常绿阔叶林是我国亚热带区域的地带性植被,同时也是陆地生态系统最重要的生物区系之一,约占我国国土总面积的27%。全球变化导致亚热带常绿阔叶林干旱和氮沉降发生的频率和强度显著增加,这将对中国乃至全球碳循环产生深远影响。土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的第二大碳通量,其与气候变化间的反馈过程是生态系统调节气候系统的关键环节。然而,当前关于亚热带常绿阔叶林土壤呼吸对干旱和氮沉降的响应及其调控机制依然缺乏深入的认识。本研究依托浙江天童森林生态系统国家野外观测研究站的大型极端干旱(包括对照和隔离降水70%两种处理)和氮磷添加(包括对照、低氮、高氮、磷、磷+低氮和磷+高氮六种处理)控制实验平台,通过对土壤呼吸的长期定位监测,结合土壤微气候、土壤养分、微生物群落和根系等变化,分别探讨模拟干旱和氮添加对亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的影响及其调控机制。在此基础上,利用实验观测数据结合陆地生态系统碳氮耦合模型(TECO-CN),通过数据-模型融合方法模拟干旱和氮沉降对亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的综合效应,预测我国亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的未来变化趋势并探讨其驱动机制。主要结果如下:(1)模拟干旱对土壤呼吸的影响:持续四年野外控制实验表明模拟干旱显著降低亚热带常绿阔叶林土壤呼吸,这种抑制作用随着时间发生改变。具体而言,模拟干旱对第一年土壤呼吸没有显著影响,但在第二、第三和第四年分别使土壤呼吸减少了11.8%、18.3%和20.8%。模拟干旱对土壤呼吸的抑制作用主要集中于生长季,对非生长季的影响不显著。与此同时,模拟干旱显著增加了细根生物量,并使微生物优势群落从细菌转变为真菌。微气候、根系和微生物共同解释对照和模拟干旱下土壤呼吸变异的77%和65%。模拟干旱导致微生物群落组成的改变和细根生物量的增加是调控土壤呼吸响应干旱的主要驱动力。(2)氮磷添加对土壤呼吸的影响:短期(<1年)氮添加显著增加亚热带常绿阔叶林的土壤呼吸,而长期(7-8年)氮添加显著降低土壤呼吸,并且这种抑制效应会随着添加量的增加而变强(低氮和高氮分别使土壤呼吸减少了4.5%和13.6%)。相反地,长期磷添加会刺激土壤呼吸(+20.2%)。氮添加对土壤呼吸的抑制效应会被磷添加所缓解,其中磷+低氮以及磷+高氮分别使土壤呼吸增加15.84%和7.69%。与此同时,氮添加显著增加土壤铵态氮和硝态氮含量,但对土壤可溶性有机氮和有效磷含量没有显著影响。土壤呼吸和铵态氮显著负相关,但和土壤有效磷显著正相关。这些结果表明,长期氮添加显著降低土壤呼吸,这可能与增加的土壤无机氮有关,而土壤有效磷含量的提高可以缓解氮添加对土壤呼吸的抑制作用。(3)模型模拟干旱和氮沉降对土壤呼吸的综合效应:基于以上两部分实验观测数据结合陆地生态系统碳氮耦合模型,通过数据-模型融合方法模拟干旱和氮沉降对亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的影响。在观测数据较好约束模型参数(良约束参数占67%),以及通过干旱和氮沉降实验数据验证模型结果(干旱和氮沉降下观测值与模拟值之间的拟合度分别为69%和68%)的基础上,模拟干旱和氮沉降对亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的综合影响。模型结果表明干旱、氮沉降以及干旱+氮沉降对土壤呼吸的影响随着时间发生变化。具体而言,干旱、氮沉降和干旱+氮沉降,在2011-2040年间,分别使亚热带常绿阔叶林土壤呼吸下降8.40%、11.16%和7.41%;而在2041-2100年间,将分别使土壤呼吸下降5.58%、6.18%和4.25%。干旱+氮沉降对土壤呼吸的综合效应在短期模拟阶段主要受细根生物量碳氮比和微生物碳周转速率的影响,而在长期预测阶段主要与木质部碳和土壤慢分解碳的周转有关。这些结果表明,干旱和氮沉降显著降低亚热带常绿阔叶林的土壤呼吸,这种作用在短期模拟和长期预测阶段的调控机制不同。综上所述,本研究以亚热带典型常绿阔叶林为研究对象,系统阐明干旱和氮沉降对土壤呼吸的影响及调控机制。发现长期模拟干旱、氮添加显著降低了亚热带常绿阔叶林土壤呼吸;模拟干旱对土壤呼吸的影响主要来源于细根生物量和微生物群落的改变;氮添加可能通过增加土壤无机氮含量来降低土壤呼吸;干旱+氮沉降对土壤呼吸的综合负效应显著低于干旱和氮沉降,同时其对土壤呼吸的驱动力在长期和短期存在差异。研究结果加深了我们对当前亚热带常绿阔叶林响应干旱和氮沉降的认识,可为我国森林管理中制定应对气候变化的适应性对策提供坚实的理论基础和科学依据。