Стационарные и полустационарные исследования

Назначение стационарных

И полустационарных методов исследований

И их особенности

Экспедиционные исследования дают возможность наблюдать и | изучать ПТК в определенный фиксированный момент времени, [т.е. в статике. О существовании взаимосвязей и взаимодействий [ между различными компонентами природы и между более мелки-[ ми комплексами, слагающими изучаемый ПТК, которые опреде-I ляют его существование как целостного образования, исследова-I тель судит по совокупному эффекту, отражающемуся во внешнем I облике самого ПТК и различных компонентов, в пространствен-|ной структуре комплекса и т.д. Эти внешние, физиономические I признаки ПТК являются индикаторами протекающих в нем про-I цессов и скрытых внутренних связей, но не позволяют достаточно I глубоко познать сами связи и взаимодействия.

Взаимодействие между различными структурными частями ПТК I и взаимосвязи комплекса с окружающей средой осуществляются в |.виде разнообразных процессов, посредством которых происходит I обмен веществом, энергией и информацией, лежащий в основе I целостности ПТК, его функционирования. Поэтому для глубокого

■ познания сущности ПТК, его свойств, характерных черт и реакции
I на изменение внешних воздействий и тенденций дальнейшего раз-
1вития нужно изучение многообразных процессов, протекающих в

■ природе. Эти процессы характеризуются разной продолжитель­
ностью, направленностью и интенсивностью, существенно варь-
1 ируют в пространстве (от комплекса к комплексу) и во времени
■(от года к году, по сезонам и даже в течение суток).

Естественно, что кратковременные экспедиционные исследо-

I вания, фиксирующие состояние изучаемой территории на момент

[ посещения, не могут дать необходимого материала для познания

взаимосвязей между компонентами комплекса и самого комплек-

! са с окружающей средой, так как о связях между различными струк-

[турными частями ПТК и ее характере нельзя судить по единич-

|ным наблюдениям. Для этого нужен массовый материал, нужны

[многолетние круглогодичные наблюдения над протекающими в

IПрироде процессами и характером взаимосвязей во времени, т.е.

I Необходимо стационарное изучение ПТК.

Стационарные наблюдения.Их проводят на сравнительно неболь-1 ших участках в условиях по возможности типичных для более или] менее обширной территории. На стационарах ведут наблюдения за процессами двух видов: за направленным, поступательным изме­нением, за развитием природы, т.е. за эволюционными процесса­ми; за сезонными изменениями, происходящими ежегодно, и су-; точной ритмикой, т. е. за динамикой. Длительные регулярные на­блюдения позволяют проследить не только характер и интенсив­ность этих изменений, определить их количественно, но и устано­вить относительное значение различных связей и факторов в слож- \ ных и многообразных взаимодействиях, отделить существенные j связи от второстепенных и проследить своеобразные взаимовлия-1 ния, выделить главные, определяющие направление и скорость 1 изменения и развития комплекса.

Программа работ стационаров может быть различной в зависи-1 мости от тематики, природных условий территории и обеспечен-1 ности кадрами. Оборудование стационаров зависит от программы работ,а также от материальных возможностей организации, со-1здавшей стационар.

В настоящее время существует довольно много стационаров, \ ведущих изучение отдельных компонентов природы или процес­сов (климата, стока, эрозии и т.д.). К таким стационарам относят-1 ся метеостанции, гидрологические станции и посты, воднобалан- j совые, лимнологические, агрометеорологические, эрозионные, ] снеголавинные, селестоковые, опытно-мелиоративные, агрохими- ] ческие, лесные опытные станции и т.д. Все эти стационары ведут \ наблюдения по своей методике, разработанной соответствующей отраслевой географической дисциплиной. Более комплексные ис-| следования проводят на биогеоценологических стационарах, где ] основное внимание концентрируется вокруг биотических связей (И. П. Герасимов и др., 1972; А. Г. Исаченко, 1980). В круг их наблю- I дений входят состав и строение биоты, трофические связи, био-.] продуктивность, биологический круговорот веществ. Однако свя- j зям между биогеоценозами уделяется недостаточно внимания, как ^: и изучению абиогенных факторов (климата, рельефа, отложений, вод).Недостатком этих исследований, с точки зрения физико-гео- I графа, является и то, что из-за своей трудоемкости их выполняют лишь для отдельных объектов, часто не связанных между собой (И.И.Мамай, 1992).

Среди стационаров особое место принадлежит заповедникам, где до относительно недавнего времени занимались главным обра-зомизучением, охраной и восстановлением отдельных видов рас- j тений и животных. Ныне некоторые из них расширили свои задачи доизучения и охраны ПТК, приближаясь тем самым к комплекс- 1 ным физико-географическим стационарам. Во многих заповедни- I ках ведутся наблюдения по программе «Летопись природы». В био- 3

]

сферных заповедниках (а их сейчас в России 21), включенных в сеть мониторинга, ведутся наблюдения за изменениями природы, за современными природными и антропогенными процессами. Программа работ некоторых заповедников приближается к про­граммам биогеоценологических стационаров.

В изучении отдельных компонентов природы и природных про­цессов или их групп (климатических, гидрологических, биологиче­ских, почвенных) на отраслевых стационарах достигнуты значи­тельные успехи, но взаимосвязи между различными природными процессами, проявляющимися совместно в пределах определенного ПТК, их суммарный эффект, который является движущей силой саморазвития ПТК, остаются нераскрытыми или анализируются недостаточно. Однако при решении вопросов рационального ис­пользования природных ресурсов, регулирования природных про­цессов или преобразования природы необходимо хорошо знать именно суммарный эффект многочисленных и разнообразных про­цессов, протекающих в ПТК, закономерности саморазвития раз­личных комплексов и особенности их реакции на антропогенные воздействия, т. е. необходимо изучение всей совокупности природ­ных процессов в их взаимовлиянии, изучение функционирования ПТК, его динамических и эволюционных изменений. Подобное изучение возможно лишь на комплексных физико-географических стационарах, которых пока еще слишком мало, но они представ­ляют наибольший интерес с точки зрения изучения природы.

Заметное возрастание интереса физико-географов к стационар­ным исследованиям наблюдалось в 60 — 70-х гг. XX столетия одно­временно с обращением к функциональному аспекту изучения ПТК. Это было связано прежде всего с участием географов в решении практических задач, требующих конкретной количественной ин­формации о ПТК для обоснования различных проектных разрабо­ток, и с постановкой проблемы комплексного географического прогнозирования. Кроме того, усиление системной ориентации в научных исследованиях требовало максимально полного анализа и синтеза связей, формирующих ПТК и определяющих его специ­фику как целостного образования. Для решения этой задачи также необходим большой объем разнообразной количественной инфор­мации о ПТК. Таким образом, интересы дальнейшего развития географии и практического использования результатов географи­ческих исследований все настоятельнее требовали постановки ста­ционарных исследований для углубленного изучения ПТК. Неуди­вительно, что в Институте географии Сибири и Дальнего Востока СО АН СССР, где активно развивалось функционально-динами­ческое направление изучения ПТК, было создано больше всего стационаров (шесть) в разных регионах Сибири.

Программа работ комплексного географического стационара включает в себя наблюдения над отдельными компонентами, пре-

досматриваемые обычно и отраслевыми стационарами, а также изу- i чение различных процессов, протекание которых обусловлено бла-,| гоприятным сочетанием свойств ряда компонентов. Программа рас-; считана на круглогодичные наблюдения, характер которых изменя-ется в соответствии с сезонными изменениями в природе (образо­вание снежного покрова и снеготаяние, вегетация растений, осен-1 ний листопад и т.д.). Все наблюдения ведут многократно на одной и той же территории по единой программе, составленной таким об­разом, чтобы наблюдения за различными природными процесса­ми были легко сопоставимы и направлены на раскрытие взаимо­действия, взаимообусловленности и суммарного эффекта. Таким образом, важнейшей задачей комплексных физико-географичес-< ких стационаров, которая не решается на отраслевых стационарах, является познание закономерностей интеграции природных процессов ■ в ПТК и возникающего в результате этого суммарного эффекта.

В настоящее время на большинстве стационаров ведется изуче- ' ние функционирования ПТК и лишь на некоторых из них (Март-копский, Лесуново) изучаются состояния ПТК.

В отличие от экспедиционных исследований, фиксирующих пространственные изменения ПТК, стационарные наблюдения направлены главным образом на изучение временнш связей, по­этому в процессе их основное внимание акцентируется на наибо­лее подвижных компонентах, на мобильных и биотически актив­ных элементах.

Основным объектом изучения на стационарах являются прежде всего гомогенные ПТК — фации. Это обусловлено двумя причина-ми. Во-первых, относительной простотой структуры фации, все внутренние связи которой представлены лишь одним типом — вер-] тикальными связями и взаимодействиями между компонентами природы. Все горизонтальные связи с одноранговыми ПТК (фация­ми) и вмещающими его гетерогенными комплексами различного ранга выступают как внешние связи, связи фации с окружающей средой и могут рассматриваться в своей совокупности, без расчле-нения на составляющие. Это облегчает разработку методики изу­чения ландшафтообразующих связей на начальном этапе.

Во-вторых, фации в силу их минимальной функциональной обособленности и сильного воздействия внешней среды являются обычно самыми динамичными, самыми изменчивыми комплек­сами. И в этом отношении представляют собой наиболее подходя­щий объект для изучения временных изменений, так как требуют ' самого короткого периода наблюдений для установления законо­мерностей функционирования и динамики по сравнению со все­ми другими более устойчивыми комплексами.

В процессе стационарного изучения фаций отрабатывается ме­тодика сопряженного количественного учета совокупности важней­ших составляющих ПТК, разрабатывается функционально-динами-

цеский метод исследования. Обращение к изучению с помощью количественных методов более крупных гетерогенных в простран­ственном отношении комплексов, по мнению А. А. Крауклиса (1979), на первых порах малоэффективно, ибо трудно охватить изучением сразу все многообразие формирующих эти комплексы связей. Позднее стали проводиться (Московским, Саратовским, Тбилисским и другими университетами) исследования и более сложных ПТК, правда, пока только полустационарными методами. Для познания ландшафтообразующих связей фации, определяе­мых характером и интенсивностью обмена веществом и энергией между компонентами, необходим дифференцированный подход и количественная оценка основных природных режимов фации. По определению В. Б. Сочавы (Южная тайга..., 1969. — С. 20), под «при­родным режимом понимается характерная для ПТК упорядоченность изменения природных явлений в годичном цикле в течение всего време­ни существования его современной структуры».

К числу основных природных режимов относится прежде всего радиационный режим фации, характеризующий ее энергетическую базу. Радиационный режим заметно варьирует вблизи физической поверхности Земли, поэтому каждой фации присущи свои пока­затели радиационного баланса, которые изменяются во времени. Изучение радиационного режима на стационарах должно быть на­правлено на вскрытие закономерностей формирования радиаци­онного баланса в различных фациях по сезонам года и количе­ственное определение суточной и сезонной ритмики.

Большую роль в динамике ПТК играет тепловой режим, кото­рый во многом определяется адвекцией тепла под влиянием вет­ров в приземном слое воздуха, промерзанием почвы зимой и про­должительностью безморозного периода. Для детального изучения расходной части теплового баланса необходимы режимные наблю­дения над другими компонентами, расходующими тепло, прежде всего, над водным режимом.

Радиационный, тепловой и водный режимы характеризуют мобильную составляющую ПТК, которая «выполняет обменные и транзитные функции, связывает внутренние части геосистемы и объединяет последние с ее внешним окружением» (А.А.Краук-лис, 1979. — С. 54). Изучение этих режимов базируется главным образом на использовании геофизических методов и разработан­ных гидрометеослужбой методик.

Более сложно изучение режима химического состава вещества, находящегося в обороте, так как вещество присутствует в комп­лексе в различных фазах (твердой, жидкой, газообразной и жи­вой) и проходит сложные пути преобразований в ходе динамики геосистем (В. А. Снытко, 1978). Круговорот химических элементов в различных фациях характеризуется достаточно четко выраженной сезонной динамикой, закономерности которой должны быть вскры-

ты в процессе исследования. Одновременно выявляются и закономер-Иности динамики органического вещества, его биоты. Для изучения 1 внутренних механизмов перераспределения химических элементов! между компонентами фации на стационарах проводят специаль-1 ные ландшафтно-геохимические исследования (В.А.Снытко, 1978).!

Для познания закономерностей интеграции природных режи- 1 мов особое значение имеют биотические режимы: наземной расти- 1 тельной массы, наземных живых организмов, животного населе- 1 ния почвы, почвенных микроорганизмов. Высокая интегрирующая 1 роль биотических режимов обусловлена чисто биологическими качествами биоты и прежде всего высокой избирательностью жи-1 вых организмов к внешним условиям, благодаря чему биота вы- I ступает как важнейший внутренний фактор саморегуляции ПТК (В. Б. Сочава, 1974). Для изучения биоты наряду с геофизическими ! и геохимическими методами широко используют биологические! методы исследования.

На ход природных процессов систематическое воздействие ока- 1 зывает человек. Спонтанные процессы в результате хозяйственной \ деятельности человека модифицируются и устанавливаются природ- | но-антропогенные режимы. Существование природно-антропоген- 3 ных режимов должно находить отражение и в программе режимных наблюдений на комплексных физико-географических стационарах. ]

Комплексный подход к изучению отдельных природных режи- j мов и взаимодействия различных режимов друг с другом требуют j четкой согласованности в выборе участков для наблюдения и сро- \ ков их проведения. Сами наблюдения над природными режимами должны быть поставлены так, чтобы в дальнейшем эти режимы можно было сопоставлять друг с другом, т.е. должны быть сопря- \ женными.

Необходимым условием для изучения интеграции природных режимовявляется точный количественный учет хода процессов и воздействующих на них сил. Для установления закономерностей интеграции проводится статистическая обработка и камеральный синтез массовых данных по количественной характеристике раз­личных природных режимов, в том числе и по самым изменчивым свойствамПТК, полученных в процессе стационарных исследова- ; ний. Однако синтез данных по изучению режимов отдельных ком­понентов недостаточен для глубокого познания интеграции при­родных режимов. Для этой цели необходимы и некоторые допол­нительные наблюдения в поле, направленные на выявление тех свойств ПТК, которые не являются принадлежностью отдельных его компонентов, а возникают в результате их взаимодействия.

Сравнительный анализ организации стационарных исследова­ний географами Института географии РАН и Института геогра­фии Сибири СО РАН и результатов их работ провел в своей док­торской диссертации А. М. Грин.

Многолетние наблюдения в условиях стационаров дают надеж­ный материал для установления закономерностей сезонной рит­мики и динамики ПТК, позволяют судить о развитии ПТК во времени. Однако трудоемкость работ и необходимость привлече­ния к ним большого количества исследователей ограничивают воз­можности создания разветвленной сети комплексных физико-гео­графических стационаров, а радиус действия эмпирических зако­номерностей, полученных путем стационарных исследований, определяется границами тех ландшафтов, в которых проводились наблюдения, так как «фация сохраняет свои структурно-динами­ческие черты в пределах определенной макрогеохоры» (Топологи­ческие..., 1974. — С. 62). Поэтому в настоящее время целесообразно шире использовать в ходе экспедиционных работ полустационар­ные исследования (непродолжительные повторные наблюдения). Полустационарные исследования.Естественно, они не дают пол­ного представления о природных режимах в ПТК, так как фикси­руют лишь определенное состояние либо его изменение в какой-то краткий отрезок времени. Однако такие наблюдения обогащают характеристики комплексов, позволяют получить некоторые дан­ные о суточной цикличности и сезонной ритмике ряда процессов, поэтому их целесообразно проводить во всех случаях, когда име­ются соответствующие условия.

Полустационарные исследования бывают различными. Это мо­гут быть выезды экспедиционного отряда на отработанный летом ключевой участок в разные сезоны года для проведения снегомер­ной съемки, для наблюдения за весенними процессами (скоро­стью таяния снега, оттаиванием и подсыханием почвы, эрозией, солифлюкцией) и т.д. Такие сезонные наблюдения проводят не­которые университеты на базах студенческих практик. К этой же категории могут быть отнесены организованные в процессе летних полевых работ длительные микроклиматические наблюдения, на­блюдения над стоком и влажностью почв, над водной и ветровой эрозией и т.д. на ключевых участках.

В полевой период экспедиционных исследований полустацио­нарные наблюдения проводятся иногда на ландшафтных профи­лях. Линии таких профилей должны быть выбраны особенно тща­тельно, чтобы они были наиболее репрезентативными для опре­деленного вида ландшафтов.

Полустационарные исследования должны включать довольно разносторонний набор наблюдений, который позволил бы соста­вить достаточно полную характеристику ПТК и получить ряд ко­личественных показателей, но в то же время мог быть выполнен небольшой группой исследователей. Чаще всего в наиболее типич­ных точках по линии профиля ведут микроклиматические наблю­дения, определяют запасы и прирост надземной и подземной био­массы, влажность почв, отбирают образцы для геохимических ана-

лизов и т.д. Продолжительность и частота наблюдений на точках 1 профиля зависят от временной изменчивости того компонента, j который изучают, обеспеченности отряда необходимыми для на- 1 блюдений приборами, численности сотрудников и тех задач, ко-1торые решаются полустационарными наблюдениями. Например, 1 для определения сравнительной биологической продуктивности | разных фаций достаточно разовых наблюдений, а для изучения 1 зависимости прироста биомассы от климатических особенностей j необходим ряд наблюдений в одних и тех же точках.

Непременным условием массовости полустационарных наблю- | дений, их широкого внедрения в практику экспедиционных иссле- 1 дований является применение таких методов, которые обеспечи- I вали бы простоту и надежность выполнения всего комплекса pa- j бот, использование портативных приборов и экспресс-методов (по ] определению влажности почв, запасов надземной биомассы и т.д.). |

Правильно организованные полустационарные наблюдения | позволяют получить достаточно надежный фактический материал ■ с количественными показателями, что очень важно для понима- ] ния направленности и скорости ландшафтообразующих процес- I сов, хотя и не обеспечивают той глубины и полноты характери- j стики разнообразных связей ПТК, которая может быть получена при стационарных наблюдениях.