旅游干擾對重慶市黃水國家森林公園枯落物及土壤蓄水能力的影響

張 瑾

(重慶第二師范學院 旅游與服務管理學院, 重慶 400065)

隨著人為干擾的不斷加強，水土流失已成為部分陸地生態系統面臨的潛在自然生態問題之一，其水文調節功能與水土保持密切相關，因此，開展人為干擾對陸地生態系統水文功能的影響具有重要意義[1-2]。森林生態系統是陸地生態系統的重要組成之一，其水文調節功能主要包括林冠層、枯落物層和土壤層3個層面。枯落物是植被與土壤間物質和能量循環的重要媒介，由植被枯枝落葉、果實及種子等凋落物組成，是森林生態系統中不可或缺的重要組成部分[3]。枯落物層具有截流降水減少地表徑流、增強土壤抗蝕力減少土壤流失和減少土壤水分蒸發等重要作用，是森林生態系統發揮水文調節效應的主要活動層，對維持森林生態系統可持續性具有重要意義[4-5]。大量研究[6-7]表明，影響枯落物水文調節功能的因素通常包括枯落物組成、儲量、分解程度及持水能力等，蓄積量越大、厚度越厚、分解越徹底，則蓄水性能越好，水文調節能力越強。土壤層是進行水文調節的第3個層面，其水文調節能力由土壤容重、孔隙度、土壤結構及土壤滲透性能等因素決定[8]。近年來，我國社會發展和經濟水平的不斷提高，旅游行為愈發普遍，旅游人數逐年激增，同時旅游時間又相對比較集中，給旅游景區生態環境帶來巨大挑戰[9]。旅游行為對景區的干擾形式主要包括景區旅游車輛碾壓、旅游踩踏、旅游垃圾污染、旅游道路及游樂設施修建等，造成景區植被、土壤、水體等遭到嚴重破壞。目前，關于旅游干擾對景區環境的影響前人[10-13]進行了大量研究，認為旅游干擾會導致景區植被數量及多樣性降低，土壤微環境發生惡化(如容重增大、孔隙度降低、重金屬污染、養分含量下降、土壤酶活性降低、土壤微生物數量及多樣性降低等)及水體污染等。然而關于旅游干擾對景區枯落物及土壤蓄水能力的影響研究尚不多見，尤其是旅游干擾下山地森林的枯落物分解層和未分解層蓄積量及蓄水能力變化更是未見相關報道。因此，本研究以黃水國家森林公園為研究對象，分析不同旅游干擾強度對枯落物分解層和未分解層蓄積量及蓄水能力、土壤持水能力和滲透性能的影響，以期為黃水國家森林公園景區管理措施制定和生態環境改善提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

黃水國家森林公園座于于重慶市石柱縣境內，地理位置為30°15′38.38″N，E 108°13′56.12″E，東西長12.15 km，南北寬7.02 km，總面積32 441 hm2，可游面積6 000 hm2，平均海拔1 600 m，是長江三峽黃金旅游線上惟一的少數民族旅游景區，具有游覽觀光、科普考察、民生風情體驗及娛樂健身等多重功能，于1998年被評為國家級森林公園。黃水國家森林公園景區屬典型的熱帶濕潤季風氣候，景區四季分明，具有動植物資源約4 500余種，年平均濕度83%，平均日照1 148.8 h，平均無霜期277 d。2000—2018年，年平均最低氣溫為10.4 ℃，最高氣溫為14.8 ℃，年平均最低降雨量為712.27 mm，年平均最高降雨量為1 096.85 mm；景區春、夏、秋、冬四季平均氣溫分別為10 ℃，20 ℃，25 ℃和5℃，平均降雨量分別為218.51,382.55,305.26,146.54 mm。本研究選取黃水國家森林公園大風堡原始森林景區為研究對象，該區土壤類型為棕壤土，pH值7.32，有機質、全氮、全磷及全鉀含量分別為18.63,8.26,16.72,18.63 mg/g；植被類型為喬冠類型，主要植物有杜鵑(Rhododendronprotistum)、紫云英(AstragalussinicusL.)、山槐(Albiziakalkora)、金合歡(Vacheliafarnesiana)、五倍子(Rhuschinensis)、毛櫸(Zelkovaserrata)、板栗(Castaneamollissima)、黃杉(Pseudotsugasinensis)、巴山松(Pinustabuliformis)和紅豆木(MillettiaLaurentii)等。

1.2 試驗樣地設置及樣品采集

試驗于2018年8月在旅游旺季開始實施，試驗地點選擇為自然環境條件基本一致的大風堡原始森林景區核心地段。在對游客活動軌跡充分調研的基礎上，以距離游覽主干線距離遠近，劃分為4個區域：非干擾區(CK)，距主干道50 m以外，無游客或極少游客到達區域，地表覆蓋大量枯枝落葉，有大量雜草；輕度干擾區(light disturbance， LD)，距主干道30—50 m，有少數游客到達，地表具有一定量的枯落物覆蓋和雜草；中度干擾區(moderate disturbance， MD)，距主干道10—30 m，游客活動常涉足到該區域，地表枯落物明顯少于輕度干擾區，有少量雜草生長；重度干擾區(severe disturbance， SD)，距旅游景點<10 m以內，游客活動較為頻繁區域，旅游踩踏及旅游垃圾等人為干擾痕跡極為明顯，覆蓋少量枯落物，鮮有雜草生長。在每個區域內，延主干道方向設置5個試驗樣地，面積為3 m×3 m。

1.3 試驗測定指標及方法

在各區域樣地內按S曲線選取6個30 cm×30 cm的小樣方，用直尺測量枯落物層厚度。將樣方內枯落物按未分解層和半分解層分別取出放入尼龍袋并做好標記帶回實驗室，稱量鮮重T1后，放入清水中浸泡24 h，取出后將尼龍袋水滴凈并稱重T2；65 ℃烘干至恒重并測定其干重即枯落物蓄積量T3，采用公式計算自然含水率(%)、最大持水率(%)、最大攔蓄率(%)和有效攔蓄率(%)。

自然含水率A0=(T1-T2)/T3×100%

最大持水率A1=(T2-T3)/T3×100%

最大攔蓄率A2=A1-A0

有效攔蓄率A3=0.85A1-A0

自然含水量(t/hm2)=A0·T3

最大持水量(t/hm2)=A1·T3

最大攔蓄量(t/hm2)=A2·T3

有效攔蓄量(t/hm2)=A3·T3

在各區域樣地內按S形曲線選取6個點進行土壤取樣，取土深度為30 cm，用于土壤性狀及滲透性能測定。土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度采用環割法測定。

土壤最大持水量(t/hm2)=

10 000×總孔隙度×土層厚度；

毛管持水量(t/hm2)=

10 000×毛管孔隙度×土層厚度；

非毛管持水量(t/hm2)=

10 000×非毛管孔隙度×土層厚度。

土壤滲透性采用雙環刀法測定，

初滲率(mm/min)=最初滲透量/入滲時間

其中，本研究最初入滲時間為2 min；平均滲透速率(mm/min)=達穩滲時的滲透總量/達穩滲時的時間；穩滲率:單位時間內滲透量基本一致時的滲透速率；滲透總量為滲透時間達到60 min的滲透量。

1.4 數據處理及統計分析

采用Excel 2013對數據進行整理、計算及作圖；采用SPSS 19.0統計軟件進行不同區域數據顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 旅游干擾對大風堡原始森林景區枯落物厚度及蓄積量的影響

枯落物厚度及蓄積量主要取決于植被枝、葉等枯落物的輸入和輸出，與植被組成、生長發育狀況及氣候條件密切相關[14]。由圖1可知，旅游干擾會對大風堡原始森林景區枯落物厚度、蓄積量及枯落物分解造成明顯影響。隨著旅游干擾強度的增強，景區枯落物厚度和蓄積量均逐漸下降，半分解層下降幅度明顯高于未分解層。

本研究中，4個試驗區的枯落物總厚度、未分解層厚度、半分解層厚度和總蓄積量、未分解層蓄積量、半分解層蓄積量變化范圍分別為48.62～86.83 mm，16.39～28.21 mm，32.23～58.62 mm和2.11～4.72 t/m2,0.63～1.24 t/m2,1.48～3.48 t/m2。與非干擾區(CK)相比，輕度干擾(LD)、中度干擾(MD)和重度干擾區(SD)的枯落物總厚度分別降低16.68%，32.56%和44.01%，未分解層厚度分別降低19.53%，29.42%和41.90%，而半分解層則分別降低15.30%，34.07%和45.02%，均達到顯著差異水平(p<0.05)。輕度干擾(LD)、中度干擾(MD)和重度干擾區(SD)的枯落物總蓄積量則分別顯著降低11.44%，29.03%和55.30%，未分解層分別顯著降低6.32%，27.59%和57.47%，半分解層分別顯著降低25.81%，33.06%和49.19%(p<0.05)。由此說明，旅游干擾會顯著降低景區枯落物厚度與蓄積量，半分解層下降幅度明顯大于未分解層。

2.2 旅游干擾對大風堡原始森林景區枯落物蓄水能力的影響

枯落物層具有結構疏松的優勢，可顯著增加地表粗糙度，在提高截持雨水、攔蓄徑流等方面發揮重要的作用[15]。由圖2可知，旅游干擾會嚴重影響大風堡原始森林景區枯落物蓄水能力。本研究中，景區枯落物最大持水率、最大攔蓄率和有效攔蓄率及最大持水量、最大攔蓄量及有效攔蓄量均隨著旅游干擾強度的增強而逐漸降低，且半分解層下降幅度明顯大于未分解層。與非干擾區(CK)相比，重度干擾區(SD)的未分解層枯落物最大持水率、最大攔蓄率、有效攔蓄率及最大持水量、最大攔蓄量、有效攔蓄量分別降低19.83%，24.83%，20.22%及57.89%，56.67%%和62.35%，均達到顯著差異水平(p<0.05)；而半分解層最大持水率、最大攔蓄率和有效攔蓄率及最大持水量、最大攔蓄量及有效攔蓄量則分別顯著降低30.01%，33.21%，37.48%及69.90%，70.94%，72.77%。由此說明，旅游干擾會顯著降低景區枯落物蓄水能力，半分解層的下降幅度明顯大于未分解層。

注：CK：對照； LD：輕度干擾； MD：中度干擾； SD：重度干擾； 圖中同列不同小寫字母表示差異達到顯著水平(p<0.05)。下同。

圖2 旅游干擾對大風堡原始森林景區枯落物蓄水能力的影響

2.3 旅游干擾對大風堡原始森林景區土壤蓄水能力的影響

土壤容重和孔隙度是衡量土壤緊實狀況的重要指標，與土壤持水性能強弱密切相關[16]。由表1可知，旅游干擾會對大風堡原始森林景區土壤蓄水能力造成明顯影響。隨著旅游干擾強度的增強，景區土壤容重逐漸升高，總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量均逐漸降低。本研究中，土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量變化范圍分別為0.75～1.48 g/cm3,42.18%～68.75%，18.66%～27.49%，23.52%～41.26%，843.74～1 375.12 t/m2,470.52～825.24 t/m2,373.21～549.87 t/m2。與非干擾區(CK)相比，重度干擾區(SD)土壤容重提升97.33%，總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量分別提升26.57%，8.83%，17.74%，38.64%，42.98%和32.13%，均達到顯著差異水平(p<0.05)。由此說明，旅游干擾會顯著降低景區土壤蓄水能力。

表1 旅游干擾對大風堡原始森林景區土壤蓄水能力的影響

2.4 旅游干擾對大風堡原始森林景區土壤滲透能力的影響

土壤滲透性是衡量土壤水文調節功能的重要參數，滲透性越強則水文調節能力越強[17]。由圖3可知，隨著旅游干擾強度的增強，大風堡原始森林景區土壤初滲率、穩滲率逐漸降低。本研究中，景區土壤初滲率、穩滲率、平均滲透率和滲透總量變化范圍分別為2.26～6.85 mm/min，1.78～5.12 mm/min，1.95～5.45 mm/min和48.62～86.83 ml/cm2。與非干擾區(CK)相比，輕度干擾(LD)、中度干擾(MD)和重度干擾區(SD)土壤初滲率分別顯著降低16.06%，38.39%和67.01%(p<0.05)，穩滲率分別顯著降低20.90%，44.14%和65.23%(p<0.05)，平均滲透率分別顯著降低16.88%，42.94%和64.22%(p<0.05)，滲透總量分別降低16.68%，32.56%和44.01%(p<0.05)。由此說明，旅游干擾會顯著降低土壤滲透調節能力。

圖3 旅游干擾對大風堡原始森林景區土壤滲透能力的影響

3 討 論

枯落物層是森林生態系統發揮水文調節效應的主要活動層，枯落物蓄積量與林型、林齡、林分密度、人為活動、分解速度及光溫水肥等外界環境條件密切相關[14]。本研究中，景區枯落物厚度和蓄積量均隨著旅游干擾強度的增強而逐漸降低，且半分解層下降幅度明顯高于未分解層。本結果與劉小蘭等[18]對九寨溝冷杉林和李學斌等[19]對荒漠草原的結果較為一致，其原因主要包括： ①旅游干擾會顯著降低景區植被數量及多樣性[10]，進而造成枯落物減少； ②旅游干擾會顯著降低土壤養分含量[10]，造成植被生長受抑，枯落物生物量減少； ③旅游干擾時常會將部分凋落物帶出森林系統，造成枯落物蓄積量減少。而旅游干擾造成枯落物半分解層下降幅度明顯高于未分解層的根本原因是枯落物分解速率的降低，主要由兩方面因素造成：一方面，微生物是枯落物分解和養分轉化的主要參與者，而旅游干擾會顯著降低土壤微生物數量和群落多樣性，從而造成枯落物分解速率降低[20-21]；另一方面，水分對枯落物分解具有明顯的促進作用[20]，旅游干擾導致的土壤持水量降低也是造成枯落物分解速率降低的主要原因之一。

枯落物蓄水能力由枯落物質地、組成、分解程度、厚度、蓄積量等因素決定[22]。張建利等[5]研究表明，隨著干擾強度的增強，杜鵑林枯落物持水能力逐漸降低，且分解越徹底持水量越高；宮殷婷等[6]研究表明，不同林分的枯落物總蓄積量和總持水量存在差異，華北落葉松林枯落物總蓄積量和總持水量均最大，而黑樺枯落物總蓄積量和白杄林枯落物總持水量分別達到最低；劉凱等[14]研究表明，高寒區白樺林林分密度為900株/hm2時，枯落物厚度、蓄積量、最大持水量及有效攔蓄量均達到最大，水源涵養效果最佳。本研究結果表明，隨著旅游干擾強度的增強，枯落物最大持水率、最大攔蓄率、有效攔蓄率及最大持水量、最大攔蓄量、有效攔蓄量均逐漸降低，且半分解層最大持水量、最大攔蓄量、有效攔蓄量明顯高于未分解層。本研究結果與張建利等[5]、宮殷婷等[6]和劉凱等[14]研究結果較為一致，其原因主要包括： ①旅游干擾會顯著降低植被多樣性、降低枯落物多樣性，造成枯落物質地和組成差異[10]，可能導致最大持水率和自然含水率差異下降，進而降低最大攔蓄率和有效攔蓄率； ②旅游干擾引起的土壤微生物數量、多樣性和土壤持水量降低導致的枯落物分解程度差異也可能是引起最大持水率、最大攔蓄率和有效攔蓄率下降的原因之一[20-21]； ③旅游干擾導致的枯落物蓄積量下降，尤其是半分解層蓄積量下降也是導致最大持水量、最大攔蓄量、有效攔蓄量下降的主要原因。

容重和孔隙度是表征土壤松緊度和貯水能力的重要指標[23]。本研究中，隨著旅游干擾強度的增強，景區土壤容重逐漸升高，總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量及非毛管持水量則均逐漸降低。本結果與劉小蘭等[18]對九寨溝冷杉林土壤及尤譽杰等[23]對天然次生灌叢土壤研究結果一致，其原因主要包括3個方面： ①旅游車輛碾壓、人為踩踏等干擾對土壤表層結構造成破壞，導致土壤壓實、孔隙度降低，從而降低土壤持水能力[18]； ②旅游干擾造成的枯落物蓄積量降低[18]，導致截流降水能力、發生地表徑流，造成土壤表層結構破壞，降低持水能力[4-5]； ③旅游干擾導致的土壤有機碳含量降低會進一步破壞土壤團粒結構[24]，進一步對景區土壤造成破壞，降低土壤持水能力。

土壤滲透能力主要由容重和孔隙度決定，入滲特征與孔隙度成正相關，而與容重則呈反相關[25]。本研究中，隨著旅游干擾強度的增強，景區土壤初滲率、穩滲率、平均滲透率和滲透總量均逐漸降低。旅游干擾導致的土壤表層枯落物蓄積量及分解程度降低、土壤容重加大、孔隙度降低是導致土壤滲透性能降低的主要原因；此外，人為踩踏及土壤有機碳含量降低導致的土壤團粒結構破壞也是造成土壤滲透性能下降的關鍵成因。

4 結 論

旅游干擾會顯著降低景區水文條件功能，原因主要包括兩個方面： ①旅游干擾會明顯降低黃水國家森林公園大風堡原始森林景區枯落物厚度、蓄積量和蓄水能力，且下降幅度隨旅游干擾強度增強而逐漸增大，其中，半分解層枯落物受影響程度明顯高于未分解層； ②隨著旅游干擾強度的增強，大風堡原始森林景區土壤容重逐漸增加，孔隙度、蓄水能力及滲透能力均逐漸降低。