследования, учитывать также требования общества к этим свойствам и способность ПТК их удовлетворять. Это уже аспект не чисто физико-географический. Все большую роль в прикладных исследованиях начинает играть экологическое обоснование хозяйственной деятельности, т.е. оценка воздействия проектируемых объектов на окружающую среду (ОВОС) и экологическая экспертиза.

Последовательность в перечне основных классов задач не случайна, она определяется их логической и исторической связью. Задачи каждого последующего из общенаучных классов могут быть решены достаточно полно и глубоко лишь на основе использования результатов предыдущих исследований. Поэтому перечисленные классы задач могут рассматриваться как определенные этапы все более глубокого проникновения в сущность ландшафтной структуры ПТК.

Что касается прикладных исследований, то они могут «надстраиваться» над любым из этих этапов в зависимости от того, какого рода знания о ПТК окажутся достаточными для решения стоящей перед исследователем практической задачи.

Первый класс задач. Исторически раньше других начал изучаться пространственный аспект ПТК, т.е. первый класс задач. Само представление о ПТК возникло на основании визуального анализа сходства и различия отдельных участков земной поверхности, на выявлении их качества. Первоначально изучались те свойства ПТК, которые буквально лежат на поверхности, видны невооруженным глазом и придают участкам территории своеобразный внешний облик (физиономические черты): сходство или различие в строении, в морфологии (при этом внимание в основном обращалось на вертикальное, покомпонентное строение).

В связи с тем, что визуально легче всего улавливаются различия в рельефе и растительности, выделение и обособление ПТК основывалось на качественной однородности именно этих компонентов. Конечно, при посещении обширной, контрастной в природном отношении территории наиболее резко бросаются в глаза именно контрасты, а слабоконтрастные участки кажутся пространственно однородными. Однако при более детальном ознакомлении казавшаяся ранее однородной территория также обнаруживает качественную неоднородность, но чтобы уловить ее, нужно охватить разнокачественные участки единым взором. Именно поэтому в процессе полевых исследований прежде всего стали выделяться мелкие, просто устроенные ПТК ранга фаций и урочищ, которые можно визуально выделить по признаку однородности строения. Различия между комплексами фиксировались по пути следования — по маршруту.

При кратковременном маршрутном посещении внешний облик ПТК воспринимался как нечто устойчивое, постоянное, т.е. ПТК рассматривался в статике, в отрыве от процессов, его сформировавших. Исследование носило характер описания, что давало представление лишь о качественном своеобразии ПТК и их пространственном размещении. Описание ПТК — основная цель его маршрутного исследования.

Стремление получить дополнительно к качественным описаниям какие-то количественные характеристики, объяснить наблюдаемое обусловило более детальное изучение отдельных «точек», «площадок», «станций», «ключей», на которых наряду с тщательным описанием всех компонентов комплекса, его вертикального строения, производились измерения. Собираемый материал позволял уже в общей форме ответить на вопрос, как взаимосвязаны между собой компоненты в комплексе, т.е. дать простейшее эмпирическое объяснение.

При детальном изучении отдельных комплексов обнаруживаются те или иные свойства или особенности строения, находящиеся в противоречии с современными условиями, с характером современных связей: черноземы под лесом, сфагновые болота в лесостепной зоне, торфяно-перегнойная почва на хорошо дренируемой поверхности, аллювиальные отложения на водоразделе, вдали от современной речной сети и т.д. Такие следы предыдущих состояний, проливающие свет на пути становления данного комплекса, привлекают все более пристальное внимание исследователей. Изучение их дает возможность ответить на вопрос, почему и какими путями сформировался данный комплекс.

Повторное посещение территории позволяет фиксировать некоторые свидетельства протекавших между посещениями процессов (эрозии, пожаров, заболачивания, осушения, залесения, проседания и т.д.), т.е. дает представление о современных изменениях комплексов, о динамичности, подвижности ПТК.

Так, полевое изучение пространственной структуры постепенно дополняется элементами генетического и функционального анализа, что позволяет глубже познать ПТК, а маршрутный способ сбора фактического материала дополняется ключевым. Однако основное внимание в процессе этих исследований по-прежнему обращено на природные особенности отдельных комплексов и их пространственное размещение, поэтому основными методами систематизации материала продолжают оставаться классификация и картографирование, входящие в состав специфического метода ландшафтного картографирования.

Изучение свойств и пространственного размещения более крупных и сложных ПТК, которые не могут быть охвачены единым взором исследователя-полевика, производится на основе пространственного анализа слагающих их достаточно простых комплексов, изучаемых в поле. Для того чтобы выделить, ограничить эти комплексы, их тоже нужно одномоментно охватить взором, только тогда можно найти какие-то закономерности в пространственной неоднородности. Эта задача решается с помощью аэровизуальных наблюдений, материалов аэрофото- или космической съемки, либо составленных в поле ландшафтных карт, изучение которых позволяет увидеть территорию в уменьшенном виде и тем самым как бы подняться над ней, посмотреть на нее со стороны. Таким образом, достаточно сложные ПТК могут быть выделены по их территориальной структуре, т.е. здесь изучение пространственной структуры выступает уже как метод выделения ПТК, когда выделение комплексов производится не по принципу однородности, а по принципу закономерной неоднородности. Этот метод обычно называют методом районирования на ландшафтной основе. В настоящее время для изучения ландшафтной структуры начинает использоваться компьютерный анализ космических и аэрофотоснимков, а также топокарт.

Для более глубокого понимания современных особенностей ПТК необходимо изучить пути его становления и развития, а для этого нужно прежде всего четко определить сам объект исследования, выделить и охарактеризовать изучаемый комплекс. Таким образом, уже сама постановка задачи второго класса требует предварительного решения задачи первого класса.

Второй класс задач. В основе решения задач этого класса лежит генетический аспект изучения ПТК, заключающийся в рассмотрении смены разнокачественных ПТК во времени, обусловленной эволюционным развитием комплекса. Восстановление истории формирования и развития ПТК базируется на следах его предшествующих состояний, предыдущих этапов развития, которые сохраняются в отдельных компонентах комплекса (во флоре, в морфологическом строении почв, в поверхностных отложениях, в определенных формах рельефа), либо в существовании целых комплексов-реликтов (более мелких, чем изучаемый, входящих в его состав), либо, наконец, в их пространственном размещении (солонцовые луга не в понижениях рельефа, а на приподнятых участках; выровненные поверхности с ерниковой тундрой не ниже древних каров, а над их стенками и т.д.), т.е. в их вертикальной или горизонтальной структуре.

В связи с тем, что эволюционные смены происходят постепенно, под действием процессов большой продолжительности, а результаты развития фиксируются в современной пространственной структуре комплексов, сбор фактического материала для решения задач второго класса производится путем экспедиционных исследований.

По ходу маршрута фиксируются визуально наблюдаемые следы предыдущих состояний и определяются участки или комплексы, наиболее информативные для восстановления истории развития тех комплексов, в пределах которых закладываются ключевые участки для детального изучения и отбора образцов. Объектами наиболее пристального внимания исследователя являются при этом торфяники и погребенные почвы, так как по сохранившимся в них спорам и пыльце растений может быть достаточно полно восстановлена природная обстановка периода их формирования.

Богатый материал для восстановления смен ПТК во времени дает изучение ныне существующих комплексов, находящихся на разных стадиях развития.

Сбор фактического материала для решения задач первого и второго классов может производиться в ходе одного и того же экспедиционного исследования, но при этом нельзя упускать из вида, что аспект исследования накладывает отпечаток и на сбор полевых материалов. Иногда требуется изучение дополнительных ключевых участков, на которых, кстати, собирается основная масса материала, и прежде всего образцов с использованием методов частных географических, а также смежных наук. В других случаях расширяется круг наблюдаемых явлений либо возрастает детальность изучения определенного компонента или комплекса.

Лабораторный анализ собранных в поле образцов и дальнейшая интерпретация полученных результатов позволяют раскрыть палеогеографическую историю территории исследования в целом. Для того же, чтобы проследить историю определенных ПТК, необходимо палеогеографические материалы дополнить ретроспективным анализом современной структуры изучаемых комплексов. Таким образом, генетический аспект изучения ПТК ориентирован на восстановление особенностей их формирования и развития, на установление возрастных стадий комплексов, на объяснение их современного состояния, но в то же время позволяет сделать и предположение о перспективах развития комплексов. Однако для более точного предсказания будущего развития ПТК генетический подход должен сочетаться с функциональным, направленным на изучение современных процессов, протекающих в ПТК, их функционирования и динамических изменений.

Третий класс задач. В основе решения задач этого класса лежит функциональный аспект изучения ПТК. Он позволяет глубже проникнуть в сущность взаимосвязей и взаимодействий в комплексе. Решение задач данного класса получило развитие лишь с 60-х гг. XX столетия, когда появился ряд комплексных физико-географических стационаров. Это связано с тем, что изучение функционирования комплексов и динамических циклов краткой продолжительности требует регулярных наблюдений, обеспечить которые возможно лишь в условиях стационаров.

Некоторый материал для изучения современных природных процессов исследователь может, конечно, собрать и в экспедиционных условиях. Например, при маршрутных исследованиях могут быть зафиксированы некоторые следы стихийных явлений: прохождения лавин (по наличию сломанных и вывернутых с корнем деревьев, ориентированных вниз по простиранию склона) или селей (по наличию конуса выноса грязекаменного потока), появления новых оползней (по свежим стенкам отрыва), усиления линейной эрозии после ливня или весеннего снеготаяния (по наличию свежих эрозионных форм, обвалов в верховьях оврагов или на их склонах) и т.д.

На ключевых участках могут быть поставлены более или менее продолжительные микроклиматические наблюдения, а также наблюдения над процессами стока. На фиксированных геохимических профилях можно отобрать образцы в установленной повторности для изучения биогенной и водной миграции химических элементов. Однако все эти эпизодические наблюдения не дают возможности познать функционирование НТК, а также медленно протекающие процессы средней и большой продолжительности, обусловленные воздействием внешних факторов.

Чтобы проследить нормальное функционирование ПТК, не вызывающее заметных изменений, нужны длительные регулярные наблюдения. Чем больше длительность периода наблюдений, тем надежнее и достовернее получаемые выводы. Поэтому наблюдения ведутся на постоянных специально выбранных точках в пределах определенных комплексов.

Сбор и обработка материалов стационарных наблюдений очень трудоемкий процесс, поэтому число точек наблюдения на любом стационаре ограничено и очень важно их рациональное размещение. Чтобы экстраполировать полученные результаты, нужно хорошо знать, какие ПТК они характеризуют и на какой стадии развития эти ПТК находятся. Это значит, что предварительно должно быть проведено выделение и систематизация ПТК, составлена ландшафтная карта территории стационара и прилегающего района, а также установлены возрастные стадии изучаемых комплексов, т.е. решены задачи первого и второго классов.

Основной метод изучения функционирования и динамики ПТК - метод комплексной ординации, разработанный сотрудниками Института географии СО РАН, позволяющий количественно характеризовать взаимосвязи между отдельными компонентами внутри ПТК и между различными комплексами, изучать пространственные и временные изменения различных природных процессов.

Накапливаемые массовые данные обрабатываются и систематизируются при помощи статистических методов и метода балансов.

Детальное изучение функционирования и динамики ПТК позволяет познать сущность комплексов и дать надежный прогноз их дальнейшего развития.

Таким образом, последовательное рассмотрение различных аспектов ландшафтной структуры природных комплексов дает возможность постепенно углубляться в познание сущности ПТК: от описания современных свойств и пространственного размещения комплексов через познание путей их становления к выявлению и количественной характеристике связей и взаимодействия (объяснению), а далее к функционированию комплексов и предсказанию путей их дальнейшего развития. Так осуществляется тщательное и всестороннее изучение комплексов, являющееся надежной основой для оптимального их использования человеком.

Пути использования предполагают постановку конкретных прикладных исследований четвертого класса задач.

Далее в лекциях более или менее подробно освещаются методы решения первого, третьего и четвертого классов задач. Изучение становления ПТК (второй класс задач), несмотря на всю важность этой проблемы, здесь почти не затрагивается. Дело в том, что представление о генезисе ПТК, его возникновении и становлении в значительной мере базируется на геолого-геоморфологических, палеогеографических, палеоботанических, палеофаунистических, археологических и тому подобных материалах. В процессе же полевых экспедиционных исследований сведения о генезисе могут лишь несколько пополняться, например, по наблюдениям за реликтовыми элементами ПТК, проливающими свет на их происхождение. Кроме того, исследования, специально направленные на решение задач второго класса, требуют привлечения весьма специфичных методов палеогеографического анализа, дать которые в кратком курсе оказывается затруднительным, а число исследователей, занимающихся их решением, не столь велико. Большинство физико-географов решает задачи остальных трех классов, которые мы и рассматриваем.

Лекция 3

ПОЛЕВЫЕ КОМПЛЕКСНЫЕ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Законченный цикл экспедиционных комплексных физико-географических исследований включает в себя три этапа работ: подготовительный, полевой и камеральный. По продолжительности эти этапы традиционно относились друг к другу примерно как 1:1:2.

В последние десятилетия проявилась тенденция к сокращению сроков полевых работ и удлинению подготовительного и камерального периодов.

Этот процесс вполне закономерен. Он отражает растущую техническую оснащенность экспедиций и дальнейшее совершенствование методов и приемов полевых работ. Все больше увеличивается объем информации, которую можно использовать в процессе подготовки к полевым работам (более подробные и качественные топографические карты, аэрофото- и космические материалы, материалы предшествующих отраслевых и комплексных исследований); расширяется программа камеральных работ за счет усиления их аналитической части, применения математических методов анализа полевой документации, использования компьютеров для математической обработки материалов и построения различных графических моделей, включая составление ландшафтных карт и карт физико-географического районирования.

Соотношение этапов исследования по времени может меняться и в зависимости от задач исследования, и масштаба работ. Так, по А.А. Видиной, для крупномасштабного ландшафтного картографирования подготовительный период (предполевой), полевой и камеральный (послеполевой) относятся друг к другу в среднем как 2:1:3.

Это значит, что примерная доля полевого периода, традиционно составляющая 25 % общего объема работы, в условиях более высокой обеспеченности различными материалами при крупномасштабном картографировании может составлять уже около 15 %. Вероятно, среднемасштабное ландшафтное картографирование, а тем более мелкомасштабное, может производиться с еще более сокращенным полевым периодом.

3.1 Постановка задачи, изучение литературных и фондовых материалов

Началом исследования является получение или самостоятельная постановка задания, которое достаточно ясно определяет основную цель исследования и разработку программы.

Далее производится поиск (мобилизация) материалов, касающихся избранной территории и направления работ. Все обнаруженные опубликованные и фондовые источники фиксируются на библиографических карточках (или иным способом) еще до начала полевых работ, чтобы избежать ненужного дублирования и более целеустремленно организовать собственные исследования. Большую помощь может оказать микрофильмирование, ксерокопирование, сканирование, создание компьютерной базы данных, содержащей графические, цифровые и текстовые материалы. Для непосредственного фиксирования полевого материала уже начали применяться портативные компьютерные аппараты Notebook («Блокноты» или «Записные книжки»), в том числе с дополнительными устройствами для автоматической фиксации координат точек, удобные как для камеральных работ, так и для поля.

После мобилизации материалов производится их изучение. Особое внимание уделяется выявлению закономерных связей между геологическим строением, включая тектонику, и рельефом; рельефом, климатом и водами; рельефом, литологией и почвами; почвами и растительностью и т.д. Помимо обычного для любой работы конспектирования или копирования источников производятся сопоставления, как указано выше, и, таким образом, уже в подготовительный период выявляются типичные для территории природные территориальные комплексы (ПТК), а при наличии соответствующих сведений отмечается и их хозяйственное использование.

При изучении литературных и фондовых источников разного времени и разных авторов неизбежно встречаются противоречивые данные. Такие случаи берутся на заметку для полевой проверки.

В составляемых конспектах важно фиксировать не только наличие на изучаемой территории тех или иных объектов (природных комплексов, форм рельефа, типов почв, характерных пород, видов растений и т.д.), но и их физиономическую характеристику, чтобы узнавать их в поле. Необходимый для полевых работ картографический материал с отображением различных компонентов природы или природных комплексов следует отсканировать либо ксерокопировать, сфотографировать или скопировать на кальку, если нет возможности взять в поле оригинал. Предпочтение отдается более новым картам и картам по масштабу более близким к масштабу исследования. Впрочем, старые источники нередко представляют интерес, особенно при рассмотрении изменения природной среды в результате хозяйственной деятельности человека. При этом о достоверности источников, их объективности и точности передачи фактического материала приходится помнить всегда - и при использовании старых источников, и при знакомстве с новыми материалами.

Вместо копирования картографического материала можно рекомендовать также «укладку» этого материала на основы, приготовленные для работы в поле. Это занятие более сложное, чем простая копировка, но целесообразное, так как сводит разрозненные материалы к одному масштабу, облегчая их сопоставление. На эти же карты можно наносить некоторые данные, взятые из текстовых описаний. Все это можно с успехом делать с помощью компьютера. Многие материалы уже введены в геоинформационные системы. Имеются специальные программы для их обработки.

Перед работой в поле полезно ознакомиться с гербарием растений, образцами почв и пород, характерных для будущего района исследования.

Завершением предполевого изучения материалов может явиться предварительная ландшафтная карта или карта физико-географического районирования, составленная в камеральных условиях и позволяющая более целеустремленно проводить полевые исследования.

Процесс составления ландшафтной карты - это многократно повторяющиеся циклы анализа и синтеза: анализ компонентов и процессов и синтез природных территориальных комплексов как целостных систем с постоянной корректировкой их контуров.

3.2. Работа с топографическими, аэрофото-, космическими и другими материалами для предварительного выделения ПТК

Рельеф является главным фактором перераспределения тепла и влаги на поверхности Земли. К литогенной основе, и, в первую очередь, к рельефу приспосабливается биота, от него же зачастую прямо зависит и характер почвообразующих процессов. Поэтому границы ПТК очень часто совпадают с границами форм или элементов форм рельефа. Отсюда и особый интерес к анализу топографической карты при подготовке к ландшафтному картографированию.

Основой составления предварительной ландшафтной карты является перевод изображения рельефа поверхности Земли с помощью горизонталей, как это делается на топографических картах, в другую модель - в изображение рельефа контурами, свойственное большинству отраслевых карт. Затем производится наполнение этих контуров содержанием и составление легенды. Контуры вырисовываются, в первую очередь, по топографической основе, а также по аэрофото- и космоснимкам и корректируются по отраслевым картам. По этим же материалам раскрывается, насколько это возможно в камеральных условиях, и их содержание.

Работа с топографическими картами

Изображение рельефа горизонталями, применяемое на топографических картах, - замечательный способ передачи объемов на плоскости, своего рода непрерывное изображение, тогда как карта форм рельефа в контурах - чисто плоскостное дискретное изображение. По ней сложнее оценить динамику, особенно гравитационных (эрозия, сток) и других процессов. В идеале на ландшафтной карте лучше было бы совместить оба способа рисовки рельефа, но это трудно осуществить по техническим причинам, и, прежде всего, потому, что ландшафтная карта сама по себе часто получается очень загруженной и трудно читаемой.

Весьма полезно перед началом работы с топографическими картами просмотреть «Альбом изображения рельефа на топографических картах» (1968), где каждый фрагмент карты сопровождается еще стереопарой аэрофотоснимков и текстом. Примечательно, что по топографической карте в сочетании с аэрофотоснимками зачастую хорошо читается не только строение поверхности, но и состав пород, генезис отложений и форм рельефа.

Краткое содержание метода поконтурного изображения рельефа

Сначала на топографической основе выделяют речную и эрозионную сеть: оконтуривают речные долины, овраги, балки, лощины. Затем оставшиеся участки междуречий разделяют по степени крутизны на контуры с примерно одинаковым сгущением горизонталей.

Как показывает практика, труднее всего дается первый шаг: «оторваться от горизонтали», т.е. понять, что контур эрозионной формы всегда пересекает горизонтали, а не идет вдоль них.

Последующее изложение является ключом к пониманию азов техники ландшафтного картографирования. Поэтому рекомендуется, прочитав его, попробовать самостоятельно выполнить подобную работу, при необходимости снова возвращаясь к изучению текста и иллюстраций. Полезно иметь несколько вариантов учебных карт на плотной бумаге, где мягким карандашом можно было бы опробовать разные варианты решений. Этот текст должен быть проработан досконально, включая все подписи к рисункам.

Удобнее всего начинать учиться рисовать контуры, во-первых, на картах крупного масштаба 1: 10000 (или крупнее), в крайнем случае - на 1:25 000 и, во-вторых, на картах с изображением эрозионного рельефа, где хорошо показана балочная сеть и ярко выражены уклоны.

Для учебных занятий обычно готовят несколько вариантов карт-бланковок, где вся топографическая нагрузка снята, кроме рельефа в горизонталях. Таким образом, снимаются все факторы, кроме эрозионного. Это делается, чтобы быстрее приобрести навыки формальной рисовки сначала без привлечения других отраслевых карт и аэрофотоснимков. Научиться «чувствовать рельеф» полезно для географов всех специальностей.

«Решив» такую задачу на нескольких фрагментах топокарт, т.е. «выловив» и оконтурив все эрозионные формы и разделив остальную территорию по степени крутизны, можно начать привлекать аэрофото- и различные отраслевые материалы, попытаться дать характеристику каждого полученного выдела, раскрыть его содержание. С этого момента и начинается процесс анализа-синтеза - искусство оптимального воплощения в картографическую модель всех своих знаний. Скорее всего, первоначальную рисовку контуров при этом придется несколько изменить.

Формальная рисовка ландшафтных контуров не столь уж сложна (при приобретении первоначального навыка), и поддается автоматизации. Однако, на наш взгляд, только карты самого крупного масштаба дают более или менее реальное изображение рельефа и соответственно выделенных контуров ПТК. На картах же среднего и мелкого масштабов генерализация топографической основы и рисовка по ней контуров природных компонентов или комплексов приводят к искажению как характера самих контуров, так и соотношения площадей различных видов картографируемых природных объектов.

Влияние рельефа на формирование ПТК, как указывалось выше, заключается в первую очередь в перераспределении им влаги и тепла.

Поэтому, если при разделении склонов на части по крутизне поверхности встречаются случаи, когда какой-то значительный участок склона мог бы быть выделен по крутизне в определенную категорию, но в его средней части имеется небольшая полоска более пологого склона, выделять эту полоску отдельно нецелесообразно, так как стекающая по поверхности влага не успеет существенно уменьшить скорость движения и как бы проскочит эту полоску. Также нецелесообразно выделять отдельную небольшую полоску склона с большей крутизной, оказавшейся внутри значительной его части, выделяемой в категорию с меньшей крутизной.

Экспозиционные различия по теплообеспеченности на крутых склонах проявляются ярче, чем на пологих, на южных (и юго-западных) и северных (и северо-восточных) лучше, чем на западных и восточных. Поэтому при составлении предварительной карты ПТК крутым склонам северной и южной экспозиций следует давать разные номера. Выпуклые склоны как на профиле, так и плане отличаются от вогнутых по увлажнению, и это тоже надо учитывать при рисовке контуров ПТК.

Мы рассмотрели лишь частные примеры выявления контуров форм и элементов рельефа в условиях эрозионных равнин средней полосы Русской равнины при крупном масштабе картографирования. В иных физико-географических условиях возникнут новые вопросы. Например, в условиях холмисто-грядового моренного рельефа, чередующегося с водно-ледниковыми поверхностями, где эрозионная сеть может быть слабо развитой, для первого, наиболее общего разграничения территории на разные природные комплексы А.А. Видина рекомендует раскрасить карту в горизонталях по разным высотным уровням. И действительно, этот прием позволяет без особого труда разобраться в сложном «переплетении» моренных и водно-ледниковых образований. На моренных холмах могут выявиться вершинные поверхности, полого-наклонные или с мелкими всхолмлениями, а на водно-ледниковых равнинах будут видны террасовидные поверхности разных уровней. Впрочем, этот прием ярусной раскраски по горизонталям может оказаться полезным и на эрозионно-расчлененной территории. В обоих случаях это позволяет выявить ярусность ПТК, в частности склоновую микрозональность.

От масштаба карты зависит и ранг ПТК, выделяемого в самостоятельный контур. Например, на карте масштаба 1:10 000 в пойме более или менее значительной реки хорошо читается по горизонталям гривистый рельеф, и каждую гриву и межгривное понижение (урочища) можно выделить контуром. На картах масштаба 1: 25 000 это уже не всегда возможно и часто выделяется целиком участок гривистой поймы, т.е. целая совокупность взаимосвязанных урочищ. На карте же масштаба 1: 200 000 даже целиком всю пойму практически невозможно проследить по горизонталям, так как сечение горизонталей 20 м, а относительные превышения террас над поймой могут составлять 5 - 10 м.

В этом случае помогают другие косвенные признаки, читаемые по топографической карте, например граница луга и пашни (хотя пойма может тоже оказаться распаханной, а терраса луговой). Иногда вдоль реки на карте показана заболоченность, позволяющая «нащупать» пойму. Может помочь и размещение населенных пунктов, которые, как правило, находятся вне поймы. Во всяком случае, многоэтажной застройки на пойме не будет нигде, если только это не искусственная насыпь на бывшей пойме. Шоссейная дорога «без нужды» также не пойдет по пойме, а пойдет по террасе или коренному берегу. Если же она пересекает речную долину, то ее отрезок на пойме выделится знаком насыпи. Скотный двор или водонапорная башня в пойме реки почти однозначно отмечают островок надпойменной террасы, не выразившийся в горизонталях карты и т.д.

Рисовка контуров ПТК по топографической основе чаще всего идет параллельно с работой над аэрофото- и космоматериалами, а также над отраслевыми картами, поэтому многие вопросы снимаются. Отметим лишь, что при работе с топографическими картами среднего и мелкого масштабов хорошо иметь и более крупномасштабные карты для более уверенной и точной рисовки.

Работа с аэрофото- и космическими материалами и отраслевыми картами

Использование аэрофотоматериалов можно рекомендовать как для крупного, так и для среднего масштабов исследований. Космические снимки удобны для работ мелкого и среднего масштабов, а при условии их увеличения и для крупного.

Обычно при крупномасштабных исследованиях используются черно-белые контактные отпечатки аэрофотоснимков разных масштабов (чаще 1:17 000 и 1:12 000, но возможны и другие - от 1: 5000 до 1:60 000) в зависимости от наличия в фондах Госгеонадзора готовых негативов, так как заказывать специально новую аэрофотосъемку часто невозможно из-за финансовых соображений. Выбираются материалы более свежих полетов, лучше начала лета, когда контрастность в увлажнении разных ПТК фиксируется наиболее четко.

На аэрофотоснимках обычно хорошо просматриваются типы местностей со специфичной для них урочищной структурой. Можно распознать на них и подурочища, и отдельные крупные фации. На космических снимках, охватывающих большую территорию, видны уже разные ландшафты, приуроченные к определенным тектоническим структурам, или, может быть, «просвечивают» тектонические структуры через разный рисунок ландшафтов.

По возможности используются цветные или спектрозональные снимки, особенно для дешифрирования растительности, а также (дополнительно) аэрофотоснимки прежних лет разной давности, по которым можно проследить скорость протекания некоторых процессов (например, эоловых, эрозионных, заболачивания, зарастания, смену угодий, изменений в размещении населенных пунктов и т.д.). Практикуется также просмотр парных снимков под стереоскопом. На снимках выявляются контуры, отличающиеся по форме, фототону, рисунку (структуре) фотоизображения, его тени.

Выявляются, в первую очередь, естественные границы, связанные с изменениями природного характера. Резкая смена фотоизображения по прямолинейным границам часто отражает результаты хозяйственной деятельности человека (смену угодий, полей севооборота и др.). Такие границы интересны как границы производных (антропогенных модификаций) фаций и урочищ, обычно они тоже фиксируются, но иным способом, чем природные (например, точечным пунктиром).

При дешифрировании используются как прямые признаки объектов, непосредственно видимые на аэрофотоснимке, так и косвенные, базирующиеся на закономерных связях, существующих в ПТК. Например, если на террасе отдешифрирован сосновый лес, то вполне вероятно, что она песчаная. Или, если распаханный участок вблизи бровки балки имеет более светлый тон, чем соседние, то, скорее всего, его почвы значительно эродированы, и т.д.

Зачастую изменение рисунка либо тона вполне объяснимо и соответствует или изменению растительности, или увлажнения, или же слагающих поверхность пород, или сразу нескольких компонентов, в чем можно убедиться, сверившись с топокартой и (или) отраслевыми природными картами. Но нередко в камеральных условиях объяснить причину изменения характера изображения на аэрофотоснимке не удается, и расшифровка его откладывается на полевой период.

Результаты дешифрирования вырисовывают на матовой пленке, наложенной поверх аэрофотоснимка, мягким простым карандашом и (или) гуашью. Можно сразу переносить их на топооснову, дополняя или уточняя те контуры, которые на ней уже были отрисованы по горизонталям как формы и элементы форм рельефа. Параллельно составляют табличную (рабочую) легенду, где для каждого выделенного и пронумерованного контура раскрывают его основное содержание: местоположение и рельеф, породы, увлажнение, почвы, растительность. В примечании указывают, необходимо ли полевое уточнение свойств ПТК, и чего именно (опознание слагающих пород, почв и т.д.).

Составление предварительной ландшафтной карты среднего масштаба отличается меньшей степенью детальности дешифрирования. Известные трудности возникают при этом в связи с разномасштабностью материалов. Как правило, масштаб аэрофотоснимков намного крупнее составляемой карты. В связи с этим удобнее пользоваться не отдельными контактными отпечатками, а накидными монтажами или, еще лучше, фотосхемами, либо увеличенными космоснимками (и космопланами с нанесенными на них горизонталями), позволяющими обозревать одновременно большую территорию, выявлять на ней природные территориальные комплексы, и укладывать их на топографическую основу избранного масштаба или на наложенную на нее кальку (пленку). Просмотр всей массы контактных отпечатков аэрофотоснимков под стереоскопом в этом случае практически невозможен из-за слишком большого их количества. Однако в отдельных случаях это вполне целесообразно, например, при выявлении границ, совпадающих с перегибами склонов коренных берегов речной долины, террас и др.

Как правило, в учебных планах физико-географов - ландшафтоведов есть специальные курсы по дешифрированию аэрофото- и космических снимков, поэтому мы не будем на этом останавливаться.

При любом масштабе работ для наполнения контуров конкретным содержанием одновременно с анализом аэрофото- и космоматериалов используются имеющиеся по изучаемой территории специальные (компонентные) карты: почвенная, четвертичных отложений, дочетвертичных отложений, структурно-тектонические, гидрогеологические, инженерно-геологические, геоморфологические, карты (планы) лесной таксации и другие, показывающие растительный покров. Однако растительность - компонент, как правило, наиболее измененный человеком. Эти изменения могут быть недолговечны и случайны, а сами карты (и планы) часто слишком мозаичны, что затрудняет их использование. Поэтому материалы по растительному покрову территории используются уже после всех других. Особое внимание обращается на типы местообитаний, для чего пользуются шкалами Л.Г. Раменского, В.В. Погребняка (в переработке А.А. Видиной), экологическими рядами, с тем, чтобы за сегодняшней картиной сильно измененной растительности разглядеть ее коренные варианты.

В случае несоответствия контуров специальных карт с характером фотоизображения предпочтение отдается аэрофотоматериалам, однако возникший вопрос фиксируется для дальнейшего выяснения.

Составленные по аэрофото- и (или) космоматериалам и специальным картам (геологическим, геоморфологическим и др.) предварительные ландшафтные карты имеют, как правило, довольно хорошую рисовку контуров, но схематичную легенду, еще недостаточно полную и точную по содержанию.

Однако, несмотря на всю неполноту, легенда предварительной ландшафтной карты не должна представлять собой хаотичный перечень контуров различного содержания. Уже в подготовительный период надо стремиться систематизировать материал, произвести первоначальную классификацию ПТК, соблюдая структурно-генетический принцип и избегая логических ошибок.

В процессе полевой работы основная задача заключается в раскрытии содержания выявленных контуров (по их типологическим группам) и в выяснении спорных вопросов, возникших при анализе разнородных материалов. Границы же контуров ПТК обычно мало изменяются после полевых работ, так как аэрофото- и космоматериалы позволяют положить их на карту даже с большей степенью точности, чем при непосредственном наблюдении в поле.

По предварительной ландшафтной карте еще до выезда в поле рекомендуется разработать сеть маршрутов и наметить точки комплексных описаний. А.А. Видина считает возможным для крупного масштаба работ (1: 10 000 - 1: 25 000) в лесной зоне средней полосы России задавать одной рабочей паре (специалист и рабочий или коллектор) на однодневный маршрут протяженностью 2 - 3 км 20 - 23 точки комплексного описания (полного на основных точках и сокращенного на картировочных). В лесостепной зоне при большей сложности описания почвенных профилей серых лесных почв и черноземов дневная норма снижается до 12-15 точек на рабочую пару, но одновременно увеличивается длина полевого маршрута до 3 - 4 км. Последнее связано, по нашему мнению, с меньшей сложностью морфологической структуры ландшафтов эрозионно-денудационных равнин лесостепи по сравнению с ландшафтами моренных и моренно-водноледниковых равнин лесной зоны, что позволяет делать сеть точек более разреженной.

На 1 км2 может быть задано от 2-3 до 20-25 точек. В среднем необходимая плотность точек на 1 км2 в лесной зоне составляет 10-15, в лесостепной 6 - 8, а на ключевых участках до 10-12 точек и больше. Это несколько более высокие нормы, чем приведенные ниже расчеты, заимствованные из опыта почвенной съемки. Может быть, это и правомерно, так как ландшафтная съемка, по-видимому, сложнее почвенной, по крайней мере, по мнению И.И. Мамай, указанные выше нормы занижены. Ландшафтоведы давно уже отказались от практиковавшегося ранее в отраслевых исследованиях регулярного размещения точек по сети квадратов, так как использование аэрофотоснимков, хороших топографических карт и других материалов и составление предварительных ландшафтных карт позволяет сделать эту сеть более рациональной - разреженной на крупных контурах относительно однородной территории и более густой на площадях с мелкоконтурными и разными по характеру ПТК. Однако использование компьютерной техники при составлении ландшафтных карт вновь вынуждает нас признать правомерность метода регулярного размещения точек наблюдения.

Нормативы отдельных видов работ ландшафтных исследований еще не выработаны. Для комплексного дешифрирования аэрофотоснимков при составлении ландшафтной карты масштаба 1:10 000 на среднеосвоенную территорию средней полосы Русской равнины А.А. Видина определяет норму в 5 - 8 км2 (или 5 - 8 дм2 в масштабе карты) на одного человека в день. Наш опыт работы показал, что для масштаба 1: 100 000 можно за это же время отдешифрировать 100 км2 (или 1 дм2 в масштабе карты). Но как бы ни были значительны затраты времени на составление предварительных ландшафтных карт, они оправдываются существенным повышением качества всей работы в целом и более сжатыми сроками полевых работ.

3.3 Полевая документация

Фиксация материалов полевых наблюдений производится в полевом дневнике, а также в журналах, бланках и прочих документах, которые разрабатываются исходя из целенаправленности, масштаба работ и других специфических особенностей экспедиции.

Дневник (наряду с полевой картой и бланками) - один из основных документов, требующих тщательного хранения и аккуратного обращения. На правой стороне страниц простым мягким карандашом предельно четко ведутся текстовые записи по ходу наблюдений, на левой стороне делаются зарисовки, составляются схематические планы, колонки геологических обнажений, записываются фотокадры, вносятся поправки, относящиеся к тексту правой стороны.

Полевой дневник в первый же день работы должен иметь заполненный титульный лист, на котором указываются: название организации, экспедиции, номер полевого дневника, фамилия, имя, отчество исследователя, дата начала ведения дневника и номер точки, с которой начата работа, а позже - дата окончания работы и номер последней точки. В конце титульного листа записывается почтовый адрес и телефон для того, чтобы в случае утери дневника нашедший мог бы связаться с его автором. По окончании дневника в начале или в конце его дается «Содержание» с названиями маршрутов и перечнем точек, описанных в каждом из них. Впрочем, лучше «Содержание» составлять в процессе полевых работ, по мере окончания каждого из маршрутов, с указанием страниц (дневник должен быть заранее пронумерован).

Если основная часть полевого материала документируется на бланках, то в дневниках записываются лишь специализированные точки (см. раздел 3.7), наблюдения по маршруту между точками, поконтурная характеристика выявленных ПТК, более сложных, чем фация (она описывается на бланке). Необходим ежевечерний просмотр полевых записей с целью контроля их полноты и правильности и первичных обобщений материала.

Обычно при работе в среднем и особенно в крупном масштабах наблюдения на точках носят массовый характер, и их фиксация производится на бланках. Преимущество бланков перед полевым дневником заключается в строго определенном перечне фиксируемых сведений. Бланк - своего рода сокращенная программа наблюдений. Чем строже будет соблюдаться требование единообразия и сравнимости собранного материала, тем более правильные и точные выводы могут быть сделаны на основании их обработки. Другое преимущество бланков - удобство «сортировки» материала по нужным признакам описанных фаций. Недостатки бланка - его привязанность к «точке» (фации) и некоторая его «формалистичность». Последнее качество уже упоминалось как положительное, помогающее обработке полевого материала, но жесткая форма не всегда вмещает в себя все. Обстановка может требовать записей дополнительных фактов, не предусмотренных графами бланков. Вот почему даже при наличии бланков ведение полевого дневника остается обязательным для исследователя.

Форма бланка (бланков) вырабатывается в экспедиции в подготовительный период или заимствуется из имеющихся образцов. Она может и должна изменяться в зависимости от направления исследований и от условий района работ. Применение универсальных бланков «на все случаи жизни» неудобно. Однако разнообразие форм бланков не должно быть беспредельным, иначе материалы полевых исследований различных экспедиций могут оказаться плохо сопоставимыми. Чтобы получить сравнимые материалы, необходима максимально однородная информация. И в дневнике, и в бланках нельзя ничего стирать, можно лишь зачеркивать и писать заново. Нельзя уничтожать бесследно записи, показавшиеся ошибочными, чтобы не лишить себя возможности вновь подумать над неясными вопросами. К тому же правка по стертому может вызвать у кого-либо сомнение в достоверности написанного. Полевой бланк, полевая карта, дневник - это документы и отношение к ним должно быть соответствующим.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5