CC BY
14УДК 631.459.001.2:630:379.85
В. М. Ивонин, И. В. Воскобойникова
Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт имени А. К. Кортунова Донского государственного аграрного университета, Новочеркасск, Российская Федерация
ВЛИЯНИЕ ТУРИЗМА НА ПРОЦЕССЫ ЭРОЗИИ ПОЧВ В ЛЕСАХ НИЗКОГОРИЙ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАВКАЗА
Цель исследования - определение влияния туризма на процессы эрозии почвы в лесах низкогорий Северо-Западного Кавказа и обоснование допустимых нагрузок рекреации. Когда рекреационная нагрузка и крутизна склона увеличиваются, деградируют лесная подстилка и травянистый покров. Их остатки перемещаются вниз по склону с шагами туристов, а поверхность почвы уплотняется. Коэффициент пористости верхнего слоя почв уменьшается по мере увеличения рекреационных нагрузок. Это снижает водопроницаемость почв и увеличивает поверхностный сток. Установлено, что коэффициент стока, воздушно-сухая масса лесной подстилки и коэффициент пористости тесно взаимосвязаны. Эти отношения характеризуют увеличение коэффициента стока при уменьшении воздушно-сухой массы лесной подстилки и коэффициента пористости. Взаимосвязь эрозии почвы, коэффициента стока и крутизны склона контролирует процесс эрозии. Определены допустимые пределы рекреационных нагрузок, которые не вызывают эрозию почвы: крутизна склонов до 15° - 4,9 чел./га; крутизна от 15 до 20° - 2,1 чел./га; крутизна от 20 до 23° - 0,1 чел./га. Такая рекреационная нагрузка может минимизировать эрозионные процессы. На склонах круче 23 ° даже минимальная рекреационная нагрузка активизирует эрозионный процесс.
Ключевые слова: горный лес, рекреация, туризм, поверхностный сток, эрозия почвы, Северо-Западный Кавказ.
V. M. Ivonin, I. V. Voskoboynikova
Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute of Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russian Federation
IMPACT OF TOURISM ON PROCESSES OF SOIL EROSION IN FORESTS OF LOW MOUNTAINS OF THE NORTH-WEST CAUCASUS
The objective of the research is to determine the influence of tourism on the processes of soil erosion in the forests of low mountains of the North-West Caucasus and justification of admissible recreational loads. When recreational load and slope steepness increase, the forest litter and grass cover degrade. Their remains are moved down the hill by tourist steps, and soil surface is compacted. Porosity coefficient of topsoil decreases with increasing of recreational loadings. This reduces soil infiltration rate and increases surface runoff. It was found that runoff coefficient, air-dry mass of forest litter and porosity coefficient are closely correlated. These relations show the increase of runoff coefficient when the mass of air-dry forest litter and porosity coefficient decrease. Interrelation of soil erosion, runoff coefficient and slope steepness controls the erosion process. The research has determined the permissible limits of recreational loads without soil erosion: for slope steepness up to 15° - 4.9 person per hectare; for slope steepness from 15° to 20° - 2.1 person per hectare; for slope steepness from 20° to 23° - 0.1 person per hectare. Such recreational loads can minimize erosion processes. For slope steepness more than 23° even minimal recreational load activates erosion process.
Keywords: mountain forest, recreation, tourism, surface runoff, soil erosion, NorthWest Caucasus.
На Северо-Западном Кавказе бездорожная рекреация и прогулочно-познавательные маршруты туристов в основном сосредоточены в лесах низкогорий (дубняки, каштанники, дубово-грабовые и буково-грабовые леса на высотах до 600 м над уровнем моря).
Рекреационное использование этих лесов может приводить к дигрессии ландшафтов, в первую очередь за счет деградации лесной подстилки, минерализации и уплотнения лесных почв, что влечет за собой формирование поверхностного стока и активизацию эрозии почв при интенсивных ливнях. Это вызвало необходимость экологического обоснования допустимых рекреационных нагрузок, исключающих подобные негативные последствия [1].
Производству рекомендованы (Г. К. Солнцев, Б. Я. Харитоненко и др., 1988) следующие допустимые рекреационные нагрузки (плотности): для свежих каштанников (СВКШС) - 6,5 чел./га, свежих букняков (СВБК) -5,3 чел./га, свежих дубняков дуба скального (СВДС) - 2,4 чел./га и других групп типов лесов Северо-Западного Кавказа [2]. Однако эти нагрузки были обоснованы без учета их влияния на почвозащитные свойства горных лесов при различной крутизне склонов.
В связи с этим возникла необходимость изучения процессов эрозии почв при рекреационном лесопользовании с целью уточнения допустимых рекреационных нагрузок, обеспечивающих высокую стокорегулирующую и почвозащитную способность основных групп типов лесов региона. Для этого проводили исследования в Сочинском национальном парке (СНП) с 1997 по 2013 г. Обобщение этих исследований для лесов низкого-рий (дубняки, каштанники, дубово-грабовые и буково-грабовые леса) представлено в настоящей работе.
Показатели объектов исследований приведены в таблице 1, а таксационные характеристики лесов на этих объектах - в таблице 2 (пробные площади закладывали по ОСТ 56-84-85 [3]).
Таблица 1 - Характеристика объектов исследований
Номер пробы Крутизна склона Группа типов леса Порода Подлесок Материнская порода
Проба 1 - квартал 51, выдел 2, вогнутый склон ЮЗЭ, бурые лесные, маломощные, щебенистые почвы
1.1-1.7 23-26° СВДС (проба 1) ДС, БК, Г ПДБ, ЛВШ, ЕЖВ Глинистые сланцы и песчаники
Проба 2 - квартал 48, выдел 20, вогнутый склон СЭ, темно-бурые лесные, среднемощные, щебенистые почвы
2.1-2.7 20-26°30' СВКШС (проба 2) КШС, ДС, БК, Г, ЛП РДД, АЗЛ Мергели
Проба 3 - квартал 47, выдел 14, прямой склон ЗЭ, желто-бурые лесные, маломощные, щебенистые почвы
3.1-3.7 19-21°30' СВБК (проба 3) КШС, БК, Г, ДС РДД Мелкозернистые песчаники и сланцы
Примечание - ДС - дуб скальный; БК - бук восточный; Г - граб кавказский; КШС - каштан съедобный (посевной); ЛП - липа кавказская; ПДБ - падуб; ЛВШ -лавровишня; ЕЖВ - ежевика; РДД - рододендрон; АЗЛ - азалия.
Таблица 2 - Таксационная характеристика лесов
Номер Состав Возраст, Среднее Объем Количество Запас
пробы лет h, м d, см модели, м3 стволов, шт./га древесины, м3/га
Проба 1
1.1-1.7 2 ДС 130 25,8 40,2 1,3243 49 64,9
2 БК 100 20,7 23,9 0,5760 147 84,7
6 Г 50 17,5 23,3 0,3394 559 189,7
Проба 2
2.1-2.7 1-й ярус: 8 КШС 120 26,0 38,0 1,3454 215 289,3
1 Г 120 24,0 32,0 1,0250 29 29,7
1 ЛП 120 24,0 52,0 2,7100 6 16,3
+ ПЛ 120 22,0 37,5 1,4100 6 8,5
2-й ярус: 4 КШС 53 14,0 18,0 0,330 67 22,1
5 Г 53 14,8 18,0 0,330 81 26,7
1 ЛП 53 14,5 18,3 0,340 19 6,5
+ ПЛ 53 14,0 18,0 0,330 10 3,3
Проба 3
3.1-3.7 9 БК 130 17,6 25,5 0,4061 914 371,2
1 ДС 130 22,6 28,9 0,7053 46 32,4
По данным таблицы 2, пробы 1 и 3 характеризуют одноярусные, а проба 2 - двухъярусное насаждение. Запас древесины в возрасте насаж-
3 3
дения 120-130 лет в пробе 1 составляет 339 м /га, пробе 2 - 402 м /га, пробе 3 - 404 м3/га.
Оценку влияния рекреационных нагрузок на стокорегулирующую и почвозащитную способность лесов проводили с помощью метода моделирования рекреационных плотностей (Rd, чел./га). Рекреационная плотность по ОСТ 56-100-95 [4] - это единовременное количество посетителей на единице лесной площади за период измерения. При моделировании воспроизводили рекреационное давление на почву посредством равномерного шагания человека среднего веса со скоростью 3,0-3,5 км/ч (60 шагов в минуту) на единице площади (1 м ) за определенное время, которое рассчитывали в зависимости от продолжительности периода рекреационной нагрузки в данном регионе [5].
Варианты рекреационных плотностей (от 1 до 11 чел./га) моделировали на двух площадках-близнецах размером 1,43*0,70 м, размещая их длинной стороной вдоль склона. На одной площадке осуществляли дождевание, на другой отбирали образцы почв из слоя 0-20 см (в соответствии с ГОСТ 12071-2000 [6]) лесной подстилки и живого напочвенного покрова.
Дождевание проводили с помощью мобильной исследовательской капельно-струйной установки, мутность стока и эрозию почв определяли по общепринятым методикам [5].
В лаборатории механики грунтов ООО «ЮПГС-ГЕО» (г. Сочи) в образцах почв определяли общую влажность, пределы и числа пластичности, гранулометрический состав, удельную массу и плотность, сопротивление сдвигу одной части почвенного образца относительно другой. При этом применяли методики, изложенные в ГОСТах 5180-75, 12536-79, 5180-84, 5183-77 [7-10].
Полученные данные обрабатывали с помощью компьютерных программ Statistica 7.0 и Microsoft Office Excel.
Результаты исследований показывают, что рекреационные нагрузки на лесные почвы прежде всего проявляются в деградации лесной подстилки (ЛП) и живого напочвенного покрова (ЖНП) (таблица 3).
Таблица 3 - Характеристики лесной подстилки и живого напочвенного покрова
Номер пробы Rd, чел./га Характеристика поверхности почвы Воздушно-сухая масса, т/га
ЛП ЖНП ЛП + ЖНП
Проба 1
1.1 0,0 Сухие листья, желуди и сережки 20,4 1,4 21,8
1.2 1,0 Целые и измельченные листья, желуди и сережки 8,3 0,1 8,5
1.3 3,0 Фрагменты листьев и желудей втоптаны в почву 0,4 0,0 0,4
1.4 5,0 Минерализованная поверхность 0,0 0,0 0,0
1.5 7,0 То же 0,0 0,0 0,0
1.6 9,0 -//- 0,0 0,0 0,0
1.7 11,0 0,0 0,0 0,0
Проба 2
2.1 0,0 Сухие листья, плюски и плоды каштана, вади папоротника, ветви, валежник 21,3 0,7 22,0
2.2 1,0 Целые и измельченные листья, фрагменты вади, ветви 15,7 0,5 16,2
2.3 3,0 Фрагменты листьев и ветви втоптаны в почву 5,5 0,0 5,5
2.4 5,0 Минерализованная поверхность 0,0 0,0 0,0
2.5 7,0 То же 0,0 0,0 0,0
2.6 9,0 -//- 0,0 0,0 0,0
2.7 11,0 0,0 0,0 0,0
Проба 3
3.1 0,0 Сухие литья, плоды бука, кусочки коры, ветви и валежник 18,7 0,0 18,7
3.2 1,0 Целые листья и плоды бука и их фрагменты, втоптанные ветви 13,3 0,0 13,3
3.3 3,0 Остатки подстилки втоптаны в почву 1,9 0,0 1,9
3.4 5,0 То же 0,8 0,0 0,8
3.5 7,0 Втоптанные фрагменты листьев 0,1 0,0 0,1
3.6 9,0 Минерализованная поверхность 0,0 0,0 0,0
3.7 11,0 То же 0,0 0,0 0,0
Данные таблицы 3 позволяют полагать, что на склонах крутизной от 19 до 26° рекреационные нагрузки более 5-7 чел./га приводят к полной минерализации поверхности почвы. При этом деградация подстилки и жи-
вого напочвенного покрова происходит не только за счет их растирания, измельчения и втаптывания в почву, но и за счет передвижения вниз по склону под воздействием шагов рекреантов. При этом чем круче склон,
тем больше масса напочвенного покрова, передвигающегося вниз по склону при рекреационных нагрузках.
Регрессионный анализ данных таблицы 3 привел к получению уравнения связи рекреационной плотности (Rd, чел./га) и воздушно-сухой массы ЛП + ЖНП (т, т/га):
т = 0,352 • Rd2 - 5,423-Rd+18,71 при г 2=0,904, (1)
где г2 - коэффициент детерминации.
Уравнение (1) имеет предел применения рекреационной плотности Rd = 5 чел./га. Это подтверждается его графическим решением (рисунок 1).
25
я
к« "н 20
И
я 15
¥ нч
10
я
о
о
я 5
0
0 2 4 б 8 10
Рекреационная плотность, чел/га
Рисунок 1 - Связь воздушно-сухой массы лесной подстилки и живого напочвенного покрова с рекреационной плотностью
По уравнению (1) и рисунку 1 можно определить среднее значение воздушно-сухой массы лесной подстилки и живого напочвенного покрова в исследуемых лесах (без рекреационных нагрузок), оно равно 18,7 т/га.
Результаты определения физико-механических свойств слоя почв 0-20 см после рекреационных нагрузок представлены в таблице 4.
По данным таблицы 4, числа пластичности по вариантам площадок укладываются в пределы от 0,110 до 0,251, что характеризует суглинки и глины. На вариантах рекреационной плотности удельная масса почвы
варьирует несущественно, но коэффициенты пористости уменьшаются при увеличении нагрузок.
Таблица 4 - Динамика физико-механических свойств почв для слоя 0-20 см при увеличении рекреационной плотности
Номер пробы Rd, чел./га Число пластичности Удельная масса, т/м3 Плотность, т/м3 Пористость, % Коэффициент пористости
Проба 1
1.1 0,0 0,163 2,63 1,43 45,6 0,841
1.2 1,0 0,110 2,63 1,55 41,3 0,703
1.3 3,0 0,139 2,40 1,51 37,2 0,595
1.4 5,0 0,139 2,50 1,51 39,6 0,658
1.5 7,0 0,139 2,50 1,58 36,8 0,581
1.6 9,0 0,163 2,63 1,61 38,7 0,633
1.7 11,0 0,139 2,40 1,50 37,2 0,596
Проба 2
2.1 0,0 0,139 2,40 1,27 47,3 0,897
2.2 1,0 0,163 2,50 1,33 46,9 0,871
2.3 3,0 0,173 2,63 1,49 43,3 0,768
2.4 5,0 0,235 2,33 1,28 44,7 0,808
2.5 7,0 0,154 2,41 1,31 45,5 0,835
2.6 9,0 0,251 2,50 1,37 45,4 0,828
2.7 11,0 0,224 2,63 1,51 42,7 0,742
Проба 3
3.1 0,0 0,158 2,46 1,43 41,7 0,719
3.2 1,0 0,194 2,46 1,40 43,2 0,763
3.3 3,0 0,131 2,55 1,44 43,4 0,768
3.4 5,0 Не опр. 2,55 1,57 38,2 0,620
3.5 7,0 0,178 2,46 1,43 41,7 0,719
3.6 9,0 0,208 2,46 1,45 40,9 0,694
3.7 11,0 Не опр. 2,55 1,53 39,8 0,662
Коэффициент пористости - это отношение объема пор к объему, занимаемому только почвенными частицами, в единице объема почвы. Этот коэффициент уменьшается по мере уплотнения почвы при возрастании
рекреационных нагрузок, что снижает водопроницаемость почв и изменяет характеристики поверхностного стока при дождевании (таблица 5).
Особенности формирования стока на бурых лесных почвах были следующими. На площадке 1.1 (контроль) сток на водосливном лотке появился в виде капель на 10 минуте (9 мин 52 с) после начала дождевания.
На площадке 1.2 сток возник на 9 минуте дождевания (8 мин 43 с). Он формировался в виде пелены воды в нижней части площадки.
Таблица 5 - Показатели стока при дождевании
(слой дождя 100 мм, на площадке 3.3 - 106 мм)
Номер пробы Rd, чел./га Слой, мм Коэффициент стока Время дождя, мин Интенсивность дождя, мм/мин Уклон площадки
впитывания стока
Проба 1
1.1 0,0 99,9 0,1 0,001 30 3,33 0,4245
1.2 1,0 91,8 8,2 0,082 29 3,45 0,4770
1.3 3,0 23,2 76,8 0,768 30 3,33 0,4877
1.4 5,0 33,8 66,2 0,662 30 3,33 0,4275
1.5 7,0 33,8 66,2 0,662 28 3,57 0,4142
1.6 9,0 23,0 77,0 0,770 30 3,33 0,4421
1.7 11,0 31,0 69,0 0,690 28 3,57 0,4245
Проба 2
2.1 0,0 99,99 0,01 0,0001 30 3,33 0,3640
2.2 1,0 95,1 4,9 0,049 30 3,33 0,3640
2.3 3,0 19,7 80,3 0,803 30 3,33 0,4142
2.4 5,0 24,0 76,0 0,760 30 3,33 0,3939
2.5 7,0 20,0 80,0 0,800 30 3,33 0,4877
2.6 9,0 15,5 84,5 0,845 32 3,13 0,4986
2.7 11,0 18,1 81,9 0,819 30 3,33 0,4877
Проба 3
3.1 0,0 100,0 0,0 0,000 30 3,33 0,3443
3.2 1,0 100,0 0,0 0,000 30 3,33 0,3249
3.3 3,0 105,9 0,1 0,0009 30 3,53 0,3839
3.4 5,0 93,6 6,4 0,064 30 3,33 0,3443
3.5 7,0 59,0 41,0 0,410 30 3,33 0,3249
3.6 9,0 55,7 44,3 0,443 30 3,33 0,3939
3.7 11,0 44,8 55,2 0,552 30 3,33 0,3640
На площадке 1.3 сток образовывался через 40 с после начала дождя и проходил в виде мелких ручейков. При этом в нижней части площадки возникли микротерраски из фрагментов подстилки, которые периодически прорывались и вновь возникали. В начале дождевания на поверхности площадки обнажились мелкие корешки растений, а в дальнейшем - щебень и дресва, играющие роль мульчи. После прекращения дождя время добегания стока равнялось 47 с.
На площадке 1.4 сток возник через 40 с после начала дождя и сосредоточился в ручейках, которые вырабатывали микрорусла. Углублению этих микрорусел препятствовали щебень и мелкие обломки сланца, которые отмылись на поверхности под ударным воздействием капель дождя.
Время добегания стока равнялось 1 минуте.
Площадка 1.5 отличалась тем, что сток сформировался на 38-й с от начала дождевания, а время добегания стока равнялось 1 мин 12 с. Ручейки на площадке образовались на второй минуте, но углублению их русел препятствовал слой щебня, отмытый при дождевании.
На площадке 1.6 начало стока зафиксировано на 31-й с дождевания. На 6-й минуте на поверхности отмылась сеть корней, которая сдерживала эрозию, однако микрорусла возникли на 10-й минуте. Развитие этих микрорусел сдерживалось слоем отмытого щебня. Время добегания воды на площадке составило 1 мин 4 с.
На площадке 1.7 сток проходил так же, как и на предыдущей площадке, но время добегания равнялось 1 мин 43 с.
На темно-бурых лесных почвах на площадке 2.1 (контроль) сток на 22-й минуте дождевания возник в виде капель, которые попадали на водоприемный лоток при разбрызгивании капель дождя при ударе о поверхность лесной подстилки.
На поверхности площадки 2.2 сохранились три поврежденных растения мелкого подроста граба. Сток возник в виде капель на 7-й минуте дождевания, а на 8-й минуте на водосливе образовался ручеек, который вновь сменился каплями. Такая спорадическая смена ручейков и капель продолжалась до 15-й минуты, когда на водосливе сформировался постоянный ручеек воды. Время добегания стока составило 17 с.
На поверхности площадки 2.3 также сохранились три поврежденных растения мелкого подроста граба. Сток в виде ручейка сформировался через 1 мин 20 с после начала дождя. На 7-й мин на поверхности дождевания стали отмываться щебень и обломки сланца. Микрорусла стока выработались только на 25-й мин дождевания. Время добегания стока составило 2 мин 2 с.
На площадке 2.4 сток возник на 30-й с дождевания в виде системы
мелких струек, которые на 7-й мин выработали микрорусла. На 25-й минуте образовались 2 микрорусла. В их устьях возникли микрорезервуары перед скоплениями фрагментов подстилки, ранее втоптанных в почву и отмытых дождем. Прорыв этих микрорезервуаров произошел в конце стока. Время добегания стока составило 2 мин 17 с.
На площадке 2.5 повторился такой же характер формирования стока.
На площадке 2.6 сток образовался на 12-й с дождевания. Микрорусла стока возникли на 10-й мин, в дальнейшем сток проходил так же, как и на площадках 2.4 и 2.5.
На площадке 2.7 сток возник на 10-й с дождевания. На 12-й минуте выработались три микрорусла стока. В дальнейшем образовалась ячеистая поверхность дождевания под ударами капель. Такая поверхность заплывала и вновь возникала в продолжение дождя. Время добегания стока составило 1 мин 33 с.
На желто-бурых почвах площадок 3.1 и 3.2 стока практически не было. На площадке 3.3 на 11-й минуте дождевания в нанорельефе верхней части площадки возникли лужицы воды, а на 22-й минуте началось ее передвижение. В нижней части площадки сохранились фрагменты лесной подстилки, которые впитывали стекающую воду. Следует учесть, что с 15-й минуты дождевания наблюдался естественный дождь низкой интенсивности (6 мм). Слой стока на площадке составил 0,1 мм.
На площадке 3.4 капли стока на водосливе появились на 6-й минуте, а ручеек - на 7-й минуте. На площадке сформировался террасовидный микрорельеф из фрагментов подстилки, что сдерживало передвижение стока. При прорыве и восстановлении микрорельефа расход стока пульсировал на 15-25-й минутах дождевания. Время добегания стока равнялось 26 с.
На площадке 3.5 сток появился на 43-й с дождевания. Расход стока возрос на 2-й минуте дождевания, а на 4-й минуте возникли лужицы воды
в нанорельефе. На 7-й и 20-й минутах лужицы прорывались, что временно увеличивало расход. На 25-й минуте почва стала оползать, и произошел прорыв всей системы лужиц воды, что резко увеличило расход. Время до-бегания стока составило 1 мин 11 с.
На площадке 3.6 при моделировании рекреационной нагрузки на поверхности обнажился корень бука, возле которого сохранились фрагменты подстилки, втоптанные в почву. Сток начался на 27-й с дождя, расход достиг максимума на 12-й минуте. Время добегания стока равнялось 1 мин 9 с.
На площадке 3.7 сток возник через 46 с после начала дождя, и его расход увеличился благодаря прорыву лужиц воды на 4-й минуте дождевания. Начиная с 14-й минуты начался процесс спорадического образования и прорыва лужиц (микрорезервуаров) воды, что способствовало пульсации расхода. Время добегания стока составило 1 мин 16 с.
В целом на желто-бурых лесных почвах при дождевании поверхностный сток по вариантам рекреационных нагрузок был ниже, чем на бурых и темно-бурых почвах, что связано с более высокой сохранностью лесной подстилки при меньшей крутизне склонов.
Анализируя данные таблиц 3-5, заключаем, что наиболее тесные связи обнаружены между коэффициентами стока (5), воздушно-сухой массой ЛП + ЖНП (т, т/га) и коэффициентами пористости (е):
- бурые лесные почвы (проба 1):
5=-0,033-т-0,323-е+0,875 при R=0,907 ± 0,067; (2)
- темно-бурые лесные почвы (проба 2):
5=-0,034-т-1,354-е+1,908 при R=0,972 ± 0,021; (3)
- желто-бурые лесные почвы (проба 3):
5=-0,018-т - 0,680-е+0,781 при R=0,645 ± 0,221. (4)
В уравнениях (2)-(4) принято, что R - множественный коэффициент корреляции. Эти уравнения линейные и обратные, т. е. с уменьшением массы лесной подстилки и живого напочвенного покрова, а также коэффи-
циентов пористости увеличиваются коэффициенты стока при ливнях. Очевидно, что этот процесс будет нарастать по мере увеличения рекреационных нагрузок и уклонов местности (крутизны склонов), так как остатки лесной подстилки и живого напочвенного покрова при увеличении уклонов усиленно передвигаются вниз по склону, а минерализованная почва уплотняется при замазывании ее поверхностного слоя под шагами туристов.
В связи с этим определим множественную связь между рекреационной плотностью, коэффициентами стока и уклонами местности:
- бурые лесные почвы (проба 1):
Rd=9,08-5 - 54,91-/+24,72 при R=0,849 ± 105;
- темно-бурые лесные почвы (проба 2):
Rd=2,11-5+52,39-/-18,62 при R=0,930 ± 0,051;
- желто-бурые лесные почвы (проба 3):
Rd=14,90-5+25,53-/+7,03 при R=0,953 ± 0,035.
Обобщающее уравнение для исследуемых авторами лесов было получено ранее [11]:
Rd=9,38-5-15,05-/+7,2 при R=0,737 ± 0,101. (5)
Уравнение (5) решим в графической форме (рисунок 2).
0 1
0 ♦ I I 111
0 0,2 0,4 0,6 0,0 1
Коэффициент стока
1 - / = 0,2679 (15°); 2 - / = 0,364 (20°); 3 - / = 0,4663 (25°)
Рисунок 2 - Связь рекреационной плотности с коэффициентами стока
По данным рисунка 2 и уравнению (5), в исследуемых лесах при ливнях поверхностный сток не формируется на склонах крутизной <15° (уклон < 0,2679) при рекреационных плотностях Rd < 3,2 чел./га; при крутизне 20° (уклоне 0,364) - при плотности 1,7 чел./га; при крутизне 25° (уклоне 0,4663) - при плотности 0,2 чел./га. На более крутых склонах при ливнях ожидается нарастание поверхностного стока по мере увеличения рекреационных нагрузок.
При этом будет увеличиваться эрозия почв, что можно проследить по данным таблицы 6, из которых видно, что на вариантах 1.1 и 2.1 (без рекреационных нагрузок) минимальная мутность стока постоянна во времени (ее определяли в образцах сточной воды, скопившейся в водоприемной емкости стоковых площадок за весь период стока). Эта вода оказывалась в емкости в результате разбрызгивания дождевых капель, падающих на листву живого напочвенного покрова и попадающих на поверхность водоприемного лотка.
Таблица 6 - Характеристики эрозии почв при дождевании
Ва- Уклон Мутность стока, г/л Средняя Эрозия,
риант Начало 5 мин 10 мин 15 мин Окончание мут- т/га
стока стока стока стока стока ность, г/л
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Проба 1
1.1 0,4245 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,0001
1.2 0,4770 1,10 0,45 0,38 0,18 0,15 0,45 0,0369
1.3 0,4877 5,10 4,05 1,95 0,50 0,25 2,37 1,8202
1.4 0,4275 3,96 2,60 1,45 0,30 0,20 1,70 1,1254
1.5 0,4142 3,90 1,81 0,80 0,20 0,17 1,37 0,9069
1.6 0,4421 4,50 1,80 1,15 0,40 0,30 1,63 1,2551
1.7 0,4245 4,40 2,60 1,10 0,36 0,36 1,76 1,2144
Проба 2
2.1 0,3640 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,0001
2.2 0,3640 0,14 0,15 0,38 0,46 0,62 0,35 0,0171
2.3 0,4142 0,18 0,30 0,50 0,56 0,66 0,44 0,3533
2.4 0,3939 0,90 1,08 1,27 1,46 1,56 1,25 0,9500
2.5 0,4877 1,50 1,80 2,03 2,30 2,78 2,08 1,6640
2.6 0,4986 1,60 1,90 2,50 3,00 3,10 2,42 2,0449
2.7 0,4877 1,60 1,98 2,80 3,40 3,60 2,68 2,1949
Продолжение таблицы 6
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Проба 3
3.1 0,3443 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0000
3.2 0,3249 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0000
3.3 0,3839 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,0001
3.4 0,3443 1,30 1,38 1,65 1,70 1,90 1,59 0,1018
3.5 0,3249 1,30 1,52 2,00 2,12 2,30 1,85 0,7585
3.6 0,3939 1,46 1,80 2,18 2,20 2,60 2,05 0,9081
3.7 0,3640 1,40 1,78 2,10 2,30 2,50 2,02 1,1150
При рекреационных нагрузках на вариантах 1.2-1.7 (щебенистый слой на поверхности) максимальная мутность отмечалась в начале стока, затем она постепенно снижалась. Это связано с постепенной отмывкой щебня на поверхности во время дождя. На пробе 2 (щебенистый слой на глубине 20 см) в течение стока наблюдалось постепенное увеличение мутности, что объясняется повышением размывающей способности стекающей воды по мере нарастания расходов. Эти процессы корректируются уклонами местности, т. к. по мере увеличения крутизны склонов размывающая способность стекающей воды увеличивается. На пробе 3 (варианты 3.1 и 3.2) стока не было (даже не происходило разбрызгивания капель на поверхности рыхлой подстилки). На остальных вариантах пробы 3 происходило увеличение мутности стока при возрастании рекреационных нагрузок. Прямая связь эрозии почв (М, т/га) с коэффициентами стока (5) представлена уравнением регрессии:
М = 0,59 - 52 +1,39 - 5 при г2 = 0,771. В графической форме это уравнение представлено рисунком 3. Таким образом, эрозия почв прямо зависит от коэффициента стока, а ее зависимость от уклона местности общеизвестна, поэтому получили прямые множественные связи эрозии почв, коэффициентов стока и уклонов местности:
- бурые лесные почвы (проба 1):
М=1,939-5+5,326-/-2,455 при R = 0,970 ± 0,022;
- темно-бурые лесные почвы (проба 2):
М=0,149-5+14,135-/-5,133 при R = 0,948 ± 0,038;
- желто-бурые лесные почвы (проба 3):
М=2,412-5+5,563-/-1,866 при R = 0,971 ± 0,022.
Рисунок 3 - Связь эрозии почв с коэффициентами стока
Основным фактором формирования эрозии является рекреационная плотность. Для исследуемых лесов обобщающее уравнение связи эрозии, рекреационной плотности и уклона получено авторами ранее [11]:
Rd=5,5-М - 28,8-/+12,6 при R=0,816 ± 0,073. (6)
Связь между рекреационными нагрузками и уклонами обратная, потому что туристы на маршруте выбирают более легкопроходимые участки склонов.
Решая уравнение (6), заключаем, что эрозия почв не наблюдается на склонах крутизной < 15° (с уклоном < 0,2679) при рекреационных плотностях Rd < 4,9 чел./га; при крутизне 20° (уклоне 0,364) - при плотности 2,1 чел./га. При крутизне склонов 25° (уклоне 0,4663) в исследуемых лесах рекреация не рекомендуется, т. к. любая нагрузка приведет к эрозии почв. На склонах третьей группы крутизны (от 20 до 30°) рекреация (минимальная плотность 0,2 чел./га) допустима на склонах крутизной от 20 до 23°.
На бурых, темно-бурых и желто-бурых почвах в дубняках, каштан-
никах и буково-грабовых лесах на высотах до 600 м над уровнем моря обоснованы допустимые рекреационные плотности. При крутизне склонов до 15° они равны 4,9 чел./га, при крутизне от 15 до 20° - 2,1 чел./га, при крутизне от 20 до 23° - 0,1 чел./га. При этом во время ливней возможно формирование минимального стока, не вызывающего эрозии. На склонах круче 23° любые рекреационные нагрузки активизируют ливневую эрозию почв.
Заключение
1 В лесах низкогорий Северо-Западного Кавказа основными факторами предупреждения эрозии почв во время интенсивных ливней являются мощная лесная подстилка (ЛП), живой напочвенный покров (ЖНП), соответствующий типам лесов, и физико-механические свойства лесных почв. При возрастании рекреационных плотностей и уклонов местности лесная подстилка и живой напочвенный покров деградируют, их остатки передвигаются вниз по склону (под шагами туристов), а поверхность минерализованной почвы уплотняется.
2 Коэффициент пористости верхнего слоя почв уменьшается по мере возрастания рекреационной плотности, что снижает водопроницаемость и изменяет характеристики поверхностного стока при ливнях. Между коэффициентами ливневого стока, воздушно-сухой массой ЛП + ЖНП и коэффициентами пористости обнаружены тесные связи, структура которых определяется подтипом бурых лесных почв (бурые, темно-бурые и желто-бурые). Эти связи характеризуют увеличение коэффициентов стока во время ливней при уменьшении массы лесной подстилки и живого напочвенного покрова, а также коэффициентов пористости.
3 Определены множественные связи между рекреационной плотностью, коэффициентами стока и уклонами местности. Обобщающий анализ связей для буроземов всех исследуемых групп типов лесов позволил прогнозировать нарастание поверхностного стока при ливнях по мере увели-
чения рекреационных нагрузок по группам крутизны склонов.
4 Установлены прямые множественные связи между эрозией почв, коэффициентами ливневого стока и уклонами местности по подтипам почв. Обобщающий анализ этих связей позволяет контролировать эрозию почв при ливнях в зависимости от рекреационных нагрузок по группам крутизны склонов.
5 В дубняках, каштанниках и буково-грабовых лесах на высотах до 600 м над уровнем моря обоснованы допустимые рекреационные нагрузки (плотности). Они равняются при крутизне склонов до 15° 4,9 чел./га, при крутизне от 15 до 20° - 2,1 чел./га, при крутизне от 20 до 23° -0,1 чел./га. При таких нагрузках минимальный сток во время ливней не вызовет эрозии почв. На склонах круче 23° любые рекреационные нагрузки на склонах активизируют ливневую эрозию почв.
Список использованных источников
1 Ивонин, В. М. Рекреационная экология горных лесов российского Причерноморья: моногр. / В. М. Ивонин, В. Е. Авдонин, Н. Д. Пеньковский. - Ростов н/Д.: Изд-во СКНЦ ВШ, 2000. - 271 с.
2 Определение допустимых рекреационных нагрузок в лесах Черноморского побережья Кавказа / Г. К. Солнцев, Б. Я. Харитоненко, Л. Г. Король, А. С. Маргашов, И. Н. Дерябин // Интенсификация лесохозяйственного производства Северного Кавказа: тез. докл. науч.-практ. конф., г. Сочи, 13-15 апреля 1988 г. - Краснодар, 1988. -С. 65-66.
3 ОСТ 56-69-83. Площадки пробные лесоустроительные. Метод закладки. -Введ. 1983-05-23. - М., 1984. - 60 с.
4 ОСТ 56-100-95. Методы и единицы измерения рекреационных нагрузок на лесные комплексы. - Введ. 1995-01-09. - М., 1995 - 14 с.
5 Ивонин, В. М. Лесомелиорация ландшафтов / В. М. Ивонин, Н. Д. Пеньков-ский. - Ростов н/Д.: СКНЦ ВШ, 2003. - 151 с.
6 ГОСТ 12071-2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов. - Взамен ГОСТ 12071-84; введ. 2001-07-01. - М., 2001. - 25 с.
7 ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. - Взамен ГОСТ 12536-67; введ. 198007-01. - М., 1979. - 24 с.
8 ГОСТ 5180-75. Грунты. Методы лабораторного определения влажности. -Введ. 1970-01-01. - М., 1975. - 4 с.
9 ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. - Взамен ГОСТ 5180-75, ГОСТ 5181-78, ГОСТ 5182-78, ГОСТ 5183-77; введ. 1985-07-01. - М., 1984. - 24 с.
10 ГОСТ 5183-77. Грунты. Методы лабораторного определения границ текучести и раскатывания. - Введ. 1970-01-01. - М., 1977. - 7 с.
11 Ивонин, В. М. Эрозия бурых лесных почв в связи с рекреационной дигрессией / В. М. Ивонин, В. Е. Авдонин // Почвоведение. - 2000. - № 2. - С. 243-251.
Ивонин Владимир Михайлович - доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
профессор кафедры Лесоводства и лесных мелиораций, Новочеркасский инженерно-
мелиоративный институт Донского государственного аграрного университета,
Новочеркасск, Российская Федерация.
Контактный телефон: (8635) 27-96-44; +7 928 923-90-86.
E-mail: ivoninforest@ya.ru
Ivonin Vladimir Mikhailovich - Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Professor of the Chair of Forestry and Forest Reclamation, Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute of Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russian Federation. Contact telephone number: (8635) 27-96-44; +7 928 923-90-86. E-mail: ivoninforest@ya.ru
Воскобойникова Инна Владимировна - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, доцент кафедры Лесных культур и лесопаркового хозяйства, Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт Донского государственного аграрного университета, Новочеркасск, Российская Федерация. Контактный телефон: (8635) 27-96-44; +7 928 923-90-86. E-mail: ivoninforest@ya.ru
Voskoboynikova Inna Vladimirovna - Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Chair of Forest Crops and Park Economy, Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute of Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russian Federation. Contact telephone number: (8635) 27-96-44; +7 928 923-90-86. E-mail: ivoninforest@ya.ru
