Годичный цикл функционирования ландшафта

Характеристика функционирования ландшафта обычно основы­вается на средних или суммарных годовых показателях, и это не случайно, так как год—это минимальный отрезок времени, в течение которого выявляются все типичные процессы функционирования, и для которого может быть составлен полный баланс вещества и энергии в геосистеме. Можно сказать, что годичный интервал — это минимальное время выявления всякой геосистемы.

Функционирование геосистем имеет циклический характер и под­чинено цикличности поступления солнечной энергии. Каждому ком­поненту присуща определенная инерционность, т.е. большее или меньшее отставание ответных реакций на внешние (астрономиче­ские) причины внутригодовых изменений, в силу чего эти изменения не синхронны в отдельных процессах и явлениях. Уже тепловой режим приземного слоя воздуха не следует автоматически за высо­той солнца над горизонтом, и кривая годового хода температуры сдвинута по отношению к кривым суммарной радиации и радиаци­онного баланса. В тайге Северо-Запада Русской равнины максимум солнечной радиации наблюдается в июне, наиболее высокая темпе­ратура воздуха — в июле, а нижних горизонтов почвы — только в сентябре; в период наибольшего выпадения осадков запасы про­дуктивной влаги в почве оказываются наименьшими. Под покровом сомкнутого пихтового леса (в Приангарье), где теплообмен сильно замедлен, к тому моменту, когда солнечная радиация достигает максимума, на глубине 3 м наступает годовой минимум температуры.

С инерционностью компонентов связан эффект последействия, т.е. зависимость состояния геосистемы от характера предшествую­щих сезонных фаз. В тайге весной и в начале лета атмосферное увлажнение недостаточное, однако, благодаря зимнему накоплению снега, почва получает дополнительный запас влаги, обеспечивающий функционирование биоты. В муссонных ландшафтах, где снегона­копление незначительное, весной наблюдаются засухи. Летние тем­пературы корнеобитаемого слоя в темнохвойных лесах теснее корре­лируют со снежностью и мерзлотностью предшествующей зимы, чем с температурой воздуха текущих летних фаз. Термические условия осени влияют на интенсивность стока и запасы почвенной влаги весной (так, сильное осеннее промерзание почвы ухудшает возмож­ность просачивания талых вод и способствует усилению поверхно­стного стока и образованию высокого половодья).

Цикличность процессов функционирования геосистемы сопро­вождается определенными изменениями ее вертикальной структуры. В умеренном поясе особенно четко различаются летний и зимний варианты этой структуры. Летний, ассимилирующий зеленый покров с более или менее сложной системой горизонтов (древесный полог, подлесок, травяной ярус и т. п.) зимой полностью или частично деградирован, но в это время года появляются снежный покров и мерзлотный почвенный слой.

Для любого отдельного момента годового цикла можно получить временной срез, отражающий состояние системы как эпизод непрерывного циклического процесса. Однако подобные мгновенные срезы каждый в отдельности не дают возмож­ности установить закономерности функционирования системы. На каждом отрывочном отрезке годового цикла отдельные процессы могут быть несбалансированными и создавать впечатление противо­речивости (например, интенсивный расход влаги на испарение и транспирацию при полном отсутствии ее поступления или продол­жающееся охлаждение почвы при повышении температуры возду­ха). Лишь полный анализ интегрального процесса функционирова­ния ландшафта в закономерной последовательной смене внутригодовых состояний может раскрыть его сущность.

Фенологи и ландшафтоведы предложили различные схемы деле­ния годичного цикла на сезоны, подсезоны, фазы, этапы и т.п. Так, В.А. Фриш различает летний и зимний варианты ландшафтной структуры, а в каждом из них по четыре этапа. На примере Белорусского Поозерья в зимнем варианте выделяются следующие этапы: 1) формирование — образование первого снежного и ледового по­крова, начало промерзания почв, зимнего покоя растений, спячки животных; 2) консолидация — установление постоянного и сплош­ного снежного и ледового покровов; 3) кульминация — пессимальные для биоценозов режимы, самые холодные погоды года; 4) дегра­дация — начало разрушения снежного и ледового покровов при радиационных оттепелях в послеполуденные часы, повышенная ак­тивность не впадавших в спячку животных. Этапы летнего варианта ландшафтной структуры: 1) формирование — начало освобождения поверхности суши и водоемов от снега и льда, начало вегетации, активное состояние животного мира; 2) консолидация — начало массового развития листовой поверхности растений; 3) кульмина­ция — наиболее оптимальные в году режимы развития биоценозов и максимальное продуцирование органического вещества (между датами последнего весеннего и первого осеннего заморозков); 4) деградация—заморозки в предутренние часы на поверхности почвы и травяного яруса, в котором происходит массовое отмирание годичных побегов, осеннее окрашивание листвы и листопад — подго­товка растений к зимнему покою.

В рамках этапов В.А. Фриш выделяет 35 стадий, в основном, связанных с отдельными погодными ситуациями (например, с осад­ками и без осадков, с метелями, волнами холода и т.п.).

А.А. Крауклис, основываясь на материалах стационарных на­блюдений в южной тайге Средней Сибири, разделил годичный цикл функционирования типичной плакорной фации с пихтовым лесом на 12 фаз. Приводим их краткую характеристику (в скобках указаны средние даты начала фаз).

1. Предвесенняя фаза (20 III). Переход суточного максимума температур воздуха от отрицательных значений к положительным; таяние снега идет еще слабо.

2. Ранневесенняя фаза (20 IV). Средние суточные температуры воздуха переходят от отрицательных к положительным; часты воз­враты холодов; на открытых местах снег в основном сходит, но в лесу еще сохраняется его значительное количество; интенсивный поверхностный сток.

3. Поздневесенняя фаза — массовое начало вегетации (в темнохвойном лесу эта фаза в силу позднего схода снежного покрова практически сливается с последующей).

4. Предлетняя фаза (1 VI). Средний суточный минимум темпера­туры воздуха переходит от отрицательного к положительному; отта­ивает и прогревается корнеобитаемый слой, почва промачивается и заряжается влагой; максимальная мобильность минерального субстрата — оседание, сползание по склонам, размывание днищ и берегов водотоков; интенсивное испарение; первые цветущие рас­тения, восстановление надземных частей у летне-зеленых видов, набухание и распускание почек у зимне-зеленых.

5. Раннелетняя фаза (15 VI). Начало интенсивного увеличения общего количества живой растительной массы — заметный прирост деревьев по высоте и в толщину; наиболее интенсивная солнечная радиация, но почва продолжает охлаждаться (на глубине 3 м темпе­ратура достигает годового минимума); влагозапасы в почве убыва­ют из-за интенсивного испарения и транспирации; максимум цвету­щих растений.

6. Позднелетняя фаза (20 VII). Прекращение существенного увеличения количества живой растительной массы; в почве наступа­ет кульминация прогревания, запасы доступной влаги в корнеобитаемом слое в значительной степени истощены; активность биоты затухает, у большинства растений — плодоношение и опадение гене­ративных частей.

7. Предосенняя фаза (20 VIII). Начало массового отмирания зеленых частей растений.

8. Осенняя фаза (5 IX). Переход суточного минимума температу­ры воздуха от положительных значений к отрицательным; ускорен­ный опад отмерших частей растений и пополнение запасов напочвен­ной органики.

9. Предзимняя фаза (5 X). Переход средних суточных температур воздуха от положительных к отрицательным; продолжается опадение листьев и хвои; частично замерзает подстилка, появляется снег, но на глубине 3 м еще только наступает температурный максимум.

10. Раннезимняя фаза (10 XI). Суточные максимумы температу­ры становятся отрицательными; устанавливается постоянный снеж­ный покров; в корнеобитаемом слое отрицательная температура.

11. Глубокозимняя фаза (5 XII). Существенное замедление об­щего падения температуры воздуха и наступление самых низких ее значений; сильные межгодовые колебания температуры и мощности снежного покрова.

12. Позднезимняя фаза (20 II). Интенсивное повышение дневной температуры воздуха; максимум высоты снежного покрова и влагозапасов; в начале фазы — наиболее низкая температура корнеобитаемого слоя, к концу ее — наибольшая глубина сезонного промерзания.

Стационарные наблюдения пока еще единичны и охватывают короткие временные ряды, не всегда достаточные для выявления средних многолетних показателей. Притом эти наблюдения относят­ся лишь к фациям, и вопрос их экстраполяции, т.е. перехода от отрывочных локальных материалов к характеристике сезонной дина­мики собственно ландшафта, остается нерешенным. Поэтому в на­стоящее время для сравнительной характеристики различных ланд­шафтов сохраняют силу традиционные массовые фенологические наблюдения, требующие, конечно, определенной ландшафтоведчекой интерпретации и увязки с другими отраслевыми режимными наблюдениями.

Путем обобщения материалов многолетних климатических, гид­рологических, фенологических и других наблюдений составлена при­веденная ниже характеристика фаз годового цикла для окрестностей Санкт-Петербурга. Даты наступления и окончания фаз определены с учетом периодизации, детально разработанной феноло­гами.

Зима в умеренном поясе, точнее, в условиях континентального бореального и суббореального климата может быть определена как сезон с устойчивым снежным покровом. Радиационный баланс в это время отрицательный, средняя температура воздуха ниже —5° С. Влагооборот сильно замедлен; осадки, испарение, сток характеризу­ются самыми низкими значениями в году. Реки покрыты льдом. Вегетация исключена. Резко снижается активность животных; у хо­лоднокровных — зимняя диапауза, большинство птиц еще осенью улетает на юг. Однако у многих представителей активная жизнедея­тельность не прекращается и зимой (волк, лисица, заяц, белка, мышевидные грызуны, глухарь, тетерев, рябчик, некоторые дятлы и синицы, сорока и др.).

Первая фаза зимы, или раннезимняя фаза, первозимье (6 XII — 15 I). Вслед за образованием устойчивого снежного покрова средняя суточная температура переходит через —5° С (9 XII), около этого же времени максимальная дневная температура переходит через 0° С (что соответствует началу устойчивых морозов). Баланс влаги положителен, начинается накопление снегозапасов, однако высота снежного покрова еще невелика, поэтому происходит сильное охлаж­дение и промерзание почвы, продолжающееся всю зиму. В животном мире завершается подготовка к длительной перезимовке; у пушных зверей и копытных летний мех меняется на зимний.

Вторая фаза зимы, или среднезимье, глубокая зима (15 I — 1 III). За начало можно принять устойчивый переход минимальных суточных температур через —10° С. Самое холодное время года, фаза зимней стабилизации геосистем. Количество осадков продол­жает сокращаться, но высота снежного покрова нарастает. Для животных это наиболее тяжелое время (нехватка кормов), однако у лисиц, зайцев, белок начинается гон.

Третья фаза зимы — позднезимняя, или предвесенняя (1— 20 III). Радиационный баланс становится положительным, заметно повышается температура воздуха. Средняя суточная температура переходит через —5° С к концу фазы (14 III). Количество осадков в марте минимальное, высота снежного покрова и запасы воды в нем достигают максимума, снег оседает и уплотняется; сток в марте несколько возрастает. Почва продолжает промерзать. У некоторых птиц начинается предвесеннее оживление.

Началом весны можно считать переход дневной температуры (в 13 часов) через 0° С, наступление радиационных оттепелей и начало разрушения снежного покрова.

Первая фаза весны — начало снеготаяния (20 III — 4 IV). Ради­ационный баланс растет, значительная его часть расходуется на таяние снега и льда. Появляются проталины на ровных местах, но почва продолжает промерзать, максимальная глубина промерзания (52 см) наблюдается в начале апреля. Водоемы еще находятся подо льдом, но сток возрастает, и в конце фазы начинается половодье. Биофенологический индикатор наступления весны — первая волна прилета птиц — грачей (22 III); к концу фазы наблюдается вторая волна (скворцы, зяблики). Появляются первые весенние мухи (28 III).

Вторая фаза весны — завершение снеготаяния — от перехода средней температуры воздуха через 0° С (5 IV) до схода снежного покрова (15 IV). Начинается слабое оттаивание верхних горизонтов почвы, но в основном почва еще мерзлая, и влага частью застаивает­ся на поверхности, насыщая подстилку, частью стекает поверхност­ным и внутрипочвенным стоком. 10—14 IV вскрываются реки, 12— 17 IV половодье достигает максимума; на апрель приходится до 40 % годового стока. Появляются первые признаки жизнедеятельности растений: начинается сокодвижение у березы (11 IV), у некоторых деревьев и кустарников набухают почки. Цветущих растений в это время еще нет. Появляются ранневесенние насекомые — муравьи, бабочки крапивница и лимонница. Продолжается вторая волна прилета птиц; у глухаря, тетерева, рябчика — массовое токование. Пробуждаются от спячки медведь и барсук; у зайца, белки, лисицы рождаются детеныши.

Третья фаза весны — «оживление весны» (15 IV — 10 V) насту­пает после полного схода снежного покрова при средней суточной температуре около 3° С и заканчивается, согласно фенологической традиции, перед началом зеленения березы. В течение первого этапа (подфазы) — до перехода средней температуры через 5° С (25 IV) — почва полностью оттаивает. Запасы продуктивной влаги в почве к началу этапа максимальны (более 200 мм в верхнем метро­вом слое) и постепенно начинают уменьшаться, растет испаряемость. Интенсивный сток сопровождается максимальным механическим и геохимическим выносом твердого вещества. Зацветают растения, у которых цветение начинается до появления листьев — мать-и-ма­чеха, ольха серая и черная, лещина. В лесной подстилке — оживле­ние беспозвоночных; появляются выбросы дождевых червей. Начи­нается роение комаров-толкунов, пробуждаются земноводные; про­должается прилет птиц.

С переходом средней температуры воздуха через 5° С (вторая подфаза) исчезают последние пятна снега в лесу, заканчивается разрушение ледового покрова на водоемах. Почва на открытых местах к концу этапа прогревается на глубине 20 см до 7—8° С и про­сыхает до мягкопластичного состояния. Продолжает расти испаряе­мость, и атмосферное увлажнение становится недостаточным. Запа­сы продуктивной влаги в почве сокращаются примерно на 20 мм. Во­зобновляется вегетация однолетних и многолетних трав, появляются первые листья у некоторых кустарников, увеличивается число цвету­щих видов, у березы начинают распускаться почки (2 V). С зацвета­нием насекомоопыляемых растений (главным образом ив) связано пробуждение пчел, шмелей, ос. Вслед за окончательным освобожде­нием ото льда водоемов наблюдается массовый прилет водоплаваю­щих птиц, а также многих насекомоядных (4-я волна).

Четвертая фаза весны — «разгар весны» (10 V—10 VI). Про­исходит постепенный переход к летнему состоянию ландшафта и формируется зеленый аспект (вне хвойного леса). 16 V отмечается последний заморозок в воздухе, а 20 V — на поверхности почвы, и одновременно средняя температура воздуха переходит через 10° С. Количество осадков растет, но относительная влажность воздуха самая низкая в году, и коэффициент увлажнения становится мини­мальным (0,62). Запасы почвенной влаги на открытых участках интенсивно расходуются. Половодье идет на убыль, но на май прихо­дится еще до 15 % годового стока.

В этой фазе можно различать два этапа (подфазы) — до и после установления средней температуры воздуха 10° С и окончания замо­розков на поверхности почвы. На первом этапе почва прогревается до 10° С на глубину 20 см и переходит в твердопластичное состоя­ние. Это время интенсивного цветения трав, а также некоторых деревьев и кустарников. В основном заканчивается прилет птиц (пятая волна), появляются выводки у глухаря, тетерева, рябчика, новорожденные телята у копытных. Наступает пора сева ранних яровых.

В течение второго этапа заметно активизируется жизнедеятель­ность растительного мира. С переходом средней температуры возду­ха через 10° С трогается в рост ель европейская (20 V), позднее — сосна; 22 V начинается облиствение широколиственных деревьев. К концу этапа завершается формирование полога листвы. В это же время зацветают хвойные, многие лиственные деревья и кустарники (черемуха 23 V, дуб черешчатый 2 VI, рябина 5 VI и др.), травы и кустарнички (черника 20 V, седмичник 28 V, брусника 7 VI).

Начало лета определяется по-разному — датами окончания за­морозков в воздухе или на почве, перехода средней суточной темпе­ратуры воздуха через 15° С и др. Если принять в качестве феноиндикатора зацветание шиповника, то начало лета в Свект-Петербурге придет­ся на 10 VI.

Первая фаза лета (10 VI — 4 VII) — время наибольшей продол­жительности светлой части суток («белых ночей») и максимального притока солнечной радиации. Температура воздуха 21 VI переходит через 15° С. Верхний горизонт почвы на открытых местах теплее воздуха, но под темнохвойным пологом прогревание почвы сильно запаздывает. Количество осадков и испаряемость возрастают, ко­эффициент увлажнения — 0,70. Запасы продуктивной почвенной влаги продолжают сокращаться (примерно до 120 мм под зерновыми посевами). Сток также сокращается, составляя всего около 5 % от годового. Интенсивно растет вегетативная масса. Листва на деревь­ях и кустарниках достигает полного развития; быстро растут побеги. Цветут многие кустарники, лесное крупнотравье, основные злаки суходольных лугов, большинство водных растений. В животном мире — пора усиленного размножения насекомых, земноводных, пресмыкающихся и птиц.

Вторая фаза лета (4 VII — 3 VIII) не отделяется четко от первой. Условный феноиндикатор — созревание черники. Это самая теплая часть года со средней температурой около 17° С. Испаряемость достигает максимума, и коэффициент атмосферного увлажнения составляет всего 0,69. Почвенные запасы влаги на безлесных учас­тках к концу этой фазы оказываются минимальными (около 100 мм в метровом слое почвы). Сток также подходит к своему минимуму (2—3 % от годового). В отдельные годы дефицит осадков влечет за собой пересыхание торфяников, высыхание лесных ягод, усиление пожарной опасности в лесах. У большинства ягодников (черники, земляники, морошки, голубики, малины) созревают плоды. Цветение наблюдается у поздноцветущих видов, в том числе у таволги, липы мелколистной и вереска. В животном мире значительно снижается интенсивность размножения; птицы в основном заканчивают выкар­мливание птенцов; очень активны кровососущие насекомые.

Третья фаза лета—позднелетняя, или спад лета (4 VIII— 23 VIII) характеризуется плавным снижением температуры при сохранении общего летнего аспекта — до появления первых четких признаков пожелтения листвы у листопадных деревьев, намечающе­гося вскоре после обратного перехода суточной температуры воздуха через 15° С (17 VIII). Осадки в это время максимальны, испаряе­мость заметно падает, и атмосферное увлажнение становится избы­точным. Запасы влаги в почве начинают пополняться, намечается также увеличение стока. Созревают плоды брусники (5 VIII), ряби­ны (18 VIII), майника, ландыша и др. Прирост у деревьев прекраща­ется; у трав намечается отмирание побегов (пожелтение вегетатив­ных частей у кислички, седмичника), к концу периода появляются первые желтые листья у вяза и липы мелколистной. Птицы собира­ются в стаи, первыми отлетают на юг черные стрижи. Насекомые еще активны.

Фенологическим признаком наступления осени считается начало пожелтения листьев березы, знаменующее завершение вегетации.

Первая фаза осени (23 VIII — 21 IX) продолжается до начала заморозков на поверхности почвы. В начале этапа средняя темпера­тура воздуха около 14° С, в конце — около 8° С. Количество осадков снижается, но еще более резко падает испаряемость, увлажнение явно избыточное; продуктивные запасы влаги в метровом слое почвы увеличиваются к концу данной фазы примерно до 150 мм; постепенно возрастает сток (на сентябрь приходится 5—6 % годовой нормы). Вслед за березой начинается пожелтение листьев у осины, рябины, черемухи, дуба, некоторых кустарников. В ходе расцвечивания лист­вы начинается листопад (у березы 14 IX). Желтеет и опадает хвоя сосны. Созревают семена у сосны и ели, плоды лещины, дуба, на болотах — клюквы. Заканчивается отмирание генеративных побегов у луговых злаков и разнотравья. В связи с заметным уменьшением количества насекомых начинается отлет ласточек и других насекомо­ядных птиц. Заканчивается уборка зерновых, увядает ботва карто­феля; в конце августа начинается сев озимой ржи.

Вторая фаза осени (золотая осень) (21 IX — 13 X) — от первых заморозков на почве до завершения листопада. Средняя температу­ра воздуха в это время снижается с 8 до 5° С. Осадки продолжают уменьшаться, но испаряемость сокращается быстрее, коэффициент увлажнения приближается к 2,0; запасы влаги в почве увеличиваются, сток продолжает медленно расти. Фотосинтез практически пре­кращается. Главные биотические процессы — интенсивное расцвечи­вание и листопад летне-зеленых деревьев и кустарников. Полное пожелтение липы мелколистной отмечается 29 IX, березы и осины — 5 X, дуба — 8 X; листопад заканчивается у липы 7 X, березы — 13 X. Происходит массовое созревание семян хвойных и плодов ряда лиственных. В середине этой фазы наблюдается массовый отлет водоплавающих и болотных птиц, а также первых зерноядных — зябликов и дроздов. К концу фазы исчезают насекомые.

Третья фаза осени (глубокая осень) (13 Х — 1 XI) — между окончанием листопада (совпадающим с переходом средней темпера­туры через 5° С) и появлением первого снежного покрова. В конце этапа средняя температура воздуха снижается до 2° С. Запасы влаги в почве продолжают пополняться; слой стока возрастает. Заморозки в это время ежедневны. Вне хвойных лесов господствует безлистный аспект. Начинается массовый прилет зимующих птиц, у оседлых птиц еще наблюдается оживление.

Четвертая (предзимняя) фаза осени (1 XI — 6 XII) — между появлением первого снежного покрова и образованием устойчивого покрова. Приход солнечной радиации резко сокращается, радиаци­онный баланс становится отрицательным; средняя суточная темпера­тура воздуха переходит 9 XI через 0° С и к концу фазы приближает­ся к —5° С. Часто чередуются морозные дни и оттепели, снежный и бесснежный аспекты. Интенсивность влагооборота все снижается. Наблюдается вторичный максимум стока (в ноябре около 10 % годовой нормы), возможны дождевые паводки. В начале ноября начинается промерзание почвы на открытых местах. Мелкие водое­мы замерзают после перехода температуры через 0° С, ледостав на реках наступает в конце фазы. Деревья и кустарники находятся в состоянии покоя; многие травы, некоторые кустарнички, а также всходы озимых уходят под снег зелеными. Подавляющее большинст­во холоднокровных животных забирается в зимние убежища и впа­дает в диапаузу, хотя в конце этапа еще можно встретить комаров-толкунов. У белок и зайцев летний мех меняется на зимний.

Описанная структура годового цикла более или менее типична для умеренно-континентальных таежных ландшафтов. Другие типы ландшафтов требуют иной периодизации и иных критериев для установления фаз годового цикла. Различные соотношения режимов тепла и влаги обусловливают большое многообразие сезонных струк­тур ландшафтов. В размещении типов годичного цикла функциони­рования хорошо прослеживается зональная закономерность.

В тех ландшафтах, где влаги в течение всего года достаточно, и она не служит лимитирующим фактором, внутригодовой ритм подчинен термическому режиму, что особенно ярко проявляется в условиях значительной термической контрастности сезонов. Неко­торые биологические процессы проявляют более прямую связь с ре­жимом освещенности. Сокращение светового дня осенью влияет на отмирание листьев деревьев, кустарников и летне-зеленых трав. Длительный световой день отчасти компенсирует недостаток летнего тепла, так что растения одних и тех же видов вступают в соответ­ствующие фазы вегетации в высоких широтах при более низких температурах, чем в умеренных. В тропических и субэкваториальных широтах, отличающихся круглогодичной высокой теплообеспеченностью, сезонный ритм функционирования геосистем определяется, в первую очередь, режимом атмосферного увлажнения. В экватори­альной зоне с ее ровным температурным режимом (колебания средних суточных температур не превышают 2—3° С) и постоянной влажностью сезонная динамика практически не выражена, и на передний план выступает суточный ритм функционирования.

Таким образом, гидротермические показатели имеют универсаль­ное значение, и для построения общей классификации фаз годового цикла следует, прежде всего, разработать единые шкалы теплообеспеченности и увлажнения ландшафтов. Для разграничения термиче­ских фаз можно принять температурную шкалу с пятиградусными интервалами средних суточных температур, начиная с —5° С. Пери­од со средними суточными температурами ниже —5° С — это зима в наиболее точном смысле слова, т.е. морозная и снежная фаза. В умеренном поясе с переходом средних температур через —5° С (при спаде) приблизительно совпадают переход максимальных днев­ных температур через 0° С, начало устойчивых морозов и постоянно­го (устойчивого) снежного покрова, ледостава на реках. С перехо­дом средней температуры через —5° С при ее подъеме обычно начинается разрушение устойчивого снежного покрова. С повышени­ем средней температуры до 0° С устойчивый покров разрушается и резко ускоряется окончательный сход снега. Переход температуры через 5° С знаменует начало вегетации ранневегетирующих расте­ний; после наступления температуры 10° С начинается основной вегетационный период, в фенологии и агроклиматологии этому рубе­жу придается важное значение, он близок к температурному порогу многих культур (кукурузы, подсолнечника, хлопчатника, южных плодовых и др.). При спаде температуры до 10° С начинаются осенние процессы; с осенним переходом через 5° С обычно заканчи­вается листопад, растения и животные готовятся к зимнему покою; переход температуры через 0° С практически совпадает с первым снежным покровом.

Более сложный вопрос — определение временных рубежей в го­довом режиме увлажнения. По-видимому, наилучший показатель — запасы влаги в почве, но данные по ним отрывочны и далеко не всегда надежны. В качестве универсального показателя, допускаю­щего полную сравнимость, можно принять коэффициент увлажнения Высоцкого — Иванова, хотя между почвенным и атмосферным ув­лажнением нет прямой связи. Периодизация фаз по коэффициенту увлажнения требует поправок с учетом процесса накопления и рас­ходования влаги в ландшафте. Наиболее заметное несовпадение режимов атмосферного и почвенного увлажнения характерно для многоснежных ландшафтов.

В предлагаемой шкале приняты следующие градации для терми­ческой составляющей сезонного гидротермического режима (в скоб­ках — интервалы средних суточных температур): 0 — морозная (ни­же —5° С), 1 — умеренно холодная (от —5 до 0° С), 2 — прохлад­ная (от 0 до 5° С), 3 — умеренно теплая (от 5 до 10° С), 4 — теплая (от 10 до 15° С), 5 — очень теплая (от 15 до 20° С), 6 — жаркая (от 20 до 30° С), 7 — очень жаркая (выше 30° С).

В режиме увлажнения различаются следующие фазы по коэффи­циенту увлажнения (К): А — влажная (К > 1,0), Б — полувлаж­ная (К == 0,6 — 1,0), В — полузасушливая (К === 0,3 — 0,6), Г — засушливая (К = 0,2 — 0,3), Д — сухая (К = 0,1 — 0,2), Е — очень сухая (К == 0,02 — 0,10), Ж — крайне сухая (К < 0,02).

Комплексные гидротермические характеристики сезонных фаз складываются из обеих составляющих (например, 5Б — очень теп­лая полувлажная фаза, 6Д—жаркая сухая фаза и т.д.).

Изменчивость, устойчивость и динамика ландшафта

Сезонные флюктуации функционирования ландшафта — далеко не единственное проявление его изменчивости во времени. Изменчи­вость наблюдается как в более узком, так и в более широком диапа­зоне времени, чем годичный цикл. Хорошо известен суточный ритм. Смена дня и ночи сопровождается колебаниями освещенности, тем­пературы, влажности воздуха, что, в свою очередь, влечет пульсацию вертикальных (конвекционных) и латеральных (склоновых, горно-долинных, бризовых) потоков воздуха, отчасти также атмосферных осадков (послеполуденные дожди в экваториальных широтах), про­цессов замерзания и оттаивания, физического выветривания, фо­тосинтеза, дыхания.

Годичный цикл с его сезонными фазами, таким образом, может быть «разложен» на более дробные временные составляющие. Но, с другой стороны, осредненный (средний многолетний) годичный цикл не выявляет полного диапазона колебаний отдельных параметров функционирования ландшафта, его многолетней изменчивости, возможных аномалий, экстремальных ситуаций и трендов.

Для Санкт-Петербурга, например, при средней температуре самого холодного месяца —7,9° С и самого теплого + 17,8° С зафиксирова­ны экстремумы —36 и +34° С, т.е. годовая амплитуда средних температур составляет 25,7, а экстремальных — 70° С. Годовое коли­чество осадков составило в 1920 г. 417 мм, а в 1935 г. — 825 мм. Сред­няя дата последнего заморозка в воздухе приходится на 5 мая, но самая ранняя — на 9 апреля, а самая поздняя — на 28 мая; первый заморозок наблюдается в среднем 9 октября, крайние даты — 15 сентября и 17 ноября. Следовательно, продолжительность безмо­розного периода для отдельных лет колеблется от 118 до 190 сут при средней многолетней 156. Еще более разителен диапазон межгодо­вых колебаний даты образования устойчивого снежного покрова: от 27 октября до 20 февраля (средняя дата — 6 декабря), т.е. разница составляет 116 сут. Отклонения фенодат от средних многолетних в основном около ±20 сут, причем наиболее сильные колебания наблюдаются весной, летом же даты более устойчивы.

Известны аномальные в гидротермическом отношении отдельные годы и многолетние периоды. Так, в конце XIX — первой половине XX в. наблюдалось общее потепление климата по сравнению с предыдущими десятилетиями; за последние 30 лет фенологические явления наступали на 8—12 сут раньше, чем 100 лет назад. Но на общем фоне потепления выделялись годы с аномально холодным вегетационным периодом и очень суровой зимой (1955/56, 1965/66, 1978/79, 1986/87). Чередование сухих и влажных периодов и отдель­ных лет особенно характерно для семигумидных и семиаридных ландшафтов. В полупустыне и сухой степи Восточной Европы засухи повторяются в среднем через год, в типичной степи — через 2—3 го­да, в лесостепи — через 3—4 года.

В 1972 г. засуха охватила обширную территорию европейской части России, над которой летом образовался устойчивый анти­циклон. Средняя температура воздуха была на 2—4° С выше нормы, а количество осадков составило от 30 до 80 % средней многолетней величины. В лесной части Русской равнины в этот год фенологические явления протекали быстрее, чем обычно, особенно на юго-западе (в зоне широколиственных лесов), где основные фенодаты наступили на 10—20 дней раньше. В дубравах запасы почвенной влаги расходовались очень быстро, ассимиляция была сильно подавлена, уменьшилась продуктивность древесного и травяного ярусов, пожелтение листьев началось раньше обычного, усилилось их поражение вредителями и грибковыми заболеваниями. Однако мас­совое пожелтение березы и ряда других деревьев и кустарников наступило позже средних сроков.

Влияние гидротермических аномалий на биоту зависит от сочетания многих условий. Специфика данного вегетационного периода сама по себе еще не определяет реакции растений, так как многое зависит от характера предшествующих сезонов. Так, высокая тепло-обеспеченность летом, теплая и сухая осень благоприятствуют после­дующей перезимовке. Но сильная засуха может способствовать снижению зимостойкости у незасухоустойчивых видов. Влияние сильных засух на древесную растительность может сказаться через несколько лет. По наблюдениям А.А. Крауклиса, изменения в коли­честве осадков проявляются в продуцировании биомассы деревьев с опозданием на 5 лет.

Когда сухие или влажные периоды следуют по нескольку лет подряд, в ландшафтах наблюдаются более существенные изменения. Так, по данным В.А. Фриша, в степных ландшафтах Юго-Восточно­го Забайкалья с 1952/53 гг. начался влажный период. Если в 1940— 1951 гг. среднее количество осадков вегетационного периода состав­ляло 247 мм, то в 1952—1963 гг.—309 мм, а в 1958 г. сумма осадков в 3 раза превысила норму. Это привело к трансгрессии озер, активи­зации родников и мерзлотно-наледных явлений. В доминирующих пижмовых и вострецовых сообществах усилилась роль мезофильного разнотравья, увеличилась биологическая продуктивность. (В сухие и жаркие годы наблюдается наступление более конкурентноспособных ковыльных сообществ.)

Климатические аномалии имеют обычно макрорегиональный ха­рактер и охватывают территории целых секторов. При этом нередко наблюдается гетерохронность процессов в соседних секторах, напри­мер наступление аномально влажных лет в; Восточной Европе сопро­вождалось усилением сухости в Западной, что связано с установле­нием меридионального типа циркуляции атмосферы.

Многолетняя изменчивость неоднозначно проявляется в разных ландшафтах, а в одних и тех же ландшафтах — у разных компо­нентов и морфологических подразделений. К.Н. Дьяконов определил изменчивость некоторых зональных типов ландшафтов Западной Сибири по трем показателям с помощью коэффициента вариации по формуле

С = ,

где С—коэффициент вариации; К—модульный коэффициент (отношение годового значения к среднему многолетнему); n — число лет.

Оказалось, что С годового количества осадков возрастает от 12,0 в северной тайге до 19,5 в лесостепи, а годового стока — в том же направлении от 20 до 45—70. Прирост сосны по диаметру обнару­жил наименьшую изменчивость в южной тайге (С = 21), а наиболь­шую — в лесостепи (С = 33). В целом изменчивость возрастает от тайги к лесостепи, а на топологическом уровне — от автономных фаций к подчиненным.

Изменчивость ландшафтов обусловлена многими причинами, она имеет сложную природу и выражается в принципиально различных формах.

Прежде всего, следует различать в ландшафтах два основных типа изменений, которые Л. С. Берг еще более полувека назад назвал обратимыми и необратимыми. К первым он относил сезонные смены, которые, по его выражению, «не вносят, в сущности, ничего нового в установившийся порядок вещей», а также изменения катастрофического характера (землетрясения, сильные пожары и т. п.), после которых «ландшафт восстанавливается приблизитель­но до состояния, бывшего до катастрофы». При необратимых, или прогрессивных, сменах «возврата к прежнему состоянию не происхо­дит: изменения идут в одну сторону, в определенном направле­нии».

Изменения первого типа не приводят к качественному преобразо­ванию ландшафта, они совершаются, как отметил В.Б. Сочава, в рамках одного инварианта, в отличие от изменений второго типа, которые ведут к трансформации структур, т.е. к смене ландшафтов. Все обратимые изменения ландшафта образуют его динамику, тогда как необратимые смены составляют сущность его развития. Динамика, таким образом, входит в понятие инварианта ландшафта, в ней выражается временная упорядоченность состояний ландшафта как его структурных элементов. Поэтому динамику иначе можно опреде­лить как смену состояний геосистем в рамках одного инварианта, в то время как развитие есть смена самого инварианта.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: