本项目依托两个“林冠模拟氮沉降”大型实验平台开展研究工作（表1），分别位于河南信阳鸡公山国家级自然保护区（31°46′N, 114°05′E）和广东英德石门台自然保护区（24°22′N, 113°05′E）。两个保护区都处于气候带交错区，鸡公山保护区地处北亚热带向暖温带过渡区，石门台保护区属南亚热带与中亚热带过渡区。两个实验平台实验处理完全一致，同步建成实施。
表1 鸡公山和石门台森林研究地点和植被情况
特征指标 |
研究地点 |
河南鸡公山 |
广州石门台 |
森林类型 |
落叶阔叶混交林 |
常绿阔叶林 |
年均温（ºC） |
15.2 |
20.8 |
年降雨量（mm） |
1119 |
2364 |
大气降水中氮沉降量 |
19.6 （kg N ha−1yr−1） |
34.1 （kg N ha−1yr−1） |
土壤类型 |
黄棕壤 |
赤红壤 |
林龄 |
45年 |
50年 |
林分密度（株 公顷−1） |
446 |
818 |
平均胸径（cm） |
26.6 |
18.6 |
平均树高（m） |
21.6 |
13.8 |
主要树种 |
栓皮栎、麻栎和枫香 |
木荷、黄果厚壳桂、华润楠、锥栗和黄杞 |
注：大气降水中氮沉降量为2010年8月‒2011年7月的监测数据，已接近或超过西欧和北美地区可能威胁到森林生态系统安全的大气氮沉降量（20 kg N ha-1yr-1）。平均胸径和树高为2012年7月调查的胸径≥10cm所有个体的均值。
3.2 实验设计
两个实验平台的实验样地设置综合考虑了植被、坡向和坡度等因素，均采用随机区组设计，包含4 个区组（相当于4个重复），每个区组随机设置7 种不同处理。具体处理如下：
（1）对照：每次喷洒与林下氮沉降处理相同的水量，消除因用水量而带来的系统误差。
（2）林冠施低氮 （25 kg N ha-1yr-1，CAN 25）：依据处理水平将所需的NH4NO3（化学纯）溶解于水中，每次用水量为前期预实验所得，相当于2 mm 降雨量，喷洒处理选择在风速小于1 m/s或无风的早晨或傍晚时段进行以精确控制喷洒范围，同时避免因阳光强烈照射造成处理溶液蒸发过快、高浓度氮素对植物叶面的灼伤。
（3）林冠施高氮 （50 kg N ha-1yr-1，CAN 50）：处理方式同上，用量加倍。
（4）林下施低氮 （25 kg N ha-1yr-1，UAN 25）：将所需的NH4NO3（化学纯）称重后溶解于水中（相当于每次增加降雨0.1 mm，不会因增水而带来地球化学循环变化的影响），背式电动喷雾器沿样方周围来回均匀喷洒。
（5）林下施高氮（50 kg N ha-1yr-1，UAN50）：方法同上，用量加倍。
（6）林冠施低氮 （25 kg N ha-1yr-1）+增雨（增加当地30%的年降雨量）（WCAN25）。
（7）林冠施高氮 （50 kg N ha-1yr-1）+增雨（增加当地30%的年降雨量）(WCAN50)。
以上处理中对照（CK）和林下施氮（UAN 25、UAN 50）样方为边长30 m 的正方形。每个样方的总面积约为900 m2。林冠处理（CAN 25、CAN 50、WCAN 25、WCAN 50）处理样方直径为34m的圆形, 每个样方的总面积约为907 m2。每个圆形样方中心建一座35 m 高的三角形铁塔，高出林冠约5 m左右，塔顶安装一套摇臂喷头，驱动摇臂喷头360°旋转，以保证喷洒的均匀性、精确性和可达性。两个试验站于2013 年4 月，经全面调试后，整套设备运转正常（图3）。该野外控制实验平台设计克服了传统方法对森林生态系统进行林下喷施氮（忽略林冠层对氮素的吸附、吸收、转化和截留等重要过程）的缺陷，更真实地模拟了自然状态下大气氮沉降过程。已申请到国家实用新型发明专利一项（专利号：ZL201320100383.0）。
