干旱半干旱生态系统是陆地上分布最为广泛的生态系统类型，也是一个生态脆弱的地带，对全球变化极度敏感。未来，中国北方干旱区的氮沉降和降水可能呈现持续增加的趋势，将会对该生态系统的结构和功能产生深远的影响。然而，氮沉降和降水增加对荒漠生态系统的影响长期受到忽视，在全球变化背景下典型固沙灌木群落响应方面的研究非常匮乏。本研究以毛乌素沙地典型固沙灌木群落——油蒿群落为研究对象，通过连续3年(2015～2017)的水分和氮素控制试验（包括3个降水梯度:自然降水、增水20％、增水40％，6个氮素添加处理:0、5、10、20、30、60kg N ha-1yr-1)，分析了水分和氮素添加对油蒿群落土壤环境、植物生产力、生物多样性和群落结构的影响，探讨了油蒿群落对水分和氮素添加响应的潜在机制。主要研究结果及结论如下:　　(1)水分和氮素添加显著改善了土壤的水分和氮素有效性，但是对土壤pH、有机碳和全氮的影响微弱。氮素添加显著降低了灌丛下表层土壤含水量(平均幅度为15％)。水氮添加对土壤微生物多样性的影响微弱，但显著改变了微生物群落结构。水分添加促进了具有休眠特性的寡营养细菌类群（如酸杆菌门和浮霉菌门）的繁荣，抑制了适应干旱的真菌类群（如盘菌目、瓶口衣目和伞菌目）发展。氮素添加对细菌群落结构没有影响，但显著抑制了寡营养真菌类群（如伞菌目和粪壳菌目）的发展。　　(2)水分和氮素输入都能显著地促进草本植物地上生产力。水分添加主要增加了杂类草(42％)和一年生草本(117％)生产力，而氮素输入主要促进了禾草生产力(43％)。当年环境条件和前一年植物生长状况，对当年草本植物生产力均有影响，两者产生作用的机制因功能群类型而异。具体而言，当年环境条件和前一年植物生长状况，都通过增加植株密度和高度来影响当年一年生草本生产力;而对于多年生草本植物，当年环境条件主要通过影响植株高度，前一年植物生长主要通过影响植株密度来对当年植物生产力产生影响。　　(3)水分增加促进了灌木生产力，而氮素添加的影响表现为先促进后抑制。在试验处理第一年，水氮处理显著促进了灌木生产力，较自然对照处理平均增加了292％;而在随后两年里，氮素添加抑制了水分增加对灌木生产力的促进作用。水氮添加下禾草的大量增加，引起的表层土壤水分条件恶化，是造成灌木生产力下降的重要机制。当年土壤水分条件和前一年灌木生长状况，共同决定了当年灌木生产力，其中前一年灌木生长状况的影响最大，使得灌木生长对环境条件改变的响应具有明显的滞后性。前一年灌木生长状况，主要通过改变灌木枝条密度来影响当年灌木的生产力。　　(4)水分和氮素添加显著改变了群落多样性，但对灌丛下和灌丛间草本群落多样性的影响存在差异。在群落水平上，水分输入显著增加了植物多样性(13％)，而氮素添加的影响不显著。在灌丛斑块水平上，灌丛间草本多样性对水氮添加的响应与群落多样性的响应类似;在灌丛下，水分添加在处理的前两年显著增加了草本多样性(25％)，而在处理的第三年，氮素添加显著降低了草本多样性(21％)。氮素添加下，禾草的大量增加，引起了灌丛下土壤水分和光资源条件的恶化，进而导致了稀少种和一年生草本种的丧失，这是造成灌丛下草本多样性降低的重要机制。　　(5)水氮添加显著改变了油蒿群落结构，但是对灌丛下和灌丛间草本群落结构的影响不同。在群落水平上，草本的比重随水氮添加呈显著增加趋势，而灌木则呈显著下降趋势。水分和氮素输入加强了草本对灌木的负反馈效应，是造成群落中灌木优势地位下降的重要机制。在灌丛斑块水平上，灌丛下草本群落优势类群从杂类草转变为禾草，灌丛间草本群落结构由一年生草本独占优势转变为一年生草本与禾草共占优势。氮素输入加强了禾草对一年植物的竞争，这是造成草本群落结构改变的重要原因。　　研究结果表明，氮沉降和降水增加会促进油蒿群落中草本繁荣而灌木衰退。水氮添加下，禾草的大量增加，引起的表层土壤水分恶化，是造成灌木衰退的重要原因。在未来持续增加降水和氮沉降的情景下，中国北方固沙灌木群落并不稳定，可能会逐渐转变为草地植被。上述研究结果增进了对全球变化驱动下的荒漠植被变化过程与机理的理解，为全球变化背景下固沙灌木林的管理和调控提供了有力的支持。