珍贵乡土树种与桉树混交修复土壤质量的效应及机理研究

Soil quality restoration is one of the hot topics in international soil science and ecology researches. Eucalyptus plantations play tremendous roles in natural forest protection and timber safety. However, the successive short rotation regime of pure Eucalyptus plantations has resulted in serious soil quality degradation and influenced soil safety and sustainable utilization. To date, the research has focus on mechanism of soil quality degradation in planted forests with less attention paid to the mechanism and approaches of degraded soil quality restoration. In this proposed research, we will restore soil quality of Eucalyptus plantations by the multilayer canopy, mixed litter of above- and below-ground, mixed root exudates, and co-occurrence relationship of precious indigenous tree species and key functional groups of soil microbe with taking the pure Eucalyptus, pure Dalbergia odorifera, pure Castanopsis hystrix, mixed Eucalyptus and Dalbergia odorifera, and mixed Eucalyptus and Castanopsis hystrix plantations established in 2012 as research objects. The objectives of this project are: (1) to illuminate the interspecies competitive mechanism and co-occurrence relationship of key soil microbial functional groups; (2) to reveal the mechanism and effects of mixing precious indigenous tree species with Eucalyptus on soil quality restoration; (3) to clarify trade-offs of timber production and soil quality in mixed precious indigenous tree species and Eucalyptus. The findings of this project will provide scientific references for degraded soil quality restoration in Eucalyptus plantations.

土壤质量修复是当前国际土壤学和生态学研究的热点。桉树人工林为我国天然林保护和木材安全发挥了巨大的作用，但由于长期实行短周期多代纯林连栽，桉树林土壤质量退化严重，影响林地土壤安全和持续利用。目前，国内外学者对人工林土壤质量退化的机理有了比较清楚的认识，但对退化林地土壤质量的修复机理和途径缺乏研究。本项目拟以2012年营建的桉树、降香黄檀、红椎纯林及其混交林为对象，利用珍贵乡土树种与桉树混交形成的复层林冠、地上地下混合凋落物、根系混合分泌物以及珍贵乡土树种与土壤微生物关键菌群的共存关系协同修复桉树人工林土壤质量，并与种植桉树前的马尾松林作比较，阐明珍贵乡土树种与桉树混交的种间竞争机制和土壤微生物关键菌群的共存关系，揭示珍贵乡土树种与桉树混交对土壤质量的修复效应及其机理，进一步阐明珍贵乡土树种与桉树混交中木材产量与土壤质量的权衡关系，为未来桉树人工林退化土壤修复提供科学依据。

土壤质量修复是当前国际土壤学和生态学研究的热点。桉树人工林为我国天然林保护和木材安全发挥了巨大的作用，但由于长期实行短周期多代纯林连栽，桉树林土壤质量退化严重，影响林地土壤安全和持续利用。本项目依托广西友谊关国家级森林生态系统定位观测研究站，以生态营林方式下桉树纯林（PE）、桉树×红锥混交林（MEC）、桉树×降香黄檀混交林（MED），造林时保留的马尾松纯林（PM）及传统营林方式的桉树纯林（PE）为研究对象，通过长期定位观测研究，比较不同林分生物量、木材产量和林下植被群落的差异，从物理、化学、生物组分综合评价珍贵乡土树种与桉树混交对土壤质量的修复效应，分析木材产量与土壤质量的权衡和协同关系，结合土壤微生物群落结构、多样性及共现网络复杂性揭示珍贵树种与桉树混交协同提升土壤质量和木材产量的机制。研究结果为桉树人工林退化土壤修复、协同提升土壤质量和木材生产、丰富和完善生态营林理论提供了重要科学依据。研究取得的重要结果如下：.（1）珍贵乡土树种与桉树混交显著提高林分生物量、木材产量和林下植被多样性。与TPE相比，MEC的林分生物量、蓄积量分别提高44.77%、24.01%，MED分别提高24.90%、17.83%。生态营林方式下，林分灌木层、草本层物种组成发生了显著变化，与PM、TPE具有显著差异；MEC和MED均能显著提高灌木层和草本层物种丰富度和Shannon-Weiner指数。.（2）珍贵乡土树种与桉树混交显著提高土壤细菌、真菌群落α多样性，并能有效修复土壤细菌、细菌群落的复杂性，维持其稳定性。.（3）混交林的土壤质量指数（MED：0.58，MEC：0.51）均显著高于TPE（0.39），其中MED显著高于PM（0.47），而MEC与PM无显著差异，表明珍贵乡土树种与桉树混交能显著提高土壤质量，对土壤质量具有良好的修复效应。.（4）林分蓄积量随土壤质量的提高而显著上升。生态营林方式下经营强度的降低，树种多样性、林下植被群落多样性、土壤微生物群落多样性及复杂性的提高能实现木材产量和土壤质量的协同提升，促进桉树人工林的可持续发展。