上世纪以来,由于化石燃料燃烧、化肥过度使用,全球大气氮沉降速率不断增加。氮沉降增加造成了诸如土壤酸化、水体富营养化、生物多样性丧失等一系列后果;同时,陆地生态系统氮通量的迅速增加,使原本较为封闭的氮循环过程逐渐开放。因而,在氮沉降增加背景下,生态系统的氮保留能力成为生态学家研究的热点。已有研究表明,生态系统氮保留的可能机制有（1）植物增加生物量从而积累氮,（2）增加微生物生物量氮,（3）降低土壤硝化作用从而减少氮的淋失。我国亚热带地区存在大面积单一树种的针叶人工林,近年来,大力提倡采用不同类型阔叶树种改造单一针叶纯林。然而,利用阔叶树种代替针叶树种造林如何影响生态系统的氮保留能力仍然未知。本研究在厦门市同安区汀溪国有防护林场、福建省南平市峡阳国有林场选择亚热带典型针叶（杉木Cunninghamia lanceolata）和阔叶树种（木荷Schima superba、米老排Mytilaria laosensis、枫香Liquidambar formosana）为研究对象,首先研究了针叶树种转换为阔叶树种后,人工林生态系统生物量和氮储量的时空格局;其次以同位素示踪技术为手段,跟踪外源氮输入在不同树种地上地下氮库中的分配及去向;最后,测定氮循环过程、土壤微生物生物量以及相关土壤微生物群落结构和功能基因的变化,探讨生态系统氮保留的微生物学机制。我们假设针叶树种转换为阔叶树种后,人工林生物量增加,地上生物量氮库增加,土壤微生物生物量氮增加,土壤硝化速率降低,因而生态系统氮保留能力提高。本研究结果将为氮沉降增加背景下造林树种的选择提供参考。主要结论如下:（1）阔叶树种替代针叶树种造林后,生态系统氮库显著高于同林龄的针叶树种。在杉木采伐迹地上,分别营造米老排和杉木19年后,米老排林的生物量、生产力和氮储量显著高于杉木,其中米老排和杉木人工林生态系统氮库分别为6.9 Mg·ha-1(植物部分0.8 Mg·ha-1,土壤部分6.1 Mg·ha-1)和5.5 Mg·ha-1(植物部分0.4 Mg·ha-1,土壤部分5.1 Mg·ha-1)。在杉木采伐迹地上,分别营造木荷和杉木38年后,木荷林的生物量、生产力和氮储量显著高于杉木,其中木荷和杉木人工林生态系统氮库分别为15.3 Mg·ha-1(植物部分1.7 Mg·ha-1,土壤部分13.6 Mg·ha-1)和7.8 Mg·ha-1(植物部分1.1 Mg·ha-1,土壤部分6.7 Mg·ha-1)。（2）以杉木、木荷、枫香3个树种进行为期625天的野外15N标记示踪实验,结果表明,土壤始终是氮保留的最大氮库,其次是植物。以不同部分氮库的15N回收率代表氮素不同的周转速率,土壤15N回收率分别为枫香（61.01%）>木荷（43.61%）>杉木（36.19%）,植物部分（地上地下及凋落物部分）15N回收率分别为杉木（44.1%）>木荷（43.9%）>枫香（34.3%）。以每棵样树添加的20g N来量化,相当于分别有7.2、8.7和12.2g N保留在杉木、木荷和枫香的0-40cm土层中,分别有8.8、8.9和6.9g N保留在杉木、木荷和枫香的植物部分。（3）在时间尺度上,不同树种根系和枝叶对铵态氮吸收趋势一致。三个树种根系15N丰度均呈现先增加后减小的趋势,但杉木根系15N丰度值出现高峰迟于木荷和枫香,表明其对氮素的吸收较为缓慢。植物的枝叶器官也表现出同样的规律,15N的回收率都在氮添加380天左右出现最高值,但木荷、枫香两个树种树枝部位15N回收率高于杉木,说明木荷、枫香对氮的吸收和周转较快。不同树种凋落物15N归还差异显著。枫香凋落叶的15N丰度随着时间表现出现增加后减小的趋势,而木荷凋落叶的15N丰度则在实验周期内表现为持续增加,杉木的凋落叶15N丰度在实验周期内无明显变化。（4）不同树种土壤微生物生物量氮和15N回收率差异显著。杉木土壤微生物生物量氮和15N回收率均低于木荷和枫香,并且木荷土壤的微生物氮库也显著高于杉木和枫香。不同树种土壤温度、水分以及土壤微环境导致土壤氨化、硝化和矿化速率差异显著,进而影响土壤氮保留。亚热带森林土壤矿质氮多以铵态氮为主,氨化在净氮矿化过程中占主导,但针叶林土壤的硝化作用显著高于阔叶林。因此,阔叶树种代替针叶树种造林降低了土壤硝化作用,从而减少硝态氮的损失,使更多的无机氮以铵态氮的形式供给植物吸收,从而提高生态系统氮保留。（5）米老排替代杉木造林后,土壤微生物群落结构和氮循环功能基因发生改变。米老排土壤微生物的氨氧化古菌（AOA）amoA基因丰度显著降低,表明土壤硝化作用降低,而表层土壤nirK、nirS、nosZ基因的丰度显著升高,表明树种对土壤微生物参与的氮循环过程产生了重要影响。综上所述,本研究验证了上述假设,即阔叶树种替代针叶树种造林后,显著提高了人工林生物量,增加了生物量氮库,提高了土壤微生物生物量氮,降低了土壤硝化作用,提高了生态系统氮保留能力。