近几十年来，随着工农业的发展大气氮沉降水平急剧增加，产生了诸多的负面影响，我们迫切需要有效的方法预测生态系统氮状态对大气氮沉降增加的响应，并且还需从机理性层面上理解氮沉降对氮循环的影响。本研究借助氮的稳定性同位素技术，主要探讨以下三个科学问题:(1)植物与土壤15N自然丰度对大气氮沉降增加的响应;(2)大气氮沉降（NH4+-N与NO3--N）在森林生态系统中的去向以及它们之间的差异;(3)大气氮沉降增加后其去向在森林生态系统中会发生如何的变化。　　针对以上三个方面的问题，本论文研究内容分为三个部分:(1)通过整合分析（Meta-analysis）探讨稳定性氮同位素自然丰度在大气氮沉降中的指示作用，共收集了47篇文章中947对关于植物与土壤δ15N对氮添加响应的观测数据，通过整合分析探索植物与土壤δ15N对氮添加响应的一般规律;(2)采用稳定性氮同位素示踪技术探讨大气氮沉降在中国温带阔叶红松林中的去向;(3)结合外源氮添加模拟氮沉降增加与稳定性氮同位素示踪技术分析氮沉降去向的变化。　　本研究主要取得了以下结果:　　(1)整合分析结果表明植物、土壤全氮、土壤NO3-的δ15N值在氮添加后显著增加，土壤N2O的δ15N值显著降低，然而土壤NH4+的δ15N值无显著变化。不同生态系统土壤全氮δ15N值对氮添加表现出相同的变化趋势，而在不同的施肥类型时表现不同。施氮处理时间的增加显著提高了植物、乔木植物、灌木植物、土壤NH4+的δ15N值，但对土壤全氮和NO3-的δ15N值没有影响。随着施氮速率的增加，只有农作物δ15N值显著增加。我们的研究综合地展示了氮添加对陆地生态系统δ15N的影响，可以帮助我们更好地理解植物与土壤δ15N对氮添加响应的内在机理，并可以通过δ15N值的变化预测在氮沉降或者施氮背景下生态系统的氮状态。　　(2)以中国北方温带阔叶红松林为研究对象，通过分别施加15NH4NO3和NH415NO3来研究大气氮沉降中NH4+-N与NO3--N的去向。结果表明在410天时49.25％的15NH4+被固定在凋落物层，而有41.72％的15NO3-进入0-5 cm土壤，说明凋落物层和0-5 cm土壤是NH4+-N与NO3--N最大的氮汇。当施用NH415NO3时，更多的15N被阔叶树种吸收利用，表明阔叶树种具有明显的NO3--N偏好。所有植物在NH415NO3处理中15N回收率是15NH4NO3处理的两倍多。研究表明大气活性氮沉降(NH4+与NO3-)在森林生态系统中存在明显的差异，这一结果可以帮助我们更好地理解氮沉降存留的内在机制。　　(3)结合外源氮添加(50 kg N· ha-1·yr-1)模拟氮沉降增加的方法和15N示踪技术发现氮添加明显改变了土壤氮循环、生态系统氮库及氮沉降在阔叶红松林中的存留。氮添加对0-5 cm土壤净矿化和净硝化在实验第一年分别提高了166.18％和28.59％，但在第二年促进作用消失;氮添加不同程度地增加了生态系统各个氮库的大小，其中植物氮库增加最为明显;与自然氮沉降水平相比，大多数氮沉降穿过凋落物层进入0-5 cm土壤，同时也有1.28％～3.01％进入5-15 cm土层中。植物对氮沉降固定的比例大幅度提高，在施氮后第410天时达到30％左右。总的来看在施氮后第410天时只有36.69％的NO3--N和47.29％的NH4+-N存留在生态系统中，这说明50 kg N·ha-1·yr-1氮沉降水平已经超出了阔叶红松林的需求能力，大大地增加了氮沉降流失风险。