Классификация и мелкомасштабное картографирование ландшафтов

Доминирующие урочища изображаются на наших картах цветным (и штриховым) качественным фоном. Подчиненные урочища представлены внемасштабными значками. Они, в свою очередь, разделяются на фоновые, т.е. распределенные по всей площади ландшафта, и локальные. Первые показаны значками цвете основы, равномерно размещенными по контуру ландшафта; вторые - цветными значками, привязанными к их конкретному местоположению.

Далее мы стремились отразить относительную роль подчиненных фоновых урочищ количественно - через площадь, занимаемую ими в ландшафте. С этой целью использовался следующий прием: урочища, занимающие до 5% площади ландшафтного контура, изображаются одиночными значками, до 10% - сдвоенными значками, до 20% - строенными значками. Среди локальных урочищ предпочтение при отборе отдается урочищам-индикаторам, "верно" диагностирующим структурные и генетические черты ландшафта в целом.

Раскрывая предложенным картографическим приемом внутреннюю организацию ландшафтов, мы позволяем читателю видеть на карте не только типологические категории ландшафтов, определяемые главным образом по доминирующим урочищам, но и индивидуальное структурное своеобразие каждого конкретного ландшафта (ландшафтного контура), связанное с комбинациями подчиненных урочищ. Таким образом, ландшафтная карта показывает одновременно и типы, и индивидуумы, решая проблему общего и частного.

Системный подход к картографированию ландшафтной структуры территории предполагает помимо анализа внутренней организации - морфологии ландшафтов - расшифровку их внешних связей с геосистемами того же ранга и с объемлющими геосистемами более высоких рангов. Эта задача в основном решается с помощью классификации ландшафтов, заложенной в легенду карты, и соответствующих изобразительных средств.

На ландшафтных картах Кустанайской области и Северного Казахстана с помощью цветовой гаммы все ландшафты группируются по типам и подтипам, т.е. по биоклиматическим показателям, а посредством фигурных сеток (или цветных штриховок) - по родам, подклассам и классам, т.е. по геолого-геоморфологическим показателям. В результате при удачном подборе цветов и фигурных сеток на картах сами собой обособляются, становятся читаемыми геосистемы высоких порядков: природные провинции, зоны и подзоны, физико-географические страны, по отношению к которым ландшафты выступают как подсистемы.

Строгое обособление названных суперсистем путем проведения специальных границ представляется нецелесообразным для ландшафтных карт рассматриваемых масштабов. Оно значительно огрубило бы и внесло элемент схематизма в детальную картину ландшафтной структуры. Типологическая ландшафтная карта ценна именно там, что непосредственно через ландшафтную структуру изображает единицы физико-географического районирования, индуктивно (снизу) подводя читателя к их пониманию.

Мелкомасштабная ландшафтная карта, построенная с учетом изложенных выше требований, по своему типу может быть причислена к аналитико-синтетическим. Имея в качестве главного объекта геосистемы "ландшафты", она отражает их дифференциацию на элементарные подсистемы и в то же время интеграцию в суперсистемы. Такая карта становится многоярусной моделью ландшафтной структуры территории.

Особого рассмотрения заслуживает проблема картографического отображения всевозможных антропогенных изменений ландшафтов. Хозяйственное использование природных комплексов сопровождается как преобразованием ряда компонентов, так и стимуляцией некоторых природных процессов. В наше время, когда не затронутых хозяйственной деятельностью человека естественных ландшафтов почти не осталось, не обращать на это внимание при ландшафтном картографировании невозможно.

Картографически эту проблему можно решить несколькими путями, но в любом случае опираясь на естественную структуру ландшафта. При картографировании сельскохозяйственных территорий ландшафтное содержание карты полезно дополнить сведениями об использовании земель. С этой целью на цветной качественный фон ландшафтов штриховкой цвета основы наносятся контуры существующих пахотных угодий, полезащитных лесных полос и т.п. Так сделано, например, на ландшафтной карте в атласе Кустанайской области (1963).

Более глубокий динамический смысл придает ландшафтной карте показ антропогенных модификаций ландшафтов. География этих модификаций, особенно сельскохозяйственных, в немалой мере зависит от ландшафтной структуры территории и ее природного потенциала. Опыт совмещенного картографирования естественных ландшафтов (цветной фон) и их сельскохозяйственных модификаций (штриховой фон) был осуществлен нами на образце ландшафтной карты для Центрального Казахстана. Карта дает представление об исходной структуре коренных ландшафтов и ее современных антропогенных преобразованиях.

Совместное изображение коренных ландшафтов и их антропогенных модификаций наполняет карту структурно-динамическим содержанием. Ее анализ дает ценный материал для прогноза дальнейших изменений в ландшафтах, их рациональной эксплуатации и необходимого "ремонта".

Рассмотренное содержание мелкомасштабной ландшафтной карты в концентрированном виде представлено в ее легенде. Вся сложная семиотика, используемая для картографического моделирования, получает в ней смысловое наполнение. В легенде наиболее ясно видны принципы, положенные в основу карты. Недаром она выступает в роли классификатора объектов картографирования, их состояний и взаимоотношений.

Информационная нагрузка мелкомасштабных ландшафтных карт находит отражение в ряде разделов легенды и соответствующей системе условных обозначений:

а) виды ландшафтов (характеризуются по доминирующим урочищам) -качественный цветной фон, в сочетании с фигурными сетками или цветными фоновыми штриховками; индексы;

б) элементарные природные комплексы (подчиненные урочища и фации) - внемасштабные знаки, фоновые и локализованные;

в) антропогенные модификации ландшафтов - черные (или цвета основы) фоновые штриховки, значки.

Наибольшая доля информации заключена в первом разделе легенды (а). Именно здесь в генерализованном виде сосредоточена структурно-генетическая классификация ландшафтов. На мелкомасштабных ландшафтных картах она представлена либо в виде текстовой легенды, либо в виде легенды-таблицы.

Текстовой вариант отличается большой информационной емкостью. Он позволяет оттенить наиболее тонкие, специфические черты структуры различных видов ландшафтов. Но, к сожалению, этому варианту легенды обычно свойствен большой объем, многословность, обилие повторений. Текстовые легенды чаще используются для мелкомасштабных ландшафтных карт на сравнительно небольшие по площади регионы с малым набором видов ландшафтов.

Для карт на обширные по площади территории более пригодна легенда в виде таблицы. Она компактна и выразительна, лишь немногим уступает текстовому варианту легенды по объему содержащейся информация. Особенно хороша легенда-таблица к ландшафтной карте в региональных атласах, где компоновка карт всегда очень экономна.

Одно из главных достоинств табличной легенды - наглядный показ классификационных категорий ландшафтов. В столбцах таблицы получают отражение такие подразделения, как классы, подклассы, роды и подроды ландшафтов. Их индицируют геолого-геоморфологические признаки. В строках таблицы представлены типы и подтипы ландшафтов. Эти классификационные показатели диагностируются главным образом по биоклиматической группе показателей.

Для упрощения построения и чтения легенды единую таблицу можно разделить на две-три. Например, отдельно дать таблицы для равнинных и горных ландшафтов, а класс равнинных ландшафтов, в свою очередь, представить в виде самостоятельных таблиц для элювиальной и гидроморфной групп.

Важное качество легенд табличного типа - их выразительность при расшифровке цветного оформления карты. По строкам легенды-таблицы, т.е. соответственно типам и подтипам ландшафтов, размещаются единые цветовые фоны и их оттенки. По столбцам же производится группировка фигурных сеток (или цветных штриховок), которые накладываются на цветовой фон и индицируют сходство или различия ландшафтов по геолого-геоморфологической основе. В этом случае роды одного типа и подтипа ландшафтов оказываются изображенными одним цветом, но разными фигурными сетками. В то же время аналогичные роды в различных типах ландшафтов отличаются по цвету, но сходны по характеру фигурных сеток.

В результате такого подхода к оформлению ландшафтной карты на ней хорошо читаются как зональные, так и азональные группировки видов ландшафтов. При этом рельефнее выделяются сопряжения ландшафтов в региональных геосистемах высоких порядков (физико-географических провинциях, областях, странах).

Методика мелкомасштабного ландшафтного картографирования

Мелкомасштабные карты принято составлять путем генерализации среднемасштабных картографических материалов. Однако для ландшафтного картографирования этот путь в настоящее время мало реален: крупно- и среднемасштабные ландшафтные карты, составленные на основании полевых ландшафтных съемок, до сих пор крайне редки.

Очевидно, необходимо использовать все прочие источники, дающие прямую или косвенную информацию о ландшафтах территории. Ценнейшим материалом в этой ситуации становятся прежде всего среднемасштабные топографические карты. Их ландшафтная нагрузка достаточно богата. Важно лишь умело интерпретировать и использовать ее.

На обширные территории сейчас имеются отраслевые тематические карты природы: геоморфологические, почвенные, растительности и др. Они многое могут сказать и о ландшафтной структуре района. Желательно использовать главным образом среднемасштабные материалы. К мелкомасштабным отраслевым картам следует относиться более осторожно. Изображение пространственной дифференциации различных природных компонентов на них сильно генерализовано, прячем, как правило, неоднозначно на картах разной тематики. В результате существенно затруднен их сопряженный анализ.

Наличие среднемасштабных топографических и отраслевых тематических карт природы однако не освобождает автора будущей ландшафтной карты от полевых исследований. Чисто камеральные методы составления мелкомасштабных ландшафтных карт на основе названных материалов чреваты серьезными ошибками. Особенно опасен давно дискредитировавший себя метод наложения, который приводит к умозрительным ландшафтным построениям, надуманной типологии природных комплексов. Причина же кроется в том, что ландшафт, как и любая другая система, не является суммой составляющих его элементов.

Настоящая ландшафтная интерпретация топокарт и отраслевых картографических материалов возможна лишь яри сочетании камеральных и полевых исследований, в ходе которых изучаются не отдельные компоненты, а природные целостности - геосистемы.

Однако натурные работы не следует превращать в сплошную полевую съемку территории. Эта была бы другая крайность - весьма трудоемкая и дорогостоящая. Достаточно ограничиться маршрутным обследованием территории, которое неплохо дополнить серией среднемасштабных ключей.

В ходе полевых маршрутных исследований, приближающихся по своему тину к ландшафтному профилированию, решаются следующие основные задачи: а) выявление типовых коррелятивных взаимосвязей компонентов природы, свойственных различным ландшафтам; б) изучение пространственных комбинаций элементарных природных комплексов, формирующих полисистемы - ландшафты; в) разработка на базе познания вертикальной и плановой структуры ландшафтов номенклатуры видов ландшафтов, слагавших территорию; г) определение динамических тенденций ландшафтов в связи с их структурой, в том числе антропогенных модификаций природных комплексов и вызванных ими естественных процессов; д) анализ закономерностей пространственной дифференциация и интеграции ландшафтов; е) поиск и изучение границ ландшафтов. Попутно производится оценка степени достоверности, увязка и доработка отраслевых картографических материалов.

Важный момент полевых работ такого рода - жесткая привязка выявляемых видов ландшафтов, свойственных им спектров природных компонентов и комбинаций элементарных природных комплексов к топографической основе. Этим достигается возможность широкой экстраполяции маршрутных ландшафтных наблюдений путем ландшафтного анализа обычной топографической карты в сочетании с отраслевыми картами природы.

Не менее ценные материалы для ландшафтного картографирования дают ключевые исследования, особенно если они осуществляется с использованием аэрофотосъемки. Ключевые участки не должны быть очень мелкими. Желательно, чтобы каждый из них включал несколько видов ландшафтов, характерных для того или иного региона.

В итоге полевых ландшафтных наблюдений разрабатывается номенклатура выявленных на местности видов ландшафтов. Она становятся важным инструментом ландшафтной интерпретация отраслевых (почвенных, геоботанических, геолого-геоморфологических) картографических материалов, ключом к сведению их в ландшафтное единство.

Номенклатура ландшафтов закрепляется в виде картотеки или массива перфокарт, в которых фиксируются все наиболее важные свойства типизированных геосистем в целом и по составляющим элементам. Для облегчения пользования номенклатурой каждый вид ландшафтов получает свое рабочее географическое наименование (см. выше).

Таким образом, основным итогом полевых исследований для целей мелкомасштабного ландшафтного картографирования является типология ландшафтов и их структурно-динамических свойств. Карта же создается в процессе камерального анализа, в который вовлекаются имеющиеся картографические, аэрокосмические, литературные я полевые материалы.

Контурная основа мелкомасштабной ландшафтной карты разрабатывается на основе топографических и отраслевых тематических карт природы. Для этого используется как рисунок горизонталей среднемасштабной гипсометрической основы, так и контуры одной или нескольких наиболее достоверных среднемасштабных отраслевых карт. При работе над ландшафтными картами Северного и Центрального Казахстана особенно ценными были среднемасштабные почвенные карты, созданные в Институте почвоведения АН Казахской ССР. Их контуры, совмещенные с гипсометрической основой, интерпретировались в широком ландшафтном плане с помощью выявленных зависимостей природных компонентов в рамках конкретной номенклатуры ландшафтов.

Вместе с выделением контуров индивидуальных ландшафтов на создаваемой карте происходит их отнесение к тому или другому виду. В результате на первых порах легендой составляемой карты становится имеющаяся номенклатура видов ландшафтов. В дальнейшем эта предварительная легенда дорабатывается на базе структурно-генетической классификация ландшафтов.

Неоценимый материал для мелкомасштабного ландшафтного картографирования представляет космическая съемка. Если ранее географ-исследователь подходил к пониманию ландшафта, изучая в крупном и среднем масштабах его элементарные составляющие (урочища и фации), то теперь по космическим снимкам ландшафт воспринимается непосредственно, сразу как единое целое. По ним возможна локализация разнородных индивидуальных ландшафтов, изучение их внутренней структуры и на этой основе типология.

Здесь применимы оба логических пути исследования - от общего к частному и от частного к общему. В то же время материалы обычной аэрофотосъемки, как правило, хорошо раскрывающие внутреннюю структуру ландшафта, но не отражающие его как природную целостность, поддаются ландшафтной интерпретации главным образом индуктивными методами.

Ранее при мелкомасштабном тематическом картографирования материалы крупномасштабной аэросъемки ввиду большой трудоемкости их обработки в массовом количестве практически не использовались. Теперь космическая съемка существенно изменяет ситуацию. Карта мелкого масштаба получает свой непосредственный источник объективной я детальной географической информации, становясь в указанном смысле в значительной мере независимой ох карт более крупных масштабов. Упрощается процесс генерализации за счет автоматического интегрирования ландшафтной структуры на космических снимках.

Нами проведен опыт мелкомасштабного ландшафтного картографирования с использованием космических снимков (Николаев, 1974). В результате получены карты, заметно отличающиеся по точности и детальности изображения ландшафтной структуры от всех ранее составленных. По кондициям они восходят к картам среднего масштаба.

Параллельно с увеличением точности карт космические методы позволяют резко сократить затраты времени и труда на их составление.

С помощью материалов из космоса появилась возможность показать на ландшафтной карте динамическое состояние природных геосистем. Выявить временные динамические серии природных комплексов удается путем изучения их пространственной изменчивости, хорошо читаемой на снимках из космоса. При этом к анализу ландшафтной структуры применяется эргодическая гипотеза. На подобной карте инварианты видов ландшафтов получают отображение через систему современных переменных состояний. В таком ключе автором составлена ландшафтная карта на юго-западную окраину Алтайского края, на которой дифференцированно представлена динамическая серия лесного остепненного дюнно-песчаного ландшафта (Николаев, 1974). По материалам космической съемки становится возможным составление специализированных эволюционно-динамических ландшафтных карт.

Ландшафтные карты в комплексных региональных атласах

За последние десятилетия в нашей стране получили широкий размах работы по созданию комплексных географических атласов республик, краев и областей. Среди вышедших в свет региональных атласов научно-справочного типа можно назвать немало таких, которые заслуженно оцениваются как географическая энциклопедия региона.

В методологическом и методическом отношении работы по созданию научно-справочных региональных атласов выдвинули ряд новых проблем перед современным ландшафтоведением. В ходе этих работ стала очевидной особая роль ландшафтной карты в системе тематических карт природы.

Если отраслевые карты природы являются картографическими моделями отдельных компонентов природных территориальных комплексов или некоторых состояний этих компонентов, то карта ландшафтная моделирует геосистемы в целом. Отношение ландшафтной карты к картам отраслевым - это отношение системной модели к моделям подсистем.

Поэтому ландшафтная карта занимает узловое, связующее положение среди тематических карт природы. Именно такие позиции ей свойственны в лучших образцах региональных научно-справочных атласов СССР.

Сейчас уже нет нужды доказывать, сколь необходимы в атласе синтетические карты природы, которые завершают и цементируют весь раздел карт природы. Как известно, ими являются карты физико-географического районирования и ландшафтная.

Включение ландшафтных карт в комплексные географические атласы нельзя рассматривать только как необходимый завершающий этап серии природных карт. Ландшафтным картам должно принадлежать в атласах организующее и направляющее начало. Имеется в виду неизбежность радикального влияния их на весь процесс составления и взаимной увязки карт природы.

В ряде изданных у нас и за рубежом атласов можно видеть довольно частые, порой вопиющие противоречия отраслевых карт природы (почвенной и растительности, геоморфологической и четвертичных отложений и др.) между собой, а также с картами природного районирования. Составленные различными авторами по неравноценным исходным материалам, с различной степенью генерализации, они лишь в малой мере могут быть органически увязаны друг с другом в ходе редактирования. Нередко дело ограничивается формальной подгонкой контуров на ряде наиболее близких карт. Синтетические карты природы выглядят в этом случав как своеобразный довесок, дань времени, а не как закономерный итог всего раздела природы. Доверие читателей к подобным атласам невелико.

Напомним, что еще в конце прошлого века один из авторитетнейших создателей комплексных географических атласов Видаль де ля Блаш (Vidal de la Blach, 1894) мечтал о том, чтобы они были не просто справочниками, а яркими выразителями принципа связи (principe de connexite) в географии природы, населения, экономики. Атлас не оправдает своего назначения, если будет лишь механическим собранием карт различного содержания. В органической, системной увязке и взаимодополняемости картографических сюжетов - его главный смысл, его научная сила и практическая значимость. Достичь этого не так-то просто, но крайне необходимо.

В отношении карт природного раздела атласов указанная проблема в полной мере может быть решена лишь на основе ландшафтных принципов и ландшафтной методики. Их мы стремились постоянно проводить в жизнь при разработке природных карт комплексных научно-справочных атласов Кустанайской области (1963), Целинного края (1964) и др.

Ландшафтная методика создания взаимно согласованных карт природы для комплексных атласов основана на представлении о ландшафте как геосистеме, все составляющие которой находятся в определенном коррелятивном сопряжении. Особенно прочные связи существуют между рельефом, горными породами, его слагающими, грунтовыми водами, почвами и растительностью. Именно они в конечном счете приводят к качественному обособлению геосистем ранга ландшафт и его морфологических единиц.

На анализе корреляций указанных составляющих ландшафта базируются такие современные направления советской географии, как индикационное ландшафтоведение, индикационная геоботаника, ландшафтное дешифрирование аэрофотоматериалов и др. За рубежом, несмотря на слабое развитие ландшафтоведения, во многих странах ландшафтные принципы и методика также используются в комплексном картографировании природы. Известно, что в ряде штатов США на землях, не используемых в земледелии, практикуется сопряженная почвенно-геоботаническая съемка. Исследования на калифорнийском планшете показали, что при крупномасштабном картографировании (1:31680) не менее 80% почвенных границ идентичны границам растительности (Wieslander and Story, 1953). Как уже отмечалось, в Австралии геоморфологическая, почвенная и геоботаническая государственная съемка в крупном и среднем масштабах выполняется по всей стране совместными усилиями различных отраслевых специалистов, которые считают возможным и необходимым создавать первоначально лишь одну синтетическую карту земельных систем, по сути своей ландшафтную, которая трансформируется затем в серию отраслевых карт.

Проблема соотношения ландшафтного и отраслевого картографирования перерастает в проблему корреляции природных компонентов и их пространственных рубежей. Разумеется, каждый из природных компонентов имеет свои темпы развития, свою мобильность в пространстве и времени. Этим объясняется неодинаковая устойчивость (подвижность) геоморфологических, почвенных, геоботанических и других природных границ; их большая или меньшая четкость. В результате абсолютное совпадение рубежей разнородных природных компонентов, слагающих ландшафт, - явление сравнительно редкое. Вопрос в другом - насколько велики эти отклонения, какова их масштабность.

Несовпадение границ сопряженных компонентов наблюдается, как правило, по периферии ландшафтов, там, где один тип ландшафтной структуры сменяется другим. При этом ландшафтная граница представляется порой весьма постепенной, превращается в переходную зону. "Ядро" же ландшафта остается выразителем типовых связей компонентов, его структурной специфики (Schultse, 1952).

В свете сказанного заметим, что изучение ландшафтных границ необходимо не только для разграничения разнородных природных комплексов, но и в целях познания их динамики, взаимодействия смежных геосистем друг с другом в пространстве и времени. В пограничной зоне, "на переднем крае" ландшафта можно вскрыть такие тенденции его современного развития, которые остаются неуловимыми в его "ядре".

Опыт советских и зарубежных комплексных исследований показывает, что описанные расхождения в положении границ рельефа, грунтов, почв и растительности, как правило, уловимы при крупномасштабной съемке, когда возможно изучение не только "ядер" природных комплексов, но и пограничных зон. Если же говорить о мелкомасштабном картографировании, то им фиксируются преимущественно "ядра" типичности ландшафтов, характеризующиеся тесными сопряжениями природных компонентов. Постепенные границы между ландшафтами обычно генерализуются и по условиям масштаба изображаются линией. В тех случаях, когда переходные полосы между ландшафтами перерастают в природные комплексы, по своим параметрам и качественной определенности не уступающие "ядрам" смежных ландшафтов, их приходится картографировать как самостоятельные единицы (Исаченко, 1961).

Как видно, с определенной долей условности можно допустить, что при мелкомасштабном картографировании процесс разграничения ландшафтов является одновременно операцией установления рубежей ряда наиболее тесно сопряженных природных компонентов. Подобное допущение, исходящее из представления о ландшафте как диалектическом единстве его частей, раскрывает перед нами широкие перспективы в области согласования серии карт природы на базе использования ландшафтных методов. Немалый опыт в этом отношении был приобретен в комплексных экспедициях Московского университета при создании научно-справочных атласов. Мы отказались от традиционных путей создания природных карт, когда все авторы работают независимо друг от друга, а согласование карт производится лишь на стадии редакционно-составительских работ.

Было решено начинать работы по картам природы (за исключением геологических, климатических и гидрологических) не с отраслевых сюжетов, а с детальной ландшафтной карты - так называемой карты природных контуров, отражающей природные территориальные комплексы в целом, такими как они существуют в действительности, не разъятыми на составные части - компоненты. Как отмечалось выше, при составлении такой карты используются не только ландшафтные материалы, но и все новейшие картографические источники по важнейшим природным компонентам. В результате ландшафтная карта заранее ассимилирует материалы отраслевого характера. Далее на основе единой сетки ее комплексных природных контуров производится разработка авторских макетов серии отраслевых карт, собственно ландшафтной карты, карты районирования и прикладных.

Наиболее удобной и ценной рабочей легендой исходной карты природных контуров является массив перфокарт. По специальному коду в нем не только фиксируется принадлежность каждого контура к тому или иному виду ландшафтов, но одновременно дается развернутая комплексная характеристика по всем природным компонентам. В виде опыта такой массив перфокарт был создан при составлении ландшафтной карты на равнинную часть Алтайского края. Сеть ландшафтных контуров и прилагаемый к вей массив перфокарт можно интерпретировать с разнообразных позиций, задаваясь целью подбора контуров, однозначных по тем или иным интересующим нас показателем. С использованием указанной методики для научно-справочных атласов, созданных в Московском университете, была разработана большая серия карт. Она включает карты: четвертичных отложений, геоморфологическую, почвенную, эрозии почв, агропроизводственных групп земель, растительности, естественных кормовых угодий, агролесомелиоративную, зоогеографическую, собственно ландшафтную, серию прикладных природно-производственных (см. табл. 4).

Названные карты отнюдь не повторяют друг друга в контурной сети. В зависимости от структурной сложности изображаемого ими объекта, его пространственной дискретности-континуальности, критериев и дробности классификации часть исходных природных контуров на них тем или иным образом объединена. Например, комбинация дробных почвенных или геоботанических контуров иногда укладывается в один геоморфологический контур. Однако общие черты контурного каркаса, заложенного в основе всех карт, а главное, его содержательная нагрузка проходят красной нитью через всю серию карт.

Таблица 4. Этапы изготовления авторских макетов карт природы (исключая геологические, климатические, гидрологические) для региональных научно-справочных атласов с использованием ландшафтной методики

Имея один синтетический источник, все названные виды карт хорошо согласованы и взаимно дополняют друг друга. Увязка их не является насильственной, а естественно выливается из существующих в природе объективных внутриландшафтных взаимосвязей. Изучая и сопоставляя карты природы, составленные таким путем, читатель атласа сможет выявить много важных закономерностей в природной среде и ее ресурсах, сумеет познать единство природы.

Картографо-математическйй анализ ландшафтной структуры физико-географических регионов

Ландшафтная карта как модель геосистемного устройства территории является важным и незаменимым инструментом исследования физико-географа. Среди многообразных направлений ее изучения особое место принадлежит картографо-математическому анализу. С его помощью возможно выявление различных типов ландшафтной структуры географической оболочки, формализованное физико-географическое районирование на ландшафтной типологической основе, объективная оценка степени сложности ландшафтного устройства территории.

Разработка методов картографо-математического анализа в ландшафтоведения открыла пути к создании нового типа синтетических карт природы, органически сочетающих в себе элементы районирования в количественной и качественной характеристики ландшафтных структур. Такие карты доказывают неразрывность анализа и синтеза при решений проблемы районирования. При этом ландшафтная карта сама по себе, безусловно, синтетическая, выступает по отношению к карте районирования в качестве источника аналитического материала, позволяющего раскрыть внутреннюю структуру региональных выдохов и тем самым значительно увеличить информационное богатство карты районирования. Примером могут служить разработанные авторами карты ландшафтной структуры физико-географических регионов Северного Казахстана. Они хорошо иллюстрируют мысль К.А. Салищева (1971) о том, что "синтетическая карта может стать намного убедительнее при ее дополнении аналитическими показателями той же тематики" (с.124).

Картографо-математические методы помогают нам определять многообразные черты структуры региональных ландшафтных сопряжений, оценить меры их внутренней дифференцированности я связанности. Существует большой выбор показателей такого рода. В.М. Гохман, Б.Л. Гуревич и Ю.Г. Саушкин (1968) предложили три типа мер, характеризующих разделение целого на части: меру дифференцированности, меру однородности, позиционную меру.

Первые две детально рассмотрены Б.Л. Гуревичем (1968), который применил для их определения энтропийные величины неопределенное, разработанные в теории информации (формулы Хартли и Шеннона). Аналогичный информационный анализ структур природных комплексов мы находим в работе К.И. Геренчука и А.Г. Топчиева (1970) и др. Для оценка указанных черт ландшафтной дифференцированности природных регионов применимы и математико-статистические показатели (Ивашутина, Николаев, 1969).

Позиционная мера дифференциации также привлекла внимание ряда исследователей. Были обоснованы и статистически определены такие свойства структур, как географическое соседство (Симонов, 1970), контрастность ландшафтного соседства, ландшафтная сопряженность (Ивашутина, Николаев, 1971, 1975) и др.

Авторами разработана серия карт, в которых нашли отражение отмеченные типы мер ландшафтной структуры физико-географических регионов. Карты созданы в результате математической обработки картометрических данных, полученных с ландшафтной карты масштаба 1:1000000.

Сравнительно простым, но весьма важным для понимания структуры районов является показатель дробности их ландшафтного устройства. На первое место здесь выходит количественная оценка дифференцированности региональных геосистем (районов, провинций и т.д.) на индивидуальные (конкретные) ландшафты, т.е. подсистемы.

Коэффициент ландшафтной раздробленности (Клр) понимается как отношение среднего размера площади индивидуальных ландшафтов к площади физико-географического района в целом. Он рассчитан по формуле: Клр= 1 - М/Р, где М - средняя взвешенная площадь ландшафтного контура в районе, Р - общая площадь района. Указанная мера дифференцированности зависит главным образом от количества индивидуальных ландшафтов в районе, т.е. от числа элементов (n) системы. Если допустить, что в районе всего один ландшафт (n = 1), то коэффициент превращается в нуль, так как М = Р - ландшафтная раздробленность отсутствует. Когда же "n" бесконечно возрастает, М становится все более и более малой величиной, а коэффициент раздробленности приближается к 1, т.е. своему максимуму.

Лучший способ показа ландшафтной раздробленности - картограмма по сетке районов. Ее изучение и сопоставление с серией тематических карт природы дает богатый материал для заключений о пространственной изменчивости ландшафтной дифференциации территория я факторах, ее обусловливающих.

Весьма важной характеристикой структуры физико-географических регионов следует считать меру их ландшафтной неоднородности. Неоднородность - атрибут любой системной целостности. Очевидно, что мера неоднородности должна отражать не индивидуальное, а видовое (типологическое) разнообразие ландшафтной структуры региона. Она находится в зависимости как от сложности набора (спектра) видов и групп ландшафтов, составляющих район, так и от соотношения их площадей.

В нашем исследовании такая мера определялась статистическим путем и рассчитывалась на ЭВМ (Ивашутина, Николаев, 1969). Была использована следующая формула коэффициента ландшафтной неоднородности:

S - площадь (в %) отдельной группы (вида) ландшафтов в районе, n - число групп ландшафтов, C2n - число сочетаний из количества групп по два.

При наличии наибольшего (для принятой классификации) числа групп (видов) ландшафтов и равном соотношении их площадей в районе коэффициент неоднородности достигает максимума, т.е. равен 1. Если же допустить, что в районе присутствует лишь одна группа (вид) ландшафтов, занимая всю его площадь, то неоднородность становится равной нулю - исчезает2.

На карту физико-географического районирования мера неоднородности ландшафтной структуры наносится методом картограммы. При использовании цветного фона и штриховок она может быть совмещена с показателем ландшафтной раздробленности. Их сопоставление от района к району показывает, что изменчивость обеих мер имеет определенную, но недостаточно жесткую взаимосвязь. Обычно где выше общая дифференцированность районов на индивидуальные ландшафты, там вероятна и более высокая видовая неоднородность их ландшафтной структуры. Но встречаются и такие варианты структур, которые при большой раздробленности характеризуются относительно малой неоднородностью. Эти структуры наиболее организованы (см. ниже). По данным изучения почти ста физико-географических районов Северного и Центрального Казахстана коэффициент корреляции между мерами ландшафтной раздробленности и ландшафтной неоднородности оказался равным 0,59, что соответствует средней степени тесноты связи.

Хотя раздробленность и неоднородность - важные свойства геосистем, в том числе физико-географических регионов, но ими далеко не исчерпывается специфика структуры природных целостностей. По сути дела, обе эти меры характеризуют в разных аспектах (индивидуальном и типологическом) лишь состав элементов геосистем. Желательно также иметь сведения о взаимосвязях этих элементов и их структурной упорядоченности, поскольку физико-географическим регионам свойственна не любая ландшафтная неоднородность, а в той или иной степени организованная (регулярная), обеспечивающая их системное единство. В связи с этим мера ландшафтной организованности структуры может расцениваться как один из существенных критериев целостности природного регионального выдела.

Такая мера может быть выведена с помощью ранее определенных коэффициентов ландшафтной неоднородности и раздробленности. Последний из названных показателей следует рассматривать в данном случае как крайний, теоретически допустимый вариант неоднородности, когда число групп (видов) ландшафтов в районе равно числу индивидуальных ландшафтов (ландшафтных контуров). При этом он фиксирует максимально возможную неоднородность ландшафтной структуры районы при данной раздробленности - Клр = Клн макс.

Отношение действительной ландшафтной неоднородности к максимально возможной и будет мерой ландшафтной организованности, упорядоченности (Кло). Ее определение следует вести по формуле: Кло = 1 - Клн/Клр. Коэффициент возрастает по мере увеличения организованности структуры. Аналогичные показатели, но с использованием энтропийных мер теории информации, предложены Ю.Г. Симоновым (1971) - коэффициент сортированности, Т. Фреем, Х. Рятсеппом (1969) - мера однообразия и др.

Очевидно, чем выше ландшафтная раздробленность района и слабее ландшафтная неоднородность, тем более зарегулирована его структура. Напротив, при сближении величин раздробленности и неоднородности организованность ландшафтной структуры районов будет падать.

Хорошим дополнением в характеристике ландшафтной структуры являются количественные данные о позиционной контрастности и взаимной сопряженности ландшафтов в районе. С их помощью удается отличать одну ландшафтную неоднородность от другой не только по своеобразию набора, соотношению площадей составляющих элементов, их упорядоченности, но также по типам и степени их территориальной связанности, дискретности - континуальности структуры в целом.

Для определения контрастности ландшафтной структуры нами учитываются: а) набор (разнообразие) составляющих регион видов ландшафтов и соотношение их площадей; б) степень отстояния их друг от друга в ранжированном по мерам контрастности классификационном ряду; в) различные типы ландшафтных соседств и их встречаемость (Ивашутина, Николаев, 1971).

Несколько проще, без учета площадей ландшафтов, может быть исчислена величина контрастности ландшафтного соседства в физико-географических регионах. При наличии строго ранжированной по степени контрастности классификации (или хотя бы номенклатуры) групп (видов) ландшафтов, формирующих структуру, получаем ее по следующей формуле:

где Iкс - индекс контрастности ландшафтного соседства в целом по району, Cв - протяженность границ (или число соседств) с различной мерой контрастности, d -общая длина ландшафтных границ (общее число ландшафтных соседств) в районе, Ав - мера контрастности (в % или баллах).

Индекс контрастности ландшафтного соседства применим главным образом для анализа ландшафтной структуры территорий, достаточно сложно построенных, с большим числом составляющих элементов (видов, групп, ярусов ландшафтов). Там же, где число элементов, слагающих структуру, сокращается до двух, индекс показывает лишь соответствующую меру контрастности.

Картограммы ландшафтной контрастности физико-географических регионов Северного и Центрального Казахстана, составленные авторами, показали тесную связь этого свойства структуры с неотектоникой, расчлененностью рельефа и степенью дренированности территории.

Физико-географическое районирование на основе типологической ландшафтной карты предполагает выявление ландшафтных территориальных связок, районообразующих интеграции ландшафтов. Особенно эффективно в этих целях изучение географических соседств в ландшафтных структурах. Закономерности этих соседств складывались в большинстве природных регионов в течение длительной эволюции. Они не случайны и отражают, как правило, генетические и динамические связи природных комплексов (Симонов, 1970).

В картографо-математическом исследовании ландшафтных соседств вполне применимы известные в математической статистике формулы коэффициентов сопряженности. Статистические меры территориальной сопряженности видов ландшафтов отражают закономерности в их распределении на местности. Они определяют, насколько одни виды соседствуют с другими чаще или реже, чем при взаимной независимости.

Одна из широко известных формул коэффициента сопряженности -формула К. Пирсона - имеет следующий вид:

где применительно к нашим целям "а" - суммарная длина совместных границ двух видов ландшафтов, "b", "c" - суммы длин совместных границ этих же двух видов ландшафтов с другими видами, "d" - протяженность границ всех прочих видов ландшафтов друг с другом, исключая границы рассматриваемой пары видов ландшафтов.

Заметим, однако, что формула К. Пирсона страдает определенным недостатком: при значительной территории исследования коэффициенты сопряженности ландшафтов оказываются завышенными за счет увеличения "d" т.е. ландшафтных границ в районах, где ни один из двух рассматриваемых видов ландшафтов не встречается. Это обстоятельство затрудняет использование указанной формулы в целях выявления регионообразующих интеграции ландшафтов на всех ступенях районирования.

Свободна от отмеченного недостатка формула коэффициента сопряженности И. Иверсена:

где обозначения индексов те же, что и в формуле К.Пирсона (см. выше), а<0<К 100%. Коэффициент показывает, какую долю составляет протяженность совместных границ двух определенных видов ландшафтов от общей длины границ этих ландшафтов со всеми соседними видами. Он используется для нахождения районообразующих связок ландшафтов, преимущественно внутри физико-географических провинций и подпровинций (Ивашутина, Николаев, 1975).

Предлагаемые меры и карты ландшафтного устройства физико-географических регионов представляют собой интересный материал для суждения о структурной изменчивости географической оболочки, о степени ее дискретности, выражающейся в вычленении географических целостностей. Проведенное исследование показывает, что физико-географические регионы, как правило, обладают определенной ландшафтной неоднородностью, в той или иной мере организованной. Широко распространенное мнение об относительной однородности как главном критерии района, очевидно, должно быть оставлено. На его место следует выдвинуть принцип структурной целостности.

Картографо-математические характеристики ландшафтной структуры облегчают сравнительный анализ и классификацию физико-географических региональных единиц по степени сложности их природного устройства. Обогащенные подобной информацией карты районирования, как отметил В.Б. Сочава (1970), перестают быть "слепыми". Отражая статистическую модель района, они становятся подлинно синтетическими.

Предложенные меры ландшафтной структуры регионов, надо полагать, представят немалый практический интерес. Они могут быть полезны для количественной оценки степени сложности ландшафтного устройства территории при районных планировках, проектировании дорог, гидромелиоративных мероприятий и т.п. Разработанные нами меры контрастности ландшафтной структуры уже успешно используются для рекреационной оценки территории.

Классификационные и картографические аспекты региональных агроландшафтных исследований

Современные ландшафтные исследования должны считаться с тем фактом, что большая часть ландшафтов суши к настоящему времени в той или иной степени преобразована хозяйственной деятельностью человека. Географу - ландшафтоведу, как правило, приходится иметь дело на с девственным природным ландшафтом, а с его антропогенной модификацией или серией их. Познание таких объектов возможно лишь в результате рассмотрения системы "природный комплекс - общественное производство" и анализа взаимодействия составляющих ее блоков. Отсюда проистекает необходимость включения природно-производственного аспекта в любое ландшафтное изыскание, тем более прикладное.

В этом плане разработана прогрессивная концепция о природно-производственных комплексах, названных "геотехническими системами" (Ретеюм, Дьяконов, Куницын, 1972). Последние все чаще становятся предметом плодотворных ландшафтных изысканий. Аналогичный подход может быть использован для изучения природно-сельскохозяйственных (агроландшафтных) систем, которые формируются в результате взаимодействия природных территориальных комплексов с системами земледелия, типами содержания скота, мелиоративными мероприятиями и т.п.

Из классиков прикладной географии ближе всего к подобной точке зрения подошел Л.Г.Раменский. В свое время он дал такое определение природного типа земель: "И типы, и разности земель являются перспективными единицами территории, отражающими ее более устойчивые экологические особенности, связанные с климатом, рельефом, горными породами, общим типом почвы и общими гидрологическими условиями

...Тип - это прежде всего потенция определенных видов использования территория: ее пахотно-сенокосно-пастбище-лесоспособность, пригодность для разведения определенных культур (пшеницы, ряса, кендыря и т.д.), потенция их урожайности, увеличения плодородия под влиянием осушкн, от внесения таких-то удобрений я т.д." (1971, с.177). Таким образом, у Л.Г.Раменского природный тип земель рассматривается с двух взаимосвязанных позиций: природной и производственной.

Однако, согласно приведенным определениям, это понятие остается еще преимущественно природной категорией, так как отмечается лишь его производственная пригодность, потенция, но не рассматривается сам тип производства в связи с природной базой земель. Так, пожалуй, можно говорить о целинных, а не современных сельскохозяйственных землях.

Развивая идеи Л.Г. Раменского с позиций современных представлений о геотехнических системах, мы предлагаем рассматривать в агроландшафтных исследованиях не только природные, но и природно-производственные типы земель - так называемые агроландшафтные системы. Они характеризуют систему "природный территориальный комплекс -сельскохозяйственное производство".

Кратко охарактеризуем главные особенности агроландшафтной системы. Целью ее функционирования является производство сельскохозяйственной продукции. Главные объекты системы - сельскохозяйственные культуры и домашний скот.

Природные свойства исходного естественного ландшафта в значительной мере определяют каркас и структурные элементы системы: структуру сельскохозяйственных угодий и состав характерных для них природных компонентов. Однако их роль в системе относительно пассивна. Действительно активной является техническая составляющая система. Система ведения сельского хозяйства, агротехника, типы содержания скота, мелиорация формируют каналы прямых связей сельскохозяйственного производства с модифицированными природными комплексами. Через них осуществляется контроль и управление природными процессами на сельскохозяйственных землях.

Таким образом, агроландшафтные системы - это управляемые системы. Их естественная способность к саморегуляции, в значительной мере утраченная в результате сельскохозяйственного преобразования природных ландшафтов, возмещается целенаправленной агротехнической регуляцией.

От природной составляющей к техническому блоку системы пролегают каналы обратных связей, многие из них имеют информационный характер (данные о запасах питательных элементов и влаги в почвах, степени развития эрозионных процессов, засоренности посевов, дигрессии пастбищ и т.п.). Тем самым они помогают правильно вести управление агроландшафтной системой.

Хотя рассматриваемые системы являются управляемыми, они пока не могут быть вполне детерминированными. Сельскохозяйственные угодья зависят в своем функционировании (хотя и в меньшей мере, нежели естественные ландшафты) от воздействий внешней среды. Эти воздействия выражаются в поступлении извне тепла, влаги, в проникновении из смежных или отдаленных систем животных или растений-вредителей и др. Учет внешней среды столь же важен в агроландшафтных исследованиях, как и внутренней структуры природно-сельскохозяйственных комплексов.

Изучение и съемка агроландшафтных систем являются важным разделом современного прикладного ландшафтоведения. Они существенно отличаются от классических ландшафтных изысканий, однако всемерно опираются на них. В ходе многолетнего опыта ландшафтных исследований для целей сельского хозяйства определились следующие важные аспекты работ и их последовательность.

Непременной исходной основой всех агроландшафтных изысканий являются собственно ландшафтные исследования и съемка. Они воссоздают естественную ландшафтную дифференциацию территории, без знания которой невозможны все дальнейшие прикладные построения.

Отталкиваясь от этой базы, географ - ландшафтовед выполняет далее анализ современных сельскохозяйственных модификаций природных комплексов, оценивает их структуру и динамику, преобразованные в ходе взаимодействия с сельскохозяйственным производством. При этом каждая из антропогенных модификаций может быть оценена как динамическая стадия в общей цепи хозяйственных преобразований природы, как переменная составляющая ландшафтного инварианта (Исаченко, 1975б; Сочава, 1974). Подобный динамический подход к рассмотрению преобразованных сельскохозяйственным производством ландшафтов раскрывает большие возможности для нахождения путей их структурно-динамической оптимизации и прогнозных заключений.

На этом этапе работы, помимо физико-географических данных, исследователю необходимы сведения о типах использования земель, применяемой агротехнике, мелиорациях, сельскохозяйственной продуктивности земель и т.п.

На основании собранных материалов выполняется агропроизводственная оценка (группировка) земель. Она должна исходить из единства и взаимодействия природного комплекса и конкретного вида сельскохозяйственного производства. В ее основе лежит концепция агроландшафтной (геотехнической) системы. Качественная по своей сути, такая оценка представляется в виде классификации природных типов земель по степени их пригодности для того или иного вида сельскохозяйственного использования.

Прикладная оценка сельскохозяйственных земель сопровождается составлением агроландшафтной карты. Размещение и виды сельскохозяйственных угодий, как правило, достаточно тесно сопряжены с ландшафтной структурой территории. Поэтому за основу агроландшафтной карты может быть принята общенаучная ландшафтная карта, построенная по структурно-генетическому типу. Однако по содержанию она существенно преобразуется.

Агроландшафтные системы, представленные на карте и в легенде, необходимо целенаправленно охарактеризовать с нескольких позиций. Главными из них являются: а) внутренняя структура природных комплексов (рельеф, почвообразующие породы, почвы; для естественных кормовых угодий добавляется растительность); б) главные особенности внешней среды (климатические ресурсы, неблагоприятные погодные явления, их повторяемость и др.); в) современные виды сельскохозяйственного использования (типы севооборотов, выпасаемый скот) и применяемая технология; г) средняя многолетняя продуктивность земель (по сельскохозяйственным культурам, применяемым в севооборотах, и естественному травостою на пастбищах и сенокосах); д) рекомендуемые улучшения системы ведения сельского хозяйства и мелиорация земель.