Значение ландшафтных исследований для природопользования

Богатейшим источником информации являются материалы дистанционных  съемок (МДС), которые состоят из аэрофотоснимков (АФС) и космоснимков (КС). КС используют при мелко- и среднемасштабных исследованиях, АФС – при крупно- и среднемасштабных. В подготовительный период особое внимание уделяется выбору определенного комплекта МДС с учетом ландшафтной информативности. Осуществляется топографическая подготовка МДС, которая заключается в уточнении их масштаба, ориентировки к истинному и магнитному меридианам. На МДС наносят фактический материал с помощью условных знаков. Искажения на снимках удаляются путем изготовления фотопланов на жесткой основе. В настоящее время распространенным методом является сканирование и последующая компьютерная обработка АФС. Оптимальным является совместное использование АФС и топографических карт. Стереоскопическое изучение ландшафтной модели выполняют с помощью стереоприборов различных систем. Результаты дешифрирования редуцируют с МДС на топооснову рабочего масштаба с помощью рисовальных приборов. Перенос данных с нетрансформированных КС осуществляется визуально, но этот способ трудоемкий и невысокий по точности.

Дешифровочными признаками КС и АФС является форма, фототон, рисунок (тень) изображения. Различают прямые (установленный признак по снимку) и косвенные (через знание взаимосвязей в ПТК) признаки. Изучение МДС Беларуси позволило выделить 5 основных групп ландшафтных рисунков: гляциальную, аквальную, биогенную, эоловую, техногенную. Каждая группа имеет специфические типы изображения: пятнистый, полосчатый, геометрический, комбинированный.

На основе изучения топографической  и отраслевых карт, материалов МДС  составляется предварительная ландшафтная  карта-гипотеза, которая проверяется и уточняется в полевой период.

Составление ландшафтной  карты-гипотезы. Основой составления предварительной ландшафтной карты является перевод изображения рельефа поверхности земли с помощью горизонталей в другую модель - в плоскостное изображение рельефа контурами. Границы ПТК часто соответствуют перегибам рельефа, отображаемым сменой изогипс. Например, четко отличаются ПТК склонов от заболоченных понижений, участки равнин от камовых комплексов.

Сначала на топографической  основе выделяют речную и эрозионную сеть. При этом следует помнить, что  контур эрозионной формы всегда пересекает горизонтали, а не идет вдоль них. Затем участки междуречий разделяют  по степени крутизны на контуры с  примерно одинаковым сечением горизонталей. В условиях холмисто-грядового моренного рельефа, чередующегося с водно-ледниковыми поверхностями, где эрозионная сеть может быть слабо развитой, для наиболее общего разграничения территории рекомендуется использовать прием ярусного выделения по горизонталям высотных уровней для лучшего понимания ситуации.

После этих операций основными  методами выступают анализ и синтез имеющихся отраслевых материалов и  аэрофотоснимков для комплексной  характеристики выделенных контуров. От масштаба карты зависит и ранг ПТК, выделяемого в самостоятельный контур.

 Приборы и оборудование, необходимое для полевых исследований ПТК, - компас, сантиметр, лопата, почвенный нож, щуп для определения мощности торфа. Для диагностики экологического состояния абиотических компонентов ПТК привлекается дополнительное оборудование и ряд химических реактивов. Для определения химических свойств почвы используют универсальные индикаторные шкалы рН, раствор соляной кислоты. Для определения прозрачности и цвета воды необходим стеклянный градуированный цилиндр высотой 30-50 см и внутренним диаметром 2,5 см. Химический состав вод определяется в лабораторных условиях. На подготовительном этапе для отбора проб вод подготавливают полиэтиленовые бутылки (канистры) объемом 1 л воды для неполного анализа и 3 л - для полного. При консервации отобранных проб можно использовать соляную, серную кислоты. Оборудованием при изучении биоты служат рама со спицей, квадрат, энтомологический сачок.

Регистрация наблюдений проводится чаще всего в полевых дневниках и бланках. Полевой дневник представляет собой документ, в котором заносятся сведения по точкам наблюдения в выработанном для экспедиции порядке. Кроме того, дневниковая форма позволяет заносить сведения по маршруту между точками, описывать ход развития природных процессов. Основной недостаток дневниковой формы заключается в их неэффективности при обработке большого количества данных. В полевом дневнике на титульном листе указывается название организации, экспедиция, номер полевого дневника, Ф. И. О. исследователя, дата начала и номер первой точки, а после окончания работ – дата и номер последней точки. Все записи ведутся простым карандашом или шариковой ручкой. В дневнике ничего нельзя исправлять, стирать. Ошибочную запись нужно зачеркнуть и рядом написать новый вариант. Все наблюдения записывают сразу же – на точке, на маршруте.

При работе в среднем и  крупном масштабе, где наблюдения на точках носят массовый характер, используют бланки наблюдения. Форма  бланков вырабатывается в подготовительный период или заимствуется из имеющихся  образцов. Важное преимущество бланка – формализованность, сведение количественной информации в табличную форму, оставление пустых колонок и строк для камеральных расчетов, удобство сортировки. Для массовых наблюдений могут использоваться перфокарты. Примером применения новых технологий для регистрации наблюдений является компьютерная обработка экспедиционных данных. Основой пакета является электронная таблица, ряд файлов содержат копию бланка полевого описания, текстовые описания компонентов ПТК, сведения о рассчитываемых параметрах и таблицы для автоматической обработки данных. Пакет должен располагать широким набором математических функций, аналогичных программе Exel.

Подготовительный этап завершается  составлением краткой справки о  степени изученности территории с характеристикой природных  компонентов и источников антропогенных  воздействий; составлением предварительной  карты природных геосистем. В  дальнейшем контуры на этой карте  почти не меняются, но происходит уточнение  и наполнение их конкретным содержанием.

 Полевой период. В задачи этого периода входит: 1) сбор фактического материала в результате непосредственных наблюдений на местности; 2) отработка методики полевого картографирования; 3) составление карты природных геосистем.

Основой этого периода  являются полевые наблюдения. Детальные  описания проводят на ключевых участках, картографируемых в крупном масштабе и с большой подробностью. Маршрутные наблюдения ведутся между точками  комплексных описаний, при этом в  дневнике отмечают изменения в размере  и конфигурации ПТК, характере перехода к другим геокомплексам. Участки детальных и маршрутных описаний заключены в пределах полигона, размер которого определяется заказчиком или самими исследователями, исходя из поставленных задач.

Рекогносцировка. Рекогносцировка, или общее ознакомление с территорией, решает следующие задачи: 1) предварительное ознакомление с территорией, подлежащей исследованию; 2) выявление степени соответствия собранных информационных материалов действительности; 3) выработка единой методики наблюдений и фиксации материалов.

При мелкомасштабном исследовании практически обходятся без рекогносцировки, так как сами исследования почти  всегда носят характер маршрутных наблюдений. При средне- и крупномасштабных исследованиях  рекогносцировка проводится аэровизуальным методом, на машине или пешей полевой  экскурсией. При среднемасштабном исследовании роль маршрутных наблюдений возрастает. Здесь обычно сочетаются площадное  изучение ключевых участков с маршрутными  наблюдениями и при рекогносцировке  выбираются ключевые участки дальнейшего  исследования. При крупномасштабных исследованиях необходимость выбора ключевых участков отпадает, так как  съемка ведется методом сплошного  картографирования. Рекогносцировочными  работами в этом масштабе исследований должны быть охвачены почти все ПТК  того ранга, картографирование которых  проводится позднее. Результатом рекогносцировки  должны быть откорректированные маршруты, выбранные линии опорных профилей, унифицированная методика наблюдений на точках, фиксации материалов и сбора образцов.

Картографирование ПТК. После завершения рекогносцировки начинается этап картографирования ПТК. Основной полевой фактический материал при любом масштабе работ дают точки комплексных физико-географических описаний: основные, картировочные, опорные, специализированные. Каждая точка характеризует фацию и закладывается в типичном для ПТК месте. Наблюдения на точках ведутся в соответствии с методиками отраслевых исследований.

Основные точки комплексного описания наиболее часто используют при ландшафтном картографировании. Они выбираются в типичных местоположениях, с тем, чтобы полученные на точке сведения, могли бы быть распространены на значительную территорию, или на небольшие по площади, но часто повторяющиеся ПТК. На основных точках описывается рельеф, закладываются и описываются почвенный разрез и геоботаническая площадка, фиксируется характер увлажнения. Итогом наблюдений на основной точке является заключение о генезисе ПТК и составление названия ПТК. На карте-гипотезе уточняют границы контура.

 Картировочные точки предназначены для наблюдения и фиксирования материала по специальной сжатой программе и служат для экстраполяции данных, полученных на основных точках. Для определения почвы делается прикопка, фитоценоз описывается по доминирующим видам без заложения геоботанической площадки.

Опорные точки отличаются особой подробностью наблюдений. Эти точки (их нередко называют «ключами») используют для геофизических и геохимических характеристик ПТК. Здесь берут образцы на сопряженный анализ содержания химических элементов в почвообразующих породах, почвах, растениях, воде, ведется количественный учет геомасс, дается качественная и количественная характеристика геогоризонтов,.

Специализированные  точки – это точки наблюдения над одним из компонентов – геологическим строением, грунтовыми или поверхностными водами, формами поверхности, почвами, биотой.

3. Виды ландшафтных исследований

Ландшафтно-геофизические  исследования направлены на  выделение вертикальной структуры и функционирования геокомплекса. В качестве основного объекта рассматривают стексы – суточные состояния структуры и функционирования ПТК.

Изучение геокомплексов проводится главным образом при стационарных наблюдениях, где изучают трансформацию солнечной энергии, влагоооборот, биогеоцикл, вертикальную структуру ПТК. Многолетняя апробация методики позволила проводить ландшафтно-геофизические исследования не только стационарным, но и экспедиционным маршрутным методом, с опорой на базу стационарных наблюдений в регионе исследований.

Первоначально в ПТК выделяют геомассы, по их соотношению - геогоризонты. Геомассы и геогоризонты являются системообразующими элементами вертикальной структуры геокомплекса, а ведущим процессом рассматривается изменение вертикальной структуры.

Геомассы выделяют по однородности агрегатного состояния, близким значениям удельной массы и специфическому функциональному назначению. Например, в почве имеются педомасса различного мехсостава, литомасса (включения), гидромасса (почвенная влага), фитомасса корней, мортмасса (подстилка, торф), зоомасса (почвенная мезофауна).

Геогоризонты – сравнительно однородные слои в вертикальном профиле геокомплексов. Каждый геогоризонт характеризуется специфичным набором и соотношением геомасс. Геогоризонты легко выделяются визуально, их набор изменяется в течение года в отличие от ярусной структуры растительности или генетических горизонтов почв.

Индексация геогоризонтов построена на следующих правилах: в индексе горизонта классы геомасс указываются в порядке их убывания (по массе); после класса геомасс через запятую указывают все виды; после индекса указывается его граница относительно поверхности почвы (в метрах). Прирост или убыль геомасс показывается стрелками вверх или вниз, а индексы фотосинтезирующих фитомасс, находящихся в пассивном состоянии зимой, даются в скобках.

Стационарные наблюдения позволили обосновать индикацию стексов по вертикальной структуре геокомплексов. Суточное состояние выделяется по сочетанию следующих трех групп признаков: термического режима, увлажнения и изменения вертикальной структуры.

Ландшафтно-геохимические  методы  исследований

Одним из важнейших методов  изучения функционирования геосистем  является метод сопряженного геохимического анализа (СГА).

Сопряженный анализ -  это специфический метод исследования в геохимии ландшафта, заключающийся в одновременном изучении химического состава всех компонентов ландшафта (горных пород, коры выветривания, поверхностных и подземных вод, почв, растительности) и геохимической связи между ландшафтами.

Метод СГА представляет собой  способ познания объекта через нахождение эмпирических зависимостей дифференциации химических элементов в ландшафте  и является основой теоретических  положений геохимии ландшафтов.

В целом развитие метода связано с изучением дифференциации химических элементов, раскрытием механизма  этой дифференциации на уровне геохимических  процессов и эколого-геохимической  оценкой качества окружающей среды.

. Основным в геохимии  ландшафтов выступает понятие  элементарного ландшафта (ЭЛ) или элементарной геохимической системы (ЭЛГС). Сменяющие друг друга ЭЛГС от местного водораздела к местной депрессии представляют собой геохимически сопряженный ряд – геохимическую катену или каскадную ландшафтно-геохимическую систему (КЛГС). Термин местный геохимический ландшафт употребляется для обозначения территории, на которой наблюдается повторение определенных ландшафтных катен.

Сопряженный анализ выявляет характерные для элементарных ландшафтов химические элементы и позволяет  проследить их миграцию внутри комплекса (радиальная миграция), и от одного комплекса  к другому (латеральная миграция).