Концепции ландшафта в географии

Концепции ландшафта в географии.

Физическая география стала уделять особое внимание изучению количественных и качественных характеристик предметов, объектов, процессов, а также явлений, протекающих непосредственно в географической оболочке Земли. Важную роль в этих исследованиях играют математические методы. Необходимо отметить, что целью современной физической географии выступает выявление закономерностей взаимосвязи компонентов природных систем.

Современная физическая география включает в себя общее землеведение, ландшафтоведение, климатологию, биогеографию и ряд других дисциплин. И если некоторые из отраслей физической географии представляют собой пограничные дисциплины, связывающие географию с другими науками (например, геоморфология – с геологией, геоэкология – с экологией, биогеография – с биологией), то общее землеведение и ландшафтоведение являются чисто географическими, комплексными пространственными науками.

В результате научно-технической революции, развития научной мысли в число задач современного ландшафтоведения включены широкомасштабные комплексные исследования природно-территориальных и природно-акваториальных комплексов географической оболочки Земли. Центральное место в научно-исследовательских работах по ландшафтоведению занимает понятие «географическая система». Сложная структура строения «геосистемы», наличие непрерывного обмена, круговоротов вещества и энергии между элементами системы выражает ее главную особенность.

Необходимо отметить, что в каждом природно-территориальном комплексе протекают процессы обмена теплом, влагой и химическими элементами. Существует также и геохимическое взаимодействие между отдельными компонентами географической оболочки Земли, в результате чего функционируют круговороты химических элементов, соединений, энергии, информации, что приводит к образованию существенных различий внутри природно-территориальных комплексов, например, почвенных, микроклиматических в составе растительности и животного мира.

В научную литературу термин «ландшафт» был введен в 1805 г. немецким ученым А.Гоммейером.

В физической географии термин «ландшафт» имеет несколько значений: региональное, типологическое и общее.

Далее рассмотрим таблицу, посвященную классификации ландшафтов.

Таблица

Таблица составлена автором.

При всех различиях определений ландшафта между ними есть сходство в самом главном – признании взаимосвязей между элементами природы в реальных геосистемах.

Ландшафт представляет собой сложное природное образование. Он состоит из более мелких геосистем. Основные морфологические части ландшафта: фация, урочище и местность. Они определяют морфологическую структуру ландшафта, образуя в его пределах закономерные сочетания.

Физико-географическая фация – самая простая геосистема, которая характеризуется наибольшей однородностью природных условий. Далее, используя элементарные знания математики и логики, опишем физико-географическую фацию языком символов. Допустим, мы имеем дело с определенной фацией. Фацию₁ обозначим символом «А₁», тогда «А» «Ф», где «Ф» - множество фаций. «А₁» состоит из следующих элементов и характерных свойств: «а₁» - расположение в пределах одного элемента или микроформы рельефа, «в₁» - одинаковый литологический состав почвообразующих пород и одна почва, «с₁» - одинаковый режим тепла и влаги, «d₁»-один биоценоз. Таким образом, составим ряд формул:

А₁ Ф, (1)

а₁,в₁,с₁,d₁ А₁, (2)

а₁,в₁,с₁,d₁ Ф (3)

Границы фации хорошо отражает растительность в условиях ненарушенного растительного мира. Следует подчеркнуть, что фация совпадает с фитоценозом. Математически это будет выглядеть так:

А₁=F₁, (4)

где F₁-фитоциноз.

Рассмотрим следующую морфологическую составную ландшафта-урочище, которая является природной геосистемой, образованной закономерным сочетанием фаций. Обычно урочища соответствуют мезоформе рельефа. Для них характерны определенные сочетания почвообразующих пород, режимов тепла и влаги и почвенно-растительного покрова. Примерами урочища являются холмы или овраги. Для составления математической формулы введем обозначения урочищ. Например, урочище₁ – У₁, при этом существует множество урочищ или У₁U.

Необходимо отметить, что У₁ состоит из фации или нескольких фаций. Тогда условно обозначим, что У₁ состоит из А₁ и А₂. Таким образом, можем составить следующие формулы:

А₁, А₂ У₁ (5)

а₁,в₁,с₁,d₁, а₂,в₂,с₂,d₂ У₁ (6)

Далее рассмотрим третью морфологическую часть ландшафта- местность. Как отмечают А. Рафиков, Х. Вахабов и др., «местность – это природно-территориальный комплекс, представляющий собой совокупность площадей: верхние, средние, нижние участки разливов, горные водоразделы, предгорья и пр.» (А. Рафиков, Х. Вахабов и др., 2008, с.45).

Для подробного изучения свойств местности, обозначим местность их символами «М». М₁, М,₂…М_n М, где М – множество местностей.

Представим такую ситуацию, что М₁ состоит из У₁, У₂ и У₃. Тогда получаем:

У₁, У₂,У₃ М₁ (7)

А₁,А₂, А₃ М₁ (8)

Множество А₁ называют подмножеством множества М₁ (обозначается А₁ М₁), если всякий элемент множества А₁ является элементом множества М₁:

А₁ М₁↔а₁ А₁→ а₁ М₁ (9)

А₁

М₁

Рис.

Допустим, что А₁ М₁, а М₁ А₁, тогда мы имеем дело с собственным подмножеством М₁. Например А₁= {а₁,b₂c₃, ….,n_n}, M₁={A₁,A₂A₃, ….,A_n}, тогда А₁ М₁. Особое значение в использовании теории множеств и комбинаторики имеет смысл «мощности конечного множества М». Мощность конечного множества М показывает число элементов множества местностей или количество существующих систем. Например, мощность множества │А₁│= 4, │М₁│= n. Вышесказанное доказывает, что фация входит в систему местности.

Следующим звеном исследования - будет рассмотрение ландшафта. Все ландшафты состоят из набора местностей. Каждый ландшафт индивидуален, однако существуют похожие ландшафты, имеющие общие черты.

Необходимо отметить, что все ландшафты образуются за счет взаимодействий компонентов географической оболочки. К компонентам ландшафта относятся: горные породы, вода, воздух, растения, животные, почвы. Рассмотрим образование ландшафтов, используя методы математики. Обозначим: горные породы – «ГП», вода – «H», воздух - «В», растения - «Р», животные – «Ж», почвы – «П». Используя круги Эйлера составим рисунок.

П

Ж

Р

В

H

ГП

ГП

П

Р

ГП

ГП

В

Ж

H

Рис

Таким образом, мы можем дать новое название, ландшафту сравнивая его с семейством множеств или булеаном ландшафта. Например, Л₁={ГП, Н, В, Р, Ж, П,}, С(М)= { ,{ГП},{Н},{В},{Р},{Ж},{П},{ГП,Н}, {ГП,В},

{ГП,Р},{ГП,Ж},{ГП,П},…{n…n}}. В общем случае мощность булеана │С(Л₁)│ = 2 ^М = 2⁶ = 64. Из вышесказанного следует, что множество Л₁ имеет 64 системы, которые находятся в постоянном взаимодействии. Например, «горные породы - вода», «горные породы - почвы», «горные породы-воды-почвы» и т.д.

Далее используем закон пересечения множества. Пересечением множеств ГП₁ и Н₁ и В₁и Р₁ и Ж₁ и П₁ (ГП₁∩ Н₁∩ В₁∩ Р₁∩ Ж₁ ∩П₁) называются множества состоящие из элементов, входящих как в множество ГП_1, так и множество N (Н₁ и В₁и Р₁ и Ж₁ и П₁).

S= (10)

где k- количество пересекаемых множеств ГП₁ , Н_1…. П₁.

Л₁=│ГП₁∩ Н₁∩ В₁∩ Р₁∩ Ж₁ ∩П₁│ =│ ГП₁│+│ Н₁│+│ В₁│+│ Р₁│+│ Ж₁│+│ П₁│-│ГП₁ ∪ Н₁│-│ ГП₁∪В₁│-│ ГП₁∪ Р₁│-│ ГП₁∪ Ж₁│-│ ГП₁∪ П₁│-│ Н₁∪ В₁│-│ Н₁∪ Р₁│-│ Н₁∪ Ж₁│-│ Н₁∪ П₁│-│ В₁∪ Р₁│-│ В₁∪ Ж₁│-│ В₁∪ П₁│-│ Ж₁∪ П₁│-│ ГП₁∪ Н₁∪ В₁∪ Р₁∪ Ж₁∪ П₁│ (11)

Из вышеуказанных формул мы нашли Л₁.

Далее уместно подчеркнуть, что для подробного изучения ландшафтов условно обозначим их как –Л₁,Л₂Л₃, …., Л_n, а множество ландшафтов –– Е, где Е- универсальное множество ландшафтов.

Е= {Л₁,Л₂Л₃, ….,Л_n} (12)

Из вышеприведенных формул мне хочется ввести новый термин «универсальное множество ландшафтов».

Необходимо отметить, что компоненты ландшафта взаимосвязаны не только в пространстве, но и во времени (t), т.е. их развитие, происходит сопряженно. Вышесказанное можно выразить графически.

Рис

Как известно, всякое изменение климата влияет на водоемы, флору и фауну, а также на почву и рельеф. Правда, реакция не бывает мгновенной, каждому компоненту нужно время для перестройки. Быстрее всего реагирует растительность, медленнее – рельеф. Поэтому ландшафт относится к пространственно-временным системам.

Каждый ландшафт обладает следующими свойствами:

1. целостностью;

2. структурой;

3. устойчивостью;

4. функционированием;

5. динамикой;

6. эволюцией.

Допустим, что существует Л₁-ландшафт, который в свою очередь обладает вышесказанными свойствами. На языке множеств это выглядит так:

Л₁={х│Т│(х)}, то есть множество Л₁ содержит такие элементы х, которые обладают свойствами Т (х), например Л₁ ={х₁│α= целостность, х₂│β = структура, х₃│γ = устойчивость, х₄│δ = функционирование, х₅│ε = динамика, х₆│η =эволюция,}.

Важнейшим свойством ландшафта является её целостность. Это значит, что систему нельзя свести к простой сумме компонентов. То есть представить как Л₁= ГП₁+ Н₁+ В₁+Р₁+ Ж₁+ П₁ (13)

Из их взаимодействия возникает качественно новое образование. К новым качествам ландшафта (геосистемы) относится её способность продуцировать биомассу. Используя теорию множеств, обозначим способность продуцирования биомассы ландшафта – ψ. Тогда Л₁={х│Т│(х)}, то есть множество Л₁ содержит такие элементы х, которые обладают свойствами Т (х), например Л₁ ={х₁│α= целостность, х₂│β = структура, х₃│γ = устойчивость, х₄│δ = функционирование, х₅│ε = динамика, х₆│η =эволюция, х₇│ ψ = способность продуцирования биомассы ландшафта (новое свойство) }.

Биологическая продуктивность – это результат работы сложного природного механизма, в котором участвуют все компоненты ландшафта.

Целостность системы проявляется в её относительной автономности и устойчивости к внешним воздействиям, в наличии объективных внешних границ, упорядоченности структуры, в образовании тесных внутренних связей. В любом ландшафте особое значение имеет баланс. Как известно, в ландшафтах протекают множество сложных процессов, например, обмен энергии, вещества и др. Далее, используя знания линейного программирования, создадим распределительную модель ландшафта. Введем следующие условные обозначения:

Л₁- ландшафт₁;

m- источники ресурса (энергии, вещества);

n- пункты потребления (места сбыта, преобразования энергии и вещества); Аi, где i=1,…,m- сумма ресурса в источниках (сумма энергии, вещества);

Вj, где j=1, …, n – сумма потребностей (сумма энергии, вещества);

Сij- время транспортировки единицы ресурса от i-го источника к j-му потребителю;

Хij – количество ресурса, транспортируемого от i-го источника к j-му

потребителю.

Хij→ min=?

(Необходимо определить значение Хij, при котором общие транспортировочные расходы будут минимальными и максимальными).

Далее анализируем исходы решения задачи.

1. Условие оптимальности Л₁. Условие оптимальности Л₁ достигается при сбалансированности системы, то есть когда общий спрос на запас ресурса у поставщиков и общий спрос на него у потребителя равны.

(14)

2.Нарушенное условие оптимальности Л₁. Нарушенное условие оптимальности Л₁, достигается при условии, когда общий спрос на запас ресурса у поставщиков больше (меньше) общего спроса потребителя.

(13)

(14)

Функционирование рассматривается как устойчивое, повторяющееся изменение, связанное с суточными и годовыми ритмами.

Динамика выражается в существенных сменах состояния систем, обусловленных, например, колебаниями климата. Однако ландшафты при этом не меняются, остаются прежними. Динамические изменения говорят об определенной устойчивости ландшафтов, их способности возвращаться в первоначальное состояние. Развитие – направленное (необратимое) изменение, при котором начинается смена одного ландшафта другим. Прогрессивное развитие присуще всем ландшафтам (геосистемам). Перестройка локальных систем может происходить очень быстро, об этом свидетельствуют такие процессы, как образование оврага, зарастание озера. Время трансформации систем регионального ранга измеряется геологическими масштабами.

Ландшафты (геосистемы) обладают сложной внутренней структурой. Для них характерна вертикальная (ярусная) структура и горизонтальная. Вертикальная структура образуется компонентами, горизонтальная – взаимными сочетаниями систем более низкого ранга. Структура предполагает не только взаимное расположение составных частей, но и способы их соединения.

Вертикальную связь компонентов ландшафта можно отобразить следующим образом: ГП₁+ Н₁+ В₁+Р₁+ Ж₁+ П₁

Примерами вертикальных системообразующих потоков могут служить выпадение атмосферных осадков, фильтрация их в грунт.

Горизонтальная связь выглядит следующим образом:

Л₁+Л₂+Л₃+Л₄…Л_n

К горизонтальным потокам относится движение воды по руслу, стекание подземных вод, переносы воздушных масс в горизонтальном направлении.

Исследование пространственной организации жизни общества стимулировали появление в географической литературе таких терминов, как «антропогенный ландшафт» и «культурный ландшафт».

Необходимо отметить, что ландшафты, образованные в результате воздействия антропогенного фактора, называются антропогенными, техногенными или искусственными.

Что же касается «культурного ландшафта», то можно сказать следующее:

культурный ландшафт – это множество природных элементов географической оболочки Земли и культурный сферы, образованное в результате сочетания (пересечения) целенаправленных взаимодействий систем «человек-общество-природа».

Вопросами трактовки термина «культурный ландшафт» занимались такие ученые, как Д.В.Богданов, Ю.Г.Саушкин, Ф.Н.Мильков, Л.С.Берг и др.

Например, Л.С.Берг писал о «культурном ландшафте» так: «Другими словами, конечную цель географии составляет изучение и описание ландшафтов как природных, так и культурных. Природными ландшафтами мы называем такие, в создании которых человек не принимал участия, в отличие от культурных, в которых человек и произведения его культуры играют важную роль. Город или деревня, по нашей терминологии, суть составные части культурного ландшафта» [1; цит. по: 2, с.133].

Из вышесказанного видно, что Л.С.Берг уделял большое внимание деятельности человека и произведениям его культуры как фактору образования «культурного ландшафта».

В настоящее время «культурный ландшафт» в научной литературе имеет три трактовки. Это классический или ландшафтно-географический, этнолого-географический и информационно-аксиологический подходы. Для подробного их анализа составим таблицу.

Таблица №

Классификация подходов изучения термина «культурный ландшафт»

Таблица составлена автором на основе данных статьи Ю.В.Ведина, М.Е. Кулешова, Культурный ландшафт как объект наследия, [в:] Культурный ландшафт как объект наследия, под ред. Ю.А.Ведина, М.Е.Кулешовой, Москва-Санкт-Петербург 2004, с.13-36.

Следующий шаг нашей работы – это использование математического языка для выражения вышесказанных подходов в понимании термина «культурный ландшафт».

Kl∈Аl (35),

где Kl –культурный ландшафт, Аl- антропогенный ландшафт

(формула разработана по классическому (ландшафтно-географическому) подходу)

Kl=ПЛ+СР+Х+СЯ+ДК (36)

или Kl=, где Kl –культурный ландшафт, ПЛ-природный ландшафт, СР-система расселения, Х- хозяйство, СЯ- сообщество языка и ДК- духовная культура.

(формула разработана по этнолого-географическому подходу)

Kl=ПЧ∩ПП (37),

где Kl –культурный ландшафт, ПЧ-произведения человека, ПП-произведения природы.

(формула разработана по информационно-аксиологическому подходу)

Из вышесказанного видно, что сторонники классического подхода рассматривают «культурный ландшафт» как одну из разновидностей антропогенного ландшафта. В свою очередь, антропогенный ландшафт – это видоизмененный под воздействием антропогенного фактора природно-территориальный комплекс.

В настоящее время проблемным вопросом остаётся классификация антропогенных ландшафтов. Антропогенные ландшафты можно классифицировать по степени изменения, по виду человеческой деятельности и так далее.

Необходимо отметить, что А.Г.Исаченко классифицировал все ландшафты по степени их изменения (А.Г.Исаченко, 1965). Воспользовавшись вышесказанной классификацией, составим таблицу.

Таблица

Классификация ландшафтов по степени их изменения

По виду человеческой деятельности выделяются следующие типы ландшафтов:

1) сельскохозяйственные ландшафты, которые в свою очередь подразделяются на полевые, лугово-пастбищные, садовые и смешанные;

2) промышленные ландшафты;

3) линейно-дорожные ландшафты;

4) лесные ландшафты;

5) водные ландшафты;

6) рекреационные ландшафты;

7) селитебные ландшафты;

8) беллигеративные (военные) ландшафты.

Под воздействием изменений образуются культурные и акультурные ландшафты. Искусственно созданные устойчивые ландшафты называются культурными ландшафтами. В них структура рационально изменена на научной основе и в интересах общества. Они характеризуются высокой производительностью и экономической эффективностью, что является оптимальной средой для жизни человека.

Для углубленного изучения культурных ландшафтов постараемся объединить классификации ландшафтов по виду человеческой деятельности и по степени изменения ландшафтов, используя теорию множеств.

a,b,c,d,e,f, g, h ∈ Al, (40)

где a- сельскохозяйственные ландшафты, которые, в свою очередь подразделяются на полевые, лугово-пастбищные, садовые и смешанные, b- промышленные ландшафты, с- линейно-дорожные ландшафты, d- лесные ландшафты, e- водные ландшафты, f- рекреационные ландшафты, g- селитебные ландшафты, h- беллигеративные (военные) ландшафты.

Допустим, что существует Al₁-ландшафт, который в свою очередь обладает следующими свойствами:

1) слабо измененный;

2) нарушенный нерациональным использованием;

3) сильно нарушенный и превращенный в бедленд;

4) преобразованный или (культурный);

5) искусственный.

Далее введем следующее допущение, например антропогенный ландшафт, может быть следующим:

Аl₁={а│1}; Аl₁={ d│1} ; Аl₁={ d│1}; Аl₁={e │1}; Аl₁={f│1}; Аl₁={ a│1}; Аl₁={ a│2} ; Аl₁={d│2}; Аl₁={ e│2}; Аl₁={f│2}; Аl₁={ a│3}; Аl₁={ b│3}; Аl₁={ d│3}; Аl₁={ e│3}; Аl₁={ f│3}; Аl₁={ a│4}; Аl₁={ b│4}; Аl₁={ d│4}; Аl₁={ f│4}; Аl₁={ b│5}; Аl₁={ c│5}; Аl₁={ e│5}; Аl₁={ g│5}; Аl₁={ h│5}.

Культурный ландшафт является частью антропогенного ландшафта, раскрываемого в классификации ландшафтов по их степени изменения. Тогда культурными могут быть только ландшафты категории искусственных, то есть города, села, дороги, плотины и так далее. Объединяя две классификации мы расширили круг культурных ландшафтов.

В противовес представителям культурно-географического подхода, сторонники этнолого-географического подхода рассматривают культурный ландшафт как сумму взаи­модействующих подсистем, а именно естественного (природного) ландшафта, систем расселения, хозяйства, сообщества, языка, духовной культуры.

Далее воспользуемся элементарными знаниями математики и обозначим вышесказанное на языке символов, например:

КЛ=ПЛ+СР+СХ+С+Я+ДК,

где КЛ- культурный ландшафт, ПЛ – природный ландшафт, СР- система расселения, СХ система хозяйства С- сообщество, Я- язык ДК- духовная культура.

К выше составленной формуле хотелось бы добавить еще фактор истории (И), философии и материальной культуры (ФМК).

КЛ=ПЛ+СР+СХ+С+Я+ДК+И+ФМК,

К вышеизложенному хотелось бы отметить особое значение роли ландшафтного дизайна, архитектуры, эстетики, литературы, искусства в развитии культурных ландшафтов.