人类活动向大气中排放大量的反应性氮(reactive nitrogen, Nr)，导致全球和区域大气氮沉降急剧增加。外源性氮素输入将增加陆地生态系统氮素的可利用性，引起陆地生态系统碳循环过程和碳平衡发生相应的变化。为了准确评价区域陆地生态系统生产力和碳汇功能，模拟分析气候变化和氮沉降对生态系统固碳能力的影响，准确评价生态系统的增汇潜力，必须清楚地了解大气氮沉降增加如何影响陆地生态系统碳、氮循环关键过程和驱动因素。亚热带人工林因其面积大、稳定性差、土壤贫瘠等特点，对外源性氮素输入响应敏感，在区域陆地生态系统碳循环和碳平衡评估中具有举足轻重的作用。过去有关氮沉降输入对森林生态系统碳循环的影响研究多以自然林为研究对象，对亚热带人工针叶林关注较少，野外控制实验和模型模拟研究刚刚起步。此外，现有的生态系统碳循环过程模型尚不能满足准确评估氮素富集条件下陆地生态系统碳过程和碳汇格局变化的需要，必须基于长期的野外观测和测定数据对现有碳氮耦合模型进行验证，才能准确地评估氮沉降对生态系统碳、氮循环关键过程和碳平衡影响。　　本研究以亚热带人工林生态系统为研究对象，基于两形态、三水平的氮沉降模拟控制实验平台，通过长期高频的野外监测与采样，研究亚热带人工林土壤水热环境因子、土壤碳氮含量和通量的动态特征及其对氮素输入的响应规律，阐明亚热带人工林土壤碳氮通量的主要控制因素。在上述研究的基础上，检验Forest-DNDC模型在亚热带人工林的适应性，实验与模型相结合揭示亚热带人工林土壤碳氮循环的关键过程对氮添加的响应机制。研究结果表明:(1)施氮没有显著改变土壤温度和含水量。施氮显著增加土壤NO3--N、NH4+-N和TDN的浓度，但对土壤DOC和DON含量没有显著影响。土壤NO3--N和TDN的浓度随着施氮水平的增加而增加，而土壤NH4+-N含量先增加后下降;施氮类型只对土壤NH4+-N含量有显著影响。(2)除低剂量硝酸钠处理显著促进土壤CO2排放外，其他氮处理没有显著改变土壤CO2交换通量。施氮倾向于抑制土壤CH4吸收，随着施氮剂量的增加土壤CH4吸收通量呈指数下降，且铵态氮肥的抑制效应较硝态氮肥更加显著。施氮导致土壤N2O排放急剧增加3.8～5.2倍，土壤N2O通量随着施氮剂量的增加呈指数增加，铵态氮肥促进效应显著高于硝态氮肥，部分反映了土壤N2O主要由硝化过程产生。(3)各实验处理下土壤CO2和N2O排放通量与土壤含水量存在显著的线性关系，与土壤表层温度的关系符合指数增长方程;施氮会降低土壤CO2通量的温度敏感性。自然条件下土壤CH4通量与表层温度的关系符合二次曲线方程，而施氮打破了这种脆弱的联系。(4)Forest-DNDC模型能够很好地模拟土壤温度、水分和土壤CO2通量的季节变化，土壤CO2通量的拟合优度R2=0.85，但是对土壤N2O排放和CH4吸收通量的模拟效果不理想，部分归因于模型参数、CH4和N2O通量野外测定的精度不够。研究结果暗示:施氮两年，千烟洲亚热带人工林土壤氮状态仍处于氮饱和的初级或中级阶段，外源性氮素初期会显著促进土壤N2O的排放，对土壤碳通量影响不大，总体上会增加全球变暖潜势(GWP)。通过进一步的参数优化和模型校正，Forest-DNDC模型可以适用于亚热带人工林生态系统的碳氮耦合循环的模拟与预测。本研究结果一定程度上深化了生态系统碳氮交互作用的研究，为亚热带人工林生态系统碳氮管理提供了科学依据。