优化林下混交模式缓解杉木人工林土壤退化：化学计量与微生物多样性的协同调控机制

针对中国南方杉木人工林连作导致的土壤退化问题，研究人员通过构建不同树种配置的混交林（M1-M3），系统评估了土壤化学性质、酶活性及微生物群落变化。研究发现混交林显著提升0-20 cm土层TN、TP、SOC含量（29.9-72.6%），其中Phoebe bournei与Taxus wallichiana混交（M2）的土壤质量指数（SQI）最高，磷限制降低12.1%，并富集关键菌群Dependentiae。该研究为人工林可持续经营提供了理论依据。

　　

中国南方杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林占全国人工林总面积的四分之一，但长期连作导致严重土壤退化——三代轮作后木材蓄积量下降28.98-39.37%，土壤有机质减少15.49-48.03%，氮磷含量降低14.6-30.5%。这种"生态赤字"现象主要源于单一树种对养分的选择性吸收、土壤酸化加剧以及微生物功能失衡。如何通过生态调控恢复地力，成为林业可持续发展的关键难题。

中国林业科学研究院的研究团队创新性地提出"林窗+混交"改造方案，在30年生杉木林（保留密度225株/ha）下构建3:7比例的混交系统：单种楠木（M1）、楠木+南方红豆杉（M2）、楠木+南方红豆杉+木荷（M3），以纯杉木林（M0）为对照。通过测定0-60 cm土层的理化性质、水解酶（蔗糖酶SUC、β-1,4-葡萄糖苷酶GLU等）与氧化酶（过氧化氢酶CAT）活性，结合16S rRNA高通量测序和土壤质量指数（SQI）模型，揭示了最优混交模式对土壤功能的修复机制。

关键技术包括：（1）采用Hedley连续提取法测定有机磷（OP）和无机磷（IP）形态；（2）基于酶矢量分析计算微生物碳限制（RLC）和氮磷限制；（3）通过主成分分析构建包含TP、N/P、pH、SOC的MDS（最小数据集）评价SQI；（4）Illumina平台测序细菌V3-V4区，LEfSe分析标志物种。

研究结果展现出显著的分层效应：

1. 土壤化学性质方面：混交林0-20 cm土层的TN、TP、AN、AK和SOC比纯林提高29.9-72.6%，其中M2的TP（0.44 g/kg）和AP（1.53 mg/kg）达峰值。M2的C/N（13.96）和C/P（37.45）最接近微生物代谢需求。
2. 酶活性特征：混交林水解酶（SUC+GLU+纤维素酶CEL）活性提升，M3的脲酶URE达0.54 mg/g·h；而纯林氧化酶CAT（2.58 U/g）显著偏高，反映其碳周转效率低下。
3. 微生物调控：M2的Shannon指数（8.76）最高，富集Streptomyces等功能菌群。VPA分析显示 abiotic因素（48.2%）主导群落变异，其中TP（路径系数0.68）和N/P（0.71）是关键驱动力。
4. 土壤质量：M2的SQI（0.82）显著优于M0（0.63），其表层土壤的磷限制降低12.1%，且稀有类群Dependentiae（LDA=3.53）通过编码糖苷水解酶促进碳循环。

这项研究首次阐明树种配置通过"TP-N/P-SOC"三角调控机制改善土壤功能：楠木提供丰富凋落物提升碳库，红豆杉根系分泌物缓解磷固定，而木荷的引入可能因木质素/氮比过高反而加剧磷限制。M2模式中Dependentiae作为生物标志物，其ABC转运蛋白和碳酸酐酶基因簇的活跃表达，证实了混交系统通过微生物功能冗余增强生态弹性。该成果发表于《Industrial Crops and Products》，为亚热带人工林从"木材生产"向"多功能经营"转型提供了可操作的配置方案——即保留30%杉木冠层，搭配50%楠木与20%红豆杉的垂直结构，可实现土壤保育与经济效益的双赢。未来研究需关注真菌-细菌互作对有机质转化的协同效应，以及长期演替下混交林的碳汇潜力。