旅游干扰对九宫山景区土壤养分、微生物群落结构及酶活性的影响

汪洪旭

旅游干扰对九宫山景区土壤养分、微生物群落结构及酶活性的影响

汪洪旭

内蒙古化工职业学院,内蒙古呼和浩特010070

分析研究与九宫山风景区接壤的太平山林场未被人为扰动区域(NRD)、九宫山旅游区较少人为扰动区域(SRD)和九宫山旅游区人为扰动较大区域(RD)的不同深度(0～10 cm,10～30 cm,30～60 cm)土层土壤养分及理化性质、微生物群落结构和酶活性以及它们之间的相关性。结果显示:不同深度土层之间的土壤理化性质、微生物群落结构及酶活性有显著差异(P＜0.05)，在0～30 cm土层旅游干扰对土壤养分及理化性质、微生物群落结构和酶活性有极显著影响(P＜0.01)，这说明旅游干扰对九宫山风景区生态生理环境产生了一定程度的影响。

旅游扰动;九宫山风景区;理化性质;微生物群落结构;土壤酶活性

近几十年，国家经济飞速发展，人们的物质生活丰富了，而旅游作为经济、社会、文化等现象的综合反映[1-3]，越来越多的人青睐外出旅游，融于大自然。因此，我国各种类型旅游区的开发数量逐年增加，吸引了大量的游客。然而，人们往往只注重旅游事业所带来的经济效益而忽视对综合效益的研究。虽然认识到旅游与生态环境的密切关系，却忽视旅游的发展与开发带来的消极影响[4-7]。多人次的人类活动形成的旅游干扰也或多或少的影响旅游区宏观的自然资源和微观的生态环境，甚至有些影响是不可逆的，例如大气污染和土壤破坏[8-10]等。很早就有人注意到旅游活动所带来的相关生态环境问题，1980年加拿大学者Claude moulin就提出“生态旅游”的概念。旅游干扰对生态环境造成的影响主要体现在：人类活动大面积新建旅游设施对旅游区植被产生破坏、游客对植被的践踏、旅游船队和旅游垃圾对水环境和土壤的污染等[11-16]。目前，旅游干扰对生态环境的影响主要集中在对大气、水环境等宏观研究[17-20]，很少涉及到旅游干扰对土壤微环境的影响，而当收到干扰时，土壤中微生物也会作出响应。本文对九宫山风景区在不同程度旅游干扰下，土壤微环境对这一干扰的响应及改变，监测土壤养分理化性质、微生物群落结构及土壤酶活性等指标，以期从微观方面揭示旅游干扰对风景区生态环境的影响，为修复防治旅游活动对自然环境破坏提供理论依据。

1 材料与方法

1.1风景区概况

九宫山国家级自然保护区位于湖北省通山县南部地区，南与江西省武宁县接壤，西与崇阳县相接，北邻横石镇，东接太平山林场，总面积1.66×104hm2。地理位置为东经114°23′35″～114°39′48″，北纬29°19′27″～29°27′08″，属中亚热带季风气候，四季分明。春季天气多边，夏季湿热，秋季凉爽，冬季干冷，具典型的山地气候特征。1982年被批准为省级自然保护区，2007年晋升为国家级自然保护区，以中亚热带森林、珍贵植物为主要保护对象，是长江中下游植被保护最完整、珍稀动植物最丰富的自然保护区。近几年来，九宫山国家级自然保护区已成为著名的风景名胜，主要景点有云中湖、闯王陵及石龙沟等，每年来往游客已具40～50万人次。

1.2实验设计

1.2.1 样品采集在5～9月九宫山风景区旅游旺季期间，分别采集九宫山风景区(JGS)人为扰动大(RD)、较少人为扰动(SRD)及未被开发的太平山林场(TPS)内原始区域未被人为扰动(NRD)东南西北及中部深度10 cm、30 cm、60 cm左右的土壤样品，每个区域至少3个重复，样品袋保存，实验室里去除土壤中杂质，自然风干并保存。

1.2.2 土壤基本理化性质测定土壤容重、土壤持水量和孔隙度等物理性质采用环刀法取样测定；电导率采用P4多功能测定仪测定；PH采用电极电位法测定(1:2.5土水比)；土壤有机碳含量(g/kg)测定采用重铬酸钾氧化外加热法；土壤电导率(5:1水土比浸提液，EC，μS/cm)采用P4多功能测定仪测定；土壤全氮(g/kg)用凯氏定氮法；土壤全磷(g/kg)用NaOH熔融-钼锑抗比色法；有效磷(g/kg)采用NaOH-H3BO3浸提-钼锑抗比色法测定；碱解氮（g/kg）采用NaOH-H3BO3法测定。速效钾采用氢氧化钠熔融—火焰光度法测定[21-25]。

1.2.3 土壤中微生物数目测定土壤中微生物培养采用涂布平板法，先用研钵轻磨土样，于超净工作台内称量1 g土壤，融入5 mL灭菌的0.1生理盐水中，37℃，175 r/min震荡培养20 min，然后对土壤悬浮液进行梯度稀释，吸取稀释的土壤悬浮液200µL均匀涂布到LB固体培养基平板上(每组3个重复)，37℃恒温培养2～3 d后计算菌落数目，每克土壤微生物数计算公式[26-28]如下：

微生物数目/g=菌落平均数×稀释倍数×10

1.2.4 土壤中微生物种类鉴定根据培养基上菌落形态、颜色、菌斑等，初步分离，然后挑取菌落中少许菌于新的LB培养基上37℃恒温培养2～3 d，挑取细菌于裂解液中裂解，再进行菌落PCR，特异性引物(ITS4/ITS5)扩增，扩增产物送测序，得到序列在线(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)进行比对，统计土壤中微生物种类。

表1 ITS4/ITS5序列Table 1 The sequences of ITS4 and ITS5

1.2.5 土壤中酶活性测定脲酶活性测定：将采集的15 cm深度土样混合，采用苯酚-次氯酸钠比色法[29-32]测定，其活性以24 h后1 g土壤中NH4+-N的毫克数表示。

过氧化氢酶活性测定：采用高锰酸钾容量法[29-32]测定，其活性以1 g土壤的0.1 mol/L 1/5 KMnO4毫升数表示。

磷酸酶活性测定：采用磷酸苯二钠比色法[29-32]测定，其活性以1 g土壤的酚毫克数表示。

蔗糖酶活性测定：采用3,5-二硝基水杨酸比色法[29-32]测定，其活性以1 g土壤中还原糖含量表示。

1.3数据分析

采用SPSS16.0数据分析软件进行数据处理，运用最小显著差数法(LSD)进行显著性分析。用OriginPro 7.5软件作图。

2 结果与分析

2.1土壤基本理化性质及土壤养分

由表2可知，10 cm土层内RD与SRD及NRD的土壤容重、含水量和总孔隙度差异显著(P＜0.05)，呈递增趋势，NRD与SRD及RD之间的土壤PH、电导率和全盐差异显著(P＜0.05)，呈现递减趋势，说明在10 cm土层，旅游干扰越大对土壤的理化性质影响越大。30 cm土层因距离地面不远，与10 cm土层具有相似的影响。在60 cm土层，深度较大，土壤容重、含水量和总孔隙度随着旅游干扰增大而增大，PH、电导率和全盐反之，随着干扰增强而减小。而土层深度的增加，在同一旅游干扰程度下，土壤容重、PH和电导率减小，含水量、总孔隙度和全盐增加。

表2 土壤理化性质Table 2 The physical and chemical properties of sample soil

土壤养分和肥力能表现某一地区土壤生理生态环境的状态。表3中，对不同土层深度，不同干扰程度土壤养分作了分析，在同一深度土层，旅游干扰程度对土壤养分影响较大；同一程度旅游干扰下，不同深度土层土壤养分也不同。10 cm土层土壤养分受旅游干扰影响，干扰越大，产生有机污染较大，土壤有机质、碱解氮增加，而速效钾和速效磷等含量减小；30 cm土层，各土壤养分之间差异较显著；60 cm土层，深度较大，干扰影响较小，九宫山风景区土壤(SRD,RD)养分较相似差异不显著，与太平山林场土壤养分差异显著(P＜0.05)。在同一旅游干扰程度下，土壤养分随土层深度增加而减小。

表3 样地土壤养分Table 3 The soil nutrient of sample lands

2.2土壤中微生物数目

图1 不同土层深度微生物数量Fig.1 The soil microbial quantity in different depth

经形态学观测和分子学方法[33]检测发现，土壤中微生物类型主要有细菌、放线菌和真菌，它们所占的数量比例不同(细菌＞放线菌＞真菌)。对不同深度土层，不同旅游干扰程度的各类微生物数量作分析，结果如图1所示，同一土层中(10 cm,30 cm,60 cm)，旅游干扰增大使土壤中细菌、放线菌和真菌数量减少，其中细菌数目变化最为明显，放线菌和真菌次之；同一旅游干扰程度下，细菌、放线菌和真菌数目随着土层深度增加(0～30 cm)而减小，而60 cm处，扰动对微生物数目影响较小，最主要的影响因数是采样地的不同，九宫山风景区与太平林场土壤微生物数目差异显著(P＜0.05)，九宫山地区差异不显著(P＞0.05)。

2.3土壤中微生物种类

将培养基中的微生物用特异性引物扩增的微生物DNA序列进行Blast在线(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)比对分析各旅游干扰区域土层微生物群落结构，发现微生物种类与土层深度没有相关性，各干扰区域的微生物在各土层都有分布。在NRD中，鉴定出来的微生物种类有芽孢杆菌(Bacillus)、黄单胞菌(Xanthomonas)、假单胞杆菌属(Pseudomonas)、固氮菌属(Azotobacter)、葡萄球菌属(Staphtulococus)、葡萄杆菌属(Gluconobacter)、放线菌门(Actinomycetes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)等，其中优势菌种为黄单胞菌属和放线菌门；SRD中微生物种类包括芽孢杆菌(Bacillus)、黄单胞菌(Xanthomonas)、假单胞杆菌属(Pseudomonas)、固氮菌属(Azotobacter)、葡萄球菌属(Staphtulococus)、放线菌门(Actinomycetes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)等，其中芽孢杆菌(Bacillus)、葡萄球菌属(Staphtulococus)、放线菌门(Actinomycetes)为优势菌种；RD中微生物种类最为丰富，包含芽孢杆菌(Bacillus)、黄单胞菌(Xanthomonas)、假单胞杆菌属(Pseudomonas)、固氮菌属(Azotobacter)、葡萄球菌属(Staphtulococus)、放线菌门(Actinomycetes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、甲基单胞菌(Methylomonas)、产碱菌属(Alcaligenes)等，其中芽孢杆菌(Bacillus)、固氮菌属(Azotobacter)、放线菌门(Actinomycetes)为该较大旅游干扰区域的优势菌种。

图2 不同程度旅游干扰土层微生物群落结构Fig.2 The soil microbial community structure under different degree of tourism disturbance

2.4土壤中酶活性测定

酶在土壤的形成过程中起着重要作用，选取与碳、氮、磷循环紧密相关的酶进行定点试验研究分析，由图3可知，不同程度旅游干扰、不同深度土层土壤酶活性差异较大，尤其是在干扰较大区域的10 cm土层差异极显著(P＜0.05)。在10 cm土层，旅游干扰程度越大，脲酶与土壤中的氮素含量有关，脲酶活性减弱，氮素含量也减小(如表3)；过氧化氢酶要调节产生的过多的过氧化氢类物质而增加，磷酸酶与土壤中的磷素含量有关，磷酸酶含量高土壤中的速效磷也增高(如表3)；与土壤中有机质有关的蔗糖酶，不同干扰程度差异不显著(P＞0.05)；30 cm土层内，NRD与SRD及RD两者脲酶差异显著(P＜0.05)，RD与SRD及NRD两者过氧化氢酶、磷酸酶差异不显著(P＜0.05)，而RD,SRD, NRD三者之间的蔗糖酶差异显著(P＜0.05)；在60 cm土层中，NRD脲酶与RD及SRD差异显著，RD磷酸酶与SRD和NRD两者差异较显著(P＜0.05)，而三者中，两两之间的蔗糖酶含量差异显著(P＜0.05)，土壤中酶活性测定说明旅游干扰程度越大对土壤酶活影响较大。

2.5相关性分析

土层深度和旅游干扰程度对微生物数量、种类及土壤酶活性相关性分析，如表4所示，微生物数量和土层深度及旅游干扰程度都呈极显著相关(P＜0.01)，微生物种类与旅游干扰程度呈显著相关(P＜0.05)，土壤酶活与土层深度呈现极显著相关(P＜0.01)，与旅游干扰程度显著相关(P＜0.05)。Shannon指数也显示旅游干扰程度这一因子是土壤中微生物数量、微生物种类及酶活最显著的影响因子。

图3 不同程度旅游干扰下各土层土壤中酶活力Fig.3 The soil enzyme activity in different depth under different degree of tourism disturbance

表4 土层深度及旅游干扰程度对微生物数量、种类和土壤中酶活性的影响Table4Soildepthanddegreeoftourismdisturbanceaffectonthenumberofmicroorganismsandactivitiesofsoilenzyme

3 讨论

不同旅游干扰程度下，不同深度土层土壤理化性质有差异，土壤容重、PH、电导率、含水量、土壤孔隙度等都受到旅游较大程度的干扰，尤其电导率变化最明显，土壤中电导率是与土壤中水溶性盐有关的指标，水溶性盐越大会限制植物的生长，旅游干扰的增强使土壤中电导率增大，水溶性盐增多，对植物生长不利。从不同土壤的氮元素、磷元素、钾元素和有机质的比较来看，旅游干扰对土壤的养分状况有明显的影响。旅游干扰越大，工程污染和生活垃圾污染，使土壤中营养元素含量增大，有害物质增多，改变了土壤的养分结构，不适宜植物生长。

土壤微生物是指生活在土壤中的细菌、真菌、放线菌、藻类的总称[33-35]。试点土壤中微生物分为细菌、放线菌和真菌这三大类，细菌数量较大。微生物种类和数量随成土环境及其土层深度的不同而变化，10 cm处土层容易受到人为干扰，其土壤当中的微生物种类和数量会有所不同，干扰越大，微生物数目会降低，另外土壤微生物能进行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等过程，促进土壤有机质的分解和养分的转化，微生物数量降低也在一定程度上影响土壤的肥力和分解能力[36,37]。土壤中微生物一般以细菌数量最多，放线菌次之，有益的细菌有固氮菌、硝化细菌和腐生细菌，有害的细菌有反硝化细菌等，有文献研究表明，长期的人为干扰，土壤中的微生物数量和种类会发生减少。

土壤酶是存在于土壤中各酶类的总称，参与了土壤的发生和发育以及土壤肥力的形成和演化的全过程，是土壤的组成成分之一[38-41]，它包括已积累于土壤中的酶活性，也包括正在增殖的微生物向土壤释放的酶活性，主要来源于土壤中动物、植物根系和微生物的细胞分泌物以及残体的分解物，它也可以作为指示土壤生物学活性的指标[42,43]。本实验主要检测的四种土壤酶活性(脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶和蔗糖酶)能直观反映旅游干扰强弱对土壤生物活性的影响，实验调查发现10～30 cm土层，旅游干扰越强，对土壤酶活力影响越大。土层深度和旅游干扰两者与土壤生理生态指标相关性分析表明，微生物群落数量和酶活都和旅游干扰有显著相关。综上所述，旅游干扰对九宫山风景区土壤生理生态环境影响较大，具体表现在人为干扰较大区域，土壤养分减弱，微生物数量减少，群落结构发生改变，影响土壤酶活力。

4 小结

本研究揭示了旅游干扰对九宫山风景区土壤微观生理生态环境产生显著影响，人为干扰过大减弱土壤肥力和理化性状，改变土壤有益微生物群落结构和土壤酶活，继而影响植被的生长。结合本研究，提出几点建议：在人类活动较大的植被区域设置警语，提醒游人误践踏破坏花草树木，时常翻动旅游干扰区土壤，增施有机肥，适当增加干扰区植被多样性。

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Influence of Tourism Disturbance on the Soil Nutrition,Microbial Community Structure and Its Enzyme Activity of the Jiugong Mountain National Natural Landscape Protection Zone

WANG Hong-xu
Inner Mongolia Vocational College of Chemical Engineering,Hohhot010070,China

It was studied that a correlation analysis on the soil nutrition,physical and chemical properties,microbial community structure and its enzyme activity in different depths of soil layers(0-10 cm,10-30 cm,30-60 cm)in the three areas in Victoria Peak Forest adjacent to the Jiugong Mountain National Scenery Protection Zone,no disturbance(NRD), small disturbance(SRD)and disturbance(RD).The results showed that there were significant differences between different depths of the soil layers(P＜0.05)and a very significant effect in the 0-30 cm soil layer.It indicated that tourism disturbance will cause impact on the ecological physical environment of the Jiugong Mountain National Scenery Protection Zone.

Tourism disturbance;Jiugong Mountain Protection Zone;physical and chemical property;microbial community structure;enzyme activity

U695.1+4;S154.1

A

1000-2324(2014)05-0735-06

2013-02-21

2013-02-30

汪洪旭(1979-),女,本科,讲师.研究方向:旅游管理教育教学及旅游企业管理.E-mail:nhywhx@163.com