杉木(Cunninghamia lanceolata)是我国主要用材树种。20世纪50年代后，随着人口的增加，经济速度的增长，木材需要量急剧增加，特别是70年代初，原有杉木林资源远远不能满足人们的需求，于是各地开始大力发展以人工林为主的杉木用材林，并向着“定向培育、速生丰产、优质、稳定高效”的方向发展(盛炜彤，1992)。然而，随着杉木人工林的多代连栽，规模的不断扩大，杉木人工林出现了严重的地力衰退现象，这不仅直接给国家带来巨大经济损失，而且也相应地带来了严重的环境问题。

我国对杉木人工林地力衰退的研究可追溯到20世纪60年代初期。中国科学院林业土壤研究所在湖南会同揭开了杉木人工林地力退化研究的序幕，他们发现连作杉木林土壤养分减少，微生物区系改变及生产力下降，并提出了土壤中毒问题。“七五”期间“提高与维护杉木林地土壤肥力”作为一个重要内容列入国家攻关专题“杉木人工林集约栽培技术研究”，并多次获国家自然科学基金的资助，在此阶段，在福建、湖南和江西调查研究了连作杉木林生产力及土壤理化生物特性的变化，炼山与造林措施对地力的影响，以及维护与恢复地力的途径，进一步确认杉木人工林连作地力衰退和生产力下降的普遍存在，并提出了“杉木人工林地力衰退及防治技术研究”成果。“八五”期间杉木人工林地力衰退研究被正式列入国家攻关专题，此期间，围绕杉木人工林地力衰退做了大量的调查样地，并开展了一些定位研究，研究了土壤组成、结构、功能对杉木人工林生长的影响。但以上研究，只是揭示了杉木人工林地力衰退的问题和现象，并没有在机理上加以认识提高，而且研究内容不够系统，地点也较分散，总体研究仍处于一个较低的层次上。因此，“九五”期间，杉木人工林地力衰退研究又列入了国家重点研究项目。

本文作为国家自然科学基金重点项目的一部分，通过系统地研究连栽杉木人工林土壤性质的变化，找出各土壤因子的动态变化规律，以揭示连栽杉木人工林地力衰退的机理。

1 试验区概况

试验区设置在江西省分宜县大岗山林区。位于东经，北纬114°30'~ 114°45'，北纬27°30'~27°50'。该区属地带性低山丘陵红壤、黄壤类型及其亚类的分布区，成土母质为残积型或坡积型( 蒋有绪等，1992)。

2 样地选择及样品采集

在大岗山山下林场、上村林场和年珠林场，选择相似立地条件下不同连栽代数(第1、2)代、不同地位指数(12、14、16指数分别位于同一座山体的上、中、下坡)坡(幼龄林的4~6 a生和中龄林10~15 a生)组合样地12块，设3个重复，其中一个重复为固定标准地，其它2个重复为临时样地。除了1代中龄林不同地位指数有3块样地设在上村林场外, 其余样地均设在山下林场和年珠林场。标准地海拔高度150~450 m，山下林场和年珠林场土壤类型为红壤，上村林场土壤类型为黄红壤。

在0~40 cm土层中用环刀取土，测定容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及土壤水分；同时用取土钻在每块样地中随机布设6~9个点，按土层深度0~20 cm、20~40 cm分别采集2个层次混合样品1kg左右以测定土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、水解氮、有效磷、速效钾、交换性钙、镁、有效铜、有效铁、有效锰等土壤化学性质；多酚氧化酶活性、转化酶活性、H₂O₂酶活性、酸性磷酸酶活性及脲酶活性(关松荫，1986；国家标准局，1988)。

3 结果与分析 3.1 连栽杉木人工林土壤物理性质变化

土壤物理性质是林木生长的物质基础，直接影响到林木的生长，同时，也影响到土壤化学及生物化学性质。从测定的几项土壤物理性质(如表 1)来看，无论幼龄林还是中龄林，各项测定值均为1代林优于2代林。由此可以看出杉木连栽后，造成土壤板结，物理性质恶化，影响到土壤中养分及水分的运输、转化，土壤微生物的活动等，这可能是导致2代杉木林生产力下降的重要原因之一。

3.2 连栽杉木人工林土壤化学性质变化

本研究测定了13项土壤化学性质(见表 2)。许多研究报告指出：杉木连栽导致土壤pH降低。本次研究也证实了这一点，无论幼龄林还是中龄林，不同地位指数的2代杉木林pH值均低于相应1代林。

从表 2还可以看出，2代中龄林土壤有机质含量下降明显，与前人研究15 a生1、2代杉木人工林土壤有机质含量的结果相一致(杨承栋，1997；俞新妥等，1989)。而2代幼龄林土壤有机质含量却有所增加，这可能是由于某些耕作制度如炼山带来的短暂效果(林开敏，1992；叶镜中，1992)，也可能是1代林成熟后，枯落物和采伐剩余物归还于地面，土壤有机质得以补充的结果。

通过测定不同地位指数1、2代杉木人工林土壤全氮、水解氮、全磷等含量可以看出，无论在幼龄林还是中龄林，其变化趋势都与有机质一致；而土壤有效磷含量则均为2代明显低于1代林。在幼龄林中，12、14、16地位指数的2代林土壤有效磷分别比相同地位指数的1代林下降25%、27%和57%，而在中龄林中，不同地位指数的2代林与相同地位指数的1代林相比也有不同程度的降低，12、14和16地位指数2代林分别比1代下降31%、7%和46%。2代幼龄林有效磷含量低于1代林，其一是因为在杉木林中，磷的循环最慢(彭长辉等，1990)，速效磷的转化量小于根系的吸收量；其二，土壤中磷酸酶活性的降低也直接影响到无机磷向有效磷的转化；其三，土壤中某些微量元素的增加，尤其是铁的增加可能使闭蓄态磷增加，从而使磷的有效量降低(张焕朝等，1995)。

研究结果还显示，不同地位指数1、2代杉木幼龄林全钾含量相比，1代林高于2代林，而中龄林两代全钾含量差异不明显。造成2代幼龄林土壤全钾降低可能是由于淋溶的结果，尽管炼山可以增加杉木林地养分，但炼山使杉木林地土壤的孔隙度增大，使得土壤钾淋失量增大。

速效钾变化与杉木人工林土壤全钾一致，无论是中龄林还是幼龄林，连栽杉木人工林土壤速效钾含量均低于1代人工林，12、14和16地位指数2代幼龄林速效钾含量分别比1代下降了9%、28%和40%，2代中龄林12、14和16地位指数土壤速效钾分别比1代下降8%、21%和29%。

1、2代相同地位指数的杉木幼龄林土壤交换性Ca²⁺含量相比，2代林较高；而两代中龄林相比，2代则显著下降。

镁是叶绿素的成分，镁离子是许多酶的活化剂，镁还可以促进植物对磷的吸收。缺镁可造成植物缺绿症，但土壤中过多的镁盐对植物可引起严重的毒害作用(Huettl，1993)。本研究结果显示，1代杉木幼龄林、中龄林土壤交换性镁含量均高于2代。

对有效锰的测定结果表明：杉木连栽导致土壤有效锰含量大幅度降低，12、14和16地位指数的2代幼龄林土壤有效锰含量分别比同一指数的1代林下降44%、69%和37%，12、14和16地位指数的2代中龄林土壤有效锰含量分别比同一指数的1代林下降64%、34%和38%。

本研究显示不同立地、不同发育阶段2代林土壤有效铜、有效铁含量均高于相应1代林。张焕朝等(1995)在杉木、檫木、柏木等林分下土壤微量元素状况研究中也有相似的结果。

3.3 连栽杉木人工林土壤酶活性变化

土壤酶主要来源于植物根系和微生物的活动，它参与土壤各种生物化学过程和物质循环，其活性的高低不仅可以反映土壤生物化学过程的强度和方向，而且还能客观地反映土壤碳、氮、磷等的动态变化(关松荫，1986)。

从图 1可以看出，在幼龄林中，不同地位指数1、2代杉木林土壤过氧化氢酶活性差异显著，2代林土壤过氧化氢酶活性均低于1代林；在中龄林中，除了14地位指数两代杉木林地土壤过氧化氢酶活性变化不大外，12地位指数和16地位指数杉木林地2代林该酶活性明显低于1代林。这将导致2代林土壤中过氧化氢得不到及时分解，积累在土壤中可能引起土壤毒性产生，影响杉木生长。

对土壤酸性磷酸酶活性的测定结果表明：杉木连栽林地土壤酸性磷酸酶活性低于杉木1代林。在杉木幼龄林阶段，12、14、16地位指数2代林土壤酸性磷酸酶活性分别比相应1代林下降20%、38%和56%；而在中龄林阶段，12、14和16地位指数2代林则分别比相应1代林下降66 %、32%和62%(如图 2)。由于土壤磷酸酶活性的降低，影响了土壤中有机磷向无机磷的转化，这也是土壤有效磷供应不足的重要原因之一。可见，酸性磷酸酶活性的降低可能是造成杉木地力衰退的又一原因。

脲酶是一种专性较强的酶，它酶促尿素水解生成的氨，是林木氮素营养的直接来源。俞新妥等(1989)的研究表明，杉木连栽林地土壤脲酶活性低于杉木1代林，本研究也证实了这一点。从图 3中可以看出，不同地位指数、不同发育阶段的2代林脲酶活性明显低于1代林，由于2代杉木林土壤脲酶活性的降低将直接影响到土壤中氮素的循环，是造成土壤速效氮供应不足的重要原因之一。因而土壤脲酶活性的降低可能是造成杉木地力衰退的又一重要因素。

从图 4可以看出，12地位指数2代杉木林多酚氧化酶活性与1代相比呈下降趋势。在幼龄林发育阶段，不同地位指数的两代间有的升高，有的降低，无明显的规律性；而在中龄林发育阶段，2代杉木林土壤多酚氧化酶活性均低于1代林，由于多酚氧化酶活性的降低，使得土壤中的多酚类化合物不能及时分解，有机物合成受到影响，同时多酚类化合物积累在土壤中可能会引起土壤中毒。另外，多酚类物质能促进根原基的引发机制，促进不定根的形成，因此连栽杉木林根生物量可能会有一定幅度的增加。

从图 5可以看出，不同地位指数的2代幼龄林土壤转化酶活性明显高于1代林，而两代中龄林相比，杉木2代林土壤转化酶活性明显较低。

4 结论

不论幼龄林还是中龄林，2代杉木人工林土壤容重大于1代林，土壤总孔隙度、毛管孔隙度、最大持水量及毛管持水量均为2代林低于1代林。连栽造成土壤物理性质恶化可能是引起杉木人工林地力衰退的重要原因之一；

土壤酶测定结果显示，在幼龄林发育阶段，除了多酚氧化酶和转化酶活性为2代林高于1代林外，过氧化氢酶、酸性磷酸酶、脲酶活性均为2代林低于1代林；而在中龄林发育阶段，所有2代林土壤酶活性均明显低于相应1代林。连栽杉木人工林土壤酶活性降低也是其地力退化重要原因之一；

2代杉木人工林土壤化学性质在幼龄林阶段并不比1代杉木林差，许多项目的测定值都比较接近甚至高于1代林，这可能是因为某些耕作制度如炼山带来的短期效果；除此之外，1代林成熟后，枯落物和采伐剩余物归还于地面，养分也得以补充；但在中龄林发育阶段，除土壤有效铁和有效铜含量2代林高于1代林外，其它所有指标测定值均为2代林显著降低。