中文摘要：

申请者针对人工纯林长期连续生长和多代连栽过程中出现的土壤性质偏离原平衡态而向极端化发展的趋势提出了"土壤极化"理论，认为它是由于纯林树种生物生态学特性的单一性、对物质吸收循环利用的选择性和对环境效应的特殊性所导致的必然结果，其中负向或破坏性极化会引起土壤退化、林木生长发育不良和更新困难等连生或连栽障碍问题，严重影响着人工林生态系统的稳定和可持续发展。为此，本项研究拟以黄土高原不同地区目前广泛分布的主要乔灌树种人工纯林为对象，在前期关于土壤性质极化现状的静态研究基础上（1）通过研究不同树种人工纯林的养分循环利用规律和对土壤生物化学的影响效应，从生态过程和功能的角度建立不同树种人工纯林的土壤极化动态模型和生物地球化学分类体系；（2）通过综合研究不同针阔、乔灌树种的种间关系，提出人工纯林的树种更新换代和优化混交方案。旨在为该区人工纯林改造和土壤极化调控与防治提供科学理论指导。

结论摘要：

针对黄土高原人工纯林长期连续生长和多代连栽过程中出现的土壤极化，本项目以3个生物气候区（陕北风沙区、黄土丘陵区和黄土残塬沟壑区）目前广泛分布的主要乔灌树种人工纯林为对象，通过研究不同树种人工纯林的养分循环利用规律和对土壤生物化学的影响效应，从生态过程和功能的角度建立不同树种人工纯林的土壤极化动态模型和生物地球化学分类体系；通过综合研究不同针阔、乔灌树种的枯落物混合分解和化感效应等种间关系，提出人工纯林的树种更新换代和优化混交方案。研究结果可以为该区人工纯林改造和土壤极化调控与防治提供科学理论指导。取得的主要成果如下（1）通过对黄土高原不同森林生态系统的养分循环特征测算和分析，选取了能全面反映养分的积累和分布、循环通量以及养分循环效率等多方面指标作为分类指标体系，利用自组织映射特征网络(Self-Organizing Feature Maps, SOFM)聚类方法，从养分循环的角度将黄土高原森林生态系统划分为2个一级类型，6个二级类型。（2）从养分循环和枯落物分解2个方面探讨了纯林土壤极化的成因和发生极化的风险。（3）从人工林生态系统养分循环规律的角度建立了土壤极化动态理论模型，并研究了模型参数的确定方法。（4）针对不同生物气候区的针叶纯林，研究了土壤极化趋势和引入阔叶树种更新换代及林下牧草的优先顺序。（5）通过不同树种枯落叶混合分解试验，研究了混交对枯落叶分解速率、养分释放和土壤性质的影响及其种间关系。（6）采用枯落叶直接浸提水培、枯落叶混土分解后浸提水培、腐殖质层土壤播种盆栽（土培）等3种方法，研究了纯林树种对拟混交林下灌草植物的潜在和现实化感效应。