Репрезентативные точки экологических наблюдений

Обычно наблюдения и измерения различных экологических параметров осуществляются в произвольно или условно (по геометрически правильной сети) устанавливаемых точках. На первый взгляд вопрос о точках наблюдения может показаться чисто техническим. Однако он относится не только к методике прикладных экологических исследований, но и к теории, поскольку связан с решением проблем о границах экотопов (геокомплексов и геокомпонентов), их однородности и первичности в познании их местоположений относительно изучения их вещества, динамики и функционирования.

Совершенно недопустимой следует считать требуемую в специальных инструкциях технологию проведения экологических исследований в рамках геологической съемки по квадратной сети наблюдений, практически полностью игнорирующую делимость и структуру как природной, так и антропогенной составляющих ЛГО. Такой формальный подход даже при существенном сгущении сети опробования, увеличении мощности и технологической оснащенности аналитической базы, но игнорирующий дифференциацию ОС и многообразие экотопов не может обеспечить эффективность экологических изысканий и картографирования.

Экологические наблюдения и измерения различных экологических параметров обычно осуществляются не в условно, как это чаще всего делается геологами, а в произвольно устанавливаемых точках, причем рекомендации относительно типичности и представительности «ключевых мест», их расположения и необходимости охвата ими важнейших вариаций исследуемых экотопов (геокомплексов и геокомпонентов) нередко не выполняются. Не получил широкого распространения и метод случайной выборки, использование которого аналогично условному и произвольному расположению точек. Все эти варианты определяют случайный характер наблюдений и сопутствующих им измерений, поскольку они не связаны со структурой данного пространства. Они не позволяют строго сравнить, точно интерполировать и экстраполировать полученные значения даже при самом тщательном описании местоположений точек наблюдений, «привязанных» к самым разным объектам и составляющим их частям. В качестве репрезентативных точек наблюдения нельзя использовать геометрические центры экотопов (геокомплексов) или так называемые ядра типичности.

При изучении структуры лесной растительности всей территории страны (Ю. Г. Пузаченко, В. С. Скулкин, 1981) под точками наблюдения подразумеваются районы, в которых структура и функционирование растительности связываются, с одной стороны, с «эдафоорографическими условиями местообитаний» (что хотя не очень понятно, но, судя по всему, близко к структурно-геотопологическому принципу любого исследования в ЛГО), а с другой — не со свойствами климата (микроклимата или мезоклимата) этих местообитаний (климатопов), а с максимально абстрагированными от них климатическими показателями, полученными на репрезентативных метеостанциях (см. ниже) и взятых с мелкомасштабных (1:12 500 000) карт. Такой подход можно было бы оправдать только при анализе наиболее общих закономерностей, хотя при этом следует иметь в виду, что горизонтальные градиенты изменения основных метеоэлементов на локальном уровне — уровне микроклиматов намного (часто во много раз) превышают градиенты тех же параметров на региональном и планетарном уровнях.

Обширный опыт исследований в самых разных науках о Земле показывает, что фиксация и сам выбор репрезентативных точек экологического наблюдения (измерения, отбор проб, мониторинг и т. д.) при планировании и проведении изысканий должны удовлетворять следующим требованиям: 1) определенности положения в структуре ЛГО не только для учета, но и использования «структурного эффекта» при интерполяции и экстраполяции полученных значений; 2) однозначности фиксации на карте (фотоизображении ландшафтов) и возможности уверенного отыскания на местности; 3) представительности замеренных или наблюденных значений в данных точках по отношению к заключенным между ними ЭЕГД; 4) минимизации зависимости измеряемых значений экологических параметров от местных условий в пределах каждой точки наблюдения и ее ближайшей окрестности; 5) максимальной информативности полученного в этих точках эмпирического материала. Названные требования следует сочетать еще и с соблюдением принципа однообразия опробования или измерения, например, одного и того же параметра почвенного горизонта или вида растении на одной и той же высоте или глубине относительно ЗП, в один и тот же сезон, в одно и то же время суток или в другие временные интервалы.

Создание системы репрезентативных точек — важная методологическая проблема, потому что при экологических изысканиях разного рода, несмотря на широкое использование аэрофотои фотокосмических материалов, сбор количественной информации носит не площадной, а точечный характер, т. е. осуществляется на точках наблюдения. От их выбора зависят затраты труда и времени, и, самое главное, ценность (точность, полнота, представительность, сравнимость, возможности истолкования) полученного материала. Учитывая уникальность всех точек ЗП, в том числе и точек наблюдения, а также перечисленные выше требования к их отбору, данные изыскания можно уподобить иглотерапии в медицине.

Репрезентативными выступают прежде всего точки пересечения каркасных СЛ двух взаимно-перпендикулярных направлений в структуре ЗП. Они более других выдаются или заглублены на (в) ЗП (подобно вершинам кристаллов в друзе) и поэтому подвергаются экстремальным воздействиям всех видов вещественных и энергетических потоков, наиболее чутко реагируя на них (отражая их) значениями гидроклиматических параметров, концентрациями компонентов и микрокомпонентов и другими экологически значимыми показателями. Максимально «выступают» точки С₀+, С_г⁺, С_г_₅, а «заглублены» точечные элементы С₀~, С₂~, С₂_₆. Важные элементы каркаса — антиподальные вершиныузлы С_г__ь С₂-₂- Наряду с перечисленными точечными элементами позиция других точек в данном каркасе более противоречива: «выступая» в направлении одной пересекающейся линии, они «утоплены» в противоположном направлении другой линии (Q_₆, С₂_₅). Всем этим определяется характерность точечных элементов. Вместе со СЛ данные точки как бы создают своеобразный неровный проволочный каркас, на который натянута ЗП и к ячеям которого приурочены местоположения, а в них — ЭЕГД и экотопы.

К полной группе репрезентативных точек, обычно фиксируемых на среднеи крупномасштабных фотои топографических материалах, относятся (кроме XT) не входящие в число точечных элементов геосистемы точки пересечения выпуклых и вогнутых перегибов с неповерхностеобразующими линиями L₍₁₎ и 1(2), представляющими выпуклые и вогнутые в плане геотопы на склонах с отрицательной анизотропией рельефа (рис. 38, Л). Методика проведения таких линий сводится: а) к соединению двух расположенных на одной и той же с ними линии 1₅ или L₆ (либо на субпараллельной ей горизонтали) двух смежных точек С_п_₇ прямолинейным отрезком; б) к отысканию с помощью треугольника наиболее удаленной от него отличительной точки на этой линии; в) к последовательному соединению таких точек вниз или вверх по склону или к непосредственному трассированию линий и L^ (см. рис. 38, Б).

Рис. 38. Определение репрезентативных точек и дифференциация ландшафтно-геоэкологической оболочки.

(по А. Н. Ласточкину, 2002):

А — положение репрезентативных точек относительно площадных и линейных элементов на склоне; Б — проведение структурных линий на склоне: 1 — гребневые линии (а) и (б), 2 — килевые линии (а) и (б), 3 — линии выпуклых (а) и вогнутых (б) перегибов, 4 — морфоизографы, 5 — горизонтали с бергштрихами, 6 — характерные точки (а) и (б); В — положение репрезентативных точек в структуре ландшафтно-геоэкологической оболочки.

Однозначность выделения точек наблюдения и вычисления и отнесение их к одной из групп обеспечивается тем, что они автоматически фиксируются при пересечении трассируемых в ходе геотопологического картирования линейных элементов и линий L₍₁₎ или 1₍₂-,. Точность этой фиксации может быть оценена количественно, исходя из точности проведения линейных элементов, что в конечном счете определяется точностью их горизонтальной привязки на аэрофотоснимке или топокарте. Уверенное отыскание каждой точки наблюдения осуществляется на топои фотографических материалах тех масштабов, в которых выделяются соединяющие их в единую систему СЛ, а в натуре — когда эти линии визуально или инструментально фиксируются в рельефе и дешифрируются в полевых условиях на аэрофотоснимках. Выполнение данного требования позволяет репрезентативным точкам наблюдения выступать в важной роли реперов — опорных и проверочных точек, закрепленных на местности знаками (затес, столб, рейка, вешка, буй), а также условным обозначением на крупномасштабных картах, планах, планшетах промера, аэрофотоснимках для многоразовых наблюдений при геокомпонентном и комплексном мониторинге. Точки пересечения морфоизограф с другими линейными элементами (С_т_₇) не удовлетворяют одному из важнейших требований — уверенному отысканию их на местности (особенно в тайге). Однозначно определить границу смежных выпуклых и вогнутых в плане участков ЗП в полевых условиях часто не представляется возможным. Вместе с тем включение точечных элементов С_п_₇ (которые правильнее называть точками не наблюдения, а вычисления — интерполяции) в число репрезентативных точек оправдано тем, что почти любой исследуемый параметр в них может быть вычислен с большой точностью в результате геотопологической интерполяции между его значениями в двух смежных узлах интерполяции С₍₁₎_₅, С₍₂)_₅ или Сц) —₆, С (₂)_₆, расположенных на одной обычно субгоризонтальной линии 1₅ либо L₆ соответственно.

В целом же однозначность выделения репрезентативных точек связывается с другой строгой предваряющей ее процедурой — с трассированием СЛ как границ экотопов. Все репрезентативные точки вписаны в структуру ЛГО, и их плотность и взаимное положение в пространстве определяются сложностью и особенностями строения ЗП (см. рис. 38, В).

Минимизация зависимости измеряемых экологических показателей от местных геотопологических условий сводится к тому, что фиксируемая на геотопологической карте репрезентативная точка может попасть на такое место, которое представлено контрастным рельефом с формами ЗП, с одной стороны, недостаточными по своим вертикальным и самое главное латеральным размерам для отражения их в виде совокупности элементов на этой карте, а с другой — существенно влияющими на распределение вещества и энергии. Следует иметь в виду, что обозначенный на крупнои тем более среднемасштабной карте репрезентативной точке на местности соответствует значительная по площади и часто сложная и разнообразная по своему рельефу территория, примером чему могут служить детально исследованные устьевые точки С₂_₂, в рамках каждой из которых выделяются как минимум 10 элементов и форм ЗП. Контрастный рельеф такой территории и, как правило, напряженная динамическая обстановка в ее пределах обусловливают, хотя и более локальную, чем картируемая, но при этом не менее ярко выраженную геотопологическую дифференциацию. По возможности необходимо полностью снять влияние дифференциации, выбрав в ее пределах такую точку наблюдения, в пределах которой измеренные значения экологических параметров были бы показательны по отношению к картируемым экотопам, а не в отношении осложняющих их приграничных более мелких единиц.

Для минимизации и полного устранения местных влияний на исследуемые параметры, а также для отыскания на местности зафиксированной точки наблюдения ее следует вынести на более крупномасштабную карту, планшет или аэрофотоснимок в виде окружности, радиус которой определяется разностью масштабов используемых материалов. В рамках данной окружности репрезентативной считается ближайшая к ее центру точка на верхних элементах рельефа — вершинах С₀⁺ и С_г⁺ или при отсутствии таковых — на точках, занимающих наиболее высокое положение в пределах линий L_1} либо на плосковершинной поверхности Р₊₅. Выбор одной-единственной из этих точек в качестве репрезентативной обусловлен тем, что она находится вне воздействия или влияния внутрисистемных процессов (потоков) распределения и перераспределения вещества и энергии на том более локальном уровне, который не отражается на составляемой геотопологической основе.

Таким образом, вместо произвольного расположения и словесного описания местоположений точек экологического наблюдения и условного расположения их по геометрически правильной сети предлагается единая, состоящая из СЛ и репрезентативных точек структурно-геотопологическая основа всех экологических изысканий в ЛГО, соответствующая ее структуре и обеспечивающая точность интерполяций и экстраполяций, полноту, представительность, сравнимость и широкие возможности истолкования измеренных величин.

Контрольные вопросы

1. Систематика линейных элементов земной поверхности. 2. Систематика точечных элементов земной поверхности. 3. Систематика площадных элементов земной поверхности. 4. Единая систематика морфологических элементов земной поверхности. 5. Исходные материалы для аналитического картографирования. 6. Выделение элементов на изолинейных картах и профилях. 7. Правила построения и универсальная легенда аналитической геоморфологической карты.

• 8. Геотопологические параметры и их экологическое значение. 9. Виды экспозиций и их экологическое значение. 10. Полная группа и систематика экотопов.
• 11. Экологическое значение элементарных ландшафтно-экологических границ.
• 12. Репрезентативные точки экологических наблюдений.