旅游踩踏对五台山土壤微生物数量及微生物量的影响

　　随着旅游业在全球范围内的迅速发展，其对生态环境所造成的破坏越来越严重，引起了人们的高度重视，有关旅游对生态环境的影响研究已成为当今环境与旅游发展的重点之一。

　　近年来，由于旅游活动的迅猛增加，旅游踩踏量的剧增，使旅游地的压力和磨损加剧，从而致使大量植被死亡，造成土壤表面板结，形成裸露地带等严重后果，长期如此将造成生态系统失调。土壤微生物是土壤有机质中最活跃和最易变化的部分，是活的土壤有机质成分。土壤中的细菌、真菌、放线菌等不仅参与土壤有机质的分解和矿化，促进土壤养分循环，提高土壤养分的有效性，并且其代谢物也是植物的营养成分。微生物量碳、氮是土壤碳素和氮素养分转化和循环研究中的主要参数，它们很直观地反映了土壤微生物和肥力状况作为评价土壤生态环境质量的主要指标。土壤微生物是生物多样性与生态平衡的一个重要方面，土壤微生物的平衡发展也是预防植物病害发生的基础。国内外对旅游干扰引起的土壤生物化学的改变包括土壤微生物方面的研究相对较少。在国内，谭周进等以张家界国家森林公园为研究区，从微观生物学的角度研究了旅游活动对土壤酶及微生物作用强度的影响和旅游踩踏对土壤微生物量碳、氮、磷的影响，结果表明，旅游伴生的放牧行为已经对张家界景区土壤微生物区系、微生物活度及土壤酶活性造成了明显的影响，破坏了土壤微生物的多样性和土壤生物活性；旅游踩踏对张家界森林公园微生物数量及微生物量也产生了显着影响。杨海君等研究发现，张家界土壤酶和土壤微生物的分布特点呈现背景区最高、活动区最低、缓冲区居中的变化趋势。因此，研究旅游活动对土壤微生物数量及微生物量的影响非常必要。

　　本试验以五台山山地草甸土壤为研究对象，以土壤类型、海拔高度及踩踏程度等基本因素大体一致的地点为研究区，研究了旅游踩踏对土壤微生物数量及微生物量的影响，旨在为五台山旅游资源的开发、保护和管理提供科学依据，进而防止五台山山地草甸退化。

　　1 材料和方法

　　1.1 研究区概况

　　五台山位于山西省东北部，隶属忻州市五台县，与浙江普陀山、安徽九华山、四川峨眉山共称“中国佛教四大名山”，是我国佛教及旅游胜地，列我国十大避暑名山之首。五台山属太行山系的北端，跨忻州市五台县、繁峙县、代县、原平市、定襄县，在北纬 38°50′～39°05′、东经 113°29′～113°44′之间，五台山并非一座山，它是座落于“华北屋脊”之上的一系列山峰群，其中 5 座高峰，方圆达 250 km，总面积 592.88 km2。五台山最低处海拔仅 624 m，最高处海拔达 3 061.1 m，为华北最高峰，有“华北屋脊”之称。台顶雄旷，层峦叠嶂，峰岭交错，挺拔壮丽，大自然为其造就了许多独特的景观。五台山气候寒冷，又被称作“清凉山”。全年平均气温为 -4 ℃，7—8 月最热，分别为 9.5，8.5 ℃，1 月份最冷，平均气温-18.8 ℃。该区属暖温带大陆性季风气候，其特点是垂直分布较明显，夏短而凉爽，冬长而严寒，降雨量充沛，光照充足。山顶年均气温 -4.5 ℃，无霜期小于 70 d，年均降水量近 1 000 mm，是山西省降水最多的地区。

　　五台山自然植被以山地草甸为主，由草甸、草原、灌丛构成，是优良的天然夏季牧场。五台山植被覆盖较好，自然植被垂直结构较明显。五台山以丰富的旅游资源，不断扩大对避暑旅游、佛教文化旅游、休闲度假产品的建设力度，改善了核心景区的配套设施，尤其是 2010 年成功列入世界遗产名录，使其影响力迅速提升。随着旅游人次的增多，旅游活动对景区土壤环境的影响也越来越大。

　　1.2 供试材料

　　本研究主要探讨五台山东台海拔为 2 500～2 700 m 的亚高山草甸土壤，主要植物种类有嵩草、苔草、珠芽寥、短颖鹅冠草、零零香、地榆、兰花棘豆、金莲花、高山蒲公英、马先蒿等，形成了密集低矮多年生草本植物群落，受气候寒冷湿润、风大、日照充裕等环境影响，使得草丛矮化、根系密集、草皮坚实并富有弹性，耐践踏。

　　由于五台山风景区台顶旅游道路的设计与游客徒步旅游的道路不一致，同时经常有大量的景区管理车辆上山，导致台顶上山道路空气污染严重，而且管理车车速较快，灰尘较多，导致大多数徒步游客选择了“旅游小径”。“旅游小径”的出现破坏了五台山亚高山草甸的景观格局，不仅有大量的游客垃圾产生，同时也使得草甸草坪退化，更为严重的是极度退化区出现裸露土地，水土流失现象严重。

　　1.3 试验方法

　　2013 年 8 月于五台山鸿门岩通往东台台顶的“旅游小径”上，选取具有代表性的地段，分别在 3个不同的海拔高度（2 700，2 650，2 500 m），根据小路两旁草甸的破坏程度将采集的土样分为：踩踏严重区（人为踩踏作用下，草甸植被严重破坏，地表裸露，水土流失严重）；踩踏轻微区（人为踩踏较轻，草甸植被部分破坏，地表部分裸露）；无踩踏区（地表草甸植被生长旺盛，人未踏及，或者植被自然恢复能力大于人为干扰），将其作为对照区。

　　每个试验区分别取 0～20，20～40 cm 的土壤，将取土工具在采样点旁土壤中擦拭数次，除去土壤表面的枯叶，铲除表面 1 cm 左右的表土，以避免土样与地面微生物混杂。采用 5 点取样法用铁钻采取，点燃随带的酒精灯按无菌操作进行。在试验区的纵向中线处按横向每隔 50 m 左右为一个点共设5 个采样点，每个点每一层取 500 g 左右的土壤，然后将 5 个点同一层次的土壤进行混匀，用自封袋当日带回置于 4 ℃冰箱备用，第 2 天进行微生物数量及微生物量的测定；同时取土壤在 105～110 ℃下烘干至恒质量，测定土壤水分含量。试验数据均为3 个不同海拔高度下的平均值。

　　1.4 测定项目及方法

　　土壤微生物数量采用稀释平板法测定。其中，细菌采取牛肉膏蛋白胨培养基；放线菌为高氏一号培养基；真菌采取马铃薯 PDA 培养基。每一个处理设 3 个重复，在 28～30 ℃下培养并观察结果。

　　微生物量 C，N 的测定采用 Joergensen 等和Vance 等的氯仿熏蒸 -K2SO4浸提法，浸提中的微生物量 C 采用重铬酸钾氧化法 - 分光光度法，在585 nm 比色，同时另外取未熏蒸的土壤按上述方法提取测定 C 和 N，微生物量 C 为二者之差除以转换系数 0.38；微生物量 N 采用紫外分光光度计于280 nm 比色，熏蒸土与未熏蒸土之差除以转换系数0.54，即为微生物量 N。

　　1.5 数据处理

　　试验数据采用 Excel 2003 和 DPS 2005 软件进行分析。

　　2 结果与分析

　　2.1 旅游踩踏对五台山东台山地草甸土壤微生物数量的影响

　　土壤微生物数量是土壤活性养分的储存库，是植物生长可利用养分的重要来源，它的大小反映了参与调控土壤中能量和养分循环以及有机物质转化的微生物数量。由表 1 可知，旅游活动显着影响了 0～20 cm 土层的细菌、放线菌、真菌以及三者的总数，踩踏严重区和轻微区土壤中的细菌、真菌、放线菌及其总数与无踩踏区之间差异均显着，表现为：无踩踏区＞轻微区＞严重区，这与谭周进等和杨海君等研究张家界公园土壤微生物的结果一致。

　　20～40 cm 土层的踩踏严重区细菌、真菌及其总数与无踩踏区之间差异显着，且均低于无踩踏区，而这个层次的放线菌基本没有受到旅游活动的影响；踩踏轻微区的各个菌与无踩踏区之间无显着差异，但均低于无踩踏区。土壤中的 3 类微生物数量均表现为随着土层深度的增加而减少，这与一般耕作熟化土壤中微生物数量的特性相一致。【表1】

　　
　　2.2 旅游踩踏对五台山东台山地草甸土壤微生物量碳的影响

　　土壤微生物量碳可反映土壤养分有效性和生物活性，在很大程度上反映土壤微生物数量，对土壤扰动非常敏感，和土壤肥力、土壤健康有十分密切的关系。此外，土壤微生物量碳是土壤有机碳的灵敏指示因子。

　　由图 1 可知，踩踏对五台山山地草甸土壤中微生物量碳有显着影响。在 0～20 cm 土层中，踩踏严重区和轻微区土壤微生物量碳分别比无踩踏区降低了 62.3%，48.2%，而严重区土壤微生物量碳比轻微区降低了 27.2%，且 3 个试验区的差异均达显着水平（P＜0.05），表明随着踩踏程度的增加，土壤微生物量碳明显下降；在 20～40 cm 土层中，严重区和轻微区土壤微生物量碳分别比无踩踏区降低了43%，31.9%。从对 2 个土层微生物量碳的影响水平来看，微生物量碳在 0～20 cm 土层受到踩踏的影响最为明显，在 20～40 cm 土层受到的影响较轻。

　　土壤微生物量碳在 2 个土层的表现为随着土层的加深，微生物量碳减少，这与稻田土壤微生物量碳的变化规律相一致。【图1】

　
　　2.3 旅游踩踏对五台山东台山地草甸土壤微生物量氮的影响

　　土壤微生物量氮是指土壤中所有活微生物体内所有氮的总量，主要成分包括蛋白质、多肽、氨基酸和核酸等，这些含氮化合物易分解，有些可以被植物直接吸收利用。土壤微生物量氮是土壤氮素的主要储备库，在土壤氮素循环与转化进程及植物氮素养分循环中起着非常重要的调节作用。研究土壤微生物量氮的动态变化，对于揭示土壤氮素养分变化具有十分重要的意义。从图 2 可以看出，在 0～20 cm 土层中，旅游活动对土壤微生物量氮的影响与对土壤微生物量碳的影响大体相似，且旅游活动对 3 个试验区的影响差异均显着（P＜0.05），表现为：无踩踏区＞轻微区＞严重区；在 20～40 cm 土层中，严重区的微生物量氮与轻微区、无踩踏区之间差异均显着，严重区的微生物量氮比无踩踏区降低了 54.6%，轻微区的微生物量氮比无踩踏区的微生物量氮低，但这 2 个试验区间差异不显着（P＞0.05）。从对 2 个土层的影响程度看，0～20 cm 土层的微生物量氮受到旅游活动的影响最显着，20～40 cm 土层的微生物量氮受到旅游活动的影响较小。2 个土层的微生物量氮均表现为随土层深度的增加而减小，这也与稻田土壤微生物量氮的变化规律相一致。【图2】

　　
　　3 讨论

　　在五台山 5 个台当中，东台风景优美，交通便利易到达，旅游人数相对较多。本研究结果表明，旅游活动显着影响了东台山地草甸土壤微生物的数量及微生物量碳、氮。其原因可能是由于五台山植被为典型的山地草甸植被，虽然草皮坚实并富有弹性耐踩踏，但是大量的人为踩踏就有可能破坏草甸植被的正常生长，植被的自我恢复能力和缓冲能力下降，尤其是在踩踏严重区，水土流失严重，草甸植被几乎不能正常生长，影响了土壤的结构，造成土壤压实。土壤压实一方面影响了土壤的理化性质，造成土壤容重变大，硬度变大，草甸植被根系不活跃，微生物区系不活跃，碳、氮以及营养元素的矿化作用下降，导致有机质活性下降，土壤肥力下降。另一方面土壤压实造成草甸植被破坏，进而影响植被的光合作用能力下降，根系中的碳含量减少。压实使得土壤孔隙度减少，通气性较差，土壤和植被根系缺水缺氧，导致土壤和植物中的氮在厌氧条件下发生严重的反硝化作用，土壤供氮能力下降，造成植物营养元素氮缺少，微生物量氮减少，给景区植物的生长造成严重影响，同时为某些植物病害的发生提供了一定的基础。

　　4 结论

　　旅游踩踏已对五台山山地草甸土壤产生了很大的影响。本研究结果表明，旅游活动显着影响了0～20 cm 土层的细菌、放线菌、真菌以及三者的总数，严重区和轻微区土壤中的细菌、真菌、放线菌及其总数与无踩踏区之间均达显着差异，表现为：无踩踏区＞轻微区＞严重区；旅游活动对 20～40 cm土层的细菌、真菌的影响较小，而旅游活动对这个层次的放线菌基本没有影响。踩踏对五台山山地草甸土壤中微生物量碳有显着影响，这与谭周进等在研究张家界森林公园的结果相一致。在 0～20，20～40 cm 土层中，3 个试验区的差异均达到显着水平（P＜0.05）；从对 2 个土层的影响程度看，0～20 cm 土层的微生物量碳受到的影响最严重，20～40 cm 土层的微生物量碳受到的影响较轻。在0～20 cm 土层中，旅游活动对土壤微生物量氮的影响与对土壤微生物量碳的影响大体相似，且旅游活动对 3 个试验区的土壤影响差异均显着 （P＜0.05），但在 20～40 cm 土层中，严重区的微生物量氮与轻微区、无踩踏区之间差异均显着（P＜0.05），但轻微区的微生物量氮与无踩踏区之间差异不显着（P＞0.05）。

　　显然，旅游活动对五台山山地草甸土壤微生物数量及微生物量碳、氮已产生了很大的影响，微生物数量及微生物量碳、氮的降低不仅影响了土壤中的物质循环和转化强度，给整个生态环境带来了较大的压力，而且还将影响着五台山草甸植被的多样性、生态系统的稳定性及其生产力。土壤微生物多样性指标与生态系统抵御外界干扰能力紧密相关，这提醒有关部门除了要考虑方便游客、增加地方财政收入外，同时还应考虑如何能够有效避免大范围的游人活动对景区造成的生态破坏。因此，必须采取有效措施来防止五台山东台草甸土壤微生物活动的进一步恶化，相关部门应制定合理的计划来修复和维护旅游活动对五台山生态系统造成的破坏，对防止五台山草甸植被的退化、促进风景区旅游业的健康发展具有一定的现实意义。

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