杉木在我国用材林生产历史上占有重要地位,但杉木多代连栽引起生产力下降和地力衰退现象在南方山区普遍存在。因此,杉木人工林的立地长期生产力问题引起了人们越来越多的关注,许多学者经过研究认为通过科学的栽杉能够实现杉木人工林的可持续经营,不致引起地力衰退。在传统上普遍认为轮作、混交有利于改善地力和生产力。但由于林木生长周期长,一种栽培方式实施的效果通常要到十几年甚至数十年之后才能体现出来,加之林地环境的多变性而导致土壤肥力的异质性,使得人们对杉木多代连栽地经过长期轮栽后林地地力的演变、铝在生态系统中的贮存及迁移状况、养分的贮存及迁移尤其是微量营养元素的贮存及迁移的研究还不够深入系统,相关报道少。本研究选择了位于杉木中心产区的福建省南平市西芹镇西芹林场中近30年的三代杉木林,以及二代杉木林砍伐后与杉木林同时种植的柳杉林和闽楠林作为研究的试验地。从杉木多代连栽地长期轮栽柳杉和闽楠后不同林分群落结构、生物量分配及生产力、土壤肥力、凋落物现存量及凋落物归还量、养分及铝的现存量和归还量、凋落物分解速率、养分及铝释放特点、养分及铝的空间分布及生物循环过程等角度进行系统深入的比较研究,结果如下：(1)杉木连栽地轮栽柳杉和闽楠后,三种林分灌木层物种多样性最丰富的是柳杉林,其次是杉木林,最少的是闽楠林；杉木林和柳杉林林下植被的物种丰富度大于闽楠林。草本层植物的种类和数量的大小顺序是杉木林>柳杉林>闽楠林,柳杉林和杉木林的林下植被丰富,而闽楠林的林下植被则发育不良。(2)单株平均木生物量、林分乔木层及林分生物量总量都是柳杉林>闽楠林>杉木林。三种林分乔木层生物量都占生态系统生物量的绝对量,达90%以上。林分的净生长量是闽楠林>柳杉林>杉木林,乔木层的净生长量亦是闽楠>柳杉>杉木,这对于以收获干材为目的的人工用材林经营是非常有利的。(3)杉木连栽地轮栽柳杉和闽楠后,表层和中层土壤的总孔隙度、非毛管孔隙度、土壤通气度、非毛管孔隙度与毛管孔隙度的比值都较杉木三代林的增大,土壤的最大持水量、最小持水量、毛管持水量是闽楠林>柳杉林>杉木林,>0.25 mm水稳性团聚体、>1 mm水稳性团粒的数量是闽楠林>柳杉林>杉木林,土壤结构体破坏率是杉木林>柳杉林>闽楠林。说明轮栽改善了土壤孔隙的质量和土壤结构,协调了土壤的水气矛盾。土壤营养元素在不同土层中变化各不相同,在不同的土层会有波动,变化相当复杂。杉木连栽地轮栽柳杉和闽楠后,土壤的HA/FA、交换性盐基离子总量都增大,胶体的品质得到改善。表层土壤交换性酸量呈现出闽楠林>柳杉林>杉木林,但中下层土壤则呈现出杉木林>柳杉林>闽楠林,说明轮栽能够减少中下层土壤的潜性酸量。轮栽后虽然在0-60 cm土层中土壤全铝含量的平均值和活性铝总量平均值呈现出闽楠林>柳杉林>杉木林,但生物毒性较大的交换性铝和单聚体羟基铝占活性铝的百分率则是杉木林>柳杉林>闽楠林,说明轮栽降低了铝的危害。(4)三种林分凋落物现存量(包括树上的枯枝枯叶)是柳杉林(8.72 kg/hm2)大于闽楠林(7.10 kg/hm2)和杉木林(7.18 kg/hm2),三种林分都表现出未分解层的凋落物量大于分解层的凋落物量,杉木林和柳杉林的树上枯枝枯叶量大于闽楠林,说明杉木和柳杉凋落物具有较强的宿存性和滞后性。凋落物C现存总量是柳杉林>杉木林>闽楠林,凋落物铝现存总量是闽楠林(66.82 kg/hm2)>柳杉林(49.85 kg/hm2)>杉木林(22.45 kg/hm2),营养元素现存总量是柳杉林(236.42 kg/hm2)>闽楠林(224.37 kg/hm2)>杉木林(164.33kg/hm2)。(5)柳杉林和闽楠林年凋落物总量分别是杉木林的2.18倍和1.56倍。杉木林、柳杉林和闽楠林凋落物的归还节律不同，杉木林只有一个明显的主峰(8月份)，属单峰型；柳杉林则出现了两个明显的主峰(5月份和8月份)，属双峰型；闽楠林亦只有一个明显主峰(4月份)，属单峰型。林分通过凋落物形式归还给林地的营养元素的年归还量由大到小的顺序是柳杉林(274.37 kg/hm2)＞闽楠林(138.84 kg/hm2 )＞杉木林(104.75 kg/hm2)。C和Al的年归还总量是柳杉林＞闽楠林＞杉木林和柳杉林＞杉木林＞闽楠林。杉木林凋落叶中C、N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn及Al素归还高峰出现在8月份，闽楠凋落叶中各元素的归还高峰出现在4月份，柳杉凋落叶中各元素的归还高峰出现在5月份和8月份。凋落枝中的C、N、P、K, Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn及Al素归还量模型与凋落枝归还模式相同，杉木凋落枝各元素的归还的高峰在8月份，柳杉凋落枝各元素的归还高峰在5月份，闽楠凋落枝中各元素的归还高峰是在8月份。(6)通过1a的凋落物分解试验，结果表明，6种凋落物分解速率的由大到小的顺序为杉木叶＞柳杉叶＞闽楠叶＞杉木枝＞闽楠枝＞柳杉枝。经过1a的分解实验，闽楠枝的C含量出现富集，柳杉枝则与开始时的含量基本一致，杉木叶、杉木枝、闽楠叶、柳杉叶则呈现下降。三种凋落叶和闽楠枝的N都出现富集，杉木枝和柳杉枝则下降。P素浓度在杉木叶、杉木枝、闽楠叶、柳杉叶出现富集，柳杉枝和闽楠枝则下降。K素浓度只有柳杉叶的浓度增加，其余的凋落物都出现下降。6种凋落物中Mg含量均下降。闽楠枝Ca呈现富集，其余5种凋落物的Ca浓度均出现下降。微量营养元素除闽楠叶中的Mn含量呈现下降外，其余微量营养元素在6种凋落物中均增加。经过1a的分解，Al的浓度在6种凋落物中均增加。(7)凋落物经过1a的分解后，6种凋落物中C的残留率是闽楠枝＞柳杉枝＞杉木枝＞杉木叶＞闽楠叶＞柳杉叶，均表现出净释放。除了柳杉叶中的K素残留率最后回到原来水平外，其余凋落物中的大量营养元素都表现出净释放。Fe、Cu、Zn在分解过程中残留量的变化较为复杂，而Mn的变化幅度则较为平缓。6种凋落物中的铝经过1a的分解后均出现富集。(8) C的年释放量是闽楠林最大，杉木林和柳杉林比较接近。闽楠林和柳杉林营养元素的年释放量分别比杉木林每年多归还了467 819.64 g/hm2、20 537.87 g/hm2的营养元素。闽楠林大量营养元素的年归还量分别是柳杉林和杉木林的1.67倍、1.74倍。大量营养元素的年释放量在三种林分中都呈现出Ca>N>K>Mg>P。除了闽楠汗十的微量营养元素年归还总量表现为释放外，其余凋落物中的微量营养元素都表现出富集，微量营养元素的年富集量是柳杉林＞杉木林。Al在三种林分的凋落枝和凋落叶中都呈现出了富集，且是柳杉林＞杉木林＞闽楠林。(9)大量营养元素在各结构层中的含量变幅都是闽楠林最小，而微量营养元素则是闽楠林变幅最大。各元素的贮量在杉木林和柳杉林中的大小顺序都是Al>Fe>K>C>Mg>Ca >N>P>Mn>Zn>Cu,在闽楠林中是Fe>AI>K>C>Ca>Mg>N>Mn>P>Zn>Cu. C总贮量是柳杉林＞闽楠林＞杉木林，柳杉林和闽楠林生态系统的C贮量分别比杉木林生态系统的C贮量增加了33967.55 kg/hm2、27 181.42 kg/hm2。生态系统Al总贮量是闽楠林＞柳杉林＞杉木林，闽楠林和柳杉林分别比杉木林生态系统的Al贮量增加了157 465.07 kg/hm2、80807.86 kg/hm2。杉木林生态系统各结构层铝贮量由大到小的顺序是土壤层＞枯枝落叶＞乔木层＞灌木层＞草本层，柳杉林和闽楠林是土壤层＞枯枝落叶＞乔木层＞草本层＞灌木层。三种生态系统中Al的贮量都集中分布在土壤层中，且是闽楠林＞柳杉林＞杉木林，分别占生态系统中Al总贮量的99.79%、99.99%、99.99%,土壤是Al的巨大的贮存库，土壤中的Al极少转移至植物体中。生态系统营养元素总贮量是闽楠林＞柳杉林＞杉木林，与杉木林相比分别增加了483 955.20 kg/hm2和245 339.01 kg/hm2。在杉木林和柳杉林生态系统中各结构层营养元素贮量的大小顺序是土壤层＞乔木层＞枯枝落叶＞灌木层＞草本层，在闽楠林是土壤层＞乔木层＞枯枝落叶＞草本层＞灌木层。三种生态系统中的营养元素都呈现出土壤层的贮量高于其它各层贮量的总和,因此,土壤才是养分的巨大储藏库。(10)乔木层中各营养元素在杉木林中贮量由大到小的顺序是N>Ca>K>Fe>Mg> P>Mn>Zn>Cu,在柳杉林是N>Ca>K>Mg>P>Fe>Zn>Mn>Cu,在闽楠林是N>Ca>K>P>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu。三种林分对营养元素的富集规律明显不同,但都表现出对N、Ca、K的富集作用强。(11)乔木层C、铝和营养元素的积累速率都是闽楠>柳杉>杉木,营养元素的年总归还量是柳杉林>闽楠林>杉木林,C的年总归还量是柳杉林>闽楠林>杉木林,柳杉林和闽楠林分别比杉木林增加了1 187.97 kg/(hm2·a)、868.64 kg/(hm2·a)。铝总归还量是柳杉林>杉木林>闽楠林。柳杉林和闽楠林营养元素的总吸收量分别是杉木林的1.46倍和1.43倍,闽楠林和柳杉林差异不明显。三种人工林生态系统营养元素总的循环系数是柳杉林>杉木林>闽楠林,柳杉林养分的循环强度最大,闽楠林的最小,杉木林居中。(12)C的归还／吸收的总循环系数却是杉木林>柳杉林>闽楠林,杉木林和柳杉林差异不明显,说明闽楠林C的吸收与归还之间较杉木林和柳杉林难于达到平衡。铝的总循环系数是柳杉林>杉木林>闽楠林。说明柳杉林易于达到铝的归还与吸收的平衡,而闽楠林最不易达到平衡,铝的循环强度最小。(13)杉木每生产1t干物质平均需要的营养元素量为8.99 kg/t,柳杉平均需要10.77kg/t,闽楠平均需要13.39 kg/t,说明杉木对营养元素的利用效率高于柳杉和闽楠树种。闽楠每生产1t干物质平均需要C量441.40 kg/t、柳杉平均需要464.40 kg/t,杉木平均需要473.41 kg/t,C的利用效率是闽楠>柳杉>杉木。杉木每生产1t的干物质平均需要铝0.12kg/t,柳杉平均需要0.11kg/t,闽楠平均需要0.12 kg/t,可见三树种对铝的利用效率相同。