气候变暖和大气氮沉降是目前全球变化的两个重要内容,对陆地生态系统碳循环过程产生了深远影响。在全球变化背景下,微生物和植物通过呼吸对大气产生碳反馈。因此,全面了解土壤呼吸,微生物群落和植物生长对气候变化的响应,对于地球过程模型参数化以及精确预测未来全球碳循环具有重要意义。草地生态系统是陆地生态系统的重要类型,占到陆地植被面积的40%,但是人们对气候变化敏感区（高纬度或高海拔）的草地生态系统的土壤关键碳过程的研究尚缺乏。由此我们在黄土高原半干旱区两个典型草地生态系统即紫花苜蓿草地生态系统和封育自然草地生态系统开展了野外控制试验,在近北极草地生态系统进行了10年的因地震形成的地热增温梯度对根系生长和光合产物分配的影响的研究。人工增温装置采用开顶式增温框,地热增温梯度选取+0 oC,+3.6 oC和+7.6 oC三个增温幅度;氮素添加采用硝酸铵,添加量为4.42 g m-2 yr-1。主要研究结果如下:（1）自2014年4月到2016年3月的增温和加氮试验表明,加氮使黄土高原半干旱区紫花苜蓿草地土壤呼吸速率增加了14%。增温使非生长季土壤呼吸提高了15%,使生长季土壤呼吸降低了5%,这种差异可以通过增温引起的植被盖度下降和水分变化解释。加氮对土壤呼吸影响的主效应不随时间而变化,但是增温的主效应随时间而变化,在干旱年增温对土壤呼吸的抑制作用最强。增温和加氮对土壤呼吸的交互作用在生长季为拮抗效应,在非生长季为协同效应。增温和加氮对试验期两年的土壤呼吸Q10值（指温度每变化10℃,土壤呼吸变化的倍数）无显著影响,但是在生长季与对照处理相比显著提高。与单因素处理相比,同时增温和加氮显著降低了Q10值。这些结果表明增温引起的水分亏缺会抵消掉增温对土壤呼吸直接的促进作用。这些结果预示着我们有必要考虑土壤呼吸对气候变化响应的季节性差异,由此更精确地评估干旱或半干旱区碳循环。（2）自2015年4月到2016年12月的增温和加氮试验表明,增温使黄土高原半干旱区封育自然草地生态系统土壤总呼吸和异养呼吸分别显著降低了7.4%和9.5%,但是对自养呼吸无显著影响。加氮使自养呼吸显著提高了34%,使异养呼吸显著降低了11%,对土壤总呼吸无显著影响。加氮使土壤自养呼吸对总呼吸的贡献比显著提高了10%。增温显著降低了土壤总呼吸和异养呼吸的Q10,但对自养呼吸的Q10值无显著影响。加氮显著增加了土壤总呼吸和异养呼吸的Q10值,但是降低了自养呼吸的Q10值。增温和加氮对异养呼吸累积量的交互作用为协同效应,对自养呼吸累积量的交互作用为拮抗效应。增温和加氮对土壤总呼吸的交互作用不显著。这些研究结果强调了土壤自养呼吸和异养呼吸对增温和/或加氮的响应具有差异性。自养和异养呼吸的差异性响应表明土壤总呼吸具有适应当前气候变暖和氮沉降加剧的潜力,这种适应会通过调节其不同组分对气候变暖和氮沉降加剧响应的差异性实现。（3）自2015年4月到2017年12月的增温表明,增温对封育自然草地生态系统微生物量和微生物群落结构均无显著影响。增温显著降低了土壤呼吸速率,这直接由于增温引起土壤p H的下降引起,间接通过地上生物量提高,无机氮提高和水分降低共同调控。这些发现预示着半干旱草地生态系统土壤微生物群落可以通过降低代谢速率适应2 oC的短期增温。（4）为期10年的因地震形成的地热增温梯度表明,长期土壤增温显著降低了近北极草地生态系统地上生物量和细根生产力,对立根生物量无显著影响。结构方程模型表明细根生产力的降低主要归于地上生物量和土壤有机碳和全氮的降低。长期土壤增温对根冠比无显著影响,这归于植物生长的有利土壤暖环境和不利底物质量环境的平衡。这些违反直观的响应表明我们亟需提高近北极草地生态系统对长期土壤增温响应机理的全面性理解。这些研究结果为今后地球过程模型的参数化和更加精确预测未来全球碳循环提供了重要的数据支撑和理论依据。