Содержание к диссертации
Введение
1. Общая характеристика природы долины нижней Томи 9
1.1. Географическое положение 9
1.2. Геологическое строение и история развития территории 10
1.3. Рельеф 15
1.4. Климат 23
1.5. Поверхностные и подземные воды 27
1.6. Почвы 32
1.7. Растительность 37
1.8. Животный мир 42
2. Историко-географические особенности хозяйственного освоения и антропогенного воздействия на ландшафты Нижнего Притомья 44
2.1. Пространственный ход заселения и освоения территории до начала XVII в. (этап «гармонии человека и природы») 44
2.2. Начало земледельческого освоения долины нижней Томи (XVII в.)... 48
2.3. Активное крестьянское заселение долины и начало транспортного строительства (начало XVIII в. - вторая половина XIX в.) 52
2.4. Начало индустриализации (вторая половина XIX в. - начало 1940-х гг.) 61
2.5. Интенсивное преобразование ландшафтов в результате индустриализации, транспортного строительства и интенсификации сельского хозяйства (с 1940-х гг.) 68
3. Ландшафтный анализ долины нижней Томи на основе геоинформационного картографирования 80
3.1. Теоретические аспекты исследования 80
3.2. Геоинформационное картографирование в ландшафтном анализе территории 87
3.3. Исходные данные и источники для ландшафтного картографирования и создания ГИС
3.4. Методика крупномасштабного геоинформационного картографирования долинных геосистем 93
3.5. Морфометрический анализ долины нижней Томи с помощью цифровой модели рельефа 96
3.6. Картографирование типов местностей 105
3.7. Типы и структура урочищ 112
4. Изменения долинных геосистем Нижнего Притомья с конца XIX в. по начало XXI в 130
4.1. Естественные изменения ландшафтной структуры 130
4.1.1. Боковая эрозия реки и преобразование рельефа долины 131
4.1.2. Изменения геосистем в результате эрозионно-аккумулятивной деятельности рек 145
4.1.3. Изменения геосистем под воздействием болотообразования 149
4.2. Ключевые факторы антропогенной модификации геосистем 153
4.2.1. Промышленная деятельность 154
4.2.2. Сельскохозяйственная деятельность 162
4.2.3. Расширение селитебных территорий 166
4.2.4. Транспортное строительство 171
4.3. Антропогенные изменения долинных геосистем в окрестностях Томска 176
Заключение 179
Список использованных источников и литературы
- Геологическое строение и история развития территории
- Начало земледельческого освоения долины нижней Томи (XVII в.)...
- Исходные данные и источники для ландшафтного картографирования и создания ГИС
- Изменения геосистем под воздействием болотообразования
Введение к работе
Часами можно ходить по тёмной тайге или выжженной солнцем степи, будучи иногда даже подавленным их однообразием, а нередко и безмолвием, но, выйдя к речной долине, всегда поражаешься свежестью и щедростью живой
природы, тучными лугами, ярким зелёным колоритом...
А.А. Максимов [1974, С. 81]
Актуальность. Изучение природных комплексов долин крупных рек имеет теоретическое и практическое значение, так как в этих долинах, часто пересекающих разные ландшафтные зоны и провинции, наблюдается ярко выраженная специфика ландшафтной структуры. С другой стороны, долины рек - это наиболее освоенные в хозяйственном отношении территории.
Долина нижней Томи характеризуется сложной ландшафтной структурой, что обусловлено её" положением в зоне перехода от Алтае-Саянской горной страны к Западно-Сибирской равнине. Природные комплексы долины отличаются высокими темпами естественных изменений. Помимо этого, за период хозяйственного освоения многие геосистемы претерпели существенную антропогенную модификацию. Особенно интенсивные изменения геосистем в долине Томи наблюдаются с середины XX в. в связи с усилившейся промышленной и сельскохозяйственной деятельностью (добычей песчано-гравийной смеси в русле Томи, осушительной мелиорацией, распашкой земель), транспортным строительством и ростом селитебных зон.
Анализ литературных источников показал определённую нехватку работ с комплексной характеристикой природных систем долины нижней Томи и описанием их эволюции. Имеющиеся публикации базируются в основном на сред-немасштабном ландшафтном картографировании, сделанном более 20 лет назад.
В то же время в связи с реализацией концепции устойчивого развития, широким внедрением систем экологического менеджмента и усилением внимания к задачам рационального природопользования и охраны окружающей среды назрела необходимость в крупномасштабных исследованиях структуры и динамики долинных геосистем Нижнего Притомья, а развитие в последние годы технологий геоинформационного картографирования и сложного пространственного
5 анализа позволяют вывести такие исследования на новый уровень. Всё вышесказанное определило цель данного исследования.
Цель и задачи исследования. Цель работы - характеристика ландшафтной структуры долины нижней Томи (в пределах Томской области), а также естественных и антропогенных изменений долинных геосистем с конца XIX в. Для достижения цели были поставлены и последовательно решены следующие задачи:
изучить современное состояние природных компонентов ландшафтов долины нижней Томи;
проанализировать историко-географические особенности хозяйственного освоения и антропогенной модификации ландшафтов Нижнего Притомья;
разработать методику крупномасштабного геоинформационного картографирования долинных геосистем, создать на её основе географическую информационную систему (ГИС) долины нижней Томи и картографировать геосистемы в масштабах 1:10 000 - 1:25 000;
изучить динамику и эволюцию геосистем на основе разновременных картографических источников, данных дистанционного зондирования (ДЦЗ) и материалов полевых исследований.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является долина нижней Томи. Предмет исследования - внутридолинная дифференциация геосистем (ранга местностей и урочищ), их современное состояние, естественная динамика, эволюция и антропогенная модификация за 100 лет (с конца XIX в.).
Теоретическая и методологическая основа исследования базируется на идеях и трудах в области географии, общего и прикладного ландшафтоведения А.Г. Исаченко, Ф.Н. Милькова, Н.Л. Беручашвили, В.Б. Сочавы, А.А. Краукли-са, B.C. Михеева, В.В. Козина, И.И. Мамай, К.Н. Дьяконова; учтен опыт региональных исследований А.А. Земцова, В.И. Булатова, B.C. Хромых, Н.С. Евсеевой, П.Н. Рязанова, В.В. Суркова, В.В. Хахалкина, О.Н. Барышниковой, Л.В. Шерстобитовой и др. С целью разработки методики крупномасштабного геоинформационного картографирования долинных геосистем автором использовались теоретические концепции и практические рекомендации в области картографии, геоинформатики и моделирования геосистем Р.Ф. Томлинсона,
П.А. Барроу, М.Н. ДеМерса, A.M. Берлянта, В.И. Кравцовой, B.C. Тикунова, А.В. Кошкарева, И.К. Лурье, А.К. Черкащина, А.Д. Китова, В.В. Хромых и др.
Информационная база исследования. Основной объём фактического материала получен автором в ходе полевых исследований в долине нижней Томи с 2001 по 2006 гг. Комплексные ландшафтные описания, включающие геоботанические площадки и почвенные разрезы (211 точек), проводились с применением GPS-съёмки и охватывали территорию от окрестностей с. Ярское до устья Томи площадью около 1 тыс. км . При создании ГИС использовались топографические карты масштаба 1:25 000 съёмок 1977-1981 гг. (31 карта), топографические планы землеустройства 1:10 000 съёмки 1998 г. (77 листов), топографические планы долины нижней Томи 1:10 000, составленные в 1896 г. (22 листа), топо-план Томска 1:10 000, составленный в 1930-1932 гг., карта почв и растительности окрестностей Томска 1928 г., карта растительности окрестностей Томска 1929 г., лоции Томи (94 листа), аэрофотоснимки (АФС) 1944-73 гг. (158 снимков), космические снимки (КС) Terra (Aster) 2000-2004 гг. с пространственным разрешением 15 м (7 снимков) и Quick Bird II 2005 г. с пространственным разрешением 2,4 м (37 снимков). Кроме этого, были использованы фондовые материалы Томскнефтегазгеологии и ЗапсибНИИгипрозема.
Методы исследования, В работе применялись методы комплексных физико-географических исследований, включая полевые и дистанционные. При создании ГИС использовались математические методы моделирования, а для анализа - статистические методы. Широко применялись новейшие методы геоинформационного картографирования и сложного пространственного анализа. При изучении динамики и эволюции геосистем использовались сравнительно-картографический и историко-картографический методы. Программное обеспечение ГИС: полнофункциональный программный комплекс ArcGIS 9.0 (ESRI Inc.), ГИС-пакет для работы с ДДЗ ERDAS Imagine 8.7 (Leica Geosystems Inc.), векторизатор Easy Trace 6.2 (Easy Trace Group). Научная новизна: 1, Впервые создана геоинформационная система долины нижней Томи, включающая крупномасштабную (1:10 000 - 1:25 000) ландшафтную карту, цифровую модель рельефа, карты растительности и ландшафтов участков
7 долины 1896, 1928, 1930, 1944, 1954, 1979 гг., тематические карты динамики гидросети и геосистем, а также базу данных полевых исследований. На основе созданной ГИС проведён детальный ландшафтный анализ.
Адаптирована методика геоинформационного картографирования применительно к крупномасштабным ландшафтным исследованиям речных долин.
Впервые для долины нижней Томи на основе цифровой модели рельефа построена серия крупномасштабных карт ключевых показателей рельефа, создана трёхмерная модель долины, проведён углубленный морфометриче-ский анализ долинных геосистем.
Выявлены основные факторы динамики и эволюции долинных геосистем, проанализированы естественные и антропогенные изменения ландшафтной структуры долины нижней Томи за последние 100 лет на основе сопоставления в ГИС разновременных крупномасштабных карт, АФС, космических снимков сверхвысокого разрешения и материалов полевых исследований.
Установлена степень антропогенной модификации различных геосистем и оценена направленность их изменений за период с конца XIX в. Основные положения, выносимые на защиту:
Долина нижней Томи являет собой парагенетический ландшафтный комплекс, состоящий из сложного набора геосистем локального уровня. Выявленная на основе пространственного и морфометрического анализа ландшафтная структура долины включает пять типов местности и 112 типов урочищ и обусловлена комплексным взаимодействием зональных и азональных факторов.
Геоинформационный анализ естественной динамики геосистем за 100 лет свидетельствует о явном преобладании в прирусловой и центральной пойме Томи изменений, связанных с эрозионно-аккумулятивной деятельностью реки, а на притеррасной пойме и надпойменных террасах - с болото-образованием. Последнее значительно усиливается в приустьевой части долины, где развитие геосистем направлено в сторону заболоченных комплексов южной тайги, в отличие от более дренированных геосистем верхнего участка долины.
8 3. Геосистемам долины присуща различная степень антропогенной модификации. Анализ исторических этапов освоения Нижнего Притомья позволяет сделать вывод о преобладании антропогенных путей развития природных комплексов южнее пос. Самусь. Вектор современной динамики геосистем здесь направлен в сторону значительного иссушения вследствие снижения уровня грунтовых вод, произошедшего из-за наложившихся друг на друга антропогенных факторов.
Практическая значимость. Материалы диссертации могут использоваться в природоохранных учреждениях при обосновании и экспертизе хозяйственных проектов, для картографо-информационного обеспечения оценки воздействия на окружающую среду и комплексного экологического мониторинга, созданная цифровая ландшафтная карта - также в комитетах по землеустройству для учёта земельных ресурсов и кадастровых работ, а цифровая модель рельефа - в комитете по вопросам ГО и ЧС Томской Областной Администрации для оценки эрозионной опасности и прогноза зон затопления при паводках на Томи. Работа представляет интерес для краеведческих организаций и учителей школ. Отдельные разделы диссертации используются автором при проведении учебной географической практики и чтении лекционных и практических курсов «Компьютерная графика», «Настольные картографические системы», «Цифровые модели рельефа» в Томском государственном университете.
Апробация работы и публикации. Основные положения работы доложены автором на девяти научно-практических конференциях и пленумах, в том числе международных (I Сибирская конференция молодых учёных по наукам о Земле, Новосибирск, декабрь 2002 г.; XXVII Пленум Геоморфологической комиссии РАН, Томск, август 2003 г.; IX конференция пользователей программных продуктов ESRI и Leica Geosystems, Голицыне, октябрь 2003 г.; XI Ландшафтная конференция, Москва, август 2006 г.). Опубликованы 13 научных работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и 29 приложений. Основной текст изложен на 181 страницах и включает 12 таблиц, 145 рисунков. Список литературы содержит 301 источник.
Геологическое строение и история развития территории
Исследуемая территория расположена в районе сочленения Западно-Сибирской плиты и Колывань-Томской складчатой зоны, граница между которыми условно проводится по реке Бол. Киргизке [Парначёв В.П., Евсеева Н.С., 2004], разделяя долину на два участка: верхний (южный) и нижний (северный).
Палеозойский комплекс пород, рассматриваемый в качестве фундамента, представлен алевро-песчанистыми сланцами каменноугольного возраста. Поверхность фундамента представляет собой низкогорный рельеф с перепадами высот до 250 м и бронирована каолиновой корой выветривания. Ниже Томска долина Томи наследует грабенообразную структуру палеозойского фундамента (рифта), имеющую северо-западное направление, ширину около 10 км и глубину погружения свыше 500 м [Мананков А.В., Парначёв В.П., 1999].
Мезозойско-кайнозойский комплекс пород - платформенный чехол, представленный меловыми, палеогеновыми, неогеновыми и четвертичными отложениями, имеющими мощность от нескольких десятков до сотен метров.
В позднем палеозое большая часть территории представляла собой мелководный прибрежно-морской бассейн. В конце палеозоя море регрессирует и наступает континентальный перерыв, длившийся большую часть мезозоя.
В течение мезозоя глинистые сланцы подвергаются интенсивной денудации, и образуется кора выветривания - светло-серые и белые каолиновые глины. По М.П. Нагорскому, климат был влажным и тёплым [Родной край, 1974].
Кайнозой представлен палеогеновыми, неогеновыми и четвертичными отложениями. Палеогеновые отложения залегают на поверхности коры выветривания и представлены песчано-гл инистым и осадками морского и континентального происхождения мощностью до 200 м. В эпоху эоцена современная правобережная зона Томи являлась прибрежной частью мелкого моря, расположенного к западу [Вашковски И., 1956]. В условиях тёплого и влажного климата господствовала пышная широколиственная древесная флора [Рагозин Л.А., 1948].
В начале миоцена современная правобережная зона Томи медленно поднимается, а параллельно с этим в западной части района происходит неравномерное опускание [Вашковски И., 1956], что приводит к началу формирования на рубеже миоцена и плиоцена речного потока пра-Томи, верховья которой располагались в Кузнецкой котловине. По мнению А.И. Лаврентьева [1975], отсутствие ниже г. Кемерово большого количества террас свидетельствует о молодости низовьев Томи. Опускание западной части Колывань-Томской складчатой зоны обусловило прорыв Томью водораздела северо-западнее Кемерово с верховьем одной из рек местной гидросети, долину которой она унаследовала.
В плиоцене-эоплейстоцене активизировались тектонические движения, что привело к общему поднятию гор Южной Сибири и формированию Томского вала, соответствующего антиклинальной структуре, заложенной ещё в конце палеозоя. В результате понизился базис эрозии местной гидросети, и усилилось расчленение территории. Сформировались галечники с гравелистыми песками, сохранившиеся во впадинах палеозойского фундамента. Поднятие территории Томь-Яйского междуречья продолжается до сих пор. Об этом свидетельствуют выходы коренных пород в руслах Басандайки, Ушайки, Киргизки и местами каньонообразный характер их долин [Мананков А.В., Парначёв В.П., 1995].
В неоплейстоцене наступило похолодание, которое привело к оледенению на значительной части Западно-Сибирской равнины (в том числе на севере Томской области) и образованию озёрно-подпрудных водоёмов. На водораздельных пространствах формировались покровные отложения - лёссовидные суглинки. Место таёжных лесов заняли лесотундровые ландшафты. В эпоху самаровского оледенения древняя долина Томи имела озеровидное расширение, сложенное ленточноподобными глинами с прослоями песков озёрно-аллювиального генезиса средненеоплейстоценового возраста. Мощность этих отложений возрастает с севера на юг, уклон древней долины имеет то же направление, что говорит о направлении стока реки, обратном современному [Фениксова В.В., 1977].
Среди осадков неоплейстоцена, голоцена выделяются также аллювиальные отложения современной речной сети (а " III, аН) и эоловые отложения (vIII-H).
Верхненеоплейстоценовые образования третьей надпойменной террасы (а III) выделены в районе Томска и севернее его, а также фрагментами на левобережье Томи. Разрезы, кроме русловых и пойменных фаций, имеют также хорошо выраженные старичные фации аллювия, которые отличаются глинистым составом, характерной тёмно-серой окраской и тонкой горизонтальной слоистостью. Преобладание песков в русловых фациях над галечниками, а в пойменных над суглинками показывает, что в широтный отрезок низовья Томи проникало влияние подпора, созданного в устье реки в эпоху максимального оледенения [Лещинский СВ., 2000]. Подошва аллювия третьей надпойменной террасы находится ниже кровли миоценовых пород водораздельного плато на 12-20 м, что указывает на более молодой возраст и вложенный характер аллювиальных накоплений долины. Максимальная мощность отложений третьей террасы 40 м.
Верхненеоплейстоценовые образования второй надпойменной террасы (а III) широко развиты и отличаются однотипностью. Естественные разрезы изучены у с. Вершинино, с. Калтай, г. Томск и г. Северск. Полный разрез второй террасы Томи описан В.В. Фениксовой [1977] у с. Калтай (прил. 1). Аллювий хорошо разделяется на русловые песчано-галечниковые, пойменные песчано-суглинистые, старичные глинистые фации и вложен в аллювиальные отложения третьей надпойменной террасы. Мощность аллювия второй террасы в разрезе -27 м. Ниже Томска вторая терраса становится эрозионно-аккумулятивной, а мощность аллювия уменьшается до 18-20 м. Момент вреза и заложения второй террасы соответствует тазовскому этапу развития гидросети, который характеризуется возобновлением стока рек на север. В это время окончательно оформился нижний, наиболее молодой участок долины, когда вследствие потепления климата ледник отступил, а на месте тундры и лесотундры стали произрастать темнохвоиные леса. Как отмечает А.А. Земцов [Родной край, 1974], в это время происходят перемещения речных долин Томи и Оби. Река Обь, впадавшая раньше в Томь несколько севернее Томска, изменяет направление своего течения и в результате этого Томь становится её правым притоком, приспособив свое русло к древнему, выработанному Обью, участку долины. О том, что здесь Томь прорезает чуждые ей толщи, говорит слой обской гранитной гальки, которая резко отличается от гальки Томи по своему петрографическому составу.
Начало земледельческого освоения долины нижней Томи (XVII в.)...
Первые достоверные сведения о людях, заселявших долину Томи в пределах исследуемой территории, датируются сроком 16-18 тыс. лет назад согласно современным археологическим исследованиям [Чиндина Л.А. и др., 1990] на месте палеолитической стоянки древнего человека (кроманьонца) около Лагерного сада, открытой в 1896 г. профессором зоологии Томского университета Н.Ф. Кащенко. Находка в 1988 г. в окрестностях г. Северск бивня мамонта с гравированными изображениями животных, выполненными около 16-17 тыс. лет назад, свидетельствует о существовании в низовьях Томи долговременных стойбищ палеолитических охотников, т.к. на кратковременных стоянках почти не встречаются произведения искусства [Васильев Е.А., 2004]. Долина Томи в это время оставалась почти незаселённой, а воздействие на природные системы практически отсутствовало.
В неолите (V-III тыс. лет до н.э.) происходит активизация заселения Нижнего Притомья, связанная с потеплением климата. Археологами найдены памятники древней культуры в окрестностях г. Томск, пос. Самусь, «Усть-Порос» на левом берегу Томи и «Чердашный Лог» недалеко от дер. Козюлино.
В середине II тысячелетия до н.э. сюда проникают носители более высокой культуры из оазисов Средней Азии. Пришельцы выступили скорее в роли культуртрегеров, нежели завоевателей [Васильев Е.А., 2004]. Они научили аборигенов разводить скот, возделывать землю и изготавливать изделия из бронзы: наконечники копий, топоров-кельтов, ножей. Об этом свидетельствуют находки с поселения Самусь IV, которое располагалось на мысе в устье р. Камышка и имело площадь 6 000 м2 [Матющенко В.И., 1960]. Скотоводство и примитивное земледелие распространились на исследуемой территории сначала в устье р. Ба-сандайка, а позднее и в других местах. Так постепенно в исследуемом районе произошёл переход от присваивающих форм хозяйства к производящим.
В первом тысячелетии до н.э. жители стали употреблять железные изделия, что позволило улучшить охоту и скотоводство. На нижней Томи известно более 20 памятников эпохи раннего железа: городище у дер. Козюлино, поселения у деревень Кижирово и Чернильщиково, у пос. Самусь, на р. Мурашка (рис. 22).
Для этого времени характерно строительство посёлков с земляным валом и деревянной городьбой в труднодоступных местах на крутом берегу Томи, у обрывов террас и т.п. Особенно выделялось городище на левом берегу Томи в 300 м к западу от современного села Тимирязевского, которое имело систему укреплений из нескольких рядов рвов и валов протяженностью по 200 м [Кузнецов С.К., 1890; Зиняков Н.М., 1982]. Крупные поселения также были найдены археологами на второй надпойменной террасе Томи в окрестностях с. Тахта-мышево и неподалеку от р. Кисловка [Беликова О.Б., Плетнева Л.М., 1983].
Были распространены также поселения в виде древних землянок - «кара-мо», сооруженных в виде бревенчатого сруба, поставленного в яму, покрытого сверху берестой и заваленного землёй. Примером может служить Басандайское поселение [Очерки..., 1968]. Таким образом, в этот период жители долины уже начали менять микрорельеф территории в своих интересах, и среди нетронутых таёжных ландшафтов стали появляться крохотные островки селитебных зон.
В последние века до н.э. по долине Томи проходили миграции самодийских племен, которые пришли с севера из Нарымского Приобья. Одно из своих поселений они основали на р. Мурашка [Плетнева Л.М., 2004]. Однако, по мнению A.M. Малолетко [1999], вверх по долине самодийцы прошли недалеко, т.к. не могли преодолеть сопротивление аборигенов, каковыми были предки кетов.
Примерно с ХІ-ХШ вв. в Нижнее Притомье стали продвигаться тюркские племена кимако-кыпчаков из Прииртышских степей. Коренные жители восприняли их культуру и язык. Археологами установлено, что приток тюркского населения на протяжении средневековья происходил многократно. В результате формировалась группа томских татар. Они занимались охотой, рыболовством, собирательством, коневодством и мотыжным земледелием. В составе возделываемых культур, по мнению Л.М. Плетневой [2004], были ячмень и просо. Особое место занимало железоделательное производство, при этом руду использовали сидеритовую или магнетитовую, а для топлива сыродутных печей выжигали сосновый уголь. Известно большое количество поселений томских татар: Тояново, Ашкинеево, Евагино, Коларовское, Козюлинское, Басандайское, Бело-бородовское, Баранчуковское, Шеломок, на берегу Большой Киргизки и т.д.
В целом, накануне прихода русских, по всей долине нижней Томи уже существовало очаговое расселение татар, знакомых с примитивными формами сельского хозяйства и металлургии. Однако использование природных ресурсов было очень ограниченным, а численность населения почти полностью определялась ресурсной базой территории. Таким образом, при невысоком уровне развития коренного населения суровые природные условия препятствовали расселению, и тем самым антропогенное воздействие на ландшафты сводилось к минимуму. Поэтому на данном этапе освоения долины можно говорить об определённой взаимозависимости и гармонии человека и природы.
Новый этап освоения долины нижней Томи начинается в 1604 г. и связан он с появлением здесь первого русского поселения - города Томска. Удобным местом для строительства города был избран юго-западный мыс горы, позднее названной Воскресенской, на правом берегу Томи (район третьей надпойменной террасы). Томск сразу стал самым крупным поселением в исследуемом районе. Общая длина городских стен в 1620-х годах составляла немногим более 200 м, а общая площадь города достигала около 4,1 га [Резун Д.Я. и др., 1989]. Расселение жителей Томска первоначально шло внутри острога на Воскресенской горе, а затем распространилось под горою по берегам реки Ушайки. В 1630 г. был построен новый «Нижний острог» по обе стороны Ушайки, где жила основная масса горожан [Кочедамов В,И., 1977]. В 1646 г. русское население города было 1 045 чел. [Бояршинова З.Я., 1950].
Весь XVII в. у Томска преобладали военно-стратегические функции. Расположенный на южном рубеже Западной Сибири г. Томск играл огромную роль в обороне русской границы от вторжений кочевников и формировании отрядов для освоения новых территорий. Так, в 1618 г. в верхнем течении Томи усилиями томских служилых людей был основан Кузнецкий острог.
Для обеспечения служилых людей хлебом около города создавалась казенная запашка («государево поле»). Первые пашни крестьян, служилых людей и участок «государева поля» находились на Подгорной елани (лесные поляны в районе современных улиц Герцена и Советской). Также русские хлебопашцы в XVII в. распахивали и Верхнюю елань (район современного пр. Кирова). Появились запашки томских земледельцев на еланях по берегам рек Ушайки, Ба-сандайки и Бол. Киргизки. Для обработки пашни использовали традиционные русские деревянные сохи с двумя железными сошниками и бороны-суковатки из ветвистого ствола. Сеяли вручную в основном рожь, овёс и ячмень.
Исходные данные и источники для ландшафтного картографирования и создания ГИС
Таким образом, динамические изменения говорят об определённой способности геосистемы возвращаться к исходному состоянию, т.е. об её устойчивости, способности компенсировать импульсы саморегулированием. Динамические изменения могут быть и необратимыми. До тех пор, пока изменения не выходят за рамки существующего инварианта и имеют характер постепенного количественного накопления элементов новой структуры, они относятся к динамике [Исаченко А.Г., 1974]. В.Б. Сочава [1978, с. 106] определил динамику геосистемы как «все превращения условно неизменного инварианта». Моделью такого набора «превращений» является эпифацш - совокупность переменных состояний фаций, каждое из которых подчинено одной из эквифипалъпых фаций (коренной, условно коренной, квазикоренной) [Сочава В.Б. и др., 1974]. Эквифи-нальпое состояние геосистемы характеризуется устойчивым динамическим равновесием, соответствующим понятию климакса. Климаксные ландшафты наиболее полно отвечают зонально-провинциальным особенностям территории. Однако, как отмечает В.В. Рюмин [1988], в районах периодического антропогенного воздействия коренные геосистемы занимают незначительную площадь, чаще наблюдаются условно коренные. При этом все геосистемы эквифинально-го ряда (коренные, условно коренные и квазикоренные) представляют собой материнские ядра многочисленных серийных геосистем, ряды которых исходят из эквифинала, когда сукцессия начинает прогрессировать, и восходят к нему, когда коренное состояние начинает восстанавливаться. В.Б. Сочава [1978] различает в динамике две стороны - преобразующую и стабилизирующую. Преобразующая динамика - процессы, накопление результатов которых ведёт к изменению структуры геосистемы. Стабилизирующая динамика - процессы, на которых основаны саморегуляция и гомеостаз геосистем. Под саморегуляцией понимается приведение геосистемы в устойчивое состояние, обеспечение относительного равновесия всей геосистемы. Итак, динамика ландшафта - не любые процессы и изменения, а лишь те, которые сопровождаются изменениями состояния его свойств, не приводя к изменениям его структуры (инварианта).
Развитие (эволюция) ландшафта - необратимое направленное изменение, приводящее к коренной перестройке (смене) структуры ландшафта, к замене одного инварианта другим, т.е. к появлению новой геосистемы. Механизм раз вития ландшафта состоит в постепенном количественном накоплении элементов новой структуры и вытеснении элементов старой структуры. Этот процесс, в конце концов, приводит к качественному скачку - смене ландшафтов. Возможна и быстрая смена в результате каких-либо катастрофических природных или техногенных процессов. Правда, в таких случаях происходит разрушение инварианта, и приходится говорить не о развитии, а о деградации ландшафтов. Эволюция геосистемы характеризуется прогрессивным изменением её инварианта; параллельно трансформируются и сопровождающие инвариант переменные состояния [Сочава В.Б., 1978]. Прогрессивное развитие ландшафтного комплекса характеризуется нарастанием его биологической продуктивности с одновременным усложнением структуры и ростом стабильности [Мильков Ф.Н., 1990]. Скорость эволюционных изменений зависит от иерархического уровня в классификации ландшафтов. Здесь автор согласен с мнением А.Г. Исаченко [2004, с. 221]: «Эволюционные изменения присущи всем геосистемам, но если перестройка локальных геосистем может происходить на глазах человека, то время трансформации региональных геосистем измеряется геологическими масштабами». Таким образом, изменения, являющиеся эволюционными (смена инварианта) для ПТК одного уровня, в комплексе более высокого ранга будут отражением динамических преобразований (без смены инварианта).
К важнейшим направлениям современного ландшафтоведения относится антропогенное, в котором человек и результаты его деятельности рассматриваются не только как внешний фактор, нарушающий ландшафт, но и как равноправный компонент ПТК, В качестве фактора деятельность человека организует ландшафтный покров Земли через вещественные, энергетические и информационные потоки (благодаря управлению), т.е. формирует его структуру и активно влияет на функционирование и динамику [Дьяконов К.Н., 2005].
Одним из основоположников антропогенного ландшафтоведения является Ф.Н. Мильков [1973, 1978]. Методологическую основу антропогенного ландшафтоведения составляют также концепции агроландшафта [Николаев В.А., 1987], геотехнических систем [Ретеюм А.Ю. и др., 1972], культурного ландшафта [Саушкин Ю.Г., 1946] и ландшафтного дизайна [Николаев В.А., 2003].
Неоднозначно географы относятся к самому понятию «антропогенный ландшафт». По мнению Ф.Н. Милькова [1973, 1978], В.А. Николаева [2005] антропогенными надо считать те ландшафты, естественная структура и функционирование которых либо сознательно, целенаправленно изменены человеком, либо непреднамеренно трансформированы вследствие косвенного воздействия.
Несколько иной точки зрения на антропогенные ландшафты, с которой согласен и автор, придерживается А.Г. Исаченко [2003]. По его мнению, термин «антропогенный» (т.е. буквально «созданный человеком») ландшафт некорректен, поскольку человек способен лишь видоизменить природный ландшафт, но ему пока не под силу преобразовать определяющие зональные и азональные факторы формирования ландшафта. «Вырубка или пашня в тайге принадлежат тайге, и будут принадлежать ей до тех пор, пока... человек не научится управлять поступлением солнечной радиации, циркуляцией воздушных масс и тектоническими процессами» [Исаченко А.Г., 1974, с. 76].
На взгляд А.Г. Исаченко, лучше говорить о степени антропогенной модификации геосистем. При этом: «Антропогенные трансформации геосистем находят свое выражение в изменениях их структуры и динамики, которые неодинаково проявляются в системах разного уровня. Геосистемы локального уровня... гораздо чувствительнее к антропогенным воздействиям, чем собственно ландшафт... Фации и урочища подвержены быстрым и радикальным антропогенным трансформациям и в реальной действительности представлены многочисленными производными модификациями... Большинству же модификаций присущи неустойчивость и относительная обратимость. Таковы угодья, находящиеся в обработке. Они не способны к самостоятельному существованию и функционируют лишь в постоянно поддерживаемом искусственном антропогенном режиме. Посевы могут погибнуть от засухи, нашествия вредителей и даже от единичного заморозка; пахотный слой может исчезнуть в результате единичного ливня или пыльной бури» [Исаченко А.Г., 2003, с. 126].
Изменения геосистем под воздействием болотообразования
При дифференциации урочищ наряду с особенностями мезорельефа большое значение придавалось различиям в характере растительного и почвенного покрова, а также динамической стадии развития геосистем. Источниками картографирования урочищ являлись слои типов растительности, оцифрованные с топоосновы, почв, оцифрованные с почвенной карты [Характеристика..., 1994], АФС и КС QuickBird, ландшафтные профили [Почвенно-геоботаническое..., 1970], а также собственные авторские ландшафтные описания (211 точек).
В результате крупномасштабного ландшафтного картографирования были выделены 5 147 контуров урочищ, разбитых на 112 типов. В ГИС был проведён пространственный анализ выделенных урочищ, и рассчитаны такие показатели, как количество урочищ каждого типа, средняя площадь и доля от площади долины (прил. 27). С помощью модуля ArcGIS Spatial Analyst была рассчитана зо нальная статистика для урочищ по карте крутизны склонов, и определён средний уклон каждого урочища, что позволило оценить степень дренированности геосистем и снизить субъективизм при характеристике рельефа в названии урочища, Так, урочища со средним уклоном менее 0,2 были определены как плоские участки, 0,2-0,5 - выровненные участки и более 0,5 - пологонаклонные участки. Также был сделан вывод о лучшей дренированности геосистем верхнего участка долины, где средний уклон геосистем составил 0,92 против 0,58 у геосистем нижнего участка. На основе сложного пространственного анализа в ГИС для урочищ были определены преобладающие «соседи» по общим границам, т.е. было изучено взаиморасположение урочищ, что помогло в ряде случаев (особенно в прирусловой пойме) проследить парагенетические ряды геосистем с учётом генетического единства и сопряжения.
Как было отмечено выше, урочищам присуща различная степень антропогенной модификации. А.Г. Исаченко [2003] предложил её оценивать с помощью коэффициентов, отражающих степень нарушенности элементарных геосистем: ОД - неосушенные болота; 0,2 - условно-коренные леса; 0,3 - восстанавливающиеся коренные леса; 0,4 - длительнопроизводные мелколиственные леса; 0,5 -пастбища; 0,6 - обрабатываемые земли; 0,7 - выработанные торфяники; 0,8 -карьеры; 0,9 - водохранилища; 1,0 - жилая застройка. На основе коэффициентов А.Г. Исаченко все геосистемы Нижнего Притомья автором данной работы были сгруппированы в три группы: геосистемы с низкой (0,1-0,5), высокой (0,6-0,7) и очень высокой (0,8-1) степенью антропогенной модификации. Геосистемы с низкой степенью антропогенной модификации испытывают слабую антропогенную нагрузку или восстанавливаются после небольшого воздействия. Геосистемы с высокой степенью отличаются существенным изменением какого-то компонента (как правило, растительности) и функционируют лишь при постоянной антропогенной поддержке, восстанавливаясь после потери таковой. У геосистем с очень высокой степенью антропогенной модификации серьёзно изменены почти все компоненты (прежде всего, литогенная основа). Они характеризуются сменой инварианта. Такой подход позволяет наиболее адекватно охарактеризовать современные ландшафтные системы долины Томи, избежав не совсем оправданного разделения их на природные и антропогенные.
Наиболее пёстрый состав урочищ имеет пойменный тип местности: 31 тип урочищ. Это объясняется специфическими природными условиями поймы. В развитии пойменных геосистем ведущая роль наряду с климатом принадлежит гидрологическому режиму реки, что отличает их от других ПТК [Хромых B.C., 2003]. На дифференциацию пойменных урочищ наибольшее влияние оказывают их поёмность - степень и продолжительность затопления, аллювиальность -мощность и механический состав аллювиального наноса, которые зависят от положения относительно основного русла или проток (прирусловая, центральная или притеррасная пойма), а также возраст.
Небольшим возрастом отличаются примыкающие к руслу реки, ещё формирующиеся низкие участки прирусловой поймы, которые являют собой первые звенья в цепи урочищ прируслового элементарного парагенетического комплекса (ЭПГК), связанных максимальными значениями аллювиального питания [Козин В.В., 1979]. Здесь выделяются урочища гравийно-галечных и песчаных отмелей с пионерной растительностью на аллювиальных примитивных слоистых почвах. При этом на верхнем участке долины (выше устья реки Бол. Киргизки) преобладают гравийно-галечные побочни, косы и осередки (см. рис. 8), а на нижнем - песчаные и иловато-песчаные. Средняя площадь их небольшая -0,11 км2 (прил. 27). Из всех «соседей» в наибольшем числе случаев (27 % длины границ) эти урочища граничат с урочищами невысоких валов с зарослями ивы на аллювиальных дерновых слоистых почвах, которые являются следующим звеном прируслового ЭПГК и преобладают в прирусловой пойме (4,5 % площади всей поймы). Особенно много подобных геосистем в приустьевом районе. Высота ив здесь может достигать 7 м, травостой разрежен. На верхнем участке эти урочища встречаются в основном на пойменных островах между сёлами Калтай и Коларово. Высота ив может быть более 10 м, а травостой представлен крапивой. В ложбинах распространены урочища хвощово-осоковых лугов на аллювиальных луговых слаборазвитых почвах. На поверхностях высоких прирусловых валов преобладают разнотравно-злаковые луга с господством тимофеевки луговой, ежи сборной, пырея ползучего на аллювиальных дерновых почвах. На нижнем участке долины получили распространение поверхности прирусловых валов с сосново-берёзовыми и берёзово-осиновыми закустаренными разнотравными лесами на аллювиальных дерновых почвах. Подлесок в таких лесах густой и представлен различными видами ив (козья, пепельно-серая и т.п.), черёмухой, караганой, рябиной и смородиной. В травостое преобладают хвощ луговой, крапива двудомная, мятлик луговой, горец водяной, фиалка весенняя, клевер луговой, дягиль сибирский, папоротник-орляк, герань лесная.
Центральная пойма отличается ярко выраженной гривно-ложбинной мор-фоструктурой (см. рис. 62 и 63), характерной для сегментно-гривистых и сег-ментно-островных пойм равнинных рек [Маккавеев Н.И., Чалов Р.С., 1986]. Урочища понижений центральной поймы образуют старично-ложбинный ЭПГК, продолжая эволюционный ряд прируслового ЭПГК [Козин В.В., 1979]. Основной физико-географический процесс здесь - заполнение отрицательных флювиальных форм паводковыми литогенными и биогенными наносами. В меж-гривных понижениях на периферии отмерших проток и стариц преобладают заболоченные черёмухово-ивовые заросли на аллювиальных иловато-глеевых почвах (на верхнем участке) и маломощных торфяниках (на нижнем участке), занимающие 5,1 % площади поймы. Травостой таких геосистем очень густой и высокий (более 1 м): сныть, конский щавель, пижма обыкновенная, герань луговая, тысячелистник, подмаренник настоящий и цепкий, крапива двудомная, хвощ луговой, осока (рис. 64).
