大气CO2浓度的升高和重金属污染不仅会对土壤及植物中的氮素转化以及氮循环过程产生重要的影响,同时会对植物的氮素吸收以及正常生长发育产生不可忽视的改变。CO2是植物进行光合作用的必要因素,随着大气环境的改变,CO2浓度升高已经成为一种必然趋势,因此CO2浓度的变化必将会对植物以及农作等产生影响。而工业的快速发展也给生态环境带来了一定的负面影响,土壤中的重金属会对植物产生毒害作用,逐渐积累最终抑制植物的生长。本研究以淋溶土和C3植物苜蓿为研究对象,在开顶式气室中设置CO2喷施系统,对CO2浓度进行人为调控,分别设置500 ppm和700 ppm两种浓度进行喷施;同时在自然条件下设置两种重金属镉含量对土壤进行人为添加与未添加镉的土壤进行对比。通过进行田间定位实验,分别研究CO2浓度、镉含量的增加和两者协同作用下对土壤中铵态氮、硝态氮以及溶解态总氮以及对苜蓿叶片中铵态氮和硝态氮含量的影响,并利用细菌反硝化法对土壤和苜蓿叶片中的氮同位素进行测定,旨在探究CO2和镉添加条件下土壤及植物叶片中氮素转化和氮循环过程改变的特征和机理,以期为高浓度CO2及重金属污染下的陆地生态系统氮循环过程提供新的见解,也为寻求解决该条件下的土壤及植物保护措施提供一定的科学依据。本研究获得的主要结论如下:1.在化学反硝化法的研究实验中,通过测试实验中的空白背景值,可以发现Na Cl是造成空白值波动的主要原因。我们发现在450℃的温度下灼烧Na Cl就足够去除氮杂质,且Na Cl应在灼烧后立即使用,放置时间不宜超过24小时。当加入0.3 g镉粉、600nmol Na N3时,还原效率可以达到90%,足以完全还原NO3-。通过对实际标准样品的测量,表明该方法具有良好的准确性和适用性。但是由于我们在采用化学反硝化进行实验的过程中偶尔会出现样品误差较大的情况,而细菌反硝化法的实验过程中几乎不需要化学试剂进行测定,避免了大部分由试剂带来的实验误差,且实验室具备良好的进行细菌反硝化法的实验条件。因此最终选用细菌反硝化法作为后续田间实验中氮同位素值的测定方法。2.与大气环境相比,随着CO2浓度的升高,土壤中总无机氮含量和氮同位素值逐渐下降;苜蓿叶片中的氮素及δ15N值呈现不同范围的升高,说明不同浓度的CO2影响下叶片中存在不同程度的氮转化,这些变化与微生物活动引起各种氮转化过程的分馏作用有着紧密的关系。CO2浓度升高,土壤中总无机氮含量降低,土壤中可随水土流失迁移的氮素减少,从而改善了土壤对氮素的固定。同时,土壤中氮同位素的变化,指示了土壤中反硝化作用减弱的程度大于硝化作用。苜蓿叶片中的氮素水平随着CO2浓度的升高逐渐增加,说明CO2浓度升高可促进苜蓿对氮素吸收,提高苜蓿对于氮的利用效率。稳定氮同位素可作为CO2浓度升高背景下,土壤及植物系统中氮循环过程的另一有效认识途径。3.与未添加镉的土壤相比,土壤中镉含量增加,铵态氮浓度随之下降,硝态氮浓度升高,溶解态总氮没有显著变化。而苜蓿叶片中的铵态氮浓度随着镉含量的增加先降低后升高,硝态氮浓度则逐渐降低。无论是土壤还是植物叶片,其氮同位素值都与镉添加含量呈负相关。重金属镉添加使得土壤中硝酸盐还原酶的活性增强,从而促进了硝化作用的发生,同时由于重金属会引起植物菌根中氮含量的增加,导致同位素分馏作用增大,使得土壤及苜蓿叶片中氮同位素值下降。