氮元素是自然环境生态系统中最重要的营养元素之一，其生物地球化学循环过程一直被作为生态环境中重要的研究内容。但是，由于自然环境中氮元素的存在形式多样，循环过程复杂，使得相关的研究进展相对缓慢。而近年来，众多环境问题的发生，例如氮沉降的增加，生态系统氮元素的流失及环境的富营养化等，使得人们对生态系统（大气，生物，土壤，水域）中氮元素生物地球化学过程的研究更加重视。黄土高原地区是我国境内典型的易受到水土流失影响的区域之一，其生态环境脆弱，植被覆盖率低，且自然灾害严重，其营养元素极易在水土流失过程中损失，难以保存。同时，黄土高原地区亦是中国内陆人口压力和自然承载压力相对较大的地区，因此，研究黄土高原陆地生态系统中的氮元素生物地球化学循环对认识自然规律和解决人们生产生活中遇到的实际问题都具有重要的意义。　　本论文在实验室已有的实验方法和应用研究的基础上，首先对土壤硝酸盐氮同位素测试样品的保存条件进行了研究，并对土壤硝酸盐氮同位素样品的前处理过程进行了一些优化。进而对黄土高原两个典型区域的草地生态系统中土壤总氮同位素，土壤硝酸盐氮同位素，优势植物氮同位素及土壤水含量之间的变化关系进行了系统研究。同时，也对黄土高原末次间冰期以来西峰剖面总氮同位素组成的古环境意义进行了探讨，论文得出的主要结论如下:　　1，我们通过对土壤硝酸根氮同位素提取前处理实验装置的研究，对原实验装置进行了一定的改进，经过检测，改进的实验装置仍能准确地分离硝酸根离子，且经过改进的实验装置能够防止树脂产生空隙，进一步避免离子交换过程中空气对样品的污染。通过实验过程的优化，进一步提高了土壤样品中硝酸根的回收率，降低了前处理过程中硝酸根氮同位素的分馏。通过对清洗氧化银(Ag2O)中硝酸盐本底方法的研究，较好地去除了氧化银本底对实验数据的影响。　　2，我们通过对天然土壤样品硝酸盐氮同位素测定的研究，我们对比了冷冻土壤，自然风干和保存土壤浸提液等保存方法对土壤样品中硝酸盐氮同位素组成的影响。实验结果表明，通常条件下，冷冻样品和保存浸提清液都可以较好地在短期内（至少1个月）保存土壤中硝酸盐含量和硝酸盐氮同位素组成，而自然干燥和在土壤混合液中加入灭菌剂的方式并不能有效地对土壤硝酸盐的氮同位素进行保存。尽管使用冷冻样品和保存浸提清液的方法可以达到良好的样品保存效果考虑到其各有局限，在实际的野外工作中，仍需要视具体情况而选择合适的保存方法。　　3，我们对云雾山、彬县两个典型区域草地生态系统中的土壤总氮同位素，土壤硝酸盐氮同位素，优势种植物的氮同位素组成及植物-土壤氮同位素对土壤水含量变化的响应进行了综合研究，这项研究在黄土高原尚属首例。目前所获得研究结果表明:在黄土高原地区，土壤含水量（降水）可能是影响土壤氮元素同位素生物地球化学循环变化的最重要环境控制因素。土壤含水量通过一系列的反馈过程对土壤-植物生态系统中氮同位素组成产生影响:当半干旱地区气候变得相对潮湿时，土壤含水量相对较高，致使植物对土壤NO3的吸收量亦显著增加。由于植物在吸收土壤氮元素的过程中存在同位素分馏效应，植物在吸收土壤NO3的过程中，伴随着植物本体δ15N值变负，土壤硝酸盐由于相对富集15N导致NO3-δ15N值变正。而当植物凋零死亡并落入土壤腐植层后，植物残体向土壤有机氮库输入了15N相对贫化的有机氮，这样的同化作用使得土壤总氮δ15N值表现出相对变负，亦表现出与植物δ15N值变化的正相关关系。综上所述，这样的反馈机制也许可以为前人研究中发现的，土壤总氮δ15N和植物δ15N与年均降水量MAP（土壤水分条件）呈系统性负相关这样现象的解释，提供有价值的信息。　　4，我们对西峰黄土-古土壤剖面中δ15N值的研究结果表明，黄土古土壤序列中的δ15N值能够作为在黄土高原地区一项极有潜力的古环境和古植被研究代用指标。西峰剖面沉积物中δ15N值在古土壤层表现出相对偏正，而在黄土层沉积物中表现出15N相对贫化，这表明，土壤会在间冰期趋向于富集15N，而在冰期沉积物变得15N相对贫化。研究结果指出，沉积物样品中的δ15N值可以有效地反映气候条件的变化，特别是气候变化导致的植被类型的变化是影响沉积物中δ15N值呈现出冰期-间冰期变化的主要控制因素。对此机制的解释是:(1)在反映气候变化方面，沉积物中的δ15N值在环境MAT和MAP均相对较高的时期相对偏正;当环境MAT和MAP均相对较低时，沉积物则表现出15N贫化。与MAP相比，黄土-古土壤沉积物中δ15N值的相对变化或许更能有效地反映环境中MAT的变化情况。(2)在西峰黄土-古土壤剖面中，植被类型从草本植物到灌木植物的或许造成冰期沉积物样品15N相对贫化，而急剧扩张的草本植物或许直接造成了间冰期沉积物样品中15N的相对富集。综上所述，由于氮元素是植物体最重要的营养元素之一，植被的演替或许是黄土-古土壤序列沉积物样品中δ15N值变化的最直接的控制因素。　　通过本论文的研究工作，我们对利用离子交换法进行土壤硝酸根氮同位素的处理方法有了一些改进;并对黄土高原草地生态系统，氮循环过程中氮同位素的变化有了更加深入的认识;亦通过对西峰黄土-古土壤δ15N值变化的探讨，发现黄土-古土壤沉积物中氮同位素组成可以较好地反映古环境条件的变化。这些研究为进一步深入开展黄土高原陆生生态系统氮循环的研究提供了依据，奠定了基础。