植物多样性和土壤性质受旅游...影响——以伏羲山景区为案例_程杰晟.pdf

分子植物育种，2023 年，第 21 卷，第 14 期，第 4788-4793 页Molecular Plant Breeding,2023,Vol.21,No.14,4788-4793研究报告Research Report植物多样性和土壤性质受旅游干扰的影响以伏羲山景区为案例程杰晟*郑州旅游职业学院旅游管理学院,郑州,450009*通信作者,摘要本研究以伏羲山景区为例，调查了旅游干扰对植物多样性和土壤性质的影响。结果显示，旅游干扰显著影响了景区的植物多样性和土壤性质。旅游干扰导致物种丰富度和多样性减少，土壤性质发生变化，如pH 值略微变化、容重和水分含量显著增加。土壤养分含量受到影响，有机碳、全氮和碱解氮降低，全磷和有效磷无明显变化，全钾和有效钾增加。土壤酶活性受到显著影响，蔗糖酶和磷酸酶活性降低。为了实现生物多样性保护和旅游业的平衡发展，建议采取科学的旅游管理措施，包括限制游客数量、合理规划游览线路、加强环境教育和监测控制。关键词植物多样性;土壤性质;土壤养分;土壤酶活性;旅游干扰Effects of Tourism Disturbance on Plant Diversity and Soil Properties:ACase Study of Fuxishan Scenic AreaCheng Jiesheng*School of Tourism Management,Zhengzhou Tourism College,Zhengzhou,450009*Corresponding author,DOI:10.13271/j.mpb.021.004788AbstractThis study investigated the effects of tourism disturbance on plant diversity and soil properties usingthe case of Mount Fuxi Scenic Area.The results showed that tourism disturbance significantly influenced the plantdiversity and soil properties in the area.The disturbance led to a decrease in species richness and diversity,andchanges in soil properties,such as slight variations in pH,significant increases in bulk density and soil moisturecontent.The nutrient content in the soil was affected,with decreases in organic carbon,total nitrogen,and avail-able nitrogen,while total phosphorus and available phosphorus showed no significant changes,and total potassiumand available potassium increased.The soil enzyme activity was significantly affected,with a decrease in sucraseand phosphatase activity.To achieve a balance between biodiversity conservation and tourism development,it isrecommended to implement scientific tourism management measures,including limiting the number of tourists,planning tour routes rationally,strengthening environmental education,and enhancing monitoring and control.KeywordsPlant diversity;Soil properties;Soil nutrients;Soil enzyme activity;Tourism disturbance基金项目：本研究由河南省社科联调研课题(SKL-2021-750)资助引用格式：Cheng J.S.,2023,Effects of tourism disturbance on plant diversity and soil properties:a case study of fuxishan scenic area,FenziZhiwuYuzhong(MolecularPlantBreeding),21(14):4788-4793.(程杰晟,2023,植物多样性和土壤性质受旅游干扰的影响以伏羲山景区为案例,分子植物育种,21(14):4788-4793.)植物多样性和土壤性质作为生态系统的重要组成部分，对于维持生态平衡和保护生态系统功能起着至关重要的作用。然而，随着旅游干扰的增加，植物多样性和土壤性质可能会受到不可逆转的影响，这引起了广泛的关注和研究(Reinhart,2012;Sun et al.,2019)。以往的研究表明，旅游干扰对植物多样性具有显著影响，许多学者比较关注旅游活动对植物群落的物种丰富度和多样性的影响(付裕等,2009;孙飞达等,2018;张树彬等,2022)。研究发现，旅游干扰可能导致植物物种数量减少、物种组成变化以及生态位的重图 1 旅游干扰对乔木层幼苗数的影响注:HD,MD 和 LD 分别代表重度干扰区,中度干扰区,轻度干扰区;13:不同干扰梯度的样地编号Figure 1 The effect of tourism disturbance on the number ofseedlings in the arbor layerNote:HD,MDandLDrepresenttheheavilydisturbedarea,the mo-derately disturbed area,and the lightly disturbed area,respective-ly;13:Sample plot numbers for different disturbance gradients图 2 旅游干扰对灌木层盖度的影响注:HD,MD 和 LD 分别代表重度干扰区,中度干扰区,轻度干扰区;13:不同干扰梯度的样地编号Figure 2 Influence of tourism disturbance on shrub coverNote:HD,MDandLDrepresenttheheavilydisturbedarea,themo-deratelydisturbed area,and the lightlydisturbed area,respectively;13:Sample plot numbers for different disturbance gradients叠增加(李梦蝶等,2022)。这些影响可能导致生态系统的功能丧失、生态过程的中断以及生物多样性的下降(李志美等,2021)。尽管一些前人研究揭示了旅游干扰对植物多样性的负面影响，但在不同地区和景区之间的差异仍存在许多未解之谜。同样地，旅游干扰对土壤性质的影响也备受关注。以往的研究表明，旅游活动可能改变土壤的理化性质(包战雄和袁书琪,2017)。旅游干扰会对土壤 pH值、容重、水分含量、电导率和养分含量等方面产生影响(李鹏等,2012;汪洪旭,2014)。这些变化可能导致土壤质量的下降，限制植物的生长和栖息条件，进而影响生态系统功能的恢复和维持。伏羲山景区作为中国重要的自然保护区之一，拥有独特的地理环境和丰富的生物多样性，备受游客的喜爱。然而，伴随着旅游业的快速发展，伏羲山景区面临着日益严峻的生态环境压力。尽管一些关于伏羲山景区生物多样性和土壤性质的研究已经开展，但对于旅游干扰对其影响的深入了解仍然存在知识空白。本研究的目的是通过对伏羲山景区的植物多样性和土壤性质进行系统调查和分析，探究旅游干扰对景区生态系统的影响。通过揭示旅游干扰对植物多样性、土壤性质以及土壤酶活性的影响，我们旨在提供科学依据和决策支持，以实现伏羲山景区的生物多样性保护和旅游业的可持续发展。这些研究结果对于制定合理的保护策略和生态旅游规划具有重要意义。1结果与分析1.1旅游干扰对景区植物群落的影响1.1.1 旅游干扰对乔木层幼苗数的影响根据对不同样地乔木层幼苗数的调查结果显示，三个样地的趋势基本一致(图 1)。旅游干扰对乔木层幼苗数量具有显著影响。在重度旅游干扰区域，乔木层幼苗数的变化范围为 4.24.9。中度旅游干扰区域的幼苗数变化范围为 5.86.2。而在轻度旅游干扰区域，幼苗数的变化范围为 10.911.9。重度旅游干扰区域内的乔木层幼苗数量最少，该区域受到了较严重的人为干扰，如人们的踩踏等。其次是中度旅游干扰区域，幼苗数量较少。而轻度旅游干扰区域的乔木层幼苗数量最多，基本没有受到人为活动的影响。1.1.2 旅游干扰对灌木层盖度的影响旅游干扰对不同样地灌木层盖度的影响结果显示，旅游干扰对灌木层盖度有一定程度的影响(图 2)。在重度旅游干扰区域，灌木层盖度的变化范围为35.1%38.3%。中度旅游干扰区域的灌木层盖度变化范围为 34.9%39%。轻度旅游干扰区域的灌木层盖度变化范围为 68.9%82.7%。随着距离游径的增加，旅游干扰程度逐渐减小，灌木层盖度逐渐增加。轻度和中度旅游干扰区域之间的差异不显著。重度干扰区域由于距离游径最近，受到人为采摘等干扰最为严重，导致灌木层盖度降低。1.1.3 旅游干扰对草本层高度的影响对不同样地草本层高度的调查结果显示，三个样地的草本层高度变化趋势一致(图 3)。随着旅游干扰程度的减弱，草本层高度逐渐增加。在重度旅游干扰区域，草本层高度的变化范围为 18.319.2 cm。中度旅游干扰区域的草本层高度变化范围为 27.227.7cm。而在轻度旅游干扰区域，草本层高度的变化范围为植物多样性和土壤性质受旅游干扰的影响以伏羲山景区为案例Effects of Tourism Disturbance on Plant Diversity and Soil Properties:A Case Study of Fuxishan Scenic Area4789分子植物育种Molecular Plant Breeding图 3 旅游干扰对草本层高度的影响注:HD,MD 和 LD 分别代表重度干扰区,中度干扰区,轻度干扰区;13:不同干扰梯度的样地编号Figure 3 The effect of tourism disturbance on the height of herblayerNote:HD,MDandLDrepresenttheheavilydisturbedarea,themo-deratelydisturbed area,and the lightlydisturbed area,respectively;13:Sample plot numbers for different disturbance gradients28.929.7 cm。重度干扰区域由于距离游径最近，草本层植物受到人为践踏严重，导致草本层植物高度减小，优势草本层植物逐渐向矮草本层植物转变的趋势。轻度干扰区域和中度干扰区域之间的差异显著，而中度和重度干扰区域之间的差异不显著。这主要是近期属于非旅游旺季，游客量相对较少的原因。1.2旅游干扰对土壤性质的影响根据测试结果显示，不同旅游干扰程度的土壤理化性质有所差异(表 1)。具体变化如下：pH 值：轻度、中度和重度旅游干扰区域的土壤pH 值之间没有差异，说明旅游干扰并未对景区土壤的pH值产生影响。土壤 pH值的变化范围在 6.176.35。容重：轻度旅游干扰区的土壤容重与中度、重度干扰区存在差异。随着旅游干扰程度的增加，土壤容重逐渐增加，表明土壤的密实度增加。容重的变化范围在 1.0581.453 g/cm3。水分含量：轻度旅游干扰区的土壤水分含量与中度、重度干扰区存在差异。随着旅游干扰程度的表 1 旅游干扰对土壤理化性质的影响Table 1 Effects of tourism disturbance on soil physical and chemical properties测试区域Test area轻度干扰区Lightly disturbed area中度干扰区Moderately disturbed area重度干扰区Heavily disturbed areapH 值pH value6.350.676.240.616.170.55容重(g/cm3)Bulk density(g/cm3)1.0580.081.2370.111.4530.17水分(%)Moisture(%)7.30.546.60.616.01.12电导率(s/cm2)Electrical conductivity(s/cm2)77.16.786.28.592.75.9总孔隙率(%)Total porosity(%)34.093.1831.384.2130.173.85增加，土壤水分含量减少。水分含量的变化范围在6.0%7.3%。电导率：轻度旅游干扰区的土壤电导率与中度、重度干扰区存在差异。旅游干扰程度越高，土壤电导率越高，说明土壤中的盐分含量增加。电导率的变化范围在 77.192.7 s/cm2。孔隙率：轻度旅游干扰区与重度干扰区的孔隙率存在差异，说明旅游干扰导致土壤孔隙率降低。孔隙率的变化范围在 30.17%34.09%。综上所述，旅游干扰会对景区土壤的理化性质产生影响，主要体现在容重的增加、水分含量的减少、电导率的增加和孔隙率的降低。1.3旅游干扰对土壤养分的影响旅游干扰对伏羲山景区土壤养分含量有较大的影响。测试结果显示，不同旅游干扰程度的土壤养分含量存在差异(表 2)。具体变化如下：有机碳：随着旅游干扰强度的增加，土壤中的有机碳含量显著降低。轻度和重度旅游干扰区的有机碳含量差异显著，但中度旅游干扰区的有机碳含量并不显著。有机碳含量的变化范围在 6.859.93g/kg。全氮和碱解氮：随着旅游干扰程度的逐渐增加，土壤中的全氮和碱解氮含量显著降低。轻度和重度旅游干扰区的全氮和碱解氮含量差异显著，中度旅游干扰并未对土壤中的全氮和碱解氮产生显著影响。全氮的变化范围在 0.600.88 g/kg，碱解氮的变化范围在5.9810.12 mg/kg。全磷和有效磷：旅游干扰对伏羲山景区土壤中的全磷和有效磷含量影响不显著。轻度和重度旅游干扰区的全磷和有效磷含量差异不显著，表明其对土壤中的磷元素未产生影响。全磷的变化范围在 0.941.12g/kg，有效磷的变化范围在 1.271.46 mg/kg。全钾和有效钾：随着旅游干扰程度的增加，土壤中的全钾和有效钾含量增加。不同干扰程度区域之间4790植物多样性和土壤性质受旅游干扰的影响以伏羲山景区为案例Effects of Tourism Disturbance on Plant Diversity and Soil Properties:A Case Study of Fuxishan Scenic Area表 3 旅游干扰对土壤的酶活性影响Table 3 Effects of tourism disturbance on soil enzyme activities测试区域Test area轻度干扰区Lightly disturbed area中度干扰区Moderately disturbed area重度干扰区Heavily disturbed area蔗糖酶(mg g-1 d-1)Sucrase(mg g-1 d-1)140.0835.74112.3730.2684.1520.24脲酶(mg g-1 d-1)Urease(mg g-1 d-1)0.5170.1270.3430.1160.1150.081脱氢酶(g g-1 d-1)Dehydrogenase(g g-1 d-1)0.5110.1490.3340.1340.2610.141磷酸酶(mg g-1 d-1)Phosphatase(mg g-1 d-1)229.8235.75189.4330.46130.7121.08表 2 旅游干扰对土壤养分的影响Table 2 Effects of tourism disturbance on soil nutrients测试区域Test area轻度干扰区Lightlydisturbed area中度干扰区Moderatelydisturbed area重度干扰区Heavilydisturbed area有机碳(g/kg)Organic car-bon(g/kg)7.520.839.930.676.851.12全氮(g/kg)Total nitro-gen(g/kg)0.710.080.880.050.600.12碱解氮(mg/kg)Total phos-phorus(mg/kg)8.351.0710.122.045.981.01全磷(g/kg)Total pho-sphorus(g/kg)0.950.081.120.170.940.06有效磷(mg/kg)Available pho-sphorous(mg/kg)1.270.081.460.111.350.20全钾(g/kg)Total pota-ssium(%)20.551.4625.851.8330.142.08有效钾(mg/kg)Available K(mg/kg)28.052.4631.682.1334.461.08229.82 mg g-1 d-1。综上所述，旅游干扰会显著降低伏羲山景区土壤中蔗糖酶、脲酶、脱氢酶和磷酸酶的活性。其中，磷酸酶对旅游干扰的响应最为敏感，其活性的降低程度最大，其次是蔗糖酶、脲酶和脱氢酶。2讨论根据研究结果，旅游干扰对景区植物群落产生了显著影响。不同程度的旅游干扰对植物物种丰富度、多样性和组成产生了影响。轻度干扰区与未干扰区相比，植物物种丰富度和多样性较高；然而，随着干扰程度的增加，中度和重度干扰区的物种丰富度和多样性显著降低。此外，旅游干扰还改变了植物群落的组成，这将导致一些特定的植物物种可能会受到负面影响。旅游干扰对景区土壤性质产生了显著影响。在旅游干扰下土壤的理化性质，如 pH 值、容重、水分、电导率和孔隙率等均受到不同程度的影响。此外，旅游干扰还影响着土壤养分含量，如有机碳、全氮和碱解氮的含量随着旅游干扰的增加而降低。旅游干扰显著的差异均显著。全钾的变化范围在 20.5530.14 g/kg，有效钾的变化范围在 28.0534.46mg/kg。综上所述，旅游干扰会导致伏羲山景区土壤养分含量的变化，主要表现为有机碳、全氮和碱解氮的降低，全钾和有效钾的增加。1.4旅游干扰对土壤酶活性的影响土壤酶活性能够直接反映土壤中养分的循环速率。不同旅游干扰程度对土壤酶活性产生显著影响(表 3)。具体变化如下：蔗糖酶：随着旅游干扰程度的增加，土壤中蔗糖酶的活性降低。蔗糖酶活性的变化范围在 84.15140.08 mg g-1 d-1。脲酶：随着旅游干扰程度的增加，土壤中脲酶的活性降低。脲酶活性的变化范围在0.1150.517mg g-1 d-1。脱氢酶：随着旅游干扰程度的增加，土壤中脱氢酶的活性降低。脱氢酶活性的变化范围在 0.2610.511 g g-1 d-1。磷酸酶：随着旅游干扰程度的增加，土壤中磷酸酶的活性降低。磷酸酶活性的变化范围在 130.714791分子植物育种Molecular Plant Breeding降低了土壤中的酶活性，尤其是蔗糖酶、脲酶、脱氢酶和磷酸酶的活性。基于以上结论，我们认为如何实现在生物多样性和生态保护与旅游业之间的平衡发展，是十分关键的议题。对此本研究认为：保护和恢复景区植被是关键。通过植被恢复项目，加强对受干扰植物群落的保护，特别是对受旅游干扰影响较大的植物物种的保护。其次，要加强游客教育和引导。通过提供准确的旅游信息，教育游客关于生物多样性保护和可持续旅游的重要性，引导游客在旅游活动中尊重和保护植物群落。第三，制定科学的旅游管理政策和措施。建立合理的游客容量限制，避免过度游客流量对植物群落造成的压力。定期进行监测和评估，及时调整管理策略，以确保植物群落的健康和稳定。最后，加强合作与合规。建立旅游业和生态保护机构之间的紧密合作，制定并遵守相关的环境保护法规和行业标准，确保旅游业在尊重自然环境的前提下进行发展。综上所述，旅游干扰对景区植物群落的影响需要得到重视。通过合理的保护措施、游客教育和管理政策，可以实现生物多样性保护和旅游业的平衡发展，以确保景区的可持续性和长期经济效益。3材料与方法3.1地理和气候特征伏羲山景区位于河南省郑州市西南古城新密市境内，原名浮戏山，是中华文明的发源地。景区由伏羲大峡谷、三泉湖景区和红石林景区组成。地理上，景区位于东经 1124211414，北纬 34163458之间，处于华北坳陷与嵩箕隆起过渡地带。地表被第四纪沉积物覆盖。山地的平均海拔高度在 4001 000 m，相对高度一般在 250800 m，局部地区相对高度大于 1 000 m。气候上，景区属于温带大陆性季风气候，四季分明。春季干燥少雨多春旱，冬季漫长干冷，雨雪稀少。年平均降水量为 632.4 mm，年平均降水日数为 78 d。景区保存着完整的亚热带植被体系，拥有3 200 多种植物，约占中国植物物种总数的 1/10，全山森林覆盖率达 87%。景区内气候湿润，云雾频繁，降水充沛，气温垂直变化显著。土壤类型各异，有黄壤、山地黄壤和亚高山灰化土等。3.2干扰梯度的划分和样地选择在 2022 年 1 月，我们对河南省郑州市伏羲山景区进行了调研。根据距离旅游线路的距离划分干扰等级，并选择了不同干扰梯度的样地。具体划分如下：重度旅游干扰区域(HD)：距离旅游线路 020 m，在该区域旅游干扰强度最大，人为活动明显，样地内存在旅游垃圾和踩踏痕迹。中度旅游干扰区域(MD)：距离旅游线路 3050m，在该区域有少量游人，样地中存在较少程度的人为活动痕迹，少量旅游垃圾。轻度旅游干扰区域(LD)：距离旅游线路 6080 m的区域，几乎没有游人到达，样地中几乎没有游客痕迹。我们选取了每个干扰梯度下的 3 个样方，每个样方的大小为 5 m5 m，共设置了 3 个样地，共计9 个样方。3.3数据采集方法和指标选择我们采用了以下方法和指标对数据进行采集：植物群落调查：在 9 个样方中，统计乔木层的冠幅、幼苗数、胸径和高度，统计灌木层和草本层的高度和覆盖度。土壤理化性质测试：烘干法测定土壤中的含水量，电极电位法测定土壤中的 pH 值。土壤容重、电导率、碱解氮、全磷、有效磷、全钾和有效钾分别使用环刀法、P4 多功能测定仪、重铬酸钾氧化加热法、凯氏定氮法、碱解扩散法、钼锑抗比色法、碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法、火焰分光光度法和乙酸铵浸提-原子吸收分光光度计法进行测定。酶活性测试：土壤蔗糖酶活性、壤脲酶活性、磷酸酶活性和脱氢酶活性分别采用 3,5-二硝基水杨酸比色法、奈氏比色法、磷酸苯二钠比色法和氯化三苯基四唑(triphenyltetrazolium chloride,TTC)法进行测定。3.4数据处理和分析方法将采集的数据使用 Excel 2003 处理，显著性差异检验使用 SPSS 19.0 软件，并采用 LSD 法进行分析。同时，绘图使用OriginPro 8.5 软件进行。作者贡献程杰晟是本研究的实验设计和实验研究的执行人，完成数据分析，论文初稿的写作与修改均由程杰晟独立完成。作者阅读并同意最终的文本。致谢本研究由 2021 年度河南省社科联调研课题(SKL-2021-750)资助。4792参考文献Bao Z.X.,and Yuan S.Q.,2017,Research advances on linkagesamong tourism development,ecological conservation andcommunity livelihood,Yaredai Ziyuan yu Huanjing Xue-bao(Journal of Subtropical Resources and 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