由于人类活动的影响,气候变暖和大气氮沉降增加成为全球变化的重要驱动因子。气候变暖和大气氮沉降的增加对陆地生态系统生物多样性和植物群落组成、功能及稳定性有着重要的影响。草地是陆地上重要的生态系统之一,研究气候变化和大气氮沉降对草地生态系统功能的影响将是一个在现在和未来都很重要的科学命题。短花针茅荒漠草原处于亚洲中部草原区中温型草原带和荒漠带之间的过渡地带,在干旱气候的影响下,荒漠草原生态系形成特有的组成、结构、功能和动态规律。然而,增温和氮素添加对荒漠草原生态系统植物群落组成与功能的长期效应依旧不清楚。本研究以内蒙古短花针茅荒漠草原为研究对象,于2007-2018年,在自然条件下进行增温和氮素添加试验。试验采用裂区设计,增温(增温、不增温)作为主处理而氮素添加(氮素添加、无氮素添加)作为副处理,建立对照(CK)、氮素添加(N)、增温(W)和增温+氮素添加(WN)4个处理,每个处理6次重复。通过长期增温和氮素添加试验,观测短花针茅荒漠草原土壤物理和化学性质的变化,植物群落组成和功能以及物种丰富度和生态系统稳定性的变化,探讨短花针茅荒漠草原生态系统结构和功能对全球气候变化的响应机制。主要研究结果如下:(1)2007-2018年试验期间,增温显著增加了 0-10 cm 土壤温度,而氮素添加及其与增温的交互作用对土壤温度并没有显著影响。与对照相比,土壤温度在增温处理下显著增加了 0.76℃,在增温+氮素添加处理下显著增加了 0.73℃,而在氮素添加处理下并没有显著变化。另外,增温和氮素添加及其交互作用均没有显著影响0-10 cm 土壤体积含水量。(2)氮素添加显著增加了植物群落地上净初级生产力,但是增温及其与氮素添加的交互作用对群落地上净初级生产力没有显著影响。氮素添加显著增加多年生杂类草和一、二年生植物地上生物量,而对多年生禾草和灌木及半灌木地上生物量没有显著影响,增温及其与氮素添加的交互作用对不同功能群地上生物量均没有显著影响。(3)试验期间,增温对C4植物地上生物量有显著正效应,而对C3植物地上生物量有显著负效应。在无氮素添加条件下,增温并没有影响C3植物和C4植物的地上生物量;在氮素添加条件下,增温使得C3植物和C4植物地上生物量分别减少和增加了 17.3%和34.4%。氮素添加及其与增温的交互作用对C3和C4植物地上生物量没有显著显著影响。增温对短花针茅地上生物量和银灰旋花地上生物量有显著负效应,对木地肤和无芒隐子草地上生物量有显著正效应,而氮素添加及其与增温的交互作用对它们都没有显著影响。(4)增温显著降低了物种丰富度却提高了 Pielou’s均匀度指数,而氮素添加及其与增温的交互作用对物种丰富率、Shannon-Wiener’s指数、Margalef’s指数和Pielou’s均匀度指数并没有显著影响。另外,增温和氮素添加均显著降低了物种异步性,而增温和氮素添加的交互作用对物种异步性并没有显著影响。(5)在2007-2018年试验期间,增温和氮素添加显著降低了植物群落的稳定性,而增温与氮素添加的交互作用对植物群落稳定性没有显著影响。氮素添加显著降低了多年生禾草的稳定性,多年生杂类草的稳定性,灌木及半灌木的稳定性,而增温及其与氮素添加的交互作用对不同功能群的稳定性并没有显著影响。另一方面,增温显著降低了 C3植物的稳定性,而对C4植物稳定性并没有产生显著影响;氮素添加显著降低了 C4植物稳定性,而对C3植物稳定性没有产生显著影响;增温与氮素添加的交互作用对C3和C4植物的稳定性均没有显著影响。(6)在2007-2018年试验期间,氮素添加显著增加了 GEP和NEE,对ER没有显著影响,并且增温及其与氮素添加的交互作用对GEP,NEE和ER均没有显著影响。从12年整体分析可得,不增温条件下,氮素添加使得NEE和GEP分别显著增加了 31.1%和10.3%;增温条件下,氮素添加仅使得GEP显著增加了 13.0%。对ER来说,氮素添加在个别年份对其有显著增加作用。(7)增温可通过降低C3植物稳定性来降低群落稳定性,而氮素添加则通过降低C4植物稳定性来降低群落稳定性。增温和氮素添加均可通过降低物种异步性来降低群落稳定性。然而,增温引起物种丰富度的降低和氮素添加引起群落地上净初级生产力的增加与植物群落稳定性并没有显著相关关系。(8)植物群落地上生物量与ER和GEP呈显著正相关关系,此外,多年生杂类草和一、二年生植物地上生物量分别与NEE和ER呈显著正相关关系。生态系统碳交换与植物物种丰富度,植物多样性指数和物种异步性均无显著相关关系。氮素添加可通过促进植物地上净初级生产力来使GEP和ER增加,另外,氮素添加可通过物种异步性和群落稳定性增加NEE。增温引起的物种丰富度的降低并不能对GEP,NEE和ER产生显著影响。综上所述,增温可以通过调节植物群落功能群地上生物量使得荒漠草原生态系统植物群落地上生产力和生态系统碳交换不发生改变,而氮素添加能够促进植物生产力及荒漠草原碳汇的功能,降低荒漠草原进一步荒漠化的风险。增温和氮素添加均可以通过影响植物功能群稳定性和物种异步性来影响生态系统稳定性,表明气候持续变暖和大气氮沉降增加将会降低荒漠草原生态系统的稳定性。