《Forest Ecology and Management》：Evolutionary history shapes soil pH following forestation at global scales: A meta- analysis
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全球森林造林后土壤pH平均下降0.20单位，系统发育、树种特性和环境因素共同影响土壤pH变化，其中系统发育解释变异比例达29.5%。
连康阳|潘梅江|韩青|钱庄庄|万芳芳|刘华|欧强新|郝双|黄星照
安徽农业大学森林资源与林学安徽省重点实验室，中国合肥230036
摘要
了解土壤pH值及其在造林后的变化对于预测土壤生物地球化学过程至关重要。尽管以往的研究主要集中在影响造林后土壤pH值的环境因素上，但往往忽略了森林树种的功能特征，尤其是其进化历史。我们汇编了一个全球性的造林后土壤pH值数据集，包含了210个树种的2139个观测数据。全球范围内，造林后土壤pH值显著下降，平均下降了0.20个单位。不同树种之间的造林后土壤pH值表现出明显的功能差异，并显示出显著的系统发育信号，而造林后的土壤pH值变化则既没有明显的功能模式也没有系统发育信号。我们的研究表明，在全球尺度上，系统发育、物种和环境因素分别解释了造林后土壤pH值变化的29.5%、27.7%和19.0%；对于土壤pH值的变化，这三个因素的解释比例分别为11.3%、37.6%和20.8%。随机森林分析指出，进化历史、气候和土壤有机碳（SOC）是造林后土壤pH值的关键调节因素，而SOC、气候和地形则是主要驱动土壤pH值变化的因素。本研究表明，进化历史在全球造林后土壤酸化过程中起着关键作用，直接影响了土壤pH值的变化。这些发现提供了全球性的证据，表明森林树种对土壤生物地球化学过程和功能具有制约作用。
引言
增加森林覆盖率可以增强大气中二氧化碳的吸收并增加森林碳储量，从而成为实现全球碳中和目标的关键机制（Ménard等人，2023年；Wang等人，2021年；Zhu等人，2023年）。此外，造林还可以产生显著的经济效益，如木材采伐和旅游业（Hu等人，2021年）。自1990年以来，全球植树面积增加了1.23亿公顷，并预计根据当前趋势将继续增长（Chen等人，2019年；Mekouar，2020年）。自1990年以来，亚洲的净森林增长量最大，这主要归功于中国的全国性林业计划，中国的森林覆盖率从1990年的16.7%上升到了2022年的23.8%（Bryan等人，2018年；Wang等人，2020年；世界银行，2022年）。造林有助于维持土壤养分平衡和水分保持（Wang等人，2021年），提高土壤有机碳（SOC）浓度（Huang等人，2024年），并通过促进森林生产力和恢复来增强森林的碳封存能力（Yosef等人，2018年）。这些益处与土壤生化性质的变化密切相关，因为造林对土壤养分循环和碳封存能力的影响与土壤pH值的变化密切相关（Feng和Deng，2025年）。
许多研究表明，造林在区域和全球尺度上改变了土壤pH值（Berthrong等人，2009年；Ng等人，2022年；Rasiah等人，2015年；Yazici和Turan，2016年）。例如，一项早期研究报道，在安大略省中部进行46年的林业活动后，土壤pH值平均下降了1.28（Brand等人，1986年）。同样，一项土壤养分研究指出，在瑞典造林五年后，土壤pH值下降了1.3–2.1%（Rytter和Rytter，2020年）。在全球范围内，一项元分析得出结论，造林导致土壤pH值平均下降了0.23（Huang等人，2022年）。然而，造林后土壤pH值下降的机制仍不完全清楚。
多种因素驱动了造林后土壤pH值的变化。以往的研究表明，土壤pH值对造林的响应受到造林前土壤pH值的影响。具体来说，造林使原本酸性的土壤pH值升高，而使原本碱性的土壤pH值降低（Hong等人，2018年；Jin等人，2022年）。这种模式的发生是因为造林改变了土壤阳离子的相对比例，进而影响了土壤pH值（Berthrong等人，2009年）。其他研究强调了气候在调节造林后土壤pH值变化中的作用（Huang等人，2022年）。此外，树种也被证明会影响土壤pH值的变化，因为不同树种对土壤化学性质有不同的影响（De Schrijver等人，2012年；Zhang等人，2018年）。一种机制涉及根系分泌物和根际过程（Berthrong等人，2009年；Li等人，2014年）。另一种机制是森林凋落物的增加及其后续分解过程中释放的有机酸，导致土壤酸化（Zhang等人，2018年）。
关于造林树种对土壤pH值趋势的影响仍不明确。一些研究表明，某些树种（如Alnus glutinosa、Pinus radiata和Betula alba）造林后土壤pH值显著下降（Kuznetsova等人，2014年；Rigueiro-Rodriguez等人，2012年），而Pinus sylvestris var. mongolica和Populus spp造林后没有观察到显著变化（Hong等人，2018年）。总体而言，关于树种对土壤pH值的影响尚无一致结论，造林树种影响土壤pH值的机制也尚未完全研究清楚。
基于种子植物科水平的进化遗传学的研究表明，亲缘关系较近的物种具有更相似的根系功能特征（Huang等人，2024年；Ma等人，2018年）。由于系统发育有助于解释根系功能适应，而根系功能是植物-土壤反馈的桥梁（Huang等人，2024年），树种之间的系统发育相关性也可能有助于解释土壤pH值对造林的响应，这一点在土壤有机物、总氮和总磷的研究中也有所体现（Yang等人，2025年）。在这种情况下，土壤pH值可以在两个时间尺度上进行考察：造林后的土壤pH值反映了持续根系驱动过程和植物-土壤反馈的长期影响，而造林引起的pH值变化则代表了由物种特征介导的短期到中期的过渡过程，反映了从造林前的条件到发展中的造林后土壤环境的转变。
在这项研究中，我们通过汇编一个包含全球210个树种2139个观测数据的全球数据集，量化了造林后与树种相关的土壤pH值变化。我们的研究目标是：（1）探索不同树种和气候区土壤pH值变化的全球模式；（2）研究造林后土壤pH值及其变化的系统发育信号；（3）量化环境因素和系统发育关系（系统发育）在塑造造林后土壤pH值及其变化中的相对重要性。研究造林后不同树种间土壤pH值的变化有助于进一步了解造林树木与大规模土壤生物地球化学过程之间的关系及其对全球气候变化的响应。
数据描述
本研究使用Web of Science、Google Scholar和中国国家知识基础设施（CNKI）来识别1989年至2024年间发表的相关研究，使用预定义的搜索词组“（土地利用变化或土地覆盖变化或重新造林或造林）和（土壤pH值或土壤酸化）”。随后根据以下标准筛选符合条件的文章：（1）造林类型包括将耕地或草地转换为林地等
造林后土壤pH值及其变化的全球模式
造林后的平均土壤pH值为6.75（95%置信区间：6.64–6.87）。土壤pH值在不同气候区存在显著差异，热带地区的平均值为5.85（95%置信区间：5.72–5.98）（N=591），温带地区为7.55（95%置信区间：7.48–7.61）（N=1433），北方森林地区为6.26（95%置信区间：6.00–6.52）（N=115）（图2a）。不同树种类型的土壤pH值也有所不同：被子植物的平均值为7.28（95%置信区间：7.20–7.35）（N=1513），明显高于针叶植物的6.36（95%置信区间：6.24–6.48）（N=240）
造林后全球植物类型间的土壤pH值功能模式
只有造林后的土壤pH值在不同植物类型间存在显著差异（图2a）。首先，被子植物的造林后土壤pH值高于裸子植物。这种差异可能是因为裸子植物的凋落物通常含有高浓度的木质素和高碳氮比（Langenbruch等人，2012年）。在分解过程中，微生物持续释放H?，导致土壤酸化（Augusto等人，2015年）。相比之下，落叶树种
结论
我们汇编了一个全球范围的数据集，以揭示造林后土壤pH值的整体模式和主要驱动因素。我们发现，造林使土壤pH值平均下降了0.20。造林后的土壤pH值还显示出显著的系统发育信号，表明进化历史通过植物功能特征和植物-土壤相互作用影响土壤pH值。这些发现强调了系统发育在调节造林后土壤pH值中的关键作用，并具有重要的意义
CRediT作者贡献声明
韩青：撰写——初稿，可视化，数据管理。潘梅江：撰写——审稿与编辑，可视化，验证，项目管理，方法学。连康阳：撰写——初稿，可视化，方法学，正式分析，数据管理。欧强新：资源获取，调查，数据管理。刘华：撰写——审稿与编辑，验证，软件使用。万芳芳：撰写——审稿与编辑，验证，软件使用。钱庄庄：可视化，方法学，
资助
本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFD2200904）和安徽省森林与草地种子遗传资源保护设施（2025BFAFN00700）的财政支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
