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由于中国经济水平的飞速提高和人们对自身健康的重视，人们对蔬菜，包括反季节蔬菜的需求日益增加。近年来中国设施蔬菜生产发展迅猛。CO2施肥作为重要的提高设施蔬菜产量的措施，在实际生产中被广泛利用。氮肥供应是影响CO2施肥对植物产量和品质影响的重要因素之一。设施蔬菜氮肥施用量在部分地区可以超过1000kg N公顷-1，造成严重的土壤障碍、生态风险和资源浪费。如何在提高CO2施肥条件下的作物产量的同时，通过合理的氮肥施用降低氮肥施用对资源环境的不利影响，同时改善蔬菜品质成为中国今后设施蔬菜生产必须解决的问题。 本研究通过N供应浓度[2（低N）、7（中N）和14（高N），mmol L-1]和CO2浓度(400、625和1200μmol mol-1)处理的水培试验一，硝铵比(14/0、13/1、11/3和8/6，mmol L-1/mmol L-1)和CO2浓度(400、800和1200μmol mol-1)处理的水培试验二，以及不同氮添加（低N，0.06g N kg-1;高N，0.24g N kg-1）与CO2施肥[400、800和1200μmol mol-1]的水稻土土培试验三，共同探讨氮肥的供应浓度和形态对CO2施肥条件下的设施黄瓜产量、品质、氮素代谢、各元素含量、土壤微生物活性和氮循环过程的影响。本文旨在探索最合适的CO2施肥与氮肥施用配比，实现提高黄瓜产量和品质，并维持土壤肥力的统一。研究结果表明: 800μmol mol-1CO2施肥通过促进黄瓜干物质的积累和向果实的转运，提高黄瓜产量;提高氮素供应能够协同促进上述过程。但是，1200μmol mol-1CO2施肥的促进作用降低。另一方面，CO2施肥对果实品质的影响受到CO2施肥浓度、黄瓜品种和氮素供应浓度的影响。CO2施肥总体提高果实品质，尤其是非营养品质，包括提高果实风味，降低硝酸根离子含量。土培结果发现:800μmol mol-1CO2施肥配合0.24g N kg-1氮供应能够在提高黄瓜果实产量的同时，提高果实果糖，葡萄糖含量，降低硝酸根离子对健康的潜在危害，维持或者提高果实大部分元素含量和粗纤维含量;但也有降低果实粗蛋白含量，Fe和Zn含量的风险。 为了充分理解CO2施肥产生光合适应与氮代谢的关系，本论文同时对植物根系和叶片无机氮和总氮积累进行了分析。结果表明，高硝态氮供应时1200μmol mol-1CO2施肥有利于黄瓜植株苗期总氮素含量的维持;在初果期，800μmol mol-1CO2施肥能够通过与铵态氮供应协同作用，提高铵态氮的同化能力，提高氮素含量。CO2施肥条件下，氮同化能力的提高在根系中可能强于叶片。但1200μmol mol-1CO2施肥也产出光合适应，降低氮素的总吸收量;光合适应可能通过抑制铵态氮向氨基酸的同化过程来降低氮素的同化能力。 同时为了进一步探讨光合适应机理，本研究对包括氮在内的其他元素总含量进行了分析。研究结果表明，在对元素代谢的影响方面，CO2施肥对干物质的促进作用强烈时，稀释作用对植物组织元素含量下降的解释能力也最强。但本研究也发现，CO2施肥对大量元素，微量元素和非必需元素含量的影响并不一致。稀释作用对不同元素含量变化的解释能力有限。进一步的，向根表移动受质流驱动的元素(N、K和Na)的含量可能受CO2施肥抑制的程度更高;与氮素代谢密切相关的元素含量，比如Ca和Mg，受CO2施肥的影响也更强烈。CO2施肥引起光合适应的原因有可能与其抑制蒸腾作用和抑制氮代谢，进而影响相关元素代谢有关。 最后，本研究探讨了CO2施肥和氮供应水平对设施土壤可持续利用能力，尤其是土壤氮循环过程的影响。对土壤微生物的影响结果发现，800μmol mol-1CO2施肥在低氮时可能通过提高植物对氮素的竞争力限制微生物多样性;高氮时，其可能促进根系氨基酸和胺类的分泌缓和对微生物多样性的限制。1200μmol mol-1CO2施肥产生的光合适应降低植物对氮素的竞争能力，可能进而提高微生物多样性。另一方面，土壤氮循环相关基因的变化(chiA、nirK、nosZ、nifH、AOA和AOB)与氮素供应水平及CO2施肥浓度密切相关。CO2施肥在高氮处理时对氮循环关键微生物的影响强于在低氮时。 总之，800μmol mol-1CO2施肥配合高氮处理(14mmol L-1或者0.24g N kg-1)，或者适度铵氮供应(13/1-11/3)能够在促进干物质向果实分配，提高黄瓜果实产量。果实品质可能还受到果实膨大和相关物质在果实中的积累的调控。上述搭配总体有利于黄瓜品质的提高，但仍需要在提高产量和品质间实现平衡。CO2施肥和高氮处理搭配总体不会降低土壤总氮和土壤微生物活性，可能有利于缓解土壤氮素损失。