ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА И ЗАПАСОВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВ СУХИХ СОСНОВЫХ ЛЕСОВ ПОД ВЛИЯИЕМ РЕКРЕАЦИИ
|
ВВЕДЕНИЕ
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1 Вопросы генетической и функциональной классификаций подбуров в области оценки качества органогенной части профиля почв
2.1 Сосна, её распространение на территории РФ и в Ленинградской области
2.2 Строение и эко-физиологические особенности сосны
3.1 Рекреация: определение, основные понятия, стадии
3.2 Рекреационное воздействие на лесную растительность
3.3 Рекреационное воздействие на почву
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ………………...…36
ПРИЛОЖЕНИЯ
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1 Вопросы генетической и функциональной классификаций подбуров в области оценки качества органогенной части профиля почв
2.1 Сосна, её распространение на территории РФ и в Ленинградской области
2.2 Строение и эко-физиологические особенности сосны
3.1 Рекреация: определение, основные понятия, стадии
3.2 Рекреационное воздействие на лесную растительность
3.3 Рекреационное воздействие на почву
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ………………...…36
ПРИЛОЖЕНИЯ
Одним из важнейших последствий урбанизации становится увеличение площадей лесов рекреационного пользования. Чрезмерная рекреация может приводить к деградации лесных биогеоценозов, обеднению биоразнообразия и нарушению почвенного покрова. Высока чувствительность к подобному воздействию у поверхностных горизонтов, и она специфична для разных почв. Влияние бездорожной рекреации со свободным перемещением посетителей по территории на почвы до сих пор мало изучено (Кузнецов и др., 2017). Актуальны проблемы выделения рекреационных лесов в особую категорию, где формируется куртинно-полянная структура насаждений в соответствии с правилами урболесоводства, по которым отслеживаются точечные изменения биогеоценозов и составляются планы сберегающего природопользования (Рысин, Рысин, 2011). Особенно остры проблемы использования лесов около мегаполисов. Например, в Курортном районе Ленинградской области было отмечено увеличение площади рекреационно-нарушенных земель в 2,5 раза (до 10% от общей площади) еще в 1966-1975 гг. (Чертов, 1981), когда население Ленинграда увеличилось на 17% (с 3,8 до 4,4 млн.). На 1 февраля 2018 года в Санкт-Петербурге по данным Росстата проживало 5,3 миллиона человек (Рисунок 1). И площади использования лесов для отдыха стали еще больше.
Леса Карельского перешейка, в частности Приозерского района Ленинградской области, являются одними из наиболее популярных мест отдыха горожан. Помимо отдыхающих, посещающих лес на короткие промежутки времени, увеличивается число рекреационных центров. Например, неподалеку от железнодорожной станции Петяярви в 2011 году построили одноименную базу отдыха. Это привело к возрастанию рекреационной нагрузки не только на территорию самой базы отдыха, но и на прилегающие сосновые леса.
При чрезмерной рекреационной нагрузке лесные растительность и почвы могут необратимо изменяться. Сосновые леса относятся к одним из наиболее подверженных рекреационной дигрессии типам лесных экосистем (Рысин, Полякова, 1987). При этом именно сосновые леса наиболее привлекательны для отдыха горожан. Для рационального природопользования следует проводить периодические обследования пригородных лесов, а также планировать уровень антропогенной нагрузки на них, создавая центры привлечения рекреантов для сохранения большей части лесных массивов. Такие исследования на фоне роста численности населения мегаполиса Санкт-Петербурга очень актуальны для Ленинградской области
Скорость дигрессионных процессов при рекреационных нагрузках в значительной степени зависит от почвенно-грунтовых условий, диапазон изменения физико-химических свойств будет различаться у почв разных гранулометрического и минералогического составов, разного водного режима. Также по-разному могут изменяться почвы, относящиеся к одному классификационному отделу, но разным типам. Так, например, подбуры и подзолы. Вместе с почвами будет меняться растительность. Работы по изучению дигрессионных процессов следует проводить с учетом специфики удаленности от городской черты, типа растительности, почвенно-грунтовых и ландшафтных особенностей.
Объекты исследований. Объектами исследований диссертационной работы являются автоморфные почвы сосновых лесов, на подбурах иллювиально-железистых (Entic Podzol по World reference base for soil resources, 2014) в Приозерском районе Ленинградской области. Исследования проведены на двух пробных площадях в сосновых насаждениях, различавшихся по степени выраженности рекреационных воздействий. Фоновый участок не имел видимых изменений напочвенного покрова и лесной подстилки, нарушенный участок имел видимые следы рекреации – кострища, утоптанные тропинки и площадки, следы установки палаток.
Цель исследований. Цель работы – комплексная оценка изменений растительности и почв под рекреационным воздействием на примере сухих сосновых лесов Карельского перешейка, как одного из наиболее привлекательных для отдыха горожан района Ленинградской области.
За критерий устойчивого функционирования экосистемы принято считать накопление или динамическое равновесие запасов органического вещества почв (Morris et.al, 1997). В ходе первичных экогенетических сукцессий запасы органического вещества возрастают в начале развития и стабилизируются на субклимаксовых стадиях. Данный процесс маркирует деградацию биоты экосистемы под действием природных или антропогенных факторов (Бобровский, 2004; Чертов и др., 2007). Поэтому оценка рекреационного изменения подбуров проведена по изучению состава и запасов органического вещества подбуров сухих сосновых лесов.
В рамках указанной проблемы были решены следующие задачи:
1. Проведено морфологическое (на макро- и мезо- уровнях) описание, определение основных физико-химических свойств почв базовых разрезов ключевых участков.
2. Составлено геоботаническое описание растительности.
3. Проведена количественная оценка биоразнообразия напочвенного покрова по индексу Шеннона и Симпсона.
4. Определены содержание органического углерода и общего азота, запасы соединений органического вещества в лесных подстилках.
6. С помощью корреляционного анализа проверена гипотеза об изменениях в составе и свойствах органического вещества в почвах сухих сосновых лесов, а также минеральных горизонтов и растительного сообщества под действием рекреации.
Фактические материалы. Данная работа является продолжением исследования темы «Трансформация органического вещества в лесных почвах легкого гранулометрического состава». Проведено детальное обследование фоновых и рекреационно измененных почв в сухих сосновых лесах на подбурах, то есть песчаных почвах характеризующихся относительно высокими концентрациями основных типоморфных элементов.
Научная новизна работы. В связи с возрастанием рекреационной нагрузки на лесные экосистемы все более актуальными становятся разработки по оценке степени дигрессионных изменений, нормировании посещаемости пригородных лесов и формировании участков наибольшей привлекательности для отдыха горожан. По имеющимся литературным данным такие работы провести невозможно.
Подбуры, измененные влиянием рекреации почти не изучены. Важно отметить также, что удаленность изученных ключевых участков от центров промышленного производства позволила изучить влияние внетропиночной рекреации без осложнения факторами атмосферного загрязнения.
Практическая значимость. Полученные в ходе выполнения работы сведения можно использовать для оценки современного состояния ключевых участков сосновых лесов около ж/д станции Петяярви и для формирования базы данных для проведения научно-практического мониторинга дигрессионных изменений этой территории.
Результаты могут быть востребованы для уточнения теоретических положений почвоведения относительно стадийности дигрессионных изменений подбуров под влиянием рекреации.
Личный вклад автора работы. А.Ю. Белолипецкая принимала участие в полевых этапах работы, выполнила почвенное описание разрезов и отбор почвенных проб, ею были проведены пробоподготовка почвенных образцов, физико-химические и мезоморфологические анализы почв, написан литературный обзор и проведен научный анализ полученных результатов.
Апробация работы. Материал работы был доложен на Докучаевских молодежных чтениях (СПб, 2018). Тезисы: Белолипецкая А.Ю. Изменение сухих сосновых лесов под влиянием рекреации // Материалы Межд. научн. конф. XХI Докучаевские молодежные чтения. СПб, 2018. С. 14-16.
Благодарности. Автор выражает благодарность за помощь в работе научному руководителю Марине Алексеевне Надпорожской, а также Галине Алексеевне Касаткиной, Денису Моисеевичу Мирину, Кириллу Леонидовичу Якконену, Николаю Петровичу Битюцкому и Олегу Георгиевичу Чертову.
Леса Карельского перешейка, в частности Приозерского района Ленинградской области, являются одними из наиболее популярных мест отдыха горожан. Помимо отдыхающих, посещающих лес на короткие промежутки времени, увеличивается число рекреационных центров. Например, неподалеку от железнодорожной станции Петяярви в 2011 году построили одноименную базу отдыха. Это привело к возрастанию рекреационной нагрузки не только на территорию самой базы отдыха, но и на прилегающие сосновые леса.
При чрезмерной рекреационной нагрузке лесные растительность и почвы могут необратимо изменяться. Сосновые леса относятся к одним из наиболее подверженных рекреационной дигрессии типам лесных экосистем (Рысин, Полякова, 1987). При этом именно сосновые леса наиболее привлекательны для отдыха горожан. Для рационального природопользования следует проводить периодические обследования пригородных лесов, а также планировать уровень антропогенной нагрузки на них, создавая центры привлечения рекреантов для сохранения большей части лесных массивов. Такие исследования на фоне роста численности населения мегаполиса Санкт-Петербурга очень актуальны для Ленинградской области
Скорость дигрессионных процессов при рекреационных нагрузках в значительной степени зависит от почвенно-грунтовых условий, диапазон изменения физико-химических свойств будет различаться у почв разных гранулометрического и минералогического составов, разного водного режима. Также по-разному могут изменяться почвы, относящиеся к одному классификационному отделу, но разным типам. Так, например, подбуры и подзолы. Вместе с почвами будет меняться растительность. Работы по изучению дигрессионных процессов следует проводить с учетом специфики удаленности от городской черты, типа растительности, почвенно-грунтовых и ландшафтных особенностей.
Объекты исследований. Объектами исследований диссертационной работы являются автоморфные почвы сосновых лесов, на подбурах иллювиально-железистых (Entic Podzol по World reference base for soil resources, 2014) в Приозерском районе Ленинградской области. Исследования проведены на двух пробных площадях в сосновых насаждениях, различавшихся по степени выраженности рекреационных воздействий. Фоновый участок не имел видимых изменений напочвенного покрова и лесной подстилки, нарушенный участок имел видимые следы рекреации – кострища, утоптанные тропинки и площадки, следы установки палаток.
Цель исследований. Цель работы – комплексная оценка изменений растительности и почв под рекреационным воздействием на примере сухих сосновых лесов Карельского перешейка, как одного из наиболее привлекательных для отдыха горожан района Ленинградской области.
За критерий устойчивого функционирования экосистемы принято считать накопление или динамическое равновесие запасов органического вещества почв (Morris et.al, 1997). В ходе первичных экогенетических сукцессий запасы органического вещества возрастают в начале развития и стабилизируются на субклимаксовых стадиях. Данный процесс маркирует деградацию биоты экосистемы под действием природных или антропогенных факторов (Бобровский, 2004; Чертов и др., 2007). Поэтому оценка рекреационного изменения подбуров проведена по изучению состава и запасов органического вещества подбуров сухих сосновых лесов.
В рамках указанной проблемы были решены следующие задачи:
1. Проведено морфологическое (на макро- и мезо- уровнях) описание, определение основных физико-химических свойств почв базовых разрезов ключевых участков.
2. Составлено геоботаническое описание растительности.
3. Проведена количественная оценка биоразнообразия напочвенного покрова по индексу Шеннона и Симпсона.
4. Определены содержание органического углерода и общего азота, запасы соединений органического вещества в лесных подстилках.
6. С помощью корреляционного анализа проверена гипотеза об изменениях в составе и свойствах органического вещества в почвах сухих сосновых лесов, а также минеральных горизонтов и растительного сообщества под действием рекреации.
Фактические материалы. Данная работа является продолжением исследования темы «Трансформация органического вещества в лесных почвах легкого гранулометрического состава». Проведено детальное обследование фоновых и рекреационно измененных почв в сухих сосновых лесах на подбурах, то есть песчаных почвах характеризующихся относительно высокими концентрациями основных типоморфных элементов.
Научная новизна работы. В связи с возрастанием рекреационной нагрузки на лесные экосистемы все более актуальными становятся разработки по оценке степени дигрессионных изменений, нормировании посещаемости пригородных лесов и формировании участков наибольшей привлекательности для отдыха горожан. По имеющимся литературным данным такие работы провести невозможно.
Подбуры, измененные влиянием рекреации почти не изучены. Важно отметить также, что удаленность изученных ключевых участков от центров промышленного производства позволила изучить влияние внетропиночной рекреации без осложнения факторами атмосферного загрязнения.
Практическая значимость. Полученные в ходе выполнения работы сведения можно использовать для оценки современного состояния ключевых участков сосновых лесов около ж/д станции Петяярви и для формирования базы данных для проведения научно-практического мониторинга дигрессионных изменений этой территории.
Результаты могут быть востребованы для уточнения теоретических положений почвоведения относительно стадийности дигрессионных изменений подбуров под влиянием рекреации.
Личный вклад автора работы. А.Ю. Белолипецкая принимала участие в полевых этапах работы, выполнила почвенное описание разрезов и отбор почвенных проб, ею были проведены пробоподготовка почвенных образцов, физико-химические и мезоморфологические анализы почв, написан литературный обзор и проведен научный анализ полученных результатов.
Апробация работы. Материал работы был доложен на Докучаевских молодежных чтениях (СПб, 2018). Тезисы: Белолипецкая А.Ю. Изменение сухих сосновых лесов под влиянием рекреации // Материалы Межд. научн. конф. XХI Докучаевские молодежные чтения. СПб, 2018. С. 14-16.
Благодарности. Автор выражает благодарность за помощь в работе научному руководителю Марине Алексеевне Надпорожской, а также Галине Алексеевне Касаткиной, Денису Моисеевичу Мирину, Кириллу Леонидовичу Якконену, Николаю Петровичу Битюцкому и Олегу Георгиевичу Чертову.
Лесные экосистемы под действием рекреационной нагрузки подвергаются изменениям, которые могут быть выражены в разной степени. Наиболее уязвим к вытаптыванию напочвенный растительный покров. Растения древесного яруса так же по-разному реагируют на рекреацию, сосна – одна из наиболее чувствительных древесных пород к антропогенному воздействию. В почве на рекреацию сильнее реагируют поверхностные горизонты, в большей степени органогенные, несколько меньше – поверхностные органоминеральные. Изменяются их физико-химические характеристики (сложение, плотность, кислотно-основные свойства, зольность, содержание биогенных элементов и т.д). Степень выраженности лесорастительных изменений свойств почв в значительной степени определена их генезисом.
Почвы песчаного гранулометрического состава, подбуры и подзолы, могут проявлять разную устойчивость к рекреации. Сосновые леса Карельского перешейка наиболее привлекательны для отдыхающих: светлые, сухие, обильны черникой и брусникой. Поэтому нуждаются в особом наблюдении в отношении рекреационной дигрессии.
Выводы
1. Выбор ключевых участков для мониторинга изменений лесных экосистем под влиянием рекреации следует проводить только в комплексных почвенно-геоботанических научных исследованиях, оценивая возраст древостоя и историю лесных пожаров, поскольку эти они в значительной определяют состав напочвенного покрова и запасы органического вещества в лесных подстилках.
2. В изученных сухих сосновых лесах на подбурах оподзоленных при второй стадии рекреационной дигрессии из существенных изменений, вызванных именно рекреацией, отмечены: а) сокращение на треть мохово-лишайникового покрова, изменение сложения и структуры лесных подстилок, усиление минерализации соединений азота и вынос оснований из органогенных горизонтов, увеличение зольности подстилки.
3. Количественные изменения в запасах органического вещества изученных подбуров сухих сосновых лесов не могут служить индикаторами сукцессионной стадии, поскольку вызваны совокупным действием разнонаправленных факторов: временем, прошедшем с момента сильного пожара, определяющего возраст древостоя; давностью низового пожара, сокращающего запасы лесной подстилки; а также собственно рекреационными нагрузками.
4. При изучении влияния рекреационной нагрузки на лесные почвы следует модифицировать их название по классификации форм гумуса, это дает возможность учесть изменение их свойств лесных подстилок.
Почвы песчаного гранулометрического состава, подбуры и подзолы, могут проявлять разную устойчивость к рекреации. Сосновые леса Карельского перешейка наиболее привлекательны для отдыхающих: светлые, сухие, обильны черникой и брусникой. Поэтому нуждаются в особом наблюдении в отношении рекреационной дигрессии.
Выводы
1. Выбор ключевых участков для мониторинга изменений лесных экосистем под влиянием рекреации следует проводить только в комплексных почвенно-геоботанических научных исследованиях, оценивая возраст древостоя и историю лесных пожаров, поскольку эти они в значительной определяют состав напочвенного покрова и запасы органического вещества в лесных подстилках.
2. В изученных сухих сосновых лесах на подбурах оподзоленных при второй стадии рекреационной дигрессии из существенных изменений, вызванных именно рекреацией, отмечены: а) сокращение на треть мохово-лишайникового покрова, изменение сложения и структуры лесных подстилок, усиление минерализации соединений азота и вынос оснований из органогенных горизонтов, увеличение зольности подстилки.
3. Количественные изменения в запасах органического вещества изученных подбуров сухих сосновых лесов не могут служить индикаторами сукцессионной стадии, поскольку вызваны совокупным действием разнонаправленных факторов: временем, прошедшем с момента сильного пожара, определяющего возраст древостоя; давностью низового пожара, сокращающего запасы лесной подстилки; а также собственно рекреационными нагрузками.
4. При изучении влияния рекреационной нагрузки на лесные почвы следует модифицировать их название по классификации форм гумуса, это дает возможность учесть изменение их свойств лесных подстилок.