人口在增加，人类活动在增强，未来全球大气氮沉降将会持续增加，并将可能显著影响生态系统结构和功能以及服务产品的提供。欧亚温带草原生态系统是全球生物多样性热点区域之一，并对氮素有效性极敏感。虽然已经在该生态系统类型开展了一些氮素添加实验予以预测未来大气氮沉降增加情景下生态系统过程及可能后果，但传统脉冲式（低频率高量）氮素添加与自然氮沉降（高频率低量）氮素输入相比，氮进入生态系统的脉冲和频率以及季节分配完全不同，进而可能影响到氮素和其它元素的供给。因此，现有施氮实验结果可能并不能够提供准确信息来评估氮沉降对生态系统结构、功能和服务的影响。　　基于2008年开始在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站羊草样地的九个水平（0、1、2、3、5、10、15、20和50 g Nm-2yr-1）[交叉两种频度，即每年两次（低频率—施氮）和每月一次（高频率—氮沉降），每个水平年加入氮量相同]的长期氮素添加实验，在2008-2013年间，开展了氮循环（土壤氨挥发）、植物多样性、植物地上生产力以及多样性—（生物量）年际稳定性关系对不同氮素添加频率和添加量的响应规律与机理研究。取得了以下主要结果:　　(1)在2010-2011年生长季（5-9月），土壤氨挥发速率在低频率和高频率氮素添加处理分别为1.57-113.43 mg Nm-2 day-1和2.03-82.36 mg Nm-2 day-1。在两种氮素添加频率下，土壤氨挥发速率均显著地随氮素添加量的增加而增加，并与氮素添加量之间有很好的二次线性关系。在2010-2011年生长季内，尤其当氮添加量＞5 g N m-2yr-1时，土壤氨氮挥发累积量在高频率氮素添加下挥发更多。即当等量氮素输入时，高频率氮添加下土壤氮有效性较低。土壤氨挥发速率和生长季氨氮挥发累积量均与土壤铵态氮浓度显著正相关。　　(2)在2009-2013年间，氮素添加频率显著地影响到植物物种多样性（物种数和频度），表现为物种多样性在低频率氮素添加处理比高频率氮素添加处理下降更快。植物物种多样性在两种氮素添加频率下，随氮素添加量的增加均呈下降趋势，并随着处理时间的延长，下降趋势更明显。土壤水分和温度降低、酸化及铵态氮与硝态氮富集均与物种多样性降低显著正相关。更高浓度的铵离子富集可能是在低频率氮素添加下植物物种多样性下降更快的原因。　　(3)在2009-2013年间，群落和物种的植物地上生产力在两种氮素添加频率间均没有显著差异。植物群落地上生产力随氮素添加量的增加而增加，增加幅度随氮素添加量呈逐渐下降的趋势，而物种生产力对氮素添加量的增加表现出不一致的响应趋势:羊草、冰草和灰绿藜随氮素添加量增加，糙隐子草、(落)草、黄囊苔草和细叶葱随氮素添加量降低。物种相对地上生产力在氮素添加后也表现出不同变化趋势:羊草增加，其余物种均降低。氮素添加后，植物群落地上生产力的增产效应在湿润年份显著高于干旱年份，并随年降雨量线性增加。　　(4)随着群落生物量的增加，群落物种多样性降低，但依然保持正相关多样性—稳定性关系。该结果提供了解释多样性—稳定性正相关关系的一个新机制:随着物种多样性增加，群落生物量及其标准差与物种方差和均下降，但群落标准差与物种方差和下降更快，致使高生物多样性情景下群落更稳定，即高的生物多样性维持高的群落稳定性。群落、功能群和物种生物量年际稳定性都随群落物种多样性增加而增加。氮素添加弱化了生物多样性—稳定性关系。氮素添加频率没有改变生物多样性—稳定性关系。物种和功能群的补偿效应均不能用来预测氮素添加下的群落稳定性。物种和功能群地上生产力在氮素增加后同向变化效应使群落不稳定。氮素输入后，高的生物多样性通过增加物种稳定性、非同步响应和统计平均效应来提高群落稳定性。　　综上研究结果，用传统施氮实验的结果来直接推断自然大气氮沉降对草地生态系统结构和功能的影响时可能会与实际情况存在偏差。因此，使用氮素添加实验的结果推论时应保持谨慎，并需要更长期野外实验予以验证。本研究结果表明，尽管精确理解维持植物群落中正相关多样性—稳定性关系格局的机制依然很困难，在未来氮素持续增加的情景下，在以氮素为主要限制因子的中国北方温带典型草原植物群落中，高的生物多样性是维持生态系统稳定性和持续提供优质生态系统服务的一个重要保障。基于本实验在不同频率氮素添加下结果的差异，氮素对生态系统内不同组分影响的机制不同，既存在氮脉冲效应，又有氮累积效应。同时由于未来几十年氮沉降仍会持续增加，因此，建议尽快重新评估未来大气氮沉降增加对生态系统结构、功能和服务的影响。由于生态系统群落结构和生物多样性在经历氮素添加后均有较大的变化，考虑到维持生物多样性以及生态系统功能和产品服务输出的可持续性，政府在政策制定时需要权衡社会经济发展与生态环境保护和碳固定的关系。