Эрозия почв на тропах в лесах Северо-Западного Кавказа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эрозия почв на тропах в лесах Северо-Западного Кавказа

Исследования влияния туризма на процессы эрозии почвы в лесах низкогорий Северо-Западного Кавказа показали, что при увеличении рекреационной нагрузки и крутизны склонов деградируют лесная подстилка и травянистый покров [1]. Однако в этом регионе эрозия особенно сильно проявляется на тропах, поэтому необходимо изучать эрозионные процессы на тропах с целью определения допустимых значений их рекреационной посещаемости.

Зарубежные исследователи рассматривают туристские тропы как продукт экотуризма без характеристик их устойчивости [2]. Такие тропы классифицируют по различным признакам [3]. При этом проанализированы туристские тропы и прогулочные маршруты США [4], Австралии [5], Канады [6], Тасмании [7], Новой Зеландии [8], ЮАР [9] и других регионов.

В альпийских странах существует классификация туристских троп, исходя из сложности их прохождения. В общей сети троп Альпийских клубов тропы низкого уровня сложности прохождения (наиболее доступные для массового туризма), распространенные в лесной зоне, а также на лугах и пастбищах выше границы леса, составляют более 75 % [10].

В нашей стране тропы такого уровня сложности в рекреационных лесах классифицированы авторами следующим образом (рисунок 1) [11].

В пределах рекреационного леса тропы образуют систему, которую предложено характеризовать коэффициентом развития дорожно-тропиночной сети , км/км²

,

где - суммарная длина дорожно-тропиночной сети, км;

- площадь рекреационной территории, км².

Рисунок 1 - Классификация троп рекреационного леса

Оптимальные значения этого коэффициента укладываются в пределах от 0,4 до 0,8. При < 0,4 систему можно развивать, охватывая новые достопримечательные места. При > 0,8 дальнейшее развитие системы приводит к деградации (дигрессии) лесных ландшафтов, так как на склонах тропы и их зоны наследа являются местами ухудшения водно-физических свойств почв [12, 13].

Однако даже при оптимальных значениях коэффициентов развития дорожно-тропиночной сети в лесу деградация почв на тропах определяется их рекреационной посещаемостью (согласно ОСТ 56-100-95 ОСТ 56-100-95 «Методы и единицы измерения рекреационных нагрузок на лесные комплексы». , рекреационная посещаемость - это суммарное количество посетителей на единице площади за период измерения).

Изучение эрозионных процессов на тропах проводили в 1998-2012 гг. в горных лесах Северо-Западного Кавказа на территории Сочинского национального парка (СНП). Обобщение результатов этих исследований приведено в настоящей работе.

Эрозию почв изучали при моделировании ливневых осадков на стоковых площадках размером 1,43 Ч 0,7 м (1 м²), которые размещали длинной стороной вдоль троп в двукратной повторности. Одна из площадок предназначалась для дождевания, а на второй отбирали образцы живого напочвенного покрова и почв из слоя 0-20 см по ГОСТ 12071-2000 ГОСТ 12071-2000 «Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов»..

В лаборатории механики грунтов ООО «ЮПГС-ГЕО» (г. Сочи) проводился анализ образцов почв для установления общей влажности, пределов и чисел пластичности, гранулометрического состава, удельной массы и плотности, сопротивления сдвигу одной части почвенного образца относительно другой. При этом применяли методики, изложенные в ГОСТ 12536-79 ГОСТ 12536-79 «Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава». , ГОСТ 5180-75 ГОСТ 5180-75 «Грунты. Методы лабораторного определения влажности»., ГОСТ 5180-84 ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик»., ГОСТ 5183-77 ГОСТ 5183-77 «Грунты. Методы лабораторного определения границ текучести и раскатывания»., ГОСТ 12248-96 ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости». .

Результаты лабораторных анализов почвенных образцов использовали для расчетов следующих показателей:

- пористость:

,

где - общая пористость, %;

- плотность твердой фазы почвы, г/смі;

- плотность почвы, г/смі;

- сопротивление сдвигу (уравнение Кулона):

,

где - сопротивление сдвигу одной части образца относительно другой при нагрузке, перпендикулярной плоскости сдвига, МПа;

- нормальное напряжение, МПа;

- угол внутреннего трения, градусов;

- сцепление, МПа.

Дождевание проводили с помощью мобильной исследовательской капельно-струйной установки (рисунок 2), обеспечивающей неизменность критерия эродирующей способности искусственного и натурного ливней [14].

Рисунок 2 - Стоковая площадка на туристской тропе объекта СНП «Озёра Хмелёвского» (автор фото В. М. Ивонин)

Для соблюдения этого критерия принимали время дождевания равным 30 мин при средней интенсивности ливня ( = 3 мм/мин).

Ограждения стоковых площадок выполняли из листового железа, заглубленного в почву так, чтобы ликвидировать боковое растекание воды.

Сток учитывали на водоприемном лотке (из листового железа) объемным способом. Необходимое давление воды в установке достигалось с помощью напорного бака и вентиля-регулятора с водомером.

Мутность воды определяли путем фильтрации ее проб (0,25-0,50 л), отобранных из водоприемного лотка в различные периоды стока. Зная среднюю мутность и объем стока, рассчитывали эрозию (смыв почвы) в тоннах на гектар [14].

Полученные данные обрабатывали с помощью компьютерных программ Statistica 7.0 и Microsoft Office Excel.

Общая характеристика объектов исследований приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Общая характеристика некоторых участков троп в районе рекреационных объектов Сочинского национального парка

Бивуачная стоянка на р. Аше представляет собой сочетание лесных полян, перелесков и лесных культур, соединенных между собой тропами и дорогами. Объект ограничен с севера автотрассой Туапсе - Сочи, с юга - перегоном железной дороги и морем, с запада - лесным массивом, с востока - р. Аше.

Рекреационный объект «Свирское ущелье» расположен в пределах ландшафтной поляны в окружении грабово-буковой дубравы на берегу Свирского ручья вблизи пос. Лазоревка. Поляна с пикниковым комплексом соединена тропами с объектами показа: водопадом, дольменом, «лунным» камнем и др.

Рекреационный объект «Мамедово ущелье» находится на берегу р. Куапсе в окружении грабовых лесов, через которые проложена прогулочная тропа, соединяющая различные памятники природы.

Рекреационный объект «33 водопада» расположен в каньоне ручья Джегош. На расстоянии 750 м от устья ручей представляет собой каскад 33 водопадов, 7 водоскатов и 13 порогов. Тропа проходит вдоль обрывистого берега ручья и состоит из утоптанных грунтовых, оттоптанных корневых и скально-ступенчатых отрезков среди колхидского лианового леса.

Озёра Хмелёвского расположены в пригребневой части восточного отрога хребта Ачишхо. Через объект проходят туристские и прогулочные тропы среди букняков из двух поколений (120 и 150 лет), развивающихся по III классу бонитета.

На всех исследуемых участках троп верхний слой бурых лесных почв характеризуется глинистым или тяжелосуглинистым гранулометрическим составом (числа пластичности изменяются от 0,218 до 0,508). Водно-физические характеристики слоя почв 0-20 см на тропах приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Водно-физические свойства бурых лесных почв на тропах (слой 0-20 см)

Сравнивая между собой данные таблиц 1 и 2, заключаем, что водно-физические свойства верхнего слоя почв на тропах в значительной степени варьируют, что связано с их посещаемостью туристами. Это определяет условия формирования поверхностного стока при ливнях и проявления эрозии почв (таблица 3).

Таблица 3 - Характеристики стока и эрозии почв на тропах

На участке тропы 1 с уплотненным грунтово-щебенистым покрытием сток на водосливе появился через 25 с после начала дождя. Расход стока в течение времени дождевания постепенно возрастал. Мутность стока (при отмывке щебня) постепенно снижалась. К окончанию дождевания у водоприемного лотка образовался конус выноса. Время добегания воды равнялось 1 мин 50 с.

На участке тропы 2 сток на водосливе появился через 2 мин 50 с после начала эксперимента. Расход и мутность стока постепенно возрастали по мере смыва остатков подстилки. Время добегания воды составило 1 мин 10 с.

На участке тропы 3 сток сформировался через 1 мин после начала дождевания. Мутность стока была постоянной (1,92 г/л). Время добегания стока равнялось 1 мин 55 с.

На участке тропы 4 (ступенчатый микрорельеф) сток возник через 30 с после начала дождя. Мутность стока оставалась относительно высокой ввиду повышенной турбулентности потока на ступенчатом микрорельефе. Время добегания стока составило 1 мин 30 с.

На участке тропы 5 (уплотненный грунт) сток сформировался через 15 с после начала дождевания, а время добегания стока равнялось 1 мин 15 с.

На участке 6 (оттоптанные корни) сток образовался через 33 с, а время добегания воды равнялось 1 мин 12 с.

На участке тропы 7 сток формировался следующим образом. Ручеек на водосливе площадки образовался через 30 с после начала дождя. Поверхность площадки имела поперечное корытообразное сечение, что обеспечивало формирование двух ручейков по центру. Остатки подстилки (особенно на периферии площадки) защищали почву от ударного воздействия капель. Мутность за период стока оставалась постоянной (2,8 г/л). Добегание воды после прекращения дождя равнялось 3 мин 20 с. К концу дождя на поверхности отмылся слой щебня.

На участке тропы 8 (оттоптанные корни), врезанной в склон террасой шириной 1 м, сток образовался через 15 с после начала дождя. На 5-й минуте на поверхности площадки стал отмываться щебень, однако мутность стока оставалась относительно высокой (8,92 г/см³). Время добегания воды составило 2,5 мин.

Совместный анализ данных таблиц 2 и 3 не выявил влияния водно-физических свойств поверхностного слоя почв на характеристики стока и эрозии: коэффициент детерминации между коэффициентами стока и пористостью равнялся = 0,005, а между эрозией и пористостью = 0,124.

Прочностные характеристики слоя почв 0-20 см на тропах представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Прочностные характеристики слоя почв 0-20 см на тропах

По данным таблицы 4, углы внутреннего трения изменяются от 14 до 18°, а сцепление - от 0,032 до 0,072 МПа. При регрессионном анализе полученных данных не обнаружено связи между углами внутреннего трения и плотностью верхнего слоя почв на тропах. При этом обнаружили тесную связь между сцеплением (, МПа) и плотностью слоя почв 0-20 см (, г/см³). Соответствующее уравнение связи имеет вид:

при = 0,577.(1)

График уравнения (1) показывает, что с увеличением плотности верхнего слоя почв возрастают силы сцепления между почвенными частицами (рисунок 3). Это способствует снижению эрозии почв на поверхности троп при выпадении ливней (рисунок 4).

Рисунок 3 - Связь между сцеплением и плотностью почв на тропах

Рисунок 4 - Связь между эрозией почв на тропах и сцеплением

При этом уравнение связи между эрозией почв (, т/га) и сцеплением представим в виде:

при = 0,259.

Можно полагать, что по мере уплотнения почв (при увеличении рекреационной посещаемости троп) увеличиваются силы сцепления между почвенными частицами. При этом проявляется тенденция к снижению эрозии почв при ливнях. Однако при увеличении рекреационной посещаемости троп расширяется зона наследа туристов, что вызывает деградацию лесной подстилки и почв с активизацией рекреационной эрозии в этой зоне. Причем эти процессы усиливаются по мере возрастания крутизны склонов.

Поэтому рекреационную посещаемость тропы (, чел./сезон) необходимо определять с учетом ширины зоны наследа туристов (в обе стороны от тропы), учитывая допустимую величину рекреационной плотности в лесах (, чел./га) в зависимости от крутизны склона. Кроме этого, учитывают количество дней туристского (рекреационного) сезона, среднее время дневной загрузки и среднее время прохождения тропы.

При обустройстве лесных зон пешеходного прогулочного отдыха на территории СНП [15] рекреационную посещаемость 1 га тропы (длина - 1 км, ширина наследа - 10 м) находят по равенству:

,(2)

где - количество дней туристского (рекреационного) сезона;

= 1 - среднее время дневной загрузки километрового участка тропы, ч;

= 0,5 - среднее время прохождения участка тропы длиной 1 км, ч.

Результаты расчетов по уравнению (2) рекреационной посещаемости троп в лесах Северо-Западного Кавказа приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Рекреационная посещаемость километрового участка тропы

В таблице 5 представлены данные о рекреационной посещаемости километрового участка тропы (средняя ширина зоны наследа - 10 м), при которой не будет эрозии почв не только на тропе, но и в зоне наследа туристов.

Выводы

1 Тропы в рекреационных лесах классифицируют следующим образом: прогулочно-познавательные (экскурсионные, прогулочные), туристские (спортивно-оздоровительные, ассоциативно-краеведческие) и экологические (учебные, информационные). В пределах рекреационного леса тропы образуют систему, которую предложено характеризовать коэффициентом развития дорожно-тропиночной сети, оптимальное значение которого находится в пределах 0,4-0,8 км/км².

2 По мере роста туристских нагрузок поверхностный слой почв на тропах уплотняется до 1,27-1,68 г/см³, а лесная подстилка деградирует; сохранение остатков подстилки на поверхности троп снижает плотность до 0,88-1,15 г/см³. Получено прямое линейное уравнение связи сил сцепления между почвенными частицами с плотностью слоя почв 0-20 см, а также установлен тренд снижения эрозии почв по мере возрастания сил сцепления между почвенными частицами. При этом в зоне наследа туристов по обе стороны от тропы активизируется эрозия почв по мере деградации почв при увеличении рекреационной посещаемости.

3 Допустимую рекреационную посещаемость 1 га тропы (участка длиной 1 км с шириной зоны наследа 10 м) в рекреационных лесах Северо-Западного Кавказа устанавливают с учетом следующих показателей: допустимая рекреационная плотность (зависит от группы типов лесов и крутизны склонов), количество дней туристского (рекреационного) сезона, время дневной загрузки километрового участка тропы и время прохождения этого участка.

Список литературы

эрозия почва тропа

1 Ивонин, В. М. Влияние туризма на процессы эрозии почв в лесах низкогорий Северо-Западного Кавказа [Электронный ресурс] / В. М. Ивонин, И. В. Воскобойникова // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. периодич. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - Электрон. журн. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2014. - № 4(16). - 18 с. - Режим доступа: http:rosniipm-sm.ru/archive?n=292&id=299.

2 Hugo, M. L. A Comprehensive Approach towards the Planning, Grading and Auditing of Hiking Trails as Ecotourism Product / M. L. Hugo // Current Issues in Tourism. - 1999. - Vol. 2, Issue 2-3. - P. 138-173. - DOI 10.1080/13683509908667849.

3 Alvaro, A. Overview of existing walking trail classification systems. Walking Trails Classification & Improvement Project [Electronic resource] / A. Alvaro; Australian Department of Environment and Primary Industries. - 2007. - Mode of access: http:depi.vic.gov.au/forestry-and-land-use/visiting-parks-and-forests/visiting-state-forests/ac-tivities/australian-walking-track-grading-system, 2015.

4 American Trails [Electronic resource]. - Mode of access: http:americantrails.org, 2015.

5 South Australian Trails [Electronic resource]. - Mode of access: http:southaus-traliantrails.com, 2015.

6 Canada.travel [Electronic resource]. - Mode of access: http:canada.travel/ splash.en-au.html, 2015.

7 Tasmanian Trail [Electronic resource]. - Mode of access: http:Tasmanian-trail.com.au, 2015.

8 New Zealand [Electronic resource]. - Mode of access: http:newzealand.com, 2015.

9 Green Flag Trails [Electronic resource]. - Mode of access: http:trailin-fo.co.za/hiking/index.html, 2015.

10 Альписсимо. Треккинг в Альпах [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:alpissimo.ru/leto/trekking_trails_classification.php, 2015.

11 Ивонин, В. М. Рекреология: учеб. пособие / В. М. Ивонин. - Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2008. - 240 с.

12 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.

13 Ивонин, В. М. Эрозия почв при рекреационных нагрузках на буковые леса / В. М. Ивонин, И. В. Воскобойникова // Лесное хозяйство. - 2006. - № 5. - С. 13-17.

14 Ивонин, В. М. Лесомелиорация ландшафтов / В. М. Ивонин, Н. Д. Пеньковский. - Ростов н/Д.: СКНЦ ВШ, 2003. - 151 с.

Размещено на Allbest.ru