植物-土壤间的碳（C）交换是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,而根系-土壤间的碳循环过程更是联系植物、土壤及微生物的桥梁。化石燃料及化肥的大量使用导致生态系统氮（N）素输入显著增加,直接影响了碳在植物-土壤间的分配。明确氮沉降下植物根际碳转化及其微生物作用机理对预测与调控陆地生态系统碳汇功能具有重要意义。本研究围绕根际碳转化的现象-过程-机理这一主线,以黄土丘陵区地带性植被白羊草（Bothriochloa ischaemum）为研究对象,通过添加氮素(0、2.5、5、7.5、10、15g m-2·yr-1)模拟氮沉降,利用代谢组学、高通量测序、基因芯片和稳定性同位素示踪技术,系统分析了氮沉降背景下土壤氮素升高对植物根际碳转化过程的影响机制。研究主要结果如下:（1）氮添加促进了白羊草根系C、N分泌物速率,改变了分泌物组成,增加了土壤有机碳含量。N添加显著增加了根系C、N分泌速率,在N添加量为15 g m-2·yr-1时最大。N添加显著增加了分泌物中酚类、醇类、短链有机酸、氨基酸和糖类物质含量,也增加了根际和非根际土壤有机碳及其活性组分（高锰酸钾易氧化碳、颗粒有机碳、可溶性有机碳、轻组分有机碳）的含量,且有机碳及其各组分含量在N添加量为15 g m-2·yr-1最高。有机碳组分与根系C、N分泌物速率及其组分显著正相关。颗粒有机碳是土壤有机碳的主要组成部分,占有机碳的25.6-88.7%,且敏感性指数最大,表明颗粒有机碳可作为土壤碳库变化的指示因子。（2）氮添加显著影响白羊草光合C固定及其在植物-土壤系统中的分配过程,过高的氮输入抑制植物光合作用。当N添加量小于5 g m-2·yr-1时,随着N添加量的增加,叶片净光合速率和生物量均增加,从而增加了叶片中δ13C值和13C的同化量,但N添加超过该值,尽管生物量、叶片N含量增加,净光合速率、气孔导度均显著减小,表明过高的N输入抑制了植物的光合作用。整个观测期内,根际沉积碳的分配比例为0.0003-0.004%。与对照相比,N添加增加了光合C在根系的分配。N添加对根和土壤微生物呼吸没有显著的影响,根和微生物呼吸累积释放的δ13C值在13C标记初期最大,随后逐渐减小。（3）氮添加改变了白羊草根际微生物群落多样性、组成和潜在C、N循环功能,但对非根际微生物无显著影响。随N添加量的增加,根际细菌在5 g m-2·yr-1达到最高,而真菌在10 g N·m-2·yr-1达到最高。细菌和真菌群落组成在5 g m-2·yr-1时均发生显著变化,因此5 g m-2·yr-1N添加量可能是导致白羊草根际细菌和真菌群落变化的阈值。N添加显著增加了根际Actinobacteria、α-Proteobacteria和Bacteroidetes的相对丰度,但降低了Firmicutes和γ-Proteobacteria的丰度。Geochip5.0分析进一步发现C、N循环功能基因主要来自于细菌,且Proteobacteria和Actinobacteria是根际C降解、固定、反硝化、氨化、N同/异化还原作用基因（如amy A、tkt A、TIM、nar G、ure C、nirk/S）的主要来源类群。冗余分析和层次分割分析表明高锰酸钾易氧化有机C和酚类分别为根际细菌和真菌群落变化的主要驱动因子。（4）氮添加改变了C利用功能微生物的丰度,腐生真菌、革兰氏阳性细菌和放线菌是白羊草根际沉积C利用的关键微生物类群。放线菌、革兰氏阳性细菌随着N添加量的增加而显著增加。革兰氏阴性细菌含量在各处理无显著变化,而N添加显著减小了腐生真菌丰度。13C标记后15天内,根际沉积C在腐生真菌中分配比例最高,平均达40%左右,15天后革兰氏阳性细菌和放线菌中分配的C比例逐渐增高。此外,N添加显著减小了来自腐生真菌的微生物残体量。以上结果表明,土壤N素升高增加了C利用功能微生物的丰度,腐生真菌、革兰氏阳性细菌和放线菌是白羊草根际沉积C利用的关键类群。以上结果揭示了氮沉降导致的土壤氮素升高对植物根际碳组分的影响,阐明了根系分泌物与根际沉积C之间的关系,量化了光合C在植物-土壤-微生物系统中的分配与固定,明确了参与碳循环过程的关键微生物类群,研究结果可为科学调控草地生态系统C汇功能、评估全球气候变化下草地生态恢复效益以及保护脆弱生态系统提供理论依据。