杉木是我国南方特有的,且已有千年历史的重要用材树种之一,在我国南方林业生产中不仅能提供木材和多种林副产品,而且在保护生态环境、维持森林生态系统平衡方面具有十分重要的地位和作用。随着杉木人工林造林规模的不断扩大,纯林化、针叶化和多代连栽的现象日益严重,已造成较为严重的水土流失、地力衰退等现象,直接制约当前杉木人工林的可持续发展。近些年来对于杉木人工林地力衰退问题已有许多报道,但更多学者还主要集中在有关机制方面的研究,而对杉木人工林地力衰退防治技术体系还没有进行具体而深入的研究。虽然目前有些学者们也提出了一些防治技术措施或者对策(如营造杉阔混交林、林下套种阔叶树和林地施肥等),但由于这些技术措施在实际经营中需要大量的人力物力,且实施难度较大,经济成本较高等原因,还难以得到推广应用,大多数还仍然停留在理论层面上。因此,如何从整个生态系统角度出发,充分利用自然力,来构建近自然的杉木林经营模式,已成为当前杉木人工林地力衰退防治的一个迫切需要解决的重大课题。有鉴于此,本课题组在长时间的杉木研究过程中,针对杉木人工林营林所存在的各类生态问题,根据国内外研究者提出的人工林经营新的理论与方法,对杉木人工林生态系统实施近自然化经营,建立了两种近自然杉木林经营模式(老龄林和萌芽林),同时在其相邻之处建立了二代杉木人工林2(不炼山)、二代杉木人工林1(炼山)和天然林作为研究的系列样地,主要研究不同杉木林经营模式对土壤微生物功能多样性、土壤微生物结构多样性、土壤碳库和土壤氮库的影响,为深入揭示杉木人工林地力衰退机制以及退化的杉木林生态系统的恢复和重建提供科学理论依据。主要研究结果如下:(1)以不同杉木林经营模式为研究对象,应用Biolog生态板研究土壤微生物功能多样性,结果表明,当培养144h后不同杉木林经营模式土壤Biolog生态板AWCD值在0-10 cm和10-20 cm均以萌芽林最高,二代杉木人工林1最低,表明5种不同经营模式中萌芽林的土壤微生物群落碳源代谢能力最大,二代杉木人工林1最小。在0-10 cm和10-20 cm土层不同杉木林经营模式土壤微生物群落对多聚物、羧酸类、氨基酸类碳源的利用能力均高于其他3种碳源的利用能力。在0-10 cm土层不同杉木林经营模式的6类碳源的累积利用情况高于10-20 cm土层。在0-10 cm和10-20 cm土层上,二代杉木人工林1的Shannon-wiener指数均最小,表明二代杉木人工林1利用的土壤微生物碳源种类较少且较不均匀。(2)应用PLFA技术对不同杉木林经营模式土壤微生物结构多样性进行分析,结果表明从不同经营模式土壤中共检测到17种微生物群落磷脂脂肪酸生物标记,且不同经营模式土壤各类型微生物群落磷脂脂肪酸含量存在一定差异,各菌群的磷脂脂肪酸含量以细菌最高,放线菌最低,其中放线菌仅在天然林(0.51 nmol·g-1)中被检测出来。不同杉木林经营模式土壤总磷脂脂肪酸含量存在显著性差异(P<0.05),土壤总磷脂脂肪酸含量在33.15-10.48 nmol·g-1之间,含量排序为:天然林>二代杉木人工林2>萌芽林>老龄林>二代杉木人工林1。土壤真菌磷脂脂肪酸含量存在显著性差异(P<0.05),不同杉木林经营模式中其它土壤菌群磷脂脂肪酸含量均不存在显著性差异(P>0.05)。(3)不同杉木林经营模式中,二代杉木人工林2的真菌/细菌值最大为0.67,老龄林的真菌/细菌值最小为0.38,说明二代杉木人工林2更能有效地提高土壤真菌的含量所占的比例。不同杉木林经营模式土壤G+/G-的值在2.70-0.46之间,其中,天然林的G+/G-值最大,萌芽林的G+/G-值最小。不同杉木林经营模式土壤微生物群落磷脂脂肪酸Pielou指数之间差异较小,说明各经营模式土壤微生物分布均匀度差异较小。不同杉木林经营模式土壤微生物群落磷脂脂肪酸Simposon指数天然林最大,而萌芽林与老龄林较小,说明天然林土壤的一些优势磷脂脂肪酸的相对含量较高,萌芽林与老龄林土壤的一些优势磷脂脂肪酸的相对含量较低。(4)不同杉木林经营模式土壤全C含量和土壤C储量均不存在显著差异(P>0.05)。总体上不同杉木林经营模式土壤C储量呈现出:二代杉木人工林1>二代杉木人工林2>天然林>萌芽林>老龄林的大小顺序。不同杉木林经营模式土壤DOC含量仅在0-10cm 土层存在极显著差异(P<0.01),土壤DOC含量在各土层上均以萌芽林土壤DOC含量最高。各土壤层次上,不同杉木林经营模式土壤MBC含量均存在极显著差异(P<0.01),萌芽林和老龄林土壤MBC的含量均最高,其次为天然林,二代杉木人工林2和二代杉木人工林1的土壤MBC的含量均较低。表明萌芽林和老龄林更有利于土壤微生物的繁殖和生长,提高了土壤MBC含量,从而使林地土壤肥力得以恢复和改善,尤其是萌芽林模式。土壤全C含量、土壤C储量、土壤DOC含量、土壤MBC的含量均随土层的加深而逐渐降低,具有明显的土壤垂直分布特征。(5)在各土层上,不同杉木林经营模式土壤全N含量和土壤N储量皆不存在显著差异(P>0.05)。土壤N储量以二代杉木人工林1与二代杉木人工林2较高,萌芽林与老龄林较低。不同杉木林经营模式土壤铵态氮含量变化范围在20.83-10.23 mg·kg-1。且土壤铵态氮含量差异不显著(P>0.05)。不同杉木林经营模式土壤硝态氮含量变化范围18.72-2.24 mg·kg-1。各土层上均以萌芽林与老龄林含量较高。不同经营模式土壤DON含量变化范围在16.08-1.76mg·kg-1。不同经营模式土壤DON含量仅在20-40 cm 土层存在显著差异(P<0.05)。不同经营模式土壤MBN含量存在极显著差异(P<0.01),土壤MBN含量在78.1-10.6 mg·kg-1之间。从各土壤层次来看,土壤MBN含量呈现萌芽林、老龄林和天然林土壤MBN的含量较高,二代杉木人工林2和二代杉木人工林1的土壤MBN的含量较低。不同杉木林经营模式土壤全N含量、土壤N储量、土壤铵态氮含量、土壤硝态氮含量、土壤DON含量、土壤MBN含量均随土层的加深而逐渐降低,有明显的土壤垂直分布特征。(6)不同杉木林经营模式在0-10 cm土层上的综合得分排序为:萌芽林、老龄林与二代杉木人工林2高于二代杉木人工林1。在10-20 cm 土层上的综合得分排序为:萌芽林、老龄林与二代杉木人工林1高于二代杉木人工林2。在20-40 cm 土层上的综合得分排序为:萌芽林、二代杉木人工林1和二代杉木人工林2高于老龄林。在40-60 cm 土层上的综合得分排序为:萌芽林、二代杉木人工林1、二代杉木人工林2高于老龄林。总体来看各土层上的综合得分均以萌芽林最高,说明各经营模式中以萌芽林的土壤肥力与土壤恢复能力最好,萌芽林可为今后杉木林地力维持提供借鉴与参考。