Полевое ландшафтное картографирование

Ландшафтное профилирование

Ландшафтное профилирование- один из основных методов комплексных физико-географических исследований. На комплексных профилях особенно ярко выявляются ландшафтные катены - ряды сопряженных фаций и урочищ, составляющих морфологическую структуру ландшафтов, определяются доминирующие, субдоминантные и дополняющие урочища и их приуроченность к формам рельефа, литологии, уровню залегания грунтовых вод и т.д. По конкретным наблюдениям на профиле возможно выявить закономерности, присущие более крупным ПТК.

Составление комплексных физико-географических профилей, изучение на их примере сложных и многосторонних взаимосвязей в природе, истории развития и современной динамики ПТК может явиться либо самостоятельной задачей, либо вспомогательным этапом работ в целях ландшафтного картографирования или физико-географического районирования.

Выбор линии профиля производят так, чтобы профиль пересек все наиболее характерные для исследуемой территории формы рельефа, отразил разнообразие геологического строения и современного растительного покрова.

Наиболее типичное заложение профиля, по М. А. Глазовской, - от местного водораздела к водоприемнику (ручью, речке, озеру). М. А. Глазовская рекомендует закладывать необходимый и достаточный минимум точек, где помимо комплексных описаний отбирают образцы для сопряженного геохимического анализа. Такие точки необходимо разместить в элювиальных условиях - одну при хорошей дренированности междуречной поверхности или две в случае чередования элювиальных и элювиально-аккумулятивных (часто гидроморфных) фаций. На склоне закладывают две точки (в трансэлювиальной и трансэювиально-аккумулятивной фациях) или одну, если аккумуляция не выражена. Ниже закладывают точки в супераквальной фации поймы и далее - в субаквальной фации водоема. Если есть надпойменная терраса, то, как минимум, одну точку закладывают на ее основной поверхности (неоэлювиальная фация). Всего на профиле в зависимости от сложности его строения может быть от четырех до десяти точек, на которых будут отбираться образцы. Большее количество точек может отвлечь на детали и затушевать основную картину изменения распределения элементов в вертикальном профиле катенарно сопряженных фаций.

Линии традиционных ландшафтных профилей выбирают по такому же принципу, но помимо точек отбора образцов для сопряженных геохимических анализов (эти точки, очевидно, следует считать опорными) закладывают ряд основных точек полного комплексного описания, с тем, чтобы охватить все разнообразие встречающихся по профилю ПТК. Профиль может включать не одну, а несколько катен, и тогда для геохимических исследований надо будет выбрать наиболее типичную для данной местности точку, а на других ограничиться комплексным описанием и на некоторых из точек отбором почвенных образцов.

Гипсометрическая кривая профиля, к которой привязывают все данные наблюдений, в зависимости от заданной точности может быть составлена по топографической карте (с полевым уточнением) или получена путем инструментальной съемки.

Точки комплексных описаний закладывают на основных элементах рельефа, полученные на них данные записывают в бланки и наносят условными обозначениями на гипсометрическую кривую профиля. При прохождении профиля важно не только произвести описания на точках, но и выявить все природные территориальные комплексы в их иерархическом соподчинении. Описание комплексов, более сложных, чем фация, и характера границ производят в полевом дневнике как дополнение к бланковым описаниям фаций.

Сам профиль изображают в дневнике схематически, но непременно наносят на него все точки комплексных описаний, данные о геологическом строении, почвах и почвообразующих породах, растительности, грунтовых водах, а также границы ПТК. При вечерней обработке материалов на базе (или временной стоянке) линию профиля вычерчивают в избранном масштабе на миллиметровке и наносят все имеющиеся данные, в том числе данные бурения и др.

Профиль может быть дополнен плановой полосой с изображением на ней природных территориальных комплексов. На комплексном профиле могут быть произведены микроклиматические наблюдения, являющиеся одним из традиционных видов геофизических исследований. Нанесенные в соответствующем порядке над линией профиля метеоданные помогут выявить закономерности изменения ПТК, связанные с экспозицией и крутизной склонов, относительными превышениями.

В зависимости от масштаба работ меняется и характер профиля, его протяженность, частота расположения точек описания и взятия образцов на анализы. При мелком и среднем масштабах исследования профиль может сопровождаться на отдельных участках фрагментами более крупного масштаба, более детально вскрывающими связи между компонентами природы и более мелкими комплексами. Крупномасштабные профили сами по себе достаточно детальны, но при необходимости и они могут «раскрываться» более подробно на отдельных характерных участках.

Метод профилирования применяется не только для изучения структуры ПТК и картографирования, но и для прослеживания процессов функционирования и динамики природных комплексов. Применение компьютерной технологии для математической обработки материалов профилирования потребовало регулярного шага обследования большой частоты, что и осуществляется в настоящее время на ряде стационаров.

Главная цель составления профилей — выявление взаимосвязей внутри природных территориальных комплексов и сопряженности комплексов друг с другом. Эти задачи наиболее успешно могут быть решены с применением геофизических, геохимических и математических методов исследований. Окончательные ответы зачастую зависят от результатов обработки полевых данных.

Полевое ландшафтное картографирование

Ландшафтные карты (при крупном и среднем масштабах работ) или карты физико-географического районирования (при мелком масштабе) являются нередко основным результатом комплексных физико-географических исследований.

Начинается эта работа с заложения на местности опорного ландшафтного профиля. На этом профиле производятся наиболее тщательные и детальные наблюдения, поэтому почти все точки этого профиля основные и одна или несколько — опорные. В зависимости от сложности строения территории может быть заложен один или несколько опорных профилей.

Дальнейшая работа по картографированию заключается в закладке менее детально изучаемых рабочих профилей и в равномерном заполнении территории точками наблюдений, выбранными в типичных фациях, в рисовке или в проверке отдешифрированных ранее контуров ПТК и в описании природных комплексов более сложных, чем фация. Маршруты прокладывают таким образом, чтобы они равномерно покрыли территорию и пересекли все типы выявленных контуров. Если предварительного дешифрирования не производилось или отдешифрированные контуры недостаточно дробны, в поле производят поиски и наносят границы ПТК. Задача эта не всегда простая, так как степень выраженности природных границ может быть очень разной и порой совсем не резкой (особенно на сильно окультуренных территориях).

По степени выраженности различают границы: резкие, ясные и неясные (постепенные переходы).

Резкие границы природных территориальных комплексов обычно совпадают с геолого-геоморфологическими рубежами. Такие границы хорошо видны на местности, и вся задача заключается в том, чтобы как можно точнее положить их на карту. Допустимая погрешность в случае резких границ составляет 2 мм, однако при хорошей картографической основе возможно их нанесение с графической точностью до 0,2 мм.

Ясные границы наносятся на карту с точностью до 4 мм, неясные— до 10 мм.

На местности неясные границы могут быть установлены методом сближения точек наблюдения. Он заключается в следующем. Посредине расстояния между двумя точками, характеризующими разные природные территориальные комплексы, закладывают третью. Третья точка по своей характеристике должна быть близка либо первой, либо второй; тем самым интервал для поиска границы сократится вдвое. Посредине оставшегося для поисков участка закладывают следующую точку, и так до тех пор, пока расстояние между соседними точками на местности не уменьшится на карте до 10 мм. После этого поиски границы прекращают, а саму границу проводят на карте либо посредине оставшегося отрезка, либо ближе к одной из точек с учетом пусть даже слабо выраженного изменения фототона или рисунка изображения на аэрофотоснимке, небольшого перегиба в рельефе, заметного на глаз по смене растительности или цвета пашни и т.д. Практически метод сближения точек для поиска границ применяется очень редко.

При полевом картографировании нужно преодолевать тенденцию «оттягивания» момента проведения границы. Полевые (или проверенные в поле ранее отдешифрированные границы) не подлежат в последующем изменениям. В виде исключения может быть допущено изменение контуров, если лабораторные анализы показали, что один контур надо разбить на два или же необходимо уточнить границу между соседними комплексами.

Как должны проходить маршруты и сколько точек потребуется заложить на единицу площади, ориентировочно определяют еще до выезда в поле и при рекогносцировке, исходя из масштаба работ, степени сложности территории, качества картографической основы и наличия или отсутствия достаточно качественных аэрофотоматериалов. Основное требование при этом - необходимое количество точек, нанесенных на карту для характеристики всех контуров, изображение которых рационально для данного масштаба.

Разрешающая способность изображения мелких контуров на крупномасштабных картах очень велика, и практически использовать ее до конца не всегда рекомендуется, так как при этом создается излишняя дробность контуров, учитывать которую в хозяйственной деятельности не представляется возможным. Из мелких природных территориальных комплексов на карту следует наносить (либо в масштабе, либо внемасштабными значками) лишь те, которые характерны для ландшафта или выделяются в лучшую или худшую сторону по возможности хозяйственного использования.

Из табл. следует, что при крупномасштабной съемке не рекомендуется до конца использовать разрешающую способность карты, чтобы не перегружать ее излишне мелкими контурами. В то же время средний и мелкий масштабы даются уже с полной нагрузкой. Отметим, что в атласах, где преобладают мелкомасштабные карты, нередко допускается изображение природных контуров мельче «достижимых» величин.

Методика составления карт разных масштабов различна.

При крупном масштабе (1: 200 - 1: 100 000) производят сплошную съемку. Начинается она с заложения опорного комплексного профиля и осуществляется далее путем пеших маршрутов с заложением дополняющих профилей и отдельных точек фациальных описаний (основных и картировочных) с последовательной отработкой всех участков картографируемой территории. Размещение точек при этом должно быть лишь относительно равномерным. Важно, чтобы не оставалось крупных «белых пятен» и чтобы на каждый вид ПТК было составлено подробное и достоверное описание. На участках со сложной морфологической структурой густота заложения точек, естественно, возрастает. Материалы аэрофотосъемки достаточно ярко выявляют однородные или неоднородные в природном отношении участки территории и помогают рационально разместить точки описаний.

При среднем масштабе (1: 200 000 - 1: 1 000 000) съемку производят на детально исследуемых ключевых участках (также с применением профилирования) и ведут маршрутные исследования, в процессе которых выявляют (или проверяют ранее отдешифрированные) границы ПТК и составляют характеристики природных комплексов по пути следования. На остальную территорию карту составляют в полукамеральных условиях на базе экспедиции с использованием полевых наблюдений и имеющихся картографических и аэрофотоматериалов.

При мелком масштабе (мельче 1:1 000 000) карту составляют практически целиком в камеральных условиях. В поле лишь выявляют или проверяют те участки границ, которые могут быть пересечены маршрутом. Сеть точек на местности гораздо более разреженная. Масштаб карты обусловливает возможность отображения на ней ПТК различных рангов. Так, фациальное картирование возможно только для самых крупных масштабов, не мельче 1:2000. В масштабах 1: 5000 - 1:25 000 изображают подурочища и урочища. В обобщенных крупных масштабах (1: 50 000 - 1: 100 000) уже не каждое урочище может быть изображено на карте. Часто приходится объединять контуры в группы урочищ или картографировать местности. То же относится и к среднемасштабным картам (1:200 000 - 1:1000 000). Мелкий масштаб (мельче 1:1 000 000) дает возможность изображать либо ландшафты, либо их типологические группировки.

Способ размещения точек по регулярной сети квадратов, по нашему мнению, не рационален. Во-первых, в ячейки квадратов могут «провалиться» малые субдоминантные или дополняющие ПТК, без которых характеристика вмещающего их комплекса будет неполноценной. Во-вторых, на обширных по площади доминирующих ПТК густота точек, заложенных по квадратам, может оказаться избыточной и приведет к излишней трате времени и средств на полевое обследование. Кроме того, надо дифференцировать автономные (элювиальные) и подчиненные (аккумулятивные) комплексы. Сетку квадратов применяют в особых случаях, когда необходимо абстрагироваться от уже известной нам ландшафтной структуры (исследовать как бы неизвестную территорию или территорию с незаданными параметрами), либо, наоборот, когда территория очень хорошо известна. Например, геоинформационные системы представляют собой сетки квадратов, в которых каждый квадратик (пиксел) охарактеризован во всех слоях ГИС. И тем не менее лучше и для ГИС использовать ландшафтную карту, так как она способствует выявлению связи структуры с функционированием ландшафта, хороша для согласования контуров отраслевых карт.

Для почвенной съемки принята выработанная в процессе картографирования (в основном сельскохозяйственных земель) определенная степень обеспеченности точками наблюдений при разных масштабах работ в условиях различной сложности строения территории. Эту же степень обеспеченности весьма ориентировочно можно принять и для комплексных физико-географических исследований (табл.).

Разделение территории по степени сложности почвенной съемки (в порядке нарастания сложности) имеет следующий вид:

I категория: степные и пустынно-степные территории с равнинным, очень слабо расчлененным рельефом и однообразным почвенным покровом. Контуры почвенных комплексов (участков с мелко раздробленным сочетанием разновидностей почв) занимают не более 10 % от площади обследования.

II категория:

а) степные территории с рельефом, расчлененным на ясно обособленные элементы с однообразным на них почвенным покровом. Контуры почвенных комплексов занимают не более 10 %;

б) территории I категории с площадью почвенных комплексов 10 — 20%.

III категория:

а) степные и лесостепные территории с волнистым расчлененным рельефом, разнообразными почвообразующими породами, неоднородным почвенным покровом;

б) территории I категории с площадью почвенных комплексов 20-40%;

в) территории II категории с площадью почвенных комплексов 10 - 20 %;

г) лесные районы, значительно освоенные под земледелие, с ясно расчлененным рельефом и наличием заболоченных площадей не более 20 %.

IV категория:

а) лесные районы, мало освоенные под земледелие, с наличием 20 - 40% заболоченных мест;

б) степные и пустынно-степные территории с сильным развитием комплексности почвенного покрова (40-60% комплексов);

в) поймы, плавни, дельты рек с несложным почвенным покровом, с залесенностью и закустаренностью меньше чем на 20 % площади;

г) незалесенные горные и незалесенные сильно расчлененные предгорные территории;

д) тундры.

V категория:

а) лесные территории с большим количеством болот (более 40 %);

б) залесенные горы и предгорья;

в) поймы, плавни, дельты со сложно неоднородным почвенным покровом (пестрый механический состав, засоление, заболоченность) или с залесенностью более 20 % площади.

Определение категорий сложности территории для целей ландшафтной съемки по приведенным критериям не просто, поскольку у исследователя могут отсутствовать данные о степени комплексности почвенного покрова. Поэтому следует пользоваться и другими материалами. Так, топографическая карта дает хорошее представление о рельефе территории, степени лесистости, заболоченности. Ее анализ позволяет сразу же «отсечь» одну-две категории, например, первую и пятую. Если еще использовать карты физико-географического районирования и ландшафтные (обычно более мелкого масштаба), то выделить контуры оставшихся трех категорий окажется несложно.

Опыт показал, что общее число точек на единицу площади примерно соответствует тому, что указывается для почвенной съемки.

Ландшафтоведам необходимо выработать свои критерии сложности территории, исходя из сложности морфологической структуры ПТК. Такие попытки имеют место, но в виде утвержденных инструкций они пока отсутствуют. Так что для предварительных расчетов требуемого времени и средств для ландшафтной съемки можно пользоваться разработками почвоведов. Однако комплексное описание фации сложнее, чем описание почвы, поэтому средняя норма выработки на ландшафтной съемке меньше, чем на почвенной.

Впрочем, нормы эти тоже еще не разработаны и не установлены. А. А. Видина считает, что, составляя карты крупного масштаба, один съемщик может сделать в день 10-12 полных комплексных описаний, а вместе с картировочными точками до 20 - 23. Количество описаний точек сокращается до 7-8, если необходимо совершать значительные переходы. И при больших, и при малых переходах съемщик обеспечен рабочим.

При среднем и мелком масштабах работ, когда значительное время затрачивается на переезды и наблюдения между точками количество ежедневно описываемых точек еще более сокращается.

Отметим, что разные ландшафты (равнинные или горные, пустынные или тундровые, плакорные или пойменные и т.д.) обладают разными вариантами иерархической организации, т.е. разными степенями фрактальности. Поэтому в одних случаях выявляют лишь количество соподчиненных единиц (фаций, урочищ, подурочищ и т.д.), в других картина оказывается более простой, поскольку выпадают какие-то единицы (например, подурочища или местности). Или, напротив, строение усложняется, и уже не хватает каких-то промежуточных единиц, пока еще не вошедших в принятую иерархическую систему ПТК.

В последнем случае не следует «втискивать» реально выявленную сложность строения ландшафта в заведомо тесные для нее рамки, а надо найти способ наиболее адекватного отражения реальности на карте и в пояснительном тексте.