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全球气候变化将影响土壤的温度和水分格局，因此影响土壤的氮(N)转化过程及氧化亚氮(N2O)排放。研究土壤N转化过程及N2O排放对温度和水分变化的响应能够帮助我们更好地预测在全球变化背景下，土壤N循环过程及潜在的N损失风险。
不同N转化过程之间存在紧密的联系，这会影响土壤N转化过程对环境因子变化的响应，因此要同时研究这些过程对温度和水分变化的响应。已往对土壤N转化过程的研究大多集中在表层土壤，很少有研究探讨深层土壤的N转化及其对环境因子变化的响应。此外，风干土和鲜土N转化速率的差异至今还不清楚。本研究以长白山温带森林为研究对象进行培养实验，通过15N示踪模型和分子生物学手段来调查:(1)有机质层(O)和矿质层(A)土壤N转化过程对增加温度或水分的响应(两个温度处理:15℃和25℃，三个水分处理:30％、40％、60％water-filled pore space(WFPS));(2)深层土壤剖面的N转化过程对增温的响应;(3)O层和A层土壤N2O排放对温度和水分变化的响应;(4)再活化风干土与鲜土的氮转化速率差异。主要结果如下:
(1)随着温度从15℃增加到25℃或水分从30％WFPS增加到60％WFPS，O层土壤的总N矿化速率分别增加4.5倍和2.5倍，总NH4+同化速率分别增加173.2倍和7.6倍，自养硝化速率分别增加0.7倍和0.6倍。在相同的条件下，A层土壤的总矿化速率、总NH4+同化速率和自养硝化速率的变化小于O层。O层和A层土壤N转化对温度和水分变化的不同响应是由于不同的资源状况导致。O层土壤具有高的有效碳(C)，当环境条件变得适宜时，休眠微生物受到的刺激超过A层。资源状况同时影响NH4+同化和自养硝化对底物的竞争。随着温度和水分的增加，O层土壤的NH4+同化能力增加，自养硝化能力减小。A层土壤与之相反。这些结果表明，土壤资源状况对调节土壤N转化过程对非生物因子变化的响应十分重要。
(2)在调查深层土壤N转化对增温响应时，我们发现随着温度从15℃增加到25℃，O层土壤的总矿化速率、总NH4+同化速率、自养硝化速率、异养硝化速率分别增加了1.5倍、0.7倍、36.5倍、6.7倍。随着温度增加，A层土壤总矿化速率和自养硝化速率分别增加0.7倍和2.5倍，NH4+同化速率减少0.9倍，异养硝化速率没有发生变化。淀积层(B)土壤N转化不受增温的影响。B层微生物的人均N转化速率与O层是可比较的，但是高于A层的微生物人均N转化速率。随着土壤深度的增加，N转化过程对温度的响应逐渐降低，原因是底物有效性受到限制。B层土壤低的微生物量和有机质含量，高的粘粒和粉粒含量导致微生物和底物的接触受到限制，因此B层土壤N转化过程对增温的响应不明显。这些结果说明，在全球变暖的背景下，B层土壤的有机质能够稳定的存储。
(3)随着温度从15℃增加到25℃和水分从30％WFPS增加到60％WFPS，A层土壤的硝化过程和反硝化过程产生的N2O显著增加。而O层土壤的反硝化过程产生的N2O排放在60％WFPS时随着温度增加而显著降低，在25℃时随着水分从45％WFPS增加到60％WFPS而显著降低。O层土壤微生物呼吸速率显著高于A层土壤，使土壤O2的有效性降低，有利于N2O被还原成N2的速率。此外，O层高的有效碳含量能够刺激N2的产生。虽然总硝化速率显著增加，增温并没有改变O层土壤硝化过程产生的N2O，这是因为硝化过程产生N2O的比例随着温度增加而显著的降低。O层土壤的总N2O排放、硝化过程产生的N2O、反硝化过程产生的N2O显著高于A层，这和O层高的有机质含量和高的基因丰度相一致。这些结果说明，土壤有机质能够调节N2O排放对温度和水分变化的响应。
(4)在相同温度下，风干土的易分解有机N矿化速率、自养硝化速率、异养硝化速率、微生物对NH4+同化速率低于鲜土。这可能是因为风干过程中微生物的死亡和群落变化导致。与细菌相比，真菌对水分胁迫不敏感，因此真菌在群落中的比例会增加。所以风干土的难分解有机N矿化速率和微生物对NO3-同化速率增加。风干土的硝化能力低于鲜土。这些结果说明，使用鲜土调查土壤N转化速率会更准确。
不同N转化过程之间存在紧密的联系，这会影响土壤N转化过程对环境因子变化的响应，因此要同时研究这些过程对温度和水分变化的响应。已往对土壤N转化过程的研究大多集中在表层土壤，很少有研究探讨深层土壤的N转化及其对环境因子变化的响应。此外，风干土和鲜土N转化速率的差异至今还不清楚。本研究以长白山温带森林为研究对象进行培养实验，通过15N示踪模型和分子生物学手段来调查:(1)有机质层(O)和矿质层(A)土壤N转化过程对增加温度或水分的响应(两个温度处理:15℃和25℃，三个水分处理:30％、40％、60％water-filled pore space(WFPS));(2)深层土壤剖面的N转化过程对增温的响应;(3)O层和A层土壤N2O排放对温度和水分变化的响应;(4)再活化风干土与鲜土的氮转化速率差异。主要结果如下:
(1)随着温度从15℃增加到25℃或水分从30％WFPS增加到60％WFPS，O层土壤的总N矿化速率分别增加4.5倍和2.5倍，总NH4+同化速率分别增加173.2倍和7.6倍，自养硝化速率分别增加0.7倍和0.6倍。在相同的条件下，A层土壤的总矿化速率、总NH4+同化速率和自养硝化速率的变化小于O层。O层和A层土壤N转化对温度和水分变化的不同响应是由于不同的资源状况导致。O层土壤具有高的有效碳(C)，当环境条件变得适宜时，休眠微生物受到的刺激超过A层。资源状况同时影响NH4+同化和自养硝化对底物的竞争。随着温度和水分的增加，O层土壤的NH4+同化能力增加，自养硝化能力减小。A层土壤与之相反。这些结果表明，土壤资源状况对调节土壤N转化过程对非生物因子变化的响应十分重要。
(2)在调查深层土壤N转化对增温响应时，我们发现随着温度从15℃增加到25℃，O层土壤的总矿化速率、总NH4+同化速率、自养硝化速率、异养硝化速率分别增加了1.5倍、0.7倍、36.5倍、6.7倍。随着温度增加，A层土壤总矿化速率和自养硝化速率分别增加0.7倍和2.5倍，NH4+同化速率减少0.9倍，异养硝化速率没有发生变化。淀积层(B)土壤N转化不受增温的影响。B层微生物的人均N转化速率与O层是可比较的，但是高于A层的微生物人均N转化速率。随着土壤深度的增加，N转化过程对温度的响应逐渐降低，原因是底物有效性受到限制。B层土壤低的微生物量和有机质含量，高的粘粒和粉粒含量导致微生物和底物的接触受到限制，因此B层土壤N转化过程对增温的响应不明显。这些结果说明，在全球变暖的背景下，B层土壤的有机质能够稳定的存储。
(3)随着温度从15℃增加到25℃和水分从30％WFPS增加到60％WFPS，A层土壤的硝化过程和反硝化过程产生的N2O显著增加。而O层土壤的反硝化过程产生的N2O排放在60％WFPS时随着温度增加而显著降低，在25℃时随着水分从45％WFPS增加到60％WFPS而显著降低。O层土壤微生物呼吸速率显著高于A层土壤，使土壤O2的有效性降低，有利于N2O被还原成N2的速率。此外，O层高的有效碳含量能够刺激N2的产生。虽然总硝化速率显著增加，增温并没有改变O层土壤硝化过程产生的N2O，这是因为硝化过程产生N2O的比例随着温度增加而显著的降低。O层土壤的总N2O排放、硝化过程产生的N2O、反硝化过程产生的N2O显著高于A层，这和O层高的有机质含量和高的基因丰度相一致。这些结果说明，土壤有机质能够调节N2O排放对温度和水分变化的响应。
(4)在相同温度下，风干土的易分解有机N矿化速率、自养硝化速率、异养硝化速率、微生物对NH4+同化速率低于鲜土。这可能是因为风干过程中微生物的死亡和群落变化导致。与细菌相比，真菌对水分胁迫不敏感，因此真菌在群落中的比例会增加。所以风干土的难分解有机N矿化速率和微生物对NO3-同化速率增加。风干土的硝化能力低于鲜土。这些结果说明，使用鲜土调查土壤N转化速率会更准确。