sergeogrИзвестия Российской академии наук. Серия географическаяIzvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya2587-55662658-697510.31857/S2587556622050065sergeogr-1654Research ArticleПриродные процессы и динамика геосистемNatural Processes and Dynamics of GeosystemsМеханизмы формирования ландшафтно-зональных систем Волжского бассейна (эмпирико-статистическое моделирование)Mechanisms of Formation of the Landscape-Zonal Systems (Empirical-Statistical Modeling)КоломыцЭ. Г.KolomytsE. G.

Пущино

Pushchino

egk2000@mail.ruПущинский научный центр РАН, Институт фундаментальных проблем биологииРоссияPushchino Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, Institute of Fundamental Problems of BiologyRussian Federation202213012023865731–745Copyright © Коломыц Э.Г., 20232023Коломыц Э.Г.Kolomyts E.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/1654

Изложено численное обоснование концептуального положения отечественной географической экологии о генетическом единстве природной зоны и географического ландшафта. На основе известных методических подходов к полисистемному анализу географической среды проведены количественные оценки ландшафтной организации бореального экотона – ансамбля зональных переходов от бореального пояса к поясу суббореальному на Восточно-Европейском субконтиненте. Задача решалась с помощью эмпирико-статистических моделей ландшафтно-зональных связей. В качестве рабочего инструмента анализа использована разработанная автором кибернетическая модель природных комплексов, описывающая иерархическую систему их организации. Осуществлены три методических подхода к полисистемному анализу: 1) функциональный, с выделением структур экологических ниш ландшафтных единиц в их факторном пространстве; 2) типологический, с дифференциацией территории по группам ландшафтов и с анализом их взаимодействия; 3) иерархический, с использованием кластерных (таксономических) моделей ландшафтной классификации. Получены меры тесноты связей между различными геокомпонентами во множестве ландшафтных единиц, а по этим мерам выделены геосинэргические “ядра” параметрической гомогенности зональных геопространств. Установлены конкретные парциальные ландшафтные структуры, образованные наиболее тесно связанными геокомпонентами и определяющие “лицо” ландшафтно-зональных систем. С помощью информационного моделирования проведена дифференцированная оценка ландшафтной организации природных зон (подзон) путем операций с матрицами эквивалентности геокомпонентных блоков. По теоретико-множественным и кластерным моделям геокомплексных связей описано территориальное пространство бореального экотона и его зональных частей. На основе количественных критериев оценен вклад различных факторов в ландшафтную организацию зонального геопространства. Это позволяет определить меру чувствительности ландшафтной структуры данной территории к изменениям зонально-климатических условий, что имеет непосредственное отношение к оценкам устойчивости ландшафтно-зональных систем в меняющемся климате.

Numerical substantiation of the conceptual position of the native geographical ecology on the genetic unity of the natural zone and geographical landscape is presented. Quantitative assessments of the landscape organization of the boreal ecotone, an ensemble of zonal transitions from the boreal belt to the sub-boreal belt in the East European subcontinent, were carried out on the basis of well-known methodological approaches to the poly-system analysis of the geographical environment. The problem was solved using empirical-statistical models of landscape-zonal connections. The cybernetic model of natural complexes developed by the author as a hierarchical system of their organization was used as a working tool for analysis. Three methodological approaches to poly-system analysis have been implemented: (1) functional, with the allocation of the structures of ecological niches of landscape units in their factorial space; (2) typological, with the differentiation of the territory by groups of landscapes and the analysis of their interaction; (3) hierarchical, using cluster (taxonomic) landscape classification models. Measures of the tightness of connections between various geocomponents in a set of landscape units are obtained, and based on these measures, geo-synergic kernels of parametric homogeneity of zonal geo-spaces are obtained. Specific partial landscape structures are established, formed by the most closely related geo-components and determining the face of landscape-zonal systems. With the help of information modeling, a differentiated assessment of the landscape organization of natural zones (sub-zones) was carried out by operations with equivalence matrices of geo-component blocks. The territorial space of the boreal ecotone and its zonal parts is described by the set-theoretical and cluster models of geo-complex connections. On the basis of quantitative criteria, the contribution of various factors to the landscape organization of the zonal geo-space is estimated. This makes it possible to determine the degree of sensitivity of the landscape structure of a given territory to changes in zonal-climatic conditions, which is directly related to assessments of the stability of landscape-zonal systems in a changing climate.

природная зонабореальный экотонрегиональный ландшафтиерархическая природно-территориальная организациягеокомпонентыэмпирико-статистическое моделированиеnatural zoneboreal ecotoneregional landscapehierarchical natural-territorial organizationgeo-componentsempirical-statistical modelingReferencesАндреев В.Л. Классификационные построения в экологии и систематике. М.: Наука, 1980. 142 с.Andreev V.L. Klassifikatsionnye postroeniya v ekologii i sistematike [Classification Constructs in Ecology and Systematics]. Moscow: Nauka Publ. 1980. 142 p.Арманд А.Д. Информационные модели природных комплексов. М.: Наука, 1975. 126 с.Armand A.D. Informatsionnye modeli prirodnykh kompleksov [Information Models of Natural Complexes]. Moscow: Nauka Publ., 1975. 126 p.Арманд А.Д. Самоорганизация и саморегулирование географических систем. М.: Наука, 1988. 260 с.Armand A.D. Samoorganizatsiya i samoregulirovanie geograficheskikh sistem [Self-Organization and Self-Regulation of Geographical Systems]. Moscow: Nauka Publ., 1988. 260 p.Арманд Д.Л. Наука о ландшафте. М.: Мысль, 1975. 287 с.Armand D.L. Nauka o landshafte [Landscape Science]. Moscow: Mysl’ Publ., 1975. 287 p.Арманд Д.Л., Преображенский В.С., Арманд А.Д. Природные комплексы и современные методы их изучения // Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1969. № 5. С. 5–16.Armand D.L., Preobrazhensky, V.S., Armand, A.D. Natural complexes and modern methods of their study. Izv. Akad. Nauk SSSR. Ser. Geogr., no. 5, 1969, pp. 5–16. (In Russ.).Базилевич Н.И., Гребенщиков О.С., Тишков А.А. Географические закономерности структуры и функционирования экосистем. М.: Наука, 1986. 297 с.Bartalev, S.A., Egorov, V.A., Ershov, D.V. et al. Satellite mapping of the vegetation cover of Russia based on MODIS spectroradiometer data. Sovr. Probl. Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa, 2011, vol. 8, no. 4, pp. 285–302. (In Russ.).Барталев С.А., Егоров В.А., Ершов Д.В. и др. Спутниковое картографирование растительного покрова России по данным спектрорадиометра MODIS // Совр. пробл. дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 4. С. 285–302.Bazilevich N.I., Grebenshchikov O.S., Tishkov A.A. Geograficheskie zakonomernosti struktury i funktsionirovaniya ekosistem [Geographic Patterns of Structure and Functioning of Ecosystems]. Moscow: Nauka Publ., 1986. 297 p.Берг Л.С. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1958. Т. II. Физическая география. 426 с.Berg L.S. Izbrannye trudy [Selected Works]. Vol. 2: Fizicheskaya geografiya [Physical Geography]. Moscow: Akad. Nauk SSSR, 1958. 426 p.Вальтер Г. Растительность Земного Шара. Экологофизиологическая характеристика. М.: Прогресс, 1974. Т. II. 423 с.Cherkashin A.K. Geocartographic thinking in modern science. Geodeziya i Kartografiya, 2020, no. 7, pp. 27–36. (In Russ.).Герасимов И.П. Экологические проблемы в прошлой, настоящей и будущей географии Мира. М.: Наука, 1985. 247 с.Cherkashin A.K. Polisistemnoe modelirovanie [Polysystemic Modeling]. Novosibirsk: Nauka Publ., 2005. 280 p.Григорьев А.А. Закономерности строения и развития географической среды. М.: Мысль, 1966. 382 с.Dokuchaev V.V. On the legality of the known geographical distribution of land-plant soils on the territory of European Russia. Tr. S.-Peterb. O–va Estestvoispyt., 1881, vol. 12, pp. 65–66. (In Russ.).Григорьев А.А. Типы географической среды. Избранные теоретичепские работы. М.: Мысл, 1970. 550 с.Dokuchaev V.V. Uchenie o prirodnykh zonakh [Doctrine about Natural Zones]. Moscow: Geografgiz Publ., 1948. 63 p.Докучаев В.В. О законности известного географического распределения наземно-растительных почв на территории Европейской России // Тр. С.-Петербург. общ-ва естествоиспытателей. СПб., 1881. Т. XII. С. 65–66.Durand B.S., Odell P.L. Cluster Analysis: A Survey. Springer, 1974. 146 p.Докучаев В.В. Учение о природных зонах. М.: Географгиз, 1948. 63 с.Forman R.T.T. Landscape Mosaics. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2006. 632 p.Дюран Б., Оделл П. Кластерный анализ. М.: Статистика, 1977. 128 с.Gerasimov I.P. Ekologicheskie problemy v proshloi, nastoyashchei i budushchei geografii Mira [Ecological Problems in the Past, Present and Future Geography of the World]. Moscow: Nauka Publ., 1985. 247 p.Жуков В.Т., Сербенюк С.Н., Тикунов В.С. Математикокартографическое моделирование в географии. М.: Мысль, 1980. 224 с.Glazovskaya M.A. Geokhimiya prirodnykh i antropogennykh landshaftov SSSR [Geochemical Foundations of Typology and Methods of Researching Natural Landscapes]. Moscow: Mosk. Gos. Univ. Publ., 1964. 230 p.Зейдис И.М., Кружалин В.И., Симонов Ю.Г. и др. Общие свойства динамики геосистем // Вестн. Моск. унта. Сер. 5. География. 2001. № 4. С. 3–8.Grigor’ev A.A. Tipy geograficheskoi sredy. Izbrannye teoreticheskie raboty [Types of Geographic Environment. Selected Theoretical Works]. Moscow: Mysl’ Publ., 1970. 550 p.Исаченко А.Г. Основы ландшафтоведения и физикогеографическое районирование. М.: Высшая школа, 1965. 327 с.Grigor’ev A.A. Zakonomernosti stroeniya i razvitiya geograficheskoi sredy [Regularities of the Structure and Development of the Geographic Environment]. Moscow: Mysl’ Publ., 1966. 382 p.Карта растительности Европейской части СССР. М-б 1 : 2500000 / ред. Т.И. Исаченко, Е.М. Лавренко. М.: ГУГК, 1974. 6 л.Isachenko A.G. Osnovy landshaftovedeniya i fiziko-geograficheskoe raionirovanie [Fundamentals of Landscape Science and Physical and Geographical Regionalization]. Moscow: Vysshaya Shkola Publ., 1965. 327 p.Коломыц Э.Г. Бореальный экотон и географическая зональность. Прогнозный Атлас-монография. М.: Наука, 2005. 390 с.Khaaze G. Study of topical and choric structures, their dynamics and development in landscapesystems. In Struktura, dinamika i razvitie landshaftov [Structure, Dynamics, and Development of Landscapes]. Preobrazhenskii V.S., Ed. Moscow: Inst. Geogr. Akad. Nauk, 1980, pp. 57–81. (In Russ.).Коломыц Э.Г. Экотон как объект физико-географического исследования // Изв. РАН. Сер. геогр. 1988. № 5. С. 24–36.Khoroshev A.V. Polimasshtabnaya organizatsiya geograficheskogo landshafta [Polyscale Organization of the Geographical Landscape]. Moscow: KMK Publ., 2016. 416 p.Мильков Ф.Н. Физическая география: современное состояние, закономерности, проблемы. Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1981. 398 с.Khoroshev A.V. Relief as a factor of multi-scale organization of intercomponent connections in forest landscapes of the East European Plain. Vestn. Mosk. Univ., Ser. 5: Geogr., 2010, no. 3, pp. 35–42. (In Russ.).Николаев В.А. Классификация и мелкомасштабное картографирование ландшафтов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1978. 62 с.Khoroshev A.V., Merekalova K.A., Aleshchenko G.M. Polyscale organization of intercomponent relations in the landscape. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2010, no. 1, pp. 26–36. (In Russ.).Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир, 1975. 740 с.Kolomyts E.G. Boreal’nyi ekoton i geograficheskaya zonal’nost'. Prognoznyi Atlas-monografiya [Boreal Ecotone and Geographic Zonality: Atlas-Monograph]. Moscow: Nauka Publ., 2005. 390 p.Преображенский В.С., Александрова Т.Д., Максимова Л.В. География в меняющемся мире. Век ХХ. М.: Ин-т географии РАН, 1997. 273 с.Kolomyts E.G. Eksperimental’naya geograficheskaya ekologiya. Zapiski geografa-naturalista [Experimental Geographic Ecology. The Record of Geographer-Naturalist]. Moscow: KMK Publ., 716 p.Пузаченко Ю.Г. Глобальное биологическое разнообразие и его пространственно-временная изменчивость // Современные глобальные изменения природной среды. М.: Научный мир, 2006. Т. 2. С. 306–377.Marceau D.J. The scale issue in social and natural sciences. Canad. J. Remote Sensing, 1999, vol. 25, no. 4, pp. 347–356.Пузаченко Ю.Г., Скулкин В.С. Структура растительности лесной зоны СССР: Системный анализ. М.: Наука, 1981. 275 с.Mil’kov F.N. Fizicheskaya geografiya: sovremennoe sostoyanie, zakonomernosti, problem [Physical Geography: Current State, Patterns, Problems]. Voronezh: Voronezh. Univ. Publ., 1981. 398 p.Разнообразие и динамика лесных экосистем России. Кн. 2 / ред. А.С. Исаев. М.: КМК, 2012б. 478 с.Nikolaev V.A. Klassifikatsiya i melkomasshtabnoe kartografirovanie landshaftov [Classification and Small-Scale Mapping of Landscapes]. Moscow: Mosk. Gos. Univ. Publ., 1978. 62 p.Растительность Европейской части СССР и Кавказа. М-б 1 : 2000000 / ред. Т.В. Котова. М.: ГУГК, 1987. 4 л.Phillips J.D. Global and local factors in earth surface systems. Ecological Modeling, 2002, vol. 149, no. 3, pp. 257–272.Сочава В.Б. География и экология: Материалы 5-го Съезда Географического общества СССР. Л.: ВГО, 1970. 42 с.Pickett S.T.F., Cadenasso M.L. The ecosystem as a multidimemsional concept: meaning, model, and metaphor. Ecosystems, 2002, vol. 5, pp. 1–10.Сочава В.Б. Растительный покров на тематических картах. Новосибирск: Наука, 1979. 189 с.Preobrazhenskii V.S., Aleksandrova T.D., Maksimova L.V. Geografiya v menyayushchemsya mire. Vek XX [Geography in a Changing World. XX Century]. Moscow: Inst. Geogr. RAN, 1997. 273 p.Сочава В.Б. Избранные труды. Теоретическая и прикладная география. Новосибирск: Наука, 2005. 288 с.Puzachenko Yu.G. Global biological diversity and its spatial and temporal variability. In Sovremennye global’nye izmeneniya prirodnoi sredy [Modern Global Changes in the Natural Environment]. Moscow: Nauchn. Mir Publ., 2006, vol. 2, pp. 306–377. (In Russ.).Сукачев В.Н. Избранные труды. Л.: Наука, 1972. Т. 1. Основы лесной типологии и биогеоценологии. 418 с.Puzachenko Yu.G., Skulkin. V.S. Struktura rastitel’nosti lesnoi zony SSSR: Sistemnyi analiz [Structure of Forest Zone Vegetation for USSR. System Analysis]. Moscow: Nauka Publ., 1981. 275 p.Хаазе Г. Изучение топических и хорических структур, их динами и развития в ландшафтных системах // Структура, динамика и развитие ландшафтов / отв. ред. В.С. Преображенский. М.: Ин-т географии АН СССР, 1980. С. 57–81.Raznoobrazie i dinamika lesnykh ekosistem Rossii [Diversity and Dynamics of Russian Forest Ecosystems]. Isaev А.S., Ed. Мoscow: КМК Publ., 2012. 478 p.Хорошев А.В. Рельеф как фактор полимасштабной организации межкомпонентных связей в лесных ландшафтах Восточно-Европейской равнины // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2010. № 3. С. 35–42.Sochava V.B. Geografiya i ekologiya: Materialy 5-go S"ezda Geograficheskogo obshchestva SSSR [Geography and Ecology. Proceedings of the 5th Congress of the Geographical Society of the USSR]. Leningrad: VGO, 1970. 42 p.Хорошев А.В. Полимасштабная организация географического ландшафта. М.: КМК, 2016. 416 с.Sochava V.B. Izbrannye trudy. Teoreticheskaya i prikladnaya geografiya [Selected Works. Theoretical and Applied Geography]. Novosibirsk: Nauka Publ., 2005. 288 p.Хорошев А.В., Мерекалова К.А., Алещенко Г.М. Полимасштабная организация межкомпонентных отношений в ландшафте // Изв. РАН. Сер. геогр. 2010. № 1 С. 26–36.Sochava V.B. Rastitel’nyi pokrov na tematicheskikh kartakh [Vegetation Cover on Thematic Maps]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1979. 189 p.Черкашин А.К. Полисистемное моделирование. Новосибирск: Наука, 2005. 280 с.Sukachev V.N. Izbrannye trudy [Selected Works]. Vol. 1: Osnovy lesnoi tipologii i biogeotsenologii [Fundamentals of Forest Typology and Biogeocenology]. Leningrad: Nauka Publ., 1972. 418 p.Черкашин А.К. Геокартографическое мышление в современной науке // Геодезия и картография. 2020. № 7. С. 27–36.Turner M., Gardner R.Y., O’Neill R.V. Landscape Ecology in Theory and Practice: Pattern and Process. Springer Verlag, 2001. 352 p.Forman R.T.T. Landscape Mosaics. Cambridge Univ. Press, 2006. 632 p.Vegetation Map of the European Part of the USSR. Scale 1 : 2500000. Isachenko T.I., Lavrenko E.M., Eds. Moscow: GUGK, 1974. 6 p. (In Russ.).Marceau D.J. The Scale issue in social and natural sciences // Canad. J. Remote Sens. 1999. Vol. 25. № 4. P. 347–356.Vegetation of the European Part of the USSR and the Caucasus. Map. Scale 1 : 2000000. Kotova T.V., Ed. Moscow: GUGK, 1987. 4 p. (In Russ.).Phillips J.D. Global and local factors in earth surface systems // Ecol. Modeling. 2002. Vol. 149. № 3. P. 257–272.Walter G. Rastitel’nost’ zemnogo shara. Ekologo-fiziologicheskaya kharakteristika [Vegetation of the Globe. Ecological and Physiological Characteristics]. Moscow: Progress Publ., 1974, vol. 2. 423 p.Pickett S.T.F., Cadenasso M.L. The ecosystem as a multidimemsional concept6 meaning, model, and metaphor // Ecosystems. 2002. Vol. 5. P. 1–10.Wu J., Hobbs R. Key issues and research priorities in landscape ecology. An idiosyncratic synthesis. Landscape Ecology, 2002, vol. 17, no. 4, pp. 355–365.Turner M., Gardner R.Y., O’Neill R.V. Landscape Ecology in Theory and Practice: Pattern and Process. Springer Verlag, 2001. 352 p.Zeidis I.M., Kruzhalin V.I., Simonov Yu.G. et al. General properties of the dynamics of geosystems. Vestn. Mos. Univ., Ser. 5: Geogr., 2001, no. 4, pp. 3–8. (In Russ.).Wu J., Hobbs R. Key issues and research priorities in landscape ecology. An idiosyncratic synthesis // Landscape Ecol. 2002. Vol. 17. № 4. P. 355–365.Zhukov V.T., Serbenyuk S.N., Tikunov V.S. Matematikokartograficheskoe modelirovanie v geografii [Mathematical-Cartographic Modeling in Geography]. Moscow: Mysl’ Publ., 1980. 224 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.