作为陆地植物生长的主要限制因子之一，土壤氮素的矿化和可利用性决定着陆地生态系统在全球变化背景下的碳储量和对气候变化的反馈效应。本项目以我国北方温带草原为研究对象，在野外自然条件下进行生态系统尺度上的控制实验来研究增温、增雨、放牧和施肥对土壤氮素净矿化和总矿化以及微生物生物量的影响，揭示草原生态系统土壤氮素转化过程对全球变化和人为干扰各因子及其相互作用的响应与适应机理，为准确预测我国北方温带草原生态系统在全球变化背景下的初级生产力和碳储量的变化和动态提供可靠的基础数据，服务于我国北方退化生态系统的恢复和管理。

自2005年开始，在我国北方半干旱温带草原进行了一项增温和增雨的野外控制实验，该实验包括对照，增温，增雨，增温加增雨四种处理。由于水分是干旱半干旱区的主要限制因子，因此提出一项假设：增雨将促进温带草原的土壤和微生物呼吸以及微生物生物量。实验条件下增温能够增加蒸发散，降低土壤湿度，从而加剧半干旱区的水分限制，由此提出第二项假设：试验增温所引起的土壤水分的减少将限制根系和微生物活动，抵消温度增加所引起的正效应，并导致根系和微生物呼吸对增温呈现负反应。气候变暖和降水改变的感念模型预测陆地生态系统的响应随着初始生物和非生物因子的不同而变化。由于降水的年际变异可以造成土壤小气候以及分解过程和植物生长的不同，提出第三项假设：土壤和微生物呼吸对气候变化的响应将随着降水的年际波动而变化。我们的研究结果表明，土壤总呼吸、微生物呼吸及微生物生物量对增温的负响应可归因于增温通过水分胁迫和植物生长的抑制产生的间接负效应抵消甚至大于温度本身的正效应。增加降水量的正效应逐年增加，以及增温的负效应的逐年增加是由处理引起的土壤温度和湿度的年际变化导致的，而不是因为生长季降雨量的年际变化。