Аксіоматичні основи ландшафтної екології
Сучасний рівень географічних та екологічних знань дозволяє прийняти ряд аксіом та положень теорії ландшафтної екології. Вони випливають із загальногеографічних і мають досить високу достовірність. Порядок їх розгляду встановлюється виходячи з вимог системного аналізу: спочатку формулюється аксіома про цілісну систему, потім даються положення про її елементи, про системотворчі відносини, про структуру та ієрархію систем і, нарешті, про їх межі. Запропонована система аксіом та положень є тією методологічною основою, на яку спирається біогеограф при вирішенні ландшафтно-екологічних завдань.
Аксіома В.І. Вернадського про біосферу. Теорія геоекології спирається на реальні властивості предметів та явищ, генеральна сукупність яких належить біосфері. Сутність її постулюється аксіомою В.І. Вернадського: біосфера є цілісну екологічну систему, в якій жива речовина взаємодіє з елементами літосфери, гідросфери, атмосфери та техносфери.
Керуючись цією аксіомою, біосферу визначають як екосистему найвищого рангу, а океаносферу, де умови середовища значною мірою визначаються водяною масою, розглядають як підсистему біосфери.
Аксіома В.І. Вернадського має фундаментальне значення у розвиток теорії біогеографії океану. З неї випливають важливі положення про елементи, системоутворюючі відносини та структуру біосфери.
Положення склад елементів. Природа елементів біосфери двояка, з одного боку - це поєднання безлічі елементів біосфери, літосфери, гідросфери, атмосфери та техносфери; з іншого - це хорологічні одиниці, біогеоценози (екосистеми) та утворювані ними біохори вищого таксономічного рангу.
Справді, у будь-якій екосистемі - на суші чив океані - присутні хоча б у незначних кількостях та у своєрідній формі елементи будь-якої геосфери. Наприклад, в аквальних ландшафтах речовина літосфери представлена розчинами та суспензією мінеральних речовин; у субаквальних ландшафтах речовина атмосфери є у вигляді розчинених у воді газів. Зовні мляві льодові пустелі полярних країн несуть безліч діаспор живої речовини, підтверджуючи думку В.І. Вернадського про "повсюдність життя". Дедалі ширше в біосфері поширюються елементи техногенезу, які мають прямий чи опосередкований вплив на природні екосистеми, з'являються нові природно-господарські системи.
Інертний початок, до якого належать головним чином мінеральний субстрат і рельєф, постає як "скелет" екосистеми. Воно надає їй фіксоване місце на земній поверхні і відому просторову відокремленість, пов'язуючи з геологічним минулим даної ділянки.
Мобільність в екосистему вносять, з одного боку, енергія Сонця та процеси, що збуджуються йоржними полями Землі та космічного простору, а також приховані у самій екосистемі джерела різних видів енергії.
З іншого боку - джерелом мобільності є речовина, яка має сили молекулярного зчеплення відносно слабкі і яка перебуває в екосистемі в основному у вигляді потоків. Це, головним чином, повітряні та водні маси. До мобільної частини належать також атоми, молекули та інші мікротіла інших компонентів, які мігрують між різними частинами екосистеми.
Мобільна складова, таким чином, виконує обмінні та транзитні функції, пов'язує внутрішні частини екосистеми та поєднує останню з її зовнішнім оточенням. Вона послаблює залежність екосистеми від успадкованих факторів даного місця, постійно розмиваєта пересуває просторові кордони.
Поєднання інертності та мобільності надає екосистемі одночасно властивості дискретної та континуальної освіти - системи з "пульсуючими" в часі контурами зовнішніх і внутрішніх зв'язків.
Біота частково належить обом розглянутим вище складовим, але, ще, виконує і самостійні функції. У діяльності біоти особливе значення мають суто біологічні якості цієї форми прояву матерії - передусім висока вибірковість стосовно зовнішнім умовам, здатність до самовідтворення, розмноження, зростання.
Саме в активності та пластичності – основна сила біоти як самостійної частини геосистеми. Взаємодіючи з іншими компонентами, біота постає як найважливіший внутрішній чинник саморегуляції, відновлення, стабілізації. Оптимальне насичення геосистеми біотою, як свідчить практика, -перша умова і спосіб для успішного управління екосистемами та раціонального використання їх природного потенціалу.
Системоутворююча роль елементів нерівнозначна. В.І. Вернадський провідну роль відводив живої речовини: "На земній поверхні немає хімічної сили, що постійно діє, а тому і більш могутньої за своїми кінцевими наслідками, ніж живі організми, взяті в цілому" (Вернадський, 1960, с. 21).
Оцінюючи роль елементів у формуванні геосистем, Н.А. Сонців (1949) ранжує їх у певний ряд. На першому місці стоїть земна кора з її структурними формами, омолодженими новітніми тектонічними рухами, потім йдуть поверхневі води, метеорологічні умови, і, нарешті, завершальною ланкою цього ряду є ґрунтово-рослинні комплекси та тваринний світ.
Розглядаючи роль елементів довкілля якекологічні чинники, В.В. Мазинг (1969) пропонує наступний ієрархічний ряд. На перше місце серед факторів, що впливають на головну ланку екосистем - рослинний покрив, він ставить кількість тепла (суми сонячної радіації) як фактор, що визначає широтну зональність. На друге місце – кількість опадів та їх сезонний розподіл.
Підкреслюючи значення сильних елементів, ми водночас маємо віддавати належне ролі слабких взаємодій, без яких цілісність та стійкість системи неможлива. Сильні впливу який завжди грають вирішальну роль управлінні системою. Одне з правил кібернетики свідчить, що вчасно і до місця прикладений слабкий вплив може бути вирішальним в управлінні системою.
Пізнання елементного складу екосистем відповідає аналітичному шляху їхнього моделювання. У ході дослідження з безлічі елементів, що відображає реальний простір біосфери, керуючись евристичними рішеннями або думками експертів, формують операційний ознаковий простір, який являє собою перелік найбільш істотних елементів та їх властивостей, властивих конкретним біогеоценозів.
Зауважимо, що розробки моделей екосистем головним є вивчення мінливості ознак, характеризуючих об'єкти. У цьому сенсі справедливе твердження Д. Харвея (1974), що елементи системи суть стан речей, а чи не самі речі.
Порівнявши елементний склад біогеоценозів, можна говорити про їхню відмінність або подібність в екологічному відношенні. Незважаючи на складність та унікальність екосистем, реальні системи, перетин властивостей яких дозволяє виявляти область загальних елементів. Наявність загальних властивостей дозволяє знаходити класи ізоморфних екосистем, у яких мають місце єдині методи опису їх структури,стану та поведінки. Інваріантні структури, властиві ізоморфним системам, є найбільш цінним фондом розробки екологічних моделей. Поняття про інваріант розглядається як ключове у пізнанні всіх екологічних закономірностей.
Дослідження екосистем допускає прийом свідомого відкидання окремих елементів, екологічна роль яких з погляду вирішення конкретного завдання несуттєва. Цей прийом відповідає принципу обмеження різноманітності інформації У. Ешбі. Його ще називають принципом "бритви Оккама", який говорить: не слід робити за допомогою більшого те, чого можна досягти за допомогою меншого. Таким чином, процедуру виявлення інваріанту екосистеми можна суттєво спростити.
Положення про системоутворюючі відносини. Обов'язковим атрибутом біосфери, як випливає з аксіоми Вернадського, є зв'язки чи стосунки, задані на багатьох її елементах. В основі саморегуляції екосистем лежать негативні зворотні зв'язки. Позитивні зворотні зв'язки викликають гіпергрофований розвиток певних процесів. Так, наприклад, інтенсивне розмноження фітопланктону веде до "виїдання" біогенів, після чого біопродуктивність різко падає.
Комбінування різних форм зв'язків наближає нас до відображення структури реальної гео-або екосистеми у всій її складності.
Характерна риса структуроутворюючих зв'язків - їх каузальність: всякий природний процес, господарська діяльність людини є причиною, що викликає зміну пов'язаних з ними елементів. Тому важливим доповненням до розглянутих вище форм відносин є аналіз основних типів причинно-наслідкових зв'язків.
Важливі аспекти взаємодії природних систем із навколишнім середовищем розкриває принцип симетрії П. Кюрі. Його основні положенняполягають у наступному. Симетрія сприймається як стан простору, характерне для середовища, де відбувається це явище (Кюрі, 1959, с.2). По суті справи все зводиться до положення, згідно з яким поглиблене вивчення реальних систем вимагає хорошого знайомства з тим середовищем, у якому вони утворилися. На питання, як відбивається вплив середовища на об'єкті, що формується в ньому, П. Кюрі відповідає наступним чином: симетрія породжуючого середовища як би накладається на симетрію тіла, що утворюється в цьому середовищі. Форма тіла, що вийшла в результаті, зберігає тільки ті елементи своєї власної симетрії, які збігаються з накладеними на нього елементами симетрії середовища. Що стосується об'єктів ландшафтно-екологічних досліджень принцип симетрії П. Кюрі проявляється, наприклад, у візерунку біогеоценотичного покриву морського дна, характер якого контролюється чинниками довкілля.
При системному аналізі принцип симетрії П. Кюрі можна використовуватиме пояснення формування структури природної системи під впливом чинників довкілля. У цьому випадку результатом накладення факторів навколишнього середовища на структуру системи буде збереження таких системоутворювальних елементів та зв'язків між ними, які відповідають певним елементам середовища. Наприклад, склад та структура рослинної спільноти, як правило, адекватні екологічним умовам. Іншими словами, рослинна спільнота та середовище симетричні.
Поруч із симетрією, П. Кюрі надавав особливого значення явищам дисиметрії -зниклим елементам своєї симетрії даного об'єкта. На його переконання, для передбачення нових явищ дисиметрія істотніша, ніж сама симетрія.
Положення про структуру екосистем. Структура біосфери породжується її елементами та відносинамиміж ними. Для біогеографії важливе значення має дослідження функціональних та хорологічних структур біосфери.
Основне призначення функціональних моделей – охарактеризувати структуру потоків речовини, енергії та інформації у конкретних системах. Широкі можливості для генетичних, функціональних та екологічних інтерпретацій відкривають математичні моделі, які розкривають кореляційні зв'язки між елементами. Можна впевнено стверджувати, що структура кореляційних зв'язків у системі тісно пов'язані з особливостями її функціонування. Високі коефіцієнти кореляції між елементами системи є, як правило, наслідком чітко виражених генетичних, функціональних та екологічних зв'язків.
Аксіома про ієрархічну структуру біосфери: біосфера є системою, організованою у вигляді безлічі підсистем різної розмірності.
Для реалізації хорологічного підходу у біогеографічних дослідженнях дуже суттєвим є дослідження просторових структур – біохор, що породжуються композиціями біоценозів.
Принцип ієрархічної визначеності - один із найголовніших у теорії біогеографії. Наслідуючи його, необхідно чітко задавати ієрархічний рівень, на якому повинні вестися дослідження екосистем та розроблятися моделі екологічних зв'язків. Перехід від одного структурного рівня до іншого супроводжується якісною зміною властивостей системи.
Л. Г. Берг писав, що охарактеризувати і виділити якийсь географічний ландшафт можна лише тоді, коли ми встановимо межі, що відокремлюють один ландшафт від іншого. Проведення природних кордонів є і кінець кожної географічної роботи (Берг, 1958). В рівній мірі цей вислів можна віднести до біогеографічних досліджень берегової зони моря. ПрактичнеЗначення цієї закономірності у тому, що використання моделі обмежується тим рангом системи, котрій вона розроблена.
Аксіома про межі екосистем. Біосфера як планетарна система має властивості дискретності та континуальності. Кожна екосистема займає певну площу та обсяг і відокремлена від сусідніх систем межами. Вони можуть бути лінійними або розпливчастими, чітко вираженими або затушованими, стабільними або рухливими, проте вони об'єктивно існують незалежно від того, виявлені вони чи ні.
Континуальність біосфери проявляється у тих випадках, коли між сусідніми територіальними (акваторіальними) комплексами існують більш менш широкі області переходу. Їх називають екотонами. Як правило, тут відзначається збагачення складу та ускладнення структури біогідроценозу. Підвищується їхня біологічна продуктивність. Прикладом екотону у океані є літоральна зона.