全球工业化过程中化石燃料的燃烧、含氮化肥的生产和使用及畜牧业等人类活动能够引起大气中含氮物质的激增。活性氮在全球或区域尺度的沉降过程已经成为重要的氮迁移分配过程。短期或者少量的氮输入能够缓解大部分陆地生态系统的氮匮乏状态,提高植物可获得性氮水平及生产力;然而,长期或者大量的氮输入能够使生态系统达到氮饱和状态以至于产生负面效应,严重干扰和破坏陆地生态系统的物质流动和能量循环。长三角地区是我国工农业发展最为迅速的地区之一,已成为大气氮沉降显著增加的代表性区域。然而,如何从区域尺度上全面而准确地评估大气氮沉降水平及其时空格局,以及大气氮沉降水平能够对区域生态系统施加何种影响等研究,仍是学术界长期关注并亟待解决的问题。针对以上科学问题,本研究利用对流层N02柱浓度卫星数据和地面站点监测数据,结合大气化学传输模型,研究了长三角地区1996～2011年不同形态无机氮的干、湿沉降水平,并分析了其时空格局。进一步地,分别从受控试验和区域尺度,探索了氮沉降对长三角地区典型亚热带森林生态系统的影响:(1)基于受控试验,利用地基高光谱遥感手段,分析了长三角地区亚热带森林主要树种在不同梯度氮输入下的营养元素和高光谱响应特征,并筛选出对不同梯度氮输入具有区分和指示意义的光谱植被指数,为区域尺度分析大气氮沉降对森林生态系统影响提供参考和依据;(2)区域尺度上,基于当前大气氮沉降背景,结合光谱特征参数,分析了该地区森林生态系统氮饱和过程。主要形成如下新的认识:(1)长三角地区大气氮沉降时空分析结果表明:1996～2011年期间,大气无机氮(DIN)总沉降量在 63.88～97.02 kg N ha-1 yr-1 之间,平均值为 78.07kg N ha-1 yr-1,其中以干沉降(占DIN总沉降量的61.81%±10%)与铵态氮沉降(占DIN总沉降量的73.35%±5%)为主。时间变化上,在本研究期间(1996～2011)长三角大气无机氮沉降呈现显著增加的趋势,年增长速率为1.67 kg N ha-1yr-1,其中以硝态氮增加最为显著。空间变化上,长三角大气氮沉降呈现由西北向东南递减的变化特征,高值区分布在安徽宣州、浙江杭嘉湖平原以及上海以北区域,其沉降年总量大于100 kg N ha-1yr-1,低值区分布在浙江舟山群岛以南的近海地区,其沉降年总量小于40 kg N ha-1 yr-1。大气氮沉降年增长率具有明显的空间分布特征,其最大值分布在环太湖周边的城市地区,年增长大于4kgN ha-1 yr-1;最小值分布在浙江中南部的森林地区,年增长小于1 kg N ha-1 yr-1。(2)模拟氮沉降对典型亚热带森林树种幼苗影响的受控试验表明:在营养元素方面,五种典型亚热带森林树种幼苗(其中阔叶树种为木荷、青冈和香樟;针叶树种为马尾松和杉木)的叶片叶绿素含量增长率在中低氮输入梯度下最高,三种阔叶树种的叶片氮含量在中氮输入下最高(受试验材料限制,两种针叶树种的叶片氮含量未能测试)。在光谱曲线分析方面,五种亚热带森林树种在叶片尺度及冠层尺度的光谱反射率特征比较一致,与对照组相比,可见光部分的光谱反射率均呈现降低趋势。在光谱特征参数方面,短期的中低氮输入能够明显地促进两种针叶树种的生长,而对三种阔叶树种的促进作用不明显;持续的中低氮输入对三种阔叶树种和马尾松的生长具有明显的促进作用,对杉木的促进作用不明显;高氮输入能够显著抑制五种树种幼苗的生长。叶片和冠层尺度上六种植被指数和两种红边参数对五种树种在不同梯度氮输入的响应均具有指示意义。(3)基于模拟氮沉降受控试验的光谱特征参数,从区域尺度上,利用遥感估算得到的大气氮沉降通量,结合遥感植被指数(NDVI)分析了大气氮沉降与森林生态系统的关系。研究表明,在1998～2011年期间,森林地区NDVI与大气氮沉降通量均呈现明显上升的趋势,且二者具有较显著的时空相关性,其时间相关系数为0.77,空间变化一致的区域占整个研究区的80%。基于样方划分的森林NDVI与大气氮沉降相关性在不同氮沉降梯度下的分析表明,大气氮沉降对森林NDVI的促进作用呈现先增加后减少的抛物线变化特征,长三角地区森林生态系统氮饱和状态临界值(抛物线极值)为120±5 kg N ha-1 yr-1。根据这一临界阈值从空间上对长三角地区森林区域进行划分:达到氮饱和状态的森林区域分布在其北部城市和农田周边地区,其他森林区域尚未达到氮饱和状态。按照当前氮沉降年增加速率(1～4 kg N ha-1),尚未达到氮饱和状态的森林区域将在未来5～40年达到饱和。