Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭРОЗИЯ ПОЧВ НА ВЫРУБКАХ И РАСЧИЩЕННЫХ ЛЕСНЫХ ПЛОЩАДЯХ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАВКАЗА

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ЭРОЗИЯ ПОЧВ НА ВЫРУБКАХ И РАСЧИЩЕННЫХ ЛЕСНЫХ ПЛОЩАДЯХ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАВКАЗА"

<31~3д$*гь

На правах рукописи

Коляда Игорь Владимирович

ЭРОЗИЯ ПОЧВ НА ВЫРУБКАХ И РАСЧИЩЕННЫХ ЛЕСНЫХ ПЛОЩАДЯХ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАВКАЗА

Специальность: 03.00.16 - "Экология"

Автореферат

диссертации ма соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Новочеркасск, 2003

Работа выполнена на кафедре экологии и лесных мелиорацнЙ Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Новочеркасской государственной мелиоративной академии".

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Ивоин Владимир

*

Михайлович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Полужтов Евгений Валерьянович; кандидат сельскохозяйственных наук Водяной Сергей Михайлович. Ведущая организация ГУ "Кавказский государственный мрнродиый биосферный заповедник".

Защита состоится " 28 " ноября 2003 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 220.049.01 в ФГОУ ВПО "Новочеркасская государственная мелиоративная академия" го адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовской области, ул. Пушкинская, 111.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО "НГМА".

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью предприятия, просим направить ученому секретарю диссертационного совета. Автореферат разослан " ¿г* ' г.

Ученый секретарь диссертационного совета, ■, J

кандидат сельскохозяйственных наук, :

профессор, Заслуженный мелиоратор ^

Российской Федерации -^Сенчуюж Г.А.

ОБЩАЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы определяется возрастающей во времени средоза-щитной ролью горных лесов, которые пока остаются источниками получения древесины. Это определяет противоречие между коммерческими и природоохранными интересами общества.

Для сглаживания этого противоречия в горах создают системы разнообразных особо охраняемых природных территорий (ООПТ), обеспечивающих благоприятную экологическую обстановку, устойчивое управление ресурсами водосборных бассейнов, биологическое разнообразие экосистем и видов и др.

На Северо-Западном Кавказе Сочинский национальный парк и Кавказский государственный природный биосфсрный заповедник, расположенные по соседству, образуют ядро эффективно действующей системы ООПТ.

В лесах ООГТТ рубки главного пользования запрещены, а промежуточного - ограничены, но допускают прочие рубки, при которых, согласно Лесному кодексу (1997), может осуществляться заготовка древесины.

Эколого-лесоводственныс требования к рубкам в лесах Северного Кавказа регламентировании Правилами рубок главного пользования (1993) и Наставлениями по рубкам ухода (1993).

Что касается прочих рубок (разрубка трасс трубопроводов, воздушных линий электропередач и др.), то нет каких либо экологических ограничений к их проведению, кроме требования Лесного кодекса (1997) лесопользователям, которые обязаны проводить любые рубки способами, предотвращаю* щнми возникновение эрозии и исключающими или ограничивающими их негативное воздействие на состояние и воспроизводство лесов, а также на окружающую среду.

В соответствующих нормативных документах предприятий транспорта и энергетики (СНиП Ш-42-80; СНиП 1У-5-82 и др.) экологические ограничения к рубкам не сформулированы, что затрудняет выполнение требований Лесного кодекса РФ к лесопользователям, ^ ^ КСХД

ß .научной литературе негативные последствия рубок главного и промежуточного пользования широко освещены (Ф.К. Арнольд, 1893; Д. Кравчин-скнй, 1901; Г.Ф. Морозов, 1927; М.Б. Ткаченко, 1939; В.Г. Нестеров, 1954; И.О. Мелехов, 1966; U.C. Погребняк, 1968; Л,В. Побединский, 1973; В.Г. Ат-рохин, J976; А.П. Ливанов, 1983; B.C. Олийник, 1985; В.И. Обыденников, 1996 и др.). В горных лесах эрозию почв на вырубках исследовали А.Ф, Поляков (1965); В.Н. Даншжк (1972); Н.М. Горшенин (1974); В.Н, Дьяков (1972); Р.Г. Чагелишвили (1979); О.В. Чубатый (1980); П.Н.Датунишвшш и др. (1986); В.АХордиенко (1995); И.П. Коваль, H.A. Битюков (2000); Г,К. Солнцев и др. (2002); В,М. Ивонин и др. (2002).

В целом, результаты исследований эрозии почв на вырубках горных склонов наложены в трудах Лаборатории лесоведения РАН, ВНИИЛМ, НИИ-горлесэкол, институтов горного лесоводства Грузни и Украины, УхрНИИЛ-ХА и др. НИИ н высших учебных заведений России и зарубежья.

Однако в лесах ООП? эрозия почв наиболее активна на расчищенных площадях по трассам трубопроводов, ЛЭП, рекреационных и др. объектов, на вырубках сплошных санитарных рубок. Особенности проявления этой эрозии исследованы недостаточно.

Это определило направление наших работ в рамках темы 11.02,03 Координационного плана Россельхозакадемии. Научно-исследовательские работы выполнялись в 1999-2003 гг. на кафедре экологии и лесных мелиорации ФГОУ ВПО НГМА. Эксперименты проводили на землях ГУ СНП.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - установить связи показателей поверхностного стока и эрозии почв на вырубках и расчищенных площадях по трассам объектом транспорта, энергетики и рекреации, а также обосновать хозяйственные мероприятия в прилегающих нарушенных лесах но их восстановлению, улучшению санитарно-гигиенического состояния и водоохранно-зашитных функций в условиях ООПТ Северо-Западного Кавказа.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

-изучить состояние горных лесов 0011Т вблизи вырубок и линейных сооружений энергетики, транспорта и рекреации;

-исследовать поверхностный сток, эрозию и прочностные характеристики почв на вырубках и плошадях линейных сооружений;

-уточнить эколого-лесоводственны е требования к технологиям лесосечных работ при прочих рубках.

Научная новизна исследованнй заключается в следующем: —для нарушенных бурых лесных почв на расчищенных площадях линейных объектов (трассы трубопроводов, лэн и др.) и вырубках установлены связи объемной массы, пористости почв и воздушно-сухой массой живого напочвенного покрова и лесной подстилки с коэффициентами стока, интенсивностью впитывания волы и эрозией;

--определено, что интенсивность стока и эрозия почв на площадях линейных объектов зав и сет как от объемной массы слоя 0-20 см сухой почвы и воздушно-сухой массой живого напочвенного покрова и лесной подстилки, так и от уклонов местности;

-в лесных экосистемах вблизи трасс объеетов транспорта, энергетики и рекреации эрозия усиливается по мере уменьшения массы лесной подстилки и живого напочвенного покрова ниже 7 т/га;

—в связи с расчисткой площадей от лесной растительности, нарутонкостью и уплотнением почв, эрозия усиливается, несмотря на увеличение сдвигающих усилий.

Практическая значимость работы: -в горных ООПТ вблизи линейных объеетов транспорта, энергетики и рекреации конкретизировании мероприятия по улучшению санитарно-гигиенического состояния и повышению водоохранно-защитной рати лесных экосистем;

-при рубках, не связанных с лесным хозяйством, уточнены эколого-лесовод-ственные требования к технологиям лесосечных работ.

Апробация pa Поты проводилась на научно-] фактической конференции "Защитное лесоразведение на юге России и перспективы его развития", посвященной 80-летию высшего лесного образования на юге России (Новочеркасск, 2000); Всероссийской конференции, посвященной 20-летню образования Сочинского национального парка (Сочи, 2003); расширенном заседании кафедры экологии и лесных мелиорации ФГОУ ВПО НГМА (Новочеркасск, 2003).

Публикации, По материалам исследований опубликовано три печатных работы.

Реализации результатов исследований проведена в ГУ СНП. Кроме этого результаты исследований внедрены в учебный процесс лесохозяйст-веиного факультета ФГОУ ВПО НГМА.

Структура работы содержит введение, шесть глав, общие выводы и предложения производству, список использованной литературы и приложения.

Объем диссертации включает 192 страницы, в т.ч. 126 страниц машинописного текста, 57 таблиц, 53 рисунка и 16 таблиц, трех приложений. Список использованной литературы включает 147 источников, в т.ч. 10 - ita иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан обзор литературы но эрозии почв в лесах, в связи с лесозаготовками, на основе которого представлены лесоводственн о-жо логические требования к проведению главного и промежуточного пользования. Отмечено, что эрозня почв на вырубках в горных лесах детально исследована. Однако недостаточно изучена эрозия на расчищенных площадях, вырубках сплошных санитарных рубок в лесах OOIÎT, Это затрудняет выполнение требования Лесного кодекса РФ (1997) к лесопользователям, обязанным про* водить любые рубки способами, предотвращающими возникновение эрозии почв и исключающими или ограничивающими негативное воздействие на окружающую среду.

Во второй главе характеризуется место, условия и методика исследований, которые проводились в ГУ "Сочинский национальный парк" (общая площадь лесных земель равна 181667 га). В составе лесов преобладают: бук восточный; дуб иберийский; каштан посевной; граб кавказский, пихта кавказская. Общий запас сырой древесины составляет 6359148 дес. м\ средний прирост насаждений равен 2,6 мVra покрытых лесом земель, текущий прирост- 1,6м'/гэ.

Рельеф представлен хребтами и склонами Северо-Западного Кавказа, тип рельефа - низкогорье и среднегорье с глубоко врезанными долинами. Абсолютные отметки вершин водоразделов изменяются ог 200 до 1918 м над уровнем моря. В лесах в основном распространены бурые лесные почвы.

Территория ГУ СНП расположена в Колхидской провинции с теплым и влажным климатом. Среднемесячная температура воздуха изменяется от 14 (Сочи) до 3,7° (Ачишхо). На побережье за период исследований наиболее засушливым оказался 1998 г. (1479 мм осадков), а наиболее влажным - 2001 г. (2375 мм). Максимальные интенсивности эрозиоиноопасных ливней наблюдались в мае-октябре : в 2000 г. - - 1,95; в 2001 г. - 1ц> = 3,62 мм/м. Кроме эрозии в местах распространения глинистых пород отмечены оползни, а песчаников и известняков - осовы.

Методика исследований предусматривала использование материалов лесоустройства СНП (Воронежлеспроект, 1998). Пробные площади с учетом требований ОСТ 56-69-83, тренировочного вида характеризовали контрольные варианты лесов. Ландшафтную таксацию проводили используя методические положения, приведенные в работах В.В. Ильина (1983), В.М, Ивоннна и лр. (2000).

Исследования проводили в Марьинском, Лазаревском и Краснополян-ском лесничествах на следующих объектах:

1)"Бедые скалы" - проба 1.1 {трасса газопровода, щебень с глинистым заполнителем, уклон 0,4452, северо-западная экспозиция); проба 1,2 (трасса лэп, злаковая вырубка, аллювиально-делювиальная почва, уклон 0,1944, юго-западная экспозиция); проба 1.3 (лес в охранной зоне газопровода 4ДНИ1Я051Т, возраст 90 лет, V класс бонитета, ОСДИ, запас 100 м'/га; аллювиально-делювиальная почва с нарушенной подстилкой, уклон 0,1763, юго-западная экспозиция);

2)"Мамедово ущелье" — проба 2.1 (трасса газопровода, щебень с глинистым заполнителем, уклон 0,1763, посточная экспозиция); проба 2.2 (лес в охранной зоне газопровода 7Г2ДНИ1КЛБ*КШ,ОЛЧ, возраст граба - 90 лег, [V класс бонитета, СХДИ, запас 230 м'/га, бурая лесная нарушенная почва, уклон 0,2679, юго-восточная экспозиция); проба 2.3 (технологическая дорога вдоль газопровода, примитивная щебенистая почва, уклон 0,2126, юго-западная экспозиция); проба 2.4 (девственный лес 7Г2 ДН И1К Л Б+К Ш.ОЛ Ч ,Я подлесок ЛЩ, КЗЛ, возраст граба - 90 лет, IV класс бонитета, СХДИ, запас 230 м'/га, бурая лесная почва, уклон 0,4663, южная экспозиция);

3) "Слияние рек Псезуансе и Хаджи ко" - проба 3.1 (технологическая дорога вдоль газопровода, уклон 0,2679 щебень, северо-западная экспозиция); проба 3.2 (трасса газопровода, густой напочвенный покров из ажины и травянистой бузины, подрост 80ЛЧ2Г - 5 лет);

4)"Сахарная голова" - проба 4,1 (котловинная иапоротни ко ао-ажиновая вырубка сплошной санитарной рубки 1998 г, при вертолетной трелевке, бу-

рая лесная почва, уклон 0,3839, северо-восточная экспозиция); проба 4.2 (девственный лес ЗОДППБК, подлесок ЕЖВ, ЛЩ, возраст каштана - 130 лет, Ш класс бонитета, СВКШ, запас — 300 м'/га; бурая лесная почва, уклон 0,3839, северо-восточная экспозиция); проба 4 J (котловинная ажиновая вырубка сплошной санитарной рубки 1998 г. при тракторной трелевке, культуры каштана посевного 2000 г„ бурая лесная нарушенная почва, уклон 0,4040, ссвсро-восточная экспозиция); проба 4.4 (пасечный волок, щебень с глинистым заполнителем, пятна лесной подстилки, уклон - 0,3057, восточная экспозиция); проба 4.5 (девственный лес 7КШ2БК1ДИ+Г, КЛВ, подлесок ЕЖВ, возраст каштана - 130 лет, II класс бонитета, СВКШ, запас -420 м'/га, бурая лесная почва, уклон 0,1228, северо-восточная экспозиция); проба 4.6 (магистральный волок, слои мергеля, уклон 0,4663, северная экспозиция).

5) "Альпика-Сервис" - проба 5.1 (скоростная лыжная трасса, бурая лесная нарушенная почва, уклон 0,2309, северная экспозиция); проба 5.2 (вегетативный лес 2БК2КШ5ЛОЧ1Г, возраст 30 лет, I класс бонитета, ВЛЕК, запас - 90 м'/га, темно-бурая почва, уклон 0,1405, южная экспозиция); проба 5.3 (крутой участок технологической дороги, слои мергеля, уклон 0,5317, южная экспозиция).

На каждой пробе закладывали по две стоковых шюшади-близнеца, на одной из которых проводили искусственное дождевание, а на другой - отбирали образцы почв, лесной подстилки и живого напочвенного покрова. Почвенные образцы отбирали, перевозили и хранили соблюдая требования ГОСТ 12071. Дождевание проводили в соответствии с методикой В.М Ивошша и II. Д. Пень ко веко го (2003), используя капельно-струйную установку, изготовленную в мастерских Лазаревского лесничества. При дождевании выдерживали условие Wbr> - idem.

В почвенных образцах определяли: влажность (ГОСТ 5180-79), пределы и числа пластичности (ГОСТ 5183-77), водно-физические характеристики (ГОСТ 5180-84). Прочностные характеристики иочв и грунтов (коэффициенты внутреннего трения и сцепления) определяли на приборе ПСГ-2М по схс-

<е быстрого сдвига в условиях незавершенной консолидации при водонасы-аенин образцов.

Анализы проводили в грунтовой лаборатории института Сочиграждан-(роект.

В третьей главе анализируются рубки в горных лесах ГУ СНП. Пока-

ано, что опасность формирования местного стока и проявления эрозии

*

тредставляют плошади прочих рубок: трассы трубопроводов, воздушных ли-:ий электропередач, технологических дорог, вырубок санитарных рубок и еррнтории расчищенные от лесной растительности под строительство разнимых объектов.

Предложена классификационная схема прочих рубок (рисунок I)

Рисунок 1 - Классификационная схема прочих рубок

В четвертой главе исследовано состояние горных лесов в районах гроведения прочих рубок. Было выяснено, что горные леса вблизи трасс га-.опроводов и воздушных линий электропередач (ЛЭГТ- 500 и др.) характери-!уются техногенным нарушением почв, захламленностью мертвой древеси-юй и поврежденностью гололедом. Эти леса требуют проведения комплексных лесохозяйстаенных мероприятий по содействию естественному лесово-юбновленню, предупреждению нежелательной смены пород, улучшению эс-

тетического и санитарно-гигиенического состояния, биологической устойчивости и водоохранно-защитных функций.

В пятой главе анализируются поверхностный сток, эрозия и прочностные характеристики почв на вырубках и площадях линейных сооружений. Интегральными показателями проявления эрозии почв в лесных экосистем является масса живого напочвенного покрова (жни) и лесной подстилки (лп), а также водно-физические свойства верхнего слоя почв (таблица 1).

Таблица 1-Характерисгика воздушно-сухой массы жнп и лп и физические свойства слоя почв 0-20 см

№ пробы Масса жнп и лп, т/га Пределы пластичности Масса почв, г/см* Порис- | Коэффи-тость, пористо тости

удельная объемная

верхний НИЖНИЙ

Объект I - "Белые скалы"

1.1 0.32 0.341 1 0.203 2.60 1,64 37.0 0.585

1.2 0.54 0.478 0.353 2.51 1.39 44.7 0.808

1.3 6.48 0.543 0.482 2.32 1.07 53.8 1.165

Объект 2 - "Мамедово ушелье"

2.1 0 1 0.354 0.223 2.60 1.64 37.0 0.585

2.2 2,34 0.627 0.598 2.32 0.98 57.5 1.365

2.3 1,92 0.430 0.284 2.60 1.43 44.8 0.813

2.4 8.04 | 0.537 0.420 2.32 0.98 57.7 1.362

Объект 3 - "Слияние рр. Псезуапсе и Хаджико"

3,1 0.70 1 1 2.64 не о л р. не опр. не опр.

3.2 8.20 | 0.554 0.387 2.51 1.58 37.2 0.593

Объект 4 - "Сахарная голова"

4.1 19.98 0.523 0.359 2.51 1.28 1 49.1 0.964

4.2 12.92 0.611 0.550 2.32 1.21 47.8 0.918

4.3 6.32 0.627 0.558 2.32 1.14 50.7 1.030

4.4 0 0,342 0.197 2.60 1.49 42.7 0.746

4.5 19.50 0.351 0.214 2.51 1.23 50.9 1.035

4.6 0 0.367 0.242 2.51 1 1.30 48.3 0.932

Объект 5 - "Лл ьпи ка-Сер вис"

5.1 0.52 0.370 0.257 2.51 1.36 45.6 0.839

5.2 15.96 0.588 0.529 2.51 1.26 49.9 0.994

1 5.3 0 0.488 0.343 2,60 1.66 36.1 0.564

В целом, воздушно-сухая масса лесной подстилки в девственных лесах достигает 18 т/га, а живого напочвенного покрова - 2,5 т/га. В нарушенных лесных экосистемах масса подстилки снижается до 7 т/га, а живой напочвенный покров перестает соответствовать типам леса; на вырубках масса лесной подстилки уменьшается, а живого напочвенного покрова — увеличивается; па

волоках, технологических дорогах и площадях линейных объектах эти пока*

затели уменьшаются до нуля, за исключением участков с сеяными травами или периодически обновляемой порослью,

За время наших наблюдений объемная масса слоя 0-20 см сухой почвы в девственных и нарушенных лесных экосистемах изменялась от 0,98 до 1,23 г/см3; на вырубках (пасеках) - от 1,14 до 1,38; трассах лэп и лыжных спусках - от 1,30 до 1,50; технологических дорогах и трассах газопроводов - от 1,43 до 1,66 г/см3. Пористость и коэффициенты пористости слоя почв 0-20 см изменялись соответственно.

Все это определяло условия формирования стока при ливнях и проявления эрозии почв (таблица 2).

На объекте "Белые скалы" по вариантам 1.1 - 1.2 коэффициенты стока изменялись от 0,52 до 0,88, а под пологом нарушенного насаждения охранной зоны газопровода этот показатель снизился до 0,04.

В девственном лесу объекта "Мамедово ущелье" (проба 2.4) стока вообще не было, в нарушенном лесу охранной зоны (проба 2.2) коэффициент стока составил 0,27, а на трассах газопровода и технологической дороги - соответственно 0,55 и 0,79.

На объекте "Слияние рр. Псезуапсе и Хаджико" значительный сток зафиксирован иа варианте технологической дороги (проба 3,1). В то же время на трассе газопровода (проба 3.2) наблюдался лишь капельный сток. Во время дождевания капли возникали при смачивании листьев подроста и живого напочвенного покрова, передвигались по ним и падали в приемный лоток. На 15-ой минуте дождевания передвижение капель по листьям закончилось и сток прекратился.

Таблица 2 - Характеристики поверхностною стока и эроши почв

№ Влажность слоя Слой, мм Коэффи- Средняя интенсивность, Средняя Эрозия

про- почв 0-20 си, дождя стока циент мм/м мупюстъ почв,

бы % стока стока впитывания стока, т/л т/га

Объект 1 - "Белые скалы"

1.1 19.5 73 64.2 [ 0.879 2.091 0,282 10.00 6.420

1.2 21.0 75 39.2 0.523 1.269 1.126 3,60 1.411

1.3 21.3 75 3.3 0.044 0.216 2.366 0.03 0.001

Объект 2 - "Мамедово ущелье"

2.1 18.9 75 41.2 0.549 1.373 1,104 24.80 10.218

2.2 47.8 75 20.6 0.275 0.701 1.721 0.01 0.002

2.3 26.2 75 59.0 0.787 1.947 0.518 17.20 10.148

2.4 44.6 75 0 0 0 2.500 0 0

Объект 3 - - "Слияние рр. Псезуансе и Хаданко"

3.1 10.7 75 44.6 0.595 1.467 0.984 19.40 8.652

3.2 ИЛ 75 0.2 0.003 0.050 2.493 0 0

Объект 4 - "Сахарная голова"

1.1 23.6 75 0 0 0 2.500 0 0

4.2 18.2 75 0 0 0 2.500 0 0

4.3 29.5 75 0.3 0.001 0.007 2.497 0.01 0

4.4 19.5 75 60,0 0.800 1.943 0.476 41.4 24.840

4.5 28.1 75 0 0 0 2.500 0 0

4.6 22.4 75 60.2 0.803 1.967 0.468 88.0 5.976

Объект 5 - "Лльшш-Сервцс"

5.1 18.7 75 53,1 0.708 1.883 0.088 21.2 11.257

5.2 28.7 75 0 0 0 2.500 0 0

5.3 16.1 75 73.8 0.984 2.365 0.037 84.0 61.992

На объекте "Сахарная голова" стока не было, как на вырубке при верто-(етной трелевке (проба 4.1), так на контрольном участке леса (проба 4.2), В сервом случае этому способствовала большая масса живого напочвенного юкрова, образовавшаяся на вырубке, при сохранившейся массе лесной полтапки.

На вырубке (пасеке) с тракторной трелевкой (проба 4.3) поверхность ючвы покрывала лесная подстилка перемешанная с порубочными остатками, (роме этого двухлетние культуры каштана посевного своей листвой прикры->али поверхность стоковой площадки, способствуя возникновению капель-юго стока, подобного стоку на пробе 3.2,Во время дождевания участка пасечного волока (проба 4.4) зафиксирован сток с пульсацией расходов, в связи : возникновением микропрудков воды перед плотниками из остатков под-ггилки и порубочных остатков и прорывания этих плотинок. На магистраль-юм волоке (проба 4.6) сток возник на 55 сек. дождевания. Расходы его постепенно увеличивались, достигли максимума, далее оставаясь постоянными.

На объекте "Альпика-Сервис" сток сформировался на лыжной трассе проба 5.1) и на полотне технологической дороги (проба 5,3), В первом слу-1ае в процессе дождевания отмылся слой щебня на поверхности площадки.

Регрессионный анализ данных экспериментов привел к уравнениям свя-

ш:

иЭу-МЗ при г = 0,641 ±0,143; (1)

5 = 0,77 уа - 0,93 при г = 0,573 ±0,158; (2)

5= 1,909-0,033 п при г= -0,586 ±0,159; <3)

8= 1,19-0,91Е при г = -0,585 ±0,159; (4)

1,54 - 2,44 \УГ при г---0,664 ± 0Д36. (5)

В уравнениях (1) - (5) принято: 3 - коэффициент стока; у и уо -объем-

]ая масса слоя 0-20 см почв соответственно сухой и влажной почвы, г/см3; 1 - пористость слоя О-20 см почв, %; Е - коэффициент пористости слоя 0-20 ;м почв; \УТ - верхний предел пластичности слоя почв 0-20 см, доли едини* цы; г- парный коэффициент корреляции.

Анализ уравнений (1) - (5) показывает, что сток возможен в случае, когда у > 1,2 г/см3, а также при л < 57 % или Е < 1,3. Верхний предел пластичности существенно корректирует сток. Если почва достигает уровня влажности, превышающего потерю её пластических свойств (\УТ > 0,6), то наступает текучее состояние, что наблюдается в стадии эрозионноопасного стока.

Однако, если на поверхности склона сохраняются лесная подстилка и

*

живой напочвенный покров, это вносит существенные коррективы в условия формирования стока т.к.

8-0,639-0,044 т при г --0,802 ± 0,084. (6)

где ш - воздушно-сухая масса жнп и лп, т/га. Интенсивность стока (Ц мм/м), определяемая его слоем и временем стекания воды, прямо зависит от уклона местности:

1^-2,62 у+ 1,14 ¡-2,90 при Я-0,650 ¿0,139; (7)

1,45-0,11 ш + 4,031 при Л-0,813±0,079 (8)

В уравнениях (7) - (8) принято: I - уклон, tg крутизны склона; Я - коэффициент множественной корреляции.

По уравнениям (7) - (8) следует, что на местоположениях где на поверхности почвы сохранена подстилка и живой напочвенный покров уклон оказывает существенно большее влияние на интенсивность стока, по сравнению с местностью, где сток определяется только объемной массой почв.

Известно, что сток во время ливней формируется с определенного момента времени от начала дождя, когда уменьшающая во времени интенсивность впитывания воды становится равной интенсивности дождя.

Интенсивность впитывания вода (I, мм/м) определяется физическими свойствами почв и массой жнп и лп:

и - 5,26-2,82 у при г " -0,609 ± 0,152; (9)

Г. — 4,73 - 1,96 7о при г -=-0,606 ±0,149; (Ю)

I. = 0,08 п-2,35 при г ~0,558± 0,167; (И)

1в - 2,27Е-0,53 при г -0,553*0,168; (12)

I. = 6,47\УТ- 1,57 при г - 0,668±0,134; (13)

l„ - 0,11 m + 0,82 при г-0,803 ± 0,084. (14)

По данным зависимостей (9) - (14), интенсивность впитывания воды возрастает до максимума при у < 1 г/см', ayo <1,15 г/см'. Она снижается до нуля при у > 1,86 г/см* и уп > 2,41 г/см1. Пористость, изменяясь от 36 до 58 %, по мере увеличения способствует возрастанию интенсивности впитывания. Это происходит и при увеличении коэффициентов пористости от 0,5 до 1,4. Возрастание верхних пределов пластичности почв приводит к резкому увеличению интенсивности впитывания.

Регулирование интенсивности впитывания лучше проводить за счет проведения мелиоративных приемов по улучшению таких динамических водно-физических свойств почв как объемная масса сухой почвы (у) и пористость (п). Эти мелиоративные приемы необходимо осуществлять при отсутствии или минимальном количестве жип и лп. При наличии развитой лесной подстилки (ш > 15 т/та) отпадает надобность в любых приемах по улучшению водно-физических свойств почв.

По данным таблицы 2, особенно сильно эрозия почв проявляется на крутых участках волоков и технологических дорог (пробы 4,6 и 5,3). Значительных величин она достигает на переуплотненных участках пасечного волока, трасс газопровода, лыжной трассы и др. (пробы 1,1 ;2,1; 2.3; 3.1; 4.4; 5.1). В лесах охранных зон газопровода эрозия почв малозаметна (пробы 1,3 и 2.2), а на вырубках при вертолетной и тракторной трелевке (пробы 4,1 и 4.3) она отсутствует, так как развитый живой напочвенный покров или листва двухлетних культур каштана посевного защищают поверхность почвы от ударного воздействия дождевых капель. В девственных (пробы 2.4; 4.2; и 4,5) и вегетативных (проба 5.2) лесах эрозия почв не проявляется.

При регрессионном анализе экспериментальных данных получены следующие уравнения:

Э = 71,66 i + 18,31 у -36,26 при R = 0,573 ±0,162; (15)

Э —64,17 í- 1,04 ш-3,14 при R = 0,648 ±0,138. (16)

В зависимостях (15) - (16) принято, что Э - эрозия почв, т/га. Анализ уравнения (15) позволяет полагать, что на местоположениях где не прослеживается решающего защитного воздействия массы лесной подстилки и живого напочвенного покрова на склонах при $ = 0,1763 (10°) эрозия активизируется при у > 1,3 г/см1; на склонах крутизной 20 + 30° эрознонные процессы возможны при любых значениях объемной массы почв, т.е. они не исключены даже в лесах (у ™ 0,9 - 1,0 г/см*), где но какой-то причине нарушен или уничтожен защитный слой лесной подстилки. При этом эрошя усиливается по мере уплотнения почв.

По уравнению (16), на пологих склонах (крутизной до 10°) эрозия возможна при ш меньше 7 т/га. При полном отсутствии лесной подстилки и живого напочвенного покрова (ш ™ 0) на пологих склонах эрозия достигает 8 т/га; на покатых (крутизна до 20°) - 20 т/га; на крутых (30° и более) - 34 т/га.

При т < 0,7 т/га (трассы газопроводов, лэп, лыжные трассы и т.п.) эрозия уменьшается несущественно; при ш < 7 т/га (леса охранных зон, вырубки сплошных санитарных рубок при тракторной трелевке и др.) эрозия уменьшается на пологих склонах до 0,9: на покатых-до 11,9; на крутых-до 26,6 т/га.

На вырубках сплошных санитарных рубок с вертолетной трелевкой при сохранившейся лесной подстилке и возросшей массе живого напочвенного покрова (ш = 20 т/га), эрозия возможна только на крутых склонах (30° н более). В девственных лесах при такой крутизне склонов эрозия теоретически возможна, но практически отсутствует.

После проведения прочих рубок и нарушения ночв на площадях линейных объектов, расчищенных от лесной растительности, на склонах часто наблюдаются вертикальные и горизонтальные смешения массивов почвогрунтов, вследствие нарушения их устойчивости. На трассах газопроводов во время ливней наблюдается оползание масс нарушенных почв или движение вязкой жижи; па лыжных спусках - эрознонно-оползневые явления по крутым участкам трассы. По типам строения эти оползни относим к поверхностным и мелким, консеквентным.

По М.Н. Гольштейну (1962) равновесие масс горных пород при водона-сыщении неизбежно нарушается, если уклон склона составит более половины коэффициента внутреннего трения.

В соответствии с уравнением Кулона, сдвигающие усилия (т, МПа) определяются как коэффициентами внутреннего трения ф), так и сцеплением (С, МПа) между частицами иоч во грунта. Результаты наших исследований

а

прочностных характеристик почв на вариантах исследований (таблица 3) пока* швают, что опасность оползней (К= /ф > 0,5) существует на трассах газопроводов (за исключением пробы 2.1, заложенной на пологом склоне), технологических дорогах, лыжных спусках вырубках сплошных санитарных рубок, пасечных и магистральных волоках. Угроза оползней отсутствует на вариантах грассы лэп (проба 12), девственного и вегетативного леса (пробы 4,5 и 5.2), где крутизна склонов не превышает 11°.

Таблица 3 - Прочностные характеристики слоя почв 0-20 см и показатели

устойчивости склонов (К)

№ пробы Уклон, 1 Угол внутреннего ({г а трения, 1£Ч> Сцепление, МПа К^а^ф

1 2 1 3 4 5

Объект 1 - "Белые скалы"

1.1 0.4452 0.400 0.032 1.11

1.2 0.1944 0.400 0.040 0.49

1.3 0.1763 1 0.250 0.030 0.70

Объект 2 - "Мамелово ущелье"

2.1 0.1763 0.387 1 0.043 0.45

2.2 0.2679 0.350 0.020 0.76 I

2.3 0,2126 0.325 0.035 0.65

2.4 0.4663 0.350 | 0.036 1.33

Объект 3 - "Слияние рр, Псезуапсе и Хаджико"

3.1 0.2679 1 не опр. не опр. не опр.

3.2 0.3249 0.375 0.040 0.87

Объект 4 - "Сахарная голова"

4.1 0.3839 0.350 0.032 1.09

4 2 0.3839 0.425 0.015 0.86

4.3 0.4040 0,400 1 0,027 1.01

4.4 0.3057 0.425 0,025 0.72

4.5 0.1228 0.325 0.025 0.38

Продолжение таблицы 3

] 2 3 4 5

4.6 0.4663 0.375 0.030 1.24

Объект 5 - "Алышка-Сервис"

5Л 0.2309 0.400 0.040 0.58

5.2 0.1405 0.400 0.030 0.35

5.3 | 0.5317 0.400 0.020 1.33

По мнению В.М. И вони на, В.А. Тертеряна, С.М, Водяного (2001), эрозия почв и сцепление между почвенными частицами по отношению друг к другу находятся в обратной зависимости, т.к. сцеплен не возрастает за счет уплотнения почв, что, в свою очередь, увеличивает сток при ливнях, а значит - и эрозию.

Корреляционный анализ соответствующих данных таблиц 2 и 3 подтверждает это мнение. Однако связь между сцеплением и эрозиен оказалось слабой (г = -0,22).

В шестой главе представлены технологии и эффективность лесосечных работ при прочих рубках. Здесь сформулированы эколого-лесосодственные требования к прочим рубкам при тракторной и вертолетной трелевке с учетом разработок В. А. Гордиенко ( 1996) н наших исследований.

При себестоимости 501 руб/м3 заготовка древесины при прочих рубках экономически выгодна, если не учитывать ущерба наносимого окружающей (природной) среде тракторной трелевкой.

Вертолетная трелевка всей ликвидной древесины (себестоимость 1060 руб/м1) с делянки экономически не выгодна. Коммерческий интерес представляет лишь воздушная трелевка деловой древесины. Однако это приводит, к образованию вырубок заваленными порубочными остатками и дровяной древесиной. Эту древесину при строительстве линейных сооружений обычно сталкивают в охранные зоны или прилегающие к трассам участки лесов, что снижает их эстетическую, санитарно-гигиеническую оценку и вызывает другие негативные последствия.

Поэтому нами рекомендуется дополнительный поправочный коэффици-:нт к ставкам базовой арендной платы, учитывающий затраты на уборку за-(ламленности к проведения лесовозобновительных мероприятий в лесах, привыкающих к арендованным объектам (около 2 руб /м2площади захламленных )есов).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

I. В горных лесах охраняемых природных территорий Северо-Западного Кавказа опасность формирования местного стока и проявления эрозии почв представляют вырубки прочих рубок и площади линейных сооружений (ЛЭП, газопроводов и др.) а также расчищенные от лесной растительности территории рекреационных объектов.

Предложена классификационная схема прочих рубок, связанных и не связанных с лесным хозяйством, объединяющая сплошные санитарные рубки, разрубки просек, противопожарных разрывов, лесных дорог, трасс трубопроводов и ЛЭП, расчистку лесных площадей и др. 5. Горные леса вблизи трасс газопроводов и воздушных линий электропередач характеризуются техногенным нарушением почв, захламленностью мертвой древесиной, поврежденностью ветровалом, снеголомом и гололедом, требуя проведения комплексных лесохозяйственных мероприятий по содействию естественному лесовозобновлению, предупреждению нежелательной смены пород, улучшению эстетического и санитарно-гигиенического состояния, биологической устойчивости и водоохранно-защитных функций.

I. В девственных лесах воздушно-сухая масса лесной подстилки (лп) может достигать 18 т/га и более, живого напочвенного покрова (жнп) - 2,5 т/га. В нарушенных лесных экосистемах лп снижается до 7 т/га, а жнп перестает соответствовать типам леса; на вырубках жнп увеличивается, а лп - уменьшается; на волоках, технологических дорогах и площадях линейных

объектов эти показатели уменьшаются до нуля, за исключением участков с сеянными травами или периодически обновляемой порослью.

5. За период наших наблюдений объемная масса слоя 0-20 см сухой почвы в девственных и нарушенных лесах изменялось от 0,98 до 1,23 г/см'; tía вырубках (пасеках) - от 1,14 до 1,28; волоках, трассах лэн и лыжных спусках - от 1,30 до 1,50; технологических дорогах и трассах газопроводов - от 1,43 до 1,66 г/см . Соответственно изменялись пористость и коэффициенты пористости.

6. При дожпевании получены тесные связи коэффициентов стока с объемной массой сухой и влажной почвы, пористостью и коэффициентами пористости, границами текучести слоя почв 0-20 см, а также - воздушно-сухой массой жнп и ли.

7. Интенсивность стока определяется уклонами местности, объемной массой верхнего слоя сухой почвы и воздушно-сухой массой жнп и лп, а интенсивность впитывания воды - динамическими (объемная масса, пористость и коэффициенты пористости, воздушно-сухая масса жнп и ли) и статическими (границы текучести) характеристиками почв.

8. Эрозия почв находится в прямой зависимости от уклонов местности, объемной массой слоя 0-20 см сухой почвы и в обратной - от воздушно-сухой массы жнп и лп. На местоположениях лишенных жнп и лп на пологих склонах эрозия активизируется при плотности верхнего слоя почв более 1,3 г/см3, а на покатых и крутых склонах - при любых значениях этого показателя.

9. Прочностные характеристики определяются свойствами почв, их нару-шенкостью и армирующим воздействием корневых систем. На волоках, технологических дорогах и площадях линейных объектов увеличиваются показатели сдвигающих усилий в нарушенных почвах при их уплотнении Это приводит к возрастанию показателей и эрозии.

10. Прочие рубки с тракторной трелевкой выгодны, если не учитывается ушерб, наносимый окружающей (природной) среде, вертолетная трелевка

ликвидной древесины экономически не оправдана; выгодна вертолетная трелевка деловой древесины, что, однако, приводит к захламленности вырубок неликвидом н дровяной древесиной, вывоз которой наземным транспортом затруднен.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

*

1. Эколого-лесоводственные требования к лесосечным работам при прочих рубках должны включать: запрещение сталкивания неликвида и порубочных остатков с площадей строящихся линейных объектов энергетики и транспорта, а также с иных площадей (рекреационных объектов и др.) под полог соседних лесных насаждений; необходимость укладки в бурты временного хранения как измельченных неликвида н порубочных остатков, так и лесной подстилки с гумусовым слоем при последующем их использовании для рекультивации почв по завершении строительных работ.

2. При определении арендной платы за пользование участков лесных земель ООПТ предлагается к ставкам арендной плаггы применять дополнительный компенсационный коэффициент, учитывающий затраты на уборку захламленности и проведение лесовосстэновительных мероприятий в лесах, примыкающих к арендованным участкам.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Коляда И,В. Особенности технологии вертолетной трелевки в горных лесах И Защитное лесоразведение и перспективы его развития в южном федеральном округе: Сб. стУНПМА, - Новочеркасск, 2000. - Ч. 1 -С. 116-129.

2. Ивонин В.М., Коляда И.В. Сток и эрозия почв на вырубках в горных лесах // Лесное хозяйство. - 2003. „Чч 4. С. 35-39(автор 70 %).

3. Коляда И В, Эрозия почв на вырубках горных склонов в лесах Сочинского национального парка.// Научная мысль Кавказа. Приложение, 2003. №5. - С. 105-106,

Подписано в печать Ю.Х0,2ШЗг Объем 1 пл. Тираж 100 экз.

Заказ М» 249 Типография НГМА 346428, г. Новочеркасск, ул. Пушкинская, 111