地中海山地生态系统中越野跑与山地自行车活动的影响：生态系统恢复力研究

《iScience》：Impacts of trail running and mountain biking: Resilience of a Mediterranean mountain ecosystem

　　

摘要专业翻译 日益增长的户外活动因生态效应不确定，给保护自然区域的管理带来了重大挑战。本研究分析了越野跑（trail running）和山地自行车（mountain biking）这两种快速发展的运动，对西班牙瓜达拉马山脉国家公园（Sierra de Guadarrama National Park, SGNP）地中海山地环境中平坦和坡地地形的影響，研究人员在样带上施加了不同的使用强度。研究人员在一年内利用生物和非生物指标监测了短期早期影响及随后的恢复情况，这些指标包括：土壤压实度（soil compaction）、植被（总盖度、辛普森多样性指数（Simpson's diversity index）及组成）、细菌菌落形成单位（colony-forming units, CFU）和土壤微型动物区系（edaphic microfauna）。结果表明，在所分析的变量中，土壤压实度和植被盖度是受影响最显著的指标，当施加高次数的人行或自行车通过时会产生显著改变，但两种运动之间无显著差异。植被恢复速度快于土壤压实度，且地中海季节性强烈调节了影响程度。研究人员提出了平衡娱乐与保护的管理措施。

论文解读

一、研究背景与意义

近年来，利用自然环境进行休闲娱乐和体育活动的人数显著增长，保护区因其优美的景观和休闲生态系统服务功能，成为这些活动的重要场所。在西班牙瓜达拉马山脉国家公园（Sierra de Guadarrama National Park, SGNP），越野跑和山地自行车是占主导地位的户外活动。然而，休闲和体育活动若管理不善，可能危及保护区及其相关环境的保护，削弱生态系统服务的提供。目前，防止环境退化是保护区管理机构的首要任务之一，而休闲活动是最常见的挑战之一。已有研究表明，这些运动可能造成植物群落改变、土壤流失和压实、水质下降、野生动物干扰以及垃圾和微塑料进入生态系统等问题。

尽管已有大量文献分析了休闲活动的环境影响，但越野跑影响研究仍存在局限：许多过往研究未明确区分跑步者与徒步者，且缺乏中长期的生态恢复研究。此外，环境因素如气候、地形、地质和自然植被在决定影响程度和严重性方面起重要作用，理解这些影响及其影响因素在局地尺度上的相对重要性，对于制定有效的管理策略至关重要。本研究正是在这一背景下，在SGNP开展为期一年的实验研究，旨在评估越野跑和山地自行车的生态影响及生态系统恢复力，为保护区管理提供科学依据。

二、研究设计与主要方法

研究人员在西班牙瓜达拉马山脉国家公园（SGNP）内选取一处约海拔1300米的林间空地作为研究区域。该区域植被以草本为主，间有少量灌木，气候为大陆性地中海气候。研究设置了三个实验区域：一个平坦区域和两个坡地区域（S1坡度为12.5°，S2坡度为10°）。在平坦区域设置了四条廊道，每条廊道分为三个样带（2 × 0.75 m），分别施加0（对照）、500和1000次通过的处理，其中两条廊道分配给自行车，两条分配给跑步。坡地区域施加400次通过的处理，S1中设置了跑步和自行车下坡廊道，S2中设置了自行车上坡和下坡廊道。所有处理于2024年2月底由三名平均体重75公斤的参与者连续两天完成。研究人员在2024年2月（影响前）进行基线采样，随后在3月（影响后）、6月、10月和2025年2月进行重复采样。

主要技术方法包括：使用手动贯入仪测量土壤穿透阻力（penetration resistance）以评估土壤压实度；通过样方调查估算总植被盖度和多年生物种盖度，并计算辛普森多样性指数（Simpson's diversity index）；采用稀释涂布平板法测定细菌菌落形成单位（CFU/gds）；使用Berlese-Tullgren法提取土壤微型节肢动物并计数；利用置换多元方差分析（PERMANOVA）分析群落组成差异；采用Kruskal-Wallis检验、ANOVA和广义线性混合模型（GLMM）进行统计分析。

三、研究结果

对物理化学变量的影响

在平坦区域，经过1000次跑步通过后，廊道中心的土壤穿透阻力达到4.74 ± 0.60 kg/cm2，显著高于两侧区域的3.74 ± 0.74 kg/cm2。自行车通过后，中心区域穿透阻力更高，达到5.37 ± 0.80 kg/cm2，且两种活动之间的差异显著，山地自行车产生的土壤压实更强。一年后，所有受影响样带的穿透阻力均有所下降，但仍显著高于两侧未受影响区域，表明土壤压实尚未完全恢复。在坡地区域，下坡运动（无论跑步还是自行车）均导致中心区域穿透阻力显著增加，但自行车上坡对土壤压实的影响不显著。S2中自行车上坡比下坡造成的压实更强。

对植被变量的影响

在平坦区域，两种活动均降低了植被盖度。跑步在1000次通过后使盖度减少了50%，自行车在1000次通过后使盖度减少了15%，但500次自行车通过未产生显著影响。然而，在影响后的几个月内，践踏效应不再显著，6月、10月和次年2月的植被盖度与影响前水平相似，表明植被在约3个月内实现了快速恢复。在坡地区域，下坡处理（跑步和自行车）均导致植被盖度显著下降，但上坡自行车影响不显著。到6月，植被盖度已恢复到影响前水平。群落组成分析显示，影响后群落出现同质化现象，辛普森多样性指数下降，这可能是由于耐践踏物种的相对增加和敏感物种的减少所致。在后续月份中，随着其他物种的建立，异质性又有所增加。

对土壤微生物变量的影响

细菌菌落形成单位（CFU/gds）在各采样月份间表现出较大变异性，但活动类型和通过次数之间的差异较小。跑步处理中，通过次数越多，CFU/gds有下降趋势，但未达到统计显著水平。总体而言，该指标主要受季节性土壤湿度影响，而非活动类型或强度。

对土壤动物变量的影响

微型节肢动物（弹尾目和螨类）的丰度随采样月份和通过次数变化，但未呈现清晰趋势。广义线性混合模型（GLMM）分析表明，通过次数、土壤湿度和活动类型对丰度均无显著影响，而采样日期是显著因素，10月丰度大幅增加，这与地中海地区秋季湿度回升的自然季节性趋势一致。

四、讨论与结论

讨论部分指出，土壤穿透阻力和植被盖度是监测休闲活动影响的最可靠指标，而微生物和土壤动物指标受环境变异性影响较大，不太适合作为监测工具。两种活动在平坦地形上产生的总体影响模式相似，但自行车造成的干扰在空间上更集中，而跑步的影响则分散在样带上。植被在生长季前受到干扰后恢复较快，而土壤压实持续至少8个月，恢复较慢。坡度也影响结果：下坡运动在较低使用强度下就能产生与平坦地形类似的影响，而自行车上坡造成的改变相对较小。

研究结论认为，SGNP中的休闲体育赛事对不同生态系统组分产生了可测量的影响，强调了建立可靠指标来评估和监测这些效应的必要性。在所测试的指标中，仅穿透阻力和植被盖度产生了一致且有用的结果。越野跑和山地自行车总体影响模式相似。植被在影响发生在生长季之前时恢复相对较快，而土壤压实恢复较慢。管理应通过适应性策略进行，考虑活动类型、地形坡度和活动时间，并在时间上间隔安排活动，设计避开陡坡的路线，以在休闲利用与生态保护之间取得平衡。

研究局限性包括：恢复基于单次影响事件，可能无法反映重复或持续影响下的情况；坡地实验未采用与平坦区域相同的通过次数，限制了直接比较；坡地区域因人为破坏导致后续数据缺失；部分参数在最后一次采样中未记录。未来研究应考虑在春季施加影响、开展重复影响的长期实验，并在坡地区域采用与平坦区域相同的处理强度。