杉木（Cunninghamia lanceolata）是柏科杉木属植物，广泛分布于南方地区，是重要的商品用材林树种之一。该树种喜暖、不耐热，适宜生长在15～23 ℃的环境中[1-2]，其树种适应性较强，在亚热带气候区域生长良好，生长速度快；其材质优良，木材纹理直、结构均匀，具有较高的经济价值，在气候调节、水土保持、木材供应等方面发挥重要作用[3]。在全国第九次森林资源调查中，我国杉木人工林种植面积达0.99×107 hm2。当前杉木种植以纯林为主，且种植面积不断扩大。杉木是速生树种，其对土壤养分的吸收较集中，多代连栽易造成土壤中氮、磷、钾等养分被持续消耗，没有足够的时间恢复，导致地力衰退。纯林的林冠层结构单一，雨水对地面的冲刷力较大，易造成水土流失。杉木纯林的群落结构具有单一性，难以形成多样化的微生境与资源供给体系，无法为多种生物提供丰富的栖息空间与食物来源。这种简单的生态结构，导致部分林下植物、动物及微生物面临生存空间被压缩的问题，最终可能造成区域生物多样性下降[4-5]。
1 杉木连栽人工林现状
1.1 林地生产力
1.2 土壤物理性质
土壤肥力是土壤与森林相互影响和作用的综合反映，其与杉木的生物学特性有关[1]。连栽后的杉木林内枯落物减少、凋落物宿存且含碳量较高，其腐化和分解的速度较慢，不利于土壤有机质和主要养分的转化和积累，进而影响土壤肥力的维持和恢复[11]。土壤物理性质是土壤肥力的重要指标之一，对根系生长发育及对养分、水分的吸收利用具有重要作用。杉木连栽会引起土壤物理性质发生变化，马祥庆等[12]研究指出，杉木连栽后的土壤物理性质恶化是因为连栽后的林地土壤容重增加，而土壤孔隙度、田间持水量、最大持水量、毛管持水量等持水性能变差。戴军等[1]研究发现，与秃杉人工林相比，连栽杉木林土壤容重大，而土壤孔隙度、持水量、渗透性等较小。第一代人工杉木林分的平均生长量、蓄积量等以及土壤中全氮、全磷等养分含量均显著高于第二代，连栽后土壤中各种养分元素不足，表明连栽会导致第二代杉木林分生长量减少[13]。方奇[14]在杉木连栽对土壤肥力及其林木生长的影响研究中发现，第二代、第三代人工杉木林分土壤pH较第一代人工杉木林林地低。
1.3 土壤酶活性
1.4 土壤微生物群落多样性
2 杉木连栽人工林地力衰退原因
2.1 林地土壤养分供给不平衡
杉木是速生树种，轮伐期较短，一方面自身速生丰产的特点，需从土壤中汲取大量养分来满足生长发育的需要，从而导致土壤养分的大量消耗[19]；另一方面在自然生长过程中杉木枯死的枝条、叶片不易脱落，会在树上宿存多年，造成林下凋落物较少，养分归还缓慢[20]。杉木林土壤养分供给对林地生产力具有一定影响。杉木纯林的氮、磷、钾等营养元素的归还、吸收量比值分别为0.45、0.49、0.29，说明达到主伐年龄的杉木林分土壤养分依旧处于消耗状态[21]。凋落物分解速率受C/N比的影响，当杉木凋落物的C/N比较高时，凋落物分解速率会有所下降，从而降低杉木林地养分归还土壤的效率。可见，在杉木林养分循环中，其从土壤中吸收的养分多、归还的养分少，长此以往导致土壤养分降低，不利于植物的生长。
2.2 杉木自毒作用
自毒作用是指植物通过向环境释放某些化学物质，对自身或其他同种植物产生有害影响，这种现象在植物连作中较常见，可能影响作物的健康生长和产量[22]。张宪武等[23]研究提出，杉木人工林土壤中毒性物质主要来源于土壤微生物抑制体。张龙贵等[24]研究提出了“菌根遗毒”假说，指出杉木人工林中的化感物质来自菌根和微生物抑制体，其与杉木凋落物的分解、根系分泌、雨水淋溶等有关。土壤浸提液能显著影响土壤净氮矿化速率、土壤呼吸活性和杉木幼苗的生长[25]。酚类物质对幼苗生长具有抑制作用，而杉木枝干、叶片、树皮、根茎中含有多种酚类物质，会抑制杉木的生长[26]。此外，杉木的根际分泌物会抑制其幼苗的生长[27]。综上，在连栽杉木林分的土壤中，存在对下一代杉木的生长发育具有抑制或毒害作用的物质。
2.3 杉木铝毒害作用
铝是一种植物生长发育过程中所需的非必需元素，是土壤中无机矿物质的重要组成部分。微量的铝可促进植物的生长发育，但含量达到一定浓度后，会对植物生长发育产生毒害作用。在酸性土壤中限制作物生长发育的主要因素是铝毒害，其不仅会造成酸性土壤地区森林的地力衰退，还会导致森林生态系统的恶化[28-29]。我国杉木主要分布在南方的酸性土壤区，土壤中的铝元素往往以活性铝的形式存在。当土壤酸化时，土壤中铝的化学形态会从难溶性的铝化合物转变为可溶性的铝离子，这些活化的铝离子会抑制杉木根系细胞的伸长和分裂，导致根系发育不良[30]。张帆等[31]研究发现，营养因子能有效缓解铝毒害。俞新妥[32]研究发现，随着杉木连栽代数的增加，人工杉木林地土壤pH会下降，可能会加剧杉木人工林铝毒害。
2.4 不合理的营林措施
3 可持续经营策略
3.1 精准施肥
针对杉木林地土壤养分供给不平衡的问题，全面检测杉木人工林中土壤的N、P、K及Fe、Mn、Zn等中微量元素含量，了解养分具体状况，制订科学的施肥方案。根据杉木生长需要平衡施肥，依据检测结果和杉木生长发育需求，精准配比氮、磷、钾等元素肥料，如缺氮可施用尿素等氮肥，缺磷可施用磷酸二铵等磷肥，缺钾可施用硫酸钾等钾肥。此外，可增施腐熟堆肥、厩肥、绿肥等有机肥作基肥或追肥，有机肥料含有丰富的有机质和多种养分，有助于改良土壤结构，提高土壤保肥保水能力。
3.2 实行轮作制
杉木可与楠竹等乡土树种交替栽植，利用自然力来恢复地力，改善林木的自毒作用。不同作物对养分需求有所不同，实行轮作可均衡利用土壤养分，如杉木与豆科和禾本科作物轮作，豆科固氮能增加土壤氮素，从而促进禾本科作物生长。森林群落轮作会对林木生长、生物多样性和生态系统产生重要的影响。王士亚[34]研究表明，杉木与阔叶树种轮作有利于林地地力的恢复，也可在杉木林下套种豆科或非豆科植物来增强地力。
3.3 营造混交林
土壤铝毒害对杉木生长有抑制作用，营造杉阔混交林是缓解人工杉木林地力衰退的有效途径之一，该模式能通过树种间的生态互补作用，还能改善林地土壤理化性质与养分供给能力，进而增加林地生产力和生态效益，为人工杉木林的可持续经营提供支撑。混交林是由2个及以上树种组成的人工林，这种林分结构能充分利用造林地的营养空间，改善立地条件，提高土壤肥力，从而提高林产品的产量、质量和造林成效，增强防护效益，进而增强林分抵御灾害的能力。张家武等[35]研究表明，针阔混交林的土壤总孔隙度、枯枝落叶年凋落量、水分含量等较杉木纯林高。杉木与火力楠混交林的土壤铵态氮、有效钾、全氮含量较纯林分别增加了82.3%、63.1%、64.3%[36]。杉木与拟赤杨混交后的林地土壤保肥和供肥能力增强，土壤结构性能得到改善，土壤中的各种酶活性均明显增强[37]。
3.4 加强抚育管理
不合理的经营管理措施会导致人工杉木林地力衰退、病虫害的发生等，加强抚育管理是森林可持续经营的重要途径之一，其通过科学的管理措施，提高林分质量和生产力。适时的抚育管理、间伐，有助于维持合适的杉木种植密度，增加林内光照强度，丰富林下植被数量和种类。盛炜彤等[38]研究表明，郁闭度为0.7的人工杉木林林下植被生长迅速，间伐4～5年后，其生物量在4～5 t/hm2，土壤中各类营养元素的含量、土壤微生物的数量均有所增加，土壤中微生物群落结构发生明显变化。林下植被生长状况与土壤环境的协同改善，最终实现了土壤保水保肥能力、物质循环功能及生物活性的有效恢复与稳定维持。
4 结语
杉木连栽会导致林分生产力逐渐下降，林木生长速度变慢、木材质量降低，从而影响到林木的经济效益。多代连栽后的人工杉木林地土壤肥力退化，生产力下降，土壤物理性质、微生物群落发生变化，导致杉木生长发育受阻。综上，本文对杉木连栽人工林现状进行分析，指出其存在林地土壤养分供给不平衡、产生自毒作用、铝毒害等问题，基于此提出以下可持续经营策略：一是增施有机肥，有助于改良土壤结构，提高保肥保水能力；二是实行不同树种轮作制度，避免长期连作导致的土壤退化；三是通过优化树种配置、调整林分密度等方式改善人工林群落结构，营造针阔混交林或多树种混交林，提升群落稳定性；四是加强林分抚育管理，包括科学修枝、合理除草、精准施肥等措施，促进林分健康生长。本文为实现杉木林可持续发展提供参考。