Оценка рекреационного воздействия на основные компоненты экосистемы в приозерной зоне чулымо-енисейской котловины
На правах рукописи
РУДАКОВА ГАЛИНА ДМИТРИЕВНА
ОЦЕНКА РЕКРЕАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЭКОСИСТЕМЫ В ПРИОЗЕРНОЙ ЗОНЕ ЧУЛЫМО-ЕНИСЕЙСКОЙ КОТЛОВИНЫ
Специальность 03.02.13 – почвоведение
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Красноярск – 2012
Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»
| Научный руководитель | доктор биологических наук, профессор Чупрова Валентина Владимировна | |
| Официальные оппоненты: | Демиденко Галина Александровна, доктор биологических наук, профессор кафедры агроэкологии и природопользования ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» Егунова Нина Алексеевна, кандидат биологических наук, доцент кафедры агрономии Хакасского государственного университета им. Н.Ф. Катанова | |
| Ведущая организация | ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» |
Защита диссертации состоится 28 мая 2012 г. в 1330 часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.01 в ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 90.
Тел./факс: (391)227-36-09.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»
Автореферат разослан « » апреля 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат биологических наук, доцент Ковалева Ю.П.
Актуальность. В системе факторов, воздействующих на почвенно-растительный покров и вызывающих антропогенную трансформацию экосистемы, важное место занимает рекреационное использование ландшафтов. При любом виде рекреационного воздействия на почвы и растения экосистемы в целом нарушаются. Ответная реакция основных компонентов экосистем (почва и растения) определяется, с одной стороны, степенью рекреационного воздействия, а с другой, их способностью противостоять этому воздействию и возвращаться к исходному состоянию после «стрессовой ситуации» [Буренин, Спицына, Болонева и др., 2008]. Степные экосистемы особенно неустойчивы, ранимы и почти не выдерживают рекреационных нагрузок. Принято считать, что граница устойчивости экосистемы является и границей допустимых рекреационных нагрузок [Казанская, 1972; Шугалей, 1981; Добровольский и др., 1985; Оборин, 2010].
Благодаря своему географическому положению, разнообразному ландшафту с многочисленными минеральными озерами и богатому историко-культурному наследию Чулымо-Енисейская котловина Хакасско-Минусинской впадины имеет широкий комплекс туристических услуг. Это вызывает приток капиталов и стимулирует местную экономику, но одновременно с этим приводит к обострению экологической ситуации в районе [Вишневецкий, 1997].
Озеро Тус, как одно из распространенных здесь озер, является популярным местом отдыха рекреантов. Лечебные свойства озера привлекают не только местное население, но и все возрастающую массу «неорганизованных» туристов из других регионов России. Увеличение рекреации изменяет пороговый уровень антропогенных воздействий, превышение которого ведет к ухудшению условий функционирования экосистем. Изучение процессов изменения главных компонентов экосистемы под влиянием массового отдыха в регионе представляется актуальным и связано с реализацией задач для выработки стратегии устойчивого сохранения биоразнообразия и экологических функций почвы.
Цель исследований заключается в оценке рекреационного воздействия на свойства почв и состав фитоценозов в приозерной (оз. Тус) зоне Чулымо-Енисейской котловины.
Задачи исследований:
1. Определить динамику рекреационной нагрузки в приозерной зоне.
2. Выявить особенности пространственного распределения доминантных видов растений и варьирование химических показателей почв.
3. Изучить изменение физических, химических и биологических свойств почв и состава растительности.
4. Разработать параметры оценки рекреационной нарушенности основных компонентов экосистем в приозерной зоне.
Защищаемые положения:
1. Флористический состав, структурное функционирование растительности и с войства почв в приозерной (оз. Тус) зоне изменяются в зависимости от степени рекреационной нагрузки, позволившей выделить на территории пять стадий дигрессии.
2. Показатели химических свойств почв, по сравнению с плотностью сложения, являются более устойчивыми к рекреационным воздействиям.
Научная новизна. Получены новые материалы по оценке рекреационного воздействия на флористический и структурно-функциональный состав растительности и физические, химические и биологические свойства аллювиальных темногумусовых гидрометаморфических почв и черноземов текстурно-карбонатных в приозерной (оз. Тус) зоне Чулымо-Енисейской котловины. Установлено, что рекреация сильнее влияет на структуру фитоценоза, усиливая ксерофитизацию, чем на свойства почв. Разработанные критерии и параметры оценки рекреационной нарушенности территории позволяют выделить на ней участки, соответствующие пяти стадиям дигрессии.
Практическая значимость состоит в том, что результаты исследований представляют собой базу для организации и ведения мониторинга в приозерной (оз. Тус) рекреационной зоне. Параметры оценки дигрессии напочвенного покрова территории служат основой для подготовки рекомендаций, ограничивающих стихийное и нерегулируемое рекреационное использование данной территории и способствующих восстановлению растительности и почв. Материалы диссертации используются в учебном процессе ИАЭТ КрасГАУ по направлению «Агрохимия и агропочвоведение».
Апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в 10 работах, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ – 2. Результаты исследований докладывались и обсуждались на всероссийских и международных научных конференциях (Абакан, 2009, 2010; Улан-Удэ, 2009; Новосибирск, 2009; Томск, 2010; Оренбург, 2010; Санкт-Петербург, 2011; Красноярск, 2011, 2012).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 173 страницах, включая 22 таблицы, 25 рисунков, приложения. Состоит из 5 глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, который представлен 291 источником, из них 17 иностранных.
Личный вклад автора заключается в выполнении полевых и лабораторных исследований, обработке и анализе полученных результатов, подготовке научных публикаций и докладов.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность Валентине Владимировне Чупровой, Таисии Михайловне Зоркиной и сотрудникам кафедры почвоведения и агрохимии КрасГАУ за научные консультации и поддержку на всех этапах выполнения работы.
Глава 1. Состояние изученности вопроса
В главе рассматриваются основные характеристики оценки рекреационного воздействия на компоненты экосистемы и их изменение [Карписонова, 1967; Казанская, 1977; Чижова, 1977; Щербина, 2006; Кабанов, 2007; Непомнящий, 2007; Оборин, 2010; Решетников, Терешкин, 2011; Шугалей, 2011; Шихова, 2011;Burden, Randerson, 1972; Thomasius, 1978; Klein, 1983; Koch, 1989].
Глава 2. Объекты и методы исследования
2.1. Объекты исследования
Исследования выполнялись в приозерной зоне Чулымо-Енисейской котловины, входящей в состав Минусинской впадины. Объекты исследований – почвы и растительность на береговой линии и склонах озера Тус в Ширинском районе Республики Хакасия. На трансектах, заложенных на северном и южном склонах протяженностью 250 м и 150 м соответственно, выделено 7 пробных площадей (рис. 1).
На северном трансекте исследованы 4 пробные площади: п.п. F1 – разнотравно-тростниково-злаковый фитоценоз на аллювиальной темногумусовой гидрометаморфической засоленной почве; п.п. F2 – термопсисово-злаково-ирисовый фитоценоз на черноземе текстурно-карбонатном гидрометаморфизованном карбонатном; п.п. F3 – полынно-овсяницевый с караганой и F4 –лапчатково-полынно-ковыльно-овсяницевый с караганой на черноземе текстурно-карбонатном засоленном маломощном среднегумусированном легкосуглинистом. На южном трансекте выделены 3 пробные площади: п.п. F5 – разнотравно-осоково-тростниковый фитоценоз на аллювиальной темногумусовой гидрометаморфической засоленной среднемелкой среднегумусированной легкосуглинистой почве; п.п. F6 – эдельвейсово-полынно-злаково-овсяницевый фитоценоз на черноземе текстурно-карбонатном гидрометаморфизованном маломощном среднегумусированном среднесуглинистом, п.п. F7 – разнотравно-полынно-тырсовый фитоценоз на черноземе текстурно-карбонатном типичном маломощном малогумусированном легкосуглинистом.
Рисунок 1 – Схема расположения пробных площадей на трансектах
в приозерной (оз. Тус) рекреационной зоне
2.2. Экологические условия объектов исследования
Рассматривается рельеф и геологическое строение [Воскресенский, 1962; Коляго, 1971; Танзыбаев, 1993], почвообразующие породы [Горшенин, 1955; Никольская, 1968], климат [Гавлина, 1954; Природные режимы, 1976], растительный покров [Черепнин, 1956; Куминова, 1976; Положий, 2002; Зоркина, 2011], почвенный покров [Градобоев, 1954; Танзыбаев, 1993; Шамшаева, 2003; Каллас, 2004; Спирина, 2011] региона исследований.
2.3. Методы исследования
На каждой пробной площади растительность описывалась по общесоюзной инструкции геоботанических исследований (1984) с дополнениями Т.М. Зоркиной (2003; 2006). Собрано и загербаризировано 143 вида растений [Красноборов, Кашин, 1979; Флора Сибири, 1997; Анкипович,1999]. Общее проективное покрытие (ОПП) определялось глазомерно и выражалось в процентах от размера пробной площади. Жизненные формы и экологические группы выделялись по методике А.В. Куминовой (1976), кормовую ценность определяли по И.В. Ларину (1975).
Водный дефицит учитывали ежемесячно в течение летних сезонов 2008–2010 гг., индекс листовой поверхности (ИЛП) – в летний сезон 2008 и 2011 гг. по Е.П. Прокопьеву (1997). Запасы надземного растительного вещества определяли ежемесячно с июня по сентябрь 2008–2011 гг. в 4-кратной повторности методом укосов, запасы подземного растительного вещества в августе 2008–2009 гг. – по методу монолитов 10х10 см2 в слое 0–10 см на тех же площадках. Стадии рекреационного воздействия установили по состоянию растительного покрова.
В почвенных разрезах выделили генетические горизонты и описали в них морфологические признаки по Б.Г. Розанову (1975). Диагностику почвенных горизонтов и наименование почв провели по классификациям (1977; 2004). Плотность почвы определили в полевых условиях по методическим указаниям [Растворова, 1983], пористость – расчетным способом. Из каждого почвенного профиля сплошной колонкой через 10 см отобрали почвенные образцы для химического анализа. Для оценки пространственной изменчивости отдельных показателей растительных сообществ и свойств почв из слоя 0–10 см отобрали 10 образцов по диагонали каждой пробной площади. Во всех почвенных образцах определили: содержание гумуса по методу Тюрина (ГОСТ 26213-91), рН – потенциометрическим методом (ГОСТ 26423-85), содержание подвижных форм фосфора и калия по Мачигину, щелочногидролизуемого азота методом Корнфилда, ЕКО по Бобко-Аскинази [Аринушкина, 1961], засоление (сухой остаток) по ГОСТ 26423-85, каталазную активность газометрическим методом по Галстяну в модификации Хазиева [Хазиев, 2005], интенсивность выделения СО2 по методу Оганова (1962), углерод микробобиомассы (Смб) регидратационным методом [Благодатский, 1987] в свежих образцах, отобранных в августе 2010 и 2011 гг.
Полученные материалы обработали статистическими методами (описательная статистика, дисперсионный, корреляционно-регрессионный и кластерный анализы) [Доспехов, 1979; Дмитриев, 1995] с использованием программ Microsoft Excel XP, Statistica.
Глава 3. Современное рекреационное использование
приозерной (оз. Тус) территории
3.1. Рекреационные нагрузки
Рекреационная нагрузка на северном трансекте в приозерной (оз. Тус) зоне составляет 18445 чел/га за активный рекреационный сезон (60 дней), превышая в 2,5 раза допустимую. На южном трансекте она значительно меньше, и не достигает значений допустимой рекреационной нагрузки. Рекреационное воздействие оценено по проценту вытоптанной площади, количеству троп.
3.2. Макроморфологические свойства почв
Особенности экологических условий Чулымо-Енисейской котловины определяют разнообразие почвенного покрова. Распространённые здесь озера обусловливают наличие микрокольцевой зональности в распределении почв. Исследованные почвы отличаются четкой дифференциацией морфологического профиля на генетические горизонты. Вдоль береговых линий озера распространяются аллювиальные темногумусовые почвы (ствол синлитогенных, отдел аллювиальных) (разрезы 1 и 5). Процесс почвообразования протекает здесь одновременно с аккумуляцией свежего минерального материала в условиях поемного режима. Специфика профилей аллювиальных почв определяется комбинациями различных органогенных, гумусовых, глеевого, гидрометаморфического и слитого горизонтов, а также горизонтов с аккумуляцией железа и карбонатов.
Выше по склону расположены черноземы текстурно-карбонатные (ствол постлитогенных, отдел аккумулятивно-гумусовых) (разрезы 2, 4, 6, 7). Почвы сформировались на маломощных щебнистых продуктах выветривания коренных пород, не подвергавшихся активному химическому выветриванию [Шамшаева, 2003]. Преобладающий почвенный процесс – дерновый.
Общими признаками сравниваемых аллювиальных темногумусовых почв являются наличие выцветов солей в верхней части профиля и обилие включений обломочных пород во всех генетических горизонтах. Различия проявляются в плотности сложения и пористости: почва на береговой линии с северной стороны отличается высокой плотностью и пониженной пористостью по сравнению с аналогичной почвой с южной стороны. Черноземы текстурно-карбонатные характеризуются небольшой мощностью гумусового горизонта, постепенным характером перехода одного горизонта в другой, наличием признаков оглеения (F2, F6) и карбонатов в виде мучнистых пропиточных форм, довольно высокой щебнистостью (F4, F7).
3.3. Пространственное варьирование свойств почв
Особенности рельефа территории определяют высокую пространственную неоднородность показателей химического состава (табл. 1). Рекреационная нагрузка усиливает вариативность отдельных показателей. К числу наиболее варьирующих относятся содержание гумуса и нитратного азота. Это связано с характером рельефа, наличием троп, нарушением растительного покрова. Агрохимические показатели и рН менее вариабельны. Коэффициент вариации увеличивается в почвах северного трансекта на п.п. F2 и F4 под воздействием природных особенностей и рекреации.
3.4. Пространственное распределение и динамика
доминантных видов растений
Состав травостоя за годы исследования изменяется. На п.п. F1 сохраняется четырехъярусная структура, высота ярусов снижается до 50 см, ОПП – до 80%. В травостое появляются галофитные растения. Фитоценоз F2 изменяет структуру до 2 ярусов и ОПП до 75 %. Луговая растительность сменяется на лугово-степную. Доля ириса увеличивается, что свидетельствует о засолении и влиянии вытаптывания рекреацией. Наиболее деградированный фитоценоз F3 снижает ОПП до 30 %, запасы фитомассы до 0,27 т/га. В структуре фитоценоза из злаков остается Festuca valesiaca, из разнотравья – в угнетенном состоянии Artemisia frigida и Iris biglumis. П.п. F4 менее подвержена рекреации, ярусность и структура травостоя сохраняются неизменными.
Благоприятные условия на п.п. F5 способствовали хорошему развитию травостоя, высокому ОПП (до 100 %), четырехъярусной структуре. Под действием вытаптывания исчезает нижний ярус. Количественные значения ИЛП немного снижаются, фитомассы – незначительно увеличиваются. Степной фитоценоз F6 упрощает структуру до одного яруса, снижает ОПП до 50 % и незначительно – запасы фитомассы. Фитоценоз подвергается деградации. Доля Iris biglumis уменьшается, а Festuca valesiaca, Artemisia glauca и сорных видов (Lepidium ruderale и др.) незначительно возрастает. Богатое видовое разнообразие п.п. F7 (38 видов) обусловлено наличием трехъярусной структуры, увеличивается доля нижнего яруса. Доминанты – Stipa capillata, Festuca valesiaca. Однако снижаются ОПП (60 %) и запасы фитомассы (0,46 т/га). Травостой среднего состояния, местами встречаются полынные пятна.
Наибольшей вариативностью запасов фитомассы характеризуется северный трансект, это связано с особенностями рельефа, а также сильной рекреационной нагрузкой. Коэффициент вариации количества видов растений соответствует незначительному или небольшому варьированию.
Глава 4. Оценка рекреационного воздействия на фитоценозы
4.1. Фитоценотический состав растительности
В изучаемом спектре растительности приозерной (оз. Тус) рекреационной зоны доминируют три семейства: Poaceae, Asteraceae, Fabaceae. Доминирующая роль в травостое п.п. F1 принадлежит трем семействам: Poaceae, Asteraceae, Cyperaceaе (рис. 2).
Phragmites australis занимает около 20 % пробной площади, местами встречаются заросли галофита (Tripolium vulgare) от 2 до 30 %, однако на п.п. F2 он уже встречается единично. В травостое F2 возрастает доля участия семейств Poaceae и Asteraceae. Представитель семейства Iridaceae – Iris biglumis, индикатор засоления почв, занимает более 35 % пробной площади и образует большие куртины. В степном фитоценозе F3 доминируют семейства Poaceae, Asteraceae по 43 %. Под действием рекреационной нагрузки наблюдается значительное обеднение и изменение видового состава, Festuca valesiaca выступает фоном. Местами единично встречаются растения семейства Fabaceae (Caragana pygmaea). Доля Poaceae в п.п. F4 уменьшается до 28 %, уступая место разнотравью.
Таблица 1
Статистические характеристики показателей основных свойств почв в приозерной рекреационной зоне (n=10)
| Северный трансект | Южный трансект | |||||||||
| Статистические характеристики | Гумус, % | рН | N-NO3 | P2O5 | K2O | Гумус, % | рН | N-NO3 | P2O5 | K2O |
| мг/кг | мг/кг | |||||||||
| П.п. F1 – аллювиальная темногумусовая гидрометаморфическая засоленная мелкая среднегумусированная тяжелосуглинистая | П.п. F5 – аллювиальная темногумусовая гидрометаморфическая засоленная среднемелкая среднегумусированная легкосуглинистая | |||||||||
| X | 4,74 | 8,91 | 6,5 | 11,4 | 399 | 5,34 | 8,34 | 3,7 | 4,8 | 325 |
| Sx | 0,46 | 0,03 | 1,2 | 1,9 | 37 | 0,17 | 0,03 | 0,5 | 0,3 | 5 |
| 2,16 | 0,008 | 14,9 | 37,4 | 13493 | 0,3 | 0,009 | 2,2 | 0,6 | 242 | |
| S | 1,47 | 0,09 | 3,9 | 6,1 | 116 | 0,55 | 0,09 | 1,5 | 0,8 | 16 |
| Min-max | 2,90–7,20 | 8,70–9,00 | 1,4–13,8 | 4,0–23,4 | 286–594 | 4,55–5,93 | 8,20–8,50 | 2,2–6,4 | 3,5 | 303–349 |
| V, % | 32 | 1 | 60 | 53 | 29 | 11 | 1 | 41 | 17 | 5 |
| П.п. F2– чернозем текстурно-карбонатный гидрометаморфизованный карбонатный среднемелкий среднегумусированный легкосуглинистый | П.п. F6 – чернозем текстурно-карбонатный гидрометаморфизованный маломощный среднегумусированный среднесуглинистый | |||||||||
| X | 5,13 | 8,72 | 0,2 | 17,5 | 550 | 4,61 | 8,54 | 1,3 | 16,6 | 371 |
| Sx | 0,49 | 0,09 | 0,04 | 0,9 | 25 | 0,19 | 0,02 | 0,1 | 0,4 | 17 |
| 2,41 | 0,09 | 0,02 | 7,2 | 6202 | 0,4 | 0,05 | 0,2 | 1,7 | 2860 | |
| S | 1,55 | 0,31 | 0,13 | 2,7 | 79 | 0,63 | 0,07 | 0,4 | 1,3 | 54 |
| Min-max | 3,25–8,10 | 8,30–9,40 | 0,2–0,6 | 14,7–21,7 | 448–719 | 3,96–5,76 | 8,40–8,60 | 0,8–2,0 | 15,9–19,4 | 301–458 |
| V, % | 31 | 3 | 54,2 | 15 | 14 | 13 | 1 | 31 | 8 | 14 |
| П.п. F3, F4 – чернозем текстурно-карбонатный засоленный маломощный среднегумусированный легкосуглинистый | П.п. F7 – чернозем текстурно-карбонатный засоленный маломощный среднегумусированный легкосуглинистый | |||||||||
| X | 4,57 | 8,36 | 1,2 | 24,1 | 375 | 3,61 | 8,43 | 1,6 | 25,1 | 361 |
| Sx | 0,07 | 0,03 | 0,34 | 0,64 | 4,9 | 0,29 | 0,02 | 0,2 | 3,7 | 22 |
| 0,05 | 0,007 | 1,1 | 4,1 | 241 | 0,8 | 0,002 | 0,3 | 138,7 | 5033 | |
| S | 0,28 | 0,08 | 1,1 | 2,0 | 15 | 0,91 | 0,05 | 0,6 | 11,8 | 71 |
| Min-max | 4,22–4,92 | 8,30–8,50 | 0,2–0,3 | 22,2–27,6 | 354–402 | 2,13–4,53 | 8,40–8,50 | 1,0–2,4 | 11,2–38,9 | 254–428 |
| V, % | 6 | 1 | 92 | 8 | 4 | 25 | 1 | 38 | 40 | 20 |
| ПСВ, % | 3,88 | 61,21 | 61,05 | 64,72 | 49,88 | 52,28 | 52,28 | 58,75 | 62,14 | 13,57 |
| НСР005 | 1,14 | 0,18 | 2,13 | 3,69 | 74,74 | 0,65 | 0,07 | 0,87 | 6,29 | 47,73 |
Кроме того, в семействе Poaceae усиливается доминирование Festuca valesiaca до 20 %, а в семействе Asteraceae – Artemisia frigida. Такое распределение видового состава свидетельствует о ксерофитизации почвенно-растительного покрова.
В фитоценозе F5 отмечается преобладание семейств Poaceae (31 %) и Asteraceae (15 %). Распространены галофитные растения, что является типичным для данной местности. Господство семейств Poaceae и Asteraceae продолжается в п.п. F6, но их соотношение меняется в сторону увеличения доли Asteraceae (34 %). Флора п.п. F7 характеризуется господством семейства Asteraceae (40 %) и меньшим распространением Poaceae и Fabaceae (15 %).
Рисунок 2 – Распределение основных
семейств растений в фитоценозах в приозерной
(оз. Тус) рекреационной зоне
4.2.Морфолого-экологические особенности растительности
В травостое всех растительных сообществ преобладают многолетние травянистые летнецветущие растения. Луговой фитоценотический тип растений приурочен к береговой пониженной территории, степной – к склонам. По экологическому спектру на северном трансекте территории преобладают ксеромезофиты (лугово-степные виды), на южном – ксерофиты (степные виды). Под влиянием рекреационной нагрузки многолетние виды замещаются малолетними, уменьшается доля растений с летним и летне-осенним типом цветения, усиливается ксерофитизация.
4.3. Динамика запасов растительного вещества
В условиях окрестностей оз. Тус запасы сухой надземной фитомассы по северному трансекту составляют в среднем 1,8 т/га сухого вещества за год, по южному – 1,7 т/га сухого вещества в год (рис. 3).
Рисунок 3 – Надземная фитомасса растительных сообществ в приозерной
(оз. Тус) рекреационной зоне, т/га (в среднем за 2008–2011гг.)
По сравнению с фитоценозами заповедного типа, фитомасса исследуемых участков намного ниже [Титлянова, 1994; Зоркина, 2000; Кандалова, 2009]. Максимум нарастания фитомассы фитоценозов отмечается в июле и августе, а в конце августа и сентябре их запасы снижаются. В фитоценозах F1 и F3 вследствие сильной рекреации снижается количество фитомассы до 0,7 т/га и 0,4 т/га соответственно.
4.4. Концентрация и запасы химических элементов
в надземном растительном веществе
Сумма основных макроэлементов (N, P, K, Ca, Mg), накапливаемых в фитомассе фитоценозов, находится в пределах 3,37–4,95 %. Низкие запасы минеральных элементов в фитомассе говорят о высокой скорости метаболических процессов у растений, благодаря чему химические элементы активно расходуются и не накапливаются в больших количествах.
4.5. Оценка рекреационного воздействия на растительность
В качестве критериев рекреационной нагрузки в приозерной зоне Чулымо-Енисейской котловины мы предлагаем следующие показатели: число видов, количество сорных видов, соотношение экогрупп, степень мозаичности, фитомасса. Различное соотношение этих показателей позволило изученную территорию разделить на пять стадий дигрессии. Наиболее деградированные северные участки (F1, F3) и южные (F6) располагаются вдоль берега и на склонах под палатками и стоянками автотранспорта. Высокая вытоптанность, вызывая уплотнение и иссушение почвы, приводит к ксерофитизации растительности: появляются степные растения, исчезают луговые виды. Одновременно внедряются рудеральные виды растений.
Глава 5. Рекреационные последствия на свойства почв
5.1. Физические свойства
Аллювиальные темногумусовые почвы характеризуются легким гранулометрическим составом с постепенным изменением до тяжелосуглинистого. Легкосуглинистый в верхних горизонтахпрофиля чернозем текстурно-карбонатный сменяется на среднесуглинистый в срединной части профиля за счет увеличения здесь илистой фракции. Подобное изменение гранулометрического состава в черноземах Чулымо-Енисейской котловины встречается часто и, по мнению Е.В. Каллас (2004), считается особенностью всех черноземов региона. Плотность почв северного трансекта выше, чем на южном, вследствие сильной рекреационной нагрузки, которая приводит к уменьшению пористости почвы.
5.2. Химические и физико-химические показатели
Изученный ряд почв на северном и южном трансектах отличается по химическим и физико-химическим свойствам. Исследуемые почвы характеризуются небольшим содержанием гумуса в самом верхнем горизонте (рис. 4, 5). Запасы гумуса в полуметровом слое аллювиальной почвы на северном трансекте выше (160 т/га), чем на южном (133 т/га), что связано с различиями в продуцируемой на этих почвах фитомассе и величине растительного опада. Реакция почвенного раствора (рН H2O) щелочная, обусловленная наличием карбонатов и присутствием легкорастворимых солей. Вниз по профилю, как правило, наблюдается увеличение щелочности. На северном склоне максимальная щелочность наблюдается в почве на п.п. F2 (рН 8,9 в горизонте AU CAT), на южном склоне максимальная щелочность наблюдается в первом разрезе (рН 8,7 в горизонте СQ). Величина сухого остатка, свидетельствующая о концентрации легкорастворимых солей, невысокая. Она нигде не превышает 1 %. Однако в аллювиальных почвах величина сухого остатка в верхней части профиля равняется 0,81 % (разрез 5) – 0,99 % (разрез 1), что позволяет классифицировать эти почвы по степени засоления как очень сильнозасоленные.
Рисунок 4 – Распределение физической глины и гумуса в почвах приозерной (оз. Тус) рекреационной зоны:
А –п.п. F1; Б – п.п. F3, F4, F6
Рисунок 5 – Запасы гумуса в почвах
приозерной (оз. Тус) рекреационной
зоны, т/га
ЕКО варьирует в пределах 15–29 м-экв/100 г почвы в верхних горизонтах. Профили аллювиальных почв достаточно однородны по величине ЕКО. В черноземе текстурно-карбонатном гидрометаморфизованном наблюдается неодинаковое распределение ЕКО. Черноземы отличаются более высокой ЕКО и постепенным (разрез 4) или довольно резким (разрез 7) уменьшением вниз по профилю. Степень обеспеченности растений элементами минерального питания оценивается по наличию в почве подвижных форм азота, фосфора и калия. Содержание легкогидролизуемого азота, ближайшего резерва подвижного [Гамзиков, 1981; Назарюк, 2002; Чупрова, Ерохина, 2006], в изученных почвах невысокое, что объясняется низкими запасами гумуса и свежих растительных остатков, поступающих ежегодно в почву. Количество фосфора в верхних горизонтах почв характеризуется как среднее (30–40 мг/кг) и низкое (1–6 мг/кг). Пониженное содержание подвижного фосфора в почвах на п.п. F2 объясняется высокой интенсивностью его потребления растениями, сформировавшими наибольшие здесь запасы надземной фитомассы, до 2,5 т/га. Процессы мобилизации элементов питания в почвах южного трансекта уступают таковым на северном трансекте. Влияние рекреационных нагрузок на количественные оценки содержания подвижного фосфора не прослеживается. Высокое содержание калия в верхних горизонтах изученных нами почв связано с содержанием его в растительности и активным высвобождением в процессе разложения растительного опада.
По данным кластерного анализа показателей химических и агрохимических свойств (рис. 6), выделяются почвы на п.п. F1 и F2, на которых определены IV–V и III стадии дигрессии соответственно.
Рисунок 6 – Дендрограмма групп кластеров показателей почв в приозерной (оз. Тус) рекреационной зоне
Рекреационная нагрузка на химические свойства почв проявляется косвенно через механическое уплотнение верхних слоев, смену видового, доминантного состава растений в фитоценозе и разную интенсивность продукционного процесса.
5.3. Биологические свойства почв
Биологические свойства изученных почв рассматриваются по показателям: количество продуцируемого СО2, каталазная активность и углерод микробной массы (рис. 7). Интенсивность продуцирования СО2 гумусовыми горизонтами аллювиальной почвы и чернозема текстурно-карбонатного на северном трансекте выше, чем на южном. Активность каталазы в профиле почв северного трансекты выше, чем в профиле почв на южном. В аллювиальных почвах Смб составляет 4508–4994 мкг/10 г, а в текстурно-карбонатных – 347-10 мкг/10 г. Такие различия обусловлены неодинаковым увлажнением, запасами и составом доминантов травянистой растительности на трансектах, а также неравномерным распределением рекреации. Исследуемые почвы, используя оценочную шкалу Д.Г. Звягинцева, отличаются слабой биологической активностью, убывающей с глубиной. Интенсивность биологических процессов снижается на фоне изменения физических свойств почв.
Рисунок 7 – Биологическая активность почв (0–10 см) приозерной (оз. Тус)
рекреационной зоны, 2011 г.
5.4. Параметры оценки рекреационного воздействия
Для оценки степени дигрессии напочвенного покрова предлагаем следующие параметры (табл. 2). Параметры отдельно определены для луговых и степных экосистем, обладающих разной устойчивостью к рекреации. Установлено, что растительный покров сильнее и быстрее реагирует на изменения, чем почвенные показатели.
Для подтверждения выделенных стадий дигрессии приводим результаты кластерного анализа по взаимодействию факторов: свойства почвы (содержание гумуса, плотность сложения) – характеристики фитоценоза (ОПП, запасы надземной фитомассы) – стадии дигрессии в ряду выделенных нами пробных площадей в рекреационной зоне оз. Тус (рис. 8). Данный подход обосновывает разделение экосистем в пределах трансектов на степные и луговые. Кроме того, п.п. F1 выделяется в отдельный кластер, что служит подтверждением обозначенной здесь нами IV стадии дигрессии, п.п. F3 – в еще более удаленный кластер, и ему соответствует V стадия дигрессии.
Таблица 2
Параметры оценки степени дигрессии в приозерной (оз. Тус)
рекреационной зоне
| Показатель оценки | Степень дигрессии | |||||
| Луговые фитоценозы | Степные фитоценозы | |||||
| II | III | IV–V | I | III | V | |
| ОПП, % | 85–90 | 75–80 | <75 | 60–80 | 55–60 | 30–40 |
| Вытоптанная площадь, % | 25–30 | 35–40 | 70–75 | 5–10 | 40–45 | 80–90 |
| Запасы фитомассы, т/га | 2,0–5,0 | 1,5–3,0 | 1,5–2,0 | 1,0–1,5 | 0,5–0,9 | 0,3–0,4 |
| Плотность почвы, г/см3 в слое 0–20 см | 1,0–1,1 | 1,1–1,2 | 1,5–1,6 | 0,9–1,0 | 1,1–1,2 | 1,4–1,5 |
Рисунок 8 – Дендрограмма кластеров показателей свойств почв, характеристик
фитоценозов и степени дигрессии в приозерной (оз. Тус) рекреационной зоне
ВЫВОДЫ
- Рекреационная нагрузка в приозерной (оз. Тус) зоне Чулымо-Енисейской котловины достигает 18445 чел/га за активный рекреационный сезон (60 дней), превышая в 2,5 раза допустимую. Рекреационное воздействие, оцененное по состоянию (процент вытоптанной площади, троп, дороги) напочвенного покрова, обусловливает выделение пяти стадий дигрессии экосистем на этой территории.
- Луговые фитоценозы располагаются на почвах, относящихся к стволу синлитогенных, отделу аллювиальных, процесс почвообразования в которых протекает в условиях поемного режима одновременно с аккумуляцией свежего растительного материала. Степные фитоценозы приурочены к почвам, относящимся к стволу постлитогенных, отделу аккумулятивно-гумусовых с преобладающим дерновым процессом почвообразования. Сходными признаками почв являются малая мощность, дифференцированность генетических горизонтов, преимущественно бесструктурное состояние, наличие карбонатов в мучнистой форме, признаков оглеения и засоления. Отличительные признаки определяются влиянием рельефа, глубиной капиллярной каймы, составом фитоценоза.
- Пространственная неоднородность химических свойств почв, видового состава и запасов фитомассы в растительных сообществах объясняется особенностями склонового рельефа и высокой плотностью рекреации, которая усиливает вариативность отдельных показателей.
- Рекреационная нагрузка оказывает более существенное воздействие на состояние растительности, чем свойства почвы. Она приводит к снижению проективного покрытия, смене доминантных видов, усилению ксерофитизации, снижению запасов фитомассы и уплотнению почвы.
- Наименее устойчивыми к рекреации свойствами аллювиальной темногумусовой почвы и чернозема текстурно-карбонатного являются плотность сложения и пористость. Ухудшение физических свойств почв сопровождается ослаблением биологических процессов.
- Степень дигрессии основных компонентов экосистем оценена по параметрам: ОПП, структура фитоценоза, вытоптанная площадь, запасы фитомассы, плотность почвы. Параметры оценки определены отдельно для луговых и степных фитоценозов вследствие их неодинаковой устойчивости к рекреации.
- Анализ взаимодействующих факторов: свойства почвы (содержание гумуса, плотности сложения), характеристика фитоценоза (ОПП, запасы надземной фитомассы) и стадии дигрессии показывает, что полынно-овсяницевый с караганой фитоценоз на черноземе текстурно-карбонатном засоленном выделяется в отдельный удаленный кластер. Это подтверждает определение здесь V (наибольшей) стадии дигрессии. Другие участки рекреационной зоны распределяются дифференцированно по степени уменьшения рекреации.
Практические рекомендации
Материалы диссертации по оценке рекреационного воздействия на основные компоненты экосистемы в приозерной зоне Чулымо-Енисейской котловины рекомендуются:
- природоохранным и проектирующим учреждениям в качестве базы данных для оценки прогноза изменений под действием рекреационных нагрузок;
- отделу экологии МО «Ширинский район» для проведения мероприятий по естественному возобновлению приозерных экосистем с помощью травосеяния, а также разработки положения о создании особо охраняемых природных территорий в прибрежной полосе оз.Тус.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
- Рудакова Г.Д. Флористический состав рекреационной зоны озера Тус // Экология Южной Сибири и сопредельных территорий: мат-лы XII междунар. школы-конференции студентов и молодых ученых. – Абакан, 2009. – С. 47.
- Рудакова Г.Д., Зоркина Т.М. Мониторинг эколого-физиологических показателей в рекреационной зоне озера Тус Ширинской озерно-котловинной степи // Природное разнообразие и устойчивость субаридных экосистем Евразии: мат-лы VI междунар. школы-семинара молодых ученых. – Оренбург, 2010. – С. 100–106.
- Рудакова Г.Д. Геоботаническая характеристика рекреационной зоны озера Тус // Современные тенденции развития земледелия и защиты почв: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. – Улан-Удэ, 2009. – С. 171–173.
- Рудакова Г.Д. Подвижный гумус в почвах рекреационной зоны озера Тус // Отражение био-, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове: мат-лы IV Всерос. науч. конф. с междунар. участием. – Томск, 2010. – С. 174–176.
- Рудакова Г.Д. Морфологическая характеристика почв рекреационно зоны озера Тус // Экология Южной Сибири и сопредельных территорий: мат-лы XIII междунар. школы-конференции студентов и молодых ученых. – Абакан, 2010. – С. 126.
- Рудакова Г.Д., Зоркина Т.М. Эколого-биологическая характеристика растительности рекреационной зоны озера Тус // Вестник КрасГАУ. – Красноярск, 2010. – № 4. – С. 41–47.
- Рудакова Г.Д., Зоркина Т.М. Динамика урожайности как показатель рекреационной нагрузки в долине озера Тус (Республика Хакасия) // Флора и растительность Сибири и Дальнего Востока: мат-лы V Всерос. конф. с междунар. участием. – Красноярск, 2011. – С. 206–211.
- Рудакова Г.Д., Зоркина Т.М. Структура и динамика фитомассы травяных экосистем рекреационной зоны озера Тус (Республика Хакасия) // Отечественная геоботаника: основные вехи и перспективы: мат-лы Всерос. конф. – СПб., 2011.
- Чупрова В.В., Рудакова Г.Д. Основные параметры почв Приозерной котловины Ширинской степи // Вестник КрасГАУ. – Красноярск, 2011. – С. 47–54.
- Чупрова В.В., Рудакова Г.Д. Влияние рекреации на почвы в приозерной зоне Чулымо-Енисейской котловины // Почвы Сибири: особенности функционирования и использования: сб. науч. ст., посвящ. памяти известного сибирского почвоведа, д-ра с.-х. наук, профессора П.С. Бугакова / под ред. В.В. Чупровой, Н.Г. Рудого, Н.Л. Кураченко. Вып. 4. – Красноярск, 2012.– С.78–89.
Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П. 000381.09.03 от 25.09.2003 г.
Подписано в печать 24.04.2012. Формат 60х84/16. Бумага тип. № 1.
Печать – ризограф. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 1717
Издательство Красноярского государственного аграрного университета
660017, Красноярск, ул. Ленина, 117
