旅游擾動對草原植被及土壤的影響

王雪超，劉艷萍，高永，劉吉德，楊鋒

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；2.水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

隨著國民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，草原旅游業(yè)得到迅速發(fā)展。草原旅游業(yè)依賴于草原和草原生態(tài)環(huán)境，是一種新的旅游類型及草地利用方式[1]。草原生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要、分布最廣泛的組成部分，占我國國土面積的2/5[2-3]。內(nèi)蒙古草原總面積近0.87億hm2，不僅是我國最重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，還具有獨(dú)特的人文、自然和社會景觀[4-5]，同時對全球氣候變化也有一定影響[6]。草原旅游業(yè)的發(fā)展對草原生態(tài)環(huán)境有強(qiáng)烈的依賴性，探究旅游擾動對環(huán)境造成的影響，已經(jīng)成為生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)及旅游管理學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。發(fā)展旅游業(yè)應(yīng)在資源環(huán)境和經(jīng)濟(jì)利益中尋找平衡點(diǎn)，保證旅游擾動強(qiáng)度在草原生態(tài)系統(tǒng)可調(diào)節(jié)能力范圍內(nèi)。最早開始研究旅游擾動對環(huán)境產(chǎn)生不良影響的是國外學(xué)者，在20世紀(jì)20年代對加州紅杉公園進(jìn)行了研究[7]，而我國是在20世紀(jì)90年代才開始研究旅游擾動對植被及土壤的影響，但主要的研究內(nèi)容是土壤的物理性質(zhì)[8-10]。還有許多學(xué)者以不同的景區(qū)為例，研究旅游擾動對植被及土壤造成的影響[11-14]。希拉穆仁草原旅游旺季為每年的7月到10月初，旅游對草地的主要擾動是以人類踩踏與汽車碾壓為主，人類活動基本是沿道路及道路兩側(cè)向外輻射。土壤是地球表層重要的組成成分，土壤質(zhì)量下降會引起草地生產(chǎn)力下降、草地覆蓋度下降等一系列生態(tài)問題。基于此，本研究以希拉穆仁草原為例，探究旅游擾動對草原旅游區(qū)植被及土壤的影響，為旅游區(qū)的管理、保護(hù)提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古高原中部地帶達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗東南部希拉穆仁草原旅游區(qū)(E 111°13′39″，N 41°21′1″)，該區(qū)域?yàn)榈蜕角鹆陞^(qū)，地形低緩起伏，平均海拔1 600 m。氣候類型為中溫帶半干旱大陸性氣候，平均降水量279.40 mm，降水主要集中在7～9月。年平均風(fēng)速4.50 m/s，年大風(fēng)日數(shù)63 d，風(fēng)沙天氣主要集中在春冬兩季，風(fēng)向以西北風(fēng)和北風(fēng)為主。地帶性植被建群種植物為克氏針茅(Stipakrylovil)，其他植物種有阿爾泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)、蒙古韭(Alliummongolicum)、銀灰旋花(Convoloulusammannii)、糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)、冷蒿(Artemisiafrigida)、羊草(Leymuschinensis)、扁蓿豆(Medicagoruthenica)、黃芪(Astragalusmongholicus)等多年生旱生草本植物。

1.2 研究方法

通過現(xiàn)場走訪及踏查，依據(jù)游客在旅游區(qū)內(nèi)涉足范圍和活動頻率，根據(jù)距離旅游道路的遠(yuǎn)近，以旅游景點(diǎn)為中心，以100 m為內(nèi)徑、200 m為外徑向外輻射成圓環(huán)，在圓環(huán)內(nèi)選擇一條旅游主道路，在內(nèi)環(huán)和外環(huán)內(nèi)沿旅游道路垂直方向?qū)⒙糜胃蓴_劃分為以下幾個等級：重度干擾區(qū)(High disturbance)，緊挨旅游道路，距離道路0～20 m，有明顯的活動足跡，污染物較多；中度干擾區(qū)(Moderate disturbance)，距離旅游道路較近，距離線路30～50 m，有少量旅游活動足跡，污染物較少；輕度干擾區(qū)(Light disturbance)，遠(yuǎn)離旅游線路，距離線路60～80 m，偶有游人進(jìn)入，污染物極少。對照區(qū)(Non-disturbance，CK)，設(shè)置在超出道路200 m半徑、超過旅游線路80 m，幾乎沒有游人活動的區(qū)域。在不同旅游干擾等級劃分區(qū)內(nèi)設(shè)置5 m×5 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地，每個標(biāo)準(zhǔn)樣地設(shè)置3個重復(fù)樣地，在每個樣地內(nèi)隨機(jī)布設(shè)5個點(diǎn)，用環(huán)刀法取表層土測定土壤容重及含水量，再分別取500 g 0～10 cm土層土樣，將土樣混合均勻后，用四分法取1 kg裝入密封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室測定養(yǎng)分指標(biāo)。在5 m×5 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)按照“S”型設(shè)定3個1 m×1 m的樣方，3次重復(fù)，調(diào)查植物群落組成、植物高度、頻度以及蓋度。采用“收獲法”齊地面刈割地上植物，測定生物量。稱得植物鮮重后放置于烘箱，將烘箱調(diào)至75 ℃烘干，計算植物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)[13]。

Patrick豐富度指數(shù)：

Pa=S

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：

H=-∑PilnPi

Pielou均勻度指數(shù)：

Jp=-∑PilnPi/lnS

式中：Pa為豐富度指數(shù)；S為樣方內(nèi)物種數(shù)目；H為多樣性指數(shù)；Pi為樣方內(nèi)物種的相對重要值(相對蓋度+相對高度+相對多度)/3。

土壤含水量采用烘干法；土壤容重采用環(huán)刀法；土壤全氮采用半微量凱氏定氮法；土壤全磷采用酸溶—鉬銻抗比色法；土壤全鉀采用氫氟酸—高氯酸消煮法；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法測定。

圖1 研究樣地取樣示意圖

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)使用Excel 2010與SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計及分析，對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)及相關(guān)性分析，并使用Origin 2017繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 旅游干擾對旅游區(qū)植物物種多樣性的影響

7個樣地中植物優(yōu)勢種變化不顯著，優(yōu)勢植物以克氏針茅為主。通過對7個樣地各樣方植被的豐富度、均勻度、多樣性及地上生物量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，7個樣地間的豐富度差異不顯著(P>0.05)。樣地2重及CK的均勻度與其他樣地間存在顯著差異(P<0.05)。樣地2中、2重及CK的多樣性與其他樣地間存在顯著差異(P<0.05)。樣地1中與1輕，2輕與2重的地上生物量之間差異不顯著(P>0.05)。旅游干擾對草地地上生物量影響較大，表現(xiàn)為200 m>100 m，CK>輕度>中度>重度的趨勢(表1)。

表1 不同旅游干擾草地植物物種多樣性特征

2.2 旅游干擾對保護(hù)區(qū)土壤性質(zhì)的影響

2.2.1 對土壤物理性質(zhì)的影響 樣地間的土壤含水量均表現(xiàn)出不同程度上的差異，每個樣地的含水量均隨干擾強(qiáng)度的加重而降低(圖2)。樣地CK含水量最高，樣地1重含水量最低，且樣地1重含水量與其他樣地相比差異顯著(P<0.05)；樣地1輕、2輕、2中、CK間差異不顯著(P>0.05)，含水量變化整體趨勢為CK>重度干擾>中度干擾>輕度干擾，200 m>100 m(圖2)。

圖2 不同等級旅游擾動下土壤含水量

兩樣地間的土壤容重變化不顯著(圖3)，但基本上呈現(xiàn)為CK<輕度干擾區(qū)<中度干擾區(qū)<重度干擾區(qū)的趨勢。樣地1重土壤容重最大，為1.62 g/cm3，樣地CK土壤容重最低，為1.46 g/cm3。且樣地CK與其他樣地間存在顯著差異(P<0.05)，而樣地1中與1重、2中與2重間差異不顯著(P>0.05)(圖3)。

圖3 不同等級旅游擾動下土壤容重

樣地間的土壤緊實(shí)度均表現(xiàn)出不同程度上的差異，每個樣地緊實(shí)度均隨著干擾強(qiáng)度的加大而升高(圖4)。樣地CK緊實(shí)度最低，為254.73 kPa；樣地1重緊實(shí)度最高，為418.47 kPa。且樣地CK、1輕、1中差異不顯著(P>0.05)。

圖4 不同等級旅游擾動下土壤緊實(shí)度

2.2.2 對土壤養(yǎng)分的影響 全效氮含量在0.146%～0.094%，樣地1輕最高，為0.146%，樣地1重最低，為0.094%，且與其他樣地表現(xiàn)為差異顯著(P<0.05)(表2)；全效鉀在2.467～1.867%，樣地CK最高，為2.467%，樣地1重最低為1.867%。且樣地1重與2重間差異不顯著(P>0.05)，與其他樣地間表現(xiàn)為差異顯著(P<0.05)；全效磷在0.124%～0.075%，樣地CK最高，為0.124%，樣地1重最低，為0.075%，且樣地1重與其他樣地相比表現(xiàn)為差異顯著(P<0.05)；有機(jī)質(zhì)含量在25.933～13.873 g/kg，樣地CK最高為25.933 g/kg，樣地1重最低，為13.873 g/kg，且樣地1重與其他樣地相比表現(xiàn)為差異顯著(P<0.05)。綜上可知，試驗(yàn)區(qū)4項(xiàng)指標(biāo)變化趨勢為隨著擾動等級提高而逐漸降低。

表2 不同樣地土壤化學(xué)性質(zhì)比較

2.3 群落特征與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析

緊實(shí)度與含水量、全效鉀呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P>0.01)，含水量和全效鉀、全效磷、有機(jī)質(zhì)含量、豐富度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，全效磷和全效鉀、有機(jī)質(zhì)含量、豐富度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，全效氮和有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，地上生物量和均勻度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，緊實(shí)度和全效氮、全效磷、有機(jī)質(zhì)含量、豐富度、地上生物量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，含水量和全效氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，緊實(shí)度和全效鉀含量、豐富度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，全效鉀含量和有機(jī)質(zhì)含量、豐富度、地上生物量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)(表3)。

表3 草地植物群落特征和土壤因子間相關(guān)性分析

3 討論

物種多樣性是植物功能和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性度量的定量指標(biāo)，象征著生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。在呼倫貝爾草原，旅游干擾使得植物豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、多樣性指數(shù)顯著降低(P<0.05)[16]。在北方草地公園，旅游干擾使得植物豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、多樣性指數(shù)在不同程度上降低[17]。本研究對希拉穆仁草原植被群落多樣性研究發(fā)現(xiàn)，旅游干擾降低了植物豐富度指數(shù)，這與上述研究結(jié)果一致。而均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)在重度干擾區(qū)有不同程度的提升，可能是土壤被人類踐踏及車輛碾壓使得土壤緊實(shí)度和容重增加，土壤孔隙度減小，含水量顯著下降，有機(jī)質(zhì)含量降低[18-19]，使得原生植被受到踩踏或碾壓，遭受破壞。新生植物也由于土壤水分、養(yǎng)分等不充足無法生長，只能成活一些低矮的小型草本植物，從而該區(qū)域物種多樣性得到了提升，而地上生物量卻遠(yuǎn)低于其他區(qū)域。

土壤養(yǎng)分含量不僅可以反映土壤中養(yǎng)分的儲量，還能使土壤中有效養(yǎng)分的供應(yīng)能力受到影響[20]。秦遠(yuǎn)好等[21]研究表明旅游干擾僅會降低土壤氮含量，而土壤中鉀和磷含量則無明顯變化。鞏劼等[22]研究表明隨著旅游干擾強(qiáng)度的增加，土壤全磷、全氮含量逐漸減少，而全鉀含量逐漸增加。本研究結(jié)論與上述結(jié)果不同，本研究土壤中全氮、全磷、全鉀含量均呈現(xiàn)遞減趨勢，其原因可能是由于該旅游區(qū)人類踩踏及車輛碾壓已形成明顯的道路，兩種情況的道路上基本沒有植物生存，使其環(huán)境十分不利于養(yǎng)分的積累，且該旅游區(qū)存在放牧情況，家畜既有踩踏也有采食和排泄等行為，因此探究草原養(yǎng)分的影響較為復(fù)雜。

4 結(jié)論

旅游干擾會不同程度降低植物豐富度和地上生物量，而多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)會提高。隨著旅游干擾強(qiáng)度增加，土壤容重、緊實(shí)度會逐漸增加，含水量逐漸降低；土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量也呈遞減趨勢。土壤含水量與緊實(shí)度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與全效鉀、全效磷、有機(jī)質(zhì)、豐富度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。