森林施業による人為的攪乱が森林生態系の窒素循環に与える影響を評価するためには集水域の物質収支を把握する必要があるが、窒素代謝に関連する微生物過程が複雑であるため、濃度情報のみから内部循環を把握することは困難である。近年、流出する窒素形態として重要なNO₃^-の三酸素同位体比により、大気沈着由来と硝化由来の二つの起源を区別することが可能となった。本研究では大気沈着、土壌、渓流水中のNO₃^-濃度および窒素酸素安定同位体比から、森林施業による内部循環の変化を定量的に評価することを目的とした。北海道大学雨龍研究林泥川流域を対象として、皆伐区、掻き起こし区、表土戻し区を設けて未施業の対照区(森林区)と比較した。伐採前後の時期において対照区の比流量および年間のNO₃^-流出量に明瞭な変化は見られなかった一方で、皆伐区および表土戻し区においては伐採8年後(2014-2015年)の年間のNO₃^-流出量はそれぞれ伐採前の1.5倍および4.9倍に増加した。また、掻き起こし処理8年後の年間のNO₃^-流出量は処理直後の4.1倍であった。伐採8年後の年間のNO₃^-流出量に占める硝化由来NO₃^-の割合は、対照区、皆伐区、表土戻し区および掻き起こし区においてそれぞれ84%、79%、94%および89%であった。よって、皆伐処理が流出NO₃^-量と硝化速度に与える影響は比較的小さいのに対して、林床のササの根の掻き起こしや表土戻し処理が与える影響は大きく、有機物分解による窒素無機化や硝化によるNO₃^-の生成を促進し、生物に利用されなかった余剰のNO₃^-が流出したと考えられた。また、定常状態を仮定して集水域のNO₃^-の流入、流出速度およびそれらのNO₃^-の窒素酸素安定同位体比から見積もった総硝化速度は対照区と皆伐区においてそれぞれ20.7および15.0 kg N ha^-1 yr^-1、脱窒速度は12.7および10.2 kg N ha^-1 yr^-1であり、北方林においても脱窒が窒素除去過程として重要であることが示唆された。