Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭРОЗИЯ ПОЧВ ПРИ РЕКРЕАЦИИ В ВОДООХРАННЫХ ЛЕСАХ ЭКОЛОГО-КУРОРТНОГО РЕГИОНА «КАВКАЗСКИЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ВОДЫ»

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ЭРОЗИЯ ПОЧВ ПРИ РЕКРЕАЦИИ В ВОДООХРАННЫХ ЛЕСАХ ЭКОЛОГО-КУРОРТНОГО РЕГИОНА «КАВКАЗСКИЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ВОДЫ»"

36109

Перфильев Олег Валентинович

На правах рукописи

ЭРОЗИЯ ПОЧВ ПРИ РЕКРЕАЦИИ В ВОДООХРАННЫХ ЛЕСАХ ЭКОЛОГО-КУРОРТНОГО РЕГИОНА «КАВКАЗСКИЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ВОДЫ*

Специальность 03.00.16 - «Экология»

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Новочеркасск - 2005

Работа выполнена ыа кафедре экологии и лесных мелиорации в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия».

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Иввнин Владимир Михайлович Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, лауреат Государственной премии РФ Полуэктов Евгений Валерьянович

кандидат сельскохозяйственных наух Водяной Сергей Михайлович Ведущая организация: ГУ «Сочинский национальный парк»

Защита состоится <<?&. »,>> рут^бря м- 2005 г, в .„ ]0 , часов на заседании диссертационного совета Д 220.049.0t в ФГОУ ВПО «Новочеркасска» государственная мелиоративная академия» по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовской области, ул. Пушкинская, 111, а.339.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «НГМА».

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью предприятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета. Автореферат разослан « » 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук,

профессор, Заслуженный мелиоратор Сенчуков Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тема определяется возрастающим спросом на лесные рекреационные ресурсы особо охраняемого эколого-курортного региона России «Кавказские Минеральные Воды».

Этот регион находится в пределах Ставропольского края (3031,5 км1), Карачаево-Черкесской (1726 км2) и Кабардино-Балкарской (485,5 км2) республик. Своеобразный рельеф, лечебный климат, субальпийская, лесная и степная растительность, 40 разновидностей природных бальнеологических и питьевых вод (эксплуатационные запасы 15,8 тыс. м3/сутки) и месторождения лечебной грязи образовали здесь высокий потенциал рекреации.

В этом регионе к приоритетным курортно-рекреационным мероприятиям отнесена реконструкция водоохранных полос леса вдоль рек, противо-эрозионкых защитных лесных насаждений и лесопарков, в т.ч. в зонах санитарной охраны минеральных источников (Федеральная программа развития ОО ЭКР КМВ до 2010 г.). В этих лесах хозяйство ведут согласно санитарным правилам и нормам Госкомсанэпиднадзора (1995). При этом леса и лесопарки испытывают большие рекреационные нагрузки, что снижает их защитный потенциал.

J*

Экологические ограничения при рекреационном лесопользовании в горах Северного Кавказа представлены в Рекомендациях НИИ горл есэкол (Сочи, 1992), ВННИлесресурс (Москва, 1995) и др. Однако в этих нормативах не отражены особенности эрозии почв при рекреации в лесах Кавминвод.

Негативные последствия рекреации в лесах Кавминвод исследовали A.M. Ковалев (1986), А.П. Казанкин и др. (1994), Т.С. Ковалева (2002) и др. Водоохранная роль этих лесов отмечена в работах H.A. Битюкова (1980), А.П, Казанкина (1994), BJM, Ивонина и др. (2002).

При этом недостаточно исследовалась эрозия почв при рекреации в водоохранных полосах лесов вблизи рек и др. дрпньту объектов, месторожпе-

ний лечебной грязи и минеральной воды.

ЦИБ МСХА фонд научнобчЛк

Это определило актуальность наших исследований по теме 11.02.01 темплана ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» в лесах Вештаугорской лесной дачи.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - установить связи факторов рекреационной среды с поверхностным стоком л эрозией почв в водоохранных лесах, а также разработать мероприятия по их рекреационному обустройству.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

- охарактеризовать водоохранные леса Кавказских Минеральных Вод;

- исследовать состояние напочвенного покрова и водно-физические свойства почв в связи с рекреацией в экосистемах водоохранных лесов;

- изучить поверхностный сток и эрозию почв в связи с факторами рекреационной среды в водоохранных лесах;

- разработать мероприятия по рекреационному обустройству водоохранных лесов.

На защиту выносятся;

— рекреационная оценка лесов вблизи рек и др. водных объектов, месторождений лечебной грязи н минеральной воды;

- уравнения связи показателей стока и эрозии почв с характеристиками напочвенного покрова и плотности слоя почв 0-20 см, изменяющимися по стадиям рекреационной дигрессии водоохранных лесов;

- оценочные экологические критерии стадий рекреационной дигрессии водоохранных лесов гор-лакколнтов.

Научная новизна исследований заключается « следующем:

- дана рекреационная оценка лесных экосистем вблизи рек и др. водных объектов, месторождений лечебной грязи и скважин минеральной воды;

- определены связи воздушно-сухой массы напочвенного покрова, плотности верхнего слоя почв, интенсивности впитывания осадков, стока и эрозии почв со стадиями рекреационной дигрессии водоохранных лесов;

- предложены экологические оценочные критерии стадий рекреационной дигрессии водоохранных лесов гор-лакколитов.

Практическая значимость определяется:

- мероприятиями по рекреационному обустройству лесов гор-лакколитов вблизи малых рек, ручьев, прудов, месторождений лечебной грязи и скважин минеральной воды;

- работами по рекреационному обустройству 100-метровых зон пойменных лесов рр. Кума и Подкумок вблизи пляжей и пнкниковых полян.

Личный вклад автора заключается в определении целей и задач исследований, разработке методики и выборке мест исследований, изготовлении экспериментальной дождевальной установки, организации экспериментов, отборе образцов, анализе материалов, выводах и предложениях производству.

Апробация работы проводилась: на Международной научно-производственной конференции в ФГОУ ВПО НГМД (Новочеркасск, 2003); Межвузовском научно-координационном совете по проблеме эрозионных, русло* вых и устьевых процессов при МГУ (Белгород, 2004); Российской научно-практической конференции в ФГОУ ВПО ВЛТА (Воронеж, 2004); Расширенном заседании кафедры экологии и лесных мелиораций ФГОУ ВПО НГМА (Новочеркасск, 2005).

Публикации. По материалам исследований опубликовано шесть печатных работ, в т.ч. одна монография.

Реализация результатов исследований проведена в Бештаугорском лесхозе Ставропольского края.

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

Объем диссертации включает 209 страниц, в т.ч. 123 страницы машинописного текста, 59 таблиц, 47 рисунков и 25 таблиц двух приложений.

Список использованной литературы включает 116 источников, в т.ч. 5 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан обзор литературы по рекреационной экологии (Ф.К. Арнольд, 1893; Г.Ф. Морозов, 1912; P.A. Каприсоиова, 1967; КС. Казанская, 1972; Л.П. Рыеин, 1976; В.П. Чижова, 1977; Р.И. Хан беков, 1983; А.И. Тарасов, 1986; Г.К. Солнцев и др., 1988; В.Г. Атрохин н В.Я. Курамшин, 1991; Н.М. Вызова, 1992; Н.И. Новицкая, 2000; В.М. Ивоннн, В.Е.Авдонин, Н.Д. Пеньковскнй, 2000 и др.).

По результатам обзора сделаны выводы о том, что леса Кавмннвод нарушаются при рекреации. Часть этих лесов выполняют водоохранные функции, зашншая водные объекты, месторождения минеральных вод и лечебных грязей.

Во второй главе характеризуются эколого-курортны й регион «Кавказские Минеральные Воды», экологические условия и методика исследований.

Этот регион является крупнейшей в России территориальной рекреационной системой, юго-западная часть которой представлена горными ландшафтами со скалисто-обрывистым рельефом, а северо-восточная — степными ландшафтами с горами-лакколитами. Годовая сумма осадков колеблется от S00 до 1000 мм. Здесь, в основном, распространены щебенистые серо-коричневые почвы, предгорные черноземы и горно-луговые ПОЧВЫ,

Соленые озера (Тамбукан и Кумагорское) являются месторождениями лечебной грязи. Гидрографическая сеть представлена р. Кума и её притоками — Подкумок, Кура н др. Подземные воды образовали уникальное разнообразие гидроминералъной базы санаторно-рекреашюнного комплекса. Наиболее распространены углекислые воды Кисловодске го, Ессентукского, Пятигорского, Железноводского, Кумского и Нагутского типов. Минерализация этих вод колеблется от 2 до 17,1, а содержание углекислоты — от 0,5 до 2,7 г/л.

Общая площадь лесов территории Кавмннвод составляет 34,4 тыс. га. Водоохранные леса вдоль основных рек и притоков находятся в Бештаугор-ской лесной даче.

При рекогносцировке территории подбирали опытные участки (стоянки), характеризующие поймы рек, их надпойменные террасы, малые реки и ручьи, пруды и лесные озера, скважины минеральной воды в местах явно выраженных рекреационных нагрузок. Стадии рекреационной дигрессии лесов на вариантах стоянок определяли согласно ОСТ 56-100-95.

По каждому варианту рекреационных нагрузок закладывали по две стоковые площадки-близнеца, на одной из которых отбирали образцы лесной подстилки, живого напочвенного покрова и слоя почв 0-20 см, а на другой проводили искусственное дождевание.

Образцы почв упаковывали с помощью марли и жидкого парафина согласно ГОСТ 12071. В отобранных образцах (монолитах) с ненарушенным строением й грунтовой лаборатории института «Ставропольагропром п рое кг» определяли: общую (природную) влажность — по ГОСТ 5180, пределы и числа пластичности — по ГОСТ 5183, гранулометрический состав — по ГОСТ 12536, водно-физические (физико-механические) свойства - по ГОСТ 5180, Использовали также другие методики (Н.С. Бирюков и др., 1975). По данным анализов рассчитывали общую порочность или пористость и коэффициенты пористости.

Образцы водонасыщенных почв на срез испытывали на приборе ПСГ-2М по схеме быстрого сдвига в условиях не завершенной консолидации согласно ГОСТ 12248. При этом находили показатели сцепления и углов внутреннего трения при обработке данных по сдвигу одной части образца относительно другой при нагрузке, перпендикулярной к плоскости сдвига, прикладывая горизонтальные касательные напряжения. Когда значение сдвигающего напряжения переставало увеличиваться (при продолжающейся деформации сдвига), фиксировали сопротивление образца, отображая его уравнением Кулона

s

T = С tg ф + с, (1)

где т — сопротивление образца сдвигу, МПа; о — нормальное напряжение, МПа; ф - угол внутреннего трення, град; С — сцепление, МПа. Характеристики «tg ф» и «С» находили на графиках уравнения (1).

Опыт искусственного дождевания почв при рекреационных исследованиях на территории Кавминвод нами был приобретен ранее (В.М. Ивонин, Т.С. Ковалева, О.В. Перфильев, 2002), При искусственном дождевании почв выдерживали основной критерий — эрозионную способность дождя

(ЭД = WIjo = idem, где W — кинетическая энергия капель, Ьо — максимальная интенсивность дождя за тридцать минут). При дождевании использовали ка-пельно-струйную дождевальную установку, изготовленную в мастерских Бештаугорского лесхоза.

На основании данных дождевания рассчитывали следующие характеристики (В.М. Ивонин, Н.Д. Пеньковскнй, 2003):

S»Mx (2)

I. = M(T + t) (3)

Ic-MOc + t) (4)

Ь„ = х - he г. , (5)

1д = х/Т (6)

В уравнениях (2) — (б) приняты следующие обозначения: S — коэффициент стока; h» — слой стока, мм; х - слой осадков, мм; I, — интенсивность впитывания, мм/мин; hg — слой впитывания, мм; Т - продолжительность дож-девання, мин; t - время добегания воды, мин; 1« - интенсивность стока, мм/мин; t« — продолжительность стока, мин; L, — интенсивность дождевания, мм/мин.

Мутность стока определяли путем отфильтровывают проб (0,25-0,5 л), отобранных на водоприемном лотке стоковой площадки. Зная среднюю мутность и общий объем стока, рассчитывали смыв почвы или модуль стока взвешенных наносов за период дождя, выражая его в т/га.

Образцы лесной подстилки и живого напочвенного покрова доводили до воздушно-сухого состояния и взвешивали, выражая массу в т/га.

Полученные данные обрабатывали на ЭВМ — при нахождении уравнений связи. Рекреационную оценку лесов проводили по методике BJvi. Иво-нина, Н.Д. Пеньковского (2003).

В третьей главе дана характеристика водоохранных лесов, по результатам которой определено, что в эколого - курортном регионе "Кавказские Минеральные Воды" леса имеют санитарно — гигиеническое и лечебно - рекреационное значение, одновременно обеспечивая охрану рек и др. водных объектов, месторождений минеральных вод и лечебных грязей. В Бештаугор-ской лесной даче в связи с усиленной рекреацией насаждения теряют свои защитно-водоохранные функции, что интегрально характеризуют эрозионно-аккумулятнвные процессы.

Вдоль речек, ручьёв и прудов лесные насаждения относятся к группам типов сухих и свежих дубрав II - V классов бонитета. Это закрытые вертикально сомкнутые ландшафты с итоговой рекреационной оценкой, изменяющейся от неудовлетворительной до отличной. Неудовлетворительные оценки вызваны рекреационным захламлением ландшафтов, вьггоптанностью поверхности почв, пониженной биологической устойчивостью насаждений. Декоративное озеро г. Железно водска, окружение рекреационно обустроенными свежими дубравами, бучилами и субучинами lit - IV классов бонитета с хорошими и отличными рекреационными оценками.

Леса запретных полос вдоль p.p. Кума и Подкумок, в основном, относятся к группам типов сырые сероолысанники и ветлянники, влажные пойменные и свежие припойменные дубравы II - IV классов бонитета. Несмотря на запретный режим, эти леса подвергаются рекреационным нагрузкам.

Месторождение лечебной грязи - озеро Тамбукан окружают лесные насаждения, относящиеся к группам типов сухих, свежих дубрав и свежих су борей П — IV классов бонитета. Их итоговая рекреационная оценка изменяется от удовлетворительной до отличной. Неудовлетворительные оценки ха-

рактерны для насаждений вяза мелколистного и яблони лесной с пониженной биологической устойчивостью и захламленностью мертвой древесиной. Вытоптанные рекреантамн лесные площади в местах неорганизованного отдыха являются источниками загрязнения акватории Тамбуканского озера.

На горах — лакколитах вокруг месторождений и скважин минеральной воды леса относятся к группам типов сухих и свежих дубрав, особо сухих су-дубрав, свежих бучин и субучин П - Уа классов бонитета. Их удовлетворительная итоговая рекреационная оценка связана с эксплуатируемыми скважинами, рекреационными объектами, тропами и маршрутами терренкура. При удалении от скважин итоговая рекреационная оценка лесных насаждений повышается до хорошей и отличной.

В четвертой главе приведены результаты исследований поверхностного стока и эрозии почв в водоохранных лесах, подвергающихся рекреационным нагрузкам.

Всего в таких лесах было выделено пять объектов исследований (стоянок).

Стоянка 1 выбрана в урочихце «Тамбукан» на щебенистых черноземах подножия склона гор. Столовой в 100 м от озера (кв. 25, выд. б Пятигорского лесничества). Четыре года назад в дубово-кленовом насаждении (полнота 0,9, запас — 90 м3/га) были полностью удалены ряды дуба черешчатого и образовалось насаждение ЮКЛО (44 года, запас 60 м3/га) с междурядьем 9 м, которое используется для пикникового отдыха. На стоянке заложен опыт, варианты которого характеризуются следующим: 1.1. Насаждение 5-й стадии рекреационной дигрессии, склон ЮВЭ крутизной 4,5°, напочвенный покров и лесная подстилка вытоптаны на 90-100 %; 1.2. Насаждение 4-й стадии дигрессии, склон южной экспозиции крутизной 2,5°, напочвенный покров (ландыш) вытоптан на 90 %, лесная подстилка - на 25 %; 1.3. Третья стадия дигрессии, склон ЮЭ (2е), лацдыш вытоптан или сломан и примят на 30 % площади, подстилка истончена и уплотнена на 10 %; 1.4. Вторая стадия на склоне ЮЭ (1,5°), ландыш примят и сломан на 10 % площади, подстилка уплот-

йена на 5 %; 7.5. Первая стадия дигрессии (контроль) склон ЮЭ (1,5°), сплошной покров ландыша, подстилка не нарушена.

Стоянка 2 определена в урочище «Лысогорское» на предгорных щебенистых, уплотненных черноземах в кв. 3, выд. 5 Пятигорского лесничества на склоне гор. Лысая.

Здесь обустроен лесной рекреационный объект для пикникового отдыха: стол е навесом, две скамьи, кострище и тропы, ведущие к озеру в пойме р. Подкумок и к скважинам минеральной воды на гор. Лысой с вагончиком дня жилья, спортивной н игровой площадкой, кострищем, туалетом и ванной для купанья.

Лес на этом объекте характерен составом 6ДНН4ЯО с единичным участием граба и клена остролистного с подлеском из боярышника. Возраст насаждения 55 лет, запас -180 м'/га.

Варианты опыта на этой стоянке: 2.1. Насаждение пятой стадии рекреационной дигрессии, склон СЭ (2,5°), напочвенный покров и лесная подстилка вытоптаны на 70-100 %; 2.2. Четвертая стадия дигрессии, склон СЭ (2°), травы вытоптаны на 50 % (остатки втоптаны в почву), подстилка - на 20 % площади, оставшаяся часть - измельчена; 2.3. Третья стадия, склон СЭ (3й), травы вытоптаны на 10 % площади (остатки примяты и сломаны), лесная подстилка — на 8 % (остатки измельчены); 2.4. Вторая стадия, склон СЭ (2°), растения примяты, подстилка - частично нарушена; 2.5. Первая стадия рекреационной дигрессии (контроль), склон СЭ (2°), травы (ландыш, пырей, гравилат) - проективное покрытие 50 %, подстилка не нарушена.

Стоянка Л представляет собой ландшафтную поляну среди лесных насаждений в пойме р. Кумы - урочище «Прикумское» в к». 4, выд. 13 Желез-новодского лесничества (уступ первой террасы, насаждение ЮЯО с подлеском из боярышника н живым напочвенным покровом из пырея и ежевики (возраст 35 лет, запас 40 м3/га).

На поляне имеется пять кострищ с импровизированными скамейками в виде стволов деревьев.

Варианты опыта: 3.1. Насаждение 5-6 стадии рекреационной дигрессии, склон ВЭ (17°), напочвенный покров вытоптан полностью; 3.2. Насаждение 4-й стадии дигрессии, склон ВЭ (17а), травы примяты на 50 % площади, на остальной площади — вытоптаны, подстилка вытоптана на 25 % площади, остальная часть втоптана в почву; 3.3. Насаждение 3-й стадии дигрессии, склон ВЭ (17°), травы вытоптаны на 40 % площади, оставшийся покров примят; 3.4. Насаждение 2-й стадии дигрессии, склон ВЭ (13°), травы частично сломаны и уплотнены, подстилка вытоптана на 5 % площади; 3.5. Насаждение 1-Й стадии дигрессии (контроль), склон ВЭ (9°), сплошной покров пырея н ежевики, тонкий слой подстшиси.

Стоянка 4 представляет собой, окружающие декоративное озеро леса в кв. 41, выд. 3 Железноводского лесничества на серо-коричневых почвах. В пляжной полосе озера в лесах проведены ландшафтные рубки с образованием полуоткрытого ландшафта (тип. 2.1) при составе насаждения ЮЯСН-КЛО, ДНН. Под пологом этого насаждения имеются кабины для переодевания, стопы, кострища, качели, пляжная дорожка с твердым покрытием, туалет. Кроме этого был исследован участок леса за пределами пляжной полосы, где рубка не проводилась, но имеются пикниковые поляны. Однако в качестве контроля был выбран участок этого леса, не посещаемый ре кредитам и (8Я01КЛ01 ДНН, подлесок БЯР, возраст 125 лет, запас 120 мэ/га).

Варианты опыта; 4.1. Насаждение 5-й стадии рекреационной дигрессии, склон ЮВЭ (3,5°), напочвенный покров вытоптан полностью; 4.2. Насаждение четвертой стадии, склон ЮВЭ (2,5°), отдельные травы и остатки измельченной подстилки; 4.3. Насаждение третьей стадии, склон ЮВЭ (1,5°), низкорослые растения - проективное покрытие 40 %, остатки измельченной подстилки; 4.4. Насаждение второй стадии, склон ЮВЭ (1°), травы примяты, подстилка нарушена; 4.5. Насаждение 5-й стадии, склон ЮВЭ (1,5°), сплошной травянистый покров, мощная и рыхлая подстилка.

Стоянка S характеризует леса в районе бювета минеральной воды «ВладимировскиЙ источник» (памятник истории XX века, открыт в 1911 го-

ду, игтольня построена в 1926 г.). Почвы стоянки характеризуются нарушенными серо-коричневыми почвами, рекультивированными после строительства маршрута теренкура № 1. Выше теренкура находится насаждение (кв. 38, выд. 1) Железноводского лесничества состава 6Г2БК2ДНН + КЛО, ЛП (возраст 150 лет, запас 200 м'/га).

В этом насаждении заложили четыре варианта: 5.1. Насаждение 5-й стадии рекреационной дигрессии, склон СЭ (12°), напочвенный покров вытоптан полностью; 5.2. Насаждение 4-й стадии, склон СЭ (6°), растения вытоптаны на 50 % площади, тонкая подстилка вытоптана на 20 %; 5.3, Насаждение 2-й стадии, склон СЭ (6°), травы примяты, проективное покрытие - 65 %, тонкий слой подстилки частично вытоптан; 5.4. Насаждение 1-й стадии, имеется подрост 4Г4КЛП2ЯО (возраст 5 лет), густой покров сорной растительности, подстилка слаборазвита.

Насаждения всех стоянок характеризовались отличной и хорошей итоговой рекреационной оценкой.

Воздушно-сухая масса напочвенного покрова и водно-физические свойства слоя почв 0-20 см приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Динамика напочвенного покрова и водно-физических свойств слоя почв 0-20 см

№ Воздушно- Плотность поч- Плотность Порис- Коэффи-

про- сухая масса вы, г/см3 скелета, тость, циент

бы жнпилп влаж- сухой г/см1 % порис-

ной тости

1 2 3 4 5 6 7

Стоянка 1 — Урочище «Тамбукан»

1.1 0 1,66 1,28 2,53 49,4 0,976

1.2 3.5 1,73 1,37 2,56 46,5 0,868

1.3 5,5 1,66 1,3! 2,65 50,6 1,022

1.4 9,6 1,53 1Д4 2,49 54,8 1,184

1.5 7,9 1,45 1,13 2,52 55,2 1,230

Стоянка 2 — Урочшце «Лысогорское»

2.1 1,8 ив 1,19 2,61 54,4 1,193

2.2 2,9 1,35 1,15 2,46 53,2 1,139

2.3 2,8 1,45 1Д4 2,59 52,1 1,088

2.4 5,0 1,27 1,06 2,49 57,4 1,349

2.5 10,3 1,29 МО 2,46 55,2 1,236

Продолжение таблицы 1

1 1 2 __!__ з 1 4 I 5 I б 7

Стоянка 3 — Урочище «Лысогорское»

3.1 0,75 1,40 1,30 2,60 50,0 1,000

3.2 2,50 1,50 1,35 2,50 46,0 0,852

3.3 2,25 1,27 1,13 2,58 56,2 1,283

3.4 3,25 1^3 1,04 2,53 58,9 1,432

3.5 3,60 1,26 1,12 2,62 57,2 1,339

Стоянка 4 - Декоративное озеро

4.1 0 1,47 1,18 2,53 53,4 1,144

4.2 1,80 1,50 1,16 2,56 54,7 1,207

4.3 3.25 1,40 1,12 2,55 56,1 1.276

4.4 4,0 1,45 1.13 2,59 56,4 1.292

4.5 5,25 1,50 1.12 2,55 56,1 1,276

Стадия 5 — Бювет Владимировского источника

5.1 0,5 1,35 1.10 2.55 56,9 1.318

5.2 1,8 1,36 1,10 2,52 56,3 1.290

5,3 1,85 1,53 1,17 2,47 52,6 1.111

5.4 3,75 1,53 1.17 2,58 54,7 1,205

При регрессионном анализе данных таблицы 1 получили следующие зависимости:

— для лесов гор-лаккошггов (исключая стоянку 5)

ш = 9,6 - 1,79 й« при V = - 0,84, (7)

р - 1,08 + 0,032 Бет при г - 0,54; ' (8)

— дня пойменных лесов

т = 4,5 - 0,67 при г = - 0,96, (9)

/>=0,99 + 0,0671^ при г = 0,81. (10)

В соотношениях (7) — (10) приняты следующие обозначения: т - воздушно-сухая масса напочвенного покрова, т/га; р - плотность слоя почв 0-20 см, г/см3; Ксг - стадия рекреационной дигрессии лесов; г—коэффициент корреляции.

По уравнениям (7) - (10), с увеличением стадии рекреационной дигрессии деградируют лесная подстилка и живой напочвенный покров и уплотняется верхний слой почв.

В лесах гор-лакколитов эти показатели сохраняются длительное время, а в пойменных лесах ~ только до прохождения очередного паводка.

Характеристики поверхностного стока приведены в таблице 2,

Таблица 2 - Характеристики поверхностного стока (слой дождя - 80 мм, время - 40 мин)

№ Стой, мм Коэффи- Интенсивность, мм/мин Время

про- впиты- стока циент впиты- стока добегания,

бы вания стока вания мин

Стоянка 1 - Урочище «Тамбукан»

1.1 1,3 78,7 0,983 0,031 1,926 2,17

12 54,6 25,4 0,317 1,336 0,665 0,88

1.3 68,2 11,8 0,147 1,684 0,312 0,50

1.4 80,0 0 0 2,000 0 0

1.5 80,0 0 0 2,000 0 0

Стоянка 2 - Урочище «Лысогорское»

2.1 68,5 11.5 0,144 1,676 0,306 0,87

22. 77,0 3,0 0,037 1,913 0,104 0,25

2.3 78,0 2,0 0,025 1,950 0,058 0,08

2.4 80,0 0 0 2,000 0 0

2.5 80,0 0 0 2,000 0 0

Стоянка 3 - Урочище «Прикумское»

3.1 20,2 59,8 0,747 0,485 1,445 1,67

3.2 32,0 48,0 0,600 0,648 1,308 1,50

3.3 26,9 53,1 0,664 0,768 0,953 1,67

3.4 61,2 18,8 0,235 1,501 0,488 0,77

3.5 76,3 3,7 0,046 1,905 0,093 0,07

Стоянка 4 - Декоративное озеро

4.1 48,6 31,4 0,392 1,181 0,798 1,15

4.2 66,2 13,8 0,172 1,621 0,364 0,83

4.3 79,8 02 0,002 1,995 0,021 0

4.4 80,0 0 0 2,000 0 0

4.5 80,0 0 0 2,000 0 0

Стоянка 5 — Бювет Владимировского источника

5.1 12,3 67,7 0,846 0,299 1,667 1,12

5.2 46,2 33,8 0,422 1,122 0,846 1,18

5.3 75,0 5,0 0,062 1,858 0,183 0,37

5.4 80,0 0 0 2,000 0 0

Анализ данных таблицы 2 привел к следующим уравнениям связи:

- для лесов гор-лакколитов (исключая стоянку 5)

Б = 0,119 Лет —0,209 при г = 0,66, (II)

- для пойменных лесов

5~0,177Кст-0,073 при г = 0,92. (12)

где Б - коэффициент стока.

По уравнению (11) - (12), сток при ливнях увеличивается по мере возрастания стадий рекреационной дигрессии лесов. Увеличение стока связано с деградацией напочвенного покрова, а также — с увеличением плотности верхнего слоя почв по мере возрастания стадий рекреационной нагрузки, что подтверждается зависимостями:

— для лесов гор-лакколитов (исключая стоянку 5)

Б-=0,355-0,049 т при г = -0,59, (13)

8 — 1,74 р -1,905 при г = 0,57; (14)

- для пойменных лесов

в = 1,054-0,241т при г = -0,88, (15)

Б =■ 1,52 р - 1,347 при г - 0,66. (16)

Для лесов гор-лакколитов (серо-коричневые почвы и щебенистые черноземы) ведущим фактором стока является плотность почв, а для пойменных лесов (аллювиальные почвы) - воздушно-сухая масса напочвенного покрова.

Поэтому эти признаки характеризуют стадии рекреационной дигрессии для лесов гор-лакколитов

1^ = 4,56/?-0,35 т-0,896 при Я = 0,877. (17)

*. *

Для пойменных лесов эти признаки стадий рекреационной дигрессии сохраняются лишь до очередного паводка, когда наилок покрывает вытоптанную поверхность почвы.

Полагаем, что с увеличением стадий рекреационной дигрессии лесов гор-лакколитов уменьшается интенсивность впитывания, согласно уравнения: 1*= 2,425 - 0Д4511сг при г = - 0,68. (18)

По уравнению (18), при первой стации рекреационной дигрессии лесов интенсивность впитывания превышает интенсивность осадков (стока нет), а при пятой стадии - равна 1,2 мм/мин.

Для техногенно нарушенных лесов (стоянка 5) уравнение (18) для прогноза не пригодно. Уменьшение интенсивности впитывания осадков впечет за собой увеличение интенсивности стока и эрозии почв (таблица 3).

Таблица 3 — Эрозия и прочностные характеристики слоя почв 0-20 см

№ Средняя Эрозия, Коэффициент Сцепление

про- мутность т/га внутреннего между

бы стока, г/л Трения, ф почвенными частицами, МПа

Стоянка 1 — Урочище «Тамбукан»

1.1 5,28 4.15 0.350 0,020

1.2 1.36 0,34 0,300 0,020

1.3 1.16 0.14 0,300 0,025

1.4 0 0 0,250 0,020

1.5 0 0 0,300 0,020

Стоянка 2 — Урочище «Лысогорское»

2.1 4,36 0.50 0,250 0,015

2.2 6,84 ОДО 0,300 0,015

2.3 6,04 0.12 0,300 0,015

2.4 0 0 0,250 0,020

2.5 0 0 0,300 0,015

Стоянка 3 - Урочище «Прикумское»

3.1 7,40 4,42 0,300 0,010

3.2 11,20 5,38 0,300 0,005

3.3 7,96 4,23 0,300 0,010

3.4 1.14 0,21 0,300 0,015

3.5 2.44 0,09 0,300 0,010

Стоянка 4 - Декоративное озеро

4.1 4,88 1,53 0,250 0,025

4.2 4,00 0,55 0,300 0,020

4.3 0,76 0,01 0,300 0,020

4.4 0 0 0,250 0,030

4.5 0 0 0,300 0,015

Стоянка 5 - Бювет В ладим ировского источника

5.1 1,80 1,22 0,300 0,010

5.2 2,96 1,00 0,300 0,020

53 0,80 0,04 0,300 0,010

5.4 0 0 0,300 0,020

Совместный анализ данных таблиц 2 и 3 привел к связям эрозии почв (Э, т/га) с коэффициентами стока:

- для лесов гор-лакколитов Э = 4 Б - 0,09 при г = 0,97; (19)

- для пойменных лесов Э = 4,3 3 - 1,42 при г =-0,59. (20)

По уравнению (19), эрозия отсутствует при коэффициентах стока менее 0,0225, когда формируется сток прозрачной воды. На поймах эрозия возникает одновременно со стоком.

Дня лесов гор-лакколитов получили прогнозное соотношение:

Э — 2,05 р -0,16 т-1.23, (21)

графическое решение которого приведено на рисунке 1.

По данным рисунка, на неуплотненных почвах {р < 1 г/см3) эрозия отсутствует при ш > 5 т/га. При т =» 0 эрозия возрастает до 0,82 т/га; на уплощенных при рекреации почвах (р = 1,2 г/см5) эрозии нет при тп > 7,7 т/га. При ю = 0 эрозия увеличивается до 1,23 т/га. На переуплотненных почвах (р = 1,4 г/см1) эрозии может не быть при ш > 10 т/га и она увеличивается до 1,64 т/га при т = 0.

2 -

1,5 -

2

н 1 -

Г)"

0,5 ■ 0

0

Рисунок 1 — Связь эрозии почв (Э, т/га) с воздушно-сухой массой напочвенного покрова (т, т/га) при р = 1 г/см1 (а), 1,2 г/см (б), 1,4 г/см3 (в)

Прочностные характеристики верхних слоев почв гор-лакколитов зависят от нх плотности в водонасшцеяном состоянии (которое бывает при продолжительных ливнях):

С - 0,011 А +0,0035 при г = 0,32; (22)

tgp = 0,092p0+0,144 при г = 0,41. (23)

___ в 1 1

1

^_1

2 4 6 8

т,т/га

В соотношениях (22) - (23) принято: С - сцепление, Мл а; ф - коэффициент внутреннего трения; - плотность слоя почв 0-20 см в водонасы-щекном состоянии, г/см3.

Связи уравнений (22) - (23) слабые. Но существует тенденция увеличения прочностных характеристик почв с уплотнением водонасыщепных почв. Это снижает опасность возникновения оползней, но не исключает проявления эрозионных процессов.

В пятой главе определены оценочные критерии стадий рекреационной дигрессии лесов гор-лакколнтов (таблица 4).

Оценочные критерии таблицы 4 не распространяются на леса, почвы которых были нарушены при строительстве рекреационных объектов (теренкур и др.).

Таблица 4 — Оценочные экологические критерии стадий рекреационной дигрессии лесов

Стадия дигрессии р, г/см1 ш, т/га э, т/га ЇМ, чел/га при уклонах

0,1763 (10") 10,3640 (20°) 0,5774 (30°)

Первая 1,01 7,8 0 2,5 1,3 0,03

Вторая 1,10 6,0 0,06 2,8 1,7 0,4

Третья 1,18 4,2 0,52 4,8 3,6 2,3

Четвертая и« 2,4 0,97 6,8 5,6 4,3

Пятая 1,34 0,6 1,42 8?8 7,6 6,3

В пойменных лесах последствия рекреации оцениваем по механическим повреждениям стволов, количеству пней, угнетению подлеска, наличием кострищ и бытового мусора и др. следам стоянок туристов и отдыхающих.

На участках водоохранных лесов, где допускается рекреация (100 метровые полосы вблизи пляжей, пикниковых полян, скважин минеральной воды и др.) необходимы следующие мероприятия: выборочные санитарные и ландшафтные рубки с последующим устройством троп, прогулочных дорожек, подъездных путей и стоянок автомобилей, мусоросборников и т.п.; контроль рекреационных нагрузок; обустройство пикниковых полян с костри-

щами и лесной мебелью; регламент строительства рекреационных объектов н запрещение движения автотранспорта вне дорог.

Общий совокупный объем рекреации в водоохранных лесах, доступных для отдыхающих, в БештаугорскоЙ лесной даче составит 158500 чел * сезон, а потенциальная выручка от рекреации около 5 млн. руб. за сезон.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В эколого - курортном регионе «Кавказские Минеральные Воды» леса имеют санитарно - гигиеническое и лечебно - рекреационное значение, одновременно обеспечивая охрану рек и др. водных объектов, месторождений минеральных вод и лечебных грязей. В БештаугорскоЙ лесной даче в связи с усиленной рекреацией насаждения теряют свои экологические функции, что интегрально характеризует эрознонно - аккумулятивные процессы.

2. Вдоль речек, ручьёв и прудов лесные насаждения относятся к группам типов сухих и свежих дубрав П - V классов бонитета. Это закрытые, вертикально сомкнутые, ландшафты с итоговой рекреационной оценкой, изменяющейся от неудовлетворительной до отличной. Неудовлетворительные н

удовлетворительные оценки вызваны рекреационным захламлением ланд-

<, *

шафтов, вытоптанностью поверхности почв, пониженной биологической устойчивостью насаждений. Исключение составляет декоративное озеро г. Же-лезноводска, окруженное рекреационно обустроенными свежими дубравами, бучинамн и субучннамн Ш - IV классов бонитета с хорошими и отличными рекреационными оценками.

3. Леса запретных полос вдоль p.p. Кума и Подкумок, в основном, относятся к группам типов сырые сероольшанники и ветлянники, влажные пойменные и свежие припойменные дубравы II - IV классов бонитета. Несмотря на запретный режим, эти леса подвергаются рекреационным нагрузкам.

4. Месторождение лечебной грязи - озеро Тамбукан окружают лесные насаждения, относящиеся к группам типов сухих, свежих дубрав и свежих суборей П - IV классов бонитета. Их итоговая рекреационная оценка изменя-

ется от удовлетворительной до отличной. Неудовлетворительные оценки характерны для насаждений вяза мелколистного и яблони лесной с пониженной биологической устойчивостью и захламленностью мертвой древесиной. Вытоптанные рекреантами лесные площади в местах неорганизованного отдыха являются источниками загрязнения акватории Тамбуканского озера.

5. На горах - лакколитах вокруг месторождений и скважин минеральной воды леса относятся к группам типов сухих и свежих дубрав, особо сухих судубрав, свежих бучнн н субучин П — Уа классов бонитета. Их удовлетворительная итоговая рекреационная оценка связана с эксплуатируемыми скважинами, рекреационными объектами, тропами и маршрутами терренкура. При удалении от скважин итоговая рекреационная опенка лесных насаждений повышается до хорошей н отличной,

6. В лесах гор-лакколитов при первой стадии рекреационной дигрессии средняя воздушно-сухая масса лп и жнп равна около 8, а при пятой стадии -0}б т/га. В пойменных лесах эти показатели соответственно составляют 3,8 и 1,1 т/га. Причем в горных лесах эта масса состоит, в основном, из лесной подстилки, в пойменных лесах — из живого напочвенного покрова.

7. С возрастанием стадии рекреационной дигрессии лесов уплотняются слои почвы 0-20 см на средних и тяжелых почвах с 1,11 до 1,24; на легких почвах - с 1,06 до 1,32 г/см3. При этом на легких почвах пойм остаточное уплотнение сохраняется только до очередного паводка.

8, Деградация лп и жнп, а также уплотнение верхних горизонтов почв по стадиям рекреационной дигрессии лесов приводит к увеличению ливневого стока. В лесах гор-лакколитов ведущим фактором стока служит плотность верхнего горизонта почв, а в пойменных лесах- воздушно-сухая масса лп и жнп.

9. Такие факторы окружающей среды, как плотность почв и масса напочвенного покрова определяют интенсивность впитывания осадков, которая при первой стадии рекреационной дигрессии лесов гор-лакколитов превышает максимальную интенсивность ливней, равную 2 мм/мин, а при пятой стадии дигрессии - составляет 60 % этой интенсивности. В пойменных лесах

соответствующие показатели интенсивности впитывания осадков равны около 89 и 17 %. Эти различия в пойменных лесах прослеживаются до прохождения очередного паводка.

10. В лесах гор-лакколитов эрозия почв проявляется при коэффициентах ливневого стока более 0,0225 (при меньших значениях наблюдается сток прозрачной воды). В пойменных лесах эрозия почв возникает одновременно со стоком.

П. По стадиям рекреационной дигрессии лесов гор-лакколитов на неуплотненных почвах (/> < 1 г/см3) ливневая эрозия не проявляется при воздушно-сухой массе лп и жил более 5 т/га; на уплотненных (р = 1,2 г/см3) — более 7 т/га и на переуплотненных почвах (/> =1,4 г/см3) —более Ют/га.

12. По мере возрастания стадий рекреационной дигрессии лесов гор-лакколитов и уплотнения почв возрастают их прочностные характеристики (коэффициент внутреннего трения и сцепление), что снижает опасность оползней, но не уменьшает опасность эрозионных процессов.

13. В лесах гор-лакколитов определены экологические оценочные критерии пяти стаций рекреационной дигрессии: по плотности верхнего слоя почв, воздушно-сухой массе лп и жкп, эрозии почв н рекреационным нагруз-

Г . Г

кам на пологих, покатых и крутых склонах. В пойменных лесах последствия рекреации оценивают по механическим повреждениям стволов, количеству пней и кострищ с импровизированными столами и скамьями, объемам бытового мусора и т.п.

14, После рекреационного обустройства водоохранных лесов Бештау-горского лесхоза на площади 560 га, их сезонная емкость составит 158500 чел., а потенциальная выручка за сезон рекреации — около 5 млн. руб.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В запретных водоохранных пойменных и припойменных лесах вбли-

зи ландшафтных полян с пляжами необходимо выделять полосы рекреаци-

онных лесов (шириной 100 м), где после устранения следов прохождения па-

водков, следует формировать полуоткрытые ландшафты с юс рекреационным обустройством.

2. В городских лесах, примыкающих к водным объектам, и лесах 1-й и 2-й зон округов санитарной охраны вблизи месторождений лечебной грязи и скважин минеральной воды необходимо выделять рекреационные зоны с проведением ландшафтных и выборочно-санитарных рубок, рекреационным обустройством, уборкой валежа и мусора, контролем рекреационных нагрузок, запрещением движения автотранспорта вне дорог, регламентом строительства теренкура и др. объектов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Лазарева МЛ., Перфильев О-В. Весенняя флора Кавказских Минеральных Вод, её значение и охрана. - Пятигорск, 1994. — 32 с. (автор 50 %),

2. Ивонин В.М., Ковалева Т.С., Перфильев О.В, Рекреационные ресурсы лесов Кавказских Минеральных Вод. - Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2002. - 216 с. (автор 30 %).

3. Ивонин В.М., Перфильев О.В. Почвозащитная роль водоохранных лесов Кавказских Минеральных Вод в связи с их рекреационной деградацией. // Лесное образование и лесная наука в XXI веке. Материалы региональной научно- практической юбилейной конференции 12-13 февраля 2004 г. - Воронеж: ВГЛТА, 2004. - С. 122-124 (автор 50 %).

4. Ивонин В.М., Перфильев О.В., Воскобойникова И.В. К вопросу о влиянии плотности почв на эрозию. // Девятнадцатое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. Белгород, 9-12 ноября 2004 г. Доклады и сообщения.-Белгород, 2004.-С. 110-112 (автор35 %).

5. Ивонин В.М., Перфильев О.В. Эрозия почв в связи с рекреацией в водоохранных лесах Кавказских Минеральных Вод. // Лесное хозяйство. - 2005. № 2. С. 14-17 (автор 50 %).

6. Ивонии В.М., Перфильев О.В. Диагностические признаки стадий рекреационной дигрессии водоохранных лесов Кавказских Минеральных Вод // Оптимизация ландшафтов зональных и нарушенных земель. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Воронеж, 22-24 сентября 2004 года -Изд-во ВГУ, 2005. - С. 200-202 (автор - 50 %).

Заказ № 166

Подписано в печать39,08.2005г Тираж экз.

Типография НГМА, ул. Пушкинская, 111, г. Новочеркасск