CC BY
39
УДК 574.4:504.05
ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ПОЧВЫ ПРИ РЕКРЕАЦИОННОМ
УПЛОТНЕНИИ
Щербина В.Г., - к.б.н. , доцент
Сочинский государственный университет туризма и курортного дела Битюков Н.А., - д.б.н., заслуженный деятель науки Кубани, старший
научный сотрудник Сочинский государственный университет туризма и курортного дела
Жиглова С.В., - научный сотрудник Научно-исследовательский институт горного лесоводства и экологии
леса
Приводятся результаты влияния рекреационных нагрузок на величину водопроницаемости почвы в субтропических буковых биогеоценозах при различном составе и сомкнутости древостоев. Установлено, что показатель водопроницаемости может выступать в роли индикатора рекреационной нагрузки при определенном составе и сомкнутости древостоя.
The effects results influencing recreational loads on quantity waterpermeability a bedrocks in subtropical beech biogeocenoses by at different composition and closeness a treesstands. Set, that the parameter waterpermeability can to come forward in role indicator a recreational load at definite composition and closeness a treesstand.
Введение
Воздействие рекреационного пресса в первую очередь отражается на величине трансформации водно-физических свойств почвы, частным элементом которых является показатель водопроницаемости. Выпадающие осадки под влиянием силы тяжести впитываются и просачиваются по трещинам. В процессе впитывания часть воды заполняет различные поры, другая часть фильтруется в глубинные горизонты, третья часть испаряется с поверхности, а также стекает по склонам, образуя поверхностный сток. Соответственно, чем ниже водопоглащающая способность, тем больше ее остается на поверхности и, следовательно, тем выше эрозионный процент. В результате на крутых склонах усиливается поверхностных сток, возникает эрозия буроземов и других почв [6, 7]. В свою очередь поступающее меньшее количество влаги приводит к снижению продуктивности, как отдельных популяций, так и биогеоценозов в целом
[4, 10, 13]. Это говорит о важности исследований в этом направлении, особенно в горных регионах с рекреационной специализацией.
Однако рекреационные ресурсы лесов Черноморского побережья России мало исследованы, а их рациональное использование достаточно не обосновано, несмотря на имеющиеся нормативные документы [6].
Объекты и методы исследования
Исследования проводились в субтропической зоне Черноморского побережья Кавказа в буковых биогеоценозах (букняк самшитовый, лавровишневый, азалиевый, рододендроновый, папоротниковый, разнотравно-ежевиковый, ясменнивый, овсяницевый, мертвопокровный) при различном составе древостоя и сомкнутости основного полога (0,6, 0,8 и 1,0). Исследования проводились в апреле-мае 2005 и 2006 гг. в районах: Нижний Солох-Аул; Верхне-Русское Лоо; Барановка; Липники; Каштаны; Прогресс; Кирово; Большой Кичмай; Красноалександровский; Якорная Щель; Вардане-Верино.
При определении уровня рекреационного воздействия (стадий рекреационной дигрессии) использовали градацию по отраслевым стандартам [9].
Для изучения водопроницаемости почв в буковых биогеоценозах применяли отрезки оцинкованных труб (0 10 см) с мерным делением на внутренней стороне. На каждой пробной площадке металлический цилиндр (И=30 см) врезался на глубину 10 см без нарушения поверхности почвы. В оставшуюся часть цилиндра высотой 20 см периодически мерной посудой наполнялась вода и определялось оставшееся ее количество через 60 минут. При 6-кратной повторности водопроницаемость почвы характеризовалась средними арифметическими величинами. По каждому варианту рекреационной нагрузки (стадии рекреационной дигрессии) в одном типе букового биогеоценоза было произведено не менее 72 измерений водопроницаемости почвы.
Полученные результаты и их анализ
Механический состав почв, а также их физические и водные свойства представлены в таблицах 1 и 2 [8]. Для бурых лесных почв под букняками характерна очень малая каменистость - в среднем 1,4% по объему, в том числе частиц крупнее 3 мм - 0,8%. Растительные включения (в основном корни) составляют в среднем 2,1% по объему, а общий объем твердых включений - 3,5% по объему.
Таблица 1 - Механический состав бурых лесных почв под букняками
(усредненные величины в %)
Размеры фракций, мм Из них
г лубина 1,0- 0,25- 0,50- 0,01- 0,005- менее менее более
слоя, см 0,25 0,05 0,01 0,005 0,001 0,001 0,01 0,01
2-12 6,3 13,3 9,8 14,2 32,9 23,5 70,6 29,4
15-25 4,8 11,9 8,0 13,5 35,4 26,4 75,3 24,7
40-50 4,7 9,2 9,2 13,6 36,0 27,3 76,9 23,1
>65 2,0 6,1 7,4 18,0 30,6 35,9 84,4 15,5
Таблица 2 - Некоторые усредненные показатели физических и водных свойств бурых лесных почв под буковыми насаждениями
Макси Общая Некапи
мальна Капилл Объем ллярна Скелет
Глубин ный Удельн порозн
я ярная ый вес, ость, % я ность,
а слоя, % по
гигрос влагое вес, влажн.,
см -5 г/см г/см3 по
копичн мкость % по весу
ость, % объему объему
2-12 7,02 50,7 0,92 2,56 66,8 16,1 1,72
20-30 - 48,4 1,10 2,70 59,3 10,9 0,34
40-50 7,30 47,5 1,19 2,69 55,7 8,2 1,58
50-60 7,66 48,0 1,20 2,73 56,0 8,0 2,26
Почвам свойственен тяжелый механический состав. В верхних горизонтах они в основном средне-глинистые, иловато-пылеватые, в нижних - тяжелоглинистые, пылевато-иловатые.
Из результатов исследований впитывающей способности почв следует, что водопроницаемость почвы в буковых биогеоценозах при очень низкой рекреационной нагрузке (I стадия рекреационной дигрессии) достаточно велика. За минуту в среднем впитывается от 2,911 (букняк рододендровый) до 2,336 мм (букняк самшитовый) воды (табл. 3).
Таблица 3 - Водопроницаемость почвы (мм/мин) в буковых биогеоценозах
при различной сомкнутости древостоя и рекреационной нагрузке
Стадии рекреационной Сомкнутость полога, усл. ед.
0,6 0,8 1,0
Букняк самшитовый
I 2,267±0,095 2,325±0,053 2,414±0,054
II 1,848±0,038 1,913±0,069 1,966±0,034
III 1,309±0,085 1,342±0,061 1,375±0,076
IV 0,364±0,041 0,373±0,025 0,384±0,026
V 0,056±0,026 0,057±0,046 0,059±0,027
Букняк азалиевый
I 2,577±0,061 2,620±0,091 2,749±0,022
II 2,050±0,073 2,103±0,068 2,178±0,084
III 1,472±0,072 1,509±0,069 1,546±0,006
IV 0,413±0,024 0,420±0,017 0,431±0,052
V 0,064±0,020 0,065±0,030 0,067±0,015
Букняк рододендроновый
I 2,827±0,099 2,904±0,065 3,298±0,059
II 2,333±0,086 2,407±0,001 2,466±0,063
III 1,690±0,064 1,731±0,073 1,801±0,096
IV 0,499±0,014 0,510±0,080 0,520±0,048
V 0,079±0,067 0,081±0,058 0,083±0,019
Букняк лавровишневый
I 2,342±0,071 2,425±0,019 2,491±0,081
II 1,908±0,016 1,962±0,022 2,019±0,073
III 1,342±0,081 1,371±0,004 1,406±0,081
IV 0,375±0,086 0,385±0,041 0,394±0,045
V 0,058±0,027 0,059±0,028 0,061±0,018
Букняк папоротниковый
I 2,331±0,086 2,443±0,058 2,509±0,045
II 1,936±0,050 1,991±0,076 2,049±0,033
III 1,366±0,012 1,403±0,009 1,427±0,091
IV 0,385±0,081 0,398±0,027 0,411±0,033
V 0,059±0,048 0,061±0,048 0,063±0,024
Букняк разнотравно-ежевиковый
I 2,706±0,052 2,748±0,011 2,837±0,023
II 2,175±0,072 2,235±0,070 2,299±0,060
III 1,591±0,068 1,626±0,024 1,668±0,054
IV 0,453±0,023 0,461±0,067 0,473±0,002
V 0,071±0,043 0,072±0,074 0,074±0,029
Букняк ясменнивый
I 2,679±0,089 2,732±0,054 2,851±0,080
II 2,153±0,001 2,210±0,089 2,274±0,072
III 1,568±0,087 1,601±0,032 1,641±0,031
IV 0,439±0,086 0,447±0,080 0,456±0,034
V 0,069±0,042 0,070±0,033 0,072±0,053
Букняк овсяницевый
I 2,727±0,041 2,778±0,045 2,888±0,037
II 2,195±0,092 2,264±0,034 2,332±0,066
III 1,585±0,095 1,623±0,083 1,686±0,082
IV 0,453±0,013 0,465±0,048 0,473±0,002
V 0,072±0,024 0,073±0,034 0,075±0,025
Букняк мертвопокровный
I 2,721±0,059 2,769±0,091 2,866±0,037
II 2,150±0,010 2,226±0,016 2,289±0,046
III 1,601±0,092 1,643±0,032 1,684±0,011
IV 0,457±0,024 0,471±0,041 0,480±0,005
V 0,071±0,053 0,073±0,044 0,074±0,065
При появлении рекреационного фактора, в одном и том же типе букового биогеоценоза, но на участках с различной рекреационной нагрузкой, водопроницаемость имеет определенный диапазон варьирования. В среднем, рекреационные нагрузки при II стадии рекреационной дигрессии приводят к снижению почвенной водопроницаемости на 18,9%. При этом, лучшие условия формируются в букняке рододендроновом (снижение на 17,5%), а худшие в букняке мертвопокровном и азалиевом (снижение на 20,3%). Составляя, соответственно 2,403, 2,222 и 2,111 мм/мин.
Увеличение плотности почвы при III стадии рекреационной дигрессии буковых биогеоценозов приводит к снижению впитывающей способности почвы в среднем на 41,9%. При нагрузке, приводящей к IV стадии водопроницаемость снижается на 83,5%, а при V стадии почвенная впитывающая способность уменьшается в среднем на 97,4%.
По мере снижения сомкнутости основного полога от нормальной (1,0) до 0,6, происходит и снижение величины водопроницаемости почвы, составляя, при I стадии дигрессии, в биогеоценозах с древостоем из одного бука от 4,5 (букняк рододендроновый, 10Бк) до 6,5 (букняк азалиевый, 10Бк)%; в биогеоценозах с древостоем из бука и граба - 3,6 (букняк разнотравно-ежевиковый, 9Бк1Грб) - 7,3 (букняк рододендроновый, 6Бк4Грб)%; с древостоем из бука, дуба и граба - 4,8 (букняк самшитовый, 6Бк2Дб2Грб) - 9,9 (букняк папоротниковый, 8Бк1Дб1Грб)%. Следовательно, в биогеоценозах с монодоминантным составом древостоя зависимость водопроницаемости почвы от сомкнутости полога минимальна. В букняках грабовых зависимость возрастает по мере
снижения участия бука в древостое, а в букняках дубово-грабовых, напротив, с его увеличением. Данное явление объясняется различиями в величинах влажности почвы [14], пористости и щебнистости [13], ее плотности [5, 8], количестве лесной подстилки [14], концентрации корней в почве [3, 14], участии почвенных беспозвоночных [12, 15], величине развития подлеска [2] и подроста [11].
Снижение впитывающей способности почв приводит к увеличению поверхностного стока. Следовательно, можно считать доказанным, что максимальными противоэрозионными функциями обладают сомкнутые насаждения, обладающие всеми компонентами, присущими лесу [8].
В условиях с большей рекреационной нагрузкой (П^ стадии дигрессии) в биогеоценозах с двумя содоминирующими видами в древостое (бук и граб), лучшие показатели водопроницаемости почвы характерны для сообществ с большей долей граба (6Бк4Грб), а худшие - с меньшим его участием (9Бк1Грб). Составляя по вариантам стадий в среднем для 6Бк4Грб, соответственно 82,7, 60,3, 17,8, 2,8%, а для 9Бк1Грб - 79,7, 57,4, 15,9, 2,5%. При этом, также, как и при I стадии, лучшие условия формируются в букняке рододендроновом, с составом древостоя 6Бк4Грб [11].
В биогеоценозах с тремя содоминирующими видами в древостое (бук, дуб и граб) при П^ стадиях показатель водопроницаемости меньше изменяется в сообществах с большей долей участия дуба (6Бк3Дб1Грб) и более развитым подлеском (букняк самшитовый) [14], а больше - где меньше их участие (8Бк1Дб1Грб). В биогеоценозах с равной долей дуба в древостое, лучшие показатели водопроницаемости формируются в сообществах с большей долей граба (6Бк2Дб2Грб), а худшие в биогеоценозах с составом древостоя 7Бк2Дб1Грб (букняк лавровишневый) [11].
Следовательно, можно прийти к выводу, что процесс рекреационной трансформации почвы менее выражен в биогеоценозах с большей долей участия граба и (или) дуба в древостое. С увеличением доли бука -интенсивность рекреационной деградации почвы усиливается.
Результаты статистической обработки указывают на то, что между показателем рекреационной нагрузки и водопроницаемостью верхнего горизонта почвы имеется обратная корреляционная зависимость. При этом в биогеоценозах наблюдаются следующие общие закономерности:
1. При V стадии рекреационной дигрессии во всех буковых биогеоценозах на всем диапазоне сомкнутости основного полога между показателем водопроницаемости и рекреационной нагрузкой на почву существует очень слабая зависимость (г=-0,018- -0,546, при Г=3166, Р£0,05).
2. В биогеоценозах с участием дуба при сомкнутости древостоя 0,6 показатель водопроницаемости проявляет высокую сопряженность с рекреационной нагрузкой равной II стадии дигрессии (г=-0,898—0,911, при Г=146, Р£0,01). При III стадии - на всем диапазоне сомкнутости (г=-0,874- -0,963, при Г=452, Р£0,02), а при IV - при сомкнутости древостоя 0,8-1,0 (г=-0,911- -0,947, при Г=315, Р£0,01).
3. В биогеоценозах с содоминирующими в древостое буком и грабом высокий показатель сопряженности характерен при П-^ стадиях на всем диапазоне сомкнутости полога (г=-0,806- -0,974, при Г=2144, Р£0,01). Исключение представляют сообщества с составом древостоя 6Бк4Грб при сомкнутости 0,6 и II стадии дигрессии (г=-0,432- -0,449, при Г=202, Р£0,05), где отмечаются большие восстановительные способности, видимо, благодаря лучшему развитию редуцирующего комплекса энтомофауны [12].
4. В букняках c монодоминантным древостоем показатель водопроницаемости проявляет тесную сопряженность на всем диапазоне сомкнутости основного полога при II-IV стадиях рекреационной дигрессии (г=-0,814- -0,923, при f=1108, Р£0,01).
Нерациональная хозяйственная деятельность (рекреация и нерегулируемый выпас скота) изменяет в нежелательном направлении не только впитывающую способность почв, но и гидравлические характеристики поверхности [7]. При этом скорости стока при прочих равных условиях возрастают в три-четыре и более раз, в связи с чем резко увеличивается опасность эрозии и развития селевых явлений [1, 6, 8].
Выводы
1. Интенсивность внутрипочвенного стока в буковых типах субтропических биогеоценозов уменьшается, по мере: а) уменьшения сомкнутости древостоя; б) уменьшения в составе древостоя доли граба и дуба; в) ростом рекреационной нагрузки; г) повышении доли бука в древостое.
2. Показатель почвенной водопроницаемости проявляет высокие индикаторные свойства в буковых и буково-грабовых биогеоценозах при II-IV стадиях на всем диапазоне анализируемой сомкнутости древостоя; исключение составляют только биогеоценозы с составом 6Бк4Грб. В букняках дубово-грабовых индикаторные свойства отмечаются при II стадии и сомкнутостью древостоя 0,6, при III стадии - на всем диапазоне сомкнутости, а при IV - при сомкнутости 0,8-1,0.
Список использованной литературы
1. Авдонин В.Е. Почвозащитная роль горных лесов Черноморского побережья Российской Федерации в связи с рекреацией. Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Новочеркасск, 1998. 24 с.
2. Белюченко И.С., Щербина В.Г., Щербина Ю.Г. Рекреационная трансформация лавровишневых сообществ на Кавказе // Экологические проблемы Кубани. Краснодар: Изд-во КГАУ, 1999. С. 22-152.
3. Белюченко И.С., Щербина Ю.Г., Щербина В.Г. Надземная и общая продуктивность подлеска буковых сообществ // Проблеми фундаментально! та
прикладно' екологи: Матер. II М1жнар. наук. конф., 20-21 грудня 2000. Кривий Р1г: КДПУ, 2001. С. 92-96.
4. Белюченко И.С., Щербина В.Г., Щербина Ю.Г. Экологическая оценка устойчивости сообществ // Социально-экологические и экономические проблемы развития регионов рекреационной специализации: Матер. 1-й Междун. науч.-прак. конф., 13-16 мая 2003 г. Сочи: РИО СГУТиКД, 2004. С. 31-32.
5. Жиглова С.В., Щербина В.Г. Антропогенная трансформация эдатопа под влиянием рекреации // Проблемы устойчивого развития регионов рекреационной специализации: Матер. науч. конф., июль 1999. Сочи: ГУП СПП, 2001. С. 108-110.
6. Ивонин В.М., Авдонин В.Е., Пеньковский Н.Д. Рекреационная экология горных лесов российского Причерноморья. Изд-во СКНЦ ВШ, 2000. 271 с.
7. Коваль И.П., Битюков Н.А. Экологические функции гоных лесов Северного Кавказа. М.: ВНИИЦлесресурс, 2000. 480 с.
8. Коваль И.П., Битюков Н.А. Экологические основы пользования лесом на горных водосборах (на примере Северного Кавказа). Краснодар: Кубанский учебник, 2001. 408 с.
9. ОСТ 56-100-95. Методы и единицы измерения рекреационных нагрузок на лесные природные комплексы. Стандарт отрасли. Введен 01.09.1995. 14 с.
10. Щербина В.Г., Белюченко И.С., Щербина Ю.Г. Реакция и связь компонентов буковых биогеоценозов в условиях интенсивной рекреации // Охорона довкшля: Матер. II Всеукр. конф, 8-9 грудня 1998. Кривий Р1г: Выд-во КДПУ, II, 1998. С. 64-66.
11. Щербина В.Г., Белюченко И.С. Экологическая устойчивость лесных экосистем // Проблеми экологи та еколопчно! осв1ти: Матер. I М1жнар. наук. конф. Кривий Р1г: Выд-во ГБ.Г, 2002. С. 59-64.
12. Щербина В.Г., Белюченко И.С., Рубанов М.Н. Оценка антропогенной толерантности почвенных беспозвоночных // Проблеми экологи та еколопчно" осв1ти: Матер. II М1жнар. наук.-прак. конф. Кривий Р1г: Вид-во ТОВ Етюд-Сервю, 2003. С. 2427.
13. Щербина В.Г. Экологические аспекты буковых экосистем. Кривой Рог: Изд-во ГБ.Г, 2004. 2 изд. 231 с.
14. Щербина В.Г. Рекреационная индикация субтропических буковых биогеоценозов. Кривой Рог: Изд-во Минерал, 2005. 2 изд. 352 с.
15. Щербина Ю.Г., Белюченко И.С., Щербина В.Г. Экологическая амплитуда антропогенной толерантности мезопедофауны // Проблемы, инновационные подходы и перспективы развития туристско-рекреационного комплекса России: Матер. II Всеросс. молодеж. науч.-прак. конф., 25-27 апр. 2000 г. Сочи: РИО СГУТиКД, 2002. С. 173-179.
