自19世纪工业革命以来,人类社会在得到快速发展的同时,土地利用方式的改变和化石燃料燃烧等人类活动的增加使大气中温室气体的浓度急剧升高,进而引起气候变暖以及全球氮沉降的加剧,增温通过影响大气循环和洋流循环进而会使区域降雨格局发生改变。目前已有较多实验证实氮沉降的增加和降雨格局的改变正在对陆地生态系统碳循环和群落结构造成巨大的影响,且影响幅度不断加剧。我国从1999年开始实施退耕还林、退耕还草政策以来,全国各地的弃耕地面积大幅度增加,近年来耕地面积已然逼近18亿亩红线。弃耕地通常是指耕地被人类弃置后,不再受到人类活动的干扰,群落结构随环境变化不断演替的一种较为特殊的生态系统类型,对未来氮沉降增加和降雨格局改变的响应也较难预测。土壤呼吸作为陆地生态系统与大气之间最大的碳通量之一,土壤呼吸的改变会直接影响大气CO2浓度增加的速率。目前,弃耕地生态系统土壤呼吸对氮添加和增雨响应的相关实验研究仍然较少,探究弃耕地土壤呼吸对增雨和氮沉降增加的响应规律及其响应机理显得尤为迫切。为了更好的探索弃耕地土壤呼吸对增雨和氮沉降增加的响应,在2012年,以华北平原弃耕草地为平台,采用控制实验的方法建立了增雨&氮添加实验,实验共设立对照、氮添加、增雨和增雨&氮添加四种处理,并区分了土壤呼吸的不同组分,用来探讨弃耕地生态系统土壤呼吸及其组分对增雨和氮沉降增加的响应规律和机理。五年的实验中,氮添加显著降低土壤0-10cm水分(SM,0.4v/v%)和土壤微生物量氮(MBN,43.5%);氮添加显著提高生态系统生产力(GEP,10.6%)和生态系统呼吸(ER,14.7%),但是对净生态系统碳交换无影响。此外,氮添加增加了地上净初级生产力(ANPP,29.2%),降低了土壤pH值。研究发现,氮添加对弃耕地生态系统土壤呼吸及各组分(自养呼吸和异养呼吸)均无影响,原因在于根生物量和地下净初级生产力的变化。生态系统生产力的增加对自养呼吸具有促进作用而土壤水分降低对自养呼吸又具有抑制作用,两种作用相互影响使土壤自养呼吸没有发生改变。氮添加对土壤异养呼吸无显著影响,土壤微生物受到生态系统生产力的增加和水分、pH值、和微生物量氮降低的影响,最终表现出土壤异养呼吸没有改变。增雨使土壤水分增加(SM,0.3 v/v%),土壤温度降低(ST,0.1 ℃)。增雨导致生态系统总初级生产力(GEP)和净碳交换(NEE)分别增加了 11.3%和9.1%。在本实验处理期间,增雨使土壤呼吸增加了 10.2%(在2012-2016年,每年增加的百分比为:3.0%、19.3%、12.2%、13.1%和6.0%,其中2013-2015年均达到统计显著水平)。对土壤呼吸的不同组分,增雨对土壤异养呼吸没有影响,土壤温度的降低以及土壤微生物量氮(MBN)的降低(51.7%)表征着土壤中微生物群落数量受到增雨处理的抑制,但生态系统总初级生产力的增加(GEP,11.3%)为土壤微生物提供了更为充足的呼吸底物,0-10cm 土层根生物量(RB)的增加(28.9%)也为土壤微生物提供了更多的根系分泌物,三者的对土壤微生物的作用相互影响,使土壤异养呼吸没有发生改变。增雨刺激了土壤自养呼吸(AR,25.9%),在2012-2016年,增雨对土壤自养呼吸的影响分别为:-2.1%、+64.6%、+77.0%、+13.2%和+13.7%。土壤根生物量的增加(28.9%)和生态系统总初级生产力的增加(11.3%)使土壤自养呼吸增加。在自然降雨条件下,氮添加使土壤呼吸改变的幅度随处理年份的增加有增大的趋势(2012-2016年氮添加对土壤呼吸的影响分别为:+8.4%、+6.8%、+4.4%、+13.8%和+27.2%,统计分析未达到显著水平);在降雨增加条件下,氮添加对土壤呼吸有抑制作用。增雨对土壤呼吸始终呈现为正效应(2012-2016年,增雨对土壤呼吸的影响分别为:+5.0%、+24.4%、+19.3%、+24.7%和+22.6%,其中2013-2015年达到显著水平),但在同时进行氮添加处理时,两种处理对土壤呼吸没有影响。本研究表明,增雨显著提高土壤呼吸,但在氮添加同时进行时又会降低土壤呼吸。在未来气候变化引起的降雨格局改变以及人类活动引起的氮沉降加剧的背景下,弃耕地生态系统土壤碳排放速率有减弱的趋势,减缓大气CO2浓度的上升。本实验探讨了弃耕地土壤呼吸对氮添加和增雨的响应机理,研究结果对于改善陆地生态系统模型具有重要参考意义。