Экспедиционные (полевые) ландшафтные исследования
Во время полевого периода проводятся ландшафтная съёмка территории и сбор материала для составления тематических карт и картландшафтно-оценочных, геоэкологических, агроэкологических. Основными полевыми методами изучения геосистем является ландшафтное (комплексное физико-географическое) профилирование, площадное (сплошного) ландшафтное картирование и исследования на «ключевых» участках.
5.3.1. Ландшафтное профилирование
Ландшафтный, или комплексный физико-географический профиль наиболее наглядно и объективно отражает взаимодействие и взаимосвязь отдельных компонентов природы и показывает взаиморасположение морфологических частей ландшафта (фаций, урочищ), их границы.
При профилировании важно правильно выбрать линию профиля, на котором закладываются точки полевых комплексных описании природы. Желательно, чтобы она пересекала водораздел, долины рек, ручьи, местоположения геологических скважин и обнажений.
Основой для построения ландшафтного (комплексного физико-географического) профиля служит изображение линии гипсометрического профиля, проложенного на местности. Направление линии профиля от начальной точки определяется по компасу или буссоли с учётом всех перегибов, если профиль представляет собой ломаную линию. Рабочая длина профиля составляет в среднем 1,5 - 2 км. Протяженность отрезков профиля между точками комплексного описания может измеряться рулеткой, полевым циркулем или шагами. Профильный ход никогда не представляет собой одну линию, обычно это полоса шириной 5 - 10 м, реже до 20 м. В районах, где господствует древесная и кустарниковая растительность, ширина полосы составляет 20 м, что соответствует размерам пробных площадей для этих типов растительности (20 м на 20 м). профиль картируется на миллиметровой бумеге в определённом масштабе, причём по линии вешек выделяемые границы фаций и урочищ отмечаются точно, а в стороны — приблизительно.
Для определения колебания высот топографической поверхности или превышении точек местности служат различные виды нивелирования. Выбор способа нивелирования зависит от характера рельефа и протяженности линии профиля. На крутых сравнительно коротких склонах проводится ватерпасовка. Нивелирование линии значительной протяженности на пересеченной местности можно провести с помощью барометра-анероида, хотя точность барометрического нивелирования сравнительно невысокая (3 - 5 м).
По линии профиля на основных элементах рельефа с учётом растительности, типа угодий намечаются точки комплексного описания природы (основные, картировочные или опорные). Основное условие при выборе точки - её типичность для геосистемы. Так как объектами изучения являются фации и урочища, то точки комплексного описания должны закладываться в пределах типичных фации того или иного урочища. Основная часть материалов полевых исследований фиксируется на бланках (см. прил. 6 — 10), а дополнительные в дневниках.
Комплексное описание точек наблюдения на линии ландшафтного профиля проводится по следующему плану: указываются дата наблюдения, номер и адрес точки, характеризуются геологическое строение, рельеф, условия увлажнения, почвенный и растительный покров, хозяйственное состояние и использование участка. Микроклиматические наблюдения обычно не проводятся, так как единичные данные по разным элементам погоды не позволяют установить закономерности в распределении тепла, влаги и света по геосистеме вдоль линии профиля. Затруднено изучение и животного мира. Однако в том случае, когда можно выявить особенности в распространении животных по отдельным геосистемам, эти наблюдения нужно зафиксировать в дневнике.
Наблюдения и описания на точках наблюдения начинаются с адресной и физико-географический привязки, т.е. положения её по отношению к двум постоянным ориентирам.
1. Номер точки описания и привязка. Каждая точка комплексного описания нумеруется арабскими цифрами. Отмечается её местоположение относительно устойчивых объектов на местности (пунктов триангуляции, населённых пунктов, рек, дорог и т. д.) с указанием расстояния и азимута, а также расстояний и превышение относительно предыдущей точки на профиле. Местоположение точки и её номер наносятся на схематическую линию профиля, вычерченную на карте или в дневнике. Если расстояние и азимут указываются от населённого пункта, то обязательно указывается от какой его части — окраины, водонапорной башни и др. объектов, обозначенных на топографических картах. Не следует привязывать точку к непостоянным ориентирам (например к отдельностоящим деревьям или к полевым дорогам, которые могут смещаться или перепахиваться). При изучении лесистой местности используется также нумерация лесных кварталов. Реже даются административно-хозяйственные адресные данные: название лесхоза или лесничества, сельскохозяйственного предприятия, административного района и т.д.
2.Геологическое строение. Для характеристики поверхностных горных пород описываются естественные или искусственные геологические обнажения, расположенные по линии профиля или вблизи от неё. Обнажениям присваиваются собственные порядковые номера и отмечается их местоположение в рельефе и по отношению к ориентирам на местности. Каждый слой описывается в следующей последовательности: название породы, цвет, структура (с указанием размера и окатанности обломочного материала), состав (петрографический и минералогический), текстура, примеси, мощность слоя. После описания всех слоев обнажение фотографируется и схематически зарисовывается.
При отсутствии геологических обнажений сведения о составе и генезисе верхних слоёв горных пород можно получить из описания почвообразующих и подстилающих пород в почвенных разрезах, углублённых на 2 - 3 м с помощью почвенного бура.
3. Рельеф. Даются общая характеристика мезоформы (моренный холм, речная долина, лощина и т. д.), её морфологические и морфометрическне показатели: относительная высота, ширина, длина, форма склонов (прямой, выпуклый, вогнутый, сложный) и описывается их характер (волнистый, террасированный и т. д.). Указывается местоположение точки на мезоформе (например, нижняя часть склона северной экспозиции моренного холма). При наличии микроформ рельефа (воронки, западины, промоины и т.д.) необходимо отметить их размеры и частоту встречаемости на площади 100 м2 или 1 га.
В зависимости от размерности формы рельефа подразделяются мега-, макро-, мезо-, микро- и наноформы. Мегаформы занимают территорию в сотни тысяч и миллионы км2, к ним относятся горные страны (Урал и др.) и крупные платформеные равнины (Восточно-Европейская и др.). Макроформы имеют площадь от сотен до десятков тысяч км2, это - крупные возвышенности (Среднерусская, Приволжская, Ергенинская и др.) и низменности (Окско-Донская, Прикаспийская и др.) на равнинах, отдельные хребты и межгорные котловины горных стран, а также долины крупных рек Волги, Дона и др. Размеры мезоформ рельефа сильно вариируют от десятков тысяч км2 до сотен и десятков м2, например междуречные поверхности, крупные балки и овраги, озёрные котловины, западины и др. Микроформы представляют собой неровности, осложняющие мезоформы рельефа — небольшие карстовые выронки, эрозионные рытвины, суффозионные западины - «степные блюдца» и пр. Многолетние выбросы грунта, образующиеся при рытье нор сусликами, создают характерный для Прикаспия бугорковый микрорельеф. Бугорки высотой 0,2 - 0,9 мчередуются обычно с западинами и чуть повышенными участками. Наноформы — очень мелкие неровности рельефа, например, струйчатые размывы, борозды на пашне, выбросы грунта из нор животных и пр.
Особое внимание уделяется исследованию современных геоморфологических процессов влияющих на состояние и функционирование геосистем.
Условия и степень увлажнения определяются в почвенном разрезе. В бланке и дневнике отмечаются тип увлажнения (атмосферный, грунтовый, пойменный, натечный и др.) и степень увлажнения: 1) недостаточная - грунт пылит, почва очень сухая; 2) слабое — почва свежая; 3) нормальная — почва влажная; 4) сезонно-повышенная — почва глееватая; 5) постоянно повышенная, - грунт липкий, почва глеевая, сырая; 6) постоянно избыточная — почва мокрая, на поверхности вода. Здесь же измеряется глубина залегания верховодки или грунтовых вод, если они были вскрыты почвенным разрезом.
4. Почва. Почва несомненно является зеркалом ландшафта, его «душой», как писал в своей знаменитой книге «Русский чернозём» В.В. Докучаев (1949). Это географический компонент, находящийся на границе живой и неживой природы, на её формирования влияют специфика литологии и рельефа, гидрологические и климатические особенности территории, растительности и животного мира. Почва является более устойчивым и консервативным компонентом геосистем, чем растительный покров. После изменения или уничтожения растительности она довольно продолжительное время сохраняет свое основные свойства. Так как эти два компонента тесно взаимосвязаны и взаимообусловлены и зависят от геоморфологических условий, свойств почвообразующий и подстилпющих пород и увлажнения, не особенно важно, что описывать раньше — растительность или почвы. Часто закладка почвенного разреза и геоботанической площадки происходит одновременно.
Изучение и описание почв производится по почвенным разрезам: шурфам и прикопкам. Дополнительный материал для характеристики повенного покрова могут дать свежие искусственные выемки (траншеи трубопроводов, канавы и пр.) и естественные обнажения. Можно описывать почву по обнажению обрывистого берега реки, склона оврага или промоины и пр., но не следует здесь брать образцы для анализов, т.к. почвенный профиль из-за длительного процесса боковой миграции элементов может быть не совсем типичным. Кроме того траншеи могут дать материал, позволяющий проследить изменения почвенного покрова в зависимости от условий рельефа, экспозиции, увлажнения и т.д.
Почвенный разрез на основной точке комплексных описаний на равнинных участках закладывается глубиной 1,5 — 2,0 м (до материнской почвообразующей породы), длиной 2,0 м и шириной не менее 0,8 м. Подробная методика определения и описания почв приводится в пособиях «Практикум по географии почв с основами почвоведения» (Добровольский, 1982) и Учебная практика по почвоведению (Малыченко, Шлевкова, 2010).
5.Растительность. Методические приёмы описания растительности не отличаются от соответствующих отраслевых исследований. В зависимости от программы работ они могут быть менее детальными. С классическими приёмами изучения растительного покрова и биоиндикации можно познакомиться по работам Л.Г. Раменского (1971), С.В. Викторова и др. (1979, 1981), Б.В. Виноградова (1964) и др. (Жучкова, Раковская, 2004). На основной точке комплексных описаний проводится подробное описание геоботанической площадки (см. «Учебная практика по экологии растений» (Рябинина, Холоденко, 2010)).
Если точка расположена в лесу, то для описания растительности берется площадка размером от 100 м2 до 2500 м2. Конфигурация площадки может быть различной в зависимости от конфигурации геосистемы. По углам площадки ставятся колышки и между ними натягивается тонкий шпагат.
Описание площадки начинается с определения формулы древостоя, т.е. выявления, количественного соотношения в лесу различных пород деревьев в баллах от общей суммы десять (например, если на площадке 80% сосны и 20% дуба, то формула древостоя будет 8с2д). Устанавливается ярусность леса и даётся видовое описание всех ярусов: древесного (может быть 2 - 3 яруса), подроста (возобновление древостоя), подлеска (кустарников) травянисто-кустарничкового и мохово-лишайникового покрова.
Описание лесной растительности обычно начинается с верхнего яруса, причём в перечне видов указывается наиболее часто встречающиеся растения. Высота деревьев в редком лесу определяется методом равнобедренного прямоугольного треугольника. В густом лесу высота дерева устанавливается на глаз путем сравнения его с рядом стоящим человеком.
Возраст деревьев рассчитывается по годовым кольцам, а у хвойных - по мутовкам, при этом к количеству мутовок прибавляется 3 - 4 года, так как мутовки начинают образовываться лишь на 4 - 5-м году жизни.
При характеристике древесного яруса устанавливается его сомкнутость. Сомкнутость крон определяется визуально: если сквозь кроны деревьев видны участки неба, занимающие столько же места, сколько и кроны деревьев, то сомкнутость древесного полога составляет 50%.
При описании травянисто-кустарникового яруса наряду с названием растений отмечается и их обилие. Обилие определяется визуально по градациям: единично, редко, изредка (рассеянно), обильно, очень обильно.
После описания растительности леса определяется его тип. В название растительной ассоциации включаются основные виды древостоя, подлеска и травянисто-кустарничкового или мохово-лишайникового ярусов, например: дубрава папоротниково-крапивная и др.
При описании луговой или степной растительности выбирается площадка размером 25 м2 или 100 м2. Отмечаются тип луга (суходольный, пойменный и др.) или тип степи, средняя высота основной массы травостоя, проективное покрытие травостоем, закустаренность, и замшелость в процентах, флористический состав но группам (злаки, осоки, бобовые, разнотравье), фенофаза, жизненность, обилие, характер распределения и кормовая ценность. В заключение даётся название ассоциации, причем не более чем по трём ведущим растениям, из которых доминирующее ставится в конце.
Если точка комплексного описания расположена на пашне, то отмечаются выращиваемая культура, фаза её развития, перечисляются сорняки и степень засоренности. Даётся характеристика пашни, мощность гумусового горизонта, структура, каменистость, смыв и намыв почв, вымерзание, вымокание и т.д., а также рекомендации по её улучшению.
При завершении комплексного описания точки даётся название фации, например: фация пологого придолинного склона на флювио-гляциальных песках, подстилаемых моренным суглинком с супесчаными чернозёмными почвами и псаммофильной растительностью.
Наблюдения на точках комплексных описаний дают массовый фактический материал, обработка которого позволяет установить основные взаимосвязи между географическими компонентами, субсистемами и различными геосистемами, а также о хозяйственном использовании территории.
Зоогеографические наблюдения на точках описаний и маршрутах являются составной частью ландшафтных исследований, на они специфичны по своей методике и требуют особой подготовки. Животное население является неотъемлемой частью геосистем. При разработке проектов по ландшафтно-экологической оптимизации необходимо знать особенности распространения и экологии животных, населяющих данную территорию, их влияние на продуктивность естественных и антропогенных ландшафтов, а также направление, в котором будет меняться животное население вслед за изменениями того или иного компонента природной среды. Необходимо отмечать зверей, птиц и других представителей фауны, встреченных на точках описаний и маршрутах, но и следы их пребывания (гнёзда птиц, выбросы грунта из нор, пятна разрытой кабанами земли и пр.)
Маршрутные наблюдениямежду точками комплексных описаний фиксируются в полевом дневнике. В зависимости от масштаба и цели полевых исследований они могут различаться по объёму и содержанию. По маршруту наблюдений отмечаются размеры и конфигурация локальных геосистем и те изменения, которые выявляются по сравнению с описаной точкой, а также характер перехода к следующей геосистеме.
Одновременно с ландшафтной съёмкой производится сбор материалов для составления ландшафтно-экологических карт, агро-экологических карт. Набор таких карт может быть различным в зависимости от особенностей природы и хозяйства изучаемой территории. Учебной программой рекомендуется составление карт фактического хозяйственного использования, площади обрабатываемых участков, экспозиции и крутизны склонов, распространения неблагоприятных для сельского хозяйства природных явлений, относительного плодородия полей. Выполняются они в том же масштабе, что и ландшафтная карта, могут использоваться для составления оценочных и прикладных карт. В зависимости от местных условий возможно составление и других карт.
При создании ландшафтно-экологических карт предварительно на копии плана землепользования нумеруются обрабатываемые участки и залежи, а затем все сведения о них, полученные путем опроса агрономов и других работников сельского хозяйства, знакомства с производственной деятельностью, собственных наблюдений, записываются в журнал.