长沙市生态公益林在维护和改善长沙市生态环境、保持生态平衡等方面具有重要作用,各类生态效益总价值更是达到了 20.41亿元,促进长沙市生态公益林可持续发展具有非常重要的价值。而土壤是生态公益林的载体,生态公益林中植被生长演替的过程就是植物与土壤相互影响、相互作用的过程,本文对长沙市内生态公益林的土壤质量现状进行调查并做出科学评价,旨在进一步了解长沙市生态公益林的生长和保护情况,促进长沙市生态公益林持续健康发展,以期发挥长沙市公益林的最佳生态效益和社会效益。本文以长沙市六区内的生态公益林为研究对象,分为阔叶纯林(M1)、针叶纯林(M2)、阔叶混交林(M3)、针叶混交林(M4)、针阔混交林(M5)、次生林(M6)6种类型,共设置54个固定标准地,开展了乔木层、灌木层和草本层植被调查,计算了样地各层植物多样性指数。同时,在每个标准地采集土壤混合样品,测定了土壤的物理、化学和生物学性质。使用单因素方差分析(ANOVA)确定不同植被类型间土壤性质、灌木层和草本层的α和β多样性指数的显著差异;使用冗余分析确定土壤生物学指标与土壤理化指标之间的相关性;然后通过因子分析和判别分析,构建并验证修订最小数据集,使用SOI模型计算出土壤质量指数;最后使用典范相关分析确定土壤性质与林下植物多样性两者的关系。主要的研究结论如下:(1)分别对长沙市生态公益林的土壤物理、化学和生物学性质进行主成分分析和相关性分析,最终挑选土壤容重、有机质、全氮、全钾、有效钙、微生物生物量氮、微生物生物量磷、蔗糖酶和磷酸酶共9个指标组成修订最小数据集。使用判别分析对修订最小数据集进行验证,结果表明:使用基于修订最小数据集的判别函数的样本点分类结果与原始情况相似,整体正确判断率达到了 84%,其中针阔混交林和次生林正确率达到了 100%,表明挑选出的指标具有代表性,能全面、真实的反映土壤质量状况,在以后长沙市生态公益林的土壤质量评价过程中,可以通过修订最小数据集进行评价,减少工作量。(2)基于修订最小数据集和土壤质量指数法计算出的土壤质量表现为:针阔混交林>次生林>阔叶纯林>阔叶混交林>针叶混交林>针叶纯林。将土壤质量划分为Ⅰ～Ⅴ个等级,阔叶纯林的样地均处于Ⅲ级;针叶纯林15个样地除3个处于Ⅱ级外,其他12个样地均处于I级;阔叶混交林3个样地处于Ⅱ级,6个处于Ⅲ级,4个处于Ⅳ级;针叶混交林2个样地处于Ⅰ级,1个处于Ⅲ级,其他3个处于Ⅱ级;针阔混交林10个样地中,2个处于Ⅲ级,Ⅳ级和Ⅴ级各4个;次生林共6个样地,2个处于Ⅴ级,其余四个都处于Ⅳ级。土壤质量整体偏低,针叶纯林和针叶混交林的土壤质量非常低,需要及时改善土壤质量,保障生态公益林持续健康发展。(3)不同林分类型的公益林大部分土壤物理性质和化学性质都具有显著差异,整体呈混交林的土壤理化性质优于纯林,阔叶林的土壤理化性质优于针叶林的规律。物理性质中容重的差异最大,针叶纯林的土壤容重比次生林高出55.23%,毛管孔隙度的变化趋势和土壤容重正好相反。化学性质中有机质虽然没有显著性差异(p=0.073),但是组间的差距还是比较明显,针阔混交林的土壤有机质含量比针叶纯林高出48.14%。所有标准地中的土壤微量元素都处于极度缺乏状态,改善土壤性质的过程中,应该注意土壤微量元素的输入。(4)不同林分类型的公益林所有土壤生物学性质都存在显著差异。土壤酶和土壤微生物生物量碳、氮、磷的变化趋势和土壤理化性质非常相似,所有类型中次生林、阔叶混交林和针阔混交林表现得更好。而冗余分析的结果表明土壤生物学性质和土壤理化性质密切相关,特别是和土壤容重呈显著的负相关关系,与土壤有机质呈正相关关系。(5)6种林分类型中,灌木层的植物多样性差异更为明显,纯林的灌木层植物多样性较低,针阔混交林和次生林灌木层植物多样性较高且物种组成趋于稳定。草本层植物多样性指数没有明显差异,所有草本层的物种丰富度都非常低。而通过典型相关分析,公益林灌木层和草本层植物多样性对土壤性质具有明显的影响,其中容重、有机质和微生物生物量氮磷和林下植物多样性的相关系数较大,这和前文得出的结论相—致。在改善针叶林和纯林的土壤质量时,既可以加大土壤养分输入,也可以通过提高林下植物多样性的方式改善土壤性质,提高土壤质量。