Полимасштабная организация географического ландшафта

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова Географический факультет






А.В. Хорошев




                ПОЛИМАСШТАБНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ЛАНДШАФТА













Товарищество научных изданий КМК
Москва ♦♦♦ 2016

УДК 911.52
ББК 26.82
  Х82


            Хорошев А.В. Полимасштабная организация географического ландшафта. Москва: Товарищество научных изданий КМК. 2016. 416 с., ил.


В монографии демонстрируется методология полимасштабного анализа структуры географического ландшафта. Пространственная мозаика ландшафта рассматривается как реализация его полиструктурной организации. Природные территориальные комплексы рассматриваются как результат эмерджентных эффектов пространственных взаимодействий. Межкомпонентные связи в ландшафте рассматриваются как реализация разномасштабных процессов. Свойства каждого компонента интерпретируются не только как результат взаимодействия с другими компонентами, но и как проявление эмерджентного эффекта, возникающего в геосистеме более высокого ранга. Полимасштабный анализ предусматривает для природных территориальных комплексов разделение вкладов детерминированной составляющей, связанной с влиянием разнотипных геосистем более высокого ранга, и составляющей саморазвития. Метод выявления иерархических уровней геосистем основан на математико-статистических моделях межкомпонентных отношений. Обоснованы информативные признаки для ландшафтного картографирования геосистем разных иерархических уровней. Демонстрируется индуктивный способ идентификации и картографирования мозаичных геосистем с единым фактором дифференциации Выявлены межрегиональная общность, региональная специфика и локальные условия реализации типов межкомпонентных отношений в среднетаежных, южнотаежных, смешаннолесных и степных ландшафтах. Выявлены особенности межкомпонентных отношений на разных сукцессионных стадиях. Демонстрируется технология экстраполяции информации о наиболее вероятных состояниях компонентов ландшафта на основе знания об иерархических уровнях проявления межкомпонентных отношений. Предложен вероятностный подход к решению проблемы объективности ландшафтных границ. Показаны методические подходы для учета полимасштабной организации ландшафта в ландшафтно-планировочных решениях.
Книга адресована специалистам в области ландшафтоведения, физической географии, экологии, территориального планирования.


            Khoroshev A.V. Multiple organization of geographical landscape. Moscow: KMK Scientific Press. 2016. 416 p., il.


The book describes the theory and methodology for multiscale analysis of landscape structure. The procedure is performed on the example of forest and steppe landscapes in European Russia.


Печатается no решению Ученого совета географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Рецензенты:
В.В. Сысуев, доктор географических наук
А.С. Викторов, доктор географических наук







ISBN 978-5-9907838-1-2

                                       © А.В. Хорошев, текст, иллюстрации, 2016 © Товарищество научных изданий КМК, издание, 2016

Ñîäåðæàíèå
ВВЕДЕНИЕ  ........................................................................................................................ 5
Глава 1. ЗАДА
ЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ В КОНТЕКСТЕ СОВРЕМЕННЫХ 
ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ НАУКИ О ЛАНДШАФТЕ  .................................................. 9
1.1. Трактовки понятия «ландшафт» 
и основные тенденции развития науки о ландшафте  
................................................. 9
1.2. Актуальные проблемы современного ландшафтоведения ................................ 17
1.3. Актуальные вопросы структурного направления ландшафтоведения  ............ 27
1.4. Подходы к исследованию межкомпонентных связей  
........................................ 35
1.5. Подходы к исследованию иерархической 
и полимасштабной организации ландшафта  
............................................................. 41
Глава 2. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ 
ПОЛИМАСШТАБНОГО АНАЛИЗА ЛАНДШАФТНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ  
.............. 57
2.1. Причины пространственной вариабельности  .................................................... 57
2.2. Эмерджентные эффекты пространственной структуры геосистем  ................. 60
2.3. Операционная территориальная единица, вмещающие геосистемы 
и выбор масштаба  ........................................................................................................ 62
2.4. Вертикальная (компонентная) структура ландшафта 
и задача снижения размерности данных .................................................................... 67
2.5. Способы и проблемы интерпретации межкомпонентных связей  .................... 71
2.6. Характерное пространство межкомпонентных отношений  ............................. 79
2.7. Проблема разделения вкладов факторов  ............................................................ 81
2.8. Синергетические эффекты внутриуровенного 
взаимодействия независимых парциальных ландшафтных структур  .................... 84
2.9. Резонансное пространство межуровневых связей  
............................................. 87
2.10. Устойчивые ядра и переходные зоны: синтез дискретного 
и континуального представления геосистем  
............................................................. 97
2.11. Межкомпонентные связи и устойчивость ландшафта  .................................. 105
2.12. Место предлагаемой методологии среди подходов 
к объективизации выделения геосистем  
.................................................................. 109
Глава 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ  
............................................................................112
3.1. Описание полигонов исследования  
....................................................................112
3.1.1. Среднетаежный полигон: Архангельская область, 
бассейн р. Заячья .....................................................................................................114
3.1.2. Среднетаежный полигон: Ханты-Мансийский автономный округ, 
террасы р. Обь  
........................................................................................................ 130
3.1.3. Южнотаежный полигон: Костромская область, Кологривский район, 
бассейн р. Унжа  
...................................................................................................... 135

Содержание
3.1.4. Хвойно-широколиственнолесной полигон: республика Удмуртия, 
бассейны р. Казанка и р. Вала  .............................................................................. 139
3.1.5. Хвойно-широколиственнолесной полигон: 
Калиниградская область, Куршская коса ............................................................. 142
3.1.6. Степной полигон: Оренбургская область, 
Айтуарская степь, бассейн р. Урал  
....................................................................... 144
3.2. Методы  
................................................................................................................. 159
3.2.1. Полевые описания  ....................................................................................... 159
3.2.2. Подготовка полевых данных и цифровых моделей рельефа к анализу  
.........160
3.2.3. Количественные методы анализа межкомпонентных связей  .................. 163
3.2.4. Предметные и региональные ограничения методологии ......................... 177
Глава 4. ПОЛИМАСШТАБНЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ЛАНДШАФТА  ............ 180
4.1. Интерпретация физического смысла осей дифференциации свойств 
компонентов и ранжирование экологических факторов  ........................................ 180
4.2. Межрегиональный анализ внутриуровенной вертикальной структуры ........ 193
4.3. Зависимость внутриуровенных межкомпонентных связей от уровня 
ландшафтного разнообразия  
..................................................................................... 212
4.4. Межуровневые связи как индикатор полимасштабности ландшафтной  
организации  ................................................................................................................ 226
4.4.1. Подчиненность разных свойств ПТК разномасштабным процессам  
..... 230
4.4.2. Подчиненность свойства ПТК процессам, происходящим 
на нескольких вышестоящих уровнях пространственной организации  .......... 246
4.4.3. Различие характера межкомпонентных связей 
и стоящих за ними процессов во вложенных и вмещающих ПТК   .................. 248
4.5. Разделение вкладов внутриуровенных и межуровневых связей 
в варьирование свойств компонентов  ...................................................................... 264
4.6. Пространственные рамки действия межкомпонентных связей ...................... 283
4.6.1. Выявление ареала действия межуровневых и внутриуровенных 
связей с использованием ограниченной выборки данных полевых наблюдений  
.... 285
4.6.2. Выявление ареала действия межуровневых связей с использованием 
континуальных данных о свойствах растительного покрова и рельефа  .......... 289
4.7. Временные рамки действия межкомпонентных связей. Варьирование 
межкомпонентных связей в зависимости от сукцессионной стадии 
..................... 302
4.8. Синтез геосистем на основе иерархии межкомпонентных отношений  ........ 326
4.8.1. Программа синтеза парциальных геосистем  ............................................ 326
4.8.2. Двухуровневая дедуктивная картографическая модель 
парциальных геосистем  ........................................................................................ 330
4.8.3. Многоуровневая индуктивная картографическая модель 
парциальных геосистем  ........................................................................................ 344
Глава 5. ПОЛИМАСШТАБНЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ЛАНДШАФТА 
В ПРИМЕНЕНИИ К ЛАНДШАФТНОМУ ПЛАНИРОВАНИЮ  .............................. 366
ЗАКЛЮЧЕНИЕ  .............................................................................................................. 385
Литература  ...................................................................................................................... 395

Ââåäåíèå
С постановки проблемы изучения связей между компонентами ландшафта началось 
ландшафтоведение как наука. Слова В.В. Докучаева о «генетической и вековечной 
связи», изучение которой составляет «лучшую и высшую прелесть естествознания» 
заложили основу ландшафтоведения как своеобразной науки о системах внутри физической географии. Без изучения связей между компонентами нет ландшафтоведения. 
В то же время ландшафтоведение — часть географии, которая в XIX века К. Риттером и А. Геттнером была отнесена к группе хорологических (пространственных) наук. 
Впоследствии точка зрения Риттера и Геттнера многократно критиковалась, нередко с 
домысливанием за автора и необоснованными выводами о самом процессе мышления 
автора (типа «это поставило его в тупик», «а отсюда недалеко до проповеди…», «оставил вопрос без ответа», «обошел один из коренных вопросов», «кто тогда наполнял 
пространство?… ответ мог быть только один: бог «наполнил» и др.). В многом критика 
со стороны советских исследователей (Исаченко, 1953, 2004; Мильков, 1959; Саушкин, 
1976; Гвоздецкий, 1979; Мересте, Ныммик, 1984; Максимов, 1988) была вынужденной, 
обусловленной доминировавшими философскими установками, которые требовали 
искать объективную реальность, единственную истину, признавать генетический подход как единственно верный, признавать принципиальное различие законов природы 
и общества. Доминирование объективистской точки зрения на ландшафты в СССР, по 
мнению В.А. Бокова (2012), отражало процессы быстро идущего освоения территории 
страны, в основе которой находилась необходимость картографирования природных 
систем. Сомнительна правомерность упреков в адрес Геттнера, что мыслитель, живший в своем времени и имевший в распоряжении достигнутый к тому времени уровень 
знаний, чего-то недопонял, не раскрыл, не дал ответа на поставленные им вопросы, 
на которые с легкостью отвечает современный исследователь. Тем не менее, именно 
хорологический пространственный аспект является, выражаясь языком математики, 
«необходимым», хотя и не всегда «достаточным» условием географичности исследования. Теперь можно уточнить, что ландшафтоведение, в самом первом (нарочито примитивном) приближении, — наука о том, как и почему различаются связи между компонентами природы на земной поверхности. Особенно важна мысль Геттнера о том, 
что существуют причинные зависимости «между различными точками на Земле», «ни 
одно явление на земной поверхности не должно мыслиться само по себе, оно становится понятным только путем установления его положения относительно других частей Земли» (Геттнер, 1930). Сходную мысль сформулировал Э. Нееф (1974), поясняя 
свое «положение о географическом континууме»: ни один участок земной поверхности 
нельзя познать с истинно научной точностью, если пренебрегать его взаимосвязью с 
соседними или удаленными территориями (с. 32).
Развитие хорологического аспекта географических исследований шло несколько 
различными путями в русскоязычной науке о ландшафте и англоязычной (имеется в 
виду территория, где в качестве международного научного языка используется анг

Введение
лийский и поэтому обмен идеями в постоянном режиме создавал единое пространство осведомленности). В русскоязычном мире в ХХ веке пространственный анализ 
развивался слабо, в основном в виде районирования и картографирования (Голубчик 
и др., 2005; Богучарсков, 2006). В фундаментальных ландшафтных исследованиях 
приоритет отдавался изучению «вертикальных» связей (Максимов, 1988) с основной 
идеей — понять, как каждый компонент ландшафта реагирует на изменения другого 
компонента. Пространственный аспект исследования был реализован, главным образом, в концепциях ландшафтного картографирования, прежде всего, на основе признания детерминирующей роли морфолитогенной основы. Эффекты, возникающие как 
эмерджентный эффект пространственных взаимодействий между морфологическими 
частями ландшафта, в большей степени были предметом геохимии ландшафта, лесоведения, гидрологии, биогеографии. 
В англоязычной науке о ландшафте хорологический аспект стал преобладающим в 
связи с развитием ландшафтной экологии, первоначально в рамках классической экологии (Forman, Godron, 1986; Хорошев и др., 2006; Хорошев, 2013а). Был разработан 
большой арсенал методов исследования влияния пространственных конфигураций, 
сочетаний пространственных элементов на состояние компонентов ландшафта, особенно биоты (McGarigal, Marks, 1995). 
На неоправданно малое внимание к хорологическому аспекту со стороны русскоязычного ландшафтоведения в последние годы стало обращаться повышенное внимание как внутри сообщества ландшафтоведов, так и со стороны заинтересованных 
представителей смежных географических наук, которые с этим недостатком связывают 
свое критическое отношение к теоретическому и методологическому уровню развития 
ландшафтоведения (Ковалев, 2009; Ласточкин, 2011). В целом приходится констатировать заметное снижение интенсивности разработки теории ландшафтоведения на рубеже веков по сравнению с 1950–1970-ми гг. (Структура…, 1997; Ландшафтоведение…, 
2006), хотя растет спрос на новые теоретические разработки с учетом современных 
тенденций развития географии.
В данной работе автор, исходя из тех очевидных положений, что ландшафтоведение — 
наука о связях, а география в целом — наука о пространственных различиях, делает попытку представить:
 

ландшафтную мозаику как реализацию полиструктурности ландшафта;
 

природные территориальные комплексы как результат эмерджентных эффектов 
пространственных взаимодействий;
 

межкомпонентные связи в географическом ландшафте как реализацию разномасштабных процессов.
Основная цель работы — разработать методологию полимасштабного анализа 
структуры ландшафта для разделения вкладов геосистем разных иерархических уровней в пространственное варьирование свойств компонентов.
В работе поставлены следующие задачи:
1. 
Дать обзор ключевых современных проблем науки о ландшафте и ее структурного 
направления.
2. 
Разработать метод выявления иерархических уровней геосистем на основе информации о межкомпонентных отношениях.

Введение
3. 
Определить межрегиональную общность и региональную специфику межкомпонентных отношений в ландшафте. 
4. 
Оценить влияние ландшафтного разнообразия территории на результаты количественной оценки тесноты межкомпонентных связей.
5. 
Выявить основания для определения информативных признаков ландшафтного 
картографирования для разных иерархических уровней организации геосистем.
6. 
Дать сравнительную оценку вкладов детерминированной составляющей, связанной с принадлежностью к геосистеме более высокого ранга, и составляющей саморазвития (внутриуровенных и межуровневых взаимодействий).
7. 
Установить локальные условия (пространственные рамки) реализации разных типов отношений.
8. 
Выявить специфику структуры межкомпонентных отношений на разных стадиях 
эволюции и динамики ландшафта.
9. 
Создать технологию экстраполяции информации о наиболее вероятных состояниях компонентов ландшафта на основе знания об иерархических уровнях проявления межкомпонентных отношений.
10. Предложить методические подходы для учета полимасштабной организации 
ландшафта в ландшафтно-планировочных решениях.
Предлагаемая работа подытоживает результаты многолетних исследований, выполненных в лесных и степных регионах при финансовой поддержке проектов Российского фонда фундаментальных исследований №№ 01-05-64822, 05-05-64335, 08-05-00441, 
11-05-00954, 14-05-00170, реализованных под руководством автора, а также проекта 
№ 13-05-00821. Сбор и обработка полевого материала на ранних этапах исследований проведен в рамках проектов РФФИ № №  96-05-65495, 96-05-65730, 99-05-65097, 
99-05-65069, в которых автор был одним из исполнителей. В сбор и обработку полевых 
данных в разных регионах большой вклад внесли сотрудники, аспиранты и студенты 
географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова: А.А. Прозоров, К.А. Мерекалова, А.П. Столповский, И.П. Котлов, Ю.Н. Бочкарев, Ю.Н.Бондарь, А.П.Безделова, 
А.С. Кощеева, О.А. Артемова, В.М. Матасов, Н.М. Беляева, Е.О. Брусиловская, 
Р.И. Беккиев, А.П. Еремеева, М.В. Кончиц, С.А. Садков, Г.М. Леонова, У
.К. Байгабулова, К.А. Ткач. На формирование научных взглядов автора большое влияние оказали многолетнее общение и сотрудничество с И.А. Авессаломовой и Ю.Г. Пузаченко. 
Автор в течение многих лет сотрудничал с Г.М. Алещенко, работы и консультации 
которого сделали возможными большинство расчетных процедур, рассматриваемых в 
книге. Большую помощь в организации и проведении химико-аналитических исследований оказали М.А. Хрусталева, Д.В. Ладонин. В течение всех этапов работы автору 
неизменную поддержку оказывал заведующий кафедрой физической географии и ландшафтоведения географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова член-корреспондент РАН К.Н. Дьяконов. Многолетние исследования в Архангельской области 
проводились при неизменном содействии Л.Г. Емельяновой; автор многократно пользовался консультациями и помощью И.А. Горбуновой, И.П. Гавриловой, Н.Б. Леоновой, С.Г. Покровского, А.И. Белякова. Исследования в Костромской области были бы 
невозможны без содействия, товарищеской помощи и консультаций сотрудников Международного института леса, заповедника «Кологривский лес» и Костромского государственного университета имени Н.А. Некрасова: М.Г. Синицына (первый директор 

Введение
заповедника «Кологривский лес»), А.В. Немчиновой, В.О. Авданина, А.А. Васечкина, В.Н. Смирнова, И.С. Маховой, П.В. Чернявина, Е.В. Терентьевой, И.Н. Петухова, 
Н.В. Ивановой. Полевые исследования в Ханты-Мансийской автономном округе были 
организованы при содействии сотрудников Тюменского государственного университета Д.М. Марьинских, А.В. Соромотина, Е.В. Мерзлякова. Работы в Оренбургском 
заповеднике проводились при неизменной помощи А.И. Пуляева, В.Ф. Шпанагеля, 
В.В. Шпанагеля, А.В. Каширского, А.Ж. Дускеева, М.К. Касымова, О.В.Сорока. Во 
время работы в национальном парке «Куршская коса» содействие оказали О.В. Рыльков, И.П. Жуковская, И.Ю. Губарева. Всем перечисленным коллегам автор выражает 
глубокую благодарность.

Ãëàâà 1
Çàäà÷è èññëåäîâàíèÿ â êîíòåêñòå 
ñîâðåìåííîãî ðàçâèòèÿ íàóêè î ëàíäøàôòå
1.1. Òðàêòîâêè ïîíÿòèÿ «ëàíäøàôò» 
è îñíîâíûå òåíäåíöèè ðàçâèòèÿ íàóêè î ëàíäøàôòå
В современной науке различаются, как минимум, шесть трактовок понятия «ландшафт», представляющих интерес для географии.
1. Ландшафт как природный комплекс с определенными границами, с присущей 
ему горизонтальной (пространственной) и вертикальной (компонентной) структурой. 
Это c 1940-х гг. наиболее привычное и общепринятое для русскоязычной физической 
географии представление. Оно реализовано в трудах московской, петербургской, иркутской, львовской, тбилисской и других школ ландшафтоведения и зафиксировано 
в энциклопедиях, словарях, учебниках, ГОСТе. В Центральной Европе ландшафт до 
1960-х гг. был эксклюзивной сферой исследования географии, которая к тому времени (Demek, 2000) практически перестала им заниматься, что стимулировало развитие 
отдельной холистической науки об отношениях человека и природы. Ландшафтная 
экология в Центральной Европе стала выводиться за рамки как экологии, так и географии на том основании, что эта наука не «о» каком-либо объекте (так как ландшафт 
изучается с разных позиций множеством наук), не направленная на классический поиск информации, а наука с чёткой целевой ориентацией, наука «для» – для разработки методологии и способов охраны природной среды и ландшафтного планирования 
(Mikloš, 1996).
2. Ландшафт как идея связи явлений на географической земной поверхности с единой структурой и динамикой, не являющийся объектом, замкнутым в некоторых границах. Это представление отстаивал Э.Нееф (1974).
3. Ландшафт как пейзаж, прежде всего как видимое сочетание форм рельефа, угодий, водных объектов. Это представление, с одной стороны, обиходное, с другой — 
широко используемое и предусмотренное нормативной базой в архитектуре, дизайне, 
городском планировании, курортном планировании, лесном планировании.
4. Ландшафт как пространственная структура, порожденная процессами. В ландшафтной экологии в ее американском варианте (Forman, Godron, 1986) это представление возникло как реакция на недостаточный учет пространственного фактора в классической экологии. В образном сравнении ландшафтная экология возникла как «союз» 
биологии и географии (Moss, 1999), который первоначально подразумевал применение 
географических методов (прежде всего — пространственного анализа) к биологическим объектам (в основном популяциям). Предлагалось переосмыслить эти подходы в 
связи с резко возросшей потребностью экологии и биологии в привлечении пространственного измерения и развитием исследований на уровнях пространственной органи

Глава 1. Задачи исследования
зации, сопоставимых с принятием решений в природопользовании, а не только в обычном для классической экологии локальном масштабе. Структура (pattern) понимается, 
прежде всего, как сочетание взаимодействующих пространственных элементов с их 
площадью, конфигурацией, ориентацией, соседством, связностью или фрагментированностью. Структура — результат и индикатор радиальных и латеральных процессов. Эта трактовка оказалась особенно продуктивна для сильнотрансформированных 
антропогенной деятельностью регионов, где зональный ландшафт сохранился в виде 
немногочисленных «островов». Неслучайно, на первоначальном этапе основой развития этой концепции была теория островной биогеографии Р. МакАртура и Э. Уилсона 
(MacArthur, Wilson, 1967), а прикладное значение сначала было реализовано при проектировании экологических сетей (ecological networks).
5. Ландшафт как территория под воздействием человека. Показателен специальный комментарий, который дает Ф. Ндубиси — автор одной из самых цитируемых 
монографий по истории концепций ландшафтного (экологического) планирования. 
Хотя «экологическое планирование» и «ландшафтное планирование» — одно и то же, 
он предпочитает для названия книги термин «экологическое планирование» для того 
чтобы подчеркнуть значимость взаимоотношений (то есть именно для того сюжета, 
для которого в русскоязычном мире применяется термин «ландшафт»), в то время как 
ландшафт — это природно-культурная целостность определенного масштаба (Ndubisi, 
2002). В работе под названием «Ландшафтный подход для устойчивого развития» автор объясняет применение термина ландшафт и оговаривает пять ключевых аспектов, 
которые отличают ландшафтный подход: 1) географическая территория, 2) взаимодействие между землепользователями, 3) приверженность идее устойчивого развития, 
4) продуцирование знания, 5) обмен знаниями и опытом (Axelsson, 2009). Иными словами термин «ландшафт» применяется для обозначения активной роли землепользователей в ландшафте, которые им пользуются и который они согласованно преобразуют.
6. Ландшафт как территория, воспринимаемая людьми как результат взаимодействия природных и/или антропогенных факторов (Granő, 1923; Европейская ландшафтная конвенция: Landscape convention, 2000; Ковалев, 2009).
В данной работе автор пользуется первой, второй и четвертой трактовками ландшафта как наиболее близкими к хорологической сути географии. Первая (региональная) трактовка употребляется при описании ландшафтной структуры полигонов исследования и описании ландшафтных карт, выполненных в идеологии концепции 
морфологической структуры ландшафта. В остальных случаях термин «ландшафт» 
применяется для обозначения общей идеи взаимосвязи компонентов и пространственных единиц на некоторой территории, внутри которой предолагается и проверяется 
наличие разномасштабных геосистем. Термин «геосистема» используется для обозначения территории с единым видом межкомпонентных связей и единым способом 
зависимости от геосистемы вышестоящего ранга, что индицирует наличие системобразующего процесса или явления. Выявление размеров, конфигураций и сущностных 
характеристик геосистем — одна из ключевых идей работы. Термин «ПТК (природнотерриториальный комплекс)» употребляется, когда речь идет о конкретных геосистемах с известными границами и известным положением в иерархии морфологических 
единиц географического ландшафта в региональном понимании (по Н.А. Солнцеву, 
1948). Термин «пространственный элемент» употребляется для обозначения частей