旅游踩踏對雞冠山森林公園土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響

劉靜++徐崢++靜茹+++彭培好++潘欣

摘要：以四川省崇州市雞冠山森林公園內(nèi)不同海拔、不同試驗區(qū)土壤中的微生物和土壤酶為研究對象，探討旅游踩踏對雞冠山森林公園內(nèi)土壤微生物及土壤酶的影響。結果表明，游客旅游踩踏行為隨海拔的升高而減少，土壤微生物中細菌、真菌、放線菌的數(shù)量大致呈增加趨勢；與之相反，病原指示菌大腸桿菌的數(shù)量呈遞減趨勢。在同一海拔下，游客旅游踩踏行為從無人區(qū)、緩沖區(qū)至密集區(qū)逐漸增加，土壤微生物中細菌、真菌、放線菌的多樣性下降，導致數(shù)量逐漸減少，病原指示菌大腸桿菌卻逐漸增加。由于土壤酶與土壤微生物活動密切相關，研究區(qū)土壤中過氧化氫酶、纖維素酶、蔗糖酶、淀粉酶的活性與海拔和試驗區(qū)表現(xiàn)出明顯的相關性。人為活動的增加可影響環(huán)境中的微生物數(shù)量與土壤酶活性，還可為環(huán)境帶來病原菌。有必要進一步規(guī)范和規(guī)劃游客活動過程，減少旅游活動對環(huán)境特別是微生態(tài)環(huán)境的影響，實現(xiàn)真正意義的生態(tài)旅游。

關鍵詞：旅游踩踏；土壤微生物；土壤酶；雞冠山；生態(tài)旅游

中圖分類號： S154文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0398-05

收稿日期：2015-05-26

基金項目：四川省教育廳理工科重點項目（編號：14ZA0069）。

作者簡介：劉靜（1989—），女，四川成都人，碩士研究生，主要從事土壤生態(tài)學研究。E-mail：sodamew@163.com。

通信作者：潘欣，博士，副教授，主要從事林業(yè)生態(tài)等研究。E-mail：panxin@cdut.cn。生態(tài)旅游資源的脆弱性與不可再生性使其極易受外界干擾，且一經(jīng)破壞便難以恢復。在以可持續(xù)發(fā)展為理念、保護生態(tài)環(huán)境為前提、統(tǒng)籌人與自然和諧發(fā)展為準則的前提下，以自然環(huán)境為基礎的生態(tài)旅游在如今生態(tài)環(huán)境日益惡劣的情況下愈發(fā)受到大眾關注。

土壤微生物在“土壤-土壤微生物-植物”這一生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要角色。土壤微生物通過分解動植物殘體而參與森林生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質循環(huán)，對土壤養(yǎng)分、土壤結構、土壤穩(wěn)定性、植被生態(tài)恢復產(chǎn)生重要影響，有機質轉化所需能量的90%以上均來自于微生物的分解作用，為植物提供養(yǎng)分的同時還為預防植物病害提供幫助[1-4]。

土壤微生物及植物根系能夠釋放各種酶類進入土壤，土壤酶類和微生物一起推動著土壤的代謝過程。土壤酶類作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的組分之一，是生態(tài)系統(tǒng)的生物催化劑，在土壤與物質循環(huán)和能量轉化過程中起著重要作用，參與包括土壤生物化學過程在內(nèi)的自然界物質循環(huán)，既是土壤有機物轉化的執(zhí)行者，又是植物營養(yǎng)元素的活性庫[5]。其活性不僅可以反映土壤中各種生物化學過程的強度和方向，而且對土壤肥力變化具有很強的敏感性和更敏銳的指示作用[6]。

國內(nèi)外研究表明，旅游活動對土壤有機質、土壤水分、土壤物理性狀、植物多樣性、景觀、土壤流失等方面均產(chǎn)生了嚴重影響[7-9]，旅游活動中的游客踩踏對土壤生態(tài)環(huán)境的影響是最為普遍的形式[10-12]。土壤質地、土壤有機質、植被等直接影響著土壤微生物的活性及其多樣性[13-14]，因此游客踩踏與土壤微生物、土壤酶之間的關系密不可分。

在生態(tài)旅游的大環(huán)境下，研究旅游踩踏對土壤微生物數(shù)量以及土壤酶活性的影響，以期為保護森林公園生態(tài)平衡與生物多樣性提供科學依據(jù)。通過對四川省崇州市雞冠山森林公園的土壤進行系統(tǒng)采樣，分析土壤中微生物的種類和數(shù)量、土壤酶活性，探討旅游踩踏對土壤微生物以及土壤酶活性的影響，為實現(xiàn)真正意義上的生態(tài)旅游提供數(shù)據(jù)基礎。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

雞冠山國家森林公園位于四川省成都平原西部邊緣，崇州市西北隅，東與崇州市茍家鄉(xiāng)接壤，南與大邑縣毗鄰，西與苗基嶺雪山相連，北與阿壩藏族、羌族自治州汶川縣接壤，背靠終年積雪不化的“四姑娘”山。該森林公園占地 10 800 hm2，森林覆蓋率95%，最高海拔可達3 868 m，以其獨特的山峰、森林、瀑布、雪山、溫泉、云海、大熊貓等自然秀美景觀和人文風光著稱。森林分布呈現(xiàn)明顯的垂直帶譜，海拔 3 000 m 以上為高山草甸帶、高山杜鵑林帶；海拔2 000～2 400 m 為常綠闊葉、落葉闊葉混交林帶、冷箭竹海；海拔 2 000 m 以下為常綠闊葉林帶、人工柳杉林帶、林邊竹海。動物資源也極為豐富，有大熊貓、牛羚等國家一級保護動物6種，有小熊貓、紅腹角雉等國家二級保護動物27種。由于雞冠山國家森林公園獨特的原始自然風光，目前已吸引了全國各地大量戶外愛好者前來登山野營。

1.2供試材料

1.2.1供試土壤土壤于2014年8月采自四川省成都市崇州雞冠山森林公園旅游區(qū)，根據(jù)游客登山線路，分別于山頂（海拔2 020 m）、山腰（海拔1 880 m）、山腳（海拔1 712 m）進行采樣，其中每種海拔又分為密集區(qū)（離游道1.5～2.5 m處）、緩沖區(qū)（離游道邊50～80 m處）、無人區(qū)（人未踏及）。采樣深度為0～5 cm，隨機布點，每次取500 g土壤混勻，用自封袋存于4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2培養(yǎng)基細菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基：牛肉膏3 g、蛋白胨10 g、NaCl 5 g、瓊脂15～20 g、水1 000 mL，pH值為7.4～7.6，于121 ℃高壓蒸汽滅菌20 min。

真菌培養(yǎng)采用PDA培養(yǎng)基：馬鈴薯200 g、蔗糖20 g、瓊脂15～20 g、水1 000 mL，pH值為自然。馬鈴薯去皮，切成塊煮沸30 min，然后用紗布過濾，再加上糖和瓊脂，溶化后補足水至1 000 mL，于121 ℃高壓條件下蒸汽滅菌20 min。

放線菌采用高氏Ⅰ號培養(yǎng)基：可溶性淀粉20 g、KNO3 1 g、NaCl 0.5 g、K2HPO4·3H2O 0.5 g、MgSO4·7H2O 0.5 g、0.01 g/mL的FeSO4·7H2O儲備液1 mL、瓊脂15～20 g、水 1 000 mL，pH值為7.4～7.6，于121 ℃高壓蒸汽滅菌20 min。

大腸桿菌采用伊紅美藍培養(yǎng)基：蛋白胨10 g、乳糖10 g、磷酸氫二鉀2 g、瓊脂20～30 g、2%伊紅水溶液20 mL、0.5%美藍水溶液13 mL、蒸餾水1 000 mL。瓊脂加至900 mL蒸餾水中，加熱溶解后加入磷酸氫二鉀及蛋白胨，混勻使之溶解，再以蒸餾水補足至1 000 mL，調整pH值至7.2～7.4。趁熱用脫脂棉或絨布過濾，再加入乳糖，混勻后定量分裝于燒瓶內(nèi)，置于高壓蒸汽滅菌器內(nèi)于115 ℃滅菌20 min。

1.3方法

土壤微生物的測定參照《微生物實驗指導》[15]、《土壤微生物研究原理與方法》[16]。細菌、放線菌、真菌、大腸桿菌均采用稀釋平板法，每個體積分數(shù)重復3次。細菌、大腸桿菌于37 ℃下培養(yǎng)16～24 h；真菌于28 ℃下培養(yǎng)3～5 d；放線菌于28 ℃下培養(yǎng)5～7 d。培養(yǎng)完成后對其進行觀察、拍照、計數(shù)。

土壤微生物的測定參照《微生物實驗指導》[17]，土壤過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測定，其活性以培養(yǎng)24 h后 1 g 風干土壤中NH+-N的質量（mg）來表示；纖維素酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，其活性以培養(yǎng)72 h后1 g風干土壤中葡萄糖的質量（mg）來表示；蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，其活性以培養(yǎng)24 h后1 g風干土壤中葡萄糖的質量（mg）來表示；淀粉酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，以24 h內(nèi)淀粉酶分解生成麥芽糖的質量（mg）表示淀粉酶活性的大小。

采用Excel軟件對所得數(shù)據(jù)進行整理與統(tǒng)計，在此基礎上利用SPSS統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行相關性分析。

2結果與分析

2.1旅游踩踏對土壤中微生物數(shù)量的影響

2.1.1土壤中微生物的總數(shù)量雞冠山森林公園土壤中三大類微生物的數(shù)量分析結果表明，不同海拔、不同試驗區(qū)土壤中的細菌、真菌、放線菌數(shù)量出現(xiàn)明顯差異（圖1）。低海拔地區(qū)土壤受踩踏作用的影響明顯高于高海拔地區(qū)，而游道旁的密集區(qū)土壤受踩踏作用的影響明顯高于緩沖區(qū)，更高于無人區(qū)。通過繪制不同海拔、不同試驗區(qū)、不同微生物的數(shù)量分布圖，可清晰顯示旅游踩踏對微生物數(shù)量的影響。SPSS統(tǒng)計軟件可對數(shù)據(jù)進行雙因素方差分析，有助于進一步分析不同海拔、不同區(qū)域對微生物數(shù)量的影響（表1）。

土壤微生物數(shù)量分析結果表明，細菌總數(shù)為1.75×106 CFU/g，真菌總數(shù)為7.26萬CFU/g，放線菌總數(shù)為 3.88萬CFU/g。總體表現(xiàn)出細菌數(shù)量最高且占絕對優(yōu)勢，真菌數(shù)量次之，放線菌數(shù)量最少（圖1）。

表1海拔及試驗區(qū)與土壤微生物數(shù)量之間的Pearson相關系數(shù)

相關因子微生物總數(shù)細菌真菌放線菌大腸桿菌海拔0.4070.4100.007**0.1570.045*試驗區(qū)0.2150.2240.1440.1180.044*注：“*”“**”分別表示在0.05、0.01水平下顯著相關。下表同。

土壤微生物的總數(shù)量隨海拔的增加大致呈增加趨勢。海拔2 020 m土壤微生物的數(shù)量最高，達到了10.44×105 CFU/g；海拔1 880 m土壤微生物的總數(shù)量為4.36×105 CFU/g；而海拔1 712 m土壤微生物的總數(shù)有少量增加，其數(shù)量為3.77×105 CFU/g。

在同一海拔下，微生物的數(shù)量受游客踩踏的影響明顯。整體來看，無人區(qū)微生物總數(shù)量明顯多于緩沖區(qū)，而緩沖區(qū)微生物總數(shù)量略多于密集區(qū)，其中高海拔（2 020 m）無人區(qū)的微生物總數(shù)尤為凸出（圖2、圖3）。

2.1.2土壤中細菌的數(shù)量變化土壤三大類微生物中細菌的數(shù)量和種類最多，占有絕對優(yōu)勢，因此細菌的分布情況與三大類微生物總量的分布情況相似（圖4）。土壤細菌的數(shù)量隨海拔的增加呈增加趨勢。海拔1 712 m不同試驗區(qū)土壤細菌的總數(shù)量為3.68×105 CFU/g，占本研究中微生物總數(shù)量的94%；而海拔1 880 m土壤細菌的總數(shù)有少量增加，達到 3.88×105 CFU/g，占微生物總數(shù)量的89%；海拔2 020 m不同試驗區(qū)土壤微生物的數(shù)量最高，達到9.91×105 CFU/g，占微生物總數(shù)量的96%。無人區(qū)細菌數(shù)量明顯多于緩沖區(qū)，而緩沖區(qū)細菌數(shù)量略多于密集區(qū)，以海拔2 020 m無人區(qū)細菌數(shù)量最為明顯，達到7.78×105 CFU/g。

2.1.3土壤中真菌的數(shù)量土壤中真菌數(shù)量的分布見圖5，1 712 m低海拔地區(qū)土壤中的真菌數(shù)量（0.33萬CFU/g）較少，明顯低于1 880、2 020 m高海拔地區(qū)土壤中的真菌數(shù)量（3.55萬、3.36萬CFU/g）。不同試驗區(qū)的真菌數(shù)量呈現(xiàn)出與細菌相似的特征，其數(shù)量依次由密集區(qū)、緩沖區(qū)、無人區(qū)呈逐漸增加的趨勢。相關性分析表明，海拔對真菌數(shù)量的影響極其顯著（P<0.01），但試驗區(qū)對真菌數(shù)量無明顯影響。

2.1.4土壤中放線菌的數(shù)量土壤中放線菌數(shù)量的分布見圖6，海拔1 712 m土壤中放線菌的數(shù)量最低，其總數(shù)達到067萬CFU/g；海拔1 880 m土壤中放線菌的數(shù)量居中，其總數(shù)為1.23萬CFU/g；海拔2 020 m土壤中放線菌的數(shù)量最高，高達1.98萬CFU/g。不同試驗區(qū)放線菌的數(shù)量仍呈由密集區(qū)、緩沖區(qū)、無人區(qū)逐漸增加的趨勢。

2.1.5土壤中大腸桿菌的數(shù)量為進一步考慮人為活動對土壤微生物的影響，對土壤中大腸桿菌的數(shù)量進行分析（圖7）。土壤中大腸桿菌的數(shù)量受人類活動的影響同樣明顯，其總數(shù)隨海拔的增加依次降低，并由密集區(qū)、緩沖區(qū)、無人區(qū)呈依次降低的趨勢。海拔1 712 m密集區(qū)土壤中大腸桿菌的數(shù)量最高，為6.78萬CFU/g；而海拔2 020 m無人區(qū)大腸桿菌的數(shù)量最低，僅為0.25萬CFU/g。相關性分析表明，海拔和試驗區(qū)對大腸桿菌數(shù)量均有顯著影響（P<0.05）。

2.2旅游踩踏對土壤中酶活性的影響

土壤酶在生態(tài)系統(tǒng)中具有重要地位，其主要來源于土壤

微生物活動、植物根系分泌物、動植物殘體腐解過程中釋放的酶，它參與了包括土壤生物化學過程在內(nèi)的自然界物質循環(huán)，是土壤新陳代謝的重要因素[18-19]。對不同海拔、不同試驗區(qū)的土壤酶活性進行對比及相關性分析（表2），有助于進一步解釋踩踏對酶活性的影響。

表2海拔及試驗區(qū)與土壤酶活性之間的Pearson相關系數(shù)

相關因子過氧化氫酶纖維素酶蔗糖酶淀粉酶海拔0.024*0.024*0.010**0.050*試驗區(qū)0.028*0.003**0.008**0.079

2.2.1過氧化氫酶過氧化氫酶主要來源于細菌、真菌、植物根系的分泌物。過氧化氫是生物呼吸過程中有機物發(fā)生生物化學氧化反應而產(chǎn)生的，其積累會對生物和土壤產(chǎn)生毒害作用，而生物體和土壤中的過氧化氫酶能酶促過氧化氫分解為水和氧，從而解除過氧化氫的毒害作用[20]。雞冠山森林公園海拔1 712 m土壤過氧化氫酶活性的變化并不明顯，但仍可看出海拔2 020 m處土壤過氧化氫酶活性最高，海拔 1 880 m 處次之，海拔1 712 m處最低（圖8）。土壤中過氧化氫酶的活性與海拔顯著相關（P<0.05），且與不同試驗區(qū)顯著相關（P<0.05）。

2.2.2纖維素酶纖維素酶是碳素循環(huán)過程中一個非常重要的酶。雞冠山森林公園海拔2 020 m處土壤纖維素酶活性均高于海拔1 880、1 712 m處。在不同區(qū)域中，密集區(qū)土壤纖維素酶活性最低（圖9）。土壤纖維素酶活性與分解纖維素的細菌、真菌的活動高度相關。

2.2.3蔗糖酶蔗糖酶主要來源于微生物、動植物殘體、植物根系。雞冠山森林公園海拔2 020 m處土壤蔗糖酶活性普遍高于海拔1 880、1 712 m處（圖10），該特點與過氧化氫酶、纖維素酶活性的研究結果一致。相關性分析表明，海拔、不同試驗區(qū)均與蔗糖酶活性極顯著相關（P<0.01）。

2.2.4淀粉酶淀粉酶是催化淀粉水解的一類酶，普遍存在于動植物體內(nèi)和微生物中。在微生物作用前期，淀粉酶活性對土壤中碳素的轉化過程、土壤中植物生物學特性的研究具有重要意義。淀粉酶很大一部分由土壤中微生物分泌，因此淀粉酶活性常作為土壤微生物生長和活性的指標。研究區(qū)淀粉酶的活性與海拔顯著相關（P<0.05），但試驗區(qū)對淀粉酶的活性無顯著影響。

3結論與討論

本試驗結果表明，在三大類微生物的數(shù)量上，細菌占絕對優(yōu)勢，真菌次之，放線菌最少，表明細菌對該土壤的適應性強，而真菌、放線菌次之。土壤微生物總數(shù)，細菌、真菌、放線菌的數(shù)量均隨海拔的升高而增加，土壤中過氧化氫酶、纖維素酶、蔗糖酶、淀粉酶的活性也呈增高趨勢。高海拔地區(qū)地勢更加陡峭，旅游者數(shù)量更少，對土壤的踩踏程度更輕；另外，高海拔地區(qū)植被群落更豐富，地表凋落物更多。以上因素共同作用使土壤微生物數(shù)量、土壤酶活性增加。在同一海拔下，土壤微生物、細菌、真菌、放線菌數(shù)量均由無人區(qū)、緩沖區(qū)至密集區(qū)逐漸減少，土壤中過氧化氫酶、纖維素酶、蔗糖酶、淀粉酶活性逐漸降低。密集區(qū)旅游者活動范圍非常集中，踩踏強度較大，土壤腐殖層消失，土壤厚度減少導致土壤板結，植物難以生長而形成裸地，土壤有機物分解速度加快，土壤微生物失去了賴以生存的養(yǎng)分，導致微生物活性降低、數(shù)量下降[21-22]。

大腸桿菌是人和動物重要的腸道共生菌，同時也是環(huán)境污染指示菌。大腸桿菌主要附著于人類或動物的腸道中，經(jīng)由消化道和呼吸道傳染，在登山過程中藉由人類的不文明行為等得以在土壤中停留。由于密集區(qū)旅游人數(shù)眾多，人為活動增加，踩踏所帶的病原指示菌逐漸增強；而緩沖區(qū)至無人區(qū)地段人跡罕至，踩踏所帶的大腸桿菌數(shù)量逐漸變少。大腸桿菌數(shù)量隨海拔的升高呈降低趨勢，各海拔下均表現(xiàn)為密集區(qū)>緩沖區(qū)>無人區(qū)。

土壤微生物多樣性代表著微生物群落的穩(wěn)定性，對植物生長發(fā)育、群落演替具有重要作用。土壤微生物在保護瀕危植物、恢復退化植被、修復被污染土壤方面發(fā)揮著巨大職能[23-26]。旅游者在旅游過程中產(chǎn)生的游覽痕跡對于土壤三大類微生物數(shù)量的影響，將導致土壤微生物區(qū)系的改變，從而使植物種群減少、生態(tài)環(huán)境被破壞。須進一步規(guī)范和規(guī)劃游客活動過程，減少旅游活動對環(huán)境特別是微生態(tài)環(huán)境的影響，實現(xiàn)真正意義的生態(tài)旅游。

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