旅游干擾對河南嵩山風(fēng)景區(qū)不同海拔梯度土壤性質(zhì)的影響

段亞芳，郭慧香，張利敏，董愛華

干擾是自然界普遍存在的現(xiàn)象，隨著人類活動(dòng)的加劇，近年來干擾的生態(tài)學(xué)作用受到廣泛的重視［1-3］。土壤是旅游區(qū)人類活動(dòng)直接沖擊的主要對象，對人類活動(dòng)反應(yīng)較為敏感，在維持旅游景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定方面起著重要作用［4-6］。旅游是人為干擾的一種重要表現(xiàn)形式，迅猛發(fā)展的旅游業(yè)勢必會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生一定的影響［7-9］。在此背景下，需要在資源的保護(hù)與利用之間尋求人與自然的平衡點(diǎn)，即旅游區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在保證健康安全情況下所能承受的最大干擾限度［4-5，10］。旅游干擾對土壤的影響主要來自于游客及車輛的踐踏、旅游設(shè)施的修建與使用以及旅游干擾帶來的環(huán)境污染等方面，體現(xiàn)在土壤理化性質(zhì)的改變、土壤生物性狀的變化及土壤侵蝕與水土流失［4－6，10］。國外旅游對植物和土壤影響的研究始于20世紀(jì)60年代，主要涉及到踐踏、露營等不同類型與不同強(qiáng)度旅游干擾對物種多樣性及土壤理化性質(zhì)的影響等［1，5］;國內(nèi)對土壤的影響研究主要始于20世紀(jì)90年代后期，由于起步較晚，國內(nèi)旅游生態(tài)影響研究的深度和廣度較為匱乏，涉及的植物群落和區(qū)域環(huán)境也相對較少，主要集中在土壤壓實(shí)導(dǎo)致的容重、含水量、硬度等物理指標(biāo)的影響上，并且研究結(jié)論也不甚一致，無法滿足旅游干擾對生態(tài)環(huán)境的響應(yīng)及應(yīng)對措施［11－16］。嵩山是中國著名的山岳型風(fēng)景名勝區(qū)，旅游開發(fā)早、強(qiáng)度大，景區(qū)內(nèi)植物群落和土壤分布具有明顯的垂直地帶性，在山岳風(fēng)景區(qū)中具有一定的代表性。鑒于此，筆者著重分析和探討了不同強(qiáng)度旅游干擾對嵩山風(fēng)景區(qū)不同海拔土壤性質(zhì)的影響，以利于加深理解旅游干擾對土壤的影響效應(yīng)與影響機(jī)制，為嵩山風(fēng)景區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)及管理措施的制訂提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

嵩山(中岳)位于河南省中部，屬秦嶺向東延伸的余脈之一，以其秀麗的自然風(fēng)光、人文景觀和珍貴的地質(zhì)遺跡聞名于世，景區(qū)內(nèi)有全國和河南省重點(diǎn)文物保護(hù)單位各13處，鄭州市重點(diǎn)文物保護(hù)單位127處。嵩山風(fēng)景區(qū)主要由太室山風(fēng)景區(qū)和少室山風(fēng)景區(qū)等組成，太室山風(fēng)景區(qū)位于太室山南坡，是傳統(tǒng)上的嵩山風(fēng)景區(qū)。嵩山風(fēng)景區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，海拔1 200 m以下屬于暖溫帶，以上屬于中溫帶，垂直高差在1 000 m以上，最高峰為峻極峰，海拔1 494 m，海拔1 000 m以上為斷塊中山山地，坡度為50°～60°，土層淺薄，植被覆蓋度低;500～1 000 m為低山丘陵，坡度多在30°以下，土層較厚，植被覆蓋度大。年平均氣溫14.2℃，年降水量500～600 mm，植被和土壤的垂直地帶性十分明顯，山底到山頂依次出現(xiàn)褐土性土或潮褐土－灌叢或農(nóng)作物帶(海拔600 m以下)、淋溶褐土－針闊混交林帶(海拔600～900 m)、棕壤－落葉闊葉林帶(海拔900 m以上)。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置 2013年9月，使用GPS，在河南嵩山風(fēng)景區(qū)沿不同海拔將其分為山腳、山腰和山頂3個(gè)樣地，景點(diǎn)樣點(diǎn)選擇在嵩陽書院(海拔455 m，山底)、石船(海拔930 m，山腰)和天爺廟(海拔1 490 m，山頂)。距離旅游線路的遠(yuǎn)近反映了旅游干擾的干擾強(qiáng)度，因此，旅游干擾的強(qiáng)度根據(jù)距離旅游線路的遠(yuǎn)近劃分，游客干擾范圍主要集中在距離旅游線路0～80 m，超過80 m幾乎無游人活動(dòng)，將旅游干擾強(qiáng)度劃分為3級:輕度干擾(遠(yuǎn)離旅游線路，樣地距旅游線路為60～80 m，幾乎沒有游人到達(dá)，樣地內(nèi)沒有或很少有人活動(dòng)的痕跡;LD)，中度干擾(靠近旅游線路樣地，距旅游線路在30～60 m，有少量游人到達(dá)，樣地內(nèi)有少量的旅游垃圾及游人踏痕;MD)，高度干擾(緊挨旅游線路，樣地距旅游線路0～30 m，游人很多、人為活動(dòng)痕跡明顯，樣地內(nèi)有大量的旅游垃圾，到處是游人踩踏的痕跡;HD)，對照區(qū)域(選擇超過80 m范圍幾乎游人活動(dòng)區(qū)域;CK)。

1.2.2 樣品采集及測定 每個(gè)樣地分別在不同旅游干擾類型及對照設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)。每個(gè)采樣點(diǎn)土壤0～20 cm表層土，五點(diǎn)取樣法采集0～20 cm土樣混合，最后保留1 kg左右的混合樣品。所取土樣分為2份:一份裝自封袋中，測定土壤含水量(烘干法，%)和酶活性;一份自然風(fēng)干(20 d)去除碎片和部分根后過0.5 mm篩，測定土壤養(yǎng)分及理化性質(zhì);環(huán)刀法測定土壤容重(g·cm－3)和總孔隙度(%)。

土壤性質(zhì)的測定:pH值采用電極電位法測定［m(土)∶m(水)=1∶2.5］;電導(dǎo)率采用 P4 多功能測定儀測定;全鹽(%)采用電導(dǎo)法;土壤有機(jī)碳含量(g·kg－1)測定采用重鉻酸鉀氧化外加熱法;全氮(g·kg－1)采用凱氏定氮法;堿解氮采用NaOHH3BO3法測定;土壤全磷(g·kg－1)采用NaOH熔融－鉬銻抗比色法;有效磷(mg·kg－1)采用NaHCO3浸提－鉬銻抗比色法測定;全鉀(g·kg－1)采用火焰分光光度法;有效鉀(mg·kg－1)采用乙酸銨浸提－原子吸收分光光度計(jì)法［17］。

土壤蔗糖酶活性采用3，5－二硝基水楊酸比色法(mg·g－1·d－1);脫氫酶活性采用三苯基四唑氯化物(TTC)法(μg·g－1·d－1);脲酶活性采用苯酚鈉比色法(mg·g－1·d－1);磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉法(mg·g－1·d－1)［18］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003.0和SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和最小顯著法(LSD)進(jìn)行多重比較，用Pearson相關(guān)性系數(shù)檢驗(yàn)各指標(biāo)的的相關(guān)性，Origin 8.6作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 旅游干擾對不同海拔嵩山風(fēng)景區(qū)土壤理化性質(zhì)的影響

由表1可知，不同海拔旅游干擾對土壤理化性質(zhì)具有較大的影響，在旅游干擾條件下，土壤理化性質(zhì)在山底、山腰和山頂之間具有較大差異，而山底、山腰和山頂土壤理化性質(zhì)隨旅游干擾強(qiáng)度的變化表現(xiàn)出一致的規(guī)律性。由表1可知，pH值變化范圍為6.0 ～7.0，電導(dǎo)率變化范圍為 65.3 ～93.7 μs·cm－2，水分變化范圍 6.0% ～ 13.6%，容重變化范圍為0.821 ～1.451 g·cm－3，總孔隙度變化范圍為31.26～39.27%。隨著旅游干擾強(qiáng)度的增加，山腳、山腰和山頂土壤pH、水分和總孔隙度明顯降低;土壤電導(dǎo)率和容重則明顯增加。同等干擾水平和對照處理下，土壤電導(dǎo)率和水分基本表現(xiàn)為山頂＞山腰＞山腳，土壤pH值、容重和總孔隙度基本表現(xiàn)為山腳＞山腰＞山頂，局部有所波動(dòng)。

表1 旅游干擾對不同海拔嵩山風(fēng)景區(qū)土壤理化性質(zhì)的影響Table 1 Impacts of tourism disturbance on soil properties at different elevations in Songshan scenic area

2.2 旅游干擾對嵩山風(fēng)景區(qū)不同海拔土壤養(yǎng)分的影響

由表2可知，不同海拔旅游干擾對土壤養(yǎng)分具有較大的影響，在旅游干擾條件下，土壤養(yǎng)分在山底、山腰和山頂之間具有較大差異，而山底、山腰和山頂土壤養(yǎng)分隨旅游干擾強(qiáng)度的變化表現(xiàn)出一致的規(guī)律性。土壤總碳范圍為7.36～14.31 g·kg－1，有機(jī)碳范圍為 6.03 ～13.25 g·kg－1，全氮變化范圍為 0.98 ～1.86 g·kg－1，堿解氮變化范圍為6.59 ～27.45 mg·kg－1，全磷變化范圍為 0.832 ～0.927 g·kg－1，有效磷變化范圍為 1.268 ～ 1.698 mg·kg－1，全鉀變化為23.14 ～ 33.18 g·kg－1，有效鉀變化范圍在 18.35 ～31.45 mg·kg－1，其中土壤鉀素變化幅度較大，對旅游干擾表現(xiàn)得最為敏感。隨著干擾強(qiáng)度的增加，土壤碳素和氮素均明顯降低，表明了旅游干擾降低了土壤碳素和氮素含量，但輕度旅游干擾對土壤碳素和氮素含量影響并不大;全鉀和有效鉀隨干擾強(qiáng)度的增加而增加，由此表明了旅游干擾增加了土壤鉀素含量;LD，MD和HD與CK土壤全磷和有效磷并沒有明顯差異，表明了旅游干擾并沒有影響土壤磷素的變化。同等干擾水平和對照處理?xiàng)l件下，除了土壤磷素外，土壤養(yǎng)分各指標(biāo)基本表現(xiàn)為山頂＞山腰＞山腳，局部有所波動(dòng)。

表2 旅游干擾對嵩山風(fēng)景區(qū)不同海拔土壤養(yǎng)分的影響Table 2 Impacts of tourism disturbance on soil nutrients sat different elevations in Songshan scenic area

2.3 旅游干擾對嵩山風(fēng)景區(qū)不同海拔土壤酶活性的影響

土壤酶活性能夠靈敏地反映土壤管理措施的變化，可用于表征土壤養(yǎng)分循環(huán)速率。由表3可知，不同海拔旅游干擾對土壤酶活性具有較大的影響，在旅游干擾條件下，土壤酶活性在山底、山腰和山頂之間具有較大差異，而山底、山腰和山頂土壤酶活性隨旅游干擾強(qiáng)度的變化表現(xiàn)出一致的規(guī)律性。土壤蔗糖酶、脫氫酶、脲酶和堿性磷酸酶活性變化范圍分別在 82.41 ～167.25 mg·g－1·d－1，0.214 ～0.612 μg·g－1·d－1，0.107 ～0.889 mg·g－1·d－1，95.3 ～ 305.1 mg·g－1·d－1，其中土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶變化幅度較大，對旅游干擾表現(xiàn)得最為敏感。隨著干擾強(qiáng)度的增加，土壤蔗糖酶、脫氫酶、脲酶和堿性磷酸酶活性均明顯降低，表明了旅游干擾降低了土壤蔗糖酶、脲酶和堿性磷酸酶活性。同等干擾水平和對照處理?xiàng)l件下，土壤酶活性基本表現(xiàn)為山頂＞山腰＞山腳，局部有所波動(dòng)。

表3 旅游干擾對嵩山風(fēng)景區(qū)不同海拔土壤酶活性的影響Table 3 Impacts of tourism disturbance on soil enzyme activity at different elevations in Songshan scenic area

2.4 嵩山風(fēng)景區(qū)土壤因子之間的相關(guān)性分析

由表4可知，土壤pH值與總碳、有機(jī)碳、堿解氮、有效磷、全鉀、蔗糖酶、脫氫酶和脲酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)(p＜0.01)，與有效鉀和堿性磷酸酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)(p＜0.05);電導(dǎo)率與蔗糖酶活性呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，與全氮和脫氫酶活性呈顯著正相關(guān)(p＜0.05);水分與總碳、有機(jī)碳、全氮、堿解氮、有效磷、全鉀、有效鉀、蔗糖酶、脫氫酶和脲酶活性呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，與全磷和堿性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)(p＜0.05);容重與總碳、全氮、有效鉀、蔗糖酶和堿性磷酸酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)(p＜0.01)，與有機(jī)碳、堿解氮、全鉀、脲酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)(p＜0.05);總孔隙度與有機(jī)碳呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，與總碳、全鉀和脫氫酶活性呈顯著正相關(guān)(p＜0.05)。綜合表4可知，土壤養(yǎng)分及酶活性與溫度和水分具有顯著或極顯著正相關(guān)性(表4)，說明了在旅游干擾條件下，土壤中溫度和水分對土壤養(yǎng)分及酶活性具有正相關(guān)的依賴性;而土壤養(yǎng)分及酶活性與pH和容重具有顯著或極顯著的負(fù)相關(guān)性，說明了土壤中pH值和容重對土壤養(yǎng)分及酶活性具有負(fù)相關(guān)的依賴性。

表4 嵩山風(fēng)景區(qū)土壤因子之間的相關(guān)分析Table 4 Pearson’s correlation coefficients among soil factors in Songshan scenic area

續(xù)表4Continuing table 4

3 討論與結(jié)論

旅游干擾對土壤性質(zhì)的影響是旅游生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。本研究表明，旅游干擾增加了土壤容重和電導(dǎo)率，降低了土壤總孔隙度、含水量和pH，這與大量學(xué)者研究結(jié)果一致［13～15，19］，游人踐踏使地表植被遭破壞，造成土壤中黏粒流失，孔隙度下降，同時(shí)土壤的持水能力也隨之下降。隨著旅游干擾強(qiáng)度的增大，土壤緊實(shí)度增加，進(jìn)一步導(dǎo)致土壤容重的增大，因此，高強(qiáng)度旅游干擾下的土壤更容易退化。從目前的研究結(jié)果來看，旅游對土壤酸堿度變化的研究還存在分歧，這與外源物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，干擾類型和外源垃圾輸入種類對pH值起著至關(guān)重要的作用［13，16］。本研究結(jié)果還表明，旅游干擾降低了土壤碳素和氮素，增加了土壤鉀素，土壤磷素則不受旅游干擾的影響，土壤受旅游干擾影響范圍可達(dá)游徑外80 m左右(LD)，以30 m內(nèi)較為顯著(HD)。受旅游干擾的影響，地面植被破壞強(qiáng)烈，土壤的裸露面積和板結(jié)程度增大，植物凋落物歸還量減少，從而減少了土壤的有機(jī)質(zhì)來源，加上植被破壞后的水土流失，使得土壤有機(jī)質(zhì)含量降低［14，16，19－20］;土壤有機(jī)質(zhì)作為氮素的重要來源，其消長與土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化相一致［21］。隨著旅游干擾強(qiáng)度的增加，土壤中的鉀素被不斷釋放，植物對鉀素不斷吸收利用及淋溶作用的影響使得土壤內(nèi)部全鉀、有效鉀含量逐漸降低［22］，而土壤磷素含量的變化并不顯著。說明土壤中磷素對旅游干擾缺乏響應(yīng)，主要是由于磷素是一種沉積性元素，由母質(zhì)類型和成土條件決定，在土壤中的存在形式較穩(wěn)定、不易流失［23］。蔗糖酶活性是表征土壤碳素循環(huán)和土壤微生物代謝活性的重要酶，能夠反映土壤有機(jī)碳累積與分解轉(zhuǎn)化規(guī)律［24－25］。旅游干擾還降低了土壤蔗糖酶活性，從而減少了植物凋落物、根系的分泌物和衰亡的根;土壤脫氫酶活性作為微生物氧化還原系統(tǒng)的指標(biāo)，能較好地表征土壤中微生物的氧化能力［24－25］，旅游干擾抑制了微生物的生長和繁殖，在一定程度上降低了脫氫酶活性及其來源;脲酶活性可用以指示土壤氮素循環(huán)及其相關(guān)的土壤活性［24－25］，旅游干擾降低了土壤脲酶活性，與同期土壤氮素含量變化一致。磷酸酶作為土壤中最活躍的一類酶能夠促進(jìn)有機(jī)磷化合物的水解和提高土壤磷元素的有效性［24－25］。本研究中土壤磷酸酶活性與同期土壤磷素的變化不盡一致，可能與磷素在土壤中的轉(zhuǎn)化和循環(huán)有關(guān)。此外，旅游干擾對土壤性質(zhì)的影響與特定干擾效應(yīng)與干擾類型有很大關(guān)系。旅游干擾影響土壤性質(zhì)的原因究竟與干擾類型有關(guān)，還是其他因素起作用，尚有待于進(jìn)一步探討。

嵩山風(fēng)景區(qū)是典型的山岳型景區(qū)，主要景點(diǎn)位于海拔較高的山上，隨海拔高度的增加，旅游干擾也增大，但旅游干擾對土壤性質(zhì)的影響效應(yīng)，并未有明顯的隨海拔增加而增大的趨勢。這主要是由于景區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，區(qū)域環(huán)境條件差異大，旅游干擾大的地段由于環(huán)境因素提高了抗干擾能力，在一定程度上減緩了旅游干擾對環(huán)境的沖擊作用;另一方面，從旅游干擾的一般規(guī)律來說，在旅游干擾的初期會(huì)表現(xiàn)出明顯的生態(tài)效應(yīng)，但在干擾達(dá)到一定的時(shí)間和強(qiáng)度后，影響效應(yīng)逐漸減小。本研究表明，旅游干擾已經(jīng)對嵩山風(fēng)景區(qū)土壤產(chǎn)生了一定的負(fù)面效應(yīng)，使景區(qū)土壤結(jié)構(gòu)呈惡化的趨勢，土壤肥力下降，生態(tài)環(huán)境脆弱，并且加劇了土壤侵蝕及養(yǎng)分流失，進(jìn)而引起植物和景觀的變化。因此，必須采取有效的措施來減輕旅游對環(huán)境的負(fù)面影響。建議嵩山風(fēng)景區(qū)制訂合理的旅游環(huán)境容量，采取適當(dāng)分流游客的措施，提高旅游者的環(huán)保意識，從而減少旅游干擾的強(qiáng)度和范圍，防止土壤生態(tài)環(huán)境的進(jìn)一步惡化，維護(hù)土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡，還可嘗試通過改善土壤結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的一些技術(shù)方法來減輕旅游干擾的負(fù)面效應(yīng)，有效地改善土壤狀況，增加景區(qū)的抗干擾能力。

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