杉木纯林林下补植模式对土壤质量和微生物群落的影响OA

【目的】构建杉阔复层异龄混交林,评估不同林下补植模式的土壤质量变化,筛选适宜的林下补植模式,为杉木人工林土壤健康维护和可持续经营提供科学依据。【方法】在1998年营建的杉木人工林中,2014年进行第3次间伐(平均保留密度225株·hm^(-2)),2015年设置杉木纯林对照(M0)、仅补植闽楠(M1)、补植闽楠和红豆杉(M2)、补植闽楠和红豆杉及木荷(M3)4种林下补植模式,杉木与补植树种的株数比例均为3∶7;在补植7年后的2022年,采集0~60 cm土层深度的土样,测定化学性质、胞外酶活性和细菌群落特征(16S rRNA)。选取最小数据集建立土壤质量指数(SQI)模型,采用方差分解量化生物因素(酶活性、微生物代谢限制和群落结构)和非生物因素(化学性质及其计量比)对土壤质量的贡献率,并通过结构方程模型解析“林下补植模式-土壤质量指数”之间的关系。【结果】与纯林M0相比,经林下补植形成的杉阔复层异龄混交林(M1、M2、M3)可显著改善土壤质量和微生物群落生态功能,0~20 cm土层的全氮、全磷、碱解氮、有效钾、土壤有机碳等关键养分含量提升29.87%~72.62%,其中M2的0~20 cm土层各指标增幅最大。林下补植通过优化土壤酶活性驱动碳氮磷循环,M1的土壤蔗糖酶活性、葡萄糖苷酶活性和M3的脲酶活性在0~20 cm土层达到峰值,而纯林的酸性磷酸酶活性、过氧化氢酶活性较高,反映出分解代谢路径的差异。M2的微生物磷限制平均值较纯林下降12.05%,并通过提升0~20 cm土层的氮水解酶相对活性和缓解40~60 cm土层的微生物碳限制优化养分利用策略。微生物群落分析显示,营建的复层异龄混交林可显著提高土壤微生物的Shannon多样性指数,改变酸杆菌门、变形菌门等功能菌群丰度。林下补植模式通过调控全磷(路径系数0.68)、氮磷比(0.71)及SOC(0.33)、pH值(0.34)、氮水解酶活性(0.17)和土壤微生物Shannon多样性(0.60)间接影响土壤质量。3种林下补植模式的土壤质量指数均优于纯林,其中M2的0~20 cm土层的土壤质量最高,纯林的40~60 cm土层的土壤质量最低。【结论】通过在杉木人工纯林林下补植乡土树种形成的杉阔复层异龄混交林,能够提升土壤养分水平、平衡化学计量限制、优化酶活性和微生物群落多样性,改善土壤质量,其中林下补植闽楠和红豆杉改造模式的土壤改良作用最为突出。