旅游踩踏對雞冠山森林公園土壤微生物數量及酶活性的影響

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不同海拔、不同試驗區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、放線菌的數量大致呈增加趨勢；與之相反，病原指示菌大腸桿菌的數量呈遞減趨勢。在同一海拔下，游客旅游踩踏行為從無人區、緩沖區至密集區逐漸增加，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表現出明顯的相關性。人為活動的增加可影響環境中的微生物數量與土壤酶活性，還可為環境帶來病原菌。有必要進一步規范和規劃游客活動過程，減少旅游活動對環境特別是微生態環境的影響，實現真正意義的生態旅游。

關鍵詞：旅游踩踏；土壤微生物；土壤酶；雞冠山；生態旅游

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，主要從事林業生態等研究。E-mail：panxin@cdut.cn。生態旅游資源的脆弱性與不可再生性使其極易受外界干擾，且一經破壞便難以恢復。在以可持續發展為理念、保護生態環境為前提、統籌人與自然和諧發展為準則的前提下，以自然環境為基礎的生態旅游在如今生態環境日益惡劣的情況下愈發受到大眾關注。

土壤微生物在“土壤-土壤微生物-植物”這一生態系統中扮演著重要角色。土壤微生物通過分解動植物殘體而參與森林生態系統的能量流動和物質循環，對土壤養分、土壤結構、土壤穩定性、植被生態恢復產生重要影響，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系統的組分之一，是生態系統的生物催化劑，在土壤與物質循環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的自然界物質循環，既是土壤有機物轉化的執行者，又是植物營養元素的活性庫[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生了嚴重影響[7-9]，旅游活動中的游客踩踏對土壤生態環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。

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

1材料與方法

1.1研究區概況

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，根據游客登山線路，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（離游道1.5～2.5 m處）、緩沖區（離游道邊50～80 m處）、無人區（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 ℃冰箱中保存備用。

1.2.2培養基細菌培養采用牛肉膏蛋白胨培養基：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。

真菌培養采用PDA培養基：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，置于高壓蒸汽滅菌器內于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，每個體積分數重復3次。細菌、大腸桿菌于37 ℃下培養16～24 h；真菌于28 ℃下培養3～5 d；放線菌于28 ℃下培養5～7 d。培養完成后對其進行觀察、拍照、計數。

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軟件對所得數據進行整理與統計，在此基礎上利用SPSS統計軟件對數據進行相關性分析。

2結果與分析

2.1旅游踩踏對土壤中微生物數量的影響

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

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

表1海拔及試驗區與土壤微生物數量之間的Pearson相關系數

相關因子微生物總數細菌真菌放線菌大腸桿菌海拔0.4070.4100.007**0.1570.045*試驗區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土壤微生物的數量最高，達到了10.44×105 CFU/g；海拔1 880 m土壤微生物的總數量為4.36×105 CFU/g；而海拔1 712 m土壤微生物的總數有少量增加，其數量為3.77×105 CFU/g。

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

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

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

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

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

2.2旅游踩踏對土壤中酶活性的影響

土壤酶在生態系統中具有重要地位，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的自然界物質循環，是土壤新陳代謝的重要因素[18-19]。對不同海拔、不同試驗區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海拔及試驗區與土壤酶活性之間的Pearson相關系數

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生生物化學氧化反應而產生的，其積累會對生物和土壤產生毒害作用，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），且與不同試驗區顯著相關（P<0.05）。

2.2.2纖維素酶纖維素酶是碳素循環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。在不同區域中，密集區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。研究區淀粉酶的活性與海拔顯著相關（P<0.05），但試驗區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量上，細菌占絕對優勢，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，細菌、真菌、放線菌的數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。高海拔地區地勢更加陡峭，旅游者數量更少，對土壤的踩踏程度更輕；另外，高海拔地區植被群落更豐富，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、放線菌數量均由無人區、緩沖區至密集區逐漸減少，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分，導致微生物活性降低、數量下降[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。由于密集區旅游人數眾多，人為活動增加，踩踏所帶的病原指示菌逐漸增強；而緩沖區至無人區地段人跡罕至，踩踏所帶的大腸桿菌數量逐漸變少。大腸桿菌數量隨海拔的升高呈降低趨勢，各海拔下均表現為密集區>緩沖區>無人區。

土壤微生物多樣性代表著微生物群落的穩定性，對植物生長發育、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揮著巨大職能[23-26]。旅游者在旅游過程中產生的游覽痕跡對于土壤三大類微生物數量的影響，將導致土壤微生物區系的改變，從而使植物種群減少、生態環境被破壞。須進一步規范和規劃游客活動過程，減少旅游活動對環境特別是微生態環境的影響，實現真正意義的生態旅游。

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