目前,大气氮沉降的急剧增显著影响了某些森林生态系统的稳定性已成为共识。大量研究表明外源氮的输入强烈地影响着森林生态系统的碳氮循环过程与土壤微生物群落特征,对森林生态系统的稳定性产生消极影响。土壤微生物是土壤中最具活力的部分,与土壤肥力和土壤健康紧密相连,了解森林土壤微生物生物量和群落结构的变化有助于对森林生态系统功能的变化做出解释。森林土壤通过生成或消耗温室气体对氮素输入变化产生响应,这也是研究生态系统反馈过程的重要内容。近年来,在我国南亚热带地区人工林造林模式正在从大规模单一树种造林向多树种造林转变,并且许多乡土珍贵阔叶树种(包括固氮树种)逐渐被用于该地区人工林营建的生产实践中。然而,人们对氮沉降增加背景下南亚热带不同树种(固氮树种与非固氮树种)人工林生态系统的响应机制的认识仍有限。为此,本论文以我国南亚热带固氮树种格木(Erythrophleum fordii)和非固氮树种红椎(Castanopsis hystrix)人工幼龄林为研究对象,通过田间试验,采用常规理化分析法、气相色谱技术和磷脂脂肪酸法(PLFA)研究了不同氮添加水平[硝酸铵:0kg N ha-1yr-1(对照)、50kg N ha-1 yr-1(低氮)、100kg N ha-1 yr-1(中氮)和150kg N ha-1 yr-1(高氮)]对2种人工幼龄林土壤主要碳氮过程的影响,试验周期为17个月。研究的主要内容包括:(1)不同氮添加水平对2种人工林幼龄林土壤化学性质的影响;(2)2种人工幼龄林土壤温室气体排放对氮添加的响应规律;(3)2种人工幼龄林土壤微生物群落结构对不同氮添加水平的响应机制,主要目的在于以土壤微生物群落结构作为生态学指标评价氮输入增加背景下南亚热带不同树种人工幼龄林生态系统的稳定性,以期为该地区林业的可持续发展和环境保护提供数据参考和理论基础。以往研究表明,在田间试验中氮输入增加可对土壤微生物群落产生直接影响,然而氮输入增加也可通过改变植物向土壤的碳输入过程对土壤微生物产生间接影响。为此,本研究也通过室内土柱培养法研究无植物碳输入影响下不同氮添加水平[硝酸铵:0g N m-2(N0)、5g N m-2(N5)、10g N m-2(N10)、15g N m-2(N15)、25g N m-2(N25)]对红椎和格木人工幼龄林土壤微生物群落结构及其呼吸活动的直接影响,并探讨微生物群落结构与微生物呼吸速率的动态关系。主要研究结果如下:(1)中氮和高氮添加处理显著降低了2种林分0-10cm土壤的p H,但升高了土壤铵态氮和硝态氮含量。3个氮添加水平对2种林分不同土层的有机碳含量均无显著影响,但中氮和高氮显著升高了2种林分0-10cm土壤可浸提有机碳含量。此外,3个氮添加水平均未显著改变2种林分不同土层的全氮、全磷、全钾和有效磷含量。(2)观测期结束时,中氮和高氮处理导致红椎幼龄林土壤CO2排放速率低了11%和15%,仅高氮处理使格木幼龄林土壤CO2排放速率降低了21%。低氮、中氮和高氮处理分别使红椎幼龄林土壤N2O排放速率升高了285%、562%和835%,中氮和高氮处理使格木幼龄林土壤N2O排放速率升高了252%和770%。中氮和高氮处理均导致红椎幼龄林土壤CH4吸收速率降低了30%和69%,导致格木幼龄林土壤CH4吸收速率降低了67%和93%。观测期内,不同氮添加水平下2种林分土壤温度与土壤呼吸速率的相关性较强。氮素输入在一定程度上减弱了红椎幼龄林土壤N2O和CH4排放与土壤水热环境因子之间的关系,尤其是对土壤N2O排放速率和与土壤水热环境因子之间关系的影响最为明显,而在格木幼龄林中,这种趋势并不明显。(3)中氮和高氮处理导致红椎幼龄林土壤微生物总生物量降低了23.5%和32.1%,然而仅高氮处理显著降低了格木幼龄林土壤微生物总生物量。同时,2种林分土壤细菌和真菌生物量也受到了氮输入的不同抑制,但中氮和高氮处理均显著升高了2种林分土壤真菌细菌生物量比。非线性多维标度和多响应置换过程分析结果表明,自然(对照)条件下2种林分土壤微生物群落结构存在显著差异(A=0.65,p<0.05),低氮、中氮和高氮处理均显著影响了2种林分的土壤微生物群落结构(p<0.001),但3个氮添加水平间的土壤微生物群落结构的差异并不显著(p>0.05)。冗余分析结果表明,铵态氮、土壤p H、土壤微生物生物量碳与土壤微生物群落结构的变化显著相关(p<0.05)。以上结果表明,中氮和高氮处理显著影响了2种人工幼龄林土壤微生物群落的稳定性,进而可能对土壤健康和肥力差生消极影响。(4)室内土壤培养试验结果表明,观测期内(16d),N10、N15和N25处理使红椎幼龄林土壤微生物呼吸速率较对照平均升高了35%、69%和94%。然而,仅在N25处理下,格木幼龄林土壤微生物呼吸速率较对照平均升高了23%。2种林分土壤微生物生物量均受到了N15和N25处理的抑制,但发生时间不同。格木幼龄林土壤微生物群落可在短期内使其生物量从N15和N25处理的抑制中恢复到对照水平,说明短期内其微生物群落对氮添加造成的干扰具有恢复力。N10、N15和N25处理对2种林分土壤的微生物群落均产生了生理胁迫,相关分析表明氮添加下土壤微生物生理胁迫的增强主要是土壤p H降低导致的。主成分分析结果表明,2种林分土壤微生物群落结构对氮添加造成的干扰较为敏感,所有氮处理均显著影响了2种林分土壤的微生物群落结构。红椎幼龄林土壤微生物呼吸速率与可浸提有机碳、真菌细菌比、微生物群落结构和生理胁迫状况均存在显著的相关性,但这些因子对微生物呼吸速率的调控会随时间而发生变化。然而,观测期内格木幼龄林土壤微生物呼吸速率与上述因子均无显著相关性,造成这种现象的原因可能由于其特殊的微生物群落结构(包括真菌细菌比),其机制有待下一步研究。观测期内,2种林分土壤微生物呼吸速率与其微生物总生物量呈负相关或不相关,说明在氮输入增加初期微生物生物量不应作为土壤微生物呼吸活动的唯一指示,因为土壤微生物群落结构和微生物群落的生理胁迫状态同样可以显著影响微生物呼吸速率。