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.內蒙古農業大學沙漠治理學院，內蒙古 呼和浩特 010020；2.水利部牧區水利科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010020)

隨著國民經濟水平的不斷提高，草原旅游業得到迅速發展。草原旅游業依賴于草原和草原生態環境，是一種新的旅游類型及草地利用方式[1]。草原生態系統是陸地生態系統中最重要、分布最廣泛的組成部分，占我國國土面積的2/5[2-3]。內蒙古草原總面積近0.87億hm2，不僅是我國最重要的畜牧業生產基地，還具有獨特的人文、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]。草原旅游業的發展對草原生態環境有強烈的依賴性，探究旅游擾動對環境造成的影響，已經成為生態學、環境科學及旅游管理學領域的研究熱點。發展旅游業應在資源環境和經濟利益中尋找平衡點，保證旅游擾動強度在草原生態系統可調節能力范圍內。最早開始研究旅游擾動對環境產生不良影響的是國外學者，在20世紀20年代對加州紅杉公園進行了研究[7]，而我國是在20世紀90年代才開始研究旅游擾動對植被及土壤的影響，但主要的研究內容是土壤的物理性質[8-10]。還有許多學者以不同的景區為例，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向外輻射。土壤是地球表層重要的組成成分，土壤質量下降會引起草地生產力下降、草地覆蓋度下降等一系列生態問題。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植被及土壤的影響，為旅游區的管理、保護提供理論依據，實現人與自然和諧發展。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

研究區位于內蒙古高原中部地帶達爾罕茂明安聯合旗東南部希拉穆仁草原旅游區(E 111°13′39″，N 41°21′1″)，該區域為低山丘陵區，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。年平均風速4.50 m/s，年大風日數63 d，風沙天氣主要集中在春冬兩季，風向以西北風和北風為主。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

通過現場走訪及踏查，依據游客在旅游區內涉足范圍和活動頻率，根據距離旅游道路的遠近，以旅游景點為中心，以100 m為內徑、200 m為外徑向外輻射成圓環，在圓環內選擇一條旅游主道路，在內環和外環內沿旅游道路垂直方向將旅游干擾劃分為以下幾個等級：重度干擾區(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(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(Light disturbance)，遠離旅游線路，距離線路60～80 m，偶有游人進入，污染物極少。對照區(Non-disturbance，CK)，設置在超出道路200 m半徑、超過旅游線路80 m，幾乎沒有游人活動的區域。在不同旅游干擾等級劃分區內設置5 m×5 m的標準樣地，每個標準樣地設置3個重復樣地，在每個樣地內隨機布設5個點，用環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，帶回實驗室測定養分指標。在5 m×5 m的標準樣地內按照“S”型設定3個1 m×1 m的樣方，3次重復，調查植物群落組成、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，將烘箱調至75 ℃烘干，計算植物多樣性指數和均勻度指數[13]。

Patrick豐富度指數：

Pa=S

Shannon-Wiener多樣性指數：

H=-∑PilnPi

Pielou均勻度指數：

Jp=-∑PilnPi/lnS

式中：Pa為豐富度指數；S為樣方內物種數目；H為多樣性指數；Pi為樣方內物種的相對重要值(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；土壤有機質采用重鉻酸鉀氧化法測定。

圖1 研究樣地取樣示意圖

1.3 數據處理

所有數據使用Excel 2010與SPSS 22.0進行統計及分析，對數據進行差異顯著性檢驗及相關性分析，并使用Origin 2017繪圖。

2 結果與分析

2.1 旅游干擾對旅游區植物物種多樣性的影響

7個樣地中植物優勢種變化不顯著，優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行比較發現，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 旅游干擾對保護區土壤性質的影響

2.2.1 對土壤物理性質的影響 樣地間的土壤含水量均表現出不同程度上的差異，每個樣地的含水量均隨干擾強度的加重而降低(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)，但基本上呈現為CK<輕度干擾區<中度干擾區<重度干擾區的趨勢。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

樣地間的土壤緊實度均表現出不同程度上的差異，每個樣地緊實度均隨著干擾強度的加大而升高(圖4)。樣地CK緊實度最低，為254.73 kPa；樣地1重緊實度最高，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度

2.2.2 對土壤養分的影響 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為差異顯著(P<0.05)；有機質含量在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為差異顯著(P<0.05)。綜上可知，試驗區4項指標變化趨勢為隨著擾動等級提高而逐漸降低。

表2 不同樣地土壤化學性質比較

2.3 群落特征與土壤理化性質相關性分析

緊實度與含水量、全效鉀呈極顯著負相關關系(P>0.01)，含水量和全效鉀、全效磷、有機質含量、豐富度呈極顯著正相關關系(P<0.01)，全效磷和全效鉀、有機質含量、豐富度呈極顯著正相關關系(P<0.01)，全效氮和有機質呈極顯著正相關關系(P<0.01)，地上生物量和均勻度呈極顯著正相關關系(P<0.01)，緊實度和全效氮、全效磷、有機質含量、豐富度、地上生物量呈顯著負相關關系(P<0.05)，含水量和全效氮含量呈顯著正相關關系(P<0.05)，緊實度和全效鉀含量、豐富度呈顯著正相關關系(P<0.05)，全效鉀含量和有機質含量、豐富度、地上生物量呈顯著正相關關系(P<0.05)(表3)。

表3 草地植物群落特征和土壤因子間相關性分析

3 討論

物種多樣性是植物功能和結構復雜性度量的定量指標，象征著生態系統結構的復雜性。在呼倫貝爾草原，旅游干擾使得植物豐富度指數、均勻度指數、多樣性指數顯著降低(P<0.05)[16]。在北方草地公園，旅游干擾使得植物豐富度指數、均勻度指數、多樣性指數在不同程度上降低[17]。本研究對希拉穆仁草原植被群落多樣性研究發現，旅游干擾降低了植物豐富度指數，這與上述研究結果一致。而均勻度指數和多樣性指數在重度干擾區有不同程度的提升，可能是土壤被人類踐踏及車輛碾壓使得土壤緊實度和容重增加，土壤孔隙度減小，含水量顯著下降，有機質含量降低[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，從而該區域物種多樣性得到了提升，而地上生物量卻遠低于其他區域。

土壤養分含量不僅可以反映土壤中養分的儲量，還能使土壤中有效養分的供應能力受到影響[20]。秦遠好等[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。本研究結論與上述結果不同，本研究土壤中全氮、全磷、全鉀含量均呈現遞減趨勢，其原因可能是由于該旅游區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，使其環境十分不利于養分的積累，且該旅游區存在放牧情況，家畜既有踩踏也有采食和排泄等行為，因此探究草原養分的影響較為復雜。

4 結論

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