人类活动已经导致全球气候变化和氮沉降的增加。短期控制实验结果表明大气CO2浓度([CO2])升高和氮(N)输入可刺激树木生长、增加森林固碳(C)量，从而对大气CO2和气候产生反馈，减缓[CO2]的增加速率，缓解温室效应。然而这种刺激效应能否在自然生态系统中长时间维持受到质疑。本研究选择经历大量N沉降的珠江三角洲为研究地，通过马尾松(Pinus massoniana L．)针叶、树轮生长、树轮元素含量以及稳定性C、N同位素分析，期望研究全球气候变化和区域酸沉降尤其是N沉降对马尾松生长和生理的长期影响，并反演该地区50年来环境质量变化规律。这一真实自然环境中的长期变化结果可以为短期控制实验提供补充，为预测全球气候变化下森林产量和固C量的变化及其对气候变化的反馈提供参考。研究得出以下主要结果：　　 1．广州地区城乡梯度上(黄埔工业区-华南植物园-帽峰山-南昆山)马尾松针叶及根部土壤中硫(S)和重金属含量反映了沿该梯度的环境质量变化；城区各研究地马尾松针叶和土壤Zn、S、Cd和Pb含量均达到或超过各自的背景值，表现出危害植被和土壤的风险；尽管土壤中Cu、Ni全量较低，但有效态含量较高，暗示这些元素仍存在潜在的毒害风险；远郊区南昆山马尾松针叶和土壤中重金属和S含量较低，该区相对清洁。　　 2．珠江三角洲4个研究点(污染区：广州华南植物园、佛山西樵山、肇庆鼎湖山；相对清洁区：惠州南昆山)上马尾松树轮生长分析结果表明，污染区马尾松树轮宽度、树轮标准化指数和基径断面积增加量(BAI)自20世纪70年代末以来均表现出不同程度的下降，而南昆山马尾松生长状态良好，BAI持续增加直至2000年；马尾松BAI与[CO2]均呈非线性二次曲线关系，即生长初期[CO2]的升高刺激BAI近似线性增加，但这种刺激作用在一定时期后减弱甚至消失，与短期控制实验结果不一致；伴随着大气CO2浓度增加的温度升高和生长季降水减少对马尾松生长造成不利影响，当年及上一年的月平均温度和月降雨量可以解释南昆山马尾松标准化树轮指数91％的变异，降雨量下降或温度升高引起的水分状况变化可能是气候变化影响马尾松生长的主要问题。　　 3．污染区马尾松树轮Ca、Mg和Mn含量低于相对清洁区南昆山，在1980年以后尤为显著，结合土壤中极低的pH值和二价阳离子浓度，表明持续酸沉降引起的土壤酸化可能造成长期淋溶损失而导致二价阳离子的匮乏、树木吸收和积累下降；四个研究点上树轮Ca/Al、Mg/Al和(Ca+Mg)/Al摩尔比总体上表现出先升后降的趋势，但这种下降趋势在相对清洁区南昆山约延迟10年出现，鉴于马尾松生长和树轮化学的紧密关系，表明持续阳离子淋失和养分失衡可能在更大范围内危害森林健康。　　 4．马尾松树轮C同位素比值(δ13C)在近50年内整体呈上升趋势，1980年以后污染区树轮δ13C值较之1980年以前和相对清洁区更高，与该时期内出现的马尾松生长衰退结果一致。水分利用效率(WUE)在过去50年内大幅升高，表现出随大气CO2浓度增加、夏季温度升高和春季降雨减少而增加的规律，但到达一定程度后唧对这些因子的响应减弱甚至消失。　　 5．马尾松树轮N同位素比值(δ15N)在过去50年间总体呈下降趋势，污染区尤其明显；树轮δ15N值与年平均H离子沉降量的负相关关系以及N沉降与降雨酸度的紧密联系表明树轮δ15N变化可以有效揭示区域酸沉降特别是N沉降历史。南昆山马尾松BAI与树轮δ15N的负相关关系说明N沉降增加对树木生长和C固定具有施肥效应，鼎湖山则呈现二次曲线关系，表明N沉降引起的施肥效应随N的累积而减弱甚至逆转。　　 6．多元回归结果表明马尾松生长受大气CO2浓度、降雨量、水分利用效率和养分供应等的影响。马尾松BAI对[CO2]的非线性折点出现时间取决于各地的水分和养分状况，在高温、高N沉降和低养分利用性的研究地如鼎湖山、西樵山和植物园早于气温最低、降雨最多和养分状况最好的南昆山。自然环境下生长的马尾松BAI和[CO2]之间的非线性关系表明，基于单因子短期控制实验结果的模型关于大气CO2浓度升高通过增加森林C固定而减缓全球变暖的预测可能与自然界真实情况存在偏差；若这种非线性关系在更多树种及更大地域内得到证实，需引起足够重视。