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森林作为陆地生态系统的最大碳(Carbon,C)库,C蓄积量的增减都会显著影响大气二氧化碳(CO2)的浓度变化,调控全球陆地C循环的动态。在气候变化的背景下,本研究通过野外人工模拟氮(N)沉降[设置4个N沉降梯度:control,即CK(0);low-N,即 TL(50 kg N· ha-1·a-1);medium-N,即 TM(100 kg N·ha-1·a-1)和high-N,即TH(150 kgN·ha-1·a-1)]、强降水、人工控制冬季降水量[人工控制4或5个降雪梯度为:0(无雪被覆盖)、10cm、20 cm、30 cm以及自然雪被覆盖(2013年10月～2014年5月)雪被]等多种气候变化情境,一方面对相同年份内(2013年5月～2014年4月)的温带森林生态系统的土壤C排放进行研究,其研究内容主要包括:模拟N沉降对小兴安岭云冷杉红松林[红松(Pinus koraiensis)、臭冷杉(Abies nephrolepis)、红皮云杉(Picea koraiensis)、鱼鳞云杉(P.jezoensis var.microsperma)]土壤呼吸及其组分的影响研究、强降雨对小兴安岭云冷杉红松林的影响研究、季节性雪被和模拟N沉降对小兴安岭云冷杉红松林冬季土壤呼吸的影响研究;另一方面通过4年的长期定位实验,着重深入讨论模拟N沉降对小兴安岭云冷杉红松林生态系统C收支及其机制的影响。本研究的主要结论如下:(1)云冷杉红松林在生长季内土壤呼吸呈显著季节性动态,具体表现为7月和8月之间土壤呼吸(Rs)最高,而在5月和10月期间Rs最低,N沉降未改变土壤呼吸的季节性变化规律,土壤呼吸的不同组分(土壤根呼吸Rr,土壤微生物呼吸Rm,凋落物呼吸R1)对N沉降的响应不显著。不同模拟N沉降处理下,N对云冷杉红松林的土壤呼吸的影响不同,生长季内R 分别为:TL(4.05士0.18)>Tm(3.69±0.14)>Control(3.40±0.13)>TH(3.14 ± 0.13)μmol CO2·m-2·s-1。Rs及其组分与土壤温度呈指数相关,土壤湿度对其影响较低。各模拟N沉降梯度下,Q10值分别为2.14、2.08、1.97和2.35,N沉降影响了土壤呼吸及其组分的温度敏感性Q10。(2)土壤温度和含水量协同影响土壤呼吸强度。降雨可影响甚至改变控制土壤呼吸(Rs)的关键环境因子,强降雨使土壤含水量激增,并对土壤温度也有不同程度的影响。雨季初期强降雨对Rs的扰动作用相对较小,雨季中期强降雨可抑制Rs,在雨季结束后的强降雨可促进Rs。在雨季不同时期的强降雨均不同程度的影响了土壤异养呼吸与土壤呼吸(Rh/Rs)比例,相对于土壤自养呼吸(Ra),短时强降雨对土壤异养呼吸(Rh)的抑制作用更强。加入水分修正系数c的Rs与T5、W5指数关系模型可更好的表征土壤含水量和土壤温度对土壤呼吸的影响,不同雨季时期的强降雨均对土壤的温度敏感系数Q10有着显著的影响。强降雨使得土壤对水分的敏感性降低,处于雨季不同时期的土壤水分敏感性参数表现为:在雨季的开始和结束后,土壤呼吸的水分敏感性较高,而雨季中期的水分敏感性较低。(3)季节性雪被显著影响了温带森林的冬季土壤呼吸,在冬季的不同时期内,季节性雪被显著提高了云冷杉红松林的冬季土壤呼吸,随着雪被厚度的减少,土壤呼吸随之降低。模拟N沉降对Q10值的影响表现为时间异质性(季节性变异),各模拟N沉降处理均使冬季的Q10值显著高于生长季的Q10值。低N处理(low-N)、中N处理(medium-N)显著提高了冬季的Q10值,而高N处理(high-N)降低了冬季的Q10值。冬季Rs对温带森林Rs对年Rs的贡献率分别为4.8±0.3%(control),3.6±0.6%(low-N),4.3±0.4%(medium-N)和6.4±0.5%(high-N),考虑到冬季Rs对雪被深度与养分有效性的积极响应,未来的持续性的气候变化会极大的影响温带森林的年C排放量。(4)在施N处理4年后,N沉降显著增加了乔木的生物量,低浓度的N沉降可促进C的固定,而过高浓度的N沉降有抑制C固定的趋势;低浓度的N沉降可以促进灌木C固定,而过高浓度的N沉降有抑制灌木C固定的趋势;N沉降显著降低草本植物的NPP;N沉降显著增加了凋落物的生成量,可以促进植物叶片的C固定。N沉降促进了CWD的分解速率,低浓度的N沉降可促进CWD的分解,而过高浓度的N沉降有抑制CWD分解的趋势。各模拟N沉降处理下的土壤呼吸具有相同的季节性变化规律,N沉降处理未改变土壤呼吸的季节性变化规律,且土壤呼吸速率与土壤温度之间成指数相关、对湿度的响应不显著;模拟N沉降对土壤总呼吸的温度敏感性和异养呼吸温度敏感性的影响不同(N沉降降低了R 的温度敏感性,而对Rh的温度敏感性无显著影响);2011～2014各N沉降浓度处理下平均Rs分别为999.50±11.67、1125.11±11.19和983.95±11.61g C·m-2·a-1,低N、中N处理使年土壤呼吸速率分别显著增加了 2.68%和15.59%,高N处理不显著。模拟N沉降对森林土壤有机C没有显著影响,土壤C库对N添加的响应不敏感。N沉降改变了小兴安岭云冷杉红松林森林C库的分配格局,植被C库对N沉降的响应更加显著,而土壤C库为较为稳定的生态系统。其中低N、中N处理分别使得植物C库占生态系统总C库的比例增加,而高N处理使得其比例下降。云冷杉红松林是微弱的碳汇,NEP为0.93 ton C·ha-1·a-1。N沉降改变了小兴安岭云冷杉红松林森林的C收支模式,相对于CK,低N处理使得NEP增加了 46.46%,而中N、高N处理使得云冷杉红松林的NEP分别降低了 12.51%和40.41%。综上所述,未来的持续性的气候变化会极大的影响小兴安岭地区的森林C排放。小兴安岭云冷杉红松林作为一个微弱的C汇,因此具有特殊的独特性和临界性,N沉降等未来气候变化情境可能会改变云冷杉红松林的C源/汇特征。