降水格局变化以及氮沉降增加作为当前两个重要的全球变化趋势，其对生态系统结构和功能的影响在近几年受到各国学者的广泛关注。草地生态系统是我国面积最大的的陆地生态系统，且其所处位置多属于生态环境脆弱地区，土壤有机碳储量大，植被多为一年生，生态系统碳周转速率较快，因此环境条件，特别是草地生态系统中两大重要的限制性因子——水分和氮素的微小变化，均会造成碳循环过程的较大波动。土壤微生物作为生态系统物质循环和能量流动重要参与者，不仅反映了土壤碳氮循环的进程、强度和方向，而且对气候等外界因素引起的环境变化十分敏感。土壤微生物相对于植物能够提前探知生态环境质量的变化，也是全球变化下碳循环响应机制的重要驱动因素。根据现有模型对未来降雨和氮沉降的预测，分布广泛、碳源汇贡献巨大且代表着欧亚大陆典型草地类型的我国北方典型温带半干旱草地在未来很可能将会同时遭遇降雨增加和氮沉降增加的共同作用。但全球变化情景下草地土壤微生物的变化及其对碳循环关键过程的内在驱动机制迄今仍不清晰。　　本研究以我国内蒙古温带半干旱典型草原为主要研究对象，依托于中科院内蒙古草原定位研究站，于2011和2012年生长季在锡林河流域设置增雨处理（对照，W0，不增雨;W15，增加15％的年均降雨量）和施氮处理（对照，N0，不施氮;低氮，N5，50 kg N·ha-1·y-1;中氮，N10，100 kg N·ha-1·y-1;高氮，N20，200 kg N·ha-1·y-1）来模拟未来降水增加和氮沉降增加的全球变化情景，采取双因素完全随机区组设计开展了野外小区控制实验，定量探讨了水、氮及其耦合变化对对土壤微生物数量、代谢活性、功能多样性和群落结构以及土壤酶活性在短时间(5 h)内以及季节和年际上的影响效应，以期更加全面定量地把握全球变化情景下草地生态系统土壤微生物的时空变化特征，及其对草地碳循环过程的可能影响，为进一步完善草地碳循环的微生物学驱动机制，更好地预测未来气候变化趋势提供重要的基础数据和科学依据。本研究所得重要结论主要有:　　(1)单独增雨处理在短时间内仅对可培养细菌和真菌具有显著的促进作用，使它们分别平均增加了约36％和151％，未影响包括微生物BIOLOG代谢活性、群落功能多样性和群落结构在内的其它微生物特征。这表明土壤微生物无论在代谢特征上还是在群落结构组成上对环境水分变化在短时间内都具有较强的适应性和抵抗能力;氮素添加在短时间内对微生物功能多样性存在显著影响，主要改变了微生物群落对碳水化合物的利用情况，且施氮降低了土壤微生物群落各类群生物量(PLFA)，高氮使总的微生物量(PLFA)下降约12％。从短时间尺度来看，施氮处理总体上比增雨处理对微生物的作用较大，能单独影响土壤微生物特征也能改变增雨处理的影响效应，而增雨的单独影响效应较弱，但能显著干扰氮添加的影响。　　(2)土壤微生物数量、代谢活性以及群落的功能多样性群落结构均具有十分显著的年内和年际变化特征。2011年微生物数量、群落各类群PLFA生物量及其总量和微生物群落细菌/真菌比值均显著高于2012年，其中，细菌类群PLFA生物量变化最大，2011年为2012年的2.23倍;2011年总PLFA生物量比2012年高70％，细菌/真菌之比则高73％，而革兰氏阴性细菌/阳性细菌之比则表现为2011年低于2012年。微生物数量和群落结构的年内变化也存在年际间差异，同时年际变化对土壤微生物特性响应水氮处理也有显著影响。降雨量的年内和年际差异对微生物群落的影响可能会大于处理的影响。　　(3)年降雨量影响了细菌数量、微生物代谢活性、群落功能多样性对增雨处理的响应。增雨在降雨较少的2011年提高了细菌数量(24％)和微生物代谢活性（提高AWCD约50％），而在降雨显著增加的2012年则降低了微生物群落活性（降低AWCD约21％），但对细菌数量无影响。增雨处理在两年内均提高了真菌数量（2011年为11％，2012年为35％），对放线菌数量无影响，却降低了微生物各类群的生物量(PLFA)。然而，不同年份的影响效果虽然相同，但是其影响机制则可能不同。增雨处理从总体来说主要促进了微生物群落对碳水化合物的利用。　　施氮对微生物类群生物量影响则受到年际差异、季节差异和增雨处理的多方面影响。首先，施氮处理效应主要出现在每年的生长季初。到了生长季末，处理对真菌具有一定的影响，而对细菌的影响不显著，这主要是由细菌和真菌之间不同的代谢特征所造成的。其次，施氮对微生物各类群生物量的影响在年降雨量较小年份的2011年影响较大。最后，施氮处理效应在2011年不增雨条件下降低了微生物各类群生物量，在增雨条件下则提高了微生物各类群生物量，因此施氮对增雨造成的负作用有一定的缓和作用，体现了水氮之间的交互作用。　　水氮之间的交互作用还体现在其它方面。2011年水分能够促进氮素对土壤微生物活性的影响，且2012年降水增加促进了不增雨条件下的氮素的作用效应，证明增雨对施氮的影响效应具有促进作用。但水氮交互作用并非固定不变，会受到增雨的数量的影响。在降雨量较大的2012年，增雨反而减弱了施氮的影响效应，表明过多的水分增加会抑制氮素的作用效应。　　(4)所测四种土壤酶活性具有不同的年际变化和季节变化特征。蔗糖酶和脲酶活性的年际变化可能是受到非生物因素的直接影响，而β-葡萄糖苷酶与脱氢酶的活性则受到微生物生命活动的影响。　　增雨在短时间内分别提高了土壤β-葡萄糖苷酶和脱氢酶的活性11％和18％，然而从长时间角度上看，除了2012年增雨提高了脲酶活性5％外，增雨在两年间均降低了土壤酶的活性，施氮则在不不同时间尺度上对土壤碳氮循环关键酶的影响相同:施氮均提高了土壤中与碳循环相关的β-葡萄糖苷酶和蔗糖酶的活性，降低了与氮循环相关的脲酶的活性。研究结果从不同时间尺度上验证了当前被普遍认同的酶“再分配”理论，并指出环境变化诱发的酶“再分配”机制在短时间内即可实现。　　另外，研究表明在短时间尺度上土壤酶活性与土壤微生物之间会出现相互独立的现象，而在长时间尺度上则与土壤微生物活性密切相关。　　受到处理效应的持久程度、季节和年际气候变化及植物和土壤性质的变化等因素影响，水氮交互作用对酶活的影响虽然显著但是表现出一定的复杂性和不稳定性。