旅游干扰对河南嵩山风景区不同海拔梯度土壤性质的影响

段亚芳，郭慧香，张利敏，董爱华

干扰是自然界普遍存在的现象，随着人类活动的加剧，近年来干扰的生态学作用受到广泛的重视［1-3］。土壤是旅游区人类活动直接冲击的主要对象，对人类活动反应较为敏感，在维持旅游景区生态系统的平衡与稳定方面起着重要作用［4-6］。旅游是人为干扰的一种重要表现形式，迅猛发展的旅游业势必会对环境产生一定的影响［7-9］。在此背景下，需要在资源的保护与利用之间寻求人与自然的平衡点，即旅游区生态系统在保证健康安全情况下所能承受的最大干扰限度［4-5，10］。旅游干扰对土壤的影响主要来自于游客及车辆的践踏、旅游设施的修建与使用以及旅游干扰带来的环境污染等方面，体现在土壤理化性质的改变、土壤生物性状的变化及土壤侵蚀与水土流失［4－6，10］。国外旅游对植物和土壤影响的研究始于20世纪60年代，主要涉及到践踏、露营等不同类型与不同强度旅游干扰对物种多样性及土壤理化性质的影响等［1，5］;国内对土壤的影响研究主要始于20世纪90年代后期，由于起步较晚，国内旅游生态影响研究的深度和广度较为匮乏，涉及的植物群落和区域环境也相对较少，主要集中在土壤压实导致的容重、含水量、硬度等物理指标的影响上，并且研究结论也不甚一致，无法满足旅游干扰对生态环境的响应及应对措施［11－16］。嵩山是中国著名的山岳型风景名胜区，旅游开发早、强度大，景区内植物群落和土壤分布具有明显的垂直地带性，在山岳风景区中具有一定的代表性。鉴于此，笔者着重分析和探讨了不同强度旅游干扰对嵩山风景区不同海拔土壤性质的影响，以利于加深理解旅游干扰对土壤的影响效应与影响机制，为嵩山风景区生态环境的保护及管理措施的制订提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

嵩山(中岳)位于河南省中部，属秦岭向东延伸的余脉之一，以其秀丽的自然风光、人文景观和珍贵的地质遗迹闻名于世，景区内有全国和河南省重点文物保护单位各13处，郑州市重点文物保护单位127处。嵩山风景区主要由太室山风景区和少室山风景区等组成，太室山风景区位于太室山南坡，是传统上的嵩山风景区。嵩山风景区属温带大陆性季风气候，海拔1 200 m以下属于暖温带，以上属于中温带，垂直高差在1 000 m以上，最高峰为峻极峰，海拔1 494 m，海拔1 000 m以上为断块中山山地，坡度为50°～60°，土层浅薄，植被覆盖度低;500～1 000 m为低山丘陵，坡度多在30°以下，土层较厚，植被覆盖度大。年平均气温14.2℃，年降水量500～600 mm，植被和土壤的垂直地带性十分明显，山底到山顶依次出现褐土性土或潮褐土－灌丛或农作物带(海拔600 m以下)、淋溶褐土－针阔混交林带(海拔600～900 m)、棕壤－落叶阔叶林带(海拔900 m以上)。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置 2013年9月，使用GPS，在河南嵩山风景区沿不同海拔将其分为山脚、山腰和山顶3个样地，景点样点选择在嵩阳书院(海拔455 m，山底)、石船(海拔930 m，山腰)和天爷庙(海拔1 490 m，山顶)。距离旅游线路的远近反映了旅游干扰的干扰强度，因此，旅游干扰的强度根据距离旅游线路的远近划分，游客干扰范围主要集中在距离旅游线路0～80 m，超过80 m几乎无游人活动，将旅游干扰强度划分为3级:轻度干扰(远离旅游线路，样地距旅游线路为60～80 m，几乎没有游人到达，样地内没有或很少有人活动的痕迹;LD)，中度干扰(靠近旅游线路样地，距旅游线路在30～60 m，有少量游人到达，样地内有少量的旅游垃圾及游人踏痕;MD)，高度干扰(紧挨旅游线路，样地距旅游线路0～30 m，游人很多、人为活动痕迹明显，样地内有大量的旅游垃圾，到处是游人踩踏的痕迹;HD)，对照区域(选择超过80 m范围几乎游人活动区域;CK)。

1.2.2 样品采集及测定 每个样地分别在不同旅游干扰类型及对照设置5个采样点。每个采样点土壤0～20 cm表层土，五点取样法采集0～20 cm土样混合，最后保留1 kg左右的混合样品。所取土样分为2份:一份装自封袋中，测定土壤含水量(烘干法，%)和酶活性;一份自然风干(20 d)去除碎片和部分根后过0.5 mm筛，测定土壤养分及理化性质;环刀法测定土壤容重(g·cm－3)和总孔隙度(%)。

土壤性质的测定:pH值采用电极电位法测定［m(土)∶m(水)=1∶2.5］;电导率采用 P4 多功能测定仪测定;全盐(%)采用电导法;土壤有机碳含量(g·kg－1)测定采用重铬酸钾氧化外加热法;全氮(g·kg－1)采用凯氏定氮法;碱解氮采用NaOHH3BO3法测定;土壤全磷(g·kg－1)采用NaOH熔融－钼锑抗比色法;有效磷(mg·kg－1)采用NaHCO3浸提－钼锑抗比色法测定;全钾(g·kg－1)采用火焰分光光度法;有效钾(mg·kg－1)采用乙酸铵浸提－原子吸收分光光度计法［17］。

土壤蔗糖酶活性采用3，5－二硝基水杨酸比色法(mg·g－1·d－1);脱氢酶活性采用三苯基四唑氯化物(TTC)法(μg·g－1·d－1);脲酶活性采用苯酚钠比色法(mg·g－1·d－1);磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠法(mg·g－1·d－1)［18］。

1.3 数据处理

用Excel 2003.0和SPSS 18.0进行数据分析。采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和最小显著法(LSD)进行多重比较，用Pearson相关性系数检验各指标的的相关性，Origin 8.6作图。

2 结果与分析

2.1 旅游干扰对不同海拔嵩山风景区土壤理化性质的影响

由表1可知，不同海拔旅游干扰对土壤理化性质具有较大的影响，在旅游干扰条件下，土壤理化性质在山底、山腰和山顶之间具有较大差异，而山底、山腰和山顶土壤理化性质随旅游干扰强度的变化表现出一致的规律性。由表1可知，pH值变化范围为6.0 ～7.0，电导率变化范围为 65.3 ～93.7 μs·cm－2，水分变化范围 6.0% ～ 13.6%，容重变化范围为0.821 ～1.451 g·cm－3，总孔隙度变化范围为31.26～39.27%。随着旅游干扰强度的增加，山脚、山腰和山顶土壤pH、水分和总孔隙度明显降低;土壤电导率和容重则明显增加。同等干扰水平和对照处理下，土壤电导率和水分基本表现为山顶＞山腰＞山脚，土壤pH值、容重和总孔隙度基本表现为山脚＞山腰＞山顶，局部有所波动。

表1 旅游干扰对不同海拔嵩山风景区土壤理化性质的影响Table 1 Impacts of tourism disturbance on soil properties at different elevations in Songshan scenic area

2.2 旅游干扰对嵩山风景区不同海拔土壤养分的影响

由表2可知，不同海拔旅游干扰对土壤养分具有较大的影响，在旅游干扰条件下，土壤养分在山底、山腰和山顶之间具有较大差异，而山底、山腰和山顶土壤养分随旅游干扰强度的变化表现出一致的规律性。土壤总碳范围为7.36～14.31 g·kg－1，有机碳范围为 6.03 ～13.25 g·kg－1，全氮变化范围为 0.98 ～1.86 g·kg－1，碱解氮变化范围为6.59 ～27.45 mg·kg－1，全磷变化范围为 0.832 ～0.927 g·kg－1，有效磷变化范围为 1.268 ～ 1.698 mg·kg－1，全钾变化为23.14 ～ 33.18 g·kg－1，有效钾变化范围在 18.35 ～31.45 mg·kg－1，其中土壤钾素变化幅度较大，对旅游干扰表现得最为敏感。随着干扰强度的增加，土壤碳素和氮素均明显降低，表明了旅游干扰降低了土壤碳素和氮素含量，但轻度旅游干扰对土壤碳素和氮素含量影响并不大;全钾和有效钾随干扰强度的增加而增加，由此表明了旅游干扰增加了土壤钾素含量;LD，MD和HD与CK土壤全磷和有效磷并没有明显差异，表明了旅游干扰并没有影响土壤磷素的变化。同等干扰水平和对照处理条件下，除了土壤磷素外，土壤养分各指标基本表现为山顶＞山腰＞山脚，局部有所波动。

表2 旅游干扰对嵩山风景区不同海拔土壤养分的影响Table 2 Impacts of tourism disturbance on soil nutrients sat different elevations in Songshan scenic area

2.3 旅游干扰对嵩山风景区不同海拔土壤酶活性的影响

土壤酶活性能够灵敏地反映土壤管理措施的变化，可用于表征土壤养分循环速率。由表3可知，不同海拔旅游干扰对土壤酶活性具有较大的影响，在旅游干扰条件下，土壤酶活性在山底、山腰和山顶之间具有较大差异，而山底、山腰和山顶土壤酶活性随旅游干扰强度的变化表现出一致的规律性。土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性变化范围分别在 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，其中土壤蔗糖酶和碱性磷酸酶变化幅度较大，对旅游干扰表现得最为敏感。随着干扰强度的增加，土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性均明显降低，表明了旅游干扰降低了土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性。同等干扰水平和对照处理条件下，土壤酶活性基本表现为山顶＞山腰＞山脚，局部有所波动。

表3 旅游干扰对嵩山风景区不同海拔土壤酶活性的影响Table 3 Impacts of tourism disturbance on soil enzyme activity at different elevations in Songshan scenic area

2.4 嵩山风景区土壤因子之间的相关性分析

由表4可知，土壤pH值与总碳、有机碳、碱解氮、有效磷、全钾、蔗糖酶、脱氢酶和脲酶活性呈极显著负相关(p＜0.01)，与有效钾和碱性磷酸酶活性呈显著负相关(p＜0.05);电导率与蔗糖酶活性呈极显著正相关(p＜0.01)，与全氮和脱氢酶活性呈显著正相关(p＜0.05);水分与总碳、有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、全钾、有效钾、蔗糖酶、脱氢酶和脲酶活性呈极显著正相关(p＜0.01)，与全磷和碱性磷酸酶活性呈显著正相关(p＜0.05);容重与总碳、全氮、有效钾、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性呈极显著负相关(p＜0.01)，与有机碳、碱解氮、全钾、脲酶活性呈显著负相关(p＜0.05);总孔隙度与有机碳呈极显著正相关(p＜0.01)，与总碳、全钾和脱氢酶活性呈显著正相关(p＜0.05)。综合表4可知，土壤养分及酶活性与温度和水分具有显著或极显著正相关性(表4)，说明了在旅游干扰条件下，土壤中温度和水分对土壤养分及酶活性具有正相关的依赖性;而土壤养分及酶活性与pH和容重具有显著或极显著的负相关性，说明了土壤中pH值和容重对土壤养分及酶活性具有负相关的依赖性。

表4 嵩山风景区土壤因子之间的相关分析Table 4 Pearson’s correlation coefficients among soil factors in Songshan scenic area

续表4Continuing table 4

3 讨论与结论

旅游干扰对土壤性质的影响是旅游生态学研究的重点内容。本研究表明，旅游干扰增加了土壤容重和电导率，降低了土壤总孔隙度、含水量和pH，这与大量学者研究结果一致［13～15，19］，游人践踏使地表植被遭破坏，造成土壤中黏粒流失，孔隙度下降，同时土壤的持水能力也随之下降。随着旅游干扰强度的增大，土壤紧实度增加，进一步导致土壤容重的增大，因此，高强度旅游干扰下的土壤更容易退化。从目前的研究结果来看，旅游对土壤酸碱度变化的研究还存在分歧，这与外源物质的性质有关，干扰类型和外源垃圾输入种类对pH值起着至关重要的作用［13，16］。本研究结果还表明，旅游干扰降低了土壤碳素和氮素，增加了土壤钾素，土壤磷素则不受旅游干扰的影响，土壤受旅游干扰影响范围可达游径外80 m左右(LD)，以30 m内较为显著(HD)。受旅游干扰的影响，地面植被破坏强烈，土壤的裸露面积和板结程度增大，植物凋落物归还量减少，从而减少了土壤的有机质来源，加上植被破坏后的水土流失，使得土壤有机质含量降低［14，16，19－20］;土壤有机质作为氮素的重要来源，其消长与土壤有机质含量的变化相一致［21］。随着旅游干扰强度的增加，土壤中的钾素被不断释放，植物对钾素不断吸收利用及淋溶作用的影响使得土壤内部全钾、有效钾含量逐渐降低［22］，而土壤磷素含量的变化并不显著。说明土壤中磷素对旅游干扰缺乏响应，主要是由于磷素是一种沉积性元素，由母质类型和成土条件决定，在土壤中的存在形式较稳定、不易流失［23］。蔗糖酶活性是表征土壤碳素循环和土壤微生物代谢活性的重要酶，能够反映土壤有机碳累积与分解转化规律［24－25］。旅游干扰还降低了土壤蔗糖酶活性，从而减少了植物凋落物、根系的分泌物和衰亡的根;土壤脱氢酶活性作为微生物氧化还原系统的指标，能较好地表征土壤中微生物的氧化能力［24－25］，旅游干扰抑制了微生物的生长和繁殖，在一定程度上降低了脱氢酶活性及其来源;脲酶活性可用以指示土壤氮素循环及其相关的土壤活性［24－25］，旅游干扰降低了土壤脲酶活性，与同期土壤氮素含量变化一致。磷酸酶作为土壤中最活跃的一类酶能够促进有机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与同期土壤磷素的变化不尽一致，可能与磷素在土壤中的转化和循环有关。此外，旅游干扰对土壤性质的影响与特定干扰效应与干扰类型有很大关系。旅游干扰影响土壤性质的原因究竟与干扰类型有关，还是其他因素起作用，尚有待于进一步探讨。

嵩山风景区是典型的山岳型景区，主要景点位于海拔较高的山上，随海拔高度的增加，旅游干扰也增大，但旅游干扰对土壤性质的影响效应，并未有明显的随海拔增加而增大的趋势。这主要是由于景区内地形复杂，区域环境条件差异大，旅游干扰大的地段由于环境因素提高了抗干扰能力，在一定程度上减缓了旅游干扰对环境的冲击作用;另一方面，从旅游干扰的一般规律来说，在旅游干扰的初期会表现出明显的生态效应，但在干扰达到一定的时间和强度后，影响效应逐渐减小。本研究表明，旅游干扰已经对嵩山风景区土壤产生了一定的负面效应，使景区土壤结构呈恶化的趋势，土壤肥力下降，生态环境脆弱，并且加剧了土壤侵蚀及养分流失，进而引起植物和景观的变化。因此，必须采取有效的措施来减轻旅游对环境的负面影响。建议嵩山风景区制订合理的旅游环境容量，采取适当分流游客的措施，提高旅游者的环保意识，从而减少旅游干扰的强度和范围，防止土壤生态环境的进一步恶化，维护土壤生态系统的平衡，还可尝试通过改善土壤结构与性质的一些技术方法来减轻旅游干扰的负面效应，有效地改善土壤状况，增加景区的抗干扰能力。

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