汪洪旭

旅游干擾對九宮山景區(qū)土壤養(yǎng)分、微生物群落結(jié)構(gòu)及酶活性的影響

汪洪旭

內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特010070

分析研究與九宮山風(fēng)景區(qū)接壤的太平山林場未被人為擾動區(qū)域(NRD)、九宮山旅游區(qū)較少人為擾動區(qū)域(SRD)和九宮山旅游區(qū)人為擾動較大區(qū)域(RD)的不同深度(0～10 cm,10～30 cm,30～60 cm)土層土壤養(yǎng)分及理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)和酶活性以及它們之間的相關(guān)性。結(jié)果顯示:不同深度土層之間的土壤理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)及酶活性有顯著差異(P＜0.05)，在0～30 cm土層旅游干擾對土壤養(yǎng)分及理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)和酶活性有極顯著影響(P＜0.01)，這說明旅游干擾對九宮山風(fēng)景區(qū)生態(tài)生理環(huán)境產(chǎn)生了一定程度的影響。

旅游擾動;九宮山風(fēng)景區(qū);理化性質(zhì);微生物群落結(jié)構(gòu);土壤酶活性

近幾十年，國家經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活豐富了，而旅游作為經(jīng)濟(jì)、社會、文化等現(xiàn)象的綜合反映[1-3]，越來越多的人青睞外出旅游，融于大自然。因此，我國各種類型旅游區(qū)的開發(fā)數(shù)量逐年增加，吸引了大量的游客。然而，人們往往只注重旅游事業(yè)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益而忽視對綜合效益的研究。雖然認(rèn)識到旅游與生態(tài)環(huán)境的密切關(guān)系，卻忽視旅游的發(fā)展與開發(fā)帶來的消極影響[4-7]。多人次的人類活動形成的旅游干擾也或多或少的影響旅游區(qū)宏觀的自然資源和微觀的生態(tài)環(huán)境，甚至有些影響是不可逆的，例如大氣污染和土壤破壞[8-10]等。很早就有人注意到旅游活動所帶來的相關(guān)生態(tài)環(huán)境問題，1980年加拿大學(xué)者Claude moulin就提出“生態(tài)旅游”的概念。旅游干擾對生態(tài)環(huán)境造成的影響主要體現(xiàn)在：人類活動大面積新建旅游設(shè)施對旅游區(qū)植被產(chǎn)生破壞、游客對植被的踐踏、旅游船隊(duì)和旅游垃圾對水環(huán)境和土壤的污染等[11-16]。目前，旅游干擾對生態(tài)環(huán)境的影響主要集中在對大氣、水環(huán)境等宏觀研究[17-20]，很少涉及到旅游干擾對土壤微環(huán)境的影響，而當(dāng)收到干擾時(shí)，土壤中微生物也會作出響應(yīng)。本文對九宮山風(fēng)景區(qū)在不同程度旅游干擾下，土壤微環(huán)境對這一干擾的響應(yīng)及改變，監(jiān)測土壤養(yǎng)分理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)及土壤酶活性等指標(biāo)，以期從微觀方面揭示旅游干擾對風(fēng)景區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響，為修復(fù)防治旅游活動對自然環(huán)境破壞提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1風(fēng)景區(qū)概況

九宮山國家級自然保護(hù)區(qū)位于湖北省通山縣南部地區(qū)，南與江西省武寧縣接壤，西與崇陽縣相接，北鄰橫石鎮(zhèn)，東接太平山林場，總面積1.66×104hm2。地理位置為東經(jīng)114°23′35″～114°39′48″，北緯29°19′27″～29°27′08″，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明。春季天氣多邊，夏季濕熱，秋季涼爽，冬季干冷，具典型的山地氣候特征。1982年被批準(zhǔn)為省級自然保護(hù)區(qū)，2007年晉升為國家級自然保護(hù)區(qū)，以中亞熱帶森林、珍貴植物為主要保護(hù)對象，是長江中下游植被保護(hù)最完整、珍稀動植物最豐富的自然保護(hù)區(qū)。近幾年來，九宮山國家級自然保護(hù)區(qū)已成為著名的風(fēng)景名勝，主要景點(diǎn)有云中湖、闖王陵及石龍溝等，每年來往游客已具40～50萬人次。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 樣品采集在5～9月九宮山風(fēng)景區(qū)旅游旺季期間，分別采集九宮山風(fēng)景區(qū)(JGS)人為擾動大(RD)、較少人為擾動(SRD)及未被開發(fā)的太平山林場(TPS)內(nèi)原始區(qū)域未被人為擾動(NRD)東南西北及中部深度10 cm、30 cm、60 cm左右的土壤樣品，每個(gè)區(qū)域至少3個(gè)重復(fù)，樣品袋保存，實(shí)驗(yàn)室里去除土壤中雜質(zhì)，自然風(fēng)干并保存。

1.2.2 土壤基本理化性質(zhì)測定土壤容重、土壤持水量和孔隙度等物理性質(zhì)采用環(huán)刀法取樣測定；電導(dǎo)率采用P4多功能測定儀測定；PH采用電極電位法測定(1:2.5土水比)；土壤有機(jī)碳含量(g/kg)測定采用重鉻酸鉀氧化外加熱法；土壤電導(dǎo)率(5:1水土比浸提液，EC，μS/cm)采用P4多功能測定儀測定；土壤全氮(g/kg)用凱氏定氮法；土壤全磷(g/kg)用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；有效磷(g/kg)采用NaOH-H3BO3浸提-鉬銻抗比色法測定；堿解氮（g/kg）采用NaOH-H3BO3法測定。速效鉀采用氫氧化鈉熔融—火焰光度法測定[21-25]。

1.2.3 土壤中微生物數(shù)目測定土壤中微生物培養(yǎng)采用涂布平板法，先用研缽輕磨土樣，于超凈工作臺內(nèi)稱量1 g土壤，融入5 mL滅菌的0.1生理鹽水中，37℃，175 r/min震蕩培養(yǎng)20 min，然后對土壤懸浮液進(jìn)行梯度稀釋，吸取稀釋的土壤懸浮液200μL均勻涂布到LB固體培養(yǎng)基平板上(每組3個(gè)重復(fù))，37℃恒溫培養(yǎng)2～3 d后計(jì)算菌落數(shù)目，每克土壤微生物數(shù)計(jì)算公式[26-28]如下：

微生物數(shù)目/g=菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)×10

1.2.4 土壤中微生物種類鑒定根據(jù)培養(yǎng)基上菌落形態(tài)、顏色、菌斑等，初步分離，然后挑取菌落中少許菌于新的LB培養(yǎng)基上37℃恒溫培養(yǎng)2～3 d，挑取細(xì)菌于裂解液中裂解，再進(jìn)行菌落PCR，特異性引物(ITS4/ITS5)擴(kuò)增，擴(kuò)增產(chǎn)物送測序，得到序列在線(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)進(jìn)行比對，統(tǒng)計(jì)土壤中微生物種類。

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

1.2.5 土壤中酶活性測定脲酶活性測定：將采集的15 cm深度土樣混合，采用苯酚-次氯酸鈉比色法[29-32]測定，其活性以24 h后1 g土壤中NH4+-N的毫克數(shù)表示。

過氧化氫酶活性測定：采用高錳酸鉀容量法[29-32]測定，其活性以1 g土壤的0.1 mol/L 1/5 KMnO4毫升數(shù)表示。

磷酸酶活性測定：采用磷酸苯二鈉比色法[29-32]測定，其活性以1 g土壤的酚毫克數(shù)表示。

蔗糖酶活性測定：采用3,5-二硝基水楊酸比色法[29-32]測定，其活性以1 g土壤中還原糖含量表示。

1.3數(shù)據(jù)分析

采用SPSS16.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用最小顯著差數(shù)法(LSD)進(jìn)行顯著性分析。用OriginPro 7.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1土壤基本理化性質(zhì)及土壤養(yǎng)分

由表2可知，10 cm土層內(nèi)RD與SRD及NRD的土壤容重、含水量和總孔隙度差異顯著(P＜0.05)，呈遞增趨勢，NRD與SRD及RD之間的土壤PH、電導(dǎo)率和全鹽差異顯著(P＜0.05)，呈現(xiàn)遞減趨勢，說明在10 cm土層，旅游干擾越大對土壤的理化性質(zhì)影響越大。30 cm土層因距離地面不遠(yuǎn)，與10 cm土層具有相似的影響。在60 cm土層，深度較大，土壤容重、含水量和總孔隙度隨著旅游干擾增大而增大，PH、電導(dǎo)率和全鹽反之，隨著干擾增強(qiáng)而減小。而土層深度的增加，在同一旅游干擾程度下，土壤容重、PH和電導(dǎo)率減小，含水量、總孔隙度和全鹽增加。

表2 土壤理化性質(zhì)Table 2 The physical and chemical properties of sample soil

土壤養(yǎng)分和肥力能表現(xiàn)某一地區(qū)土壤生理生態(tài)環(huán)境的狀態(tài)。表3中，對不同土層深度，不同干擾程度土壤養(yǎng)分作了分析，在同一深度土層，旅游干擾程度對土壤養(yǎng)分影響較大；同一程度旅游干擾下，不同深度土層土壤養(yǎng)分也不同。10 cm土層土壤養(yǎng)分受旅游干擾影響，干擾越大，產(chǎn)生有機(jī)污染較大，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮增加，而速效鉀和速效磷等含量減??；30 cm土層，各土壤養(yǎng)分之間差異較顯著；60 cm土層，深度較大，干擾影響較小，九宮山風(fēng)景區(qū)土壤(SRD,RD)養(yǎng)分較相似差異不顯著，與太平山林場土壤養(yǎng)分差異顯著(P＜0.05)。在同一旅游干擾程度下，土壤養(yǎng)分隨土層深度增加而減小。

表3 樣地土壤養(yǎng)分Table 3 The soil nutrient of sample lands

2.2土壤中微生物數(shù)目

圖1 不同土層深度微生物數(shù)量Fig.1 The soil microbial quantity in different depth

經(jīng)形態(tài)學(xué)觀測和分子學(xué)方法[33]檢測發(fā)現(xiàn)，土壤中微生物類型主要有細(xì)菌、放線菌和真菌，它們所占的數(shù)量比例不同(細(xì)菌＞放線菌＞真菌)。對不同深度土層，不同旅游干擾程度的各類微生物數(shù)量作分析，結(jié)果如圖1所示，同一土層中(10 cm,30 cm,60 cm)，旅游干擾增大使土壤中細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量減少，其中細(xì)菌數(shù)目變化最為明顯，放線菌和真菌次之；同一旅游干擾程度下，細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)目隨著土層深度增加(0～30 cm)而減小，而60 cm處，擾動對微生物數(shù)目影響較小，最主要的影響因數(shù)是采樣地的不同，九宮山風(fēng)景區(qū)與太平林場土壤微生物數(shù)目差異顯著(P＜0.05)，九宮山地區(qū)差異不顯著(P＞0.05)。

2.3土壤中微生物種類

將培養(yǎng)基中的微生物用特異性引物擴(kuò)增的微生物DNA序列進(jìn)行Blast在線(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)比對分析各旅游干擾區(qū)域土層微生物群落結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)微生物種類與土層深度沒有相關(guān)性，各干擾區(qū)域的微生物在各土層都有分布。在NRD中，鑒定出來的微生物種類有芽孢桿菌(Bacillus)、黃單胞菌(Xanthomonas)、假單胞桿菌屬(Pseudomonas)、固氮菌屬(Azotobacter)、葡萄球菌屬(Staphtulococus)、葡萄桿菌屬(Gluconobacter)、放線菌門(Actinomycetes)、藍(lán)細(xì)菌門(Cyanobacteria)等，其中優(yōu)勢菌種為黃單胞菌屬和放線菌門；SRD中微生物種類包括芽孢桿菌(Bacillus)、黃單胞菌(Xanthomonas)、假單胞桿菌屬(Pseudomonas)、固氮菌屬(Azotobacter)、葡萄球菌屬(Staphtulococus)、放線菌門(Actinomycetes)、藍(lán)細(xì)菌門(Cyanobacteria)等，其中芽孢桿菌(Bacillus)、葡萄球菌屬(Staphtulococus)、放線菌門(Actinomycetes)為優(yōu)勢菌種；RD中微生物種類最為豐富，包含芽孢桿菌(Bacillus)、黃單胞菌(Xanthomonas)、假單胞桿菌屬(Pseudomonas)、固氮菌屬(Azotobacter)、葡萄球菌屬(Staphtulococus)、放線菌門(Actinomycetes)、藍(lán)細(xì)菌門(Cyanobacteria)、甲基單胞菌(Methylomonas)、產(chǎn)堿菌屬(Alcaligenes)等，其中芽孢桿菌(Bacillus)、固氮菌屬(Azotobacter)、放線菌門(Actinomycetes)為該較大旅游干擾區(qū)域的優(yōu)勢菌種。

圖2 不同程度旅游干擾土層微生物群落結(jié)構(gòu)Fig.2 The soil microbial community structure under different degree of tourism disturbance

2.4土壤中酶活性測定

酶在土壤的形成過程中起著重要作用，選取與碳、氮、磷循環(huán)緊密相關(guān)的酶進(jìn)行定點(diǎn)試驗(yàn)研究分析，由圖3可知，不同程度旅游干擾、不同深度土層土壤酶活性差異較大，尤其是在干擾較大區(qū)域的10 cm土層差異極顯著(P＜0.05)。在10 cm土層，旅游干擾程度越大，脲酶與土壤中的氮素含量有關(guān)，脲酶活性減弱，氮素含量也減小(如表3)；過氧化氫酶要調(diào)節(jié)產(chǎn)生的過多的過氧化氫類物質(zhì)而增加，磷酸酶與土壤中的磷素含量有關(guān)，磷酸酶含量高土壤中的速效磷也增高(如表3)；與土壤中有機(jī)質(zhì)有關(guān)的蔗糖酶，不同干擾程度差異不顯著(P＞0.05)；30 cm土層內(nèi)，NRD與SRD及RD兩者脲酶差異顯著(P＜0.05)，RD與SRD及NRD兩者過氧化氫酶、磷酸酶差異不顯著(P＜0.05)，而RD,SRD, NRD三者之間的蔗糖酶差異顯著(P＜0.05)；在60 cm土層中，NRD脲酶與RD及SRD差異顯著，RD磷酸酶與SRD和NRD兩者差異較顯著(P＜0.05)，而三者中，兩兩之間的蔗糖酶含量差異顯著(P＜0.05)，土壤中酶活性測定說明旅游干擾程度越大對土壤酶活影響較大。

2.5相關(guān)性分析

土層深度和旅游干擾程度對微生物數(shù)量、種類及土壤酶活性相關(guān)性分析，如表4所示，微生物數(shù)量和土層深度及旅游干擾程度都呈極顯著相關(guān)(P＜0.01)，微生物種類與旅游干擾程度呈顯著相關(guān)(P＜0.05)，土壤酶活與土層深度呈現(xiàn)極顯著相關(guān)(P＜0.01)，與旅游干擾程度顯著相關(guān)(P＜0.05)。Shannon指數(shù)也顯示旅游干擾程度這一因子是土壤中微生物數(shù)量、微生物種類及酶活最顯著的影響因子。

圖3 不同程度旅游干擾下各土層土壤中酶活力Fig.3 The soil enzyme activity in different depth under different degree of tourism disturbance

表4 土層深度及旅游干擾程度對微生物數(shù)量、種類和土壤中酶活性的影響Table4Soildepthanddegreeoftourismdisturbanceaffectonthenumberofmicroorganismsandactivitiesofsoilenzyme

3 討論

不同旅游干擾程度下，不同深度土層土壤理化性質(zhì)有差異，土壤容重、PH、電導(dǎo)率、含水量、土壤孔隙度等都受到旅游較大程度的干擾，尤其電導(dǎo)率變化最明顯，土壤中電導(dǎo)率是與土壤中水溶性鹽有關(guān)的指標(biāo)，水溶性鹽越大會限制植物的生長，旅游干擾的增強(qiáng)使土壤中電導(dǎo)率增大，水溶性鹽增多，對植物生長不利。從不同土壤的氮元素、磷元素、鉀元素和有機(jī)質(zhì)的比較來看，旅游干擾對土壤的養(yǎng)分狀況有明顯的影響。旅游干擾越大，工程污染和生活垃圾污染，使土壤中營養(yǎng)元素含量增大，有害物質(zhì)增多，改變了土壤的養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，不適宜植物生長。

土壤微生物是指生活在土壤中的細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類的總稱[33-35]。試點(diǎn)土壤中微生物分為細(xì)菌、放線菌和真菌這三大類，細(xì)菌數(shù)量較大。微生物種類和數(shù)量隨成土環(huán)境及其土層深度的不同而變化，10 cm處土層容易受到人為干擾，其土壤當(dāng)中的微生物種類和數(shù)量會有所不同，干擾越大，微生物數(shù)目會降低，另外土壤微生物能進(jìn)行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等過程，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，微生物數(shù)量降低也在一定程度上影響土壤的肥力和分解能力[36,37]。土壤中微生物一般以細(xì)菌數(shù)量最多，放線菌次之，有益的細(xì)菌有固氮菌、硝化細(xì)菌和腐生細(xì)菌，有害的細(xì)菌有反硝化細(xì)菌等，有文獻(xiàn)研究表明，長期的人為干擾，土壤中的微生物數(shù)量和種類會發(fā)生減少。

土壤酶是存在于土壤中各酶類的總稱，參與了土壤的發(fā)生和發(fā)育以及土壤肥力的形成和演化的全過程，是土壤的組成成分之一[38-41]，它包括已積累于土壤中的酶活性，也包括正在增殖的微生物向土壤釋放的酶活性，主要來源于土壤中動物、植物根系和微生物的細(xì)胞分泌物以及殘?bào)w的分解物，它也可以作為指示土壤生物學(xué)活性的指標(biāo)[42,43]。本實(shí)驗(yàn)主要檢測的四種土壤酶活性(脲酶、過氧化氫酶、磷酸酶和蔗糖酶)能直觀反映旅游干擾強(qiáng)弱對土壤生物活性的影響，實(shí)驗(yàn)調(diào)查發(fā)現(xiàn)10～30 cm土層，旅游干擾越強(qiáng)，對土壤酶活力影響越大。土層深度和旅游干擾兩者與土壤生理生態(tài)指標(biāo)相關(guān)性分析表明，微生物群落數(shù)量和酶活都和旅游干擾有顯著相關(guān)。綜上所述，旅游干擾對九宮山風(fēng)景區(qū)土壤生理生態(tài)環(huán)境影響較大，具體表現(xiàn)在人為干擾較大區(qū)域，土壤養(yǎng)分減弱，微生物數(shù)量減少，群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，影響土壤酶活力。

4 小結(jié)

本研究揭示了旅游干擾對九宮山風(fēng)景區(qū)土壤微觀生理生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生顯著影響，人為干擾過大減弱土壤肥力和理化性狀，改變土壤有益微生物群落結(jié)構(gòu)和土壤酶活，繼而影響植被的生長。結(jié)合本研究，提出幾點(diǎn)建議：在人類活動較大的植被區(qū)域設(shè)置警語，提醒游人誤踐踏破壞花草樹木，時(shí)常翻動旅游干擾區(qū)土壤，增施有機(jī)肥，適當(dāng)增加干擾區(qū)植被多樣性。

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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,講師.研究方向:旅游管理教育教學(xué)及旅游企業(yè)管理.E-mail:nhywhx@163.com