Зарождение и развитие основ геотопологии в географии и геоэкологии

Геотопологический подход в биогеографии и почвоведении.

Геотопологическая концепция впервые была обозначена и использована в отечественной геоботанике при создании карт типов местопроизрастаний или фитотопологических карт (Г. Н. Высоцкий, 1904; М. А. Первухин, 1934; И. В. Ларин, 1935; и др.). Г. Н. Высоцкий практически впервые сформулировал представление о ландшафте, для обозначения которого им использовались русские слова «местность» или «естественная округа», и о его морфологии как сочетании типов местопроизрастаний. Топологический подход ярко проявился в работах В. Р. Вильямса (1922), давшего первую классификацию пойменных лугов с учетом влияния рельефа на ход почвообразовательного процесса.

Существенную роль в развитии геотопологических представлений в биогеографии сыграли работы В. Н. Сукачева (1972), который рассматривал рельеф ЗП как набор многообразных местопроизрастаний растительных сообществ или местоположений фитоценозов. В разработанной им концепции биогеоценозов проявилось стремление биогеографов к дискретизации не только изучаемой им биоты, но и всей среды, в которой она формируется и обитает. При этом рельеф хотя и не входит в состав геокомпонентов биогеоценоза, «является очень важным фактором его существования» (В. Н. Сукачев, 1964). Сильно сдерживает развитие данного учения установление жесткой связи биогеоценоза по его рангу и масштабности с фацией в понимании Н. А. Солнцева, А. Г. Исаченко и др., которое на практике не выдерживается хотя бы потому, что насекомые, копытные животные и птицы постоянно нарушают границы тех и других мелких единиц. Из этого положения есть только один выход — признать масштабную универсальность понятия о биогеоценозе и выделять его в соответствии с ареалами распространения определенных биоценотическиобразующих видов и групп организмов и их стаций — растительных сообществ.

Наибольшее же значение в развитии геотопологического учения имели работы Л. Г. Раменского (1971), положившие, по сути дела, начало геотопологии как прикладной науки. Еще в 20— 30-е гг. XX в. он рассматривал местоположение в условиях однородного климатического фона в качестве местообитания растительных сообществ, а позже — в качестве «топологической основы типов и разностей земель». Им же были отмечены главная методологическая особенность и значение геотопологического подхода для экологии как биологической науки: «громадным преимуществом является конкретность всех определяющих местоположение топологических показателей и их легкая доступность регистрации и измерению», в то время как тесно связанные с ними «экологические режимы недоступны прямому учету, особенно при экспедиционных исследованиях». Отсюда непременно напрашивался вывод — изучать экологию растений через геотопологию, который стал частным случаем общенаучного морфодинамического постулата: от формы к содержанию или от морфологии к динамике и субстанции. Сформулированный в биогеографии вывод и выдвинутый лозунг можно с полным основанием распространить на географию в целом и экологию человека.

Л. Г. Раменским впервые была дана развернутая классификация местоположений, основу которой составляет их положение по вертикали и крутизне. В соответствии с первым критерием выделяются: пойменные и водораздельные, в том числе низинные, и верховые (равнины, отлогости и склоны) местоположения, многие из которых, в свою очередь, подразделяются на геотопы высокого, среднего и низкого уровней. Деление по крутизне осуществлено только для склонов (покатые, сильно покатые, умеренно крутые, сильно крутые и обрывистые). Этот по сути дела первый практический шаг геотопологии как самостоятельной науки трудно переоценить. Развивая данные представления, сейчас широко используется и получает морфодинамическое истолкование понятие о (степных) катенах — сочетаниях пяти обязательных структурных элементов, соответствующих определенным их позициям в рельефе: элювиального биоценоза на водоразделе, трех транзитных биоценозов в верхней, средней и нижней частях склона и аккумулятивного биоценоза в «низах рельефа» (В. Г. Мордковин и др., 1985).

Вместе с тем в самой геоботанике отсутствует общепринятая и четкая формулировка понятия о местопроизрастании, или энтопии. В одних работах оно означает лишь позицию угодий (земель) в рельефе относительно друг друга по вертикали (приуроченность к междуречьям, склонам, подножиям, западинам и т. д.), либо чрезмерно усложняется за счет включения наряду с геоморфологической или, точнее, геотопологической характеристикой отражения всех влияющих на растительность неклиматических факторов: горных пород, почв, гидрологических условий.

Устанавливаемые корреляционные связи между геотопологическими и геоботаническими параметрами уже давно используются при изучении фитоценозов, морфология которых в плане существенно зависит от морфологии микроформ ЗП, а также в решении сугубо прикладных задач. В результате решения прикладных задач установлена, например, гетерохронность в сезонной динамике растительности на разных местоположениях (А. А. Крауклис, 1974). Также получены убедительные данные о геотопологическом контроле над урожайностью многих сельскохозяйственных культур: в разных местоположениях яровая и озимая пшеница, овес и сено (овсяница луговая) дали урожай, различающийся соответственно на 48, 97, 14 и 39%.

На геотопологических позициях стоит большинство специалистов по лесному хозяйству. Еще в 1908 г. лесник В. Корша писал о том, что лес надо делить по естественным типам местопроизрастания. В 1915 г. Г. Ф. Морозов призвал выделять таксационные участки непосредственно по условиям местопроизрастаний, а не по их отражению в составе, высоте и прочим характеристикам древостоя, а типы насаждений — по условиям рельефа и почвенно-грунтовым признакам. В наше время Н. П. Анучин (1997) утверждает, что местонахождение лесов — главнейший фактор или первопричина, определяющая различную значимость той или иной функции леса: водоохранной, защитной или оздоровительной. В лесной экологии США понятие «местообитание» (site, habitat) определяют по климатическим, геоморфологическим и почвенным характеристикам, что фактически совпадает с русским понятием о местоположении.

Учитывая высокий уровень корреляции между геотопологическими и лесорастительными показателями, А. А. Зиганшин (1988) предлагает в качестве наиболее эффективного средства для лесоинвентаризации геоморфологическое картографирование с выделением участков (по однородности бонитета) с одинаковыми условиями местопроизрастания. Реализация геотопологического принципа в виде выделения потенциальных типов условий местопроизрастаний лесов стала возможной только в настоящее время, когда на оцифрованной топооснове методом Эванса рассчитывают следующие геотопологические параметры: крутизну склонов в градусах, освещенность склонов в процентах от значения освещенности при перпендикулярном к ЗП падении солнечных лучей, ориентацию склонов в градусах от северного направления, горизонтальную и вертикальную кривизну ЗП, зоны аккумуляции (В. В. Сысуев, 1998). Если к этим показателям прибавить вертикальное положение и циркуляционную экспозицию, то можно сказать о независимом от автора, хотя и неполном, но сходном определении местоположения через набор геотопологических параметров.

Указанное сходство отражает единый подход разных специалистов, решающих одну и ту же задачу применительно к различным объектам. Опираясь на эти тесные корреляции в качестве основы зоогеографического картографирования, используют индикаторы границ распространения, уровней численности и состава животного населения, к которым относятся «заметные компоненты природы» — растительность, рельеф и т. д. С ними же связаны «скрытые ее компоненты» — зооценозы.

А. М. Чельцов-Бебутов (1970) специально обосновывал необходимость составления зоогеографических карт на ландшафтной основе, строящейся, по сути дела, по геотопологическому принципу. Данное предложение реализуется в работах его учеников по созданию карт местообитаний животных. При этом в характеристике местообитаний в первую очередь отражаются составные части рельефа ЗП (например, местообитания равнинные, предгорные, межгорных котловин и т. д.) и уже затем — растительные сообщества — стации. Учитывая, что для многих животных растительность служит не только кормовой, но и жилой стацией и в значительной мере определяет состав, плотность и распределение фауны, понятие о местопроизрастании и местообитании объединяется в единое представление о биотопах, что практически и было сделано В. Н. Сукачевым.

В зоогеографии местообитанием принято называть участок суши или водоема, занятый частью популяции особей одного вида и обладающий всеми необходимыми для их существования условиями (климат, рельеф, почва, пища и т. д.). Под стацией, как правило, понимается местообитание вида, а под биотопом — местообитание сообщества.

Основными направлениями зоогеографических исследований, имеющими отношение к геотопологии, являются ареалография — учение о типах ареалов, их структуре и происхождении, а также зоогеографическое картографирование.

В целом для биологии и экологии (биологической) местообитание — это «совокупность абиотических и биотических условий, в которых живет особь или популяция» (Н. Ф. Реймере, 1988; Экология, 1982), а для географии — «участок суши или водоема (или среда обитания), занятый организмом, группой особей одного вида, биоценозом или синузией и обладающий всеми необходимыми для их существования условиями обитания» (Четырехъязычный энциклопедический словарь терминов по физической географии, 1986; Энциклопедический словарь географических терминов, 1968). Но учитывая, что человек сам может создавать себе искусственную среду обитания и занимать те места на земной поверхности, которые вовсе не обладают всеми необходимыми условиями для его существования, с позиции прикладной экологии ближе к пониманию местообитания человека определение, предложенное Э. Макафедьеном (1965), как «места, где организм живет, где он обнаруживается, где его следует искать, „адрес“ вида».

Связь почвенного покрова (ПП) с рельефом ЗП изучается давно — со времени становления почвоведения. Закономерности строения ПП на небольших территориях, обусловленные рельефом и геологическими условиями, В. В. Докучаев называл топографией почв. Он же сформулировал закон о постоянстве соотношений форм ЗП со свойствами местных почв. Развитие этого направления связано с именами Н. М. Сибирцева, С. С. Неуструева, Н. А. Димо, С. А. Захарова, М. М. Филатова и др. Топографические ряды почв рассматривались еще Г. Н. Высоцким (1906), но наиболее существенный вклад в изучении данной проблемы внес Б. Б. Полынов, указавший на необходимость выделения элементов ЗП как «мест взаимодействия между горными породами и организмами» при активном участии атмосферы и солнечных лучей, а также сравнительного изучения «своеобразной анатомии местности» (1956) и строгой систематики этих мест.

В настоящее время рельеф признан наиболее универсальным фактором образования почвенных комбинаций или «вершителем почвенных судеб» (И. Н. Степанов, 1987). В почвоведении произошло обособление самостоятельного раздела, занимающегося анализом факторов почвообразования — экологии почв (С. Н. Седов, 1994). Единство данного раздела с учениями о генезисе и географии почв — теоретическая база современного почвоведения (И. А. Соколов, 1993). В рамках экологии почв должны рассматриваться вопросы о взаимосвязи почв с рельефом ЗП, о способах отображения рельефа для изучения и картирования ПП и др. Сближение почвоведения и геоморфологии привело к образованию новой дисциплины — педогеоморфологии с взаимным обменом в ее рамках информацией о связях между рельефом ЗП и ПП (А. Дж Джеррард, 1984 и др.). Центральным понятием этой дисциплины следует считать понятие об эдафотопе — местоположении элементарного почвенного ареала с присущим ему геокомплексом и взаимодействующими с почвами геокомпонентами.

Установлено, что мощности ПП в целом и его отдельных горизонтов зависят от уклонов и формы склона в профиле. В связи с этим говорится об «упорядоченности в ландшафте, которая выражается в виде систематической и повторяющейся зависимости между склонами, почвами, местоположением и интенсивностью деятельности потоков» (А. Дж. Джеррард, 1984), и при картировании ПП предлагается дискретизировать ЗП в соответствии с ее гипотетической девятиэлементной моделью. Установлено, что каждой форме склона соответствует определенная последовательность почвенных разностей или катена, а «дифференциация почв одной катены обычно связана с разнообразием их местоположения и дренажных характеристик» (А. Дж. Джеррард, 1984). М. А. Глазовская (1981) выделяет почвенные разности элювиального, переходного (или элювиально-гидроморфного) и гидроморфного рядов. Эти работы и работы других авторов по сути дела заложили в почвоведении начала морфодинамического анализа на геотопологической основе.

Вся практика сельского хозяйства в России и за рубежом свидетельствует о крупных и даже катастрофических потерях плодородия почвы за счет ее водной эрозии там, где при планировании сельхозугодий не учитывался рельеф. Это относится и к геометрической форме гомстедов — фермерских участков в США с межами, проведенными строго по меридианам и параллелям, и к печальному опыту французских виноградарей, столетиями высаживающих виноградную лозу рядами с севера на юг и таким образом погубивших некогда очень плодородные коричневые почвы.

Зависимость строения ПП от рельефа ЗП прежде всего широко изучается и используется при картографировании почв. Точное выделение площадных элементов ЗП и их границ на местности и на топографической основе признано одной из составляющих высококачественного картографирования почв (А. Д. Кашанский и др., 1977). «Правильно построенные почвенные карты тем и отличаются, что на них контуры почв как бы мотивированы или увязаны с факторами почвообразования, из которых при детальной картографии на первое место выступает рельеф» (Л. И. Прасолов, 1978).

Связь между почвами и рельефом — одна из наиболее очевидных и хорошо изученных закономерностей (И. А. Соколов, 1993). Однако до сих пор она используется далеко не полностью прежде всего потому, что геоморфологи в свое время не обеспечили почвоведов картами нужного содержания и точности. Наличие «геоморфологических карт без морфологии рельефа» побуждает почвоведов к самостоятельному анализу этой морфологии (В. Р. Волобуев, 1987 и др.), в частности, к построению уже упомянутых карт «элементов микрорельефа», определяемых по: 1) их положению в рельефе (водораздельные поверхности, склоны, днища понижений и др.); 2) морфологии (форма в профиле, крутизна, протяженность и др.). Элементарные почвенные ареалы выделяют и ограничивают, опираясь на анализ топокарт, а границы этих ареалов соответствуют границам площадных элементов ЗП.

И. Н. Степанов предлагает новый метод «пластики рельефа» (1987). Несомненной положительной стороной предложенного метода стала его нацеленность на анализ морфологии и делимости ЗП в плане, на что до сих пор внимание не обращалось. И. Н. Степанов впервые выделил очень важный тип границ в рельефе ЗП — морфоизографы, отделяющие друг от друга склоны с выпуклой и вогнутой формой в плане. Эта их морфологическая характеристика существенно влияет на строение и отдельные составляющие ПП.