旅游踩踏對五臺山東臺山地草甸土壤酶活性的影響

段青倩, 樊文華, 吳艷軍, 武智暉, 劉霞霞, 王 坤

(山西農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院, 山西 太谷 030801)

旅游踩踏對五臺山東臺山地草甸土壤酶活性的影響

段青倩, 樊文華, 吳艷軍, 武智暉, 劉霞霞, 王 坤

(山西農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院, 山西 太谷 030801)

摘要：[目的] 研究旅游踩踏對五臺山東臺山地草甸土壤酶活性的影響，旨在為五臺山旅游資源的開發(fā)、保護和管理提供科學依據(jù)。 [方法] 采用野外采樣調(diào)查與室內(nèi)研究分析相結(jié)合的方法。 [結(jié)果] (1) 在不同海拔高度處，踩踏對土壤脲酶和蔗糖酶活性有顯著的抑制作用，表現(xiàn)為:無踩踏區(qū)酶活性>踩踏輕微區(qū)酶活性>踩踏嚴重區(qū)酶活性；表層(0—20 cm)土層酶活性>下表層(20—40 cm)土層酶活性； (2) 在不同海拔高度處，兩個土壤層的踩踏嚴重區(qū)脲酶、蔗糖酶活性與無踩踏區(qū)的脲酶、蔗糖酶活性差異顯著，但輕微區(qū)蔗糖酶活性與無踩踏區(qū)無顯著差異； (3) 在不同的海拔處，表層和下表層的踩踏嚴重區(qū)土壤過氧化氫酶活性、磷酸酶活性顯著低于無踩踏區(qū)土壤過氧化氫酶活性、磷酸酶活性(p<0.05)；表層輕微區(qū)的過氧化氫酶活性、磷酸酶活性與無踩踏區(qū)的過氧化氫酶活性、磷酸酶活性均無顯著差異。 [結(jié)論] 五臺山東臺山地草甸土壤酶活性已受到人為踩踏的破壞，應(yīng)采取相應(yīng)措施保護景區(qū)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：旅游踩踏; 五臺山東臺山地草甸土壤; 土壤酶活性

隨著旅游活動在全球范圍內(nèi)的迅速發(fā)展，有關(guān)旅游對生態(tài)環(huán)境的影響研究已成為當今環(huán)境和旅游的重點之一[1]。旅游者的行為對景區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境的影響主要表現(xiàn)為踐踏、旅游垃圾堆放等的干擾和脅迫作用。其最終是影響土壤的外部形態(tài)，不同程度地改變了景觀面貌，進而影響景觀價值[2]。在旅游風景區(qū)，旅游活動對自然生態(tài)環(huán)境的影響最容易反映在植被與土壤上,也最容易引起游客的注意。土壤作為旅游環(huán)境系統(tǒng)中重要的組成要素之一，其變化將會一定程度上影響到生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展演替。在國內(nèi)，旅游對景區(qū)土壤環(huán)境的影響研究始于20世紀90年代，石強，雷相東等[3]的研究表明，旅游活動對張家界國家森林公園的土壤及植被等造成了較為嚴重的影響；王全輝，董元杰等[4]研究的泰山景區(qū)旅游活動已經(jīng)對土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性、重金屬含量造成了顯著影響，土壤質(zhì)量下降；管東生、林衛(wèi)強、陳玉娟[5]在研究旅游干擾對白云山土壤和植被的影響中表明，隨著旅游干擾強度的增加,土壤容重、pH值呈遞增趨勢,土壤有機質(zhì),水分,TN，TS，TP和有效磷的含量呈遞減趨勢?？偟膩砜?在土壤的影響效應(yīng)方面,國內(nèi)研究多集中在土壤容重、含水量、孔隙度、滲透率及有機質(zhì)的變化等方面[6-8],對旅游干擾引起的土壤生物化學的改變包括土壤酶活性的研究相對較少，因此，本文分析旅游踩踏對五臺山草甸自然保護區(qū)東臺頂土壤酶活性的影響，以土壤類型、海拔高度及踩踏程度基本一致的地點為研究區(qū)，旨在為五臺山旅游資源的開發(fā)、保護和管理提供科學依據(jù)，進而防治山地草甸退化。

1材料和方法

1.1　研究區(qū)概況

五臺山位于中國山西省東北部，隸屬忻州市五臺縣，屬太行山系的北端，跨忻州市五臺縣、繁峙縣、代縣、原平市、定襄縣，周五百余里。地理位置為北緯38°50′—39°05′、東經(jīng)113°29′—113°44′，五臺山氣候寒冷，全年平均氣溫-4 ℃，7—8月最熱，分別為9.5和8.5 ℃，1月份最冷，平均氣溫零下18.8 ℃。該區(qū)屬暖溫帶大陸性季風氣候，其特點是垂直分異明顯，夏短而涼爽，冬長而嚴寒，降雨量充沛，光照充足。山頂年均氣溫-4.5 ℃，無霜期<70 d，年均降水量近1 000 mm，是山西省降水最多的地區(qū)。五臺山自然植被以山地草甸為主，由草甸、草原、灌叢構(gòu)成，是優(yōu)良的夏季牧場。五臺山植被覆蓋較好，自然植被垂直結(jié)構(gòu)明顯。五臺山旅游資源豐富，但隨著旅游人次的增多旅游活動對景區(qū)土壤環(huán)境的影響越來越大[9]。

1.2　土壤樣品及采集

主要研究五臺山東臺海拔2 500~2 700 m的亞高山草甸帶，植物種類主要包括嵩草、苔草、珠芽寥、短穎鵝冠草、零零香、地榆、蘭花棘豆、金蓮花、高山蒲公英、馬先蒿等，形成了密集低矮多年生草本植物群落，受氣候寒冷濕潤，風大，日照充裕等環(huán)境影響，使得草叢矮化，根系密集，草皮堅實并富有彈性，耐踐踏。土樣于2013年8月采集于五臺山鴻門巖通往東臺臺頂?shù)男÷飞?，選取具有代表性的地段，分別在3個不同的海拔高度(2 700,2 650和2 500 m)，根據(jù)小路兩旁草甸的破壞程度將采樣的土樣分為： (1) 踩踏嚴重區(qū)(人為踩踏作用下，草甸植被嚴重破壞，地表裸露，水土流失嚴重)； (2) 踩踏輕微區(qū)(人為踩踏較輕，草甸植被部分破壞，地表部分裸露)； (3) 無踩踏區(qū)(地表草甸植被生長旺盛，人未踏及，或者植被自然恢復(fù)能力大于人為干擾)作為對照區(qū)。隨機采取0—20 cm和20—40 cm的土樣，每個樣重復(fù)3次。采取的樣品在混勻、磨細、過篩的情況下，選取過1 mm篩的風干土樣，用于酶活性的測定。

1.3　測定項目與方法[10]

土壤脲酶采用靛酚比色法測定，土壤過氧化氫酶采用容量法(用高錳酸鉀滴定)測定，土壤蔗糖酶采用磷酸二氫鈉比色法測定，土壤磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測定。試驗數(shù)據(jù)均采用Excel和DPS軟件進行分析。

2結(jié)果與分析

2.1　旅游踩踏對研究區(qū)草甸土脲酶活性的影響

脲酶存在于大多數(shù)細菌、真菌和高等植物中[11]。脲酶活性與土壤供氮能力有密切的關(guān)系，對施入土壤尿素的利用率影響很大，研究脲酶活性將有助于了解土壤氮素的轉(zhuǎn)化進程，脲酶主要受土壤溫度和氮源的影響，受水分變化的影響不明顯[12]。由表1可知： (1) 在不同海拔高度處，踩踏對土壤脲酶活性有顯著的抑制作用，表現(xiàn)為：無踩踏區(qū)酶活性>踩踏輕微區(qū)酶活性>踩踏嚴重區(qū)酶活性；表層和下表層土壤脲酶活性表現(xiàn)為：表層(0—20 cm)>下表層(20—40 cm)； (2) 在不同海拔高度處，兩個土層的踩踏嚴重區(qū)土壤脲酶活性與無踩踏區(qū)土壤脲酶活性差異顯著，其中在海拔2 700 m處，表層土壤中踩踏嚴重區(qū)對脲酶活性的影響最顯著，比無踩踏區(qū)脲酶活性減少了43.8%，踩踏輕微區(qū)的脲酶活性與無踩踏區(qū)差異顯著，比無踩踏區(qū)脲酶活性減少了31.2%；在海拔2 650 m下，下表層踩踏嚴重區(qū)對脲酶活性影響最顯著，比無踩踏區(qū)脲酶活性減少了75.6%，下表層踩踏輕微區(qū)土壤脲酶活性與無踩踏區(qū)差異顯著，比無踩踏區(qū)脲酶活性減少了54%?？傊?，踩踏降低了土壤中的脲酶活性，可能是一方面踩踏破壞了草甸植被的生長，使得土壤有機質(zhì)減少，土壤供氮能力降低，進而導致脲酶活性降低；另一方面可能與溫度有關(guān)，一般情況下，溫度隨海拔的升高而降低，但五臺山東臺2 500 m處為一豁口，風大，溫度低，所以在海拔2 650 m，不同踩踏程度的脲酶活性均高于海拔2 700 m和海拔2 500 m的脲酶活性。

表1　旅游踩踏對五臺山東臺山地草甸土脲酶活性的影響

注：不同的小寫字母表示在同一海拔高度下，不同踩踏程度之間差異顯著(p<0.05)，反之，相同的小寫字母則表示不同踩踏程度之間差異不顯著。下同。

2.2　旅游踩踏對研究區(qū)草甸土蔗糖酶活性的影響

蔗糖酶是土壤中參與碳循環(huán)的一種重要的酶，可以促進蔗糖水解生成葡萄糖和果糖，增加土壤的可溶性營養(yǎng)具有重要作用[13]，一般情況下，土壤肥力越高，蔗糖酶活性越強。由表2可知： (1) 在不同海拔高度處，踩踏對土壤蔗糖酶活性有顯著的抑制作用，表現(xiàn)為：無踩踏區(qū)酶活性>踩踏輕微區(qū)酶活性>踩踏嚴重區(qū)酶活性；土壤蔗糖酶活性大致表現(xiàn)為：表層(0—20 cm)>下表層(20—40 cm)，原因可能是草皮耐踩踏，表層土壤結(jié)構(gòu)破壞不明顯，根系比較發(fā)達，微生物活動比較活躍，土壤肥力相對較高； (2) 在不同海拔處，兩個土層的踩踏嚴重區(qū)土壤蔗糖酶活性與無踩踏區(qū)蔗糖酶活性差異顯著，其中在海拔2 500 m，表層土壤中踩踏嚴重區(qū)對蔗糖酶活性影響最顯著，比無踩踏區(qū)蔗糖酶活性減少了61%，輕微區(qū)蔗糖酶活性與無踩踏區(qū)無顯著差異；在海拔2 650 m，下表層踩踏嚴重區(qū)、輕微區(qū)蔗糖酶活性與無踩踏區(qū)差異顯著，嚴重區(qū)、輕微區(qū)蔗糖酶活性分別比無踩踏區(qū)蔗糖酶減少了50.5%和32.1%。

2.3　旅游踩踏對研究區(qū)草甸土過氧化氫酶活性的影響

過氧化氫廣泛存在于生物體和土壤中，是由生物呼吸過程和有機物的生物化學氧化反應(yīng)的結(jié)果產(chǎn)生的，在生物體和土壤中存有過氧化氫酶，可促進過氧化氫分解為水和氧的反應(yīng)，從而降低了過氧化氫的毒害作用，進而防止對植物的毒害作用[14]。由表3可知： (1) 在不同的海拔處，兩個土層踩踏嚴重區(qū)土壤過氧化氫酶活性顯著低于無踩踏區(qū)土壤過氧化氫酶(p<0.05)，這與譚周進[13]在研究張家界森林公園的過氧化氫酶活性研究結(jié)果相一致；表層輕微區(qū)過氧化氫酶活性與無踩踏區(qū)無顯著差異，可能由于踩踏輕微區(qū)草甸植被自身的恢復(fù)能力和緩沖能力比嚴重區(qū)的草甸植被好。下表層踩踏嚴重區(qū)過氧化氫酶與無踩踏區(qū)過氧化氫酶活性差異顯著，而在海拔2 650和2 500 m處，下表層踩踏輕微區(qū)與無踩踏區(qū)過氧化氫酶活性的差異沒有達到顯著水平(p<0.05)； (2) 在海拔2 650 m，表層過氧化氫酶活性比下表層過氧化氫酶活性低，可能是由于表層土壤中有利于過氧化氫酶催化的條件不如下表層，過氧化氫的毒害作用增強，形成了有害的土壤環(huán)境條件。

表2　旅游踩踏對五臺山東臺山地草甸土蔗糖酶活性的影響

表3　旅游踩踏對五臺山東臺山地

2.4　旅游踩踏對研究區(qū)草甸土磷酸酶活性的影響

土壤磷酸酶是植物根系與微生物的分泌產(chǎn)物，直接影響土壤中有機磷的分解轉(zhuǎn)化和生物有效性[15]，它可作為指示土壤肥力的重要指標。由表4可知： (1) 在不同的海拔處，表層和下表層的踩踏嚴重區(qū)土壤磷酸酶與無踩踏區(qū)土壤磷酸酶差異顯著，且嚴重區(qū)土壤磷酸酶顯著低于無踩踏區(qū)土壤磷酸酶(p<0.05)。在海拔2 500 m，表層踩踏嚴重區(qū)土壤的磷酸酶活性與無踩踏區(qū)差異最顯著，比無踩踏區(qū)磷酸酶活性減少了51.1%； (2) 在不同海拔高度處，表層輕微區(qū)磷酸酶活性與無踩踏區(qū)磷酸酶無顯著差異，在海拔2 650 m，下表層輕微區(qū)與無踩踏區(qū)磷酸酶活性的差異達到顯著水平(p<0.05)。

表4　旅游踩踏對五臺山東臺山地草甸土磷酸酶活性的影響

3討論和結(jié)論

研究結(jié)果表明，旅游踩踏嚴重區(qū)、輕微區(qū)對脲酶活性、蔗糖酶活性有顯著的抑制作用，而踩踏嚴重區(qū)過氧化氫酶和磷酸酶的抑制作用較小，輕微區(qū)與無踩踏區(qū)的過氧化氫酶和磷酸酶活性無顯著差異。這主要是由于旅游踩踏不僅破壞了五臺山山地草甸植被的生長，還使得土壤有機質(zhì)含量減少，人為踩踏造成了土壤結(jié)構(gòu)的破壞，使得土壤的理化性質(zhì)發(fā)生了改變，導致土壤生物性質(zhì)(土壤酶活性)的改變；也可能是由于五臺山特殊的植被條件即山地草甸植被的草皮堅實并富有彈性，耐踐踏，草甸植被的恢復(fù)能力和緩沖能力較好?？傊糜尾忍ひ呀?jīng)對東臺山地草甸土壤酶活性造成了嚴重的影響，影響程度隨海拔高度、旅游強度及干擾類型的不同而變化，土壤酶活性均呈現(xiàn)下降的趨勢，這與王全輝等[16]的研究結(jié)果相一致。酶活性的降低不僅影響了土壤中的物質(zhì)循環(huán)和轉(zhuǎn)化強度，給整個生態(tài)環(huán)境帶來了很大的壓力，而且還將影響著當?shù)夭莸橹脖坏亩鄻有?、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其其生產(chǎn)力。這就要求有關(guān)部門在考慮方便游客，增加地方財政收入的同時，也應(yīng)考慮如何能夠有效防止大范圍的游人活動對景區(qū)的生態(tài)破壞。

[參考文獻]

[1]王勝永,孫啟龍,王巍巍,等.基于SWOT分析的雪野旅游區(qū)鄉(xiāng)村景觀規(guī)劃[J].山東建筑大學工程學院學報,2011,26(4):383-386.

[2]程占紅,牛莉芹.五臺山南臺山地草甸種群對旅游干擾的生態(tài)響應(yīng)[J].水土保持研究,2008,15(6):222-224.

[3]石強,雷相東,謝紅政.旅游干擾對張家界國家森林公園土壤的影晌研究[J].四川林業(yè)科技,2002,23(3):28-33.

[4]王全輝,董元杰,劉春生,等.旅游活動對泰山景區(qū)土壤質(zhì)量的影響[J].土壤學報,2012,49(2):398-402.

[5]管東生,林衛(wèi)強,陳玉娟.旅游干擾對白云山土壤和植被的影響[J].環(huán)境科學,1999,20(6):6-9.

[6]馬建華,朱玉濤.嵩山景區(qū)旅游活動對土壤組成和性質(zhì)的影響[J].土壤學報,2009,46(1):164-168.

[7]許宇慧,唐亞,張朝生.四川省九寨溝景區(qū)道路灰塵及土壤重金屬含量評價[J].山地學報,2010,28(3):288-293.

[8]黃文龍.旅游業(yè)發(fā)展對武夷山國家級風景名勝區(qū)土壤環(huán)境的影響研究:對土壤物理性狀及理化性質(zhì)的影響[J].化學工程與裝備,2010,3(3):182-186.

[9]牛莉芹,程占紅.五臺山發(fā)展生態(tài)旅游問題研究[J].山西財經(jīng)大學學報,2009,12(1):90-92.

[10]關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1986：274-340.

[11]曾小龍.桉樹林地土壤酶特性研究進展[J].廣東教育學院學報,2009,25(5):544-549.

[12]黃懿梅,安韶山,曲東，等,黃土丘陵區(qū)植被恢復(fù)過程中土壤酶活性的響應(yīng)與演變[J].水土保持學報,2007,21(1):152-153.

[13]譚周進,肖啟明,楊海君,等.旅游對張家界國家森林公園土壤酶及微生物作用強度的影響[J].自然資源學報,2006,21(1):133-138.

[14]高揚,毛亮,周培,等.Cd,Pb污染下植物生長對土壤酶活性及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[J].北京大學學報:自然科學版,2010,46(3):339-345.

[15]程東祥,王婷婷,包國章,等.長春城市土壤酶活性及其影響因素[J].東北師大學報:自然科學版,2010,42(2):137-142.

[16]王全輝,董元杰,邱現(xiàn)奎,等.泰山景區(qū)土壤重金屬污染及其對土壤酶活性的影響[J].水土保持學報,2011,25(2):181-184.

Effect of Tourist Trampling on Enzyme Activity of Dongtai Meadow in Wutai Mountain

DUAN Qingqian, FAN Wenhua, WU Yanjun, WU Zhihui, LIU Xiaxia, WANG Kun

(CollegeofResourcesandEnvironment,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu,Shanxi030801,China)

Abstract：[Objective] The effect of tourist trampling on the enzyme activity of Dongtai meadow in Wutai Mountain was investigated to provide a scientific basis for the development, protection, management of Wutai tourism resources. [Methods] Based on the combination of field sampling investigation and indoor analysis method. [Results] (1) Under the different levels of different altitudes, tourist trampling had the significant inhibitory effect on the soil urease activity and invertase activity, and they showed the sequence of no stampede areas>trampling slight areas>trampling serious areas; soil urease activity and invertase activity in the surface layer(0—20 cm)> soil urease activity and invertase activity in the subsurface layer(20—40 cm); (2) At the different altitudes, the soil urease activity and invertase activity in two layers of the trampling serious areas were different prominently from the no stamped areas, but invertase activity in trampling slight areas showed no significant difference compared with no stamped areas; (3) At different altitudes, catalase activity, phosphatase activity of stampede serious soil surface layer(0—20 cm) and the subsurface layer(20—40 cm) were significantly lower than those without trampling zone(p<0.05); soil catalase activity, phosphatase activity of trampling slight soil surface layer(0—20 cm) had no significant difference compared with those in the no stamped areas. [Conclusion] The soil enzyme activity of Dongtai meadow in Wutai Mountain had been destroyed, and it is necessary to take measures to protect Dongtai meadow of Wutai Mountain from being destroyed.

Keywords:tourist trampling; meadow soil in Dongtai meadow of Wutai Mountain; soil enzyme activity

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)04-0097-04

中圖分類號：S154.2

通信作者：樊文華(1962—),男(漢族),河北省井陘縣人,博士,教授,主要從事土壤生態(tài)和土壤質(zhì)量的研究。E-mail:fwh012@163.com。

收稿日期：2014-04-23修回日期：2014-05-29

資助項目：山西省科技攻關(guān)項目(環(huán)境保護及生態(tài)修復(fù)技術(shù)支撐專項)“旅游活動對五臺山自然保護區(qū)土壤質(zhì)量和植物影響的研究”(20120313011-1)； 山西農(nóng)業(yè)大學引進人才科研啟動項目(XB2011017)

第一作者：段青倩(1990—),女(漢族),山西省臨汾市人,碩士研究生,研究方向為土壤生態(tài)。E-mail:479650586@qq.com。