旅游干擾對九寨溝冷杉林下枯落物及其土壤水文功能的影響

劉小蘭

(四川省綿陽職業技術學院, 四川 綿陽 621000)

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旅游干擾對九寨溝冷杉林下枯落物及其土壤水文功能的影響

劉小蘭

(四川省綿陽職業技術學院, 四川 綿陽 621000)

在野外調查和室內分析的基礎上，研究了旅游干擾對九寨溝冷杉林下枯落物及其土壤水文功能的影響。結果表明：旅游干擾顯著降低了九寨溝冷杉林下枯落物厚度、單位面積最大持水量、最大持水率、自然持水率、有效攔蓄率和有效攔蓄量(p<0.05)，與未干擾區相比較，干擾區枯落物厚度、單位面積最大持水量、最大持水率、自然持水率、有效攔蓄率和有效攔蓄量分別降低了40.48%，29.68%，25.21%，49.96%，38.92%和34.29%；旅游干擾下土壤容重顯著增加，總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度減小，土壤持水能力急劇下降；與未干擾區比較，干擾區土壤最大持水率、單位面積最大持水量、有效持水量和土壤含水量分別下降了9.11%，0.34%，12.91%和8.25%，雨季前期含水量、飽和含水量和有效調蓄水空間下降了41.59%，56.01%和44.50%，相同土層基本呈現未干擾區>干擾區，二者的差距隨土層深度的增加而逐漸減小或趨于消失，30 cm土層以下，干擾區土壤—水文指標基本與對照達到一致，由此表明旅游干擾嚴重破壞了土壤水文調蓄功能，而破壞作用主要集中在0—30 cm土層。相關性分析表明，土壤滲透性能與總孔隙度和非毛管孔隙度均為極顯著正相關關系(p<0.01)。

旅游干擾; 九寨溝; 枯落物; 土壤; 水文功能

森林通過林冠層、灌草層、枯枝落葉層和土壤層截持和貯存水源，發揮著森林生態系統特有的水文生態功能[1-3]。森林枯落物和土壤層持水特征是整個森林—植被水源涵養功能的重要方面，其水文效應是森林綜合功能的體現[1-3]，在涵養水源、凈化水質、截持降水、防止土壤濺蝕、阻延地表徑流、抑制土壤水分蒸發、增強土壤抗沖性能等方面具有重要意義。同時，森林枯落物及土壤層的水文功能是探討森林水文循環過程的基礎和前提[4-5]。

近年來基于自然資源的旅游活動(Nature-based Tourism)已成為世界范圍內最主要的旅游形式，迅猛發展的旅游業勢必會對生態環境產生一定的影響[6-9]。隨著人類干擾的加劇，旅游活動引起的生態學效應受到廣泛的重視，而這些旅游活動大多發生在生物多樣性豐富、生態環境良好的自然保護區和森林公園中[6-7]。由此可見，揭示旅游活動對生態環境的影響成為對生態系統有效保護的必要前提[6-9]。九寨溝已被列入世界自然遺產名錄，是我國第一批國家重點風景名勝區和國家級自然保護區，在水源涵養及水質凈化方面有著不可替代的作用[8,10-11]。20世紀80年代，九寨溝旅游活動迅速發展，游客人數呈指數增長趨勢，并且這種趨勢仍在延續，揭示旅游活動對九寨溝自然保護區生態環境造成的影響具有重要的意義。本文以九寨溝岷江冷杉(Abiesfargesiivar.Faxoniana)為研究對象，對其枯落物層和土壤層水文功能進行詳細研究，揭示該區森林枯落物層和土壤層水源涵養功能，并為其生態環境的保護及管理措施的制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于四川省阿壩州九寨溝縣境內的九寨溝自然保護區原始森林景點(103°46′—104°04′E，32°51′—33°19′N)，海拔3 060 m，溫和、降水適中的冷涼干燥的季風型氣候，年均氣溫7.1℃，最高溫度30.3℃，最低溫度-17.0℃，年降雨量696.6～957.5 mm，積雪期從10月至次年4月，長達8個月之久；植被為原始岷江冷杉林，平均胸徑37 cm，林下土壤為棕壤，腐殖質含量極高，林下灌木種類豐富但稀疏，主要有杜鵑(Rhododendronspp.)、薔薇(Rosaspp.)、金露梅(Potentillafruticosa)、細枝繡線菊(Spiraeamyrtilloides)等，草本植物總蓋度30%～45%，主要有東方草莓(Fragariaorientalis)、酢漿草(Oxaliscorniculata)、高原露珠草(Circaeaalpinasubsp.imaicola)、多種薹草(Carexspp.)和蕨類等；地表苔蘚植物發達，優勢種主要有大羽蘚(Thuidiumcymbifolium)、塔蘚(Hylocomiumsplendens)和錦絲蘚(Actinothuidiumhookeri)等。該區在20世紀90年代被開發為旅游觀光景點，90年代末修建了木質棧道，規范了觀光路徑，其所受旅游的干擾程度隨九寨溝旅游人數的增長而不斷增長；景點的旅游干擾包括游客踐踏、棧道修建與維護以及因游人集中產生的其他間接環境干擾等。原始森林景點是九寨溝內唯一可以近距離觀賞植被景觀的景點，并且被景區大力宣傳，80%～90%的游客會游覽這里，干擾強度較大[8]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設置 2013年9月初，分別選擇旅游干擾和未干擾(CK)的線路，在景點的核心地段，沿步行棧道機械布點法設置樣方，樣方緊貼棧道邊緣，各樣方間距5 m，同時，在距棧道30 m遠的基本未受干擾的區域與干擾樣方一一對應布設樣方，沿途各設30個樣方，樣方大小均為1 m×2 m，調查樣方內枯落物層厚度及蓄積量，并且按照0—10，10—20，20—30，30—40 cm機械分層取土樣。烘干法和浸水法測定土壤的自然含水量、土壤的容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度等各項指標，土壤入滲采用雙環刀法[9,12]。

1.2.2 土壤枯落物儲量和持水能力的測定 取回的枯落物自然狀態下稱重w1，然后將枯落物樣品自然狀態下裝入尼龍袋浸水24 h 后取出，靜放至無水滴滴下時稱重w2，于75℃下烘干至恒重，冷卻后稱重w3，計算枯落物儲量，自然持水率、最大持水率和最大持水量[13]。

1.2.3 枯落物有效攔蓄量的測定 通常采用有效攔蓄量來估算枯落物對降雨的實際攔蓄量，具體計算公式如下[12]：

P=0.85Rm-R0
M=(0.85Rm-R0)×W

式中：P——有效攔蓄率(%)；Rm——最大持水率(%)；R0——自然持水率(%)；M——有效攔蓄量(t/hm2)；W——枯落物儲量(t/hm2)。

1.2.4 土壤持水性能的測定[9,14]：

單位面積最大持水量(t/hm2)=10000(m2)×土壤總孔隙度(%)×土層厚度(m)

有效持水量(t/hm2)=10000(m2)×土壤非毛管孔隙度(%)×土層厚度(m)

1.3 數據處理

Excel 2003和SPSS 18.0數據分析，采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和最小顯著法(LSD)，Pearson相關性系數檢驗各指標的的相關性，Origin 8.6作圖。

2 結果與分析

2.1 旅游干擾對九寨溝冷杉林下枯落物儲量和持水性的影響

由圖1可知，旅游干擾對枯落物儲量和持水性的影響較為明顯，干擾區枯落物厚度、最大持水量、最大持水率、自然持水率、有效攔蓄率和有效攔蓄量均顯著低于未干擾區(p<0.05)，與未干擾區相比較，干擾區枯落物厚度、最大持水量、最大持水率、自然持水率、有效攔蓄率和有效攔蓄量分別降低了40.48%，29.68%，25.21%，49.96%，38.92%和34.29%。

注：不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。

2.2 旅游干擾對九寨溝冷杉林下土壤物理性質的影響

土壤容重、總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度是反映土壤物理性質的重要參數，它們直接影響著土壤持水和通氣性能，旅游干擾會引起土壤物理性質的差異，造成土壤持水能力的不同[9,14-16]。通過對干擾區和未干擾區土壤物理性質指標計算可知(圖2)，干擾區土壤容重、總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度變動范圍分別為0.95～1.45 g/cm3，44.3%～47.3%，25.1%～26.5%和20.13%～20.49%，未干擾區土壤容重、總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度變動范圍分別為0.86～1.10 g/cm3，51.6%～64.2%，31.1%～40.2%和21.05%～23.14%。干擾區土壤容重變動的趨勢隨著土層深度的增加而降低，土壤總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度隨土層深度的增加而增加，局部有所波動，未干擾區土壤容重隨著土層深度的增加呈先增加后降低趨勢，土壤總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度隨土層深度的增加而降低；同層相比，土壤容重呈現出干擾區>未干擾區，而土壤總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度卻呈現未干擾區>干擾區，并且二者的差距隨土層深度的增加而降低，30 cm土層以下，干擾區土壤容重、總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度基本與未干擾區達到一致。

2.3 旅游干擾對九寨溝冷杉林下土壤蓄水功能的影響

旅游干擾會引起土壤蓄水功能的改變，干擾區和未干擾區土壤蓄水指標具有有較大差異(表1)，干擾區土壤最大持水率、單位面積最大持水量、有效持水量和土壤含水量變動范圍分別為49.28%～61.74%，956.32～1 307.14 t/hm2，86.78～287.42 t/hm2和9.28%～12.07%，未干擾區土壤最大持水率、單位面積最大持水量、有效持水量和土壤含水量變動范圍分別為51.28%～63.45%，667.52～1 256.76 t/hm2，172.45～312.75 t/hm2和10.97%～12.38%。干擾區土壤最大持水率、有效持水量和土壤含水量顯著低于未干擾區(p<0.05)，單位面積最大持水量與未干擾區并沒有達到顯著差異水平(p>0.05)，與未干擾區相比，干擾區土壤最大持水率、單位面積最大持水量、有效持水量和土壤含水量分別下降了9.11%，0.34%，12.91%和8.25%；干擾區土壤最大持水率和土壤含水量隨土層深度的增加呈先增加后降低趨勢，單位面積最大持水量和有效持水量隨土層深度的增加呈“V”字型變化；未干擾區土壤最大持水率和土壤含水量隨土層深度的增加而降低，單位面積最大持水量和有效持水量隨土層深度的增加而增加，局部有所波動；同層相比，土壤最大持水率、單位面積最大持水量、有效持水量和土壤含水量基本呈現出未干擾區>干擾區，并且二者的差距隨土層深度的增加而降低，30 cm土層以下，干擾區土壤最大持水率、單位面積最大持水量、有效持水量和土壤含水量基本與未干擾區達到一致。

圖2 旅游干擾對九寨溝冷杉林下土壤物理性質的影響

表1 旅游干擾對九寨溝冷杉林下土壤蓄水功能的影響

2.4 旅游干擾對九寨溝冷杉林下土壤滲透性能的影響

土壤滲透性是表征土壤對降水和地表徑流的就地入滲和吸收能力，是土壤水文調節功能極為重要的特征參數之一，滲透率越大，土壤的水文調節能力越強[9,14]。表2為九寨溝土壤入滲能力與土壤孔隙狀況相關性分析結果，結果顯示土壤滲透性能與總孔隙度和非毛管孔隙度均為極顯著正相關關系，土壤初滲速率與總孔隙度相關系數(R2)為0.982(p<0.01)，非毛管孔隙度相關系數(R2)與0.994(p<0.01)，土壤穩滲速率與總孔隙度相關系數(R2)為0.965(p<0.01)，非毛管孔隙度相關系數(R2)與0.986(p<0.01)。其中，非毛管孔隙狀況對土壤滲透性的影響更為顯著。圖3為旅游干擾下土壤入滲能力測定結果，結果表明，

隨著土層深度的增加，土壤非毛管孔隙狀況迅速惡化，干擾區土壤入滲速率大幅度下降，土壤入滲速率變化范圍為0.35～1.10 mm/min，未干擾區土壤入滲速率變化范圍為2.25～2.54 mm/min，相同土層土壤入滲速率均表現為未干擾區>干擾區。

表2 土壤入滲速率與孔隙狀況的相關性

注：**相關性在0.01水平上顯著(雙尾)，*相關性在0.05水平上顯著(雙尾)。

圖3 旅游干擾對九寨溝冷杉林下土壤滲透性能的影響

2.5 旅游干擾對九寨溝冷杉林下土壤水文調節功能的影響

土壤水文調節功能與雨季前期土壤含水量密切相關，雨季前期土壤含水量的多少以及飽和持水量的大小決定了濕地土壤水調蓄空間，因此，飽和含水量與雨季前期土壤含水量差值是體現濕地土壤有效調蓄潛在能力的一個重要指標[9,14,17-18]。表3為九寨溝冷杉林下土壤雨季前期自然含水量和飽和含水量的測定結果以及二者差值所得土壤有效調蓄水空間。由表可知，干擾區雨季前期含水量、飽和含水量和有效調蓄水空間均顯著低于未干擾區(p<0.05)，其中雨季前期含水量、飽和含水量和有效調蓄水空間分別比未干擾下降了41.59%，56.01%和44.50%；干擾區雨季前期含水量、飽和含水量和有效調蓄水空間隨土層深度的增加而增加，局部有所波動，未干擾區雨季前期含水量、飽和含水量和有效調蓄水空間隨土層深度的增加而降低；同層相比，基本呈現出未干擾區>干擾區，并且二者的差距隨土層深度的增加而降低，30 cm土層以下，干擾區雨季前期含水量、飽和含水量和有效調蓄水空間基本與未干擾區達到一致；在未干擾區深層土壤有效調蓄水空間均小于0—30 cm土層，但在干擾區卻相反，表明旅游干擾嚴重破壞了0—30 cm土壤的水文調節功能。

表3 旅游干擾對九寨溝冷杉林下土壤水文調節功能的影響

3 討論與結論

枯落物的蓄積量受林型、分解速度、本身的厚度和性質等多種因子的影響[14,17-20]，由于九寨溝冷杉林分郁閉度較大，所以枯落物厚度及蓄積量較大，干擾區受游客的影響，枯落物厚度及蓄積量較小。枯落物的持水能力多用干物質最大持水量和最大持水率來表示，最大持水量的大小可反映水容量的大小，最大持水率反映了枯落物吸水率的大小。本研究表明干擾區枯落物厚度、最大持水量、最大持水率、自然持水率、有效攔蓄率和有效攔蓄量均顯著低于未干擾區(p<0.05)，說明九寨溝冷杉林下枯落物的蓄積量及枯落物的組成成分均對持水能力了產生影響，并且旅游干擾嚴重降低了林下枯落物蓄積量及其蓄水功能。

旅游干擾使土壤變得緊實，含水量減少，孔隙度變小，土壤更容易退化，這與大量學者研究結果一致[8-9,21-22]。土壤的蓄水能力與土壤容重和孔隙度狀況密切相關，土壤容重越小，孔隙度越大，蓄水能力越大，土壤孔隙度也影響著土壤與大氣之間水和氣體的交換以及植物體對土壤中水分和養分的吸收，是評價土壤結構的重要指標[8-9,21-22]。由圖2可知，干擾區土壤容重變動的趨勢隨著土層深度的增加而降低，土壤總孔隙度隨土層深度的增加而增加，局部有所波動，未干擾區則呈相反趨勢，顯示出極強的蓄水能力，并且二者的差距隨土層深度的增加而降低，30 cm土層以下，在旅游干擾作用下0—30 cm土壤容重和孔隙度變化顯著，對30 cm以下土壤容重和總孔隙度的作用微弱，這說明旅游干擾顯著降低了土壤物理性質，而對土壤—水文的影響主要集中在0—30 cm土層。土壤非毛管孔隙能較快容納降水并及時下滲，對其水文調蓄功能和地表徑流的均化調節具有極為重要的決定作用，一般將土壤非毛管孔隙持水量(又叫有效持水量)作為評價林地土壤水源涵養能力的重要指標[9,14]。本研究中，未干擾區具有較高的非毛管孔隙，表明九寨溝冷杉林下土壤具有較好的貯蓄水分和調節水分能力，而旅游干擾下土壤非毛管孔隙急劇降低，由此表明了旅游干擾顯著降低了九寨溝冷杉林下土壤的貯蓄水分和調節水分能力。

干擾區土壤最大持水率、有效持水量和土壤含水量顯著低于未干擾區(p<0.05)，單位面積最大持水量與未干擾區并沒有達到顯著差異水平(p>0.05)，干擾區土壤最大持水率、最大持水量、有效持水量和土壤含水量較未干擾區分別下降了9.11%，0.34%，12.91%和8.25%；同層相比，土壤最大持水率、單位面積最大持水量、有效持水量和土壤含水量基本呈現出未干擾區>干擾區，并且二者的差距隨土層深度的增加而降低，30 cm土層以下，干擾區土壤最大持水率、最大持水量、有效持水量和土壤含水量基本與未干擾區達到一致，由此表明，旅游干擾對0—30 cm土層結構破壞作用較大，導致土壤蓄水能力顯著下降。

旅游踐踏干擾導致土壤有機質減少，土壤水分含量降低，同時，旅游踐踏破壞了表層土壤，加速了土壤有機質分解，促進了礦化作用，一方面不利于土壤良好結構形成，土壤容重增加，孔隙度減小；另一方面也破壞了土壤膠體狀況，降低了土壤的吸附作用，土壤蓄水功能減弱[8-9,20-22]。在未干擾區，土壤枯落物量積累，土壤孔隙狀況良好，較高的土壤孔隙度不僅有利于縱向水分滲透，而且有利于水分的橫向運移，縮短了滲透時間，增強了土壤滲透性能；在旅游干擾作用下，土壤枯落物量下降，土體極易松散，土壤孔隙易堵塞，干擾區土壤入滲速率大幅度下降，土壤入滲速率變化范圍為0.35～1.10 mm/min，未干擾區土壤入滲速率變化范圍為2.25～2.54 mm/min，相同土層土壤入滲速率均表現為未干擾區>干擾區，一旦遇上突發性降雨或者降雨脈動事件，干擾區土壤初滲速率較低，穩滲時間變短，土壤水調蓄功能退化顯著。

依據目前旅游發展的勢態，九寨溝風景區游客量還將持續增長，其資源開發利用強度將進一步加大，旅游干擾強度和影響的空間范圍也將隨之擴大，勢必導致生態影響效應進一步增加。從本次試驗結果來看，旅游干擾對九寨溝風景區土壤—水文產生了一定的負面效應，因此必須采取有效的方法和措施來減輕旅游對環境的負面影響，建議制定合理旅游環境容量、采取適當分流游客措施、提高旅游者環保意識，防止土壤生態環境的進一步惡化，維護土壤水文生態系統的平衡。

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Impacts of Tourist Disturbance on Litter and Soil Hydrology Functions ofAbiesfargesiivar.faxonianaForest in Jiuzhaigou，Sichuan

LIU Xiaolan

(MianyangOccupationTechnicalCollege,Mianyang，Sichuan621000,China)

In recent years, tourism has developed rapidly in Jiuzhaigou Nature Reserve which has been designated a World Heritage Natural Site. The impacts of tourist disturbance on litter and soil hydrology functions ofAbiesfargesiivar.faxonianaforest in Jiuzhaigou were analyzed based on the field investigation and the laboratory test. The results showed that tourist disturbance significantly decreased the litter thickness, the maximum capacity of soil moisture, the maximum rate of soil moisture, natural moisture rate, the effective rate of interception and the effective capacity of interception(p<0.05), which decreased by 40.48%, 29.68%, 25.21%, 49.96%, 38.92% and 34.29%, respectively,compared with non-tourist disturbance area (CK). Tourist activities destroyed the soil properties severely,compared with CK, the soil bulk density of tourism disturbance area significantly increased, while soil total porosity, capillary porosity and capillary porosity significantly decreased. In tourist disturbance area, the maximum capacity of soil moisture, the maximum rate of soil moisture, effective capacity of soil moisture and soil moisture decreased by 9.11%, 0.34%, 12.91% and 8.25%, respectively, the soil moisture of early rainy season, saturated water content and the hydrological spaces decreased by 41.59%, 56.01% and 44.50%, respectively. In the same soil layer, all these factors showed the sequence of CK>tourist disturbance area, while the gap of non-tourist disturbance area and tourist disturbance area decreased with increase of soil depth. Below 30 cm soil layer, all these factors of tourist disturbance area reached the agreement with CK, suggesting that tourist disturbance seriously damaged the function of soil hydrology, and this damage mainly occurred in the 0—30 cm soil layer. Correlation analysis showed that soil permeability was significantly positively correlated to soil total porosity and noncapillary poropsity(p<0.01).

tourist disturbance; Jiuzhaigou; litter; soil; hydrology function

2014-10-30

2014-11-12

綿陽市哲學社會科學研究規劃項目(MY2014ZC025)

劉小蘭(1965—),女,四川綿陽人,碩士,副教授,研究方向:旅游教育、旅游經濟與文化。E-mail:xlanlee@163.com

X53;S715

1005-3409(2015)02-0229-06