Социально-экономическая география и природопользование региона

Условию компонентности геосистем соответствует принцип делимости на части, который означает, что в тех случаях, когда геосистема настолько сложна,  что не поддается общему изучению как единое целое, ее можно разделить на различные по масштабу подсистемы по отраслевому и территориальному признаку. В отношении пойменных геосистем важным является выделение антропогенных подсистем – мелиорированных участков поймы, обладающих особыми свойствами и особым режимом регулируемого  развития.

С выделением компонентов тесно связан принцип зональности и азональности, который  определяет зоны влияния  различных факторов на компоненты геосистем. Традиционным является изучение влияния широтной зональности и вертикальной поясности ландшафтной оболочки Земли. Для геосистемы «река – пойма» характерно, то, что пойменный природный комплекс, как правило, обладает свойством интерзональности, то есть внутренней зональности по отношению к бассейновым пространствам в целом. Вертикальная поясность здесь также действует по другому, чем на водоразделе. Совершенно небольшие масштабы колебания рельефа, привязанные к изменениям водного режима, могут приводить к значительным ландшафтным различиям по территории. К азональным факторам относится отепляющее действие рек в весенне-летний период, которое повышает температуру воздуха  в пойме Средней Оби на 2 – 3 градуса и часто усложняет общую картину дифференциации пространства.

С делением геосистемы на части  связан  принцип необходимого разнообразия: никакая система не может формироваться из абсолютно идентичных элементов, причем система тем более устойчива к изменениям, чем разнообразнее состав ее компонентов.

Третье свойство геосистем – структурность и функционирование целостной системы заключается в том, что части геосистемы находятся в определенном отношении друг к другу и особая упорядоченность и соподчиненность этих отношений определяет структуру системы. Упорядоченность компонентов системы выражается в их координации, а соподчиненность -  в субординации. Структура как универсальная черта всякой материальной системы характеризуется определенной пространственно-временной динамической устойчивостью. Структура и функционирование геосистем положены в основу анализа самоорганизации пойменных геосистем.

Со свойством структурности и функционирования систем тесно связан ряд теоретических положений-принципов. Первый из них это – принцип структурной неоднородности и однородности, который показывает, что наличие структуры связано с дифференцированностью и неоднородностью частей целого. Реальная система, которая рассматривается исследователем как однородная, всегда содержит в себе неоднородность. При изучении динамики развивающихся систем необходимо обращать внимание на неоднородности, которые служат центрами формирования новых качественных состояний. В пойменном комплексе такую функцию выполняют русловые образования – старицы, которые из проточного режима функционирования переходят к озерному, в результате, так называемого «замывания» соединения с центральным руслом.

Второй принцип – принцип иерархичности, который демонстрирует свойство делимости на относительно обособленные, но соподчиненные между собой, подсистемы различного ранга. Простым примером может служить ландшафтное деление в пределах поймы: фация, урочище, местность.

С принципом иерархичности тесно связан принцип организованности географических систем, который показывает что процесс развития геосистем, с одной стороны,  ведет к увеличению неоднородности компонентов, усложнению иерархии, повышению организованности в системе, уменьшению энтропии. С другой стороны, естественный процесс неизбежно сопровождается выравниванием различий между компонентами, понижением уровня организации, что соответствует увеличению уровня энтропии геосистем. Подобные процессы в пойме рек можно наблюдать при сглаживании различий в видовом разнообразии растительных сообществ центральных участков поймы и притеррасных и прирусловых, особенно в случае когда несколько лет подряд не наблюдается большое половодье. В результате происходит замена влаголюбивых видов растительности на луговые виды сухих лугов – злаки.

Другое правило – принцип территориальности предполагает учет зависимости функционирования и развития геосистем от размещения ее элементов на территории (в пространстве). Ярким примером влияния этого фактора является луга  центральной поймы  в верхнем, среднем и нижнем течении Оби выполняют одну ту же функцию, но имеют разное соотношение площадей озерной поверхности, заболоченности, и  территорий покрытых кустарниками.

Следующим правилом, связанным с структурностью и функционированием целостной системы является принцип пространственного сбалансирования компонентов, который отмечает, что все компоненты системы увязаны в единое целое потоками вещества и энергии. Однако каждая система имеем свою группировку составных частей. В каждой из группировок любой из компонентов системы может играть стимулирующую, нейтральную или негативную роль в процессе функционирования и развития. Поэтому важной задачей изучения пойменных геосистем является анализ  распределения свойств систем в пространстве, и выявление адекватных им процессов. Так, например, в поймах рек выделяются притеррасная часть поймы, центральная и прирусловая. Они формируются в зависимости от условий увлажнения и дренажа территории.

Важное место занимает принцип концентрации и комплексообразования компонентов, выражающий объективную тенденцию к скоплению элементов в ограниченном пространстве. В результате формируются территориальные группы и сочетания географических элементов в пространстве. Концентрация элементов в геосистеме пойм наблюдается около озерных систем, где наблюдается большее разнообразие ландшафтных условий. Как правило, они окружены кустарниками, здесь широко представлена группа водоплавающих птиц, околоводных животных, рыб, большее разнообразие и продуктивность луговой растительности.

Тесно связан с объяснением механизма функционирования геосистем принцип кратчайших путей и наименьшего сопротивления, который показывает, что движение потоков вещества, энергии, информации осуществляется от наименьшего к наибольшему скоплению, причем поток выбирает наименьший путь. В геосистеме наблюдаются медленно изменяемые образования, которые образуют поля и быстро изменяемые, образующие потоки. Одни и те же образования иногда могут выступать в роли потоков, а иногда в роли полей. Формирование потоков в пойме рек легко иллюстрируется схемой затопления пойменных участков, когда вода выходит на открытые пространства во время больших половодий, а затем скатывается в протоки и русло. В то же время она может застаивается в низких местах и  там уже выполняет функцию поля.

Свойство ограниченности геосистем тесно связано с взаимодействием целостной системы и внешней среды. Целостность системы предполагает ее обособленность, ограниченность от внешней среды и соответственно выделение системы имеет объективное обоснование. Однако определение этих границ часто является сложным процессом, так как система находится во взаимодействии с соседними системами, и здесь также действует ряд правил-принципов.

 Первый –  это принцип пространственного членения (выделение границ), который отмечает, что каким бы образом не выделялась геосистема, нет полной уверенности в том, что не найдется один или более признаков по которым изучаемые компоненты связываются с другими компонентами. Можно считать, что для каждой системы существует граница, но в реальности это чаще всего переходная зона. Так границы, выделенные по растительным ассоциациям между прирусловой, центральной, притеррасной поймы могут сильно меняться от года к году в зависимости от изменений уровня половодья. Для пойменной геосистемы определение границ имеет большое значение, так как существует несколько способов ее выделения. Один из них – геоморфологический, по типовым формам в долине реки, другой – геоботанический, когда растительность рассматривается как индикатор различий между этими формами и третий – гидрологический, который рассматривается как основной в данной работе. По этой схеме под поймой понимается часть дна долины реки, которая затапливается половодьем 1 % обеспеченности. Таким образом, частота затопления территории поймы составляет 1 раз в сто лет. При гидротехническом строительстве и при проведении крупных проектов расчеты проводятся для типовых высот затопления 5%,10%, 25%,50%, 75% обеспеченности. Этот способ выделения границ эффективен при наличии карт долины рек крупного масштаба и поперечных профилей долины реки и все равно остается достаточно условным.

Тесно связан с свойством взаимодействия целостной системы и внешней среды принцип географичности, который предполагает учет зависимости функционирования и развития геосистемы от свойств окружающей среды. Для пойменных геосистем такими свойствами являются – литологический состав долины реки, климатические условия, общий рельеф бассейна, и хотя пойменные геосистемы развиваются по своим правилам, связанным с водным режимом реки, они имеют особенности, обусловленные географическими условиями.

Другое теоретическое положение, характеризующее взаимодействие целостной системы и внешней среды – это принцип окружающего соседства, который показывает, что реакции геосистемы на воздействия неоднозначны и определяются внутренними и внешними связями. В роли «соседа» для пойменных территорий может выступить, например водохранилище, из которого осуществляются периодические попуски, влияющие на водный режим поймы.

Для геосистем действует также позиционный принцип и давление места (Родоман,1979), который отмечает, что географические объекты в пространстве должны иметь локальный территориальный оптимум, где они могли бы функционировать наиболее эффективно и если он не находится в этой точке, то на него действует сила – давление места, побуждающая к движению к оптимуму. Под влиянием позиционного давления легкоподвижные объекты изменяют свое местоположение, менее подвижные изменяют свои физические свойства или функции. Они могут даже формировать новое пространственное положение, путем активного воздействия на среду. При неспособности к таким изменениям они деградируют, либо совсем перестают существовать. Для пойменных геосистем в целом ярким примером поиска оптимального положения является процесс меандрирования реки, сопровождающийся образованием проток, стариц, озер. В результате формируются центры равновесия от которых отходят вееры стариц и проток. Внутри пойменных геосистем также формируются центры притяжения жизненных форм – прирусловые озера. Как  правило, здесь наряду с луговой растительностью встречается древесная и кустарниковая растительность, отмечается большее видовое разнообразие рыб, обитают околоводные виды животных и птиц. Примером объектов, которые  испытывают постепенное перерождение внутри пойменной геосистемы, являются неглубокие зарастающие озера, потерявшие связь с руслом.

Одним из правил, связывающим отношение целостной системы и внешней среды является принцип действия энтропии, который показывает, что в соответствии с законами термодинамики в геосистемах уменьшение энтропии и увеличение упорядоченности не может проходить без компенсирующего возрастания энтропии и увеличения беспорядка в соседних системах. Необходимым условием развития геосистемы по восходящей линии является ее открытость, обмен с внешней средой материей и энергией. В замкнутой геосистеме отсутствует негоэнторпийная компенсация, что неизбежно приводит к возрастанию энтропии и развитию геосистемы по нисходящей линии. Геосистема «река-пойма» является открытой системой транзитно-аккумулятивного типа, которая упорядочивает себя в зависимости от скорости, с которой поступает вещество  и энергия в данную природную зону и в зону, где формируется сток реки, а также от природных условий территории. Процесс упорядоченности  имеет различную динамику в верхнем, среднем и нижнем течении реки. В верхнем течении процессы проходят наиболее энергично, происходит  интенсивный размыв русла реки,  но сама пойма, как правило, неярко выражена или имеет небольшие размеры. Наибольшее разнообразие пойменных форм наблюдается в среднем течении реки. Здесь интенсивно  аккумулируется вещество, привнесенное из верхнего течения реки, и формируются наибольшие по колебаниям в рельефе участки поймы. Нижний участок реки имеет более однородные участки поймы, хорошо сложившиеся, с типовыми формами. Наиболее неупорядоченная часть системы наблюдается в верхнем течении реки, наиболее упорядоченная - в нижнем. Наибольшее разнообразие форм отмечается в среднем течении реки. Таким образом, вдоль реки можно наблюдать негоэнтропийные компенсации, одной части геосистемы, другими частями.

Одним из важнейших свойств геосистем, тесно связанное с их целостностью, по отношению к внешней среде, является историзм целостной системы. Он показывает, что система существует как целое не только в пространстве, но и во времени. С временным аспектом связана эволюция системы: ее становление и развитие. Сочетание системно-исторического подхода с системно-структурным позволяет изучать динамику геосистемы, выявить моменты, когда происходит ее перестройка и активно действуют механизмы самоорганизации. В историзме геосистемы проявляются такие общие черты диалектики, как премственность и развитие, единство, скачкообразность, противоречивость, переходы количества в качество.

Наличие временного фактора обусловливает ряд правил функционирования геосистем. Первый из них – принцип количественных и качественных сдвигов в процессе функционирования геосистем. Он говорит о том, что в процессе функционирования происходит изменение состояний геосистемы и ее элементов. В результате происходит усложнение или упрощение системы. Накопление этих изменений способствует количественным и качественным сдвигам в ее структуре и режиме функционирования. Это приводит к переходу геосистемы в новое состояние. Причем процесс является непрерывным. Для пойменной геоосистемы в длительном промежутке времени это проявляется в непрерывном процессе переформирования поймы на дне долины реки.

Второе правило, связывающее целостность системы и время – принцип гетерохронности (временной неоднородности), который показывает что результат функционирования геоосистемы есть слагаемое компонентов, функционирующих несинхронно. Каждый элемент геосистемы характеризуется своим временем восстановления. В результате формируются различные природные ритмы для каждого компонента. Это обусловливает их различную скорость ответных реакций на то или иное воздействие. Поэтому, геосистемы в целом могут реагировать неоднозначно на одно и то же воздействие. Для пойменных геосистем это проявляется в том, что неживые компоненты – морфологические элементы поймы имеют скорость формирования, измеряющуюся десятками лет, а биотические компоненты реагируют на изменения водного режима иногда в течение одного сезона. Причем и здесь есть различия между например рыбами, среднее время задержки реакции на воздействие половодий у которых составляет три года, и растительностью, у которых среднее время реакции задерживается на один год. Поэтому, при нормировании воздействий на пойменную геосистему, необходимо использовать закон лимитирующих факторов, в роли которых выступают компоненты, в первую очередь реагирующие на изменения водного режима.

Тесно связан с вторым принципом - принцип запаздывания, который характеризует инерционность геоситемы, обусловленную сложностью ее иерархической структуры и различным действием обратных связей у каждого компонента геосистемы. Так инерционность реакции пойменной геосистемы может быть различна у различных участков реки – в верхнем, среднем и нижнем течении, что наблюдается у таких крупных рек как р. Обь.