林业所最新研究揭示连续种植对中国杉 木人工林叶-凋落物-土壤-微生物系统 C:N:P化学计量变化机制

图1 中国杉木人工林连栽对生态系统各组分的影响效应

图2 杉木连栽条件下C：N：P化学计量比变化的影响因素重要性排序

连续种植作为一种常见的林业实践，能够显著提高木材产量和经济效益。然而，由于连续单一种植，我国杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林面临土壤养分失衡、生产力下降和生态系统功能退化等问题。目前，连续种植导致的叶片-凋落物-土壤-微生物系统C:N:P化学计量变化及其潜在机制尚未得到系统解析，制约了杉木人工林针对性土壤改良和可持续林业管理的推进。

为应对连续种植引发的土壤退化和养分利用效率低下问题，研究团队通过整合分析(meta-analysis)方法，整合了116项研究中的910条配对观测数据，系统评估了连续种植对我国杉木人工林叶片-凋落物-土壤-微生物生物量系统C:N:P化学计量比的影响。研究发现，连续种植显著提高了土壤C:N（20.21%），特别是在第三代人工林中表现尤为明显（+45.41%），微生物生物量碳氮比降低了16.89%。凋落物C:P随种植代数的增加而显著增加，而叶片生态化学计量比总体变化不显著。亚组分析显示，底土（>20cm）的C:N增幅大于表层土壤（0-20cm），第三代人工林的C:N增幅为72.48%（图1）。随机森林分析显示，土壤pH和林龄是调控化学计量变化的主要驱动因子，pH主要影响表层土壤，林龄主要影响深层土壤（图2）。总体而言，连续种植导致该系统C:N:P化学计量失衡加剧、养分限制增强，并显著影响了碳、氮、磷循环过程。研究建议通过土壤改良、调整轮伐期至20年以上，并引入林下植物功能群（PFGs）来促进中国杉木人工林的可持续发展。研究结果为揭示连续种植引发的土壤生态退化机制提供理论支撑，并为优化杉木人工林管理和提升土壤生产力提供了重要指导和方向。

相关研究结果以题为“Successive planting changes the C:N:P stoichiometry of the leaf-litter-soil-microbial biomass system in Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) plantations in China: A meta-analysis”（https://doi.org/10.1016/j.foreco.2025.123278）发表于《Forest Ecology and Management》（中科院林学一区Top期刊，IF=3.7）。林业所硕士研究生许永超为第一作者，刘蕾副研究员和孙启武研究员为通讯作者。该研究得到“十四五”国家重点研发计划项目“杉木人工林生态化学计量与养分均衡调控技术”（2023YFF1304404）和中国林业科学研究院中央级公益性科研机构基本科研业务费专项资金（CAFYBB2023QC001）的支持。