旅游開發對城市土壤和生態環境的影響

孫 權,朱 文

1.鄭州旅游職業學院,河南 鄭州450009

2.石河子大學學生處,新疆 石河子832000

在社會經濟不斷發展的情況下，人們逐漸改變了原有主要傾向于物質生活的追求，精神生活追求的力度越來越大[1,2]，尤其是對于生活工作壓力較大的都市居民來說，周末外出放松成為重要的娛樂方式，但是由于周末由于時間較短，因此出游往往集中在都市周邊，在這種情況下，生態旅游成為了主要的娛樂放松的良好方式[3]，人們可以在悠閑地體驗田園風光的同時享受鄉村美食等[4,5]，可以說，生態旅游的不斷深入發展，有力的促進了當地的社會經濟發展水平，大大促進了農民增收，對于增加就業起著積極的作用，這也是現代農業發展的途徑之一。

土壤是植被生存發育的基本載體和必要條件，其養分狀況決定著植被的生長情況，其活性和肥力是重要的指標，人類對土地的開發利用方式能夠顯著地影響著土壤理化特征，對其肥力和活性產生直接的制約效果[6]，土壤開發利用能夠將其養分循環強度及路徑加以改變，同時外部環境的水熱條件也將顯著作用于養分轉化及傳輸[7,8]，可以說土地利用途徑能夠顯著影響陸地局地生態環境。對于鄭州地區而言，其首都的政治地位決定了其良好的生態環境要求，周邊耕地及土地保護早已實施，一系列環境保護措施起到了較好的效果，但是隨著人口的不斷涌入，人地矛盾已經成為不可避免的事實，局部的不合理開發利用使得土地肥力和活性明顯下降，也不利于現代農業發展。近年來，隨著都市居民對旅游質量要求的不斷提高，鄭州地區周邊農業觀光旅游不斷發展，如何通過合理的土地開發利用來促進土壤肥力和活性保持對于改善土壤質量具有重要現實意義，有利于植被生長發育，對于改善局地生態具有重要現實意義，基于此，本研究將以鄭州旅游開發區為研究重點，開展連續5 年的實地研究，從而探討其對生態環境的影響及作用機理，從而為環境保護提供有益參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 樣地設置

采用野外調查和室內化驗分析相結合的方法。于2014 年～2017 年9 月在鄭州市郊區選取旅游開發地區（3 個重復），并在臨近選取未開發地區（CK）。在每個樣地中按“S”型曲線選定36 個1 m×1 m 樣方，共完成樣方108 個，調差各樣地中物種數的蓋度、高度和密度并計算其重要值和多樣性指數，計算公式如下[9]：Patrick 豐富度：

Wiener 多樣性（H）：

Simpson 優勢度（D）：

Pielou 均勻度（JP）：

其中物種數量用S表示，重要值Pi為覆蓋度、高度、多度的相對值除以3；植被分布面積在總土地面積的占比成為植被覆蓋率，未分布植被的土地除以植被面積即可得到土地與植被比。

每年分別在3、5、8、11 月的月初進行葉片采集，每隔3 d 進行一次取樣，為了試驗準確性，采樣時使用聚乙烯手套，均勻采集足夠的成熟葉片，尤其是粉塵覆蓋較為明顯的成熟葉片，采樣后保存于錐形瓶，在實驗室環境進行相應的滯塵效應對比分析。

1.2 植被生態指標

在試驗過程中借助于極差歸一化法開展相應分析，同時對獲取的數據進行無量綱化處理[10]。

其中，植被對生態所產生的影響度用O表示，H′ij代表i樣本的第j指標原始數據進行處理后的值；由于可能出現值為0 的情況，此外還可能出現即使指標值較大但是其表征影響過小的情況，在經過極差正規化及O倒數值等級劃分處理之下，其分級按照嚴重程度共分為以下五類：從0 開始每遞增0.2 可以分為一個等級，這樣從0 至1 分別分為極嚴重、嚴重、較嚴重、一般、較小五級；在此基礎上獲得O值分級：從1 開始，分別以1.25、1.67、2.5、5 為界點分為較小、一般、較嚴重、嚴重、極嚴重五級。

1.3 葉片滯塵量測定

由于葉片滯塵并無統一計量標準，本研究利用試驗常用的干洗法，首先在錐形瓶裝入蒸餾水，將采集的葉片置于其中，將附著物進行浸洗，在此過程中不斷攪拌，這樣能夠充分沖洗葉片粉塵等，經過兩個小時處理后毛刷處理；之后將葉片夾出，并借助于濾紙過濾，然后進行長達12 h 的烘干處理后進行重量測定，兩次稱重之差為W，從而獲取降塵量；葉片晾干之后測定葉面積A，從而對葉面積滯塵量W／A 進行計算[11]。

1.4 葉面塵粒徑測定

待葉片烘干后靜置恒重狀態，之后取樣品2 g 過篩，在300 mL 蒸餾水中加入1 g 樣品，待其充分溶解后開展粒徑分析，并用粉塵儀測定PM10、PM2.5和TSP。

1.5 土壤樣品測定

為了進一步分析土壤結構及特點，本研究在各個研究樣地選取了5 個采樣點，為了進行試驗的有效對比，特設置了對照組，同樣進行了5 個采樣設置。對于各個采樣點采取五點取樣的方式進行，深度達到20 cm，進行不同的土樣采集后均勻混合，從而獲得1 g 左右樣品。然后將其分為兩部分，一部分以備含水量測定所用；另一部分待后續進行養分等含量測定[13]。

對于土壤相關指標的測定采取以下方法：在對pH 值、有機碳的測定過程中主要使用電位法與加熱法，此外還需要對全氮及有效氮相關指標開展測定，分別利用定氮法及消煮法進行，同時采用比色法測定全磷[13]。

1.6 數據分析

采用SPSS 15.0 和EXCEL2003 軟件進行數據統計和處理，最小顯著差數法（LSD）進行顯著性差異分析，Origin 8.0 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 土壤生態環境狀況

由圖1可知，在旅游開發下土壤pH值和容重均顯著高于對照（P＜0.05），而土壤有機碳、全氮、有效氮表現為旅游開發區顯著低于對照（P＜0.05），而全磷和有效磷與對照沒有顯著差異（P＞0.05）。與對照相比，旅游開發下土壤有機碳、全氮、有效氮分別降低了23.56%、28.94%和35.61%，土壤pH值和容重分別增加了27.03%和16.67%。

圖1 旅游開發對城市土壤養分的影響Fig.1 Effect of agriculture tourism development on the soil nutrients

2.2 植物覆蓋程度

植被覆蓋率反映了一個地區植被（包括森林，草地和農作物等）面積占有情況或植被資源豐富程度、綠化程度以及地表植被狀況的綜合量化指標。由圖2 可知，旅游開發對鄭州市植物覆蓋程度具有較大的影響，在旅游開發下植被覆蓋度、草本覆蓋度、林木覆蓋度和土地與植被比均顯著低于對照（P＜0.05）。與對照相比，旅游開發下植被覆蓋度、草本覆蓋度、林木覆蓋度和土地與植被比分別降低了52.16%、28.63%、39.45%和19.67%。

圖2 旅游開發對城市對植被覆蓋率的影響Fig.2 Effect of tourism development on the vegetation coverage

2.3 植物生態影響程度

計算出農業開發區的植物生態指標值及影響度指數。由表1 可知，旅游開發對鄭州市植物生態影響程度具有較大的影響。對照區呈一般水平，旅游開發區的旅游影響呈較嚴重級。考慮到旅游過程中客戶疲勞問題，為緩解游客疲勞而修建了休憩廳以及活動廣場，一般情況下不少游客會選擇在此停留休息，同時享受附近風光，這難免增加人為活動，對環境產生了一定的影響；此外，由于不可避免地產生了較大量的工程建設量，尤其是附近建設了停車場，其修建極大改變了其原有生態，導致其受到的人為干擾更為明顯，就該區域來說，由于交通相對較為便利，此區域成了游客欣賞風光的好去處，且其停留時間較長，植被容易受到人為踐踏及垃圾物的影響，因此地表植被逐漸退化已經較為明顯。綜合來看，雖然不同的樣地植被受到的影響有所差異，但是旅游活動已經在影響著植被生態。

表1 各樣地植物生態影響度指數Table 1 Impact indices of phytoecology in sample plots

2.4 植物滯塵能力

為了有效衡量季節變化對增長農業開發區植被的影響，本研究過程中對該區域的滯塵量進行了長期的觀測分析，通過相應的方差分析得知，植被滯塵量受到季節變化的影響存在較大差異，且達到了0.05 的顯著性檢驗；從圖3 不難看出，無論是旅游開發區還是對照組，春季時節植被具有最大的滯塵量，其次是冬季及夏季，而秋季能力較弱；而就同一季節而言，對照組具有更強的滯塵性；對于旅游開發區而言，其滯塵量的變化在1.56～2.27 g/m2，而對照組則是1.78～3.24，說明季節造成的差異較為突出。

圖3 植物滯塵能力季節變化Fig.3 Seasonal variation of the dust retention capacity of different plants

2.5 大氣環境狀況

從圖4 不難看出，對于開發區而言，植被在降塵過程中塵土粒徑多為2.5～100 μm，絕大多數集中在葉片降塵，且粒徑低于100 μm，這說明對于該區域而言，其呈現明顯的TSP 降塵，這是大氣漂移的結果；一般情況下，對于大氣顆粒物而言，10 μm 以下產生的人體危害較大，成為最主要的大氣顆粒物，也就是我們常說的PM10；而對于2.5 μm 以下的微小顆粒而言，則因其能夠直接進入肺泡而產生嚴重危害性，也就是PM2.5；綜合來看，無論是TSP，還是PM2.5、PM10，均呈現出對照組較大的降塵性，且其差異達到了顯著檢驗。與對照相比，旅游開發下植物降塵物中PM2.5、PM10、TSP相對含量和平均粒徑分別增加了86.32%、46.13%、32.58%和29.87%。

圖4 植物葉面降塵的粒徑分布Fig.4 The size distribution of different plants foliar dust particle

3 討論

在不斷的旅游開發過程中，土壤的結構受到了明顯的影響，尤其是對土壤容重以及pH 的影響，隨著一系列的旅游資源開發不斷進行，土壤的含水量呈現了明顯下降，土質更為緊實，這直接導致了土壤孔隙的降低，同時制約了土壤微生物活動，同時形成了較高的土壤容重。對于土壤養分而言，其不僅能夠對營養庫狀況加以體現，還反應這有效養分的供給狀況[14,15]，通過本研究得知，在旅游開發活動影響之下，不僅植被蓋度明顯下降，而且土地利用指數明顯降低，水土流失現象更為突出，養分供給狀況不如以前，同時不利于微生物新陳代謝，對整個土壤生態造成的影響明顯不利[16,17]。與對照組相比而言，除全磷及有效磷之外，旅游開發區的土壤養分含量明顯較低，二者之間的差異明顯，且通過了0.05 的檢驗；在旅游設施建設過程中，地表植被難以避免地受到了明顯影響，使得裸地面積不斷增加，土壤更容易板結，養分循環難以有效進行，長久以往明顯制約著土壤養分的穩定和循環；在養分不斷釋放的同時，難以進行有效的循環及保持，加之土壤養分淋失現象較為明顯，土壤養分水平呈現了明顯的下降[18]；對于磷元素而言，由于其具有明顯的沉積性，因此具有較強的不易流失性，受旅游開發的影響程度較低。

葉片滯塵效應很大程度上能夠對空氣質量加以體現，尤其是對大氣可懸浮顆粒進行有效的衡量；通過研究得知，植被滯塵量受到季節變化的影響存在較大差異，無論是旅游開發區還是對照組，春季時節植被具有最大的滯塵量，其次是冬季及夏季，而秋季能力較弱；而就同一季節而言，對照組具有更強的滯塵性；對于對照組而言，植被的葉片較大，且具有較大的冠層，枝葉更為繁茂，因此呈現較強的滯塵能力，而開發區植被葉片較小；葉片滯塵效應不僅受到葉片、冠層等方面的影響，還受到葉量、密度等因素制約，加之街道分布及人為活動影響，其滯塵效應出現較大差異[19-20]。受到天氣的影響，秋季較為干燥，空氣濕度并不高，空氣中呈現較大含量的可懸浮顆粒；而在春季具有較大濕度，且在雨水作用下[21]，粉塵容易下沉；由于不同的植被具有不同的葉片結構特點，因此不同植被的滯塵能力具有較大區別。通過研究分析得知，無論是TSP，還是PM2.5、PM10，均呈現出對照組較大的降塵性，這說明旅游開發增加了粉塵污染；此外，對于不同的植被而言，其MP2.5與MP10的比例并不相同，綜合來看，植被種植能夠有效降低顆粒物，明顯促進環境改善[22]。

4 結論

旅游開發對鄭州市植物覆蓋程度具有較大的影響，在旅游開發下植被覆蓋度、草本覆蓋度、林木覆蓋度和土地與植被比均顯著低于對照（P＜0.05）；在旅游開發下土壤pH 值和容重均顯著高于對照（P＜0.05）；土壤有機碳、全氮、有效氮表現為旅游開發區顯著低于對照（P＜0.05），而全磷和有效磷與對照沒有顯著差異（P＞0.05）；旅游開發區和CK 植物滯塵量基本表現為春季＞冬季＞夏季＞秋季，同一季節基本表現為旅游開發區＜CK；植物降塵物中PM2.5、PM10、TSP 相對含量和平均粒徑均表現為旅游開發區＜CK（P＜0.05）。綜合分析可知，在旅游資源開發過程中，對鄭州市土壤和大氣生態環境產生了極大的消極影響。雖然旅游開發在區域經濟發展中是一個新型環保的、系統性的景觀資源，對其開發和經營，能帶動旅游業產生經濟、社會、生態等綜合效益，但是前期不合理地、不尊重周圍自然環境盲目無序的開發，后期規劃不合理，經營無計劃、無步驟，便會對生態環境系統產生極大的破壞。因此，在開發過程中應因地制宜，經營過程中應實行規范化管理，提高從業人員素質，改善旅游區環境保護制度，實現人與自然和諧共處。