Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

THE LIMITATION PRINCIPLE AND CURRENT PROBLEMS IN MODERN GEOGRAPHY

Naprasnikov A.T. 1, 2
1 V.B. Sochava Institute of geography SB RAS
2 Irkutsk State University
This paper outlines the formation scenario for natural and economic systems as the factor of their limit condition. Any natural conditions are characterized by limiting dimensions and by maximal intensity. In geosystems, their adaptation to external effects and development end in the limit, and the attainment of a full harmony with the climate is followed by the degradation or renewal. These statements serve as the substantiation of their limit condition and the potential of economic development. They were complemented by the law of the physical-geographical process and the principle of complementarity. Such an approach was successfully used in analyzing the natural and economic systems as the final cycle characteristic for their development. On the whole, for the biological sphere (131.4 mil. km2) the limit was assessed at 32.4 mil. km2. It is the limit of development of large natural complexes. Their total value is considerably larger. The limit also substantiates the mass and energy balances of lands under cultivation. Therefore, the geographical limit can be treated as a maximal function of the interaction of separate landscapes with the climate. Eventually their equifinal state is reached. In the late 20th century, the areas of a number of cultivated and reserve lands on the globe have already exceeded the geographical limit (34.81 mil. km2). For instance, the lands under irrigation in the late 20th century reached 1.11 mil. km2, which is equal to irrigation of subtropical desert lands, 1.06 mil. km2. These landscapes have now been developed by man and are totally transformed. The other systems showed a polynominal reduction in irrigated areas relative to their size. A further expansion of irrigated lands is undesirable. They will affect hard-to-develop waterlogged and desert lands. This dictates a need to improve productivity of the existing cultivable lands. Further, an analysis is mad of not only theoretical but also practical research on sustainable land management.
geographical limit
succession
climax state of landscape
physical-geographical process
cultivable lands

Понятие предела прослеживается в ряде естественных наук в виде определений фаз зрелости, оптимальной интенсивности, критических величин массы, энергии и площадей ландшафтов. В физической география в конце ХХ в. было обосновано «феноменологическое представление об иерархической организации территории, о статистической связи компонентов ландшафта, о соотношениях характерного пространства и времени процессов» [1]. Однако предел данных явлений до сих пор не раскрыт. В этой связи в работе была поставлена цель: осуществить анализ и обоснование пределов развития природных и хозяйственных систем и потенциала их использования.

Результаты исследования и их обсуждение

Впервые положение ограничивающего (лимитирующего) фактора обосновано в законе толерантности В.Э. Шелфорда, так называемого закона минимума Либиха. Его признаки имеются в принципе дополнительности Н. Бора, оптимуме физико-географического процесса А.А. Григорьева, в геосистемах В.Б. Сочавы. Эти разрозненные положения в биологии, географии и физике оказались едиными в познании взаимодействий ландшафта с внешними ресурсами окружающей среды, с хозяйственной деятельностью человека. В экологии правило В.Э. Шелфорда является универсальным законом толерантности. Диапазон толерантности по каждому фактору ограничен минимальными и максимальными состояниями [2]. Максимальное состояние рассматривается как высшая, кульминационная точка, за которой следует затухание. Выражен процесс колоколообразной формой с максимумом оптимального, завершающего развития. В геологическое периоды такие явления имели место, когда возникала необходимость сохранения организмов в замкнутых (рефугиумах) пространствах, переживая неблагоприятный для них период [3]. Подобные проявления характерны для распределения разных групп фаций в определенных площадях географических систем [4]. Анализ современного природопользования в России позволил выявить пределы экологического риска и новые экологические угрозы [5]. В географии был обоснован оптимум физико-географического процесса как вершина его развития в условиях равенства атмосферных осадков водному эквиваленту радиационного баланса (испаряемости). В почвах при нем формируется оптимальное увлажнение, равное наименьшей влагоёмкости. В этих условиях биологическая продукция достигает максимальных величин. Данные критерии послужили основой определения мелиоративных норм орошения и осушения – отличное научное достижение, внедренное в практику хозяйственной деятельности человека.

Развитие физико-географического процесса подтверждается сукцессией, отражающей последовательную смену состояний ландшафта. Содержание процесса логично дополняется климаксовым состоянием ландшафта с высшей стадией развития ландшафта, соответствующей полному единству с климатом. Кульминация подобного развития определяется как «эквифинальное состояние».

Реализация принципа предельности в гидрологии прослеживается на примере низкого стока рек бассейна Колымы. Модуль минимального стока возрастает до 12 л/с. км2 при нарастании водосборной пощади до 100–1000 км2. Последующий рост площадей резко сокращает летнюю межень. Это происходит, когда водный режим гор сменяется равнинным. За этим следует увеличение площади водосбора, занятой растительностью, и, следовательно, повышение испарения. В гидрологии условия формирования стока рек осуществляются по сценарию физико-географического процесса. В определенные периоды водные потоки приобретают многоводный и маловодный режимы, отражают проявления предельных состояний [6].

Во всех изложенных формулировках присутствуют признаки оптимума и предела развития природных систем. Они соответствуют общему представлению о физико-географическом процессе, включающим развитие (адаптацию к внешним воздействиям), достижение зрелости (оптимума) – географического предела и последующую деградацию всей системы. Данные положения полностью реализуются в современной мелиорации, при создании совершенных мелиоративных систем. Так, эквивалентное равенство тепла и влаги обеспечивает наименьшую влагоемкость почв и, соответственно, оптимальную продуктивность.

Принцип предельности и дополнительности в географии и геоэкологии

Б.М. Ишмуратов впервые применил принцип дополнительности Н. Бора при анализе географических проблем [7]. Автор предложил расширить известную концепцию единством предельных и экстремальных явлений в физической и экономической географии. Общее определение принципа дополнительности в географии сформулировано следующим образом. Многие природные процессы представляют собой предельные, несовместимые и исключающие друг друга явления. Лишь совместные взаимодействия могут сформировать единый завершающий процесс.

Наглядным примером может быть обоснование единства водного и теплового балансов. Современные достижения науки обеспечили их объединение введением в структуру водного эквивалента радиационного баланса – максимально возможного радиационного испарения и параметра n, определяющего их материальное и энергетическое единство. Данное единство объединяет коэффициент увлажнения – отношение атмосферных осадков к максимально возможному испарению β = Х/Ем.

Вторым примером может быть единство мелиорации с экологией. Мелиорация, повышающая продуктивность земель, трансформирует их, а экология призвана сохранять. Эти противоречия преодолеваются посредством третьего дополнительного фактора – балансом равноценных затрат на сохранение экосистем и обеспечение мелиорацией максимальной биологической продукции.

Реализация принципа предельности в географии, геоэкологии и мелиорации

Доказательной базой изложенных положений послужили данные Г.В. Добровольского, И.С. Урусевской [8], представленные в виде модели рациональной структуры земельных угодий. Эти данные для современной действительности несколько устарели. Но они являются единственной информацией, которая обеспечивает баланс связей между разными типами ландшафтов и составляющими хозяйственной деятельности человека. Исходная информация была проверена, исправлена и дополнена данными из других литературных источников [9].

На планете площади пахотнопригодных земель в конце прошлого столетия составили 32,78 млн км2, 22 % от размеров суши (149 млн км2) или от биологической сферы (133,4 млн км2) – 24,6 %. Географический предел определяется типом и рангом природной системы.

Региональный анализ используемых и резервных площадей пашен характеризуется графиками (рис. 1, А). Наивысшая точка тренда (y1) во влажных и засушливых тропических системах представлена предельной пощадью используемых и резервных земель – 6,3 млн км2. За гранью предела 6,3 млн км2 еще в конце ХХ в. оказались почвы влажных тропических почв с пониженнными размерами почв – 6,1 млн км2. Последующее снижение тренда (y1) указывает на меньшую интенсивность развития этой системы. К данному пределу приблизились тропические засушливые земли с размерами 5,9 млн км2 на площади 17,1 млн км2.

napr1a.tif napr1b.tif

А Б

Рис. 1. Изменения площадей пашен в региональных и зонально-планетарных системах

Зональный анализ больших почвенных групп пахотнопригодных земель осуществлялся по площадям тундр, пустынных почв, черноземов, красноземов и желтоземов, пепельно-вулканических, каменистых, песчаных и других почвенных комплексов. Результаты представлены корреляциями (рис. 1, Б).

Во влажных биоклиматических комплексах с площадью 39 млн км2 географический предел пашен составил 12,24 млн км2. В сухих и неудобных землях используется 4,3 млн км2 в пределах 21,8 млн км2 географических систем. Имеется возможность расширять площади и использовать, но, видимо, данный подход является неэффективным.

Планетарный анализ зональных и больших почвенных групп земель осуществлялся с привлечением площадей биосферы – 131,5 млн км2 и потенциала пахотнопригодных земель – 31,9 млн км2. Был определен их географический предел – 32,4 млн км2. В конце ХХ в. под пашнями было 32,78 млн км2. Моделью рациональной структуры земельных угодий суши предусматривалась возможность расширения площадей обрабатываемых земель до 26,78 млн км2 [10]. Таким образом, по разным методам в конце прошлого столетия должно быть освоено земель, соответствующие площадям географического предела – 32,4 млн км2. Но это в основном соответствовало освоению тропических влажных и засушливых земель. Практически ещё в прошлом веке потенциальный предел освоения пахотнопригодных земель был завершен. Пашни сухих и климатически непригодных земель составили 4,7 млн км2 на площади биоклиматических комплеков 8,6 млн км2. Здесь потенциальный резерв освоения огромный, но явно нерентабельный. По утверждению Г.В. Добровольского, площади в таких биоклиматических комплексах трудно осваиваемые.

Анализ зональных и больших почвенных групп земель России

В России прослеживается зонально-региональная дифференциация сельскохозяйственных угодий (рис. 2, А). Это равнинные леса, лесостепи и степи. Обособленно выделяются площади лесов северной тайги и южных гор. Первые характеризуются избытком влаги и недостатком тепла, слабо заселенными землями с минимальными площадями сельхозугодий – 0,06–0,12 млн га. Вторые обеспечены теплом и влагой, сформированы интенсивным (гидрологическим) сбросом избытка влаги в горах. При данных условиях формируется наименьшая влагоёмкость горных почв в пределах 43 млн га, при общей площади горных систем – 565,4 млн га. Эти условия обеспечивают высокую продуктивность культурных растений.

napr2a.tif napr2b.tif

А Б

Рис. 2. Пахотнопригодные земли России и орошаемые земли планеты

Площади сельскохозяйственных угодий равнин России являются функцией размеров природных зон (рис. 2, А). Здесь в природных комплексах, размером 149 млн га, максимальный географический предел сельскохозяйственных угодий составляет 75,2 млн га. К данному пределу близка хозяйственная деятельность в лесостепи. В ней распаханные земли составляют 72,8 млн га на 127,3 млн га геосистем. Лесостепь практически вся освоена хозяйственной деятельностью.

Частично освоены южные части лесов и тайги – южно-таежные и южно-лесные ландшафты. Они трансформировались в локальные природно-технические, урбанизированные и аграрные системы. Их состояние обеспечивается взаимодействием с окружающей средой и контролируется деятельностью человека. Однако здесь антропогенные ландшафты окружены слабо измененными лесами и тайгой. Подобный «симбиоз» городских и сельскохозяйственных конгломераций в окружении естественных лесов возможно отнести к землям России с благоприятными условиями для проживания человека. Они являются и резервом их последующего освоения.

В других природных системах площади сельхозугодий России наименьшие по сравнению с географическим пределом (79 млн га). В лесостепи они равны 72,8 млн га, в умеренно влажных степях – 58,9 млн га, в сухих степях – 19 млн га, полупустынях – 11,2 млн га. Таким образом, в России еще имеется значительный резерв возможного освоения целинных земель. Но в целях их рационального использования необходимы соответствующие ландшафтные, экологические и мелиоративные исследования.

Мелиорация земель и предел их освоения

В конце ХХ в. в природных системах планеты с площадью 13 млн км2 предел орошаемых земель достиг 1,11 млн км2 (рис. 2, Б). Это предел орошения оказался равным орошению субтропических пустынных земель – 1,06 млн км2. Ландшафты освоены человеком и полностью преобразились. Данный предел, как бы «позволен» природой и соответствующими экономическими затратами.

В остальных ландшафтах прослеживается единая тенденция – с увеличением геосистем орошаемые земли возрастают. Но только до географического предела 1,11 млн га. При последующем росте площадей ландшафтов размеры орошаемых земель сокращаются. Данный географический предел превышен в засушливых тропических комплексах с площадями 17,1 млн км2 и с орошаемыми землями 0,8 млн км2. К нему приближаются тропические пустынные земли с площадями 1,06 млн км2 и с орошаемыми землями 1,1 млн км2. В остальных системах проявляется полиноминальное сокращение орошаемых площадей относительно их размеров. Все это отлично фиксирует корреляцией тренда графика (рис. 2, Б). Дальнейшее расширение орошаемых земель нежелательно. В связи с этим необходимо повышать продуктивность уже имеющихся пахотнопригодных земель.

Во всём изложенном следует подчеркнуть особенность географического предела. При полной согласованности ландшафтных и климатических ресурсов они достигают максимальных величин. Хорошо известно, что данный процесс усиливается антропогенной деятельностью [9]. Практически любые изменения составляющих ландшафтов сопровождаются накоплением в них тепла. Возможно предположить, что источником современного глобального потепления являются территории государств с существенно преобразованными промышленностью и сельским хозяйством ландшафтами: США, Китай, Индия. В них следует ожидать макрорегиональные повышения температуры атмосферы, а ее распространение посредством северо-западной атлантической и муссонной тихоокеанской циркуляции воздушных масс, возможно, обеспечивает глобальное потепление климата.

Заключение

Обоснован географический предел природных систем – региональный, зональный и планетарный. Это в основном понятие физико-географическое. Здесь подразумевается эквифинальное состояние, к которому стремится на определенном эволюционном этапе природная система. Географический предел отражает высшую стадию развития, соответствующую наиболее полному единству с ресурсами климата. За этим следует ослабление устойчивости географической системы, ее полная деградация или преобразование в иную форму. Таким образом, географический предел завершает формирование размеров природных систем, достижение ими оптимальной интенсивности (естественной и хозяйственной) и максимальной биологической продуктивности.

В целом на планете еще в конце ХХ в. наступил предел использования земель под пашни и появились признаки критического состояния природных систем. Продолжилось освоение территорий, неудобных для земледелия, которые потребовали повышения экономических затрат. Наступил момент учитывать равнозначность затрат на сохранение природной среды и создание эффективных хозяйственных систем, безвредных для природы и человека.

Деградирующие и видоизмененные человеком природные системы накопили значительные масса-энергетические ресурсы и влияют на климат обратным интерактивным воздействием. В зависимости от сценария данного взаимодействия, возможно ожидать формирование глобального потепления или наступающего ледникового периода. Ведущая роль в данном процессе принадлежит географическим системам, контролируемых антропогенной деятельностью. Данное утверждение может являться альтернативой множеству гипотез, объясняющих иные климатические изменения на планете.