Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы рекреационного воздействия на экосистемы и определения рекреационной устойчивости 10
1.1. Рекреационное воздействие на экосистемы и его последствия 10
1.2. Устойчивость экосистем к рекреационной нагрузке 19
1.3. Методика определения устойчивости природных комплексов и составляющих их элементов к рекреационным нагрузкам 22
1.4. Рекреационное воздействие на почвенный покров 31
1.5. Рекреационное воздействие на растительный покров 35
Глава 2. Природные условия национального парка «Нечкинский» и природного парка «Шаркан» 41
2.1. Национальный парк «Нечкинский» 41
2.1.1 .Рельеф и климат 42
2.1.2. Почвенный покров 44
2.1.3. Флора и растительность 45
2.1.4. Ландшафты и экосистемы 49
2.1.5. Рекреационное использование территории 50
2.2. Природный парк «Шаркан» 51
2.2.1. Рельеф и климат 52
2.2.2. Почвенный покров 54
2.2.3. Флора и растительность 56
2.2.4. Ландшафты и экосистемы 57
2.2.5. Рекреационное использование территории 58
Глава 3. Объекты и методы исследования 59
3.1. Выбор района исследований 59
3.2. Описание растительности 63
3.3 .Агрохимический анализ почвенных образцов 63
3.4 Определение плотности почвы 66
3.5. Методы обработки данных 69
3.6. Программа для расчета рекреационной устойчивости почвенно-растительного покрова 72
Глава 4. Оценка рекреационной устойчивости почвенного покрова 74
4.1 .Параметры рекреационной устойчивости почвы 74
4.2. Oценка рекреационной устойчивости почвы природного парка «Шаркан» и на ционального парка «Нечкинский» 80
Глава 5. Параметры рекреационной устойчивости растительного покрова и его оценка на территории природного парка «Шаркан» и национального парка «Нечкинский» 89
Глава 6. Интегральная оценка рекреационной устойчивости почвенно-растительного покрова природного парка «Шаркан»и национального парка «Нечкинский» 98
Выводы 109
Практические рекомендации 110
Список литературы 112
Приложение 1. Геоботанические описания учетных площадок 131
Приложение 2. Глоссарий 140
Приложение 3 143
Приложение 4. Экспертная оценка 149
- Рекреационное воздействие на экосистемы и его последствия
- Рекреационное воздействие на растительный покров
- Определение плотности почвы
- Интегральная оценка рекреационной устойчивости почвенно-растительного покрова природного парка «Шаркан»и национального парка «Нечкинский»
Введение к работе
Актуальность работы. В современной России потребительское отношение к природе и связанная с ним деградация естественных природных комплексов способствуют усилению потребности в сохранении «дикой», относительно нетронутой природы. Это стимулирует поиск духовно развитой частью общества этико- экологического стиля жизни, в котором интуитивно обретается утраченное единство (партнёрство) человека с природой. Составной частью такого стиля жизни является рекреационная деятельность.
Согласно современным представлениям, рекреация относится к такому избирательному виду деятельности, который становится необходимым условием нормальной человеческой жизнедеятельности, средством компенсации напряжения, восстановления психофизических и интеллектуальных сил человека. При этом непрерывно возрастающий процесс вовлечения всё большего числа людей в циклы рекреационной деятельности, постоянное расширение и интенсификация использования территорий, охваченных в той или иной степени такого рода деятельностью, приводят к заметным изменениям в природных комплексах. В связи с этим актуализируется проблема оптимизации рекреационных нагрузок на природные комплексы в целях предотвращения их деградации и сохранения рекреационной ёмкости и рекреационной ценности территорий. Все это невозможно без проведения экологической оценки соответствующих территорий, т.е. определения их состояния или степени влияния на них антропогенных факторов.
Сущность данной проблемы сводится к обоснованию оптимальной экологической нагрузки на различные компоненты природных комплексов путём установления нормативов рекреационного воздействия. Это требует, прежде всего, разработки принципов и методов определения рекреационной устойчивости наиболее чувствительных к антропогенным воздействиям природных ресурсов - почвенного и растительного покрова. Важно определить действие фактора рекреации на почвенный покров, на организмы и их сообщества, их ответные реакции и устойчивость (антропотолерантность), а также амплитуду приспособляемости системы к меняющимся условиям среды. Необходимо выявить и описать основные дигрессивные стадии, отражающие различную степень рекреационной нарушенности природных комплексов (биоценозов).
Важность указанных проблем и задач отмечалась многими учеными, результаты исследований которых в той или иной степени находят применение в практике рекреационной деятельности. Работы ряда отечественных и зарубежных ученых и составили теоретическую основу исследования (Казанская, 1977; Рогова, 1977; Нефедова, 1980; Репшанс, 1987; Николаенко, 1992; Реймерс, 1994; Конашова, 2000; Мейлах, 2003; Прокошева, 2009; Оборин, Воронов, 2011). Но далеко не все аспекты отношения «рекреант - природные комплексы» рассмотрены в достаточной мере. Все еще остаются малоизученными вопросы комплексного воздействия антропогенных факторов на экологические и физико-биологические особенности почвенного и растительного покрова рекреационных зон. Именно постановкой и решением некоторых аспектов такого рода проблем определяется актуальность данного исследования.
Цель работы - провести интегральную формализованную оценку рекреационной устойчивости почвенно-растительного покрова рекреационных зон особо охраняемых природных территорий (ООПТ) Удмуртской Республики (на примере природного парка «Шаркан» и национального парка «Нечкинский»).
Задачи исследования:
1. Изучить растительный и почвенный покров рекреационных зон природного парка «Шаркан» и национального парка «Нечкинский».
-
Формализовать оценку рекреационной устойчивости посредством разработки математических моделей.
-
Дать формализованную оценку рекреационной устойчивости почвы и растительности природного парка «Шаркан» и национального парка «Нечкинский» с использованием разработанных математических моделей.
-
На основе формализованных оценок почвенного и растительного покрова произвести интегральную оценку рекреационной устойчивости почвенно-растительного покрова природного парка «Шаркан» и национального парка «Нечкинский».
-
Разработать рекомендации по оптимизации рекреационной деятельности на исследуемых территориях.
Объект и предмет исследования. Объектом диссертационного исследования является оценка способности территории выдержать рекреационные нагрузки, сохраняя при этом качество самовосстановления природных комплексов.
Предметом исследования является анализ теоретических и эмпирических подходов определения рекреационной устойчивости различных компонентов природных комплексов к рекреационным нагрузкам и их обобщение в виде математических моделей.
Научная новизна. В работе впервые разработаны методы формализации рекреационной устойчивости почвы и растительности на основе построения регрессионных моделей, которые могут позволить объективизировать проектирование рекреационных зон. Новизна методик подтверждена выдачей патентов на изобретения («Способ оценки рекреационного потенциала почвы», регистрация № 2360245 и «Способ оценки рекреационного потенциала растительности», регистрация N 2400967).
Выявлены экологически значимые показатели, отражающие реакцию почвенного покрова и растительности на испытываемые ими воздействия в ходе рекреационной деятельности и обеспечивающие механизмы адаптации. Дана оценка рекреационной устойчивости почвенного и растительного покрова, а также интегральная оценка устойчивости почвенно-растительного покрова в рекреационных зонах природного парка «Шаркан» и национального парка «Нечкинский».
Теоретическая и практическая значимость. Материалы исследования расширяют и углубляют существующие представления о состоянии растительного и почвенного покрова в рекреационных зонах, о системе критериев и методов оценки их рекреационной устойчивости. Результаты исследования могут способствовать более объективной и адекватной оценке возможностей использования соответствующих территорий и оптимизации рекреационной деятельности. Полученные в результате исследований данные могут быть использованы: при организации и планировании лесопарковых территорий и территорий природных парков; для оценки рекреационной устойчивости почвы и растительности; мониторинга и прогноза возможных изменений вследствие воздействия организованной и стихийной рекреации, а также туризма.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
-
Рекреационную устойчивость растительного и почвенного покрова исследованных особо охраняемых природных территорий Удмуртии можно оценить как среднюю и высокую.
-
Рекреационная устойчивость изученных ООПТ зависит прежде всего от физико-химических свойств почвы и параметров растительного покрова.
-
Разработанные подходы и методы могут применяться для оценки рекреационной устойчивости почвенно-растительного покрова ООПТ Удмуртской Республики.
Личный вклад автора. Автором разработана программа исследований и формализована методика оценки рекреационной устойчивости почвенно-растительного покрова. Все материалы, использованные в диссертации, получены лично автором или при его участии на протяжении 6 лет исследований. Проведены полевые работы и камеральная обработка материала. Проведены анализ, систематизация, обобщение собранного материала, его изложение и оформление диссертации, сформулированы выводы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на межрегиональной научно-практической конференции "Реализация стратегии устойчивого развития города Ижевска: опыт и проблемы" (Ижевск, 2005), Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы аграрной науки и пути их решения» (Ижевск, 2005), Международной научной конференции "75 лет высшему образованию в Удмуртии" (Ижевск, 2006), 7-й Всероссийской научно- практической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 2006), Научно-технической конференции «Проблемы энерго- и ресурсосбережения и охраны окружающей среды» (Ижевск, 2007), 8-й Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 2008), Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Производство. Технология. Экология» (Ижевск, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 работ, в т.ч. 3 в журналах рекомендуемых ВАК, и получено 2 государственных патента на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, практических рекомендаций и списка литературы, включающего 200 источников, в том числе 35 на иностранных языках и 4 приложений. Основной текст диссертации изложен на 130 страницах, иллюстрирован 21 рисунком и 11 таблицами, приложение включает 24 страницы.
Рекреационное воздействие на экосистемы и его последствия
Рекреация представляет собой восстановление израсходованных человеком в процессе труда сил, а также накопление определенного запаса этих сил для дальнейшей деятельности, развития физического и интеллектуального потенциала. Сегодня под «рекреацией» понимается «система мероприятий, связанная с использованием свободного времени людей для их оздоровительной, культурно-познавательной и спортивной деятельности на специализированных территориях, находящихся вне их постоянного жительства» (Сытник и др., 1994). По существу рекреация означает восстановление физических, духовных и нравственно-психических сил, которое обеспечивается системой специальных мероприятий, осуществляющихся в свободное от работы время на лоне природы. Генсирук С.А. и др. выделяют ряд функций, которые характеризуют рекреацию: экономическую, социально-культурную, медико-биологическую и др. (Генсирук и др., 1987).
Под рекреационной деятельностью понимается разнообразная деятельность людей, ориентированная на восстановление собственных сил в соответствии со стандартами своего социокультурного образования. Рекреационная деятельность — составная часть этико-экологического стиля жизни, в котором интуитивно обретается утраченное единство человека с природой. Организация такой деятельности носит комплексный характер, так как в любой рекреационной системе во взаимодействие вступают: группы отдыхающих, природные комплексы, инфраструктура, сфера обслуживания и др (Глазовская, 1964, 1988; Sheard, 1973; Данилов, 1978; Котляров, 1981; Костяев, 2001).
Своего рода фоном для непосредственной рекреационной деятельности являются объекты рекреации, под которыми понимаются материальные предметы, системы, процессы и явления, а также идеальные стандарты являющиеся условиями реализации разнообразной рекреационной деятельности (Кучеров и др., 2001). В качестве рекреационных объектов выступают используемые для отдыха места с ограниченной площадью: лесные поляны, реки и озера, памятники природы, лесопарки, различные угодья, представляющие собой определенные ландшафты, биогеоценозы как сочетание растительного и животного мира с рельефом, климатом, почвой и водами. Наличие достаточного количества рекреационных объектов определяет рекреационную емкость соответствующей территории. Совокупность же природных, культурно-исторических и социально-экономических предпосылок организации рекреационной деятельности на определенной территории составляет рекреационный потенциал.
Природные комплексы и составляющие их элементы существенно различаются по своей потенциальной устойчивости к рекреационным нагрузкам. Устойчивостью природного территориального комплекса против рекреационных нагрузок называется его способность противостоять этим нагрузкам до известного предела, за которым происходит потеря способности его к самовозобновлению. Под нагрузкой понимается посещаемость единицы площади природного территориального комплекса в единицу времени (Allensbacher, Ammer, 1977).
Использование природных комплексов в качестве рекреационных объектов благотворно влияет на людей: предупреждает и лечит многие болезни, сглаживает психические перегрузки и физические недогрузки, дарит уединение и свободу перемещения, способствует гармонизации отношений «человек-природа», повышает работоспособность, увеличивает производительность труда и многое другое. В то же время рекреационная деятельность имеет и другую сторону: интенсивное использование природных комплексов для отдыха населения приводит к существенным их изменениям, которые получили название рекреационной дигрессии. Постепенные прогрессирующие изменения в сложных, взаимосвязанных биологических системах могут привести к разрушению экосистем (Дзенис, 1980; Криволуцкий и др., 1987; Мироненко и др., 1988). Поэтому определение рекреационной устойчивости соответствующих территорий является актуальной и важной для науки и общества проблемой. В рамках данного исследования предпринята попытка определения рекреационного потенциала и рекреационной устойчивости природных компонентов организации рекреационной деятельности.
Для целей рекреации подбирают самые разнообразные природные экосистемы. Многообразны и виды рекреационной деятельности и отдыха на природе. Традици 12 онно их разделяют на две большие группы - стационарный и мобильный. По сезонному признаку все эти виды отдыха делят па летние, зимние и виды отдыха переходных сезонов. Выделяют оздоровительный, спортивный и познавательный отдых. Различают также семейный, индивидуальный, смешанный, организованный и неорганизованный, а также кратковременный (пригородный) и длительный (в отпускное время) (Строительство и реконструкция..., 1990).
Для проведения какой-либо деятельности, в том числе рекреационной, необходимо наличие определенных ресурсов. В эту категорию включают природные и антропогенные объекты (или часть природных и культурных ресурсов), которые при современном уровне развития производственных сил могут быть использованы для удовлетворения потребностей общества и организации отрасли, специализирующейся на рекреационном обслуживании населения. Учитывая природную и антропогенную составляющие рекреационных ресурсов, их подразделяют на соответствующие виды, группы, характеризующие климатические, гидроминеральные, водные, лесные, горные ресурсы, и ресурсы морских побережий. Антропогенная составляющая рекреационных ресурсов включает культурно-исторические памятники, города и другие населенные пункты, уникальные технические сооружения (Lutz, 1945; Файбусович, Чечетова, 1972; Пригула, 1974; Madwic, 1976; Мирошниченко, 1984).
Одним из объектов рекреационной деятельности является лес и лесопарковые зоны. Важными качествами таких зон являются: 1) устойчивость к антропогенному воздействию; 2) наличие эстетических достоинств, привлекающих отдыхающих; 3) устойчивость к нападению вредителей, к заболеваниям, к неблагоприятным погодным условиям и пожарам; 4) высокая продуктивность древостоя и экосистемы в целом. Показателями высокой продуктивности, по мнению Л. П. Рысина, являются не только хороший рост лесообразующих пород, но и сложность структуры, разнообразие видового состава, интенсивный годичный прирост фитомассы, значительная полнота использования "жизненного" пространства как надземного, так и подземного (Ры-син, 1985). Отдельные люди, семьи или совместно отдыхающие группы людей относятся к рекреантам. Они воздействуют на лес либо непосредственно, либо через механический транспорт (автомашины, мотоциклы и другие технические средства отдыха), спортивный и охотничий инвентарь (велосипеды, лыжи), животных, которых они берут с собой на отдых (собаки) и многое другое. Степень рекреационной нагрузки напрямую зависит от вида отдыха, количества отдыхающих и времени их пребывания на единице площади (Ханбеков, 1990). Рекреационные нагрузки подразделяются на: 1) безопасные, включающие как низкие, так и предельно допустимые нагрузки; 2) опасные; 3) критические; 4) катастрофические. При этом та нагрузка, которая для природного комплекса данного типа безопасна, для комплекса другого типа может стать опасной или даже критической. Здесь необходима дифференциальная шкала рекреационных нагрузок для различных природных комплексов. Она была разработана Н.А.Солнцевым (1973) и предусматривает, что по отношению к вытаптыванию основные лесообразующие породы располагаются следующим образом: наименее устойчива ель, затем липа, дуб, сосна и лиственница, береза и осина. Одна из главных причин этого различное строение их корневой системы.
Разрастание корневых систем деревьев в свою очередь в большей степени зависит от почвенных условий, а также возраста деревьев, количества их на единице площади и других факторов. Ель в чистых насаждениях имеет резко выраженную корневую систему. Вертикальная система корней развита слабо. Этим и объясняется низкая устойчивость, частая суховершинность и даже гибель ели в местах используемых для массового отдыха (Рогова, 1977). Сосна и лиственница в чистых насаждениях развивает главный корень до глубины 1-1,2 м, от которого отходят тонкие стержневые корни. В верхнем слое почвы расположено всего 60-65% корней. Поэтому в лесах, которые используются для массового отдыха населения и характеризуются сходными условиями места обитания, эти породы более устойчивы, чем ель. У дуба и липы основные, активные корни проникают в почву примерно на 60 см, распределяясь при этом относительно равномерно. Главные корни уходят в глубь на 8-10м. Поэтому при массовом посещении отдыхающими широколиственных лесов корни деревьев в меньшей степени страдают от механического повреждения. Однако с другой стороны они наиболее чувствительны к ухудшению аэрации в верхнем слое почвы. Отсюда и крайне низкая устойчивость дубрав и липняков к вытаптыванию, ранняя суховершинность и гибель древостоя в местах массового отдыха (Чижова,1977).
Рекреационное воздействие на растительный покров
Одним из важнейших индикаторов рекреационного воздействия на экосистемы является живой напочвенный покров (ЖНП). Растительный покров - наиболее уязвимый компонент экосистем. Поэтому определение оценки рекреационной толерантности - устойчивости к воздействию рекреантов всех компонентов фитоценозов является сегодня актуальной задачей. Наибольшее внимание уделяется процессам изменений под действием рекреации растительного покрова - наиболее уязвимого компонента экосистем (Ханбеков, 1983; Schmidt, 1998). Данной проблеме посвящено и наше исследование.
На действие фактора рекреации разные виды растений реагируют неодинаково. Одни виды растений быстро исчезают даже при относительно небольших нагрузках, другие удерживаются в течение продолжительного времени, третьи, наоборот, появляются под пологом леса и даже расширяют свое присутствие. Неодинаковая реакция разных видов растений определяется их эколого-биологическими особенностями (отношение к факторам среды, физической уязвимостью, характером подземных органов и др.), а также спецификой рекреационного воздействия на растительность. К основным типам факторов рекреационного воздействия исследователи относят: механическое повреждение наземных органов растений и почек возобновления при вытаптывании; изменение физических параметров почвы - влажности, аэрированности, плотности, температурного режима и др.; обрывание наземных побегов и выкапывание растений, привлекающих внимание рекреантов своей декоративностью; сбор ягод, заготовка пищевого или лекарственного сырья (Рысин, 2006). Исследования ученых показывают, что с увеличением рекреационной нагрузки изменяется и надземная фитомасса ЖНП. Сокращается доля лесных и луговых синантропов. В насаждениях с интенсивностью рекреационной нагрузки более 100 чел. час/га, при отсутствии тропиночной сети с твердым покрытием, надземная фитомасса ЖНП снижается до 3..6 кг/га, при максимальной величине этого показателя 1030 кг/га в абсолютно сухом состоянии (Феоктистов, 2005).
При этом показатели состояния живого напочвенного покрова отражают только начальные стадии рекреационной дигрессии и могут быть использованы для ранней диагностики состояния экосистемы в целом. По этим показателям трудно установить границы гомеостаза, например, лесного сообщества, ибо нижний ярус относительно динамичен, причем при антропогенной нагрузке теряются его естественные связи с верхним ярусом, который при полном уничтожении нижних ярусов растительности может существовать еще длительное время.
Исследования динамики растительности пастбищных фитоценозов показали, что основным способом биологического контроля за степенью пастбищной дигрессии является анализ состава и количественного соотношения видов. Флористический состав и количественное соотношение видов антропогенных фитоценозов позволяют, прежде всего, установить их сходство и различие по видовому богатству и количественным соотношениям в зависимости от интенсивности рекреации (Satoo, 1966; Миркин, 1985).
Усиление рекреационного воздействия способствует кардинальной фитоценоти-ческой смене. Лесная растительность постепенно вытесняется луговой и затем сорной, однако большинство видов не высокого класса постоянства и низкого обилия присутствуют лишь на участках 3 и 4 стадий дигрессии и являются промежуточными, т.е. они легко поселяются при рекреационном вмешательстве, а при усилении рекреации так же легко исчезают. Чаще всего это синантропные виды, имеющие достаточно развитую надземную часть (Конашова, 2004).
При изучении распределения травяной растительности по экологическим группам (лесные, луговые и рудеральные) СИ. Конашовой удалось проследить характер смен травяного покрова в зависимости от степени нарушенности и выявить динами 37 ку сменяемости в зависимости от принадлежности к лесотипологической группе. Полученные ею данные распределения видов по экологическим группам показали, что при слабой степени рекреационной нарушенности участка, лесные виды преобладают, на участках средней нарушенности в основном луговые и рудеральные виды растений. В сильно нарушенных фитоценозах лесные виды отсутствуют, а луговые и рудеральные в большинстве. Лесные виды не выдерживают сильного рекреационного воздействия, а поселившиеся на участках 3 и 4 стадий дигрессии антропо-фильные виды благополучно выживают в условиях даже сильного уплотнения почв.
Рекреационная динамика популяций трав такова: в средне и сильно нарушенных фитоценозах с усилением рекреационной нагрузки на 3 стадии дигрессии значительно возрастает флористическая насыщенность исследуемых фитоценозов при общем увеличении проективного покрытия до 40-80 %. В сильно-нарушенных фитоценозах число видов сокращается, их видовая структура коренным образом отличается от средне и слабонарушенных фитоценозов. Это потому, что с ухудшением условий среды растения больше тратят энергии на адаптацию (Connel, Orias, 1964), поэтому в таких фитоценозах поселяются виды, более приспособленные к экстремальным условиям.
Научная и практическая значимость такого рода исследований заключается в том, что полученные результаты позволили выявить биологические особенности травяной растительности, ее адаптивность и антропотолерантность в условиях интенсивной рекреации, а также установить перечень видов неустойчивых, не выдерживающих жестких условий уплотнения и конкуренции с антропофильными видами, способными выдерживать как конкуренцию, так и высокую плотность почв. В составе травяного яруса преобладают популяции луговых и рудеральных видов с высокой толерантностью к вытаптыванию.
Таким образом, процесс изменения лесного фитоценоза от начала его механического вытаптывания (первая тропка) до полной деградации описан в литературе достаточно полно (Генсирук, 1987; Soule, 1989; Рысин, 1993; Schmithusen, 1998). Установлено, что в ходе этого процесса изменяется характер фитоценоза, его состав и строение, а также направленность его развития. Дело в том, что любой раститель 38 ный комплекс, однажды выведенный из своего естественного, коренного состояния под действием любых внешних причин, как известно, неуклонно стремится вернуться к исходному типу. Действие же постоянно высоких рекреационных нагрузок изменяет эту тенденцию на противоположную - полное прекращение возобновления основных составляющих фитоценоза.
Изменение условий местообитаний и вызванный им переход биогеоценоза из одного типа в другой, со своей стороны, воздействуют на способ и интенсивность рекреационного использования данной территории. А новое направление в развитии природного комплекса (с точки зрения условий для отдыха людей) чаще всего оказывается неблагоприятным. Это может изменить прежнее функциональное назначение данного участка природной среды. Именно поэтому дигрессия природных комплексов и является нежелательным процессом в зонах массового отдыха.
Скорость и характер, процесса дигрессии зависят от интенсивности внешнего воздействия, которое может быть выражено в рекреационной нагрузке (количество человек на единице площади в единицу времени). Результат действия определенной нагрузки зависит, в свою очередь, от внутренних свойств самого природного комплекса, т. е. от характера грунта, типа почв, преобладающих уклонов, погодного режима в течение рекреационного периода, видового и качественного состава растительного покрова и некоторых других факторов.
Все описанные выше изменения в строении и свойствах природного комплекса происходят непрерывно и постепенно. Однако для сопоставления изменений, происходящих в природных комплексах одного типа под влиянием разной рекреационной нагрузки, а также в различных природных комплексах под влиянием одной и той же по величине нагрузки, в ходе процесса дигрессии следует выделить отдельные стадии. Причем они должны легко и, главное, однозначно определяться на местности. Поскольку результаты рекреационного воздействия на природные комплексы проще всего определить визуально по изменениям в растительном покрове, за показатель дигрессии обычно и принимают стадии изменения фитоценозов.
В начале процесса дигрессии, пока воздействие отдыхающих еще невелико, заметным изменениям подвергаются лишь биотические компоненты: растительность и животный мир. Эти изменения можно считать обратимыми, так как если прекратить внешнее воздействие, природный комплекс со временем вновь вернется в исходное состояние путем самовосстановления сначала самой биоты, т. е. растительности и животного мира, а потом и геоматической среды (James, 1979; Рысин, 1985). В геому входит весь комплекс, составляющий условия местообитания биоты, т. е. минеральная часть почвы, вода, воздух и т. д. Возвращение ее в исходное состояние происходит путём так называемой биотической модификации: поселяющиеся вновь на данном участке прежние растения в процессе своей жизнедеятельности как бы возвращают окружающей среде утраченные ею свойства (прежние состав и структуру -почвам, прежний микроклимат - воздуху и т. д.). Процесс восстановления исходного природного комплекса после снятия рекреационных нагрузок может быть назван реверсией дигрессии, а сам процесс дигрессии природного комплекса на этом этапе можно считать обратимым.
Определение плотности почвы
Под антропогенным уплотнением почв понимается изменение их первоначального (природного) состояния, выражающегося в уменьшении пористости, вследствие, как прямого действия нагрузки - вытаптывания, так и опосредованно — от высыхания. Для качественной характеристики степени антропогенной уплотненности предлагается использовать коэффициент антропогенной уплотненности - К (Ельцов, 1997), рассчитываемый по формуле: K=W,/Wn где Wb - модуль прочности верхнего уплотненного или слабого пропластка (верхние 5 см); Wn- модуль прочности подстилаемого прослоя (15 см).
Коэффициент антропогенной уплотненности К отражает степень преобразования верхнего наиболее высыхаемого пропластка по отношению к нижнему подстилаемому прослою и моделирует изменение состояния гумусового слоя (Бахтин, 1971).
Ельцовым Ю.А. (1997) предлагается следующая классификация степени антропогенной уплотненности почв при ее полном увлажнении (табл.2)
Для оценки естественного состояния гумусового слоя и подстилаемого грунта, обусловленного как уплотнением, так и разной степенью увлажнения - высыхания, предлагается следующая классификация прочности (табл.3).
За основу исследования уплотнения почв были взяты известные испытания грунтов и почв конусными наконечниками (Бахтин, 1971; Ельцов, 1981, 1997). При этом использовался прочномер ЕП-12, снабженный штангами с конусным наконечником 30 диаметром 1,1 см. Почвы зондировались вручную до глубины 15 см на каждой учетной площадке. Произведено 46 замеров плотности почвенного покрова. Результаты физических и агрохимических показателей почвенного покрова представлены в табл. 4.
На первом этапе исследования группе экспертов было предложено оценить вклад в сохранение рекреационной устойчивости почвы следующих показателей: коэффициент антропогенной уплотненности (К), модуль прочности слоя (W), содержание в почве органического вещества (гумуса) (А), степень насыщенности почвы основаниями (V), обменная кислотность (ОК), гидролитическая кислотность (Н), сумма поглощенных оснований (S) и содержание в почве подвижного фосфора (Р2О5) (рис.6), (табл. 5). Рекреационная устойчивость почвы оценивалась экспертами в пятибалльной системе. Экспертами выступали ведущие ученые в области геоботаники и почвоведения Ижевской Государственной сельскохозяйственной академии, Удмуртского Государственного университета и Ижевского Государственного технического университета: д.с.-х. н., профессор Кузнецов М.Ф., к.б.н., доцент Рылова Н.Г., к.б.н., ст. преподаватель Аксенова Н.П., к.т.н., доцент Ельцов Ю.А. Экспертная оценка производилась по данным ретроспективного материала полученного при полевых исследованиях (прил. 4).
На основании полученных данных в оболочке Exel была составлена таблица, отражающая соответствие каждого из показателей качеству рекреационной устойчивости почвы (Розенберг и др., 2008). Далее была построена корреляционная матрица (построение производилось по 50 точкам), в результате чего были определены коэффициенты корреляции между функцией отклика (рекреационная устойчивость почвы) и входными аргументами, а также - между самими аргументами. При этом была обнаружены сильные связи внутри анализируемой системы (в ряде случаев коэффициент корреляции г колебался от 0.837 до 0.963 по модулю). Далее была построена регрессионная модель вида y = b0+blxl+b2x2+b3x3...+blxi. При анализе полученных результатов было выяснено, что для ряда параметров отмечается уровень значимости а 0,05 (степень насыщенности основаниями (V), сумма поглощенных оснований (S), гидролитическая кислотность (Н), подвижный фосфор (Р2О5) и коэффициент антропогенной уплотненности (К) почвы). В связи с этим была построена вторая регрессионная модель без учета выбывших параметров. Анализ эффективности модели был осуществлен сначала на обучающей выборке.
Интегральная оценка рекреационной устойчивости почвенно-растительного покрова природного парка «Шаркан»и национального парка «Нечкинский»
Территории, используемые в рекреационных целях определяются как экосистемы антропогенных модификаций, в различной степени реагирующие на прямые и косвенные антропогенные воздействия. Действие рекреации может быть импульсивным или хроническим. Экосистемы после импульсивного воздействия способны в процессе саморегуляции возвращаться к исходному состоянию. В случае перманентных (хронических) влияний под воздействием человека нарушаются связи между компонентами биогеоценозов, которые теряют устойчивость. Экосистема постепенно перестраивается в новое состояние, следствием которого может быть замена одного (коренного) биогеоценоза на другой - производный, вторичный. Другими словами, чрезмерная рекреационная нагрузка приводит к дигрессивным изменениям в экосистеме, который многие авторы связывают с такими признаками как деградация структуры, значительное сокращение жизненного цикла, снижение защитно-регулирующих и санитарных свойств и другими (Арманд, 1983; Базилевич и др., 1986; Pigott, 1989; Горчаковский, 1990; Голубец и др., 1992).
В науке устоялась классификация степени рекреационной дигрессии, согласно которой выделяют 5 ее стадий. Принято считать, что потеря способности к восстановлению происходит между третьей и четвертой стадией рекреационной дигрессии. Это - граница устойчивости экосистемы, имеющая большое практическое значение для определения допустимых рекреационных нагрузок.
Поэтапное рассмотрение процесса рекреационной дигрессии дает возможность вьывить закономерности изменения экосистемы под воздействием рекреационных нагрузок, определить устойчивость различных ее компонентов к такого рода нагрузкам, а также установить границы устойчивости коренного биогеоценоза, а, следовательно, и допустимые для него и для его производных рекреационные нагрузки.
Большинство ученых (Миркин и др., 1973) под устойчивостью фитоценоза понимают его способность противостоять внешним изменениям среды в целях со 99 хранности числа видов, их количественных соотношений в данном растительном сообществе и взаимосвязей в течение некоторого интервала времени. Ряд ученых предлагают в качестве меры устойчивости использовать величину экологической емкости - то есть способности экосистемы выдержать определенную величину воздействия (Репшанс, 1987).
При исследовании закономерностей изменения экосистем и ее производных, используемых в рекреационных целях (ПП «Шаркан» НП «Нечкинский»), внимание было уделено, в первую очередь, на почвенно-растительный покров. Между рекреационной устойчивостью и состоянием растительности и почвенного покрова существует тесная корреляция (Sander Reinhard, 1972; Миркин, 1973; Карпачевский, 1981; Рысин, 1993; Paolo, 2002; Конашова, 2004 и др.).
Отрицательную связь с рекреационной устойчивостью имеет прочность почвы. Вследствие уплотнения нарушается структура почвы, уменьшается водопроницаемость и аэрированность, снижается биологическая активность и затрудняется рост корней. Изменение водного и температурного режимов приводит к ухудшению условий минерального питания (Бганцова, 1987). Рекреационные нагрузки влияют на химический состав почв в меньшей степени, чем на ее физические свойства (Казанская, Ланина, 1975). Уменьшается гумус (органического вещества) в почве, ее кислотность (рН) (Бондарь, 1983). Увеличение рекреационной нагрузки и уплотнение почвы способствует резкому усилению этих процессов. Сравнивая содержание гумуса по стадиям дигрессии в ненарушенных и сильно нарушенных рекреацией, уплотненных почвах отмечаются весьма существенные различия: от 5,02% до 3,40% на неуплотненных участках и от 4,66% до 3,10% на уплотненных участках (Конашова, 2004). Данные по изменению кислотности почвы (Бганцова, 1987; Серебро, Ильмин-ских, 1999 и др.) свидетельствуют о достаточно ясно выраженных тенденциях «под-кисления» почвы с возрастанием рекреационных нагрузок.
Флористический состав и количественное соотношение видов имеют положительную корреляцию с рекреационной устойчивостью (Миркин, 1973). Удельное значение разных эколого-ценотических и биоморфных групп растений в травяном покрове хорошо коррелирует с интенсивностью рекреационного воздейст 100 вия на экосистемы (Талицкая, 1993; Титлянова,1992). Наименее чувствительными являются луговые и рудеральные виды, а также многолетние виды, по сравнению с малолетними. В уплотненных почвах процесс прорастания семян малолетних растений затрудняется (Дружинина, 1968; Clauser, 1972; Давыдова, 1983; Ермакова и др., 1992).
При изучении распределения травяной растительности по экологическим группам (лесные, луговые и рудеральные) удалось проследить характер смен травяного покрова в зависимости от степени нарушенности.
Полученные данные распределения видов по экологическим группам показали, что при слабой степени рекреационной нарушенности участка, доминируют лесные виды, на участках средней нарушенности преобладают рудеральные и луговые виды. В сильно нарушенных фитоценозах лесные виды отсутствуют, а рудеральные составляют большинство.
Для выявления величины связи между свойствами почвы, состоянием растительности и рекреационной устойчивостью почвенно-растительного покрова территорий был проведен корреляционный, дисперсионный и регрессионный анализ. При вычислении коэффициента корреляции Пирсона были получены результаты, которые приведены в табл. 9.
Как следует из табл. 8 все выбранные показатели (содержание в почве органического вещества (гумуса) - А, кислотность почвы - рН, модуль прочности слоя - W, число видов растений - Ч, процент луговых и рудеральных видов - Л и процент многолетних видов - М) имеют достоверную корреляционную средней степени тесноты с рекреационной устойчивостью почвенно-растительного покрова.
Для построения математической модели зависимости между показателями, в дальнейшем был проведен пошаговый регрессионный анализ. В результате было получено уравнение, удовлетворяющее требованиям исследователя: УПР = 1-0,01 \+0,03 А+0,08 рН+0,04 Ч-0,005 Л+0,02 М, (3) где УПР - рекреационная устойчивость почвенно-растительного покрова (ед.), W - модуль прочности слоя (кг/кв. см), А - содержание органического вещества (гумуса) (%), рН - кислотность (единицы), Ч - число видов растений (шт.), Л - процент луговых и рудеральных видов (%), М - процент многолетних видов (%). По величине УПР судят о рекреационной устойчивости почвенно-растительного покрова: УПР 2,5 единиц - низкая рекреационная устойчивость почвенно-растительного покрова, от 2,5 УПР 3,5 единиц - средняя рекреационная устойчивость почвенно-растительного покрова, 3,5 и выше - высокая рекреационная устойчивость почвенно-растительного покрова.
Анализ эффективности модели был осуществлен сначала на обучающей выборке. Результаты представлены на рис.18.
Похожие диссертации на Оценка рекреационной устойчивости почвенно-растительного покрова особо охраняемых природных территорий Удмуртии
-
