我国的能源消耗的快速增长和农业的发展,导致了人为排放的活性态氮(Nr,包括NOx和NH3)逐渐升高,进而导致氮沉降量的升高。由此可能造成森林生态系统的氮饱和,进而导致一系列严重的环境后果。基于我国氮沉降逐渐增加的发展趋势,深入研究氮沉降对我国森林生态系统的影响,特别是在长期普通氮肥施加模拟氮沉降影响实验的基础上,通过一次性15N同位素示踪剂的投加,定量描述氮沉降在系统各个氮库的转化路径,评价氮状态,解析氮循环特征,探究生态系统对不同形态氮沉降的响应,具有十分重要的理论和实践意义。本研究选取我国西南地区典型的马尾松林生态系统,从2005年1月开始对该样地进行普通氮肥(NH4NO3或NaNO3)施加实验。在15N示踪元素施加之前,对土壤和植物的15N自然丰度(δ15N)进行了测定(2011年秋采集),探究15N富集因子作为评价和预测氮状态的可能性。结果表明,长期的高氮输入显著增加了土壤和植物的δ15N。同时,该生态系统对不同形态的氮输入有不同的响应,即在NH4+-沉降下δ15N显著高于N03-沉降下的值。15N富集因子与氮沉降量、净硝化速率和淋溶量均呈显著的正相关关系,特别是本研究与之前研究的所有马尾松林的15N富集因子与氮沉降量之间线性相关,表明15N富集因子可用来表征系统的氮状态。于2012年6月进行一次性单剂量的15N示踪元素施加(15NH4NO3或Na15NO3),探究施加后半年(2012年)和一年半内(2013年)各个氮库中的15N回收率,估算系统的氮转化速率。结果表明,自然氮沉降和长期施氮下该系统均存在较大的NO3--N淋溶,证实了该马尾松林已经发生氮饱和。长期高氮输入加剧了氮淋溶和N2O气体的排放,增加了土壤氮固持速率,降低了矿化速率,从而增加了净氮保留量,但对于植物的氮吸收影响不大；此结果同样证实氮饱和的发生,但也表明氮沉降增加可能导致已经氮饱和的生态系统达到氮饱和的“新”阶段,表现为氮周转速率的提高。不同形态的氮输入(NH4+或NO3-)对于该生态系统有着不同的影响,新沉降的NO3--N几乎很少参与土壤的氮周转而大量通过土壤水地直接被淋溶到系统之外；相反,尽管该系统已经氮饱和,但是新沉降的NH4+-N较大一部分被土壤固持(通过离子交换或者直接转化为有机氮),但系统本身“旧”氮的矿化速率高于NO3-沉降下的值,导致了NH4+-沉降下土壤水氮淋溶量几乎和等当量NO3-沉降下的氮淋溶量相当。这表明NH4+-沉降的影响在长期范围来看将比N03-沉降更为显著,未来在控制氮氧化物排放的同时也应当重视氨的排放控制。