Ландшафтно-геофизический подход к изучению ПТК

Истории развития.Геофизические методы используются преимущественно при изучении воздушных и водных масс в климатологии, гидрологии, океанологии, гляциологии, а также в геоморфологии и геокриологии (мерзлотоведении).

Геофизический метод в комплексной физической географии используется при изучении физических свойств ПТК и физико-механических процессов обмена вещества, энергии и информацией как внутри комплекса, так и комплекса с окружающей средой.

У истоков геофизики ландшафта стояли А.А. Григорьев, М.И. Будыко и Д.Л. Арманд.

А. А. Григорьев ввел в науку понятие единый физико-географический процесс (1934). По А.А. Григорьеву ведущую роль в формировании природных зон играет соотношение количества солнечной радиации и атмосферной влаги. Совместно с М.И. Будыко им был установлен один из основных геофизических показателей природных зон – радиационный индекс сухости – отношение годового радиационного балансак годовой сумме осадков, умноженной на скрытую теплоту испарения.

Основная закономерность его изменения в пределах географической оболочки Земли – периодический закон географической зональности.

Таким образом, геофизический метод в комплексной физической географии первоначально был применен для исследования крупных ПТК (природных зон).

Д.Л.Арманд обосновал важность геофизического метода в ландшафтоведении (то есть при изучении мелких ПТК), и считал, что ведущее место в нем занимает обмен веществом и энергией между живой и мертвой природой.

Геофизическая оценка ПТКдается в виде баланса вещества и энергии. Активным сторонником метода балансовв физической географии был Д.Л. Арманд (1947, 1975).

Метод балансов позволяет: рассматривать потоки вещества и энергии, поступающие в ПТК и выходящие из него: изучать внутренние преобразования и связи процессов внутри комплекса.

В геофизике ландшафта основными рассматриваемыми показателями являются: радиационный баланс; тепловой баланс; водный баланс; баланс вещества; баланс биомассы.

Таким образом, главным подходом при исследовании ПТК является изучение трех главных его звеньев – влагооборота, минерального обмена и энергообмена.

Радиационный баланс.Основным источником энергии в ПТК является лучистая и тепловая энергия Солнца. Радиационный и тепловой балансы ПТК измеряются в ккал/см² или кДж/м² (единицы СИ) в год, либо в кал/см² в минуту.

Радиационный баланс рассчитывается по формуле

R=Q(1-А)-Е_эф,

где R — радиационный баланс; А – альбедо; Е_эф – эффективное длинноволновое (тепловое) излучение; Q – суммарная радиация, которая слагается из прямой (1) и рассеянной (S) радиации (Q = I+S).

Альбедо (отражательная способность) является важнейшей геофизической характеристикой ПТК. Это обусловлено зависимостью альбедо от свойств поверхности, которая определяет специфику ПТК. Так, альбедо составляет:

сухого свежевыпавшего снега 80-95,

загрязненного снега 30-50;

светлых горных пород 20-40,

темных горных пород 5-10;

сухих светлых песчаных почв 35-45,

темных почв 5-15;

густого зеленого травостоя 20-25,

болот 15-20,

ерниковой и мохово-лишайниковой тундры 15-25,

лиственного леса в период вегетации и пожелтения 15-20,

хвойного леса 10-15,

торфяников 9,

чернозема 5.

Радиационный баланс ПТК зависят от географического (широтного) положения, режима облачности и запыленности атмосферы, от многих местных (локальных) факторов: экспозиции и крутизны склона, альбедо поверхности, теплоемкости пород.

Для определения радиационного баланса используют актинометр (для измерения прямой радиации), альбедометр (для измерения суммарной, рассеянной и отраженной радиации), балансомер (для измерения радиационного баланса поверхности).

Тепловой баланс. Приходной статьей теплового баланса является поглощенная солнечная радиация (К).Главными статьями расхода являются турбулентный обмен с атмосферой (Р_А) и затраты теплоты на испарение как физическое (LE), так и транспирацию растений (LT), где L скрытая теплота парообразования.

Соотношение этих двух статей подчинено закону зональности.

В гумидных районах затраты теплоты на испарение превышают затраты на турбулентный обмен, а в аридных – наоборот.

Во всех зонах от тундры до лесостепи доля затрат тепла на испарение составляет 80 и более процентов, в степи – 63%, в полупустынях 32%, в пустынях 18%.

Особой статьей расхода являются затраты теплоты на фотосинтез, в результате чего происходит накопление солнечной энергии в растениях. Содержание энергии в фитомассе определяется по теплоте сгорания. В среднем она близка к 4,5 ккал на 1 г сухого вещества.

Еще одной статьей расхода является теплообмен с почвой(А), имеющий переменный знак: в теплое время года и днем он направлен от поверхности в глубь почвы, а в холодное время и ночью – и противоположном направлении, но за годовой цикл этот поток равен нулю.

При отрицательном потоке некоторых местах образуется мерзлота, а при положительном происходит разогревание земной поверхности.

Полевые наблюдения для расчета теплового баланса ПТК включают:

• определение радиационного баланса;
• температуры и важности воздуха,
• скорости ветра на высотах 0,5 и 2 м;
• температуры на поверхности почвы и на глубинах 5, 10, 15, 20 см, иногда до 80 см;
• влажности и объемной теплоемкости (для слоя 0-20 см или 0-80 см) почвы;
• удельной теплоемкости сухой части почвы.
• На стационарах он определяется раз в три года.

Водный баланс.

Приход влаги в ПТК – атмосферные осадки и конденсации водяного пара в почве.

Расход – на подземной сток: при иссушении почвы поднимается по капиллярам и испаряется; основная масса в большинстве ПТК всасывается растениями.

Структура и интенсивность влагооборота имеет зональные и секторные изменения.

Показателем внутреннего влагооборота ПТК является суммарное испарение.

Соотношение между внешним и внутренним влагооборотом выражается коэффициентом стока.

Методы изучения водного баланса – экспериментальные или расчетные.

В полевых условиях при изучении мелких ПТК определяют поверхностный, внутрипочвенный, почвенный сток, осадки, испарение, величину инфильтрации влаги.

Таблица – Среднегодовые показатели основных элементов водного баланса типов и подтипов ландшафтов (по А. Г. Исаченко, 1991)

Баланс вещества. Затруднено малой подвижностью твердого вещества, за исключением некоторых процессов: пыльные бури, оползни, эрозионные процессы, поступление вещества с атмосферными осадками (кислотные дожди).

В настоящее время массообмен в ПТК изучается преимущественно геохимическими методами.

Баланс биомассы.При комплексных физико-географических исследованиях важнейшими показателями биологического круговорота являются его емкость и интенсивность, которые определяются:

· запасами фитомассы:

· величиной годовой первичной продукции:

· количеством опада.

Для оценки интенсивности биологического круговорота используются относительные показатели:

· отношение чистой первичной продукции к запасам фитомассы,

· отношение живой фитомассы к мертвому органическому веществу.

Приходная статья баланса биомассы – образование органического вещества в процессе фотосинтеза.

Расход. Около половины этого вещества окисляется в зеленых растениях в процессе дыхания и возвращается в атмосферу в виде С0₂.

Оставшаяся чистая первичная продукция

· частично потребляется животными;

· но основная масса находится в ПТК, претерпевая различные превращения.

Величина чистой первичной продукции и запасы фитомассы определяются природными условиями и жизненными формами растений (деревья, кустарники, травы).

Зоны (подзоны)	Фитомасса, т/га	Ежегодная продукция, т/га
Полярные пустыни	1,6	0,2
Арктическая тундра
Лесотундра
Средняя тайга (темнохвойная)		6,5
Подтайга восточно-европейская		.12
Широколиственные леса
Типичные степи	10-13	10-13
Пустыни полынно-солянковые		1,2

Отношение чистой первичной продукции к запасам фитомассы наибольшее в травянистых сообществах, у которых нет многолетних надземных органов, а самое низкое – в лесных.

Основной статьей расхода баланса биомассы является ее отмирание и последующее разрушение животными-сапрофагами, бактериями, грибами. Конечным продуктом разрушения являются простейшие минеральные соединения (летучие, зольные элементы и азот).

Часть вещества аккумулируется в ПТК (подстилка, торф, гумус).

В черноземах луговых степей запасы гумуса 600-1000 т/га,

в почвах широколиственных лесов около 300 т/га,

в подзолистых почвах тайги около 100 т/га,

в тундровых около 70 т/га.

При недостатке тепла накапливаются неразложившихся остатки (мертвые корни, сухостой), при избытке влаги накапливается торф.

Одним из показателей биологического круговорота является отношение годовой первичной продукции к запасам мертвых растительных остатков.

В тундре он равен 0,02, в лесных комплексах 0,15, в дуговых степях 0,9, в пустынях более 25.

Биогеохимические показатели биологического круговорота:

1. Емкость биологического круговорота определяется первичной биологической продуктивностью иособенностями доминирующих видов растений.

2. Химический состав зависит от избирательной способности растений к поглощению элементов. Важнейшими элементами биологического круговорота являются Na, К, Са, Si, P, Mg, S, Fe, A1.

 

---

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:

©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.