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生物固氮、氮矿化和氮沉降是森林生态系统中可利用氮的三大来源。非共生生物固氮虽然在固氮效率上常低于共生固氮,但是其分布范围更广。大多数森林生态系统中的凋落物和土壤都有非共生固氮微生物。非共生生物固氮速率大致为1-20 kg N ha-1 yr-1,在固氮植物较少的生态系统中是外源氮输入的主要途径。生态系统的氮矿化与非共生固氮过程可能存在一定的权衡机制;而日益严重的氮沉降则会进一步改变氮矿化和非共生固氮的平衡。蚯蚓的活动对氮矿化过程有明显的调控作用,也有研究发现蚯蚓肠道中存在较多的固氮微生物和较高的固氮酶活性。探究氮沉降背景下蚯蚓对非共生生物固氮的影响,是土壤生物对全球变化的响应和反馈研究的前沿。蚯蚓本身的碳氮比很低（4.0左右）,所以氮对蚯蚓的生存特别重要。蚯蚓在多大程度上依赖有机氮的矿化和非共生固氮过程,而氮沉降又会在多大程度上改变上述过程,仍不得而知。亚热带-温带过渡带森林生态系统兼具了南北生物区系的特点,探究该系统中氮沉降、蚯蚓和土壤非共生固氮过程的关系,对理解全球变化背景下土壤生物生态功能的变化规律有重要意义。再者,传统的林下模拟氮沉降忽视了林冠对氮的截留和转化过程,未能真实地反映氮沉降对森林生态系统的影响。基于上述考虑,本研究提出以下科学问题:蚯蚓的活动是否影响非共生固氮过程?氮沉降会不会削弱蚯蚓对非共生固氮过程的影响,而不同方式的模拟氮沉降（林冠vs林下）的作用又有怎样的差别?本研究依托2013年建成的河南信阳鸡公山“林冠-林下模拟氮沉降”野外控制实验平台,于2018年选取了野外对照（Without N addition,N0）、林冠加氮25 kg N ha-1 yr-1（Canopy addition of25 kg N ha-1yr-1,CN25）和林下加氮25 kg N ha-1 yr-1（Understory addition of 25 kg N ha-1yr-1,UN25）三种氮沉降处理的森林土壤和地表凋落物,在室内分别设置了包括对照（Contrast Check,CK）、添加蚯蚓（Earthworm addition,W）、土壤和凋落物灭菌（Sterilized,S）和在灭菌系统中添加蚯蚓（Earthworm addition and Sterilized,W+S）等四种处理的微宇宙实验。主要研究内容有:通过乙炔还原法测定了土壤固氮酶活性;通过分析微生物磷脂脂肪酸（PLFAs）组成和含量反映土壤微生物群落特征;通过15N2标记技术量化非共生生物固氮过程;以及通过测定土壤碳氮含量变化反映土壤有机质矿化过程。最终探究蚯蚓在不同氮沉降系统中对“氮矿化-非共生生物固氮”平衡的影响。主要的研究结果如下:（1）鸡公山落叶阔叶林森林生态系统土壤氮含量偏低,地表（土壤和凋落物）有明显的非共生固氮作用。乙炔还原法的结果表明,对照森林土壤和凋落物（N0系统）乙烯生成速率高于氮沉降森林土壤和凋落物（CN25和UN25系统）,说明氮沉降对鸡公山落叶阔叶林森林地表非共生生物固氮有一定的抑制作用。（2）15N2标记实验表明,蚯蚓的15N丰度未见明显升高,说明蚯蚓本身未明显利用非共生固氮来源的氮。推测在鸡公山落叶阔叶林森林生态系统中,蚯蚓可以从有机质分解中获得足够的氮。（3）15N2标记实验表明,CN25系统释放的N2O的15N丰度均值为8.9‰,而灭菌处理的CN25系统的N2O的15N丰度均值更是高达254.6‰,远高于N2O的15N自然丰度均值（-0.25‰）,说明CN25系统有明显的非共生固氮作用。蚯蚓的存在显著降低了CN25系统N2O的15N丰度,说明蚯蚓活动抑制了非共生固氮过程。相反,不管是否灭菌,UN25系统释放的N2O的15N丰度均未见明显升高,说明UN25系统非共生固氮作用很弱。（4）三种氮沉降处理森林土壤中无机氮均以铵态氮为主,且其含量无显著差异;土壤灭菌显著提高了对照森林土壤（N0土壤）和CN25土壤的铵态氮含量,蚯蚓的存在则进一步提高了土壤铵态氮浓度。说明N0和CN25系统相比UN25系统可能有更多的易分解有机质;同时,蚯蚓活动可以显著促进有机质的矿化过程,进而抑制非共生固氮作用。（5）磷脂脂肪酸（PLFAs）的数据表明,不同氮沉降土壤微生物群落有明显差异。一方面,与N0和CN25系统相比,UN25系统土壤微生物生物量和细菌胁迫指数均更高。说明UN25系统土壤微生物群落处于相对的“稳定期”,其微生物生物量虽高但活性受到更多的抑制。这可能由于UN25系统长期输入较多的无机氮,在增加微生物生物量的同时消耗了大量可利用有机碳,进而加剧了土壤微生物的碳限制。后者可能是UN25系统中非共生固氮作用很弱的重要原因。另一方面,蚯蚓活动明显降低了UN25系统的细菌胁迫指数并显著提高其细菌生物量,但对N0和CN25系统的影响明显更弱。这一定程度上说明UN25系统细菌可利用资源相对贫乏,而蚯蚓的活动可明显缓解细菌的资源限制。总之,鸡公山落叶阔叶林森林生态系统（N0）和林冠氮沉降系统（CN25）的地表均有明显的非共生固氮作用,但是,蚯蚓活动可能通过促进有机质矿化而显著抑制非共生固氮过程。然而,林下模拟氮沉降（UN25）可能通过降低碳的可利用性而抑制土壤细菌的活性及削弱非共生固氮作用,蚯蚓的活动则有进一步抑制非共生固氮过程的趋势。可见,林下模拟氮沉降不能真实反映氮沉降对鸡公山落叶阔叶林森林生态系统土壤生物及其主导的碳氮过程的作用。后续研究需要关注非共生固氮微生物随氮沉降处理和蚯蚓活动的变化,以进一步揭示它们调控非共生固氮作用的机制。