Ландшафтно-экологические методы исследований

Есть замечательная книга А.Е. Ферсмана «Цвет в природе», с которой каждому исследователю природы следует ознакомиться. О цвете почвы (почвенных горизонтов) хорошо сказано у В.В. Добровольского. Он в доходчивой форме поясняет: черный цвет и его интенсивность связаны с процессом разложения органического вещества и накоплением гумуса, перегноя, торфа; бурый - с накоплением окислов железа; коричневый - с одновременным накоплением гумуса и железа; сизый - с закисными соединениями железа; белесость и белая присыпка могут быть связаны с элювиальными процессами - выносом растворимых веществ и накоплением аморфного кварца или же, напротив, с иллювиальными новообразованиями углекислого кальция - мучнистой присыпки. Последнюю легко определить по вскипанию от соляной кислоты или же уверенно предположить ее присутствие, исходя из общей зональной ситуации.

Кроме названных цветов можно употреблять и другие: коричневый, палевый или, например, ржавый, кирпичный, шоколадный. Желательно иметь в экспедиции образцы цветовых шкал Манселла.

Влажность почвы записывают после (или до) характеристики цвета, так как цвет почвы меняется при разном увлажнении. За основу можно принять следующие градации: сухая почва - пылит; свежая - не пылит, слегка холодит руку; влажная - обнаруживает признаки влажности, сжимается рукою в комки, бумага, приложенная к почве, быстро сыреет; сырая - увлажняет руку и прилипает к ней; мокрая - из стенок шурфа сочится вода.

Рекомендуется также отмечать погодные условия в момент описания и незадолго до того. Например, «ясная погода, накануне был сильный дождь» или «ясная погода, неделю не было дождя».

Механический состав при описании почвенного разреза определяется обычно пробой на скатывание. Для этого пробу (при необходимости) слегка увлажняют. Существуют следующие градации механического состава: глинистый, суглинистый, супесчаный, песчаный. Остается добавить скелетный, когда проба состоит из обломков плотных пород (хряща, щебня, гальки, валунов), смешанных с мелкоземом. Если отбросить крупные (скелетные) частицы, то остальная почвенная масса обнаруживает свойства одной из перечисленных выше групп.

Суглинки делятся на легкие, средние и тяжелые. Последние приближаются к глинам и могут давать очень тонкие и острые концы шнура, которые при скатывании долго крутятся, не отрываясь от основной массы. Для средних суглинков характерны более тупые концы шнура и меньшая пластичность. Легкие суглинки дают короткий шнур с рваными концами, слабо пластичный.

Вязкость и пластичность глины, сыпучесть песка также относятся к характеристике механического состава.

Структура почвы — ее способность распадаться на отдельности определенной формы. Очень хорошо прослеживается при рытье шурфа, когда сбрасываемый с лопаты материал рассыпается мелкими зернами, угловатыми комочками, плитками, глыбами и т.д.

Обычно для определения структуры берут из каждого горизонта ножом или лопатой куски почвы и, подбрасывая их на ладонях или разламывая при слабом нажатии, смотрят, какую форму и какие размеры имеют образовавшиеся отдельности и насколько они прочны. Структуру можно рассмотреть и при препарировании стенки шурфа, а также в выбросах из него и в отложенных для просмотра образцах.

Ниже приводится развернутый перечень типов почвенных структур с указанием размерностей почвенных агрегатов. Начинающим полевые исследования необходимо иметь его при себе и не экономить время на измерение структурных отдельностей. С приобретением опыта необходимость в этом отпадает.

Типы почвенных структур

I тип. Структурные отдельности развиты равномерно по всем трем перпендикулярным осям (общая форма отдельностей округло-многогранная).

А. Грани и ребра выражены неясно, отдельности плохо оформлены Структура Диаметр отдельностей, см

крупноглыбистая более 10

мелкоглыбистая 10 - 5

крупнокомковатая 5 - 3

среднекомковатая 3 - 1

мелкокомковатая 1 – 0,5

Б. Грани и ребра хорошо выражены, отдельности ясно оформлены

Структура Диаметр отдельностей, мм

крупноореховатая 20 - 10

Ореховатая ореховатая 10 - 7

мелкоореховатая 7 - 5

крупнозернистая 5 - 3

зернистая 3 - 1

пороховидная 1 – 0,5

II тип. Структурные отдельности более развиты по вертикальной оси (общая форма отдельностей призмовидная, вытянутая вверх).

А. Верхушки отдельностей закруглены

Структура Поперечник отдельностей, см

крупностолбчатая более 5

Столбчатая столбчатая 5 - 3

мелкостолбчатая менее 3

Б. Верхушки отдельностей ограничены плоскими гранями

Структура Поперечник отдельностей, см

крупнопризматическая более 5

Призматическая призматическая 5 – 3

мелкопризматическая 3 – 1

тонкопризматическая менее 1

III тип. Структурные отдельности более развиты по двум горизонтальным осям и укорочены по вертикальной оси (общая форма отдельностей уплощённая).

Структура Толщина (вертикальная ось), мм

сланцеватая более 5

Плитчатая плитчатая 5 – 3

пластинчатая 3 – 1

листоватая менее 1

скорлуповатая более 3

Чешуйчатая грубочешуйчатая 3 – 1

мелкочешуйчатая менее 1

крупнолинзовая более 10

Линзовидная мелколинзовая 10 – 3

чечевичная менее 3

Почвенные агрегаты менее 0,5 мм относятся к микроструктуре. Почвы с такими мелкими отдельностями в поле условно считаются бесструктурными.

Плотность почвы, как и структура, хорошо определяется при копке ямы и прослеживается по стенке шурфа. При ее определении можно руководствоваться следующим:

очень плотная или слитная почва - копать невозможно, приходится долбить, острие ножа не входит в почву, нож оставляет на стенке тонкую глянцеватую черту;

плотная почва копается с трудом, кончик ножа при нажиме входит в почву на 1 - 2 см, черта от ножа более глубокая, с тусклым отблеском;

слабоуплотненная почва легко копается и при выбросах рассыпается на отдельности, нож входит в стенку довольно свободно, на несколько сантиметров, черта от ножа глубокая, ровная или шероховатая, без блеска;

рыхлая почва сыплется;

пухлая почва при надавливании легко сжимается, нога оставляет глубокий след (например, свежеобработанные почвы садов и огородов, пухлые солончаки и т.д.).

Сложение - порозность (или трещиноватость) почвы. Понятие порозности включает как размер пор или трещин, пронизывающих почву, так и их обилие. Это трубочки, канальцы внутри структурных отдельностей или сплошной почвенной массы.

По размеру пор различают:

Сложение Диаметр пор, мм

тонкопористое менее 1

пористое 1 - 3

губчатое 3 - 5

ноздреватое или дырчатое 5 - 10

ячеистое более 10

В том случае, если почва обладает тонкопористым сложением, удобно пользоваться лупой. По обилию пор различают:

Пористость почвы (обилие пор) Промежутки между порами, см

Слабопористая 1,5 и более

Пористая 1

Сильнопористая 0,5 и менее

По размеру трещин различают:

Сложение Ширина трещин, мм

тонкотрещиноватое менее 3

трещиноватое 3 – 10

щелеватое более 10

Трещины располагаются между структурными отдельностями или в бесструктурной почвенной массе.

Новообразования возникают в почве в процессе ее формирования и представляют собой различные формы скопления веществ, выделяющихся на общем фоне почвенной массы. Новообразования сульфатов, хлоридов, гипса, карбонатов, окисей железа, алюминия и др., закиси железа, кремнезема имеют разную окраску и разнообразные формы.

Легкорастворимые соли — хлориды (NaCl, MgCl2, KC1) и сульфаты (Na2SO4 и MgSO4) дают новообразования белого цвета — налеты и выцветы, корочки, крапинки, «червячки», жилки, щеточки «инея». Выделения гипса также могут давать белые крапинки, «точки», жилки, натечные «бородки», кристаллы, друзы и целые прослойки (коры).

Карбонаты (СаСО3 и MgCO3) дают белого цвета «сединку», «плесень», псевдомицелий (или лжегрибницу), белоглазку, журавчики, дутики, желваки, «бородки», сплошное или пятнистое пропитывание почвенной массы.

Окислы (Fe2O3, A12O3, МnО4, Р2О5) образуют ржавые, охристые, красные, бурые и черные образования в виде натеков, примазок, псевдофибров, рудяковых зерен, дробин, желваков, полос, прослоек и плит (ортштейн, жерства).

Закиси железа дают сизые или зеленоватые пленки, примазки, разводы, буреющие на воздухе, или белые жилки вивианита, приобретающие на воздухе синюю окраску.

Кремнезем образует белую присыпку, пятна, тонкие прожилки и «бородки».

Несмотря на обилие и разнообразие форм новообразований, полевое их определение в подавляющем большинстве случаев не очень сложно. Знание процессов почвообразования и характерных новообразований для разных зональных условий и разных типов почв позволяет избегать многих ошибок. Кроме того, все новообразования углекислого кальция (карбонаты) легко распознаются по реакции на соляную кислоту. Что же касается множества названий, употребляемых для определения разных форм новообразований, то в случае затруднений следует своими словами описать размеры, форму, плотность, цвет новообразований, не давая им собственного названия.

Включения — валуны, гравий, галька, кости, черепки, кирпичи и т.д. - предметы, встречающиеся в почве, но не связанные непосредственно с почвообразованием. Наличию в почве каменистого материала приходится уделять специальное внимание: в горных условиях, а часто и на равнине (в моренных областях, на зандровых равнинах, в местах выходов на поверхность или близкого залегания скальных или полускальных пород).

При визуальном определении степени насыщенности почвы камнем можно принять следующие градации каменистости почв: 5-10% - слабокаменистые, 10 - 20% - среднекаменистые, 20- 40 % - сильнокаменистые, более 40 % - очень сильнокаменистые.

Для более точного определения каменистости выбирают учетные площадки размером 1 - 4 м2, на которых в 30-сантиметровом слое почвы определяют объем каменных включений (не менее 5 см в диаметре).

Следует также указывать размеры каменных включений и их состав.

Корневую систему и формы жизнедеятельности организмов (ходы червей и их выбросы — капролиты, ходы грызунов — кротовины и др.) тоже можно рассматривать как включения. Их можно описывать как в каждом горизонте, так и в конце всего описания, но обязательно с указанием, где наблюдается наибольшее сосредоточение корней, кротовин, капролитов и пр. При ландшафтно-геохимических исследованиях важно определить хотя бы ориентировочно процент корней, содержащихся в каждом горизонте от общего их объема. Например, объем корней в горизонтах: А1 - 50 %, В - 30 %, С - 20 %, что в сумме составляет 100 %.

Мерзлота может быть явлением сезонным либо постоянным. Наличие и формы проявления мерзлоты указывают в бланке наряду с другими признаками почвенных горизонтов.

Описание каждого горизонта почвенного профиля заканчивается указанием четкости и формы его границы с нижележащим горизонтом. По степени выраженности границы можно подразделить на: резкие - изменения происходят в слое менее 5 мм, четкие - в слое 5 - 25 мм, ясные - в слое 25 - 60 мм, постепенные - в слое 60-130 мм, расплывчатые (диффузные) - изменения происходят в слое более 130 мм. Можно принять и более простую шкалу, переход: резкий - 2 - 3 см, ясный - 3 - 5 см, постепенный - более 5 см.

По форме границы могут быть сглаженные (с небольшими неровностями), волнистые (граничная поверхность имеет широкие при их небольшой глубине относительно правильные «карманы»), неровные (граничная поверхность имеет «карманы», глубина которых превышает ширину), разорванные (прерывистые границы). Могут встретиться границы мелкоязыковатые и языковатые, при которых языки вышележащего горизонта (часто А2) могут разрывать границы нескольких горизонтов, проникая далеко в глубь почвенного профиля. Такие явления необходимо также фиксировать с указанием размеров языков.

Все перечисленные свойства почв, определяемые в поле визуально, дают подробную характеристику, позволяющую по сочетанию генетических горизонтов и степени их развитости назвать почву.

Полное название должно включать наименование типа и подтипа почвы; разновидность механического состава по верхнему горизонту; состав почвообразующей и подстилающей породы в случае близкого ее залегания к поверхности. Например: почва дерново-среднеподзолистая супесчаная на флювиогляциальных песках, подстилаемых моренным суглинком. При почвенной съемке профиль почвы считается двучленным, когда подстилающая порода залегает на глубине до 1 м от поверхности. В ландшафтных исследованиях подстилание, по возможности, указывают и при более глубоком залегании другой породы (примерно до 1,5 м), так как и при такой глубине смена пород оказывает существенное влияние на процесс почвообразования и на весь природный комплекс.

На карту также наносят индекс почвы по принятой системе. Например, индекс Пд2сс/ПС150... означает, что это дерново-среднеподзолистая среднесуглинистая почва на покровных суглинках глубина шурфа 150 см. В случае подстилания мореной индекс может получить следующий вид: Пд2сс/ПС120+ Мсугл150..., т.е. дерново-среднеподзолистая среднесуглинистая почва на покровных суглинках, подстилаемых с глубины 120 см моренным суглинком. Многоточие после цифры глубины ставят тогда, когда порода не пройдена до ее нижней границы. Может встретиться и трехчленный и еще более сложный почвенный профиль.

При частом чередовании слоев (например, песков, супесей, суглинков) допустимо выделение всей пачки слоев в один почвенный горизонт, если по другим признакам (гумусированности, ожелезнению и т.д.) он не делится на части. Такая ситуация часто встречается в поймах рек, где могут быть широко распространены пойменные слоистые легкосуглинистые глееватые почвы на слоистом супесчано-суглинистом аллювии. Почвенный индекс при этом может иметь такой вид: Адсл г1 лс/Асугл песч 100...

В завершение описания необходимо дать краткое, но в то же время полное название фации, а также отметить современные природные процессы и их интенсивность; влияние смежных ПТК; выраженность границ фации и ее дешифровочные признаки; место фации в структуре урочища (подурочища); антропогенное влияние на свойства фации. Если в подготовленных бланках таких граф не окажется, то все это следует записать в дневнике.

Выше отмечалась краткость описаний на картировочных точках и говорилось о том, что вместо шурфов там делают неглубокие прикопки. Но даже они далеко не всегда обязательны, если умело пользоваться методами ландшафтной индикации. Работая в том или ином регионе, мы должны всякий раз особое внимание уделять тесноте взаимосвязей между почвой и растительностью, растительностью и уровнем залегания грунтовых вод, выходом на поверхность карбонатных пород или засоленных грунтов и т.д. Тогда по растительным сообществам зачастую можно будет уверенно предположить наличие на точке наблюдения определенной почвы, не тратя времени и сил на рытье шурфов и подробное описание почвенного профиля. Наиболее интересны в этом отношении публикации С.В. Викторова.

Аэрофотоснимки также помогают выявлению сходных или отличных друг от друга ПТК и их особенностей. Например, на них легко различимы луговая пойма и покрытая сосновым лесом надпойменная терраса. Если же нет сосны, то по тому, как меняется общий фототон и его структура и как грунтовая дорога сильно осветленного тона разветвляется, можно заключить, что в этом месте уже не пойма, а песчаная надпойменная терраса. Ландшафтному дешифрированию принадлежит особая роль. И аэрофотоснимки необходимы на всех этапах исследования — и во время подготовительного периода, и в поле, и при камеральной обработке материалов.

3.7 Прочие дополнительные наблюдения

Геологические наблюдения

производятся в основном на специализированных точках - естественных обнажениях (по крутым берегам долин рек и ручьев, в оврагах и реже в балках) либо в антропогенных комплексах (карьерах, свежевырытых канавах и ямах, вырытых для трубопроводов, силосования, закладки фундаментов зданий и других целей). Назначение геологических наблюдений - ознакомление с конкретной геологической обстановкой в дополнение к сведениям, почерпнутым из литературных и фондовых источников. Производят описание выходов пород, их состава и условий залегания, делают зарисовки на левой стороне листов полевого дневника и фотографирование. Самостоятельного значения эти наблюдения, как правило, не имеют, но как дополнение к уже имеющимся геологическим данным их используют постоянно.

Описание обнажений, сложенных рыхлыми и (или) плотными не метаморфизированными породами, начинается с тщательной его зачистки лопатой и (или) ножом (чем удобнее). Если обнажение больших размеров и частично заросло или покрыто осыпями, приходится делать расчистку в нескольких местах, передвигаясь сверху вниз и в ту или другую сторону, одновременно следя за тем, чтобы каждая нижележащая расчистка в своей верхней части повторяла (хотя бы частично) нижний горизонт вышележащей расчистки. Если это не удается, то в зарисовке разреза «неопознанные горизонты» оговаривают особо с указанием причины разрыва последовательного описания горизонтов. Описание, как правило, производят сверху вниз. Для каждого горизонта записывают: его мощность в метрах или сантиметрах, измеряемую (по вертикали) обычным швейным сантиметром либо рулеткой или рейкой; название породы и ее характеристику (цвет, структуру, плотность, пористость, трещиноватость, наличие и обилие, а также характер распространения включений других пород); характер границы или постепенного перехода. А.И.Спиридонов рекомендует сделать также плановую зарисовку (или фотографирование) обнажения. Разумеется, если в обнажении встретились неопознанные породы, то следует взять смотровые образцы для консультации со сведущими специалистами непосредственно в районе полевых работ или же по возвращении с поля.

Следует также отметить, что выходы коренных пород или их элювия могут встретиться и на междуречных пространствах, нередко на пахотных землях. Их тоже нужно обязательно показывать на полевой карте и фиксировать в дневнике. Непосредственная близость к дневной поверхности или выход на нее коренных пород может существенно изменить геохимическую обстановку, а вслед за этим процессы почвообразования и характер естественной растительности или агрофитоценозов.

Специальные геоморфологические наблюдения

также необходимы в комплексных физико-географических исследованиях и ландшафтном картографировании. Как и геологические, их нередко проводят в самом начале полевых работ, в процессе рекогносцировки, но могут осуществлять и позже. Более раннее изучение форм рельефа и геологического строения территории целесообразно потому, что именно литогенная основа является главным фактором перераспределения тепла и влаги, что, в свою очередь, в большой степени влияет на биокомпоненты и, в конечном счете, на формирование природных территориальных комплексов.

Геоморфологические наблюдения нацелены на первичное ознакомление в поле с основными формами рельефа разного генезиса, рассмотренными ранее в подготовительный период по имеющимся текстовым характеристикам и картам. В дневнике записывают общий вид тех или иных форм рельефа, параметры размеров, характер и крутизну склонов, по возможности, и состав слагающих их пород или состав пород, в которых образовались исследуемые формы (для отрицательных форм рельефа). А.И. Спиридонов рекомендует наряду с фотографированием делать контурные и штриховые зарисовки, которые могут достаточно выразительно и полно изобразить рельеф: характер его эрозионного расчленения, форму склонов, террасированность поверхности и другие особенности. Он советует одну и ту же территорию фотографировать в разных планах (общем, среднем и крупном), а также с разных сторон для более полной передачи характерных особенностей рельефа. Применение широкоугольных объективов и телеобъективов дает возможность запечатлеть обширную местность в довольно мелком масштабе или же небольшой участок крупным планом. В настоящее время большую популярность приобрели цифровые фотокамеры, имеющие большие преимущества по сравнению с обычными фотоаппаратами.

Микроклиматические наблюдения

Микроклиматические наблюдения наиболее интересны по профилю - ландшафтной катене. При этом основной их принцип - единовременность определения метеорологических элементов на разных точках, расположенных в различных физико-географических условиях. Это практикуется чаще на стационарах (требуется много приборов и людей одновременно), но иногда и в экспедиционных условиях.

На стационарах удобно вести срочные наблюдения, непрерывную запись, а также вертикальный срез метеохарактеристик: профиль скорости ветра, профиль температуры, влажности и т.д. над каждой точкой в приземном слое воздуха.

Полученные данные можно с известной уверенностью распространять на значительную площадь, обладающую аналогичными физико-географическими условиями.

Гидрологические наблюдения

Гидрологические наблюдения в полевой период комплексных физико-географических исследований производят на малых естественных гидрологических объектах и на колодцах. Большие реки и озера, как правило, хорошо изучены регулярными наблюдениями гидрометеослужбы, и разрозненные замеры случайного сезона мало что могут прибавить к тем систематическим характеристикам, которые уже имеются по этим объектам. К тому же исследования на них слишком специальны и не могут производиться одновременно с комплексным физико-географическим изучением территории, а требуют особой программы, других видов снаряжения, оборудования и средств передвижения.

В то же время наблюдения над малыми объектами почти всегда дают много нового материала, нигде еще не зарегистрированного, или, может быть, повторяют такие же кратковременные и редкие наблюдения гидрометслужбы и тем самым дают более надежную характеристику объекта. Для родников записывают условия выхода вод на поверхность, породу водоносного и нижележащего водоупорного горизонтов, замеряют расход воды. В ручьях и небольших речках замеряют скорость течения и расход, записывают сведения о ширине и глубине водотоков, отмечают следы подъема вод в половодье, характер донных наносов, наличие и видовой состав водных растений.

Для озер описывают форму и глубину, а также донные отложения и растительность.

Во всех случаях фиксируют цвет, запах, мутность, вкусовые качества воды. Разумеется, что водный объект нельзя «вынимать» из окружения, поэтому его характеристику дополняют краткими сведениями о берегах и прилегающей территории, а также о прямом или косвенном антропогенном воздействии.

Внимательному изучению подвергаются колодцы. В них замеряют глубину зеркала воды и дна колодца, определяют качество воды. В отдельных случаях производят пробную откачку для замера дебита. Работа над колодцем, более чем всякая другая, может вызвать недовольство местных жителей. Поэтому необходимо получить на нее разрешение владельца или органа общественной власти.

В зависимости от масштаба работ и программы экспедиции водные источники обследуют сплошь по всей территории (крупный масштаб, мелиоративная ориентация работ) или же выборочно, в наиболее типичных местах. Записи производят в дневниках или специальных бланках, журналах.

Зоогеографические наблюдения

могут являться частью комплексных физико-географических исследований, но они также очень специфичны по своей методике, требуют особой подготовки, почему и проводятся обычно не попутно, а специально. Однако пренебрегать попутными зоогеографическими наблюдениями все же не следует. Рекомендуется отмечать не только животных, птиц и других представителей фауны, встреченных на точках описания или по маршруту, но и следы их пребывания. Например, помет лося или следы его кормежки (обглоданные стволы и ветки осины и других деревьев), пятна разрытой кабанами земли, выбросы крота, гнезда птиц и т.д.

Дендрохронологические исследования

В настоящее время появилось достаточно много работ, освещающих использование дендро-хронологического метода в комплексных физико-географических исследованиях. Этот метод незаменим при исследовании пространственно-временной изменчивости функционирования геосистем и выявлении природных и антропогенных факторов такой изменчивости. Поэтому наряду с традиционными разделами дендрохронологии — дендроклиматологней, дендрогидрологней, дендрогляциологией, дендроархеологией и т.д. - можно говорить о становлении нового направления - дендроландшафтологии, или ландшафтной дендрохронологии (термин Ю.Г. Пузаченко).

Базовые методологические принципы дендрохронологических исследований были сформулированы X. Фриттсом. Первым из них является принцип лимитирующего фактора. На рост растения наибольшее влияние оказывает тот фактор среды, который является наиболее ограниченным или недостаточным, т. е. находится в минимуме. Например, если таким фактором является годовое количество осадков, то величина радиального прироста древесины в наибольшей степени будет зависеть от количества осадков, выпавших за исследуемый год. Данный принцип является частным проявлением известного закона фактор-минимума К. Либиха.

Следующий принцип — принцип совместного действия факторов роста дерева. Очевидно, что каждая серия приростов древесины является совокупным «продуктом» действия различных факторов среды как природных, так и антропогенных, которые постоянно воздействуют на прирост. Например, прирост (R) за один год (t) является функцией совокупного действия следующих факторов:

нормального годового прироста соответствующего возрасту дерева (А); в благоприятных условиях приросты в молодом растении незначительны, но увеличиваются с годами, достигая максимума и оставаясь большими в течение всего периода приспевания; в спелом состоянии прирост уже несколько ослаблен, а в перестойном существенно снижен;

гидроклиматических факторов, влияющих на прирост в течение данного года (С);

проявления возмущающих факторов внутри лесного сообщества, например вспышки размножения насекомых-вредителей, вызывающей снижение приростов (D1);

проявления внешних для лесного сообщества возмущающих факторов, например вырубки, ветровала (D2);

случайного процесса (Е), не входящего в перечисленные.

Суммируя все факторы, получим уравнение

Rt = Аt + Сt + δD1 + δD2 + Еt,

где δ перед D1 и D2 обозначает отсутствие (0) или наличие (1) возмущающего сигнала. Таким образом, если необходимо усилить сигнал одного из факторов среды, влияние других факторов должно быть ослаблено. Например, при изучении воздействия на прирост климатических факторов нам необходимо избавиться от влияния фактора возраста, а также внутренних и внешних для данного дерева и сообщества возмущающих процессов. Такая процедура носит название стандартизации. Устранение посторонних факторов производится различными статистическими методами, для чего разработаны специальные компьютерные программы, например ARSTAN.

Принцип экологической амплитуды. Этим принципом определено, что растения бывают наиболее чувствительны к факторам окружающей среды на широтных и высотных границах ареалов их распространения. Этим необходимо руководствоваться при отборе образцов, особенно для видов с широкой экологической амплитудой.

В соответствии с принципом выбора местообитания для отбора образцов необходимо выбирать такие фации, в которых прирост древесины наиболее чувствителен именно к тому фактору, который будет изучаться. Из этого следует, что для изучения повторяемости засух образцы для датировки следует отбирать в районах с недостаточным увлажнением.

Принцип перекрестного датирования. Данный принцип позволяет, сопоставляя серии приростов нескольких образцов, выявить одинаковые серии, относящиеся к одному и тому же времени. Например, год постройки деревянного строения можно определить, сопоставляя серии приростов образцов древесины, взятых из этого строения, с сериями приростов живых деревьев. Перекрестно датируя живую, умершую и погребенную древесину, отобранную в одном районе, можно построить довольно продолжительные региональные дендрошкалы. В настоящее время в мире построено несколько абсолютных непрерывных хронологий до 10 - 12 тыс. лет.

В неблагоприятных местообитаниях часто наблюдается выпадение годичных колец, т.е. прирост древесины отсутствует в пределах отдельной части или всей окружности ствола. Поздние и ранние заморозки, временные засухи и другие условия, сопровождающиеся последующим возобновлением прироста, часто приводят к образованию множественных колец, состоящих из нескольких «ложных». С помощью перекрестного датирования образцов, взятых из разных деревьев, но в одном местообитании, мы можем выявить такие кольца и избежать ошибки. Для этого также разработаны специальные компьютерные программы, например COFECHA.

Принцип массовости заключается в том, что чем больше образцов взято с одного конкретного дерева и с большего количества деревьев в пределах местообитания, тем более точными с точки зрения статистики будут полученные данные. С.Г. Шиятов, Е.А. Ваганов и др. рекомендуют отбирать образцы с 15 - 30 деревьев в пределах одного местообитания (в экстремальных условиях роста достаточно 10 - 15), а с каждого дерева - по двум радиусам. Опыт показывает, что в пределах многих фаций, особенно болотных, количество деревьев может составлять всего 3 - 5 единиц. В таких случаях отбирают керны из всех существующих деревьев.

Ландшафтно-дендрохронологическое исследование делится на пять этапов.

На первом этапе важно четко определить основные цели и задачи будущего исследования: какие факторы, влияющие на прирост деревьев, необходимо выявить в первую очередь, какова должна быть продолжительность хронологии и т.д. Полевые работы при ландшафтно-дендрохронологических исследованиях могут выполняться самостоятельно, а могут выступать как одно из направлений при комплексных физико-географических исследованиях.

Второй этап - выбор места отбора образцов и определение породы деревьев. В зависимости от поставленной задачи выбирают пробные площади. Они могут быть привязаны к доминирующим фациям разных ландшафтов, чтобы по полученным результатам можно было выявить синхронность (или асинхронность) колебаний прироста древесины в изучаемых ландшафтах в зависимости от общих изменений климатических условий. Очень часто пробные площади располагают по линии профиля, особенно когда основyая цель - выявление реакции древостоя на колебание уровня грунтовых вод (подтапливание или осушение) и местных или микроклиматических условий под воздействием геотехнических систем (водохранилищ или осушительных каналов). При выборе площадей необходимо руководствоваться принципом лимитирующего фактора, принципом экологической амплитуды и принципом выбора местообитания.

Выбор породы деревьев - также очень важный момент, поскольку породы различаются между собой продолжительностью жизни, плотностью древесины, выраженностью годичных колец. Чаще всего для изучения временных изменений прироста древесины на территории Восточно-Европейской равнины используют хвойные виды: сосну обыкновенную (Pinus sylvestris L.), ель европейскую, или обыкновенную (Picea abies (L.) Karst.), ель сибирскую (Picea obovata Ledeb.), лиственницу сибирскую (Larix sibirica Ledeb.) и европейскую, или опадающую (L. decidua Mill.), пихту сибирскую (Abies sibirica Ledeb.). Их древесина обладает невысокой плотностью, а границы колец видны хорошо. В горных районах это могут быть сосна горная (Pinus montana (L.) Mill.), стланиковые древесные породы. Возможно использование дуба, ясеня, в меньшей степени березы, черной ольхи, осины (в связи с затрудненностью прослеживания и измерения годичных колец).

На третьем этапе осуществляют отбор образцов - кернов. Керны (цилиндрики древесины) для дендрохронологического анализа берутся возрастным буром Пресслера. Для хвойных и лиственных пород применяют разные буры, отличающиеся маркой стали. Кроме того, буры различаются по диаметру и длине; сейчас наиболее распространенными являются буры диаметром 5 и 12 мм и длиной 20, 25, 30, 40, 45, 50, 60 и 75 см. Если радиус дерева очень большой, то сначала берут керн буром длиной до 40 см, а затем в это же отверстие вставляют более длинный бур. Керны берутся на высоте 1,0-1,3 м от земли. Сверление производится строго перпендикулярно к продольной оси дерева и так, чтобы бур прошел через сердцевину или вблизи нее. Не рекомендуется брать керны с деревьев больных, поврежденных или гнилых, за исключением тех случаев, когда выясняют влияние вредителей, заболеваний, механических травм, пожаров и т.п. на прирост древесины. Количество образцов, взятых с одного местообитания и из каждого дерева, устанавливают принципом массовости. Необходимо отметить, что для каждой фации, в которой производится отбор образцов при ландшафтно-дендрохронологическом исследовании, обязательно выполняется комплексное физико-географическое описание.

Керны очень хрупки, поэтому для их хранения и транспортировки существуют различные приспособления. Из бумаги или полиэтилена изготавливают специальные контейнеры, внутренний диаметр которых на 2 - 3 мм больше диаметра образца, затем их помещают в картонные коробки. Можно использовать фотографические кюветы, вставленные одна в другую, с днищами, покрытыми тонким слоем пластилина.

В некоторых случаях, когда из-за трещин и гнилей невозможно отобрать керны (сухостой, валеж, полуископаемая, строительная древесина), приходится брать поперечные спилы деревьев. Раньше спилы отбирались и со здоровых деревьев, однако в настоящее время это практикуется крайне редко. Кроме того, наиболее старые одиночные деревья и лесные насаждения в европейской части страны, как правило, находятся под особой охраной.

На четвертом этапе производят первичную обработку данных: измерение ширины годичных колец, верификацию измерений методом перекрестного датирования (устранение ложных и фиксация выпавших колец), а также стандартизацию хронологии, т.е. устранение посторонних факторов (главным образом фактора возраста дерева). В результате получают не абсолютные значения, а так называемые индексы приростов, которые анализируют на заключительном этапе.

Для подсчета ширины годичных колец существуют специально сконструированные полуавтоматические комплексы, включающие бинокулярный микроскоп, двигающийся столик с подключенным к нему приспособлением, преобразующим электронный сигнал в цифровой, прерыватель сигнала и компьютер со специальным программным обеспечением. Чтобы измерить ширину кольца, предварительно отшлифованный наждачной бумагой керн или спил закрепляют на столике. Вертикальную линию измерительной линейки микроскопа совмещают с границей первого кольца, делают отметку, а затем перемещают столик с образцом древесины до границы следующего кольца и снова делают отметку. Данные автоматически заносятся в компьютер. Точность измерений составляет от 0,01 до 0,05 мм. Соответствующее программное обеспечение не только принимает измерения от столика, но позволяет сразу провести первичную обработку и получить индексы приростов. Однако такая аппаратура стоит очень дорого и имеется пока не во всех научных учреждениях.

В обычной практике отшлифованные керны сканируют сканером с разрешением не менее 600 dpi. Изображение можно корректировать, изменяя яркость, контрастность и другие параметры, чтобы границы колец были максимально различимы. С помощью специальных программ исследователь обозначает эти границы «мышью», а ширина колец (расстояние между отметками) рассчитывается уже автоматически. Данные представляют в виде колонки с абсолютными значениями приростов. Верификацию и стандартизацию хронологий проводят специальными компьютерными программами, например уже упомянутыми COFECHA и ARSTAN. Эти две программы предоставляются бесплатно через сеть Интернет.

Существуют и еще нередко применяются простейшие методы подсчета и измерения ширины годичных колец по кернам с помощью бинокулярной лупы (микроскопа) МБС-1 с 16- или 8-кратным увеличением, позволяющим достигнуть точности 0,05 - 0,1 мм. Этот метод достаточно трудоемкий, поскольку полученные данные вводят в компьютер вручную, однако его можно применять и в полевых условиях для получения предварительных результатов.

На последнем, пятом, этапе производится статистическая обработка полученных индексов прироста. Выбор методов и способ представления окончательных результатов зависит от поставленных на первом этапе целей и задач. Как правило, для сравнения хронологий между собой вычисляют коэффициенты корреляции, ковариации, синхронности и чувствительности. Применяют также кластерный, регрессионный и другие виды анализа. По материалам физико-географических описаний, а также используя метеоданные, производят факторный анализ, позволяющий выявить факторы динамики приростов.

Результаты исследования представляют в виде графиков хронологий - кривых прироста. Строят как индивидуальные, так и сводные кривые, которые получают путем осреднения данных по фациям и урочищам. Хронологии для ПТК ранга местности и ландшафта строят на базе хронологий доминирующих фаций. Для каждого вида деревьев строят отдельные кривые приростов.

В отчет о ландшафтно-дендрохронологических исследованиях включают также данные статистического анализа (таблицы, графики, дендрограммы и т.д.). Точки отбора образцов целесообразно нанести на ландшафтный профиль или ландшафтную карту. На карту могут быть нанесены и результаты исследований в виде изолиний одинакового прироста за определенный период (изоэпидоз).

Наблюдения на точках дают фактический материал, по мере накопления которого у исследователя складывается представление об основных взаимосвязях между отдельными компонентами природы и между разными ПТК, а также об условиях хозяйственного использования территории.

Маршрутные наблюдения между точками комплексных описаний дополняют последние и фиксируются в дневнике. По своему содержанию и объему они могут быть очень различными в зависимости от масштаба и целевого назначения исследований. При крупном масштабе точки комплексного описания зачастую закладываются в соседних комплексах. По маршруту отмечают те небольшие изменения, которые удается заметить по сравнению с уже описанной точкой, размеры и конфигурацию ПТК, характер перехода к другому комплексу. Если маршрут проходит через природные территориальные комплексы, в которых не запланировано комплексное описание точек вследствие того, что аналогичные комплексы уже были описаны ранее, то по маршруту делают краткую дневниковую запись вновь встреченных ПТК с элементами сравнения с уже описанными.

Средний и мелкий масштабы работ характеризуются «разбросанностью» точек, значительными расстояниями между ними, поэтому роль маршрутных наблюдений усиливается. Большое внимание уделяется морфологической структуре природных территориальных комплексов, активным ландшафтообразующим процессам, характеру хозяйственного использования и антропогенным изменениям природных комплексов.

3.8 Сбор образцов и других натурных экспонатов

Сбор образцов в поле не может носить случайный характер, так как каждый образец должен быть документирован (снабжен этикеткой и записан в бланк или дневник), тщательно упакован, транспортирован, а это требует и времени, и средств. Поэтому надо всегда определять заранее, для чего и сколько будет собрано образцов и экспонатов.

Гербарий и образцы растений.

Если отряд не имеет особого задания по сбору гербария для музея, кабинета, лаборатории, то по ходу самих комплексных физико-географических исследований в гербарий берут лишь те виды растений, которые требуют определения. Каждый вид собирают в нескольких экземплярах (не менее трех) и укладывают в папку, в стандартные листы бумаги (30 - 40 см). На этикетке записывают название экспедиции, номер точки, условия местообитания, дату сбора и фамилию собравшего. Сушку производят в туго перевязанных гербарных сетках, подвешенных на воздухе в тени. В первое время ежедневно меняют не только прокладки, но и сами «рубашки», в которых лежат растения (обычно это сдвоенные листы с клапаном). Позже, когда растения уже существенно подсохнут, можно ограничиться сменой только прокладок. Впрочем, процесс сушки зависит от того, какие растения засушивают. Злаки, как правило, высыхают быстро, не доставляя хлопот, а какие-нибудь суккуленты будут мокнуть, чернеть, плесневеть и т.д., и избежать этого очень трудно.

При сборе растений в гербарий следует соблюдать общепринятые правила: каждое растение берут целиком, включая верхнюю часть корневой системы; если растение слишком крупное, то в гербарий закладывают его отдельные характерные части. По возможности в гербарий должны попасть и цветы, и семена (плоды) или хотя бы что-то одно.

Собранные растения сохраняют под условными названиями до полного их определения. Если можно надеяться определить некоторые растения самим с помощью определителя или агронома, то вместо гербария можно принести на базу образцы в букете, поместив его в полиэтиленовый пакет, чтобы растения не слишком завяли.

Растения и растительные остатки могут быть собраны и для других целей. Так, на опорных точках могут браться образцы для сопряженных геохимических анализов, могут понадобиться спилы и керны деревьев для дендрохронологических исследований. Для таких сборов необходимо ознакомиться со специальными методиками.

Почвенные образцы, как правило, собирают в значительном количестве. При крупномасштабных исследованиях, ориентированных на оценку сельскохозяйственных земель, количество образцов, подлежащих различным видам анализов, определяется инструкцией почвенной съемки. В других случаях образцы могут быть собраны в ином объеме, предусмотренном программой работ. Часть образцов берется только для повторного просмотра на базе (смотровые образцы). Они могут иметь произвольные размеры и упаковку, сокращенную документацию. Образцы же, предназначенные для анализов, должны быть весьма тщательно документированы, высушены и упакованы.

Почвенные образцы берут из каждого генетического горизонта, но не реже, чем через 50 см. В случае большой мощности горизонта из него берут два-три образца. Образец вырезают ножом, а если почва рыхлая, то его насыпают в специальные мешочки или заворачивают в крафтовую бумагу. По вертикали образец не должен быть более 10 см. Исключение делается только для пахотного горизонта, который берется на всю его мощность. В бланке записывают номер образца и глубину от поверхности его верхней и нижней границы, например: 1) 0 - 22; 2) 25 - 30; 3) 35 - 45 и т.д. Размеры (вес) образца зависят от того, для каких анализов он предназначен. Если это генетические образцы, которые будут подвергнуты довольно полному анализу, то их размеры должны быть не менее 1 дм3. Если же это массовые агрохимические образцы, взятые на гумус, кислотность, азот, фосфор, калий из одного или двух верхних горизонтов, то их объем может быть в два раза меньшим.

В этикетке записывают название экспедиции, номер точки, мощность горизонта и глубину взятия образца (в виде дроби), дату, фамилию собравшего. Этикетку заполняют простым карандашом, свертывают внутрь написанным и кладут так, чтобы она минимально пострадала при перевозке. Если образец упаковывают в бумагу (обычно в крафтовую), то этикетку заворачивают в угол листа или закладывают иначе, но так, чтобы она не соприкасалась непосредственно с образцом. В мешочках этого избежать не удается.

Геологические сборы тоже должны иметь определенную цель. Образцы могут брать для уточнения (или определения) состава, генезиса, возраста пород, для сопряженных геохимических анализов. Часть сборов может иметь временный характер (для повторного просмотра). Образцы для анализов тщательно документируют и упаковывают.

Археологические или единичные интересные фаунистические находки также следует документировать и транспортировать на место камеральных работ для передачи заинтересованным организациям и лицам. Если же шурф попал на древнюю стоянку или захоронение, то раскопку вести нельзя, а нужно сообщить о находке археологам.

Палеогеографические образцы собирают в том случае, если обследуемое обнажение или разрез представляют особый интерес для установления стратиграфии отложений и палеогеографии четвертичного периода (ископаемые торфяники, озерные отложения). Здесь своя методика взятия образцов, с которой надо ознакомиться. Основное же правило состоит в том, чтобы брать в качестве образца как можно более тонкий слой породы (чтобы не захватить в один образец разновозрастные горизонты). Очень велика также требовательность к чистоте образца (для упаковки используют пергамент или кальку). Большая частота взятия образцов по обнажению — также необходимое условие их полноценности. Размеры образцов могут быть очень небольшими.

Образцы воды берут для сопряженных геохимических анализов либо просто для характеристики вод территории. Нередко пользуются стеклянными бутылками объемом 0,5 л. На каждой точке обычно берут 2 л, т.е. четыре бутылки. Тщательно вымытые бутылки в последний раз ополаскивают водой из того источника, откуда будет взята проба, заливают доверху и закрывают резиновой соской. К горлышку привязывают этикетку. Транспортируют бутылки в обычных деревянных или металлических ящиках с ячейками. В последнее время стали широко применять полиэтиленовые канистры и фляги. Для некоторых видов анализов требуется особая консервация воды, а иногда и больший объем проб.

Образцы для сопряженных геохимических анализов (почв, пород, растений, вод) берут, как правило, не на одной точке, а на нескольких, по катене — от элювиальных фаций до супераквальных.

Образцы почв, в отличие от описанного выше способа, применяемого в ландшафтном профилировании и картографировании, для ландшафтно-геохимических анализов берут не из средней части генетического горизонта, а по всей его мощности. Рекомендуется бороздчатый способ, при котором каждый образец выскребается или вырезается ножом от верхней границы горизонта до нижней. Чем меньше мощность горизонта, тем шире и глубже должна быть борозда, чтобы общая масса образца достигала 0,5 кг. При очень малой мощности горизонта борозды вообще не получается, приходится выбирать почву ножом по всей ширине лицевой стенки, строго следя за тем, чтобы не захватить лишнего материала из смежных горизонтов.

От образца, предназначенного для различных видов анализов (механического, минералогического, валового химического и др.), отбирают среднюю пробу в 50 г для спектрального полуколичественного анализа. Отдельно отбирают новообразования, по возможности в таком количестве, чтобы можно было сделать шлифы для изучения минералогического состава, а также произвести валовой и спектральный анализы.

Если в программе работ предусмотрен микроморфологический анализ, то для него берут образцы с ненарушенной структурой. Это должны быть микромонолиты, помещенные в маленькие коробочки. После просушки образца свободное пространство в коробочке закладывают ватой или бумагой для сохранения структуры почвы при транспортировке.

Для каждого почвенного горизонта рекомендуется определить объемный вес и полевую влажность почвы. Знание объемного веса необходимо при последующих пересчетах данных химических анализов из весовых процентов в объемные и для получения величин общего объема отдельных элементов в ярусах природного комплекса. Определение объемного веса и полевой влажности позволяет также рассчитать соотношение твердой, жидкой и газообразной фаз в профиле изучаемой фации.

Образцы растений берут таким образом, чтобы сухая масса составляла не менее 300 г. Наиболее сложен отбор проб древесной растительности. Необходимо отдельно отбирать листья или хвою, тонкие ветви до 1 см в диаметре, более толстые ветви, кору на высоте около 1 м от земли, корни (отдельно тонкие - до 1 см в диаметре и толстые), шишки, желуди, сережки, образцы древесины ствола. Последние берут из модельных деревьев. Из каждого отрезка ствола отпиливают для анализов пластинку толщиной 1 — 2 см, массой 1,5 — 2 кг. Она же служит для выявления процесса роста дерева (по годовым кольцам). Образцы кустарников берут по тому же принципу, что и древесных пород.

Для определения аналитических данных смешанного травяного покрова можно использовать укосы пробных площадок. Помимо этого представляет интерес взятие проб отдельных видов растений, особенно доминантов. Из более редких растений предпочтение отдается тем, у которых развита глубокая корневая система. При этом у кустарничков и полукустарничков с одревесневшими стеблями стебли берут отдельно от листьев.

Корни лучше собирать после срезания надземной массы растений. Их осторожно подкапывают и вытаскивают, несколько раз (по мере сушки) отряхивают от земли, чистят мягкой щеткой, но не моют, чтобы избежать выщелачивания части веществ. Толстые и тонкие корни, как отмечалось, берут отдельно. Все образцы этикетируют, сушат, затем измельчают ножницами или руками.

Пробы воды берут из шурфа, а также из родника, ручья, реки, озера, расположенных в нижней части изучаемой катены.

Донные отложения и образцы водных растений (и животных) отбирают после комплексного описания водоема (с профильной зарисовкой). Их быстро просушивают, чтобы остановить микробиологические процессы, могущие повлиять на результаты анализов.

Фотографии, сделанные в поле, могут служить дополнительным документальным фактическим материалом. Основное требование при этом - точная привязка и датировка кадров (где и когда сделан снимок). Эти сведения обычно записывают в дневнике вместе с замечаниями о содержании кадра.

Возможности получения точной документальной информации с помощью фотографий непрерывно возрастают вместе с развитием техники фотографирования (различные системы фотоаппаратов, широкоугольные объективы, телеобъективы, насадочные кольца для макросъемок, цветная фотография, приспособления для получения моментального фотоизображения и т.д.). Применяются также кино- и видеосъемка.

3.9 Ландшафтное профилирование

Ландшафтное профилирование - один из основных методов комплексных физико-географических исследований. На комплексных профилях особенно ярко выявляются ландшафтные катены - ряды сопряженных фаций и урочищ, составляющих морфологическую структуру ландшафтов, определяются доминирующие, субдоминантные и дополняющие урочища и их приуроченность к формам рельефа, литологии, уровню залегания грунтовых вод и т.д. По конкретным наблюдениям на профиле возможно выявить закономерности, присущие более крупным ПТК.

Составление комплексных физико-географических профилей, изучение на их примере сложных и многосторонних взаимосвязей в природе, истории развития и современной динамики ПТК может явиться либо самостоятельной задачей, либо вспомогательным этапом работ в целях ландшафтного картографирования или физико-географического районирования.

Выбор линии профиля производят так, чтобы профиль пересек все наиболее характерные для исследуемой территории формы рельефа, отразил разнообразие геологического строения и современного растительного покрова.

Наиболее типичное заложение профиля, по М.А. Глазовской, - от местного водораздела к водоприемнику (ручью, речке, озеру). М.А. Глазовская рекомендует закладывать необходимый и достаточный минимум точек, где помимо комплексных описаний отбирают образцы для сопряженного геохимического анализа. Такие точки необходимо разместить в элювиальных условиях - одну при хорошей дренированности междуречной поверхности или две в случае чередования элювиальных и элювиально-аккумулятивных (часто гидроморфных) фаций. На склоне закладывают две точки (в трансэлювиальной и трансэювиально-аккумулятивной фациях) или одну, если аккумуляция не выражена. Ниже закладывают точки в супераквальной фации поймы и далее - в субаквальной фации водоема. Если есть надпойменная терраса, то, как минимум, одну точку закладывают на ее основной поверхности (неоэлювиальная фация). Всего на профиле в зависимости от сложности его строения может быть от четырех до десяти точек, на которых будут отбираться образцы. Большее количество точек может отвлечь на детали и затушевать основную картину изменения распределения элементов в вертикальном профиле катенарно сопряженных фаций.

Линии традиционных ландшафтных профилей выбирают по такому же принципу, но помимо точек отбора образцов для сопряженных геохимических анализов (эти точки, очевидно, следует считать опорными) закладывают ряд основных точек полного комплексного описания, с тем, чтобы охватить все разнообразие встречающихся по профилю ПТК. Профиль может включать не одну, а несколько катен, и тогда для геохимических исследований надо будет выбрать наиболее типичную для данной местности точку, а на других ограничиться комплексным описанием и на некоторых из точек отбором почвенных образцов.

Гипсометрическая кривая профиля, к которой привязывают все данные наблюдений, в зависимости от заданной точности может быть составлена по топографической карте (с полевым уточнением) или получена путем инструментальной съемки.

Точки комплексных описаний закладывают на основных элементах рельефа, полученные на них данные записывают в бланки и наносят условными обозначениями на гипсометрическую кривую профиля. При прохождении профиля важно не только произвести описания на точках, но и выявить все природные территориальные комплексы в их иерархическом соподчинении. Описание комплексов, более сложных, чем фация, и характера границ производят в полевом дневнике как дополнение к бланковым описаниям фаций.

Сам профиль изображают в дневнике схематически, но непременно наносят на него все точки комплексных описаний, данные о геологическом строении, почвах и почвообразующих породах, растительности, грунтовых водах, а также границы ПТК. При вечерней обработке материалов на базе (или временной стоянке) линию профиля вычерчивают в избранном масштабе на миллиметровке и наносят все имеющиеся данные, в том числе данные бурения и др.

Профиль может быть дополнен плановой полосой с изображением на ней природных территориальных комплексов. На комплексном профиле могут быть произведены микроклиматические наблюдения, являющиеся одним из традиционных видов геофизических исследований. Нанесенные в соответствующем порядке над линией профиля метеоданные помогут выявить закономерности изменения ПТК, связанные с экспозицией и крутизной склонов, относительными превышениями.

В зависимости от масштаба работ меняется и характер профиля, его протяженность, частота расположения точек описания и взятия образцов на анализы. При мелком и среднем масштабах исследования профиль может сопровождаться на отдельных участках фрагментами более крупного масштаба, более детально вскрывающими связи между компонентами природы и более мелкими комплексами. Крупномасштабные профили сами по себе достаточно детальны, но при необходимости и они могут «раскрываться» более подробно на отдельных характерных участках.

Метод профилирования применяется не только для изучения структуры ПТК и картографирования, но и для прослеживания процессов функционирования и динамики природных комплексов. Применение компьютерной технологии для математической обработки материалов профилирования потребовало регулярного шага обследования большой частоты, что и осуществляется в настоящее время на ряде стационаров.

Главная цель составления профилей — выявление взаимосвязей внутри природных территориальных комплексов и сопряженности комплексов друг с другом. Эти задачи наиболее успешно могут быть решены с применением геофизических, геохимических и математических методов исследований. Окончательные ответы зачастую зависят от результатов обработки полевых данных.

3.10 Полевое ландшафтное картографирование

Ландшафтные карты (при крупном и среднем масштабах работ) или карты физико-географического районирования (при мелком масштабе) являются нередко основным результатом комплексных физико-географических исследований.

Начинается эта работа с заложения на местности опорного ландшафтного профиля. На этом профиле производятся наиболее тщательные и детальные наблюдения, поэтому почти все точки этого профиля основные и одна или несколько — опорные. В зависимости от сложности строения территории может быть заложен один или несколько опорных профилей.

Дальнейшая работа по картографированию заключается в закладке менее детально изучаемых рабочих профилей и в равномерном заполнении территории точками наблюдений, выбранными в типичных фациях, в рисовке или в проверке отдешифрированных ранее контуров ПТК и в описании природных комплексов более сложных, чем фация. Маршруты прокладывают таким образом, чтобы они равномерно покрыли территорию и пересекли все типы выявленных контуров. Если предварительного дешифрирования не производилось или отдешифрированные контуры недостаточно дробны, в поле производят поиски и наносят границы ПТК. Задача эта не всегда простая, так как степень выраженности природных границ может быть очень разной и порой совсем не резкой (особенно на сильно окультуренных территориях).

По степени выраженности различают границы: резкие, ясные и неясные (постепенные переходы). Резкие границы природных территориальных комплексов обычно совпадают с геолого-геоморфологическими рубежами. Такие границы хорошо видны на местности, и вся задача заключается в том, чтобы как можно точнее положить их на карту. Допустимая погрешность в случае резких границ составляет 2 мм, однако при хорошей картографической основе возможно их нанесение с графической точностью до 0,2 мм. Ясные границы наносятся на карту с точностью до 4 мм, неясные — до 10 мм.

На местности неясные границы могут быть установлены методом сближения точек наблюдения. Он заключается в следующем. Посредине расстояния между двумя точками, характеризующими разные природные территориальные комплексы, закладывают третью. Третья точка по своей характеристике должна быть близка либо первой, либо второй; тем самым интервал для поиска границы сократится вдвое. Посредине оставшегося для поисков участка закладывают следующую точку, и так до тех пор, пока расстояние между соседними точками на местности не уменьшится на карте до 10 мм. После этого поиски границы прекращают, а саму границу проводят на карте либо посредине оставшегося отрезка, либо ближе к одной из точек с учетом пусть даже слабо выраженного изменения фототона или рисунка изображения на аэрофотоснимке, небольшого перегиба в рельефе, заметного на глаз по смене растительности или цвета пашни и т.д. Практически метод сближения точек для поиска границ применяется очень редко.

При полевом картографировании нужно преодолевать тенденцию «оттягивания» момента проведения границы. Полевые (или проверенные в поле ранее отдешифрированные границы) не подлежат в последующем изменениям. В виде исключения может быть допущено изменение контуров, если лабораторные анализы показали, что один контур надо разбить на два или же необходимо уточнить границу между соседними комплексами.

Как должны проходить маршруты и сколько точек потребуется заложить на единицу площади, ориентировочно определяют еще до выезда в поле и при рекогносцировке, исходя из масштаба работ, степени сложности территории, качества картографической основы и наличия или отсутствия достаточно качественных аэрофотоматериалов. Основное требование при этом - необходимое количество точек, нанесенных на карту для характеристики всех контуров, изображение которых рационально для данного масштаба.

Разрешающая способность изображения мелких контуров на крупномасштабных картах очень велика, и практически использовать ее до конца не всегда рекомендуется, так как при этом создается излишняя дробность контуров, учитывать которую в хозяйственной деятельности не представляется возможным. Из мелких природных территориальных комплексов на карту следует наносить (либо в масштабе, либо внемасштабными значками) лишь те, которые характерны для ландшафта или выделяются в лучшую или худшую сторону по возможности хозяйственного использования.

Из табл. следует, что при крупномасштабной съемке не рекомендуется до конца использовать разрешающую способность карты, чтобы не перегружать ее излишне мелкими контурами. В то же время средний и мелкий масштабы даются уже с полной нагрузкой. Отметим, что в атласах, где преобладают мелкомасштабные карты, нередко допускается изображение природных контуров мельче «достижимых» величин.

Методика составления карт разных масштабов различна.

При крупном масштабе (1: 200 - 1: 100 000) производят сплошную съемку. Начинается она с заложения опорного комплексного профиля и осуществляется далее путем пеших маршрутов с заложением дополняющих профилей и отдельных точек фациальных описаний (основных и картировочных) с последовательной отработкой всех участков картографируемой территории. Размещение точек при этом должно быть лишь относительно равномерным. Важно, чтобы не оставалось крупных «белых пятен» и чтобы на каждый вид ПТК было составлено подробное и достоверное описание. На участках со сложной морфологической структурой густота заложения точек, естественно, возрастает. Материалы аэрофотосъемки достаточно ярко выявляют однородные или неоднородные в природном отношении участки территории и помогают рационально разместить точки описаний.

При среднем масштабе (1: 200 000 - 1: 1 000 000) съемку производят на детально исследуемых ключевых участках (также с применением профилирования) и ведут маршрутные исследования, в процессе которых выявляют (или проверяют ранее отдешифрированные) границы ПТК и составляют характеристики природных комплексов по пути следования. На остальную территорию карту составляют в полукамеральных условиях на базе экспедиции с использованием полевых наблюдений и имеющихся картографических и аэрофотоматериалов.

При мелком масштабе (мельче 1:1 000 000) карту составляют практически целиком в камеральных условиях. В поле лишь выявляют или проверяют те участки границ, которые могут быть пересечены маршрутом. Сеть точек на местности гораздо более разреженная. Масштаб карты обусловливает возможность отображения на ней ПТК различных рангов. Так, фациальное картирование возможно только для самых крупных масштабов, не мельче 1:2000. В масштабах 1: 5000 - 1:25 000 изображают подурочища и урочища. В обобщенных крупных масштабах (1: 50 000 - 1: 100 000) уже не каждое урочище может быть изображено на карте. Часто приходится объединять контуры в группы урочищ или картографировать местности. То же относится и к среднемасштабным картам (1:200 000 - 1:1000 000). Мелкий масштаб (мельче 1:1 000 000) дает возможность изображать либо ландшафты, либо их типологические группировки.

Способ размещения точек по регулярной сети квадратов, по нашему мнению, не рационален. Во-первых, в ячейки квадратов могут «провалиться» малые субдоминантные или дополняющие ПТК, без которых характеристика вмещающего их комплекса будет неполноценной. Во-вторых, на обширных по площади доминирующих ПТК густота точек, заложенных по квадратам, может оказаться избыточной и приведет к излишней трате времени и средств на полевое обследование. Кроме того, надо дифференцировать автономные (элювиальные) и подчиненные (аккумулятивные) комплексы. Сетку квадратов применяют в особых случаях, когда необходимо абстрагироваться от уже известной нам ландшафтной структуры (исследовать как бы неизвестную территорию или территорию с незаданными параметрами), либо, наоборот, когда территория очень хорошо известна. Например, геоинформационные системы представляют собой сетки квадратов, в которых каждый квадратик (пиксел) охарактеризован во всех слоях ГИС. И тем не менее лучше и для ГИС использовать ландшафтную карту, так как она способствует выявлению связи структуры с функционированием ландшафта, хороша для согласования контуров отраслевых карт.

Для почвенной съемки принята выработанная в процессе картографирования (в основном сельскохозяйственных земель) определенная степень обеспеченности точками наблюдений при разных масштабах работ в условиях различной сложности строения территории. Эту же степень обеспеченности весьма ориентировочно можно принять и для комплексных физико-географических исследований (табл.).

Разделение территории по степени сложности почвенной съемки (в порядке нарастания сложности) имеет следующий вид:

I категория: степные и пустынно-степные территории с равнинным, очень слабо расчлененным рельефом и однообразным почвенным покровом. Контуры почвенных комплексов (участков с мелко раздробленным сочетанием разновидностей почв) занимают не более 10 % от площади обследования.

II категория: а) степные территории с рельефом, расчлененным на ясно обособленные элементы с однообразным на них почвенным покровом. Контуры почвенных комплексов занимают не более 10 %; б) территории I категории с площадью почвенных комплексов 10 — 20%.

III категория: а) степные и лесостепные территории с волнистым расчлененным рельефом, разнообразными почвообразующими породами, неоднородным почвенным покровом; б) территории I категории с площадью почвенных комплексов 20-40%; в) территории II категории с площадью почвенных комплексов 10 - 20 %; г) лесные районы, значительно освоенные под земледелие, с ясно расчлененным рельефом и наличием заболоченных площадей не более 20 %.

IV категория: а) лесные районы, мало освоенные под земледелие, с наличием 20 - 40% заболоченных мест; б) степные и пустынно-степные территории с сильным развитием комплексности почвенного покрова (40-60% комплексов); в) поймы, плавни, дельты рек с несложным почвенным покровом, с залесенностью и закустаренностью меньше чем на 20 % площади; г) незалесенные горные и незалесенные сильно расчлененные предгорные территории; д) тундры.

V категория: а) лесные территории с большим количеством болот (более 40 %); б) залесенные горы и предгорья; в) поймы, плавни, дельты со сложно неоднородным почвенным покровом (пестрый механический состав, засоление, заболоченность) или с залесенностью более 20 % площади.

Определение категорий сложности территории для целей ландшафтной съемки по приведенным критериям не просто, поскольку у исследователя могут отсутствовать данные о степени комплексности почвенного покрова. Поэтому следует пользоваться и другими материалами. Так, топографическая карта дает хорошее представление о рельефе территории, степени лесистости, заболоченности. Ее анализ позволяет сразу же «отсечь» одну-две категории, например, первую и пятую. Если еще использовать карты физико-географического районирования и ландшафтные (обычно более мелкого масштаба), то выделить контуры оставшихся трех категорий окажется несложно.

Опыт показал, что общее число точек на единицу площади примерно соответствует тому, что указывается для почвенной съемки.

Ландшафтоведам необходимо выработать свои критерии сложности территории, исходя из сложности морфологической структуры ПТК. Такие попытки имеют место, но в виде утвержденных инструкций они пока отсутствуют. Так что для предварительных расчетов требуемого времени и средств для ландшафтной съемки можно пользоваться разработками почвоведов. Однако комплексное описание фации сложнее, чем описание почвы, поэтому средняя норма выработки на ландшафтной съемке меньше, чем на почвенной.

Впрочем, нормы эти тоже еще не разработаны и не установлены. А.А. Видина считает, что, составляя карты крупного масштаба, один съемщик может сделать в день 10-12 полных комплексных описаний, а вместе с картировочными точками до 20 - 23. Количество описаний точек сокращается до 7-8, если необходимо совершать значительные переходы. И при больших, и при малых переходах съемщик обеспечен рабочим.

При среднем и мелком масштабах работ, когда значительное время затрачивается на переезды и наблюдения между точками количество ежедневно описываемых точек еще более сокращается.

Отметим, что разные ландшафты (равнинные или горные, пустынные или тундровые, плакорные или пойменные и т.д.) обладают разными вариантами иерархической организации, т.е. разными степенями фрактальности. Поэтому в одних случаях выявляют лишь количество соподчиненных единиц (фаций, урочищ, подурочищ и т.д.), в других картина оказывается более простой, поскольку выпадают какие-то единицы (например, подурочища или местности). Или, напротив, строение усложняется, и уже не хватает каких-то промежуточных единиц, пока еще не вошедших в принятую иерархическую систему ПТК.

В последнем случае не следует «втискивать» реально выявленную сложность строения ландшафта в заведомо тесные для нее рамки, а надо найти способ наиболее адекватного отражения реальности на карте и в пояснительном тексте.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5