Основные закономерности изменения лесных экосистем под влиянием рекреационных нагрузок

Для понимания основных закономерностей изменения лесных экосистем под воздействием рекреационного использования не­обходимо рассмотреть прежде всего изменения разных компо­нентов лесных экосистем (лесного биогеоценоза), учитывая то. что лесная экосистема - это сложная система, функционирование которой основано на устойчивых, выработанных связях питания между всеми его компонентами.

В лесной экосистеме, находящейся в равновесном состоянии, нарушение баланса в каком-либо ее звене ведет к нарушению равновесия всей системы, к потере ее устойчивости и, наконец, к полному распаду.

Рекреационная деятельность человека оказывает разносторон­нее воздействие на лесную экосистему. Сбор грибов, ягод, цветов уменьшает самовозобновление этих видов. Костер на 5-7 лет полностью выводит из строя участок земли, где он был разложен. Шум отпугивает птиц и млекопитающих, создает зону беспокой­ства, мешает вырастить свое потомство. Обламывание веток, за­рубки на стволах, другие механические повреждения увеличива­ют вероятность заражения поврежденных деревьев болезнями и вредителями.

Главный фактор воздействия человека на лес - простое хож­дение по нему, в результате которого вытаптываются травы, гиб­нет молодой подрост, уплотняется подстилка. Воздействие одно­го или нескольких человек внешне незаметно, однако при массо­вом наплыве рекреантов процессы восстановления отстают от процессов разрушения, из-за изменения всех компонентов лесной экосистемы теряется ее устойчивость.

В результате вытаптывания увеличивается плотность верхнего горизонта почвы, что ухудшает структуру, изменяет влажность, увеличивает объемный вес и уменьшает водопроницаемость и порозность почвы. Увеличение объемного веса почвы заметно уменьшает фильтрацию. Например, по данным исследований, проведенных в европейской части страны, при объемном весе серой лесной почвы 1 г/см' фильтрация равна немногим более 2 мм/мин, а

■5

при плотности почвы 1,4-1,5 г/см - всего 0,1-0,2 мм/мин (по Грин, Назарову, 1965). При разрушении 60-70% структу рных комочков в поверхностных слоях почвы почти исчезают некапиллярная по­розность и фильтрация, резко нарушаются химические и биоло­гические процессы (Зеликов, Пшоннова, 1962).

Уплотненная почва оказывает большое сопротивление росту корней, затрудняя проникновение корневых волосков в мелкие поры. По данным Н.А. Зудина (1961), почва с объемным весом бо­лее 1,4 г/см^Л непреодолима для корней лесных пород. 70-95% общей массы корней сосредоточено в верхних слоях почвы (0-50 см), где объемный вес в большинстве случаев не превышает 1,35-1,45 г/см³.

Результаты исследований В.Н. Спиридонова (1974) показыва­ют, что массовое посещение лесов приводит к сильному уплот­нению почвы и увеличению се объемного веса в основном до глубины 10-15 см. В более глубоких горизонтах плотность почвы зависит, главным образом, от ее механического состава. Согласно данным И.В. Тарана и В.Н. Спиридонова (1977), при выпасе ско­та объемный вес почвы в связи с уплотнением ее поверхности повышается только до глубины 20 см.

Почва под тропами и спортивными площадками увлажняется медленнее и слабее, а высыхает, наоборот, быстрее и сильнее, чем на участках, не подверженных рекреационному воздействию. Зона иссушения почвы охватывает не только слои непосредст­венно под тропами, но и смежные участки, превышающие более чем в 2 раза площадь троп. При увеличении на участке площади уплотненной поверхности до 26-32% среднемесячный запас вла­ги в метровой толще сокращается на 6-25%, а при увеличении уплотненной поверхности до 70-80% потери влаги составляют 22-57%. Наибольшие потери воды наблюдаются в слое 10-80 см.

Изменение физических свойств почвы приводит к тому, что площадь питания взрослых деревьев уменьшается в несколько раз. При этом наиболее жизнедеятельные сосущие корни дерева, стремясь захватить большую поверхность, распространяются вширь от дерева и поднимаются выше, к поверхности почвы, где существует большая вероятность механических повреждений корней при хождении.

Деревья с пораженной корневой системой и с механическими повреждениями ствола быстро заселяются стволовыми и корне­выми вредителями, которые впоследствие выбираются в процессе санитарных рубок или отмирают самостоятельно.

Санитарные рубки, выборка сухостоя туристами или выпаде­ние его в опад приводит к увеличению освещенности под поло­гом леса, что, в свою очередь, способствует вытеснению лесных трав луговыми и задернению почвы. Далее, под влиянием вытап­тывания происходит уплотнение и разрушение подстилки.

По данным И.В. Тарана, В.Н. Спиридонова (1977), с усилени­ем рекреационной нагрузки на лес запасы лесной подстилки сни­жаются; например, в сосняке разнотравном увеличение площади уплотненной поверхности с 5% до 51% вес подстилки в воздуш­но-сухом состоянии уменьшается с 9110 до 3920 кг/га, т.е. более чем в 2,3 раза, а в березняке разнотравном увеличение площади уплотненной поверхности с 8% до 80% уменьшает запас под­стилки с 4475 кг/га до 306 кг/га, т.е. почти в 15 раз.

В подстилках, как правило, исчезает рыхлый, населенный микроорганизмами и почвенной фауной верхний слой и одновре­менно уменьшается следующий, ферментативный, состоящий из полуразложившихся растительных остатков.

Эти изменения в морфологии подстилок, несомненно, имеют отрицательное значение для круговорота биогенных элементов в лесу. Запасы подстилки уменьшаются в результате сокращения количества отпада из-за изреживания полога леса и более быст­рой минерализации его на открытых участках. Постепенное уменьшение запасов подстилки, а затем ее полное исчезновение - важный момент в общей цепи изменений лесной экосистемы, подвергающейся рекреационным нагрузкам.

Наряду с коэффициентом рекреационной нагрузки, являю­щимся показателем интенсивности посещаемости, индикатором при выявлении рекреационной дегрессии является состояние жи­вого напочвенного покрова и, в частности, его видовой состав, обилие, продуктивность и соотношение растений различных эко­логических групп. Живой напочвенный покров является наиболее чувствительным компонентом фитоценозов, т.к. он раньше дру­гих реагирует на пребывание человека в лесу.

Увеличение освещенности, разрушение подстилки и уплотне­ние почвы являются основными причинами вытеснения лесных трав (кислицы, ландыша, копытня, грушанки) луговыми (мятли­ком луговым, овсяницей овечьей, белоусом, щучкой). С усилени­ем рекреационной нагрузки сокращается общая численность ви­дов в травостое, изменяется их разнообразие и соотношение, ухудшается общее состояние.

По данным И.В. Тарана, В.Н. Спиридонова (1977), на кон­трольной площади обнаружено 47 видов травянистых растений, на пробной, где площадь уплотненной почвы достигает 80%, только 18 видов. Одновременно с этим в травяном ярусе значи­тельно уменьшилось число лесных видов: в сосновом насаждении с 27 до 12, в березовом - с 20 до 3. Обеднение видового состава травяного яруса сопровождается снижением обилия.

Луговые виды благодаря строению корневой системы и нали­чию у них низкого, у поверхности земли, узла кущения, остаю­щегося живым после срывания или обламывания, задерняют поч­ву, что ведет в дальнейшем к отмиранию жизнеспособного под­роста, не выдерживающего конкуренции с луговыми и сорными видами. Кроме того, подрост и подлесок гибнет в результате вы­таптывания и повреждений.

По мере уничтожения подроста прекращается самовозобнов­ление древостоя. В течение некоторого времени, пока живы взрослые деревья, лесной биогеоценоз (ЛБГЦ) может существо­вать, но устойчивость его уже нару шена.

С увеличением степени рекреационной нагрузки условия во­зобновления основных лесообразующих пород ухудшаются: на­рушается равномерность распределения подроста, самосева и всходов по площади, уменьшается их количество на 1 га, снижа­ется величина прироста верхушечного побега, изменяется пород­ный состав.

В конечном итоге влияние рекреационных нагрузок отражает­ся на древостое, это отчетливо проявляется в радиальном прирос­те. Например, по исследованиям Г.П.Кузьминой (1978), в услови­ях зеленой зоны г. Красноярска у деревьев хорошего и удовле­творительного состояния он равнялся 1,93 мм, у ослабленных рекреационными нагрузками - в 5 раз ниже.

Воздействие зимней рекреации проявляется в уплотнении сне­га, обуславливающем увеличение его теплопроводности и, следо­вательно, промерзаемость почвы, которая на вытоптанных скло­нах в 3 раза выше, чем на контрольных участках. Перенос снега зимой по склону вызывает более быстрое таяние его весной и яв­ляется одной из причин эрозии. Зимняя рекреация вызывает ме­ханические повреждения подроста, подлеска, особенно на лыж­ных трассах, а затем нередко и их уничтожение. Небольшие кур­тины подроста и подлеска остаются лишь под защитой взрослых деревьев, а сохранившийся подрост и подлесок на склонах часто меняют свою форму (стелющаяся форма).

Действие осенне-весенней рекреации изучено пока недоста­точно, однако действие на ЛБГЦ аналогично ранневесеннему вы­пасу на лугах, который ведет к подтопу, появлению кочек, мест­ному заболачиванию. Именно весной и осенью, когда тропинки сильно размокают и затрудняют передвижение, происходит вы­таптывание большой площади около тропинок.

Постепенно рекреационная деятельность человека нарушает связи между компонентами ЛБГЦ, который теряет устойчивость, и происходит замена одного (коренного) БГЦ на производный, вторичный БГЦ.

Таким образом, отмеченные выше закономерности изменения ЛБГЦ под влиянием рекреационных нагрузок позволяют гово­рить о его сукцессии. В ходе сукцессии на разных ее этапах ЛБГЦ проходит ряд характерных состояний, что позволяет в сплошном процессе выделить отдельные стадии рекреационной дегрессии, отличные друг от друга. Это позволяет описать зако­номерности существования каждой стадии и переходов между

ними, сравнить различные типы леса друг с другом в процессе рекреационной дегрессии.

Поэтапное рассмотрение процесса рекреационной дегрессии дает возможность определить границы устойчивости коренного биогеоценоза и допустимые рекреационные нагрузки для самого коренного ЛБГЦ и для его производных.

Исследователи выделяют 5 стадий рекреационной дегрессии, каждая из которых имеет свои особенности.

Характеристика состояния лесных биогеоценозов, подвержен­ных рекреационным нагрузкам (стадий рекреационной дегрес­сии) (по Н.С. Казанской, В.В. Ланиной, А.А. Марфенину, 1977):

I стадия дегрессии характеризуется ненарушенной пружиня­щей под ногами подстилкой, полным набором травянистых ви­дов, характерных для данного типа леса, многочисленным разно­возрастным подростом. В елово-широколиственных и широколи­ственных лесах на этой стадии дегрессии присутствуют эфеме­роиды.

II стадия дегрессии - намечаются тропинки, которые занима­ют еще не более 5% площади. Начинается вытаптывание под­стилки и проникновение опушечных видов под полог леса.

III стадия дегрессии - выбитые участки занимают до 10-15% всей площади. Мощность подстилки значительно уменьшена. Последнее обстоятельство, вместе с увеличением освещенности, связанным с начавшимся изреживанием верхнего полога подрос­та и подлеска, приводит к внедрению луговых и даже сорных ви­дов под полог леса. Сохранившийся подрост мало дифференци-. рован, почти нет всходов ценозообразующих пород.

IV стадия дегрессии - лесной БГЦ приобретает своеобразную структуру, заключающуюся в чередовании куртин подроста и подлеска, ограниченных полянами и тропинками. На полянах полностью разрушается подстилка, разрастаются луговые травы, происходит задернение почвы. Подрост остается только под за­щитой куртин, жизненность его очень низка. Выбитые участки занимают 15-20% площади.

V стадия дегрессии - выбитая площадь увеличивается до 60-100% территории. Значительная часть площади лишена рас­тительности, сохраняются лишь пятна, фрагменты сорняков и

однолетников. Подрост почти полностью отсутствует. Резко уве­личена освещенность под пологом. Все сохранившиеся взрослые деревья - больные или с механическими повреждениями, у зна­чительной их части корни обнажены и выступают на поверхность почвы.

Стадии деградация травяного покрова в рекреационных лесах (по Тарану, Спиридонову, 1977):

I - травяной покров не нарушен. Рекреационная нагрузка от­сутствует.

II - травяной покров мало нарушен. Состоит в основном из лесных и лесолуговых видов, сохраняет ярусное строение. Сор­ные виды отсутствуют. Рекреационная нагрузка (К)<01.

III - травяной покров нарушен. Ослабляются позиции лесных и лесолуговых видов и усиливаются позиции сорных растений, не характерных лесным фитоценозам, численность которых значи­тельно увеличивается. Ярусное строение покрова еще сохраняет­ся, К = 0,1-0,3.

IV - травяной покров деградирующий. Быстрое сокращение численности, покрытия и фитомассы лесных и лесолуговых ви­дов и увеличение этих показателей у сорных. Травостой стано­вится одноярусным, К = 0,3-0,6.

V - травяной покров, характерный для ненарушенных фито- ценозов, деградировал. Покрытие и фитомасса сорных видов на­много больше (более, чем в 5 раз), чем лесных и лесолуговых. Последние сохраняются только у основания стволов деревьев. Преобладающие среди них - семейства злаковых, К> 0,6.

Гибель подроста и потеря фитоценозом способности к само­восстановлению при сохранении неизменных рекреационных на­грузок происходит при пятистадийной схеме рекреационной дег­рессии между третьей и четвертой стадиями. Эта граница счита­ется границей устойчивости биогеоценоза. Установление грани­цы устойчивости имеет большое практическое значение для оп­ределения допустимых рекреационных нагрузок и создания оп­тимального ландшафта лесопарковых территорий.

Говоря о закономерностях изменения лесных БГЦ под влия­нием рекреационных нагрузок, следует особо отметить, что эти нагрузки влияют, в первую очередь, на нижний ярус фитоценоза - живой напочвенный покров, поэтому индикатором степени рек­реационной дегрессии может служить определенный состав и состояние травяно-кустарничкового и мохового покровов.

Возможность существования тех или иных травянистых видов в условиях большего или меньшего вытаптывания обусловлива­ется, в конечном итоге, межвидовой конкуренцией, которая про­является в различном отношении отдельных видов к режимам освещенности и влажности почвы.

С А. Никитиным (1965) в условиях Подмосковья выделены следующие группы травяно-кустарничковой растительности :

по отношению к режиму освещенности:

• тенелюбивые (кислица, папоротник Линнея, грушанки и т.д.);

• теневыносливые (ландыш, купена, костяника и т.д.);

• световыносливые (черника, брусника, вероника дубравная, сныть, земляника и т.д.);

• светолюбивые (манжетка, чина луговая, полевица обыкно­венная, мятлик луговой);

• ризоидоподстилочные (мхи, лишайники) - 2-5 см от поверх­ности почвы;

• корнеподстилочные (кислица, черника, грушанка) - 5-8 см от поверхности почвы;

• поверхностнокорневые (осока волосистая, ландыш, земляни­ка) - 10-15 см от поверхности почвы;

• почвеннокорневые (костяника, купырь, луговые травы) - 20-30 см от поверхности почвы.

Группы растений по отношению к режимам освещенности и влажности почвы можно объединить в четыре более крупные экологические категория:

I. Лесные теневыносливые растения, характеризуются как те­нелюбивые, теневыносливые, ризоидоподстилочные или корне­подстилочные. Они могут выдерживать лишь очень слабое вы­таптывание и погибают уже через 2-3 года после нарушения под­стилки.

II. Лесные светолюбивые или опушечные растения, характери­зуются как светолюбивые, поверхностно-корневые, выдержи­вающие разрушения лесной подстилки, но умирающие при уп­лотнении верхних слоев почвы. Для всех насаждений (кроме ель­ников) лесные растения можно объединить в одну категорию.

III. Луговые растения, характеризуются как светолюбивые почвеннокорневые. Выдерживают уплотнение верхних слоев почвы. Конкурентоспособны те виды, которые имеют редкий узел кущения, такие как мятлик луговой, овсяница овечья, бело­ус, щучка и т.п.

IV. Сорные растения, характеризуются как светолюбивые, почвенно-корневые и поверхностно-корневые с повышенной спо­собностью регенерации усваивающих корешков в уплотненных почвах, повышенной прочностью механических тканей и интен­сивным семенным возобновлением. К этой же категории относят и однолетники, характеризующие начальные стадии восстанови­тельного процесса при прекращении вытаптывания на выбитых площадках.

Для различных стадий дегрессии показательно разное соот­ношение растений вышеуказанных групп. Исследования, прове­денные в лесопарковом поясе Подмосковья (Казанская и др., 1977), показали, что соотношение видов разных групп и их оби­лие может служить индикатором определения стадий рекреаци­онной дегрессии. Например, в ельнике-кисличнике лесные виды встречались лишь на первых трех стадиях дегрессии, луговые - на III и больше на IV стадии, сорные виды - на IV и V стадиях дегрессии.

Соотношение количества видов разных экологических групп, например, в ельнике - кисличном составило:

I стадия: лесные - 100%, луговые - 0%, сорные и однолетние -

0%. Л

II стадия: лесные - 100% , луговые - менее 1% , сорные и од­нолетние - 0%.

Ш стадия: лесные - 97,2%, луговые - 2,8%, сорные и однолет­ние - менее 1%.

IV стадия: лесные - 65,5%, луговые - 22,0%, сорные и одно­летние - 13%.

V стадия: лесные - менее 1%, луговые - 14,3%, сорные и од­нолетние - 85,7%.

Представители разных экологических групп в травяно- кустарничковом покрове могут характеризовать величины рек­реационных нагрузок.

Между количеством лесных и сорных видов в покрове и вели­чинами нагрузок существует очень тесная корреляция. Корреля­ция луговых видов с широкой экологической амплитудой менее отчетлива.

Исследования, проведенные в пригородных лесах Новосибир­ска (Таран, Спиридонов, 1977), показали, что при уплотненной поверхности почвы на участке до 30-32% травяной покров еще сохраняет ярусность и довольно высокое видовое разнообразие, проективное покрытие и надземную фитомассу. При дальнейшем увеличении нагрузки травяной покров быстро деградирует. Ис­следователи считают, что такая нагрузка (30-32% уплотненной площади) является критической, а участки леса с площадью уп­лотненной почвы более 30% - сильно нарушенными.