旅游干扰对重庆市黄水国家森林公园枯落物及土壤蓄水能力的影响

张 瑾

(重庆第二师范学院 旅游与服务管理学院, 重庆 400065)

随着人为干扰的不断加强，水土流失已成为部分陆地生态系统面临的潜在自然生态问题之一，其水文调节功能与水土保持密切相关，因此，开展人为干扰对陆地生态系统水文功能的影响具有重要意义[1-2]。森林生态系统是陆地生态系统的重要组成之一，其水文调节功能主要包括林冠层、枯落物层和土壤层3个层面。枯落物是植被与土壤间物质和能量循环的重要媒介，由植被枯枝落叶、果实及种子等凋落物组成，是森林生态系统中不可或缺的重要组成部分[3]。枯落物层具有截流降水减少地表径流、增强土壤抗蚀力减少土壤流失和减少土壤水分蒸发等重要作用，是森林生态系统发挥水文调节效应的主要活动层，对维持森林生态系统可持续性具有重要意义[4-5]。大量研究[6-7]表明，影响枯落物水文调节功能的因素通常包括枯落物组成、储量、分解程度及持水能力等，蓄积量越大、厚度越厚、分解越彻底，则蓄水性能越好，水文调节能力越强。土壤层是进行水文调节的第3个层面，其水文调节能力由土壤容重、孔隙度、土壤结构及土壤渗透性能等因素决定[8]。近年来，我国社会发展和经济水平的不断提高，旅游行为愈发普遍，旅游人数逐年激增，同时旅游时间又相对比较集中，给旅游景区生态环境带来巨大挑战[9]。旅游行为对景区的干扰形式主要包括景区旅游车辆碾压、旅游踩踏、旅游垃圾污染、旅游道路及游乐设施修建等，造成景区植被、土壤、水体等遭到严重破坏。目前，关于旅游干扰对景区环境的影响前人[10-13]进行了大量研究，认为旅游干扰会导致景区植被数量及多样性降低，土壤微环境发生恶化(如容重增大、孔隙度降低、重金属污染、养分含量下降、土壤酶活性降低、土壤微生物数量及多样性降低等)及水体污染等。然而关于旅游干扰对景区枯落物及土壤蓄水能力的影响研究尚不多见，尤其是旅游干扰下山地森林的枯落物分解层和未分解层蓄积量及蓄水能力变化更是未见相关报道。因此，本研究以黄水国家森林公园为研究对象，分析不同旅游干扰强度对枯落物分解层和未分解层蓄积量及蓄水能力、土壤持水能力和渗透性能的影响，以期为黄水国家森林公园景区管理措施制定和生态环境改善提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

黄水国家森林公园座于于重庆市石柱县境内，地理位置为30°15′38.38″N，E 108°13′56.12″E，东西长12.15 km，南北宽7.02 km，总面积32 441 hm2，可游面积6 000 hm2，平均海拔1 600 m，是长江三峡黄金旅游线上惟一的少数民族旅游景区，具有游览观光、科普考察、民生风情体验及娱乐健身等多重功能，于1998年被评为国家级森林公园。黄水国家森林公园景区属典型的热带湿润季风气候，景区四季分明，具有动植物资源约4 500余种，年平均湿度83%，平均日照1 148.8 h，平均无霜期277 d。2000—2018年，年平均最低气温为10.4 ℃，最高气温为14.8 ℃，年平均最低降雨量为712.27 mm，年平均最高降雨量为1 096.85 mm；景区春、夏、秋、冬四季平均气温分别为10 ℃，20 ℃，25 ℃和5℃，平均降雨量分别为218.51,382.55,305.26,146.54 mm。本研究选取黄水国家森林公园大风堡原始森林景区为研究对象，该区土壤类型为棕壤土，pH值7.32，有机质、全氮、全磷及全钾含量分别为18.63,8.26,16.72,18.63 mg/g；植被类型为乔冠类型，主要植物有杜鹃(Rhododendronprotistum)、紫云英(AstragalussinicusL.)、山槐(Albiziakalkora)、金合欢(Vacheliafarnesiana)、五倍子(Rhuschinensis)、毛榉(Zelkovaserrata)、板栗(Castaneamollissima)、黄杉(Pseudotsugasinensis)、巴山松(Pinustabuliformis)和红豆木(MillettiaLaurentii)等。

1.2 试验样地设置及样品采集

试验于2018年8月在旅游旺季开始实施，试验地点选择为自然环境条件基本一致的大风堡原始森林景区核心地段。在对游客活动轨迹充分调研的基础上，以距离游览主干线距离远近，划分为4个区域：非干扰区(CK)，距主干道50 m以外，无游客或极少游客到达区域，地表覆盖大量枯枝落叶，有大量杂草；轻度干扰区(light disturbance， LD)，距主干道30—50 m，有少数游客到达，地表具有一定量的枯落物覆盖和杂草；中度干扰区(moderate disturbance， MD)，距主干道10—30 m，游客活动常涉足到该区域，地表枯落物明显少于轻度干扰区，有少量杂草生长；重度干扰区(severe disturbance， SD)，距旅游景点<10 m以内，游客活动较为频繁区域，旅游踩踏及旅游垃圾等人为干扰痕迹极为明显，覆盖少量枯落物，鲜有杂草生长。在每个区域内，延主干道方向设置5个试验样地，面积为3 m×3 m。

1.3 试验测定指标及方法

在各区域样地内按S曲线选取6个30 cm×30 cm的小样方，用直尺测量枯落物层厚度。将样方内枯落物按未分解层和半分解层分别取出放入尼龙袋并做好标记带回实验室，称量鲜重T1后，放入清水中浸泡24 h，取出后将尼龙袋水滴净并称重T2；65 ℃烘干至恒重并测定其干重即枯落物蓄积量T3，采用公式计算自然含水率(%)、最大持水率(%)、最大拦蓄率(%)和有效拦蓄率(%)。

自然含水率A0=(T1-T2)/T3×100%

最大持水率A1=(T2-T3)/T3×100%

最大拦蓄率A2=A1-A0

有效拦蓄率A3=0.85A1-A0

自然含水量(t/hm2)=A0·T3

最大持水量(t/hm2)=A1·T3

最大拦蓄量(t/hm2)=A2·T3

有效拦蓄量(t/hm2)=A3·T3

在各区域样地内按S形曲线选取6个点进行土壤取样，取土深度为30 cm，用于土壤性状及渗透性能测定。土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度采用环割法测定。

土壤最大持水量(t/hm2)=

10 000×总孔隙度×土层厚度；

毛管持水量(t/hm2)=

10 000×毛管孔隙度×土层厚度；

非毛管持水量(t/hm2)=

10 000×非毛管孔隙度×土层厚度。

土壤渗透性采用双环刀法测定，

初渗率(mm/min)=最初渗透量/入渗时间

其中，本研究最初入渗时间为2 min；平均渗透速率(mm/min)=达稳渗时的渗透总量/达稳渗时的时间；稳渗率:单位时间内渗透量基本一致时的渗透速率；渗透总量为渗透时间达到60 min的渗透量。

1.4 数据处理及统计分析

采用Excel 2013对数据进行整理、计算及作图；采用SPSS 19.0统计软件进行不同区域数据显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 旅游干扰对大风堡原始森林景区枯落物厚度及蓄积量的影响

枯落物厚度及蓄积量主要取决于植被枝、叶等枯落物的输入和输出，与植被组成、生长发育状况及气候条件密切相关[14]。由图1可知，旅游干扰会对大风堡原始森林景区枯落物厚度、蓄积量及枯落物分解造成明显影响。随着旅游干扰强度的增强，景区枯落物厚度和蓄积量均逐渐下降，半分解层下降幅度明显高于未分解层。

本研究中，4个试验区的枯落物总厚度、未分解层厚度、半分解层厚度和总蓄积量、未分解层蓄积量、半分解层蓄积量变化范围分别为48.62～86.83 mm，16.39～28.21 mm，32.23～58.62 mm和2.11～4.72 t/m2,0.63～1.24 t/m2,1.48～3.48 t/m2。与非干扰区(CK)相比，轻度干扰(LD)、中度干扰(MD)和重度干扰区(SD)的枯落物总厚度分别降低16.68%，32.56%和44.01%，未分解层厚度分别降低19.53%，29.42%和41.90%，而半分解层则分别降低15.30%，34.07%和45.02%，均达到显著差异水平(p<0.05)。轻度干扰(LD)、中度干扰(MD)和重度干扰区(SD)的枯落物总蓄积量则分别显著降低11.44%，29.03%和55.30%，未分解层分别显著降低6.32%，27.59%和57.47%，半分解层分别显著降低25.81%，33.06%和49.19%(p<0.05)。由此说明，旅游干扰会显著降低景区枯落物厚度与蓄积量，半分解层下降幅度明显大于未分解层。

2.2 旅游干扰对大风堡原始森林景区枯落物蓄水能力的影响

枯落物层具有结构疏松的优势，可显著增加地表粗糙度，在提高截持雨水、拦蓄径流等方面发挥重要的作用[15]。由图2可知，旅游干扰会严重影响大风堡原始森林景区枯落物蓄水能力。本研究中，景区枯落物最大持水率、最大拦蓄率和有效拦蓄率及最大持水量、最大拦蓄量及有效拦蓄量均随着旅游干扰强度的增强而逐渐降低，且半分解层下降幅度明显大于未分解层。与非干扰区(CK)相比，重度干扰区(SD)的未分解层枯落物最大持水率、最大拦蓄率、有效拦蓄率及最大持水量、最大拦蓄量、有效拦蓄量分别降低19.83%，24.83%，20.22%及57.89%，56.67%%和62.35%，均达到显著差异水平(p<0.05)；而半分解层最大持水率、最大拦蓄率和有效拦蓄率及最大持水量、最大拦蓄量及有效拦蓄量则分别显著降低30.01%，33.21%，37.48%及69.90%，70.94%，72.77%。由此说明，旅游干扰会显著降低景区枯落物蓄水能力，半分解层的下降幅度明显大于未分解层。

注：CK：对照； LD：轻度干扰； MD：中度干扰； SD：重度干扰； 图中同列不同小写字母表示差异达到显著水平(p<0.05)。下同。

图2 旅游干扰对大风堡原始森林景区枯落物蓄水能力的影响

2.3 旅游干扰对大风堡原始森林景区土壤蓄水能力的影响

土壤容重和孔隙度是衡量土壤紧实状况的重要指标，与土壤持水性能强弱密切相关[16]。由表1可知，旅游干扰会对大风堡原始森林景区土壤蓄水能力造成明显影响。随着旅游干扰强度的增强，景区土壤容重逐渐升高，总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量均逐渐降低。本研究中，土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量变化范围分别为0.75～1.48 g/cm3,42.18%～68.75%，18.66%～27.49%，23.52%～41.26%，843.74～1 375.12 t/m2,470.52～825.24 t/m2,373.21～549.87 t/m2。与非干扰区(CK)相比，重度干扰区(SD)土壤容重提升97.33%，总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量分别提升26.57%，8.83%，17.74%，38.64%，42.98%和32.13%，均达到显著差异水平(p<0.05)。由此说明，旅游干扰会显著降低景区土壤蓄水能力。

表1 旅游干扰对大风堡原始森林景区土壤蓄水能力的影响

2.4 旅游干扰对大风堡原始森林景区土壤渗透能力的影响

土壤渗透性是衡量土壤水文调节功能的重要参数，渗透性越强则水文调节能力越强[17]。由图3可知，随着旅游干扰强度的增强，大风堡原始森林景区土壤初渗率、稳渗率逐渐降低。本研究中，景区土壤初渗率、稳渗率、平均渗透率和渗透总量变化范围分别为2.26～6.85 mm/min，1.78～5.12 mm/min，1.95～5.45 mm/min和48.62～86.83 ml/cm2。与非干扰区(CK)相比，轻度干扰(LD)、中度干扰(MD)和重度干扰区(SD)土壤初渗率分别显著降低16.06%，38.39%和67.01%(p<0.05)，稳渗率分别显著降低20.90%，44.14%和65.23%(p<0.05)，平均渗透率分别显著降低16.88%，42.94%和64.22%(p<0.05)，渗透总量分别降低16.68%，32.56%和44.01%(p<0.05)。由此说明，旅游干扰会显著降低土壤渗透调节能力。

图3 旅游干扰对大风堡原始森林景区土壤渗透能力的影响

3 讨 论

枯落物层是森林生态系统发挥水文调节效应的主要活动层，枯落物蓄积量与林型、林龄、林分密度、人为活动、分解速度及光温水肥等外界环境条件密切相关[14]。本研究中，景区枯落物厚度和蓄积量均随着旅游干扰强度的增强而逐渐降低，且半分解层下降幅度明显高于未分解层。本结果与刘小兰等[18]对九寨沟冷杉林和李学斌等[19]对荒漠草原的结果较为一致，其原因主要包括： ①旅游干扰会显著降低景区植被数量及多样性[10]，进而造成枯落物减少； ②旅游干扰会显著降低土壤养分含量[10]，造成植被生长受抑，枯落物生物量减少； ③旅游干扰时常会将部分凋落物带出森林系统，造成枯落物蓄积量减少。而旅游干扰造成枯落物半分解层下降幅度明显高于未分解层的根本原因是枯落物分解速率的降低，主要由两方面因素造成：一方面，微生物是枯落物分解和养分转化的主要参与者，而旅游干扰会显著降低土壤微生物数量和群落多样性，从而造成枯落物分解速率降低[20-21]；另一方面，水分对枯落物分解具有明显的促进作用[20]，旅游干扰导致的土壤持水量降低也是造成枯落物分解速率降低的主要原因之一。

枯落物蓄水能力由枯落物质地、组成、分解程度、厚度、蓄积量等因素决定[22]。张建利等[5]研究表明，随着干扰强度的增强，杜鹃林枯落物持水能力逐渐降低，且分解越彻底持水量越高；宫殷婷等[6]研究表明，不同林分的枯落物总蓄积量和总持水量存在差异，华北落叶松林枯落物总蓄积量和总持水量均最大，而黑桦枯落物总蓄积量和白杄林枯落物总持水量分别达到最低；刘凯等[14]研究表明，高寒区白桦林林分密度为900株/hm2时，枯落物厚度、蓄积量、最大持水量及有效拦蓄量均达到最大，水源涵养效果最佳。本研究结果表明，随着旅游干扰强度的增强，枯落物最大持水率、最大拦蓄率、有效拦蓄率及最大持水量、最大拦蓄量、有效拦蓄量均逐渐降低，且半分解层最大持水量、最大拦蓄量、有效拦蓄量明显高于未分解层。本研究结果与张建利等[5]、宫殷婷等[6]和刘凯等[14]研究结果较为一致，其原因主要包括： ①旅游干扰会显著降低植被多样性、降低枯落物多样性，造成枯落物质地和组成差异[10]，可能导致最大持水率和自然含水率差异下降，进而降低最大拦蓄率和有效拦蓄率； ②旅游干扰引起的土壤微生物数量、多样性和土壤持水量降低导致的枯落物分解程度差异也可能是引起最大持水率、最大拦蓄率和有效拦蓄率下降的原因之一[20-21]； ③旅游干扰导致的枯落物蓄积量下降，尤其是半分解层蓄积量下降也是导致最大持水量、最大拦蓄量、有效拦蓄量下降的主要原因。

容重和孔隙度是表征土壤松紧度和贮水能力的重要指标[23]。本研究中，随着旅游干扰强度的增强，景区土壤容重逐渐升高，总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量及非毛管持水量则均逐渐降低。本结果与刘小兰等[18]对九寨沟冷杉林土壤及尤誉杰等[23]对天然次生灌丛土壤研究结果一致，其原因主要包括3个方面： ①旅游车辆碾压、人为踩踏等干扰对土壤表层结构造成破坏，导致土壤压实、孔隙度降低，从而降低土壤持水能力[18]； ②旅游干扰造成的枯落物蓄积量降低[18]，导致截流降水能力、发生地表径流，造成土壤表层结构破坏，降低持水能力[4-5]； ③旅游干扰导致的土壤有机碳含量降低会进一步破坏土壤团粒结构[24]，进一步对景区土壤造成破坏，降低土壤持水能力。

土壤渗透能力主要由容重和孔隙度决定，入渗特征与孔隙度成正相关，而与容重则呈反相关[25]。本研究中，随着旅游干扰强度的增强，景区土壤初渗率、稳渗率、平均渗透率和渗透总量均逐渐降低。旅游干扰导致的土壤表层枯落物蓄积量及分解程度降低、土壤容重加大、孔隙度降低是导致土壤渗透性能降低的主要原因；此外，人为踩踏及土壤有机碳含量降低导致的土壤团粒结构破坏也是造成土壤渗透性能下降的关键成因。

4 结 论

旅游干扰会显著降低景区水文条件功能，原因主要包括两个方面： ①旅游干扰会明显降低黄水国家森林公园大风堡原始森林景区枯落物厚度、蓄积量和蓄水能力，且下降幅度随旅游干扰强度增强而逐渐增大，其中，半分解层枯落物受影响程度明显高于未分解层； ②随着旅游干扰强度的增强，大风堡原始森林景区土壤容重逐渐增加，孔隙度、蓄水能力及渗透能力均逐渐降低。