2.1.1. Полевые наблюдения

Метод непосредственного наблюдения изучаемой экосистемы пли ее определенных компонентов в естественных условиях под­разумевает невмешательство (или минимально возможное вме­шательство) наблюдателя и представляет собой наиболее важ­ный, исторически первый прием экологического исследования (в так называемом «интактном» режиме). Известный так же как сравнительный эколого-географический метод (Кашкаров, 1938), он прошел длительный путь развития от красочных, порой романтических, описании картин природы, вышедших из-под пера выдающихся натуралистов своего времени, таких как Л. Гумбольдт, Ч. Дарвин, Л. Уоллес, Н. Л. Северцов и др., до современных ком­плексных программ экологических наблюдений и измерений с по­мощью новейшей электронной, акустической, фотографической и прочен аппаратуры, при осуществлении стационарных исследова­ний экосистем.

Полевые исследования экосистем некоторого ландшафта при­званы разрешить следующие задачи.

1. Выделение основных типов экосистем и их взаимосвязей в изучаемом ландшафте.

2. Определение видового состава организмов, населяющих каждую из экосистем, установление соответствующего ей микро­климата, типа почвы, почвообразующей породы, характера гидро­логического режима. ,

3. Идентификация структуры экосистемы на качественном уровне, т. е. получение общей картины отношений между видами, установление характера связен организмов с почвой, приземным слоем воздуха и другими неживыми компонентами экосистемы, а также этих последних друг с другом.

4. Получение количественных оценок для основных показате­лей состава экосистемы, например определение плотностей попу­ляций, нахождение (установление) значений основных перемен­ных состояния микроклимата (температуры, влажности, концент­рации СО₂ и др.), почвы (температуры, влажности, концентрации элементов питания растений п т. п.), для наземных экосистем и водной массы (температуры, солености, концентрации 0₂, ионов водорода, биогенных элементов и т. д.), для водных экосистем.

5. Количественная идентификация структуры экосистемы, т. е. количественное описание функциональных связей между компо­нентами системы и внешних воздействий на систему¹. Примером здесь может служить установление зависимости: 1) интенсивности Фотосинтеза от освещенности, температуры, влажности, обеспе­ченности биогенными элементами и т. д.; 2) выяснение зависи­мости скорости выедания растений растительноядными животны­ми от наличного запаса и качества фитомассы, от плотности и со­стояния самой популяции растительноядных, от метеорологиче­ских условий и других факторов; 3) скорости испарения воды из почвы от метеоусловий, свойств почвы, растительности и т. д.

6. Комплексное описание сопряженной динамики всех компо­нентов экосистемы в сезонном, годовом и многолетнем плане, ко­торое могло бы служить основой для глубокого анализа закономерностей функционирования данной экосистемы и ее сравнения с другими экосистемами.

Несмотря на отсутствие в современной экологии общепринятой классификации экосистем для ландшафтов всех природных зон уже известны наиболее распространенные типы слагающих их экосистем и сформулированы основные принципы их выделения. Руководствуясь ими, эколог может уже в поле выделить экоси­стемы и наметить их границы, а при последующей камеральной обработке, опираясь на дополнительные данные о геоморфологии, составить развернутое описание и дать полное наименование всех выделенных экосистем.

Рис. IV.2. Карта растительности территории Звенигородской биостанции МГУ

(Барсукова, Пятковская, 1962)

Еловые леса: 1 —ельники; 2— елово-сосновые леса; 3 — елово-сосново-березовыс леса; 4 — елово-березовые леса; 5 — сложные ельники; 6 — елово-березозый лес с подлеском. Сосновые леса: 7 — сосняки; 8 — сосново-еловые леса; 9 — сосново-елово-березовые леса; 10 — сосноео-березовые леса. Мелколиственные леса: 11 — березняки; 12 — беролово-елозыо леса; 13 — березово-сосновке леса; 14 — берсзово-сосиотю-еловые леса; 15 — берсзово-сосново-елово-осиновые леса; 16 — березово-сосново-осиновые леса; 17 — березово-осиновые леса; 18— бере-зоао-липовые леса; 19— осинники; 20 — ольшаники; 21 — смешанные леса; 22 — луга; 23—-лесные поляны; 24 — болото

Трудности, характерные для этого этапа полевых исследова­ний, можно показать на следующем примере. На рис. IV.2 пред­ставлена подробная карта растительности Звенигородской био­станции Московского университета, территория которой охваты­вает такие типичные для ландшафтов средней полосы геоморфо­логические элементы, как ровные водораздельные пространства, склоны, террасы, пойма реки и сама река (рис. IV.З). В общей сложности на карте показано 24 типа различных экосистем, пере­численных в легенде (рис. IV.2). Высокая пестрота растительного покрова, многочисленность экосистем, находящихся на разных стадиях вторичной сукцессии, искусственность границ, во многих случаях совпадающих с прямоугольными линиями лесоустроитель­ных участков или дорогами, отражают сложную историю длитель­ного воздействия человека на экосистемы рассматриваемого ланд­шафта. Однако, обратившись к почвенной карте той же территории (рис. IV.4), мы обнаруживаем заметно менее пеструю картину (количество выделяемых учетных единиц падает с 24 до 15, еще сильнее снижается число конкретных выделов), на которой

Рис. IV.З. Ландшафтно-геоморфологический профиль северного участка терри­тории Звенигородской биостанции МГУ от водораздела к р. Москве (по Барсуковой, Пятковcкой, 1962)

Рис. IV.4. Почвенная карта Звенигородской биостанции биологического факуль­тета МГУ (составлена К. М. Смирновой, 1962)

Почвы водораздела. 1 — подзол; 2 — сильноподзолистые; 3 — дерново-сильно­подзолистые; 4 — сильноподзолистые слабоглинистые; 5 — дерново-сильноподзолистые слабоглинистые; 6 — сильноподзолистые слабоглинистые в комплексе с торфянисто-подзолистыми сильноглинистыми; 7 — торфянисто-перегнойно-глеевые; 8— торфяно-перегнойно-глеевые.

Почвы террас р. Москвы. III терраса: 9 — дерново-среднеподзолистые; • 10 — бурые лесные слабооподзоленные; 11 — бурые лесные сильнооподзоленные; II терраса: 12 — дерново-сильноподзолистые; I терраса: 13 — дерново-сильноподзолистые в комплексе с перегнойно-глеевыми; пойменная терраса: 14 — дерново-луговые слабокарбонатные на погребенных дерново-подзолистых; 15 — дерново-луговые карбонатные. Механический состав почв: 16 — суглинистый; 17 — песчаный

хорошо проявляется закономерное размещение почв и соот­ветствовавших им в прошлом коренных экосистем, обусловленных прежде всего геоморфологическим строением территории (водо­раздельное пространство, терраса и пойма р. Москвы) и механи­ческим составом поверхностных отложений (песчаных или сугли­нистых).

Кроме необходимости учета истории антропогенного воздейст­вия при идентификации состава экосистем изучаемого ландшафта приходится решать много других вопросов, связанных с явления­ми непрерывности (континуальности) пространственного измене­ния абиотических факторов и биоты некоторых ландшафтов, с процессами миграции популяций, сукцессионными изменениями и др. Поэтому первоначальное экологическое подразделение ланд­шафта на элементарные экосистемы редко бывает окончательным. Как правило, оно уточняется в ходе последующих исследований.

После выделения основных типов экосистем и установления их взаимосвязей в ландшафтной системе внимание исследовате­лей сосредоточивается на изучении состава, структуры и функцио­нирования каждой экосистемы с тем, чтобы на основе этих данных подойти к более глубокому пониманию функционирования изу­чаемого ландшафта в целом.

Изложению методики полевых экологических исследований по­священы труды таких известных ученых, как А. Тэнсли (Tanslеу, 1923, 1946); Ч. Элтон (Elton, 1927; Elton, Miller, 1954), В. Шелфорд (Shelford, 1929), В. Н. Сукачев (1930), Л. Г. Раменский (1937, 1938), Ф. Клементс и В. Шелфорд (Clements, Shelford, 1939), Г. А. Новиков (1949) и др. Однако при всех достоинствах названных руководств они адресованы прежде всего индивиду­альным исследователям или небольшим коллективам, ориентиро­ванным на специальное изучение той или иной группы организ­мов. Обладая весьма скромными средствами, такие коллективы могли получить лишь весьма фрагментарные сведения о многооб­разии и динамичности экологических процессов, которые было трудно использовать для построения целостной картины всей эко­системы.

Хотя многие из перечисленных авторов сознательно пропаган­дировали методологию, которую мы сегодня называем «системным подходом», до конца 50-х гг. XIX в. в среде экологов все еще господствовала установка на узкоспециализированные исследова­ния, когда, как это образно заметил Л. Оман (Hauman, 1933), каждый ученый был занят «терпеливой и привычной эксплуата­цией своей индивидуальной» жилы, несмотря на то что «пустая порода уже заполнила полость шахты». Попытки объединения под флагом так называемых «комплексных» исследований разных спе­циалистов, которые, однако, не были связаны общей теоретической и методологической концепцией (каковыми позднее явились кон­цепция экосистемы или биогеоценоза), неоднократно предприни­мавшиеся как в нашей стране, так и за рубежом, приносили, как правило, весьма скудные (с точки зрения системного подхода) результаты. В лучшем случае они завершались публикацией оче­редного сборника, в котором мирное и независимое сосуществова­ние статей по ботанике, зоологии, микробиологии, почвоведению, метеорологии и другим дисциплинам лишь изредка нарушалось робкими попытками междисциплинарного синтеза с целью полу­чения действительно комплексного описания экосистемы во всей ее целостности.

Существенный прогресс в развитии экологических исследова­ний на основе системного подхода, включая долгосрочные ком­плексные наблюдения, начинается в конце 50-х — начале 60-х гг. Он связан с работами Говарда Одума ( Odum H., 1956, 1957, 1960), В. Н. Сукачева и его сотрудников (Сукачев и др., 1957; Су­качев, Зонн, 1961) и ряда других зарубежных исследователей. Всесторонние экологические исследования приобрели -широкий размах на стационарах Международной биологической програм­мы (Программа и методика..., 1966, 1974). Однако наивысшим достижением в области полевых экологических наблюдений яв­ляются программы комплексного экологического мониторинга, развертываемые на биосферных заповедниках в соответствии с проектом организации Глобальной системы мониторинга окру­жающей среды (ГСМОС). Эти программы предусматривают проведение всесторонних наблюдений над -динамикой наиболее характерных типов целинных экосистем во всех основных биоти­ческих провинциях, результаты которых в сочетании с материа­лами интенсивных исследований на специальных полигонах и опытных станциях предполагается использовать для построения математических моделей этих экосистем, обеспечивающих воз­можность прогнозирования и оптимального управления их функ­ционированием (UNESCO, 1972; UNESCO and UNEP, 1974; «Биосферные заповедники», 1977).